基于单片机的压力检测系统设计论文

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

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。本设计是基于单片机的压力监测仪的设计，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。

本课题是针对单体支柱支撑压力检测仪的研究和设计所展开的。它可对支柱的压力进行检测，以确保单体液压支柱的正常工作。

检测仪可对单体支柱进行压力的检测和实时监控，把测量到的数据传递给地面的上位机，以便作出相应的处理。当压力过低或支柱漏夜时能够发出声光报警，及时通知地面人员进行维修。

本课题主要涉及三方面的内容：压力检测、信号处理、数据显示与传输。压力检测采用电阻应变片式压力传感器对压力进行采集，然后通过多级放大把信号输入给V/F转换芯片，由其输出频率信号传输给主控芯片并经过主控芯片的处理，最后把信息显示出来并且传给上位机。

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A／D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。

本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。

关键词：压力；AT89C51单片机；压力传感器；A/D转换器；LED显示

I

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

Abstract

Pressure in the process 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 microcomputer monitoring design pressure, mainly through the special chip microcontroller and of sensor measured simulation signal processing, make its complete intelligent function.

This topic is 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.

Detector can of monomer pressure testing and support 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 the ground staff for repair.

This subject mainly involves three aspects of content: the pressure test, signal processing, data display and transmission. Pressure testing the resistance strain chip pressure 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 of the main control chip, finally the information displayed and to the upper machine.

This design is based on AT89C51 measurement and display. Is through the pressure sensor will pressure into electrical 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 the information, finally shows that the output.

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, through the A/D conversion, LED will show different values.

Key words：pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LED monitor

II

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

目 录

摘 要………………………………………………………………...…..Ⅰ Abstract………………………………………………………………..……Ⅱ 1 绪论…………………………………………………………………..…...2 1.1 研究背景…………………………………………………………………….....2 1.2 基于单片机的压力检测原理…………………………………………………2 2 基于单片机的压力检测系统的硬件设计………………………………….....4

2.1 压力传感器……………………………………………………......................4 2.2 信号放大电路…………………………………………………......................7 2.3 A/D转换器………………………………………………….………….….....8 2.4 单片机的选型与设计………………………………….…………………......9 2.5 LED显示电路的设计…………………………………………………..…...10 2.6 时钟芯片的选型与设计………………………………………………….….12 2.7 可移动存储器的选型与设计……………………………………………..…13 3 相关电路设计

3.1 复位电路的设计……………….…………………………………………..…14 3.2 电源电路的设计……………………………………………………..…….…14 3.3 报警电路的设计……………………………………………………..……….14 3.4软件设计理论……………………………………...…...………..…..15 结 论…………………………………………………………..……..….17 致 谢……………………………………………………………..…..….18 参考文献……………………………………………………………..……..19 附 录……………………………………………………………..……..20

-1-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

1绪论

1.1 研究背景

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，新的科技时代已经到来了。

本设计的目的是设计一个压力检测仪对矿井单体支柱支撑压力进行检测，以确保单体液压支柱的正常工作，保障煤矿工作面工作的正常进行。

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的串行口和串行移位寄存器74LS164扩展输出多位LED显示.

键盘是单片机系统实现人机对话的常用输入设备。我们通过键盘，向计算机系统输入各种数据和命令，亦可通过使用键盘，让单片机系统处于预定的功能状态。要想实现压力的显示需硬件与软件配合，最终调试出来。

1.2 基于单片机的压力检测设计方案

本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LED进行显示，而键盘的作用是改变输入量的系数的。它的原理图如图1-1所示。

压力 传感器 放大器

显示 单片机 A/D转换

键盘

图1-1 压力测量仪表原理

-2-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

1.2.1压力的概念

压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行测量和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。

在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号pj表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号pq表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差。称为表压力，用符号pb表示。即pb=pj-pq。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号pz表示。

压力是工业生产中的重要参数，如高压容器的压力超过额定值时便是不安全的，必须进行测量和控制。在某些工业生产过程中，压力还直接影响产品的质量和生产效率，如生产合成氨时，氮和氢不仅须在一定的压力下合成，而且压力的大小直接影响产量高低。此外，在一定的条件下，测量压力还可间接得出温度、流量和液位等参数。

