電子式氣缸壓力表及顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造專業(yè)

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1、摘要 測(cè)量?jī)x器儀表包括壓力測(cè)量?jī)x器的總的發(fā)展趨勢(shì)是高性能、數(shù)字化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。氣缸壓力表對(duì)汽車有著重要意義，氣缸壓力是發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要參數(shù)，傳統(tǒng)的指針式壓力表存在指針擺動(dòng)誤差較大等固有缺陷，而本文所涉及到數(shù)控壓力表系統(tǒng)是將單片機(jī)作為自身的主控內(nèi)核，并且通過(guò)數(shù)字化的液晶顯示器作為其顯示端口，對(duì)所有目標(biāo)的數(shù)控都實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的智能化模式。而且也可以讓用戶得到準(zhǔn)確度很高的數(shù)據(jù)信息。 本文有關(guān)設(shè)計(jì)的最直接目的就是要在減少設(shè)備投入和所占用空間的前提下，全面提升該設(shè)備的使用廣泛性以及自身系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，精確性和可靠性電池供電、長(zhǎng)壽命、低功耗、低成本數(shù)字式、耐震壓力表的設(shè)計(jì)目的出

2、發(fā)具有一定的使用價(jià)值。 本論文所設(shè)計(jì)的相關(guān)儀表測(cè)量系統(tǒng)在收集壓力數(shù)據(jù)信息時(shí)所依靠的主控核心為MSP430單片機(jī)，并且通過(guò)和液晶顯示器的共同搭配來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的收集和展現(xiàn)功能。這里所依靠的這一款MSP430單片機(jī)在計(jì)算速度，能耗和設(shè)備開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易程度方面都有著很明顯的優(yōu)勢(shì)，這也讓整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程變得更加簡(jiǎn)單易行。經(jīng)過(guò)調(diào)試的結(jié)果表明該設(shè)計(jì)方案可行，能過(guò)實(shí)現(xiàn)汽車氣缸壓力檢測(cè)采集和顯示。 關(guān)鍵詞：電子式氣缸壓力表，單片機(jī)，壓力信息采集 目錄 第一章緒論 1．1壓力與壓力測(cè)量 1．2壓力測(cè)量的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.3本課題研究背景及意義 1.4 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1.5課題研究的主要內(nèi)容

3、和論文內(nèi)容安排 1.5.1 研究?jī)?nèi)容 1.5.2 論文內(nèi)容安排 第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 2.1設(shè)計(jì)需求分析 2.2設(shè)計(jì)思路 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3．1單片機(jī)的選擇 3. 1．1 MSP430F1121簡(jiǎn)介 3．1．2 MSP430F1121單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具 3．2液晶顯示器的選擇 3．3存儲(chǔ)器的選擇 3．4傳感器的選擇 3．5 放大器的選擇 3．6穩(wěn)壓器的選擇 3. 7信號(hào)調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 3.7.1信號(hào)調(diào)理 3.7.2A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 MSP430單片機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境 4.1.1 MSP430系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)

4、境 4.1.2 MSP系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)流程 4.2 系統(tǒng)初始化程序 4.3程序的主循環(huán)框架 4.4校準(zhǔn)程序 4.5 LCD顯示 4.6放電計(jì)時(shí)子程序 4.7等待延時(shí)子程序 第五章結(jié)論 參考文獻(xiàn) 引言 測(cè)量?jī)x器儀表包括壓力測(cè)量?jī)x器的總的發(fā)展趨勢(shì)是高性能、數(shù)字化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。氣缸壓力表對(duì)汽車有著重要意義，氣缸壓力是發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要參數(shù)，傳統(tǒng)的指針式壓力表存在指針擺動(dòng)誤差較大等固有缺陷，而本文所涉及到數(shù)控壓力表系統(tǒng)是將單片機(jī)作為自身的主控內(nèi)核，并且通過(guò)數(shù)字化的液晶顯示器作為其顯示端口，對(duì)所有目標(biāo)的數(shù)控都實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的智能化模式。而且也可以讓用戶

5、得到準(zhǔn)確度很高的數(shù)據(jù)信息。 本課題將基于MSP430單片機(jī)設(shè)計(jì)單子是氣缸壓力表及顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一章緒論 1．1壓力與壓力測(cè)量 單位面積物體表面所承受的針對(duì)這一物體所施加的力叫做壓力。 這樣的力大抵可以分為絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力兩種類型，其中的絕對(duì)壓力指的是流體所受到的單向的壓力。而相對(duì)壓力則是兩兩壓力之間產(chǎn)生的力量差；通常來(lái)講，即時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)大氣壓可以作為一項(xiàng)可以參照的壓力標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)絕對(duì)壓力減去參考?jí)毫Φ玫降膲毫Σ顬檎禃r(shí)，那么對(duì)應(yīng)的相對(duì)壓力即為表壓（gauge pressure）；若絕對(duì)壓力減去參考?jí)毫Φ玫降膲毫Σ顬樨?fù)值，則相對(duì)壓力就可被稱為負(fù)壓或者真空度。 針對(duì)壓力的計(jì)量單位會(huì)因?yàn)?/p>

6、其使用的不同科目而有所差別，目前國(guó)際通用的壓力計(jì)量單位是帕斯卡；在熱工學(xué)所需要的所有參數(shù)中，壓力參數(shù)的地位十分重要，在工業(yè)生產(chǎn)，日常生活乃至科學(xué)研究的過(guò)程中經(jīng)常都要用到各種氣壓和液壓的相關(guān)測(cè)量活動(dòng)。針對(duì)壓力測(cè)量的需求和實(shí)踐充斥著我們的日常生活，可以說(shuō)每時(shí)每刻都在進(jìn)行，不管是何種領(lǐng)域只要存在著對(duì)氣壓乃至液壓的具體使用，那么壓力的測(cè)量必然相伴出現(xiàn)；對(duì)各類壓力的測(cè)算和操控是多種智能化自動(dòng)化的工業(yè)生產(chǎn)控制在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中不可缺少的一環(huán)；不管是車船飛機(jī)這樣的交通手段，還是醫(yī)療天氣乃至空調(diào)制冷這樣的生活必需，無(wú)數(shù)的領(lǐng)域內(nèi)部都會(huì)使用到壓力測(cè)量。而且一部分的另類測(cè)量活動(dòng)和壓力測(cè)量之間可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化和互換。比如測(cè)量?jī)?chǔ)

