51单片机的压力传感器毕业设计

人生最大的幸福，是发现自己爱的人正好也爱着自己。毕业 任务书一、题目智能压力传感器系统设计二、指导思想和目的要求1. 培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能提高解决实际问题的能力从而达到巩固、深化所学的知识与技能；2. 培养学生建立正确的科学思想培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风；3. 培养学生调查研究收集资料熟悉有关技术文件锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力三、主要技术指标1. 培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能提高解决实际问题的能力从而达到巩固、深化所学的知识与技能；2. 培养学生建立正确的科学思想培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风；3. 培养学生调查研究收集资料熟悉有关技术文件锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力三、主要技术指标本设计主要设计一个智能压力传感器的设计要求如下：被测介质： 气体、液体及蒸气量程： 0Pa500pa综合精度：0.25%FS供电： 24V Dc（1236VDC）介质温度：-20150环境温度：-2085过载能力： 150%FS响应时间：10mS稳定性：0.15%FS/年能实时显示目标压力值和保存参数并能和上位机进行通信并具有较强的抗干扰能力所需要完成的工作：1.系统地掌握控制器的开发设计过程相关的电子技术和传感器技术等进行设计任务和功能的描述；2.进行系统设计方案的论证和总体设计；3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划分别进行系统的硬件设计和软件设计；4.进行硬件调试软件调试和软硬件的联调；5. 查阅到 15 篇以上与题目相关的文献按要求格式独立撰写不少于 15000 字的设计说明书及 1.5 万（或翻译成中文后至少在 3000字以上）字符以上的英文翻译四、进度和要求第 01 周-第 02 周：查阅相关资料并完成英文翻译；第 03 周-第 04 周：进行市场调查给出系统详细的设计任务和功能进行系统设计方案的论证和总体设计；第 05 周-第 07 周：完成硬件电路设计并用 PROTEL 画出硬件电路图；第 08 周-第 10 周：完成软件模块设计与调试；第 11 周-第 12 周：进行硬件调试软件调试和软硬件的联调；第 13 周-第 14 周：撰写毕业设计论文；五、主要参考书及参考资料1. 单片机原理及应用张鑫等电子工业出版社2. MCS51 单片机应用设计张毅刚等哈尔滨工业大学3. MCS51 系列单片机实用接口技术李华等北京航天航空大学4. PROTEL2004 电路原理图及 PCB 设计清源科技机械工业出版社5. 基于 MCS-51 系列单片机的通用控制模块的研究曹卫芳山东科技大 学200556. 单片机应用技术选编何立民北京航空航天大学出版社20007. 检测技术与系统设计张靖等中国电力出版社2001摘要压力是工业生产过程中的重要参数之一压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理使其完成智能化功能介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计并根据硬件进行了软件编程本次设计是基于 AT89C51 单片机的测量与显示是通过压力传感器将压力转换成电信号再经过运算放大器进行信号放大送至 8 位 AD 转换器然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号再经单片机转换成 LED 显示器可以识别的信息最后显示输出而在显示的过程中通过键盘向计算机系统输入各种数据和命令让单片机系统处于预定的功能状态显示需要的值本论文根据压力传感器零点补偿与非线性补偿原理设计出了测量压力传感器的硬件应用单片机技术测量电路简单成本低应用面广但是由于自身的稳定性其测量结果仍存在误差关键词: 压力；AT89C51 单片机；压力传感器；A/D 转换器；LCD 显示；AbstractPressure is one of the important parameters in the process of industrial production. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operatingwhich is of great significance. The single-chip is infiltrating into all fields of our livesso it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation designprimarily through by using single-chip and dedicated chiphandling of analog signal measured by the sensor to complete intelligent function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensorand conduct software development to the hardware.The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. This is the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals. After using operational amplifierthe signal is amplifiedand transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitorand finally display output. In the course of showthrough the keyboard to input all kinds of data and commands into the computerthe single-chip will locate in a predetermined function step to display required values. In additionbased sensor thermal drift and nonlinearity principlethis paper has designedIntelligent