基于單片機(jī)的壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一。壓力的檢測或控制是保證生產(chǎn)和設(shè)備安全運行必不可少的條件。本設(shè)計是基于單片機(jī)的壓力監(jiān)測儀的設(shè)計，主要通過單片機(jī)及專用芯片對傳感器所測得的模擬信號進(jìn)行處理,使其完成智能化功能。</p><p>　　本課題是針對單體支柱支撐壓力檢測儀的研究和設(shè)計所展開的。它可對支柱的壓力進(jìn)

2、行檢測，以確保單體液壓支柱的正常工作。</p><p>　　檢測儀可對單體支柱進(jìn)行壓力的檢測和實時監(jiān)控，把測量到的數(shù)據(jù)傳遞給地面的上位機(jī)，以便作出相應(yīng)的處理。當(dāng)壓力過低或支柱漏夜時能夠發(fā)出聲光報警，及時通知地面人員進(jìn)行維修。</p><p>　　本課題主要涉及三方面的內(nèi)容：壓力檢測、信號處理、數(shù)據(jù)顯示與傳輸。壓力檢測采用電阻應(yīng)變片式壓力傳感器對壓力進(jìn)行采集，然后通過多級放大把信號輸入給V/

3、F轉(zhuǎn)換芯片，由其輸出頻率信號傳輸給主控芯片并經(jīng)過主控芯片的處理，最后把信息顯示出來并且傳給上位機(jī)。</p><p>　　本次設(shè)計是基于AT89C51單片機(jī)的測量與顯示。是通過壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過運算放大器進(jìn)行信號放大，送至8位A／D轉(zhuǎn)換器，然后將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識別的數(shù)字信號，再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LED顯示器可以識別的信息，最后顯示輸出。</p><p>　　本設(shè)計的最

4、終結(jié)果是，將軟件下載到硬件上調(diào)試出來了需要顯示的數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入的模擬信號發(fā)生變化的時候，通過A/D轉(zhuǎn)換后，LED將顯示不同的數(shù)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：壓力；AT89C51單片機(jī)；壓力傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器；LED顯示</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Pressure in the process

5、of industrial production is one of the important parameters. The pressure test or control is to guarantee the production and the safe running of the equipment necessary conditions. This design is based on the single chip

6、 microcomputer monitoring design pressure, mainly through the special chip microcontroller and of sensor measured simulation signal processing, make its complete intelligent function.</p><p>　　This topic is

7、for single pillars of pressure detector research and design of open. It can detect the pillar pressure, to ensure the normal mono-hydraulic prop work.</p><p>　　Detector can of monomer pressure testing and su

8、pport real-time monitoring, the measurement of the data transfer to the ground to the PC, so as to make corresponding processing. When the pressure is too low or pillar LouYe can give out sound and light alarm, inform th

9、e ground staff for repair.</p><p>　　This subject mainly involves three aspects of content: the pressure test, signal processing, data display and transmission. Pressure testing the resistance strain chip pre

10、ssure sensor to pressure acquisition, and then through the multi-level amplifier to signal input to the V/F conversion chip, by its output frequency signal transmission to the main control chip and through the processing

11、 of the main control chip, finally the information displayed and to the upper machine.</p><p>　　This design is based on AT89C51 measurement and display. Is through the pressure sensor will pressure into elec

12、trical signal, and by the signal amplifier amplification, send to the eight A/D converter, and then convert an analog signal into A single chip can be identified, digital signal, to SCM convert LED display can identify t

13、he information, finally shows that the output. </p><p>　　The end result of this design is, will download software to hardware debugging out need to display data, when the input analog signals change when, th

14、rough the A/D conversion, LED will show different values.</p><p>　　Key words：pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LED monitor</p><p><b>　　目 錄</b></p&g

15、t;<p>　　摘 要………………………………………………………………...…..Ⅰ</p><p>　　Abstract………………………………………………………………..……Ⅱ</p><p>　　1 緒論…………………………………………………………………..…...2</p><p>　　1.1 研究背景………………………………………………

16、…………………….....2</p><p>　　1.2 基于單片機(jī)的壓力檢測原理…………………………………………………2</p><p>　　2 基于單片機(jī)的壓力檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計………………………………….....4</p><p>　　2.1 壓力傳感器……………………………………………………......................4</p>