7、油罐內(nèi)部原油的具體數(shù)量時(shí)，就可以通過(guò)對(duì)罐底油壓測(cè)量結(jié)果的運(yùn)算而獲得具體結(jié)果。 在工業(yè)活動(dòng)中對(duì)液壓或者氣壓進(jìn)行工業(yè)自動(dòng)化測(cè)量時(shí)就需要用到壓力測(cè)量?jī)x表（壓力表或者壓力計(jì)），這種測(cè)量表不僅可以顯示或記錄即時(shí)的壓力數(shù)據(jù)，還可以和警示或者控制設(shè)備搭配使用。 1643年，意大利人托里拆利首先測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)的大氣壓力值為760毫米汞柱，奠定了液柱式壓力測(cè)量?jī)x表的基礎(chǔ)。1847年，法國(guó)人波登(Eugene Bourdon)制成波登管壓力表，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，很快在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，一直是常用的壓力測(cè)量?jī)x表。[1] 誕生于上世紀(jì)初的遠(yuǎn)傳壓力表和電接壓力表將一直以來(lái)的壓力數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送和對(duì)超標(biāo)壓力的警示和管控難

8、點(diǎn)予以攻克。 基于各類彈性零件在壓力作用下會(huì)產(chǎn)生形變的原理研制出來(lái)的壓力測(cè)量?jī)x表即為彈性式壓力測(cè)量?jī)x表。按照內(nèi)部配備的彈性零件的種類來(lái)劃分，則這一類壓力測(cè)量?jī)x表包括彈簧管式、膜片式、膜盒式以及波紋管式幾類。如果按照相應(yīng)的功效進(jìn)行劃分則可以被分為遠(yuǎn)傳式，電接點(diǎn)式和指示式三類。彈性式壓力測(cè)量?jī)x表的最大優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)便但是耐用的結(jié)構(gòu)材質(zhì)以及很寬廣的壓力測(cè)試范圍，因此也是多類型壓力測(cè)量表中最為普遍應(yīng)用的種類。 電子測(cè)量式壓力表的內(nèi)核部件主要是壓力傳感器，在測(cè)量時(shí)會(huì)將自身感受到的被測(cè)試壓力通過(guò)一定規(guī)律的電信號(hào)加以反映。其具體可分為壓力傳感器，壓力變送器和數(shù)字式壓力表三類。如果輸出的電信號(hào)屬于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(4

9、～20mA直流電流、1～5V直流電壓)，時(shí)，則該設(shè)備為壓力變送器，如果將傳感器和信號(hào)處理系統(tǒng)以及顯示屏配合使用，則該設(shè)備為電子數(shù)字壓力表。如果將控制和記錄裝置和壓力表本身裝配到一起，則整套壓力測(cè)量設(shè)備就擁有了對(duì)數(shù)據(jù)收集處理以及打印以及控制方面的多項(xiàng)自動(dòng)化功能。[2] 目前存在著多種多樣的壓力傳感器，具體而言包括電位器類、壓阻類、霍爾類、電感類、電壓類以及振動(dòng)類等。這些傳感器的精準(zhǔn)程度可以達(dá)到0.01級(jí)別，測(cè)壓跨度可以為10pa到700pa不等。 1．2壓力測(cè)量的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 壓力測(cè)量的大范圍實(shí)踐應(yīng)用催生了大量的多種類壓力測(cè)量需求，這也間接推動(dòng)了壓力測(cè)量活動(dòng)的不斷進(jìn)步。除了校準(zhǔn)用的標(biāo)

10、準(zhǔn)化壓力測(cè)量以外，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)探索中，彈性和電子式壓力測(cè)量?jī)x表依然是最為廣泛使用的兩類儀表。雖然多年的演進(jìn)過(guò)程讓彈性壓力測(cè)量?jī)x表有了很大的適用范圍和足夠成熟的制造技術(shù)，但是它在現(xiàn)今不斷提升的自動(dòng)化進(jìn)程影響下已經(jīng)難以獲得更大的發(fā)展前景，其地位也開(kāi)始逐漸被電子式壓力測(cè)量?jī)x表所取代，而以傳感器及二次儀表技術(shù)為代表的電子式壓力測(cè)量?jī)x表的相關(guān)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)取得了巨大的飛躍。 作為一種讓無(wú)數(shù)人高度關(guān)注的高新技術(shù)，傳感器技術(shù)的發(fā)展速度可以用難以置信來(lái)形容，而且它已經(jīng)成為了當(dāng)今科技飛躍的重要代名詞。和傳感器技術(shù)有關(guān)的多種新型材料和工藝流程同樣被嫁接到了壓力傳感器的研發(fā)過(guò)程當(dāng)中，其中光導(dǎo)纖維、陶瓷材料、單晶

11、硅、多晶硅、碳化硅、藍(lán)寶石、金剛石等材料得到廣泛的應(yīng)用，在半導(dǎo)體集成電路制造中應(yīng)用的微機(jī)械加工技術(shù)。[4-10,12] 壓力傳感器的應(yīng)用發(fā)展條件因?yàn)椴煌倪m用領(lǐng)域而出現(xiàn)了多頭發(fā)展的趨勢(shì)。例如：高溫壓力傳感器就適用于對(duì)高溫度目標(biāo)的壓力測(cè)量以及在高溫工作環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量，這里提一下由德國(guó)IMES公司開(kāi)發(fā)的HTT-01高溫傳感器，這樣的傳感器在耐熱、抗沖擊、抗循環(huán)負(fù)載等方面有著很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，而且作為一種膜式應(yīng)變傳感器的HTT-01可以承受高達(dá)1700℃的高溫，因此其具體應(yīng)用地點(diǎn)也為諸如往復(fù)壓縮機(jī)、汽柴油引擎氣缸以及高壓燃料系統(tǒng)這樣的高溫高壓目標(biāo)。 有時(shí)為了檢測(cè)高速變化的動(dòng)態(tài)壓力趨勢(shì)，就需要用到具備高

12、動(dòng)態(tài)性質(zhì)的壓電式傳感器，該類型傳感器具有小巧簡(jiǎn)單的外部構(gòu)造，在無(wú)需外接電源的狀態(tài)下就可以呈現(xiàn)足夠的高精準(zhǔn)性和相應(yīng)頻率，可以測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力趨勢(shì)，因此其應(yīng)用目標(biāo)基本上都屬于空氣動(dòng)力，爆炸學(xué)以及引擎內(nèi)燃?jí)毫Φ臏y(cè)量等等。有效測(cè)量范圍為0~700pa到0~70mpa不等，并能達(dá)到千分之一的精準(zhǔn)度。 將壓力數(shù)據(jù)通過(guò)光波進(jìn)行輸送的光纖壓力傳感器對(duì)于電磁和電氣擾動(dòng)，以及靜電和腐蝕性物質(zhì)有著很好的抵抗力，而且不會(huì)產(chǎn)生靜電打火，所以十分適合于在高壓和燃爆系數(shù)高的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量。而且其架構(gòu)簡(jiǎn)單，并且有很好的精準(zhǔn)度和靈敏性，這種適合于微小空間測(cè)量的特性讓其被廣泛關(guān)注并得到了全面提升。 美國(guó)Micron Instru