1.2.2测量压力的意义

压力是过程生产中四大重要参数之一，它在检测生产过程能否完全可靠正常运行的重要参数指标，尤其在化工生产过程中压力这一参数更显得尤为重要。

在化工生产过程中，压力即影响物料平衡，也影响化学反应速速，是标志生产过程能否正常进行的重要参数。

安全生产的需要，从确保安全生产的角度，压力检测也是非常重要的。如：确保压力容器内的压力在安全指标之内，确保易燃易爆介质的压力不超

-3-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

2 基于单片机的压力检测系统的硬件设计

2.1 压力传感器

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

2.1.1压力传感器的选择

压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出，给显示仪表显示压力值，或供控制和报警使用。力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。 而电阻应变式传感器具有悠久的历史。由于它具有结构简单、体积小、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高动态响应快、适合静态及动态测量、测量精度高等诸多优点，因此是目前应用最广泛的传感器之一。电阻应变式传感器由弹性元件和电阻应变片构成，当弹性元件感受到物理量时，其表面产生应变，粘贴在弹性元件表面的电阻应变片的电阻值将随着弹性元件的应变而相应变化。通过测量电阻应变片的电阻值变化，可以用来测量位移加速度、力、力矩、压力等各种参数。

2.1.2 电阻应变片的基本结构

电阻应变片主要由四部分组成。如图 2-1所示 ,电阻丝是应变片敏感元件;基片、覆盖片起定位和保护电阻丝的作用,并使电阻丝和被测试件之间绝缘;引 出线用以连接测量导线。

图 2-1 电阻应变片的基本结构

-4-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

2.1.3 电阻应变片的测量电路

应变片可以将应变转换为电阻的变化，为了显示于记录应变的大小，还要将电阻的变化再转换为电压或电流的变化，因此需要有专用的测量电路，通常采用直流电桥和交流电桥。

2.1.3.1电桥电路的工作原理

由于应变片的电桥电路的输出信号一般比较微弱，所以目前大部分电阻应变式传感器的电桥输出端与直流放大器相连，如图2-2所示。

图2-2 直流电桥

设电桥的各臂的电阻分别为R1R3R2R4 它们可以全部或部分是应变片。由于直流放大器的输入电阻比电桥电阻大的多，因此可将电桥输出端看成开路，这种电桥成为电压输出桥，输出电压U0 为

R1R3?R2R4 U0= U S （2-7）

(R1?R2)(R3?R4)

由上式可见：若R1R3=R2R4，则输出电压必为零，此时电桥处于平衡状态，称为平衡电桥。

平衡电桥的平衡条件为：

R1R3=R2R4

应变片工作时，其电阻变化ΔR，此时有不平衡电压输出。

U?R? 1 （2-8） U 0 4R1

由式（2-8）表明：ΔR<< R1 时，电桥的输出电压于应变成线性关系。若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变活压应变时，输出电压为两者之差，若不同时，则输

-5-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

出电压为两者之和。若相对两桥臂的极性一直，输出电压为两者之和，反之则为两者之差。

电桥供电电压U越高，输出电压U0 越大，但是，当U大时，电阻应变片通过的电流也大，若超过电阻应变片所允许通过的最大工作电流，传感器就会出现蠕变和零漂。基于这些原因可以合理的进行温度补偿和提高传感器的测量灵敏度。 2.1.3.2 非线性误差及温度补偿

由式（2-8）的线性关系是在应变片的参数变化很小，极ΔR<< R1 的情况下得出的，若应变片承受的压力太大，则上述假设不成立，电桥的输出电压应变之间成非线性关系。在在这种情况下，用按线性关系刻度的仪表进行测量必然带来非线性误差。为了消除非线性误差，在实际应用中，常采用半桥差动或全桥差动电路，如图2-3所示，以改善非线性误差和提高输出灵敏度。

(a)半桥差动电路 （b） 全桥差动电路

图2-3 差动电桥

图2-4（a）为半桥差动电路，在传感器这中经常使用这种方法。粘贴应变片时，使两个应变片一个受压，一个受拉。应变符号相反，工作时将两个应变片接入电桥的相邻两臂。设电桥在初始时所示平衡的，且为等臂电桥，考虑到ΔR=ΔR1=ΔR2 则得半桥差动电路的输出电压为

?R U ? ? U （2-9）

2R?