17、;<p>　　2.2 信號放大電路…………………………………………………......................7</p><p>　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換器………………………………………………….………….….....8</p><p>　　2.4 單片機(jī)的選型與設(shè)計………………………………….…………………......9</p><p>　

18、　2.5 LED顯示電路的設(shè)計…………………………………………………..…...10</p><p>　　2.6 時鐘芯片的選型與設(shè)計………………………………………………….….12</p><p>　　2.7 可移動存儲器的選型與設(shè)計……………………………………………..…13</p><p><b>　　3 相關(guān)電路設(shè)計</b><

19、;/p><p>　　3.1 復(fù)位電路的設(shè)計……………….…………………………………………..…14</p><p>　　3.2 電源電路的設(shè)計……………………………………………………..…….…14</p><p>　　3.3 報警電路的設(shè)計……………………………………………………..……….14</p><p>　　3.4軟件設(shè)計理論……………

20、………………………...…...………..…..15</p><p>　　結(jié) 論…………………………………………………………..……..….17</p><p>　　致 謝……………………………………………………………..…..….18</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………..……..19</p>&l

21、t;p>　　附 錄……………………………………………………………..……..20</p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　近年來，隨著微型計算機(jī)的發(fā)展，他的應(yīng)用在人們的工作和日常生活中越來越普遍。工業(yè)過程控制是計算機(jī)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域

22、。其中由單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)在可以毫不夸張的說，沒有微型計算機(jī)的儀器不能稱為先進(jìn)的儀器，沒有微型計算機(jī)的控制系統(tǒng)不能稱其為現(xiàn)代控制系統(tǒng)，新的科技時代已經(jīng)到來了。</p><p>　　本設(shè)計的目的是設(shè)計一個壓力檢測儀對礦井單體支柱支撐壓力進(jìn)行檢測，以確保單體液壓支柱的正常工作，保障煤礦工作面工作的正常進(jìn)行。</p><p>　　正常情況下ADC0832與單片機(jī)的

23、接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 </p><p>　　為了提高單片機(jī)系統(tǒng)I/O口線的利用效率,利用單片機(jī)AT87C51的串行口和串行移位寄存器74LS164擴(kuò)展輸出多位LED顯示.</p><p>　　鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)人機(jī)對話的常用輸入設(shè)備。我們

24、通過鍵盤，向計算機(jī)系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和命令，亦可通過使用鍵盤，讓單片機(jī)系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài)。要想實現(xiàn)壓力的顯示需硬件與軟件配合，最終調(diào)試出來。</p><p>　　1.2 基于單片機(jī)的壓力檢測設(shè)計方案</p><p>　　本次設(shè)計是以單片機(jī)組成的壓力測量，系統(tǒng)中必須有前向通道作為電信號的輸入通道，用來采集輸入信息。壓力的測量，需要傳感器，利用傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號后，再經(jīng)放大并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)

25、換為數(shù)字量后才能由計算機(jī)進(jìn)行有效處理。然后用LED進(jìn)行顯示，而鍵盤的作用是改變輸入量的系數(shù)的。它的原理圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 壓力測量儀表原理</p><p>　　1.2.1壓力的概念</p><p>　　壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)正常運行，必須對壓力進(jìn)行測量和控制，但需說明的是，這里所說的壓力，實際上是物理概念中的壓強(qiáng)，

26、即垂直作用在單位面積上的力。</p><p>　　在壓力測量中，常用絕對壓力、表壓力、負(fù)壓力或真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號pj表示。用來測量絕對壓力的儀表稱為絕對壓力表。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用符號pq表示。用來測量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對壓力與大氣壓力之差。稱為表壓力，用符號pb表示。即pb=pj-pq。當(dāng)絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓

27、力為負(fù)值（即負(fù)壓力），此負(fù)壓力值的絕對值，稱為真空度，用符號pz表示。</p><p>　　壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)，如高壓容器的壓力超過額定值時便是不安全的，必須進(jìn)行測量和控制。在某些工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力還直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，如生產(chǎn)合成氨時，氮和氫不僅須在一定的壓力下合成，而且壓力的大小直接影響產(chǎn)量高低。此外，在一定的條件下，測量壓力還可間接得出溫度、流量和液位等參數(shù)。</p><