13、ments生產(chǎn)的MPl00、MPl01型壓力變送器就是兩類適用于微小空間工作的小型壓力傳感器，其不到一毫米的通徑讓它在極小的空間內(nèi)暢行無(wú)阻。 齊平膜傳感器適合于對(duì)粘稠物體的壓力測(cè)量；量程0-25pa的超低壓力傳感器和700mpa量程的超高壓力傳感器可以用于大范圍的壓力測(cè)量；另外還存在著抗腐蝕以及多相流狀態(tài)的壓力傳感器等。 與壓力傳感器不分伯仲的壓力二次儀表同樣也取得了飛躍式的發(fā)展，這里提到的二次儀表屬于扣掉敏感零件之后執(zhí)行壓力信號(hào)擴(kuò)張、轉(zhuǎn)化、傳送和展示功能的相關(guān)零部件，不過(guò)在實(shí)踐過(guò)程中，部分壓力測(cè)量?jī)x表的敏感零件和二次儀表是不可分割的。對(duì)于二次儀表的發(fā)展趨勢(shì)，大體可以被概括為標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化

14、、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化五點(diǎn)。 (1)標(biāo)準(zhǔn)化 這一條主要指的是標(biāo)準(zhǔn)化的輸出信號(hào)模式，普通的壓力傳感器所輸出的信號(hào)都十分微弱，甚至還會(huì)出現(xiàn)傳輸?shù)姆蔷€性狀態(tài)，所以基于提升采集和顯示傳感器所輸出數(shù)據(jù)的便捷性考慮，就西藥通過(guò)信號(hào)調(diào)理線路將傳感器所輸出的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化的，適用于復(fù)雜即時(shí)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)所使用的測(cè)量控制專用型號(hào)。這樣的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)可以讓采集控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程內(nèi)不用考慮壓力傳感器本身的激勵(lì)和信號(hào)輸送模式以及其輸送范圍和非線性狀態(tài)，這樣的標(biāo)準(zhǔn)模塊化處理讓整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程更加快捷。 (2)數(shù)字化 除了上面提到的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化以外，二次儀表還呈現(xiàn)出了數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)，具體而言就是未來(lái)的二次儀

15、表輸出的內(nèi)容將更多以數(shù)字量而非模擬量的模式呈現(xiàn)，數(shù)字將會(huì)成為顯示和輸出的主流，這樣一來(lái)，放大電路，AID轉(zhuǎn)換和微型CPU將會(huì)被加裝進(jìn)入壓力傳感器模塊。讓壓力測(cè)量信息通過(guò)數(shù)字化模式基于某一類通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)象為主控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，這樣一種把各類數(shù)字化的傳感器輸出信號(hào)基于現(xiàn)場(chǎng)總線相互連接的模式，以必然是未來(lái)測(cè)控系統(tǒng)的一種發(fā)展主流。 (3)集成化、智能化 基于傳感器和微型控制設(shè)備技術(shù)的演進(jìn)，以及不斷推進(jìn)的測(cè)壓系統(tǒng)智能集成化水準(zhǔn)，讓智能集成傳感器的構(gòu)成發(fā)生了巨大的變化，從簡(jiǎn)單的傳感裝置發(fā)展成為了將傳感裝置，信號(hào)調(diào)理線路，微信CPU以及輔助配件共同架構(gòu)的芯片集成塊，這樣的芯片集成塊在某些時(shí)候還會(huì)加裝

16、多類型敏感配備，從而在診斷矯正、溫度補(bǔ)償、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通訊乃至多類型數(shù)據(jù)測(cè)定方面都有了用武之地，而且在成本和產(chǎn)量的優(yōu)化上也有了不可比擬的優(yōu)勢(shì)。舉例來(lái)說(shuō)，美國(guó)LUCAS、NOVASENSOR公司開(kāi)發(fā)的血壓傳感器現(xiàn)在就已經(jīng)達(dá)到了周產(chǎn)萬(wàn)只的規(guī)模。[11] (4)網(wǎng)絡(luò)化 基于測(cè)控系統(tǒng)的多通道架構(gòu)需求，網(wǎng)絡(luò)化也是壓力測(cè)量模塊在未來(lái)的一個(gè)必然發(fā)展趨勢(shì)，而且這樣的趨勢(shì)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)而變得更加明顯，需要說(shuō)明的是現(xiàn)場(chǎng)總線在全球自動(dòng)化領(lǐng)域的地位已經(jīng)炙手可熱。所謂的現(xiàn)場(chǎng)總線，就是連接現(xiàn)場(chǎng)各類智能儀表和主控設(shè)備兩者之間的一種雙邊開(kāi)放式數(shù)字多站點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，這一系統(tǒng)的存在讓測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)架構(gòu)變得更有靈活性，數(shù)字

17、化的信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)總線內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生任何損失，所以更方便于搭建散布式的壓力測(cè)控系統(tǒng)。[4-12] 1.3本課題研究背景及意義 隨著人類社會(huì)的發(fā)展,汽車已成為人們出行的必要工具,而隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展,汽車在使用過(guò)程中,隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)或行駛里程的增加,其故障也會(huì)頻繁出現(xiàn),為了確定汽車在使用時(shí)技術(shù)狀況良好,就要求我們對(duì)汽車的各項(xiàng)使用性能做檢測(cè)。氣缸壓力是發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)十分重要的數(shù)據(jù),它能決定發(fā)動(dòng)機(jī)的多項(xiàng)性能發(fā)揮，可以說(shuō)與大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能之間都有著很大的關(guān)系。氣缸的壓力只要達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，那么就可以從規(guī)范角度否定掉所有的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力水準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)程度和氣缸壓力的水準(zhǔn)成正相關(guān)，一旦下降必然會(huì)

18、讓汽車本身動(dòng)力困難且更加耗油，還會(huì)帶來(lái)一連串的故障。 而隨著科技的進(jìn)步，相應(yīng)的基礎(chǔ)檢測(cè)設(shè)備也應(yīng)同步升級(jí)和高效應(yīng)用。傳統(tǒng)的指針式氣缸壓力表存在指針擺動(dòng)誤差較大，讀數(shù)不直觀不便捷等固有缺陷，已不適用汽車氣缸壓力的檢測(cè)，而電子式數(shù)顯壓力表數(shù)據(jù)讀取高效便捷，有更好的穩(wěn)定性，精確性和可靠性，更可以減小體積和擴(kuò)大適用范圍。 本課題設(shè)計(jì)的電子式氣缸壓力表針對(duì)現(xiàn)代汽車的檢測(cè)與維修，在現(xiàn)有成熟技術(shù)和成本控制理論的基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)氣缸壓力數(shù)據(jù)的收集輸送以及顯示問(wèn)題加以解決。 1.4 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓力信號(hào)的采集，就是通過(guò)傳感器的相關(guān)技術(shù)在不拆裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的原則下驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)的具體性能并實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)及其