由上式可见，半桥差动电路不仅可以消除非线性误差，而且还使电桥的输出灵敏度提高了一倍，同时还能起到温度补偿的作用。如果按图2.4（b）所示构成全桥差动电路同样考虑到 ΔR=ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时得全桥差动电路的输出电压为

?R U ? ? U （2-10）

R?-6-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

可见，全桥的电压灵敏度比单臂工作时的灵敏度提高了4倍非线性误差也得到了消除，同时还具有温度补偿的作用，该电路也得到了广泛的应用。

2.2 信号放大电路

2.2.1放大器的选择

被测的非电量经传感器得到的电信号幅度很小，无法进行A/D转换，必须对这些模拟电信号进行放大处理。为使电路简单便于调试，本设计采用三运算放大器，因为在具有较大共模电压的条件下，仪表放大器能够对很微弱的差分电压信号进行放大，并且具有很高的输入阻抗。这些特性使其受到众多应用的欢迎，广泛用于测量压力和温度的应变仪电桥接口、热电耦温度检测和各种低边、高边电流检测。

2.2.2三运放大电路

本次设计的放大器采用了三运放，因为它具有高共模抑制比的放大电路。它由三个集成运算放大器组成，如图2-4所示。

图2-4 三运放高共摸抑制比放大电路

其中A1和A2为两个性能一致(主要指输入阻抗，共模抑制比和增益)的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级，A3构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步抑制A1和A2的共模信号，并适应接地负载的需要。由于每个放大器求和点的电压等于施加在各自正输入端的电压，因此，整个差分输入电压现在都呈现在RG两端。因为输入电压经过放大后（在A1 和A2的输出端）的差分电压呈现在R5，RG和R6这三只电阻上，所以差分增益可以通过仅改变RG进行调整。 这种连接有另

-7-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

外一个优点：一旦这个减法器电路的增益用比率匹配的电阻器设定后，在改变增益时不再对电阻匹配有任何要求。如果R5 ＝ R6，R1＝ R3和R2 ＝ R4，则VOUT = (VIN2－VIN1)(1＋2R5/RG)（R2/R1）。

由于RG两端的电压等于VIN，所以流过RG的电流等于VIN/RG，因此输入信号将通过A1 和A2 获得增益并得到放大。然而须注意的是对加到放大器输入端的共模电压在RG两端具有相同的电位，从而不会在RG上产生电流。由于没有电流流过RG（也就无电流流过R5和R6），放大器A1 和A2 将作为单位增益跟随器而工作。因此，共模信号将以单位增益通过输入缓冲器，而差分电压将按〔1＋（2 RF/RG）〕的增益系数被放大。这也就意味着该电路的共模抑制比相比与原来的差分电路增大了〔1＋（2 RF/RG）〕倍。

最后，由于结构上的对称性，输入放大器的共模误差，如果它们跟踪，将被输出级的减法器消除。这包括诸如共模抑制随频率变换的误差。

2.3 A/D转换器

模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。能够完成这一任务的器件称之为模数转换器，简称A/D转换器。本次设计的中A/D转换器的任务是将放大器输出的模拟信号转换位数字量进行输出。

2.3.1 A/D转换模块器件选择

目前单片机在电子产品中已得到广泛应用，许多类型的单片机内部已带有A/D转换电路，但此类单片机会比无A/D转换功能的单片机在价格上高几元甚至很多，我们采用一个普通的单片机加上一个A/D转换器，实现A/D转换的功能，这里A/D转换器可选ADC0832、ADC0809等；串行和并行接口模式是A/D转换器诸多分类中的一种，但却是应用中器件选择的一个重要指标。在同样的转换分辨率及转换速度的前提下，不同的接口方式会对电路结构及采用周期产生影响。对A/D转换器的选择我们通过比较ADC0809和ADC0832来决定。这两个转换器都是常见的A/D转换器，其中ADC0809的并行接口A/D转换器，ADC0832是串行接口A/D转换器。我们所做的设计选择ADC0832，A/D转换在单片机接口中应用广泛 ,串行 A/D转换器具有功耗低、性价比较高、芯片引脚少等特点。

2.3.2 配置位说明

-8-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

ADC0832工作时，模拟通道的选择及单端输入和差分输入的选择，都取决于输入时序的配置位。当差输入时，要分配输入通道的极性，两个输入通道的任何一个通道都可作为正极或负极。