28、;p>　　1.2.2測量壓力的意義</p><p>　　壓力是過程生產(chǎn)中四大重要參數(shù)之一，它在檢測生產(chǎn)過程能否完全可靠正常運行的重要參數(shù)指標(biāo)，尤其在化工生產(chǎn)過程中壓力這一參數(shù)更顯得尤為重要。</p><p>　　在化工生產(chǎn)過程中，壓力即影響物料平衡，也影響化學(xué)反應(yīng)速速，是標(biāo)志生產(chǎn)過程能否正常進(jìn)行的重要參數(shù)。</p><p>　　安全生產(chǎn)的需要，從確保安全生產(chǎn)的

29、角度，壓力檢測也是非常重要的。如：確保壓力容器內(nèi)的壓力在安全指標(biāo)之內(nèi)，確保易燃易爆介質(zhì)的壓力不超</p><p>　　2 基于單片機(jī)的壓力檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p><b>　　2.1 壓力傳感器</b></p><p>　　壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)

30、自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。</p><p>　　2.1.1壓力傳感器的選擇</p><p>　　壓力傳感器是壓力檢測系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感元件將被測壓力信號轉(zhuǎn)換成容易測量的電信號作輸出，給顯示儀表顯示壓力值，或供控制和報警使用。力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電

31、容式壓力傳感器諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。 而電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用方便、性能穩(wěn)定、可靠、靈敏度高動態(tài)響應(yīng)快、適合靜態(tài)及動態(tài)測量、測量精度高等諸多優(yōu)點，因此是目前應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。電阻應(yīng)變式傳感器由彈性元件和電阻應(yīng)變片構(gòu)成，當(dāng)彈性元件感受到物理量時，其表面產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在彈性元件表面的電阻應(yīng)變片的電阻值將隨著彈性元件的應(yīng)變而相應(yīng)變化。通過測量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，可以用來測量

32、位移加速度、力、力矩、壓力等各種參數(shù)。</p><p>　　2.1.2　電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　電阻應(yīng)變片主要由四部分組成。如圖 2-1所示 ,電阻絲是應(yīng)變片敏感元件;基片、覆蓋片起定位和保護(hù)電阻絲的作用,并使電阻絲和被測試件之間絕緣;引</p><p>　　出線用以連接測量導(dǎo)線。</p><p>　　圖 2-1 電阻應(yīng)變

33、片的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.3 電阻應(yīng)變片的測量電路</p><p>　　應(yīng)變片可以將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化，為了顯示于記錄應(yīng)變的大小，還要將電阻的變化再轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，因此需要有專用的測量電路，通常采用直流電橋和交流電橋。</p><p>　　2.1.3.1電橋電路的工作原理</p><p>　　由于應(yīng)變片的電橋電路的輸

34、出信號一般比較微弱，所以目前大部分電阻應(yīng)變式傳感器的電橋輸出端與直流放大器相連，如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 直流電橋</p><p>　　設(shè)電橋的各臂的電阻分別為R1R3R2R4 它們可以全部或部分是應(yīng)變片。由于直流放大器的輸入電阻比電橋電阻大的多，因此可將電橋輸出端看成開路，這種電橋成為電壓輸出橋，輸出電壓U0 為</p><p>　　U0

35、= （2-7）</p><p>　　由上式可見：若R1R3=R2R4，則輸出電壓必為零，此時電橋處于平衡狀態(tài)，稱為平衡電橋。</p><p>　　平衡電橋的平衡條件為：</p><p>　　R1R3=R2R4 </p><p>　　應(yīng)變片工作時，其電

36、阻變化ΔR，此時有不平衡電壓輸出。</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　由式（2-8）表明：ΔR<< R1 時，電橋的輸出電壓于應(yīng)變成線性關(guān)系。若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變活壓應(yīng)變時，輸出電壓為兩者之差，若不同時，則輸出電壓為兩者之和。若相對兩橋臂的極性一直，輸出電壓為兩者之和，反之則為兩者之差。</p&

37、gt;<p>　　電橋供電電壓U越高，輸出電壓U0 越大，但是，當(dāng)U大時，電阻應(yīng)變片通過的電流也大，若超過電阻應(yīng)變片所允許通過的最大工作電流，傳感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂?；谶@些原因可以合理的進(jìn)行溫度補(bǔ)償和提高傳感器的測量靈敏度。</p><p>　　2.1.3.2 非線性誤差及溫度補(bǔ)償</p><p>　　由式（2-8）的線性關(guān)系是在應(yīng)變片的參數(shù)變化很小，極ΔR<<