19、產(chǎn)生原因的排查。在很早一段時(shí)間里，采集汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓力的信號(hào)的活動(dòng)因?yàn)楫?dāng)時(shí)不發(fā)達(dá)的傳感器和電子測(cè)量水平的緣故面臨著很大的困難。對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障的判斷主要都依靠人力來(lái)進(jìn)行。處于汽車維修工序一線的人員在自身維修經(jīng)驗(yàn)的引導(dǎo)下，通過(guò)聽(tīng)，觸或者發(fā)動(dòng)的方式來(lái)檢測(cè)汽車的性能和故障點(diǎn)，因此工作人員的經(jīng)驗(yàn)很大程度上決定了檢測(cè)活動(dòng)的準(zhǔn)確程度。雖然這樣的檢測(cè)無(wú)需太多的高科技設(shè)備儀表就可以輕松完成，但顯然存在著低效率，長(zhǎng)時(shí)間和易誤判的嚴(yán)重缺點(diǎn)。 后來(lái)，一些針對(duì)汽車壓力傳感器以及引擎的測(cè)量設(shè)備儀表在電子測(cè)量技術(shù)的演進(jìn)過(guò)程中被人們運(yùn)用于實(shí)踐活動(dòng)。即指針式氣缸壓力表，極大的提高了檢測(cè)效率，上世紀(jì)80年代的微控制裝備，信

20、號(hào)處理以及自動(dòng)化浪潮催生了以微控設(shè)備為核心的汽車性能測(cè)試和故障排查系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在獲取傳感器輸出的各類性能信息之后，通過(guò)對(duì)信息的放大調(diào)理進(jìn)行相關(guān)的采集和處理流程，從而通過(guò)相應(yīng)的處理結(jié)果來(lái)檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的即時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。 1.5課題研究的主要內(nèi)容和論文內(nèi)容安排 1.5.1 研究?jī)?nèi)容 1）對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)進(jìn)行探討，做出初步設(shè)計(jì) 2）根據(jù)初步設(shè)計(jì)，以單片機(jī)為數(shù)據(jù)采集基準(zhǔn)部件，從傳感器輸出的氣缸壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理及A/D轉(zhuǎn)換顯示到液晶屏上 3）根據(jù)模塊，電路設(shè)計(jì)，制作數(shù)據(jù)采集與顯示 4）編寫適當(dāng)程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與顯示 1.5.2 論文內(nèi)容安排 第一章為緒論部分，簡(jiǎn)要闡述該課題的

21、研究背景與意義第～章簡(jiǎn)述了壓力測(cè)量的發(fā)展歷史，壓力測(cè)量在生產(chǎn)生活中的重要作用，壓力測(cè)量?jī)x器的分類及各自的特點(diǎn)，舉例說(shuō)明了壓力測(cè)量?jī)x器的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了壓力測(cè)量?jī)x器的主要發(fā)展趨勢(shì)和方向。 第二章為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 第三章為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分。設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部的硬件電路，對(duì)MSP340單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行了介紹 第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，細(xì)節(jié)化設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件流程。 第五章總結(jié) 第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 2.1設(shè)計(jì)需求分析 1、系統(tǒng)硬件具有便攜性、低功耗的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氣缸壓力傳感器輸出信號(hào)的調(diào)理和采集。 2、能對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。 數(shù)字壓力表基本模塊 圖2.1

22、 壓力表基本模塊 2.2設(shè)計(jì)思路 對(duì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全局化目的，通過(guò)初期的硬件篩選確認(rèn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并且在后期加入了硬件可行程度的考量。在反復(fù)的論證以后，總體設(shè)計(jì)方案內(nèi)部的數(shù)字壓力表的內(nèi)核的單片機(jī)部件選擇美國(guó)德州公司生產(chǎn)的MSP430低耗能單片機(jī)，并相應(yīng)遴選了同樣具備耗能和投入相對(duì)較低的儲(chǔ)存裝置，放大裝置以及液晶顯示器等一系列元件以下為總設(shè)計(jì)方案。 圖2.2是本系統(tǒng)的基本組成架構(gòu)，壓力傳感器和放大器的所需要控制和電能均來(lái)源于處于處于核心地位的單片機(jī)，傳感器發(fā)出的壓力信號(hào)在經(jīng)過(guò)電信號(hào)轉(zhuǎn)化以后，會(huì)被放大器擴(kuò)大到足以使和A/D轉(zhuǎn)換的電壓幅度，這一電壓會(huì)在430單片機(jī)的A/

23、D轉(zhuǎn)換器上進(jìn)行轉(zhuǎn)化并最終形成所需要的數(shù)字量。然后數(shù)字量會(huì)在單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)過(guò)基于外部?jī)?chǔ)存的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的運(yùn)算過(guò)程得到相應(yīng)的壓力數(shù)據(jù)并在液晶顯示器內(nèi)部加以顯示。在運(yùn)算過(guò)程中，測(cè)量數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力數(shù)據(jù)之間會(huì)相互對(duì)應(yīng)，外設(shè)的儲(chǔ)存裝置內(nèi)部存儲(chǔ)有備用的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓處理以后的電池將長(zhǎng)期安裝在儀表內(nèi)進(jìn)行為單片機(jī)，顯示器以及存儲(chǔ)設(shè)備提供電能的工作。 圖2.2 系統(tǒng)的基本組成 圖2.3為全局化的軟件方案，在通電初始化結(jié)束以后，系統(tǒng)會(huì)斷掉傳感器和放大器的電源同時(shí)進(jìn)入功率節(jié)省模式，之后進(jìn)入同先期設(shè)置的采樣時(shí)間相匹配的延時(shí)循環(huán)，這一循環(huán)的及時(shí)過(guò)程將維持一個(gè)

