压力检测系统的设计.doc

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1、 2014 2015学年 第 1 学期专业综合课程设计课 程 设 计 报 告题 目： 压力检测系统的设计 专 业： 电子信息工程 班 级： 11电信一班 姓 名： 指导教师： 电气工程学院 2014 年11月23日1、任务书课题名称压力检测系统的设计指导教师（职称）王忠良（讲师） 执行时间20142015学年第1学期 第13周学生姓名学号承担任务压力检测系统的整体设计压力检测系统的整体设计程序的设计程序的设计仿真原理图仿真原理图论文的撰写设计目的1.初步了解压力检测系统与在工业化生产当中的广泛应用；2. 压力指标在工业化生产当中有着重要的作用，在生产中保障安全的一项衡量指标，所以对于压力的测量

2、是一项比较重要的过程。总之，压力检测是一般生产过程所不可缺少的环节，只有按工艺要求保持压力的稳定，才能维持生产的正常进行。所以压力准确测量在实际过程是非常重要的。设计要求1） 设计一个测压范围在30-150pa的压力检测系统，到压力预定值时，产生报警；2）利用传感器实验台作为压力源，设计一个压力检测系统；3） 将压力传感器送单片机并在LED数码显示器上显示压力值；当压力低于30pa，黄灯闪烁，闪烁周期为1秒；当压力高于150pa时，红灯闪烁；4） 编写相应的单片机程序；5） 课程设计说明书内容包括设计目的与意义、依据的原理、主要注意的方面。在算法和软件的说明中应配有适当的流程图、注释、图片或功

3、能框图，以便更好地说明软件设计过压力检测系统的设计摘 要压力参数指标在工业化生产中有着广泛的应用，诸类仪表中，变送器的应用最为广泛、普遍，变送器大体分为压力变送器和差压变送器。压力测量对于保障正常的工业化生产有着重要的意义，对于本测控电路的设计，通过智能微压力（差压）变送器将物理型号变成电信号后，在经过模数转换芯片ADC0809输送到单片机中所进行的硬件电路设计。通过80C51单片机的编程设计，完成对硬件电路的控制作用。ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。然后连接LED显示器，显示测量时的动态数据。本次课题设计最终结果是对输入信号进行显示

4、与对比，而后输出最终结果，并且在LED上显示最终结果。关键词：WLY-KC微压力（差压）变送器、ADC0809转换器、压力传感器、A/D转换器、LED显示器目录第一章 设计背景1一 设计任务及内容1二 压力检测系统的设计的目的及意义1第二章 压力检测系统的整体设计2一 压力检测系统的原理2二 模块的划分22.1模块划分：22.2 各模块的具体参数32.3 LED显示方式7第三章 程序的设计8一 程序的流程图8二 程序代码9第四章 仿真原理图13一 仿真图13总结14参考文献14答辩记录及评分表14第一章 设计背景一 设计任务及内容1.1 课程设计题目：压力测控系统的设计课程设计的主要内容及要求

5、：（1） 设计一个测压范围在30-150pa的压力测控系统，到压力预定值时，产生报警；（2） 利用传感器实验台作为压力源，设计一个压力检测系统；（3） 将压力传感器送单片机并在LED数码显示器上显示压力值；当压力低于30pa，黄灯闪烁，闪烁周期为1秒；当压力高于150pa时，红灯闪烁；（4） 编写相应的单片机程序；（5） 课程设计说明书内容包括设计目的与意义、依据的原理、主要注意的方面。在算法和软件的说明中应配有适当的流程图、注释、图片或功能框图，以便更好地说明软件设计过程。二 压力测控系统的设计的目的及意义2.1 初步了解压力测控系统与在工业化生产当中的广泛应用；2.2 压力指标在工业化生产

6、当中有着重要的作用，在生产中保障安全的一项衡量指标，所以对于压力的测量是一项比较重要的过程。总之，压力检测是一般生产过程所不可缺少的环节，只有按工艺要求保持压力的稳定，才能维持生产的正常进行。所以压力准确测量在实际过程是非常重要的。第二章 压力检测系统的整体设计一 压力测控系统的原理1.1 压力测控系统的设计是以单片机为主体，系统中需要压力传感器的输出与A/D的连接,然后通过单片机与其他硬件连接，在LED上显示测量数据。系统框图如下图1所示。 模数转换单元ADC0809单片机80C51大于150Pa红灯闪烁小于30Pa黄灯闪烁显示数字三位数码LED显示管压力传感器WLY-K-C图1、压力测控系