38、; R1 的情況下得出的，若應(yīng)變片承受的壓力太大，則上述假設(shè)不成立，電橋的輸出電壓應(yīng)變之間成非線性關(guān)系。在在這種情況下，用按線性關(guān)系刻度的儀表進(jìn)行測量必然帶來非線性誤差。為了消除非線性誤差，在實際應(yīng)用中，常采用半橋差動或全橋差動電路，如圖2-3所示，以改善非線性誤差和提高輸出靈敏度。</p><p>　　(a)半橋差動電路 （b） 全橋差動電路</p>

39、<p>　　圖2-3 差動電橋</p><p>　　圖2-4（a）為半橋差動電路，在傳感器這中經(jīng)常使用這種方法。粘貼應(yīng)變片時，使兩個應(yīng)變片一個受壓，一個受拉。應(yīng)變符號相反，工作時將兩個應(yīng)變片接入電橋的相鄰兩臂。設(shè)電橋在初始時所示平衡的，且為等臂電橋，考慮到ΔR=ΔR1=ΔR2 則得半橋差動電路的輸出電壓為</p><p><b>　?。?-9）</b>

40、</p><p>　　由上式可見，半橋差動電路不僅可以消除非線性誤差，而且還使電橋的輸出靈敏度提高了一倍，同時還能起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｈ绻磮D2.4（b）所示構(gòu)成全橋差動電路同樣考慮到 ΔR=ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4時得全橋差動電路的輸出電壓為</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　可見，全橋的電壓靈敏度比

41、單臂工作時的靈敏度提高了4倍非線性誤差也得到了消除，同時還具有溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?，該電路也得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.2 信號放大電路</p><p>　　2.2.1放大器的選擇</p><p>　　被測的非電量經(jīng)傳感器得到的電信號幅度很小，無法進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，必須對這些模擬電信號進(jìn)行放大處理。為使電路簡單便于調(diào)試，本設(shè)計采用三運算放大器，因為在具有較大

42、共模電壓的條件下，儀表放大器能夠?qū)芪⑷醯牟罘蛛妷盒盘栠M(jìn)行放大，并且具有很高的輸入阻抗。這些特性使其受到眾多應(yīng)用的歡迎，廣泛用于測量壓力和溫度的應(yīng)變儀電橋接口、熱電耦溫度檢測和各種低邊、高邊電流檢測。</p><p>　　2.2.2三運放大電路</p><p>　　本次設(shè)計的放大器采用了三運放，因為它具有高共模抑制比的放大電路。它由三個集成運算放大器組成，如圖2-4所示。</p>

43、;<p>　　圖2-4 三運放高共摸抑制比放大電路</p><p>　　其中A1和A2為兩個性能一致(主要指輸入阻抗，共模抑制比和增益)的同相輸入通用集成運算放大器，構(gòu)成平衡對稱差動放大輸入級，A3構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，用來進(jìn)一步抑制A1和A2的共模信號，并適應(yīng)接地負(fù)載的需要。由于每個放大器求和點的電壓等于施加在各自正輸入端的電壓，因此，整個差分輸入電壓現(xiàn)在都呈現(xiàn)在RG兩端。因為輸入電壓經(jīng)

44、過放大后（在A1 和A2的輸出端）的差分電壓呈現(xiàn)在R5，RG和R6這三只電阻上，所以差分增益可以通過僅改變RG進(jìn)行調(diào)整。 這種連接有另外一個優(yōu)點：一旦這個減法器電路的增益用比率匹配的電阻器設(shè)定后，在改變增益時不再對電阻匹配有任何要求。如果R5 ＝ R6，R1＝ R3和R2 ＝ R4，則VOUT = (VIN2－VIN1)(1＋2R5/RG)（R2/R1）。</p><p>　　由于RG兩端的電壓等于VIN，所以流