24、采樣周期。之后系統(tǒng)將從功率節(jié)省模式中退出并同時(shí)將電能接入傳感器和放大器進(jìn)行測(cè)量和A/D轉(zhuǎn)化，以及數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理和顯示器顯示，測(cè)量顯示完成后將跳回節(jié)電模式并循環(huán)進(jìn)入下一采樣周期，如此重復(fù)整個(gè)的運(yùn)作過(guò)程。圖2.3單片機(jī)軟件總體工作流程 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3．1單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的選擇在整個(gè)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，傳統(tǒng)的單片機(jī)在靜態(tài)的時(shí)候也會(huì)消耗較大的電流，無(wú)法滿足系統(tǒng)低功耗的要求，例如ATMEL公司的AT89LV51單片機(jī)，在3V供電(f=12MHz)的情況下，活動(dòng)模式下電流消耗為5．5mA，休息模式下電流消耗為ImA，電流隨著工作頻率的下降而下降，但仍然無(wú)法達(dá)到電池提供系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)做

25、需要的電能需求，所以在多次比較以后，本設(shè)計(jì)將美國(guó)德州公司生產(chǎn)的MSP340單片機(jī)作為設(shè)計(jì)用單片機(jī)，在這一系列的16超功率節(jié)省單片機(jī)內(nèi)部加裝了A/D轉(zhuǎn)換裝置，因此屬于針對(duì)智能儀表以及便攜式電池能源設(shè)備的專門性設(shè)計(jì)。[13-15] 3. 1．1 MSP430F1121簡(jiǎn)介 如圖3．1為MSP430F1121的管腳分配圖。 圖3.1 MSP430F1121的管腳分配圖 MSP430F1121是一個(gè)20腳SOWB封裝芯片，該型號(hào)單片機(jī)為Flash型，可反復(fù)編程，片內(nèi)有4K字節(jié)程序存儲(chǔ)器和128字節(jié)的RAM。MSP430F1121內(nèi)集成了可用于斜坡A／D轉(zhuǎn)換(Slope A／D)的比

26、較器A(Comparator A)和功能強(qiáng)大的計(jì)時(shí)器A(Timer A)。片內(nèi)配有兩組I／O口P1和P2(每個(gè)I／O都是多功能復(fù)用的)、 1、獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)，低工作電壓與超低的功耗。 MSP430的工作電壓范圍為1.8V~3.6V，特別是在2.2V, 1MHz主頻下，它的活動(dòng)模式工 作電流僅為280 T} = lV * T f281: RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0.1 uA } IO輸入端口的漏電流最大僅SOnAo MSP430系列單片機(jī)具有獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)(FLL和FLL+)時(shí)鐘系統(tǒng)或DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。CPU和對(duì)單片機(jī)外設(shè)每塊所依賴

27、的時(shí)鐘信號(hào)從多種類型的時(shí)鐘系統(tǒng)內(nèi)發(fā)出，這些信號(hào)的開(kāi)關(guān)都是通過(guò)對(duì)應(yīng)的寄存裝置以及外部命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功率節(jié)省目的，而且多類型的工作模式可以依據(jù)功能模塊的實(shí)際使用狀態(tài)來(lái)選擇激活。 除此以外，該系列單片機(jī)可以通過(guò)矢量終端的模式實(shí)現(xiàn)對(duì)十幾個(gè)中斷源的支持同時(shí)允許隨意套嵌行為的存在，只需要通過(guò)6us就可以利用中斷指令喚醒CPU處理器，對(duì)于外部出現(xiàn)的中斷時(shí)間指令可以通過(guò)功率節(jié)省編程技術(shù)在功率節(jié)省的同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。單片機(jī)的功率節(jié)省目的不能通過(guò)性能上的折扣來(lái)交換，一般采用W/MIPS(瓦特/百萬(wàn)指令每秒)來(lái)衡量微處理器的功耗，MSP430系列單片機(jī)在活動(dòng)模式下，這個(gè)指標(biāo)的值為250uA/MIPS

28、，相對(duì)于傳統(tǒng)的MCS51單片機(jī)10 -20mA/MIPS而言，最好的功率節(jié)省效果和最好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能并不會(huì)發(fā)生沖突。除了考慮單片機(jī)自身的功耗以外，整個(gè)系統(tǒng)的功耗也需要被重點(diǎn)關(guān)注，如果單片機(jī)本身存在很大的漏電流，則系統(tǒng)的功耗也會(huì)很高。本設(shè)計(jì)所使用的MSP430單片機(jī)，存在于輸入端口的漏電電流極值為50nA，這已經(jīng)超出了其他類型的單片機(jī)的漏電流最低極限。所以可以指導(dǎo)該系列單片機(jī)已經(jīng)從很多角度證明了其良好的系統(tǒng)功率節(jié)省性，最佳功率節(jié)省單片機(jī)當(dāng)之無(wú)愧。 2、運(yùn)算處理速度快，通過(guò)寄存器，可設(shè)置單片機(jī)工作的時(shí)鐘源。 系統(tǒng)發(fā)布指令的速度會(huì)因?yàn)閄T2高速晶振的運(yùn)行而得到很大提升，單個(gè)的及其周期和時(shí)鐘周

29、期相互對(duì)應(yīng)，也就是說(shuō)8M的系統(tǒng)主時(shí)鐘只對(duì)應(yīng)1/8us的及其周期，單片機(jī)的內(nèi)部多類型計(jì)算都接納數(shù)據(jù)和片上存儲(chǔ)設(shè)備的參與，同時(shí)運(yùn)作一個(gè)高效高速的查表處理辦法。因此在開(kāi)發(fā)條件和測(cè)試條件上的優(yōu)勢(shì)十分明顯。 MSF430系列單片機(jī)可分為OTF型、FLASH型和ROM型3種類型的器件，國(guó)內(nèi)目前運(yùn)行較多的單片機(jī)類型為FLASH型。其他兩種型號(hào)的相應(yīng)元件必須通過(guò)專門的仿真系統(tǒng)才能存在，F(xiàn)LASH型單片機(jī)內(nèi)配屬的JTAG調(diào)試端口可以將目標(biāo)代碼直接載入單片機(jī)內(nèi)部，并通過(guò)相應(yīng)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)單步或連續(xù)的單片機(jī)程序編碼的運(yùn)轉(zhuǎn)控制以及對(duì)CPU的讀取工作，這樣一來(lái)，應(yīng)用程序的編寫和調(diào)試都在一個(gè)綜合化的軟件條件下完成，因

30、此提升了軟件開(kāi)發(fā)人員編寫和測(cè)試程序的簡(jiǎn)便性。全套的程序編輯和測(cè)試只依靠一個(gè)單純的JTAG仿真端口基于C語(yǔ)言進(jìn)行，省掉了專門的程序編寫設(shè)備。 3．1．2 MSP430F1121單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具 符號(hào)化編程，程序匯編和C語(yǔ)言程序混編都可以通過(guò)MSP430單片機(jī)來(lái)完成，而且這一款單片機(jī)與多種第三方應(yīng)用程序軟件存在支持關(guān)系。MSP430F1121配套的開(kāi)發(fā)工具是由德國(guó)IAR System公司開(kāi)發(fā)的IAR Embedded Workbench for MSP430 Kickstart這是一個(gè)綜合性的開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以同時(shí)完成程序的編寫、翻譯、橋接、測(cè)試以及FLASH編寫等多種功能，[16]所顯示的程序測(cè)