7、统原理方框图本系统的设计是选择合适的传感器，以及A/D转换等根据硬件电路编程，调试出来并显示结果。二 模块的划分2.1模块划分：（1） 传感器元件模块 传感器元件主要是对压力这样的物理量转变成电信号。（2） A/D转换电路模块 A/D转换电路是将模拟量转换为数字量，便于单片机的处理。（3） 控制器处理模块 控制器是通过51系列单片机对数字信号，按照预定目的进行处理。（4） 显示与报告模块 显示与报告是对于最终输出结果进行直观的表达。2.2 各模块的具体参数（1）传感器元件模块 由于本次测量压力较小，经查阅相关资料选用北京兴卧龙传感器有限公司生产的微压力（差压）变送器采用进口高精度、高稳定性微压

8、力敏芯片，经严格精密温 补偿，线性补偿， 信号放大，V/I转换，逆极性保护，压力过载限流等信号处理，将很微小的差压，风压，流量等参数可靠的转换成工业标准WLY-K-C微压力（差压）变送器 该变送器可广泛用于石油，化工，治金，电力，轻纺，电子，医药，食品，环保等领域对生产过程中十分微小的非腐蚀性气体的差压，流量，风压等进行可靠的控制，是超净厂房和锅炉自动化检测的理想产品主要技术指标： 型号：WLY-K-C微压力差压变送器 压力形式：表压/绝压/负压/差压 量 程：-100KPa-100Pa-0-100pa-1000Kpa 精 度：0.3级常规 供 电：1236VDC（24VDC） 输 出：4mA

9、-20mA/0mA-10mA 1V-5V/0V-5V 负载电阻：R=（U-12.5）/0.02-RD 其中：U为电源电压，RD为电缆内阻 过载能力：200%FS 响应时间：1ms 温度：-2085（2）A/D转换模块选择ADC0809，ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。主要特性 ：1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100s(时钟为6

10、40kHz时)，130s（时钟为500kHz时）4）单个+5V电源供电5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40+85摄氏度。7）低功耗，约15mW。内部结构 ：ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 外部特性（引脚功能） ：ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线

11、，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。 GND：地。ADC0809与MCS-51单

12、片机的连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。转换数据的传送有定时传送方式、查询方式、中断方式这三种方式。（3）控制器处理模块80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（PUSH）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。采用40引脚双列直插式DIP（Dual In Line Package），内有128个RAM单元及4K的ROM。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一

13、个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。电源:1） VCC - 芯片电源，接+5V；2） VSS - 接地端；时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。控制线: 控制线共有4根，1） ALE/PROG: 地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有E

14、PROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编 程脉冲。2）PSEN: 外ROM读选通信号。3） RST/VPD: 复位/备用电源。RST（Reset）功能：复位信号输入端。VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。4） EA/Vpp: 内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外ROM选择端。Vpp功能： 片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。（4）显示与报告模块发光二极管及LED显示发光二极管简

15、称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。发光二极管是由半导体发光材料做成的PN结，只要在发光二极管两端通过正向电流5-20mA就能达到正常发光。LED的发光颜色通常有红、绿、黄、白，其外形和电气图形符号如图2所示。单个LED通常是通过亮、灭来指示系统运行状态和用快速闪烁来报警。图2发光二极管电气图形符号LED显示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode ，发光

16、二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法：共阳极接法把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接5V。阴极端输入低电平的段发光二极管导通点亮，输入高电平的则不点亮。共阴极接法把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时会共阴极接地，阳极端输入高电平的段发光二极管导通点亮，输入低电平的则不点亮。字型共阳极代码共阴极代码字型共阳极代码共阴极代码 0C0H3FH99

17、0H6FH 1 F9H06HA88H77H 2 A4H5BH b83H7CH 3 B0H4FHCC6H39H 4 99H66HdA1H5EH 592H6DHE86H79H 682H7DHF 8EH71H 7F8H07H灭FFH00H880H7FH表1十六进制数字形代码2.3 LED显示方式1）静态显示所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。这种显示方法的每一位都需要有一个8位输出口控制。静态显示器的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度高，控制系统在运行过程中，仅仅在需要更新显示内容时，CPU才执行一次显示更新子程序，这样大大节省了C

18、PU的时间，提高了CPU的工作效率；缺点是位数较多时，所需的I/O口太多，硬件开销太大。2）动态显示所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，看到的却是多个字符“同时”显示。我们设计采用的是动态显示。第三章 程序的设计一 程序的流程图如下图3所示：开始初始化采集模拟数据启动AD转化XXX红灯闪烁黄灯闪烁都不亮显示图3程序流程图二 程序代码ORG 0000H ;程序起始地址 ORG 0003H ;中断起始地址 LJMP INT1 MOV R0,#A