45、過RG的電流等于VIN/RG，因此輸入信號將通過A1 和A2 獲得增益并得到放大。然而須注意的是對加到放大器輸入端的共模電壓在RG兩端具有相同的電位，從而不會在RG上產(chǎn)生電流。由于沒有電流流過RG（也就無電流流過R5和R6），放大器A1 和A2 將作為單位增益跟隨器而工作。因此，共模信號將以單位增益通過輸入緩沖器，而差分電壓將按〔1＋（2 RF/RG）〕的增益系數(shù)被放大。這也就意味著該電路的共模抑制比相比與原來的差分電路增大了〔1＋（2

46、 RF/RG）〕倍。 最后，由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，輸入放大器的共模誤差，如果它們跟蹤，將被輸出級的減法器消除。這包括諸如共模抑制隨頻率變換的誤差。</p><p>　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。能夠完成這一任務(wù)的器件稱之為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器。本次設(shè)計的中A/D轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換位數(shù)字量進(jìn)行輸

47、出。</p><p>　　2.3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊器件選擇</p><p>　　目前單片機(jī)在電子產(chǎn)品中已得到廣泛應(yīng)用，許多類型的單片機(jī)內(nèi)部已帶有A/D轉(zhuǎn)換電路，但此類單片機(jī)會比無A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)在價格上高幾元甚至很多，我們采用一個普通的單片機(jī)加上一個A/D轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的功能，這里A/D轉(zhuǎn)換器可選ADC0832、ADC0809等；串行和并行接口模式是A/D轉(zhuǎn)換器諸多分類中

48、的一種，但卻是應(yīng)用中器件選擇的一個重要指標(biāo)。在同樣的轉(zhuǎn)換分辨率及轉(zhuǎn)換速度的前提下，不同的接口方式會對電路結(jié)構(gòu)及采用周期產(chǎn)生影響。對A/D轉(zhuǎn)換器的選擇我們通過比較ADC0809和ADC0832來決定。這兩個轉(zhuǎn)換器都是常見的A/D轉(zhuǎn)換器，其中ADC0809的并行接口A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0832是串行接口A/D轉(zhuǎn)換器。我們所做的設(shè)計選擇ADC0832，A/D轉(zhuǎn)換在單片機(jī)接口中應(yīng)用廣泛 ,串行 A/D轉(zhuǎn)換器具有功耗低、性價比較高、芯片引腳少等特

49、點。</p><p>　　2.3.2 配置位說明</p><p>　　ADC0832工作時，模擬通道的選擇及單端輸入和差分輸入的選擇，都取決于輸入時序的配置位。當(dāng)差輸入時，要分配輸入通道的極性，兩個輸入通道的任何一個通道都可作為正極或負(fù)極。</p><p>　　2.4 單片機(jī)的選型與設(shè)計</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能將

50、更加完善，因而單片機(jī)的應(yīng)用將更加普及。它們將在智能化儀器、家電產(chǎn)品、工業(yè)過程控制等方面得到更廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)將是智能化儀器和中、小型控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的有種微型計算機(jī)。</p><p>　　2.4.1 AT89C51單片機(jī)簡介</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read

51、 Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本，如圖2-5所示。AT89C51單機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供靈活性高且廉價的方案。&

52、lt;/p><p>　　圖2-5 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　2.4.2主要特性</b></p><p>　　·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定

53、83;128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><p>　　2.4.3 振蕩器特性</p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩

54、均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　2.5 LED顯示電路的設(shè)計</p><p>　　目前廣泛應(yīng)用的顯示設(shè)備有發(fā)光數(shù)碼管顯示器(LED)和液晶顯示器，液晶顯示技術(shù)適用于顯示信息較多的情況，對環(huán)境要求也比較高。</p>

55、<p>　　本次設(shè)計是利用89C51單片機(jī)串行口和74HC573移位寄存器實現(xiàn)LED動態(tài)顯示的一種方法,利用該方法設(shè)計的LED顯示系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、軟件編程容易和價格低廉等特點。下面簡單簡紹一下74HC573這個芯片。</p><p>　　2.5.1 74HC573</p><p>　　74HC573是高性能硅門CMOS 器件（鎖存器）。SL74HC573 跟LS/AL57

56、3 的管腳一樣。當(dāng)鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。輸出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上操作電壓范圍：2.0V~6.0V低輸入電流：1.0uACMOS 器件的高噪聲抵抗特性</p><p>　　2.5.2發(fā)光二極管及LED顯示器</p><p>　　發(fā)光二極管是由半導(dǎo)體發(fā)光材料