2.4 单片机的选型与设计

随着电子技术的发展，单片机的功能将更加完善，因而单片机的应用将更加普及。它们将在智能化仪器、家电产品、工业过程控制等方面得到更广泛的应用。单片机将是智能化仪器和中、小型控制系统中应用最多的有种微型计算机。

2.4.1 AT89C51单片机简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本，如图2-5所示。AT89C51单机为很多嵌入式控制系统提供灵活性高且廉价的方案。

图2-5 AT89C51单片机的结构示意图

2.4.2主要特性

·与MCS-51 兼容

-9-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

·4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 ·全静态工作：0Hz-24Hz ·三级程序存储器锁定 ·128*8位内部RAM ·32可编程I/O线 ·两个16位定时器/计数器 ·5个中断源 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路 2.4.3 振荡器特性

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

2.5 LED显示电路的设计

目前广泛应用的显示设备有发光数码管显示器(LED)和液晶显示器，液晶显示技术适用于显示信息较多的情况，对环境要求也比较高。

本次设计是利用89C51单片机串行口和74HC573移位寄存器实现LED动态显示的一种方法,利用该方法设计的LED显示系统具有硬件结构简单、软件编程容易和价格低廉等特点。下面简单简绍一下74HC573这个芯片。

2.5.1 74HC573

74HC573是高性能硅门CMOS 器件（锁存器）。SL74HC573 跟LS/AL573 的管脚一样。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。 输出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上 操作电压范围：2.0V~6.0V

-10-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

低输入电流：1.0uA

CMOS 器件的高噪声抵抗特性

2.5.2发光二极管及LED显示器

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2-6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。

aa)外形 b)图形符号 图2-6 LED

通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器，其排列形状如图2-7所示。显示器中还有一个圈点型发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。

图2-7 LED显示

2.5.3 LED数码管动态显示接口

-11-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

在单片机应用系统中，数码管显示器显示常用两种办法：静态显示和动态扫描显示。基于电路设计简洁成本低在本次设计中采用了数码管的动态显示，下图2-8为本次设计所用的电路图。

图2-8 动态LED显示电路

2.6 时钟芯片的选型与设计

日期和时间信息由时钟芯片提供，对于不断开停的矿车来说，要求时间和日期信息不会因为仪器掉电而丢失，实现这一功能的方式有两种:一是用内部不带电池的时钟芯片，外部接上可充电电池，在系统上电工作期间能够对充电电池充电，当掉电后，充电电池可以保证时钟芯片继续工作，时间和日期信息不会因为电池掉电而丢失。另外一种方法是直接采用内嵌电池的时钟芯片，不需要另外设计充电电路。目前，比较常用的时钟芯片有:Philips公司生产的PCF8563, Motorola公司生产的M48T86, Dalla公司生产的DS1302CN, DS12C887以及Xicor公司新出的高精度实时时间芯片X1288等。其中，DS1302CN是串行输入输出口，但内部不带电稗，需要外接充电电池。DS12C887内嵌电池，但是输入输出口是并行的，占用的单片机端口较多。下面简单介绍两种。

2.6.1 DS12C887

DS12C887是跨越2000年的时钟芯片，专为IBMAT计算机的时钟系统而设计，它是用4位数表示年度的日历系统。DS12C887采用24引脚双列直插式封装，正常工作可以保证时钟数据10年内不会丢失。芯片内部有自己的晶振系统和供电系统，其内部的年、月、日、时、分、秒，以及闰年信息，可以延续到2100年，也就是公元2100年之

-12-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

前的。

2.6.2时钟芯片在电路中的应用

为了正确的显示时间，即使电路停止工作但时间一直显示，就需要直流电源和电池两种供电方式给PCF8563供电。如图2-9所示。

图2-9 时钟芯片在电路中的应用图

2.7可移动存储芯片的选型与设计

数据记录仪是本设计中数据传递的重要环节，压力测量仪测量的压力信息要通过数据记录仪传递到地面计算机。数据记录仪需要记录的数据包括压力值、时间和日期。根据设计需要，为了把数据一记录仪设计成可插拔式，以方便操作人员在工作结束后能够将数据带回地面，尽量选用体积较小的存储器，便于携带。