31、試就是這一環(huán)境下完成的，程序可以通過(guò)這一工具軟件直接下載到單片機(jī)內(nèi)部并且通過(guò)JTAG直接進(jìn)行線上的是和調(diào)整，在該環(huán)境運(yùn)作的同時(shí)，寄存設(shè)備以及內(nèi)存里面的數(shù)據(jù)都可以被查閱或增刪修改。系統(tǒng)不管是在單步還是斷點(diǎn)狀態(tài)下都可以實(shí)現(xiàn)最快的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，此外系統(tǒng)的編輯界面內(nèi)還可以提示運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的當(dāng)前變量值，因此降低了程序開(kāi)發(fā)的難度。 3．2液晶顯示器的選擇 長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子的SMS0408被選為本次設(shè)計(jì)所使用的液晶顯示器，如圖3.2所顯示的顯示器是一個(gè)大規(guī)格字體的高液晶西安市區(qū)塊，高度約為18毫米，人們可以遠(yuǎn)距離看清顯示器上清晰顯示的各類數(shù)據(jù)；工作溫度為-20～50。C，使用溫度范圍較寬，適合于系統(tǒng)的要求。該模

32、塊工作電流在3v工作時(shí)只有20A，因?yàn)閷?shí)踐狀態(tài)下的數(shù)據(jù)會(huì)反復(fù)改變，無(wú)法顯示所得數(shù)據(jù)段，所以真正意義上的電流消耗只有10-19A，符合設(shè)計(jì)的需要。 圖3.2液晶顯示模塊 3．3存儲(chǔ)器的選擇 對(duì)電壓的測(cè)量過(guò)程基于加裝Slope A/D的MSP430F1121單片機(jī)的存在，因此遵循的也是非線性的工作原理，所以必須將可能會(huì)在測(cè)量時(shí)需要使用的相關(guān)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)事先加以儲(chǔ)存從而規(guī)避這樣的非線性。同時(shí)需要注意到，該系列單片機(jī)內(nèi)部只存在有單獨(dú)的看門狗定時(shí)器以及Timer A,且這兩個(gè)定時(shí)器的測(cè)量及時(shí)均已采樣時(shí)間為基準(zhǔn)，所以看門狗就并未存在于系統(tǒng)之中，這樣一來(lái)單片機(jī)就不會(huì)具備充足的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性。正因?yàn)槿绱?，在本設(shè)

33、計(jì)種的存儲(chǔ)器環(huán)節(jié)選擇了自帶可編程看門狗功能的E2PROM X25043存儲(chǔ)器。[19]該型號(hào)基于CMOS工藝的存儲(chǔ)器的靜態(tài)功耗在10A以下，通過(guò)2.7V-5.5V的電源來(lái)維持其低功耗運(yùn)轉(zhuǎn)，且可以將看門狗程序加入集成配置。 3．4傳感器的選擇 按照前文概述，目前有多種類型的壓力傳感器出現(xiàn)在市場(chǎng)上，因此處于對(duì)投入和系統(tǒng)性能的綜合考慮，在本設(shè)計(jì)種選擇了壓阻型陶瓷壓力傳感器，在不讓性能大打折扣的原則下，讓所選產(chǎn)品盡可能擁有足夠的低廉價(jià)格和較高的橋路電阻和內(nèi)阻，就可以通過(guò)降低工作電流來(lái)降低功耗。在對(duì)充斥于市場(chǎng)的多種產(chǎn)品進(jìn)行選擇的過(guò)程中，處于價(jià)格和提貨時(shí)間的綜合考量，我們并未鎖定單獨(dú)一家，而是將若干家

34、符合要求的供貨商作為備選貨源。傳感器的性能主要決定于橋路電阻、敏銳性、溫度系數(shù)三個(gè)因素。因此選擇的具體標(biāo)準(zhǔn)即為高靈敏度和低溫度系數(shù)的壓力傳感器，且該傳感器必須有超過(guò)8KΩ的橋路電阻。 3．5放大器的選擇 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入內(nèi)容為放大后的傳感器mV級(jí)輸出信號(hào)，所以必須要將低功耗和低投入同時(shí)作為遴選放大器的原則，而且電池供電的設(shè)定又限制了放大器單源供電的性能狀態(tài)，其工作電壓必須符合電池電壓，不過(guò)多點(diǎn)校準(zhǔn)的低投入設(shè)計(jì)方案不會(huì)對(duì)線性的放大器指標(biāo)提出太高要求。所以在這里并沒(méi)有采用投入較高的專門化儀表放大器，而是選擇了和單片機(jī)同樣出產(chǎn)公司的TLV2211放大器。[18] 3．6穩(wěn)壓器的選擇 選擇電

35、池供電模式注定系統(tǒng)電壓會(huì)隨著電池的不斷消耗而降低，一部分電器元件的工作性能會(huì)因?yàn)殡妷旱淖兓兓韵到y(tǒng)處于維持測(cè)量精確度的考慮需要一個(gè)穩(wěn)定的電源來(lái)規(guī)避電壓的不斷下降的問(wèn)題。而且工作電壓和低功耗元件的功耗水平之間呈正相關(guān)，所以出于減少功耗和延長(zhǎng)電池使用時(shí)間的考慮，故加裝了一個(gè)能夠降低系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的穩(wěn)壓器于系統(tǒng)內(nèi)部，因?yàn)橥獠績(jī)?chǔ)存設(shè)備的輸入工作需要2.7V的電壓，因此將工作電壓設(shè)置為2.8V就可以實(shí)現(xiàn)功耗的最小化。這里的穩(wěn)壓器選擇MAXIM公司出產(chǎn)的MAX884線性低電壓差穩(wěn)壓器。[17] 3．信號(hào)調(diào)理與A／D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 壓力傳感器傳出的信號(hào)屬于mV級(jí)別，且會(huì)因?yàn)閭鞲衅黛`敏性和零點(diǎn)的不同