57、做成的PN結(jié)，只要在發(fā)光二極管兩端通過正向電流5-20mA就能達(dá)到正常發(fā)光。LED的發(fā)光顏色通常有紅、綠、黃、白，其外形和電氣圖形符號如圖2-6所示。單個LED通常是通過亮、滅來指示系統(tǒng)運行狀態(tài)和用快速閃爍來報警。</p><p>　　aa)外形 b)圖形符號</p><p><b>　　圖2-6 LED</b></p><p>　　通常所

58、說的LED顯示器由7個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為七段LED顯示器，其排列形狀如圖2-7所示。顯示器中還有一個圈點型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點。通過七個發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。</p><p>　　圖2-7 LED顯示</p><p>　　2.5.3 LED數(shù)碼管動態(tài)顯示接口</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)

59、用系統(tǒng)中，數(shù)碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示?；陔娐吩O(shè)計簡潔成本低在本次設(shè)計中采用了數(shù)碼管的動態(tài)顯示，下圖2-8為本次設(shè)計所用的電路圖。</p><p>　　圖2-8 動態(tài)LED顯示電路</p><p>　　2.6 時鐘芯片的選型與設(shè)計</p><p>　　日期和時間信息由時鐘芯片提供，對于不斷開停的礦車來說，要求時間和日期信息不會因為儀器掉電

60、而丟失，實現(xiàn)這一功能的方式有兩種:一是用內(nèi)部不帶電池的時鐘芯片，外部接上可充電電池，在系統(tǒng)上電工作期間能夠?qū)Τ潆婋姵爻潆?，?dāng)?shù)綦姾?，充電電池可以保證時鐘芯片繼續(xù)工作，時間和日期信息不會因為電池掉電而丟失。另外一種方法是直接采用內(nèi)嵌電池的時鐘芯片，不需要另外設(shè)計充電電路。目前，比較常用的時鐘芯片有:Philips公司生產(chǎn)的PCF8563, Motorola公司生產(chǎn)的M48T86, Dalla公司生產(chǎn)的DS1302CN, DS12C887以

61、及Xicor公司新出的高精度實時時間芯片X1288等。其中，DS1302CN是串行輸入輸出口，但內(nèi)部不帶電稗，需要外接充電電池。DS12C887內(nèi)嵌電池，但是輸入輸出口是并行的，占用的單片機(jī)端口較多。下面簡單介紹兩種。</p><p>　　2.6.1 DS12C887</p><p>　　DS12C887是跨越2000年的時鐘芯片，專為IBMAT計算機(jī)的時鐘系統(tǒng)而設(shè)計，它是用4位數(shù)表示年

62、度的日歷系統(tǒng)。DS12C887采用24引腳雙列直插式封裝，正常工作可以保證時鐘數(shù)據(jù)10年內(nèi)不會丟失。芯片內(nèi)部有自己的晶振系統(tǒng)和供電系統(tǒng)，其內(nèi)部的年、月、日、時、分、秒，以及閏年信息，可以延續(xù)到2100年，也就是公元2100年之前的。</p><p>　　2.6.2時鐘芯片在電路中的應(yīng)用</p><p>　　為了正確的顯示時間，即使電路停止工作但時間一直顯示，就需要直流電源和電池兩種供電方式

63、給PCF8563供電。如圖2-9所示。</p><p>　　圖2-9 時鐘芯片在電路中的應(yīng)用圖</p><p>　　2.7可移動存儲芯片的選型與設(shè)計</p><p>　　數(shù)據(jù)記錄儀是本設(shè)計中數(shù)據(jù)傳遞的重要環(huán)節(jié)，壓力測量儀測量的壓力信息要通過數(shù)據(jù)記錄儀傳遞到地面計算機(jī)。數(shù)據(jù)記錄儀需要記錄的數(shù)據(jù)包括壓力值、時間和日期。根據(jù)設(shè)計需要，為了把數(shù)據(jù)一記錄儀設(shè)計成可插拔式，以

64、方便操作人員在工作結(jié)束后能夠?qū)?shù)據(jù)帶回地面，盡量選用體積較小的存儲器，便于攜帶。</p><p>　　存儲器的種類很多，按存儲類型來分，可分為FLASH(閃速存儲器)、EPROM(紫外線擦除可編程只讀存儲器)、EEPROM(電擦除可編程只讀存儲器)、SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存儲器)、DRAM(動態(tài)隨機(jī)存儲器)、FRAM(鐵電存儲器)和NVRAM(非易失性存儲器)等。FLASH存儲器是目前使用最多、也是比較流行的存儲器類