sensor hardware circuit and edited a C51Program.The circuit with micro-Process issimple and cheapthough the result has still a little error.Key words: pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LCD monitor;目录第一章 绪 论 11.1 前言 11.2 选题的背景和意义 11.3 智能压力传感器的发展方向 21.4 本文研究的内容 3第二章 系统总体方案设计 42.1 系统任务描述 42.1.1 控制系统要求 42.1.2 主要仪器的选择 42.2 系统总体设计 62.2.1 系统组成 62.2.2 基于单片机的智能压力检测的原理 6第三章 压力传感系统硬件设计 73.1 压力传感器 73.1.1 金属应变片的工作原理 73.1.2 电阻应变片的基本结构 83.1.3 电阻应变片的测量电路 83.1.4 电桥电路的工作原理 93.1.5 非线性误差及温度补偿 103.2 信号放大电路 113.2.1 三运放放大电路 113.3 A/D 转换器 123.3.1 A/D 转换器的简介 123.3.2 配置位说明 133.3.3 工作时序图 143.3.4 单片机对 ADC0832 的控制原理 153.4 单片机 173.4.1 AT89C51 单片机简介 173.4.2 主要特性 173.4.3 管脚说明 183.4.4 振荡器特性 193.4.5 芯片擦除 203.5 液晶屏 LCD 简介 203.5.1 液晶显示器原理 203.5.2 液晶显示器分类 203.5.3 字符的显示 213.5.4 LM016L 引脚功能说明 213.6 报警模块 22第四章 软件设计 234.1 系统的主程序 234.2 A/D 转换器的软件设计 254.2.1 ADC0832 芯片接口程序的编写 254.3 LCD 数码管显示程序设计 274.3.1 LM016LCD 的 RAM 地址映射及标准字库表 27第五章 PROTEUS 仿真调试 295.1 仿真软件了解 295.1.1proteus 软件介绍 295.1.2protuse 功能和特点 295.2 本次设计仿真过程 305.2.1 创建原理图 305.2.2 绘制仿真原理图 305.2.3 系统调试 315.2.4 开始仿真 31第六章 总结 336.1 设计总结 336.2 展望和不足 34致谢 35参考文献 36附录一 PROTEL 图 37附录二 源程序 38第一章 绪 论1.1 前言在信息高速发展的今天传感器检测系统的智能化和集成化成为其发展的两个重要方向而传感器检测系统智能化和集成化的程度主要取决于与之相结合的微处理器的性能具有数据处理能力能够进行自动检测、自动校准、自动误差补偿、自动抽样、以及标度变换功能的智能压力传感器检测系统已成为国内外开发和研究的热点传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一从宇宙探索到海洋开发从生产过程的控制到现代文明生活几乎每一项现代科学技术都离不开传感器在工业、农业、国防、科技等各个领域传感器技术都得到了广泛的应用并展现出极其广阔的前景因此许多国家对传感器技术的发展十分重视例如在日本传感器技术被列为六大核心技术（传感器、通信、激光、半导体、超导和计算机）之一并且是将传感器列为十大技术之首；美国将 90 年代看作是传感器时代将传感器技术列为 90 年代 22 项关键技术之一我国对传感器的研究也有二十多年的历史并取得了很大的成就目前在“科学技术就是第一生产力“的思想指引下各项科学技术取得了突飞猛进的发展传感器技术也越来越受到各方面的重视虽然在某些方面已赶上或者接近世界先进水平但是从总体来看与国外传感器技术的发展相比我国对传感器技术的研究和生产还比较落后现正处于方兴未艾的阶段由于智能传感器系统的研究起步较晚其理论和实践远未成熟离实际应用需求差距很大尤其是用于压力测量的高性能、小体积、低成本智能压力传感器系统更是有待于进一步开发因此研究开发高性能的智能压力传感器系统对于促进信息技术及自动化技术的发展、提高设备的性能及自动化水平具有不可低估的意义1.2 选题的背景和意义近年来随着微型计算机的发展他的应用在人们的工作和日常生活中越来越普遍工业过程控制是计算机的一个重要应用领域其中由单片机构成的嵌入式系统已经越来越受到人们的关注现在可以毫不夸张的说没有微型计算机的仪器不能称为先进的仪器没有微型计算机的控制系统不能称其为现代控制系统的时代已经到来压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义在工业生产中为了高效、安全生产必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用因此有必要准确测量压力为了测到不同位置的压力值本次设计为基于单片机智能压力测量系统通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号再经过运算放大器进行信号放大送至 8 位 AD 转换器然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号再经单片机转换成 LCD 显示器可以识别的信息最后显示输出基于单片机的智能压力检测系统选择的单片机是基于 AT89C51 单片机的测量与显示将压力经过压力传感器变为电信号再通过三运放放将电信号放大为标准信号为 0-5V 的电压信号然后进入 A/D 转换器将模拟量转换为数字量我们所采样的 A/D 转换器为 ADC0832ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片其最高分辨可达 256 级可以适应一般的模拟量转换要求其内部电源输入与参考电压的复用使得芯片的模拟电压输入在 05V 之间芯片转换时间仅为 32S据有双数据输出可作为数据校验以减少数据误差转换速度快且稳定性能强独立的芯片使能输入使多器件挂接和处理器控制变的更加方便通过 DI 数据输入端可以轻易的实现通道功能的选择正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线分别是 CS、CLK、DO、DI但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用为了提高单片机系统 I/O 口线的利用效率利用单片机 AT87C51 的串行口和液晶显示屏 LM016L 来显示.1.3 智能压力传感器的发展方向（1）向高智能高精度发展:随着自动化生产程度的不断提高对传感器的要求也在不断提高必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性目前能生产精度在万分之一以上的传感器的厂家为数很少其产最也远远不能满足要求（