36、而發(fā)生變化，所以必須將其調(diào)理到符合A/D轉(zhuǎn)換器要求的信號(hào)輸入范圍。如圖3．7，S1為傳感器的輸出范圍，s2為由于傳感器的差異造成的輸出可能的最大范圍，s3為A／D轉(zhuǎn)換器輸入的范圍，s4是為了適應(yīng)各種條件的變化且輸入范圍內(nèi)已經(jīng)存在安全區(qū)間，實(shí)現(xiàn)s2和s3之間的匹配就是信號(hào)調(diào)理線路所要達(dá)到的具體功能。 放大器的信號(hào)輸出和A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入所需要的信號(hào)強(qiáng)度相符即為信號(hào)調(diào)理的最好情況，也是系統(tǒng)達(dá)到最好精確度的條件。躺妥放大器的信號(hào)輸出范圍超出了A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍則會(huì)讓系統(tǒng)壓縮器測(cè)量范圍，反之則會(huì)拉低系統(tǒng)對(duì)壓力測(cè)量的精確度。但是出于對(duì)傳感器，放大器以及A/D轉(zhuǎn)換器等系統(tǒng)元件可能遭遇的時(shí)間或溫度

37、浮動(dòng)變化的考慮，必須要有足夠的系統(tǒng)適宜空間來(lái)滿足這些變化以提升系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在設(shè)計(jì)數(shù)字壓力標(biāo)的過(guò)程中，始終存在著額定的壓力傳感器超壓安全指數(shù)，所以需要在測(cè)量量程最高極限以上加上一部分超額測(cè)量和壓力顯示空間，這里設(shè)置為量程上限的一成，超過(guò)一成即為超壓錯(cuò)誤，在最低的測(cè)量零點(diǎn)應(yīng)該也設(shè)置一定的浮動(dòng)空間，讓壓力即時(shí)到達(dá)零點(diǎn)也可以存在一部分能夠顯示的漂移后壓力值，這些空間的設(shè)置都需要在對(duì)零點(diǎn)和最高量程極限的設(shè)置過(guò)程中加以考慮。 圖3.3 信號(hào)調(diào)理的目標(biāo) 壓力信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻橋路放大器從傳感器內(nèi)部放大傳出，目前存在多種類型的電阻橋路放大器，包括專屬化的單運(yùn)或者雙運(yùn)的儀表放大電路，這里處于對(duì)投入

38、的節(jié)省以及數(shù)字壓力表1%的精度考慮選擇相加比更好的單運(yùn)放大器，圖3.8即為其電路的工作原理。 圖3.4信號(hào)調(diào)理電路 3.7.2 A／D轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)及分析 壓力表采用了430單片機(jī)內(nèi)部集成的特殊A／D轉(zhuǎn)換器(Slope A／D)， SlopeA／D測(cè)量電壓信號(hào)的工作原理如圖。 圖3.5 A/D測(cè)量電壓信號(hào) 系統(tǒng)內(nèi)部各模塊的工作原理及其軟硬件的實(shí)施在上一章中都有所說(shuō)明，這一次將從全局角度介紹軟件的設(shè)計(jì)流程。 在了解單個(gè)系統(tǒng)模塊的軟件實(shí)現(xiàn)模式以后，讓全局化的軟件設(shè)計(jì)難度大大降低，因?yàn)槟K化就是軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中一項(xiàng)重要的理念，將一個(gè)大的軟件設(shè)計(jì)任務(wù)予以細(xì)

39、分，并對(duì)這些細(xì)分后的小型任務(wù)子程序進(jìn)行分別化的同時(shí)編寫，最終將寫好的子程序根據(jù)全局規(guī)程予以總裝，從而完成整個(gè)大的編程任務(wù)。這樣的編程理念特別適合于編寫需要反復(fù)運(yùn)作的子程序，因?yàn)槌绦虮旧碛兄苈?，明了的結(jié)構(gòu)，而且空間也可以被大大節(jié)省。在這一章里只會(huì)對(duì)全局化的程序設(shè)計(jì)流程和還未來(lái)得及介紹的模塊進(jìn)行闡述，已有內(nèi)容不再贅述。 數(shù)字壓力表的程序采用匯編語(yǔ)言編制，程序包括兩種工作狀態(tài)，系統(tǒng)初始化后，程序進(jìn)入測(cè)量程序循環(huán)，如果校準(zhǔn)按鍵按下，則程序進(jìn)入校準(zhǔn)工作狀態(tài)。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 MSP430單片機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境 4.1.1 MSP430系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境 IAR系統(tǒng)公司創(chuàng)建于1983

40、年，到現(xiàn)在已經(jīng)走過(guò)30多個(gè)年頭。在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和服務(wù)領(lǐng)域，該公司一直是世界領(lǐng)先的佼佼者，其開(kāi)發(fā)出來(lái)的IAR Embedded Workbench集成開(kāi)發(fā)環(huán)境因?yàn)楹?jiǎn)單易學(xué)的操作和無(wú)比強(qiáng)大的功能而風(fēng)靡全球。在國(guó)內(nèi)，針對(duì)MSP430單片機(jī)所進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)大多數(shù)都使用了IAR Embedded Workbench for MSP430集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境，該環(huán)境可以支持項(xiàng)目管理，編程及測(cè)試以及代碼下載等活動(dòng)，有很強(qiáng)的專業(yè)性。兼具C++拓展功能的環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)C++在模板和SLI上面的內(nèi)嵌運(yùn)作，環(huán)境內(nèi)部的程序編譯和調(diào)試裝置簡(jiǎn)便使用且功能強(qiáng)大，因此是一種專業(yè)的嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具。 4.1.2 MSP系列單片

41、機(jī)開(kāi)發(fā)流程 (1)確定任務(wù) 1）確認(rèn)項(xiàng)目要求，并全面探討準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品在功能、指標(biāo)、投入方面的各種可行性。 2）確認(rèn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)截止日期。 （2）總體設(shè)計(jì) 1）遴選機(jī)型：按照設(shè)計(jì)目標(biāo)確定內(nèi)核組件； 2）按照未來(lái)使用環(huán)境確認(rèn)元件的規(guī)格以及功耗等多重標(biāo)準(zhǔn)； 3）分類確認(rèn)全局化軟硬件設(shè)計(jì)工作分配及其計(jì)劃。 (3)硬件設(shè)計(jì) 1）根據(jù)功能要求將諸如液晶或數(shù)碼管顯示模式，儲(chǔ)存類型以及時(shí)鐘數(shù)目頻率，I/O通訊接口等多類型外設(shè)配置加以確認(rèn)。 2）完成工作原理和線路分布圖 3）購(gòu)買元件，完成電路元件的組裝焊接并測(cè)試。 (4)軟件設(shè)計(jì) 1）將相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)算模式和數(shù)據(jù)架構(gòu)加以