存储器的种类很多，按存储类型来分，可分为FLASH(闪速存储器)、EPROM(紫外线擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电擦除可编程只读存储器)、SRAM(静态随机存储器)、DRAM(动态随机存储器)、FRAM(铁电存储器)和NVRAM(非易失性存储器)等。FLASH存储器是目前使用最多、也是比较流行的存储器类型，其中M45PE80是FLASH存储器中容量较大的一款。所以本设计选用M45PE80作为可移动外部存储器。

-13-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

3相关电路设计

3.1复位电路的设计

为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。

复位电路工作原理图所示，VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入

工作状态。工作期间，按下S，C放电。 S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，

使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。如图3-1所示

图3-1 复位电路

3.2 电源电路的设计

由于工作场所的特殊性，压力测量仪的电源一般采用外接直流电来供电，像蓄电池之类的外接电源。矿井下用的蓄电池一般为24V，而单片机工作电源为5V，所以我们需要一个把27V转换成5V直流电，具体用到的芯片是ＭＣ７８０５ＡＣＴ，这是一个直流５Ｖ稳压块。如图3-2所示。

图3-2 电源电路

3.3 报警电路的设计

随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求。本次设计

-14-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

考虑到实用和成本低廉因素选用了蜂鸣器和发光二极管组成的声光报警电路。

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器分为有源和无源两种，它们从外观上看，两种蜂鸣器好像一样，但仔细看，两者的高度略有区别，有源蜂鸣器高度为9mm，而无源蜂鸣器的高度为8mm。如将两种蜂鸣器的引脚都朝上放置时，可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。如图3-3所示。

图3-3 声光报警电路

3.4软件设计理论

单片机控制系统中通常要用到AD转换，根据输出格式，常用的AD转换方式可分为并行AD和串行AD。并行方式一般在转换后可直接接收，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少，封装小，但需要软件处理才能得到所需要的数据。可是单片机I/O引脚本来就不多，使用串行器件可以节省I/O资源。

ADC0832是８位逐次逼近模数转换器，可支持两个单端输入通道和一个差分输入通道。相同功能的器件还有ADC0834，ADC0838，ADC0831。所不同的是它们的输入通道数量不同。它们的通道选择和配置都是通过软件设置。

单片机串行工作方式时 ,串行口是作为同步移位寄存器使用。这时以P3.3端作为数据移位的入口和出口 ,而由P3.6端提供移位时钟脉冲。单片机串行口方式 0与 ADC0832的接口,单片机P2.0接ADC0832 的CS,P3.6接0832的CLK作为时钟信号输出端 ,P3.7 接 0832的 DO和DI作为启动位、配置位的发送端以及 A/D转换后输出数据的接收端。由于 ADC0832在 CS变低后的前 3个周期内,DO端为高阻态;转换开始后 ,DI线禁止 ,因此 ,DI端和 DO端可连接在一起。ADC0832的时钟频率最高为 400kHz,单片机晶振可选

-15-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

用 4MHz,在 TXD的输出频率为 4MHz/12 =333. 3kHz,符合要求。ADC0832输出的串行数据共 15位 ,由两段 8位数据组成 ,前一段是最高位在先 ,后一段是最高在后 ,两段数据的最低位共用。只有在时钟的下降沿 ,ADC0832的串行数据才移出一位。由单片机控制时钟信号的发送 ,并由P3.6发出 ,以达到控制 ADC0832输出数据位的目的。为了得到一列完整的 8位数据 ,单片机分两次采集含有不同位的数据 ,再合成一列完整的 8位数据。

ADC0832通过内部多路器来控制选择通道，处理器的控制命令通过DI引脚输入。如下流程图所示，当模拟信号输入开始后，首先是CS使能信号也就是片选信号有效，这时是低电平有效，如果片选是高电平时停止转换。当时钟信号有效时输入通道的控制字来确定所选择的通道，读取数据后就开始将模拟量转换位数字量，A/D转换结束后，单片机读取数值，如果没转换完，又回到使能开始。

