智能化压力传感器的设计(编辑修改稿)

智能化压力传感器的设计(编辑修改稿)内容摘要：

R1 = R2 =1kΩ, 运算放大器为 TL 071,相敏检波器为 AD630,乘法器为 MC1495, 差动放大器为 INA102( Hi =100) ,8 位的 AD/ DA 转换器工作电压为177。 5V。 在当 压力传感器所受压力处于 0~100KPa 时， 通过对差动式电容应变力的设计，使得 ΔC 处于 0~ 410 F 上下限 范围内。 根据式（ 4）可知， AD 转换器接收的电压范围为 0~5V。 A/D 转换模块 本次课题选择 ADC0809 作为模数转换芯片。 ADC0809 是带有 8位 A/D转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。 它是逐次逼近式 A/D转换器，可以和单片机直接接口。 ADC0809 的内部逻辑结构 由 图 44可知， ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。 多路开关可选通 8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。 三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当 OE端为高电平 时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 硬件设计 10 图 44 ADC0809内部结构 ADC0809 引脚结构 ADC0809 各脚功能如下： D7D0： 8位数字量输出引脚。 IN0IN7： 8位模拟量输入引脚。 VCC： +5V 工作电压。 GND：地。 REF（ +）：参考电压正端。 REF（ ）：参考电压负端。 START： A/D 转换启动信号输入端。 ALE：地址锁存允许信号输入端。 （以上两种信号用于启动 A/D 转换） . EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK：时钟信号输入端（一般为 500KHz）。 A、 B、 C：地址输入线。 硬件设计 11 图 45 ADC0809引脚图 ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 0－ 5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线： 4条 ALE 为地址锁存允许输入线，高 电平有效。 当 ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将 A， B， C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。 A， B 和 C 为地址输入线，用于选通 IN0－ IN7 上的一路模拟量输入。 通道选择表如下表所示。 表 41 ADC0809通道选择 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 硬件设计 12 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 数字量输出及控制线： 11 条 ST 为转换启动信号。 当 ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间， ST 应保持低电平。 EOC 为转换结束信号。 当 EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。 OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 OE＝ 1，输出转换得到的数据； OE＝ 0，输出数据线呈高阻状态。 D7－ D0 为数字量输出线。 CLK 为时钟输入信号线。 因 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ， VREF（＋）， VREF（－）为参考电压输入。 ADC0809 应用说明 （ 1）． ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与 AT89S51 单片机直接相连。 （ 2）． 初始化时，使 ST 和 OE信号全为低电平。 （ 3）． 送要转换的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 （ 4）． 在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号。 （ 5）． 是否转换完毕，我们根据 EOC 信号来判断。 （ 6）． 当 EOC 变为高电平时，这时给 OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 微处理器 本次课题采用 单片机 STC89C52 作为处理芯片， STC89C52是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， MAX810 复 硬件设计 13 位电路，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。 另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节 电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率 35Mhz， 6T/12T可选。 单片机 STC89C52引脚图如下。 图 46 单片机 STC89C52引脚图 显示模块 LCD1602 的优点 本次课题的显示模块采用 LCD1602 液晶显示屏进行显示。 选择 LCD1602 进行显示具有如下优点： ① 显示质量高 ： 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保 持那种色彩和亮度， 恒定发光，而不像阴极射线管显示器（ CRT）那样需要不断刷新新亮点。 因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。 数字式接口液晶显示器都是数字式的，和 硬件设计 14 单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。 ② 体积小、重量轻 ： 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的 ， 在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 ③ 功耗低 ： 相对而言 ， 液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。 1602 字符型 LCD 简介 字符型液晶显示模块是一种专门用于 显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目 前 常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模块。 下面以长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型液晶显示 器为例 介绍其用法。 一般 1602 字符型液晶显示器实物如图 47 图 47 LCD1602 实物图 1602LCD 的基本参数及引脚功能 ① 1602LCD 主要技术参数： 显示容量 :162 个字符 ； 芯片工作电压 :— ； 工作电流 :() ； 模块最佳工作电压 : ； 字符尺寸 :(WH)mm。 ② 引脚功能说明 1602LCD 的引脚图如图 48所示。 图 48 1602LCD的引脚图 硬件设计 15 1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚： VL 为液晶显 示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生 “ 鬼影 ” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成 低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 1602LCD 的指令说明及时序 ① 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 42所示 表 42 1602LCD控制指令表 硬件设计 16 ② 1602LCD 基本操作时序图 图 49 读操作时序图 硬件设计 17 图 410 写操作时序图 温度补偿模块 课程设计采用 DS18B20 芯片进行温度的采集，并实现温度补偿。 以 20℃为标准温度，实际温度每高一度压力值补偿 ，每低一度压力值减小。 DS18B20 的主要特征 全数字温度转换及输出。 2 、 先进的单总线数据通信。 3 、 最高 12 位分辨率，精 度可达土 摄氏度。 4 、 12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒。 5 、 可选择寄生工作方式。 6 、 检测温度范围为 –55176。 C ~+125176。 C (–67176。 F ~+257176。 F) 内置 EEPROM，限温报警功能。 8 、 64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 9 、 多样封装形式，适应不同硬件系统。 DS18B20 引脚功能 GND 电压地 DQ 单数据总线 VDD 电源电压 DS18B20 工作原理及应用 硬件设计 18 DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上 ，从而抗干扰力更强。 其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 在讲解其工作流程之前我们有必要了解 18B20 的内部存储器资源。 18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是： ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（ DS18B20 的编码是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56的位的 CRC 码（冗余校验）。 数据在出产时设置不由用户更改。 DS18B20 共 64 位ROM。 RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失， DS18B20共 9 个 字节 RAM，每个字节为 8位。 第 2 个字节是温度转换后的数据值信息，第 4个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。 在上电复位时其值将被刷新。 第 5个字节则是用户第 3 个 EEPROM 的镜像。 第 8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。 第 9个字节为前 8个字节的 CRC 码。 EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在镜像，以方便用户操作。 DS18B20 时序图 图 411 控制器对 DS18B20操作流程 复位：首先我们必须对 DS18B20 芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给 DS18B20 单总线至少 480uS 的低电平信号。 当 18B20 接到此复位信号后则会在 15~60uS 后回发一个芯片的存在脉冲。 存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在 15~60uS 后接收存在脉冲，存在脉冲为一个 60~240uS 的低电平信号。 至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与 18B20 间的数据通信。 硬件设计 19 如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。 控制器发送 ROM 指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了， ROM 指令共有 5条，每一个工作周期只能发一条， ROM指。