19、0H ;数据存储区指针 MOV R2,#01H ;1路计数值 SETB IT1 ;中断初始化 SETB EA SETB EX1 MOV DPTR,#FE00H ;启动A/D转换 MOVX OPTR,A MOV TMOD,#10H ;T1工作方式为1 MOV TH1,#3CH ;设置初值 MOV TL1,#BOH ORG 001BH ;T1中断入口 LMJP YELLOW ;跳至中断 MOV TMOD,#01H ;T0工作方式为1 MOV TH0,#3CH ;设置初值 MOV TL0,#B0H ORG 0000H ;T0中断入口 LJMP RED ;跳至中断 SETB ET0 ;允许T0中断 S

20、ETB ET1 ;允许T1中断 SETB TR0 ;启动T0、T1计时 SETB TR1HERE: SJMP HERE MOVX A,DPTR ;采样数据INT1: SUBB A,#30 JNZ YELLOW ;小于0跳至yellow SUBB A,#150 JNZ SHOW ;小于150跳至SHOW JMP RED ;大于150跳至REDYELLOW:CPL P2.4 ;中断T1取反，P1.0输出 DJNZ NEXT1RED: CPL P2.5 ;中断T0取反，P1.1输出 DJNZ NEXT2NEXT1: MOV TH1,#3CH ;T1重设初值 MOV TL1,#B0H RETINEXT

21、2: MOV TH0,#3CH ;T0重设初值 MOV TL0,#B0H RETISHOW: MOVX A,DPTR MOV B,#64 ;将100送入B DIV AB ;A除以100 MOV R0+4,A ;把百位送入R0+4 MOV A,#0AH XCH A,B DIV AB MOV R0+2,A ;把十位送入R0+2 MOV R0,B ;把个位送入R0 MOV A,R0 MOV R1,#7AH ;指向显示缓存区首地址 MOV R2,#03H ;循环次数LOOP: MOV R1,A ;将字符送入显示缓存区 INC R1 ;指向下一个显示单元 INC R0 ;取下一个字符 INC R0 MO

22、V A,R0 ;送入A DJNZ R2,LOOP ;R2未到3重复循环MM: LCALL DIR ;调用动态扫描程序 SJMP MM ;重复循环 END第四章 仿真原理图一 仿真图 如下图4所示： 图4 仿真图总 结经过这周的课程设计，让我对课程设计有了系统的认识。只是独立的讲解一些芯片的结构及用法，培养了我们想问题的思维方式。以前我们想问题时总是将一些问题孤立出来去思考，而这次实习，他引导我们以多维的方式去解析整个问题。在实习中，我们不但要理解好系统的结构，进而画出硬件连接图、而且要写出程序流程图及源程序就，这些虽然是不同的表现形式，但他们必须用统一的思想去认识。通过对压力测试系统的设计，让

23、我们更加了解了ADC0809、80C51、等芯片的用法，同时，也对单片机的编程有了更加深入的认识。为以后单片机的学习奠定了一定的基础。最后，我通过课程设计认知了团队合作的重要性。通过与搭档的交流，让我对有些以前不是很熟悉的内容有了提高。同时在与之合作中，让我对工程这个概念有了新的认识，因为在以后工作中我们都必须面对与团体的合作。只有在平常，我们多去与人交流。才能提升我们的这个能力。总之，两周的课程设计尽管很短，但让我们受益颇多。参考文献【1】 张毅坤、陈善久、裘雪红 单片微型计算机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社 2011.1【2】 张国雄 测控电路 北京 机械工业出版社 2010.9

24、【3】 郑学坚、周斌 微型计算机原理及应用 北京 清华大学出版社2010【4】 宗荣芳 八通道数据采集及监控系统的设计 江苏 淮海工程学院电子工程学院【5】 谭丽君 单片机压力测控系统的实现 贵州 贵州大学职业技术学院【6】 俞志根 高精度压力测控系统试验的研究 浙江 湖州职业技术学院7、答辩记录及评分表 课题名称答辩教师（职称）王银花、王忠良 答辩时间 2014-2015学年第1学期 第 13周答辩记录问：简述一下ADC080模块？答：ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选

25、通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。问：什么时动态显示？答：所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，看到的却是多个字符“同时”显示。问：LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法？答：共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接5V。阴极端输入低电平的段发光二极管导通点亮，输入高电平的则不点亮。共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时会共阴极接地，阳极端输入高电平的段发光二极管导通点亮，输入低电平的则不点亮 评 分 表学生姓名学号评分钱叶辉1109121025魏伟1109121037孙叶林1109121029俞俊明1109121045陈文1109121004姚姚1109121044凌志1109121020