65、型，其中M45PE80是FLASH存儲器中容量較大的一款。所以本設(shè)計選用M45PE80作為可移動外部存儲器。</p><p><b>　　3相關(guān)電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1復(fù)位電路的設(shè)計</p><p>　　為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。由于微機(jī)電路是時序數(shù)字電路，它

66、需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。</p><p>　　復(fù)位電路工作原理圖所示，VCC上電時，C充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個毫秒后，C充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下S，C放電。 S松手，C又充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位

67、。幾個毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。如圖3-1所示　　</p><p>　　圖3-1 復(fù)位電路</p><p>　　3.2 電源電路的設(shè)計</p><p>　　由于工作場所的特殊性，壓力測量儀的電源一般采用外接直流電來供電，像蓄電池之類的外接電源。礦井下用的蓄電池一般為24V，而單片機(jī)工作電源為5V，所以我們需要一個把27V轉(zhuǎn)換成5V直流電，具體用到的芯片是ＭＣ７８

68、０５ＡＣＴ，這是一個直流５Ｖ穩(wěn)壓塊。如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 電源電路</p><p>　　3.3 報警電路的設(shè)計</p><p>　　隨著時代的不斷進(jìn)步，人們對自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求。本次設(shè)計考慮到實用和成本低廉因素選用了蜂鳴器和發(fā)光二極管組成的聲光報警電路。</p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)

69、的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器分為有源和無源兩種，它們從外觀上看，兩種蜂鳴器好像一樣，但仔細(xì)看，兩者的高度略有區(qū)別，有源蜂鳴器高度為9mm，而無源蜂鳴器的高度為8mm。如將兩種蜂鳴器的引腳都朝上放置時，可以看出有綠色電路板的一種是無源蜂鳴器，沒有電路板而用黑膠封閉的一種是有源蜂鳴器。如圖3-3所示。 </p>&

70、lt;p>　　圖3-3 聲光報警電路</p><p><b>　　3.4軟件設(shè)計理論</b></p><p>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)中通常要用到AD轉(zhuǎn)換，根據(jù)輸出格式，常用的AD轉(zhuǎn)換方式可分為并行AD和串行AD。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接接收，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少，封裝小，但需要軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)。可是單片機(jī)I/O引腳本來就不多，使

71、用串行器件可以節(jié)省I/O資源。</p><p>　　ADC0832是８位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可支持兩個單端輸入通道和一個差分輸入通道。相同功能的器件還有ADC0834，ADC0838，ADC0831。所不同的是它們的輸入通道數(shù)量不同。它們的通道選擇和配置都是通過軟件設(shè)置。</p><p>　　單片機(jī)串行工作方式時 ,串行口是作為同步移位寄存器使用。這時以P3.3端作為數(shù)據(jù)移位的入口和出口

72、,而由P3.6端提供移位時鐘脈沖。單片機(jī)串行口方式 0與 ADC0832的接口,單片機(jī)P2.0接ADC0832 的CS,P3.6接0832的CLK作為時鐘信號輸出端 ,P3.7 接 0832的 DO和DI作為啟動位、配置位的發(fā)送端以及 A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)據(jù)的接收端。由于 ADC0832在 CS變低后的前 3個周期內(nèi),DO端為高阻態(tài);轉(zhuǎn)換開始后 ,DI線禁止 ,因此 ,DI端和 DO端可連接在一起。ADC0832的時鐘頻率最高為 400k

73、Hz,單片機(jī)晶振可選用 4MHz,在 TXD的輸出頻率為 4MHz/12 =333. 3kHz,符合要求。ADC0832輸出的串行數(shù)據(jù)共 15位 ,由兩段 8位數(shù)據(jù)組成 ,前一段是最高位在先 ,后一段是最高在后 ,兩段數(shù)據(jù)的最低位共用。只有在時鐘的下降沿 ,ADC0832的串行數(shù)據(jù)才移出一位。由單片機(jī)控制時鐘信號的發(fā)送 ,并由P3.6發(fā)出 ,以達(dá)到控制 ADC0832輸出數(shù)據(jù)位的目的。為了得到一列完整的 8位數(shù)據(jù) ,單片機(jī)分兩次采集含有