42、建立； 2）設(shè)計(jì)完成全局系統(tǒng)架構(gòu)； 3）完成流程圖繪制； 4）對(duì)每個(gè)子程序模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)編寫； 5）測(cè)試，高仿，固定。 (5)樣機(jī)聯(lián)調(diào) 1）軟硬件綜合測(cè)試； 2）軟硬件糾錯(cuò)調(diào)整； 3）再次對(duì)軟硬件進(jìn)行各種環(huán)境情況下的多項(xiàng)試驗(yàn)。 4.2 系統(tǒng)初始化程序 主程序開(kāi)始啟動(dòng)循環(huán)之前必須通過(guò)必要的系統(tǒng)程序初始化操作。具體的流程如下。 ●關(guān)閉存在于單片機(jī)內(nèi)部的看門狗程序。 ●將單片機(jī)內(nèi)的WDT設(shè)置為定時(shí)器狀態(tài)，定時(shí)設(shè)置為四分之一秒，且包容WDT內(nèi)斷。 ●將所有I/O端口調(diào)至輸入狀態(tài)以降低功耗。 ●初始化E2PROM，設(shè)定位于E2PROM內(nèi)的看門狗定時(shí)為1．4S。 ●將

43、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)從E2PROM中讀出并存入內(nèi)存。 ●啟動(dòng)E2PROM看門狗程序。 ●將E2PROM的片選端CS置為1，使E2PROM進(jìn)入待機(jī)(standby power mode) 模式，以降低功耗。 ●將校準(zhǔn)按鈕調(diào)至中斷允許狀態(tài)。 ●將總體中斷允許(GIE General Interrupt Enable)值設(shè)置為1。 4.3程序的主循環(huán)框架 圖4.1顯示了主要的程序循環(huán)架構(gòu)，系統(tǒng)程序在經(jīng)過(guò)一系列初始化準(zhǔn)備流程之后就進(jìn)入了這一運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，這一主循環(huán)的功能是對(duì)采樣時(shí)間和測(cè)量進(jìn)程進(jìn)行控制，對(duì)放電時(shí)間比例進(jìn)行運(yùn)算，通過(guò)查表處理相應(yīng)數(shù)據(jù)和線性插值，最終顯示數(shù)據(jù)。如此反復(fù)，不斷循環(huán)。主程序的循環(huán)可以

44、所示被響應(yīng)按鍵打斷，并切入校準(zhǔn)程序。 圖4.1主程序框圖 4.4校準(zhǔn)程序 測(cè)量狀態(tài)是數(shù)字壓力標(biāo)的正常運(yùn)行狀態(tài)，響應(yīng)中斷是校準(zhǔn)模式的唯一啟動(dòng)方法，在本次設(shè)計(jì)中，KEY CAL是所選擇P1.7校準(zhǔn)按鍵輸入的定義位置。也就是說(shuō)校準(zhǔn)程序會(huì)在KEY CAL中斷服務(wù)程序出進(jìn)入，中斷后的操作如： ●對(duì)按鍵進(jìn)行防震抗干擾檢查。 ●進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)(AM Active Mode)。 ●關(guān)閉E2PROM看門狗軟件。 ●對(duì)校準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)入與否進(jìn)行判斷，若已經(jīng)進(jìn)入，則在校準(zhǔn)過(guò)程中按下KEY CAL按鈕終止校準(zhǔn)，且不經(jīng)過(guò)目標(biāo)為E2PROM的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程完成復(fù)位和測(cè)量狀態(tài)的恢復(fù)，同時(shí)循環(huán)逐個(gè)校準(zhǔn)。 圖

45、4.2 校準(zhǔn)程序流程圖 4.5 LCD顯示 二進(jìn)制是通常的單片機(jī)存儲(chǔ)器或寄存器的數(shù)據(jù)存在方式，所以必須將顯示之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行BCD編碼轉(zhuǎn)換，程序內(nèi)部的存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)有具體的編碼對(duì)照表，編碼轉(zhuǎn)換通過(guò)查表模式完成。但是最后依然要通過(guò)7段碼的再轉(zhuǎn)換之后按照字節(jié)順序儲(chǔ)存于LCD顯示緩沖地帶，并觸發(fā)TRANSRAM程序?qū)?shù)據(jù)展現(xiàn)出來(lái)；自然地，小數(shù)點(diǎn)，進(jìn)位以及負(fù)數(shù)等多種數(shù)字變化都必須加以考量。 4.6放電計(jì)時(shí)子程序 電容電壓Vo必須在Slope A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中進(jìn)行運(yùn)算。0.25V的參考電壓應(yīng)為放大器輸出電壓在減壓放電以后所要達(dá)到的值。 4.7等待延時(shí)子程序 處于功耗最低化的考量，利用Tim

46、er A比較寄存器CR2來(lái)對(duì)充電等待的延時(shí)程序時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，且系統(tǒng)按照LPMO模式進(jìn)行等待運(yùn)行，下列為具體程序： 第五章結(jié)論 在本文內(nèi)，汽車內(nèi)部發(fā)送機(jī)氣缸壓力數(shù)據(jù)的調(diào)理，收集和儲(chǔ)藏都是通過(guò)針對(duì)壓力傳感器輸出的相應(yīng)模擬信號(hào)的對(duì)應(yīng)操作來(lái)完成的。傳感器輸出的模擬型號(hào)在調(diào)理電路內(nèi)經(jīng)過(guò)雜波濾除和放大之后進(jìn)入后面的處理程序?；贛PS430單片機(jī)的處理電路將放大的處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行了基于AD的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化，并通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)整理，這一數(shù)據(jù)手機(jī)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)思路計(jì)劃在本論文中予以了詳細(xì)介紹。在設(shè)計(jì)硬件線路時(shí)，本論文所涉及的測(cè)量?jī)x表使用了高性能低功耗的德州公司MSP430系列單片機(jī)，該單片機(jī)融合

47、了12C和SPI現(xiàn)場(chǎng)總線，UART強(qiáng)化端口以及看門狗等多種組件，讓外部設(shè)備結(jié)構(gòu)得到了最大的簡(jiǎn)化。同時(shí)也讓本設(shè)計(jì)測(cè)量?jī)x表的系統(tǒng)界面得到了精簡(jiǎn)，而且系統(tǒng)的總體功耗因?yàn)閱纹瑱C(jī)的節(jié)能特性而大大降低，顯示和鍵盤線路在系統(tǒng)內(nèi)部也起到了方便測(cè)試的作用。單片機(jī)系統(tǒng)的自身特性在系統(tǒng)內(nèi)部被充分用于I/O口端口和電路結(jié)構(gòu)的合理緊密安排，在小巧的外部結(jié)構(gòu)下隱藏著簡(jiǎn)單的操作流程和很高的使用價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 1．蔣思敬，姚士春，壓力計(jì)量[M]，北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1991，1-5 2．洪寶林，力學(xué)計(jì)量[M]，北京：原子能出版社，2002，434．446 3．秦曾煌，電工學(xué)，[M]，北京：高等教育出版社，198

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