-16-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

结 论

在设计中遇到不少困难，这对自己是一个考验，刚开始拿到题目的时候头绪并不是很多，通过查阅资料对整个系统有了一定的认识。单片机的相关内容在大三的课程学过，但是学得并不是很深，在设计前我重新学习了一遍单片机的知识，包括芯片接口和51系列单片机的指令等。好多芯片都是我们第一次接触，所以得重新学习它们的功能和使用方法。除学习芯片功能外，主要了解了对芯片串行输出的控制，这里的软件设计是一个难点，我们这次用的是用AltiumDesigner绘图软件，我们以前学过但是学的不够深，这对我来说是个难点，但是通过看书和同学老师的帮忙，使得我画好了原理图。我认为我们专业学习硬件知识相对比软件多，所以在软件设计方面我还有很大不足。

本次设计是基于单片机的矿井单体支柱支撑压力检测仪的设计，具有针对性，专为 井下做业而设计。由于矿井下复杂的地理环境，巷道多支柱也多，一旦支柱所承受的压力超出它的上限造成塌方，那么造成的事故真是不堪设想，所以在井下做业的同时我们必须考虑到其安全性。本设计就是为了达到井下能够安全生产尽量减少事故发生的目标，研制一种能够检测矿井支柱压力并且超速报警的一种自动化装置。这种测压仪能够将检测到的压力值显示出来，一旦超出预定值就报警。同时把压力值存入可移动存储器，由工作人员带回地面，进行绘图、分析。

通过本次设计，让我对选择芯片、设计原理图、绘制PCB图，焊接电路板、编程调试、完成实现这一整套的设计装置的过程有了深刻地了解，并且亲自动手，体会到中间制作过程中的乐趣。在制作过程中了解到许多芯片的功能及应用，还有显示驱动电路等等。在计算、绘图、编制技术文件、制作、调试实验系统等方面的能力增强，使设计、调试等方面的基本功得到了训练，提高了自身素养和分析问题、解决问题的实际工作能力。虽然我们是一个人一个课题，可是大家都相互帮助，很顺利的完成了此次设计。

-17-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

致 谢

经过一学期的忙碌，本次毕业论文设计已经接近尾声，作为一名普通大学生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的帮助，想要完成这个设计是有点困难的。

在论文写作过程中，得到了老师的耐心的指导。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给与我和同组同学以无微不至的关怀，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 同时还要感谢同班同学的帮助，给我设计的软件和硬件上帮了很多。才能使设计得以圆满的完成。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢我的母校青岛理工大学琴岛学院几年来对我的栽培。

-18-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

参考文献

[1] 李朝青编著.单片机原理及接口技术.北京【M】北京航天航空大学出版社，1994 [2] 何立民编著.单片机应用系统设计.北京【M】北京航天航空大学出版社，1994 [3] 潘新民.王燕芳编著.微型计算机与传感器.北京【M】人民邮电出版社，1998 [4] 徐爱卿.孙涵芳编著 MCS-51单机原理及应用.北京【M】北京航天航空大学出版社，1993

[5] 于时亮.张友德编著.单片微机控制技术.上海【M】复旦大学出版社，1994

[6] 李华主编.MCS-51系列单片机及实用接口技术.北京【M】北京航天航空大学出版社，1993

[7] 吴勤勤主编.电动控制仪表及装置.上海【M】化学工业出版社，1990 [8] 王化祥.张淑英.传感器应用及原理.天津【M】天津大学出版社，1991 [9] 杜维.过程检测技术及仪表.北京【M】中国电力出版社，1998 [10] 张国雄主编.测控电路.天津【M】天津大学出版社，1996

[11] 王幸之.等AT89系列单片机原理与接口技术.北京【M】北京航空航天大学出版社，2004

[12] 赖麒文.8051 单片机 C语言彻底应用. 北京【M】科学技术出版社，2002 [13] 王雪文. 传感器原理及应用.北京【M】北京航空航天出版社,2004 [14] 金以慧.过程控制 【J】北京:清华大学出版社,1993

[15] 杨振江等编著. 智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用【M】西安电子科技大学出版社.

[16] 8位串行A/D转换器 0832【J 】电子世界, 2002,

[17] 何立民. 单片机应用技术选编【M】北京航空航天大学出版社,2003 [18] 朱定华.单片机原理及接口技术【M】北京:电子工业出版社 ,2001.6

[19] 王幸之.钟爱琴.王雷等. AT89系列单片机原理与接口技术 【M 】北京:北京航空航天大学出版社,2004:345～346.

-19-

附 录

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

-20-

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）

-21-

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u8yo.html