74、不同位的數(shù)據(jù) ,再合成</p><p>　　ADC0832通過內(nèi)部多路器來控制選擇通道，處理器的控制命令通過DI引腳輸入。如下流程圖所示，當(dāng)模擬信號輸入開始后，首先是CS使能信號也就是片選信號有效，這時是低電平有效，如果片選是高電平時停止轉(zhuǎn)換。當(dāng)時鐘信號有效時輸入通道的控制字來確定所選擇的通道，讀取數(shù)據(jù)后就開始將模擬量轉(zhuǎn)換位數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機(jī)讀取數(shù)值，如果沒轉(zhuǎn)換完，又回到使能開始。</p>

75、;<p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在設(shè)計中遇到不少困難，這對自己是一個考驗，剛開始拿到題目的時候頭緒并不是很多，通過查閱資料對整個系統(tǒng)有了一定的認(rèn)識。單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容在大三的課程學(xué)過，但是學(xué)得并不是很深，在設(shè)計前我重新學(xué)習(xí)了一遍單片機(jī)的知識，包括芯片接口和51系列單片機(jī)的指令等。好多芯片都是我們第一次接觸，所以得重新學(xué)習(xí)它們的功能和使用方法。除學(xué)習(xí)

76、芯片功能外，主要了解了對芯片串行輸出的控制，這里的軟件設(shè)計是一個難點，我們這次用的是用AltiumDesigner繪圖軟件，我們以前學(xué)過但是學(xué)的不夠深，這對我來說是個難點，但是通過看書和同學(xué)老師的幫忙，使得我畫好了原理圖。我認(rèn)為我們專業(yè)學(xué)習(xí)硬件知識相對比軟件多，所以在軟件設(shè)計方面我還有很大不足。</p><p>　　本次設(shè)計是基于單片機(jī)的礦井單體支柱支撐壓力檢測儀的設(shè)計，具有針對性，專為</p>&

77、lt;p>　　井下做業(yè)而設(shè)計。由于礦井下復(fù)雜的地理環(huán)境，巷道多支柱也多，一旦支柱所承受的壓力超出它的上限造成塌方，那么造成的事故真是不堪設(shè)想，所以在井下做業(yè)的同時我們必須考慮到其安全性。本設(shè)計就是為了達(dá)到井下能夠安全生產(chǎn)盡量減少事故發(fā)生的目標(biāo)，研制一種能夠檢測礦井支柱壓力并且超速報警的一種自動化裝置。這種測壓儀能夠?qū)z測到的壓力值顯示出來，一旦超出預(yù)定值就報警。同時把壓力值存入可移動存儲器，由工作人員帶回地面，進(jìn)行繪圖、分析。&l

78、t;/p><p>　　通過本次設(shè)計，讓我對選擇芯片、設(shè)計原理圖、繪制PCB圖，焊接電路板、編程調(diào)試、完成實現(xiàn)這一整套的設(shè)計裝置的過程有了深刻地了解，并且親自動手，體會到中間制作過程中的樂趣。在制作過程中了解到許多芯片的功能及應(yīng)用，還有顯示驅(qū)動電路等等。在計算、繪圖、編制技術(shù)文件、制作、調(diào)試實驗系統(tǒng)等方面的能力增強(qiáng)，使設(shè)計、調(diào)試等方面的基本功得到了訓(xùn)練，提高了自身素養(yǎng)和分析問題、解決問題的實際工作能力。雖然我們是一個人

79、一個課題，可是大家都相互幫助，很順利的完成了此次設(shè)計。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過一學(xué)期的忙碌，本次畢業(yè)論文設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一名普通大學(xué)生的畢業(yè)論文，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的幫助，想要完成這個設(shè)計是有點困難的。</p><p>

80、;　　在論文寫作過程中，得到了老師的耐心的指導(dǎo)。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給與我和同組同學(xué)以無微不至的關(guān)懷，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 同時還要感謝同班同學(xué)的幫助，給我設(shè)計

81、的軟件和硬件上幫了很多。才能使設(shè)計得以圓滿的完成。</p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝我的母校xx幾年來對我的栽培。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李朝青編著.

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