压力传感器课设论文

燕山大学课程设计说明书题目:压力传感器实验学院（系）：电气工程学院年级专业：09级检测二班学号：学生姓名：指导教师：孟宗教师职称：副教授燕山大学课程设计说明书1燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系学号学生姓名专业（班级）检测（2）班设计题目压力传感器实验设计技术参数研究压力传感器电路的工作原理和弱信号传感器电路。熟悉A/D变换电路的工作原理。利用试验板上提供的压力传感器电路，完成压力的采样和显示。设计要求设计测量和显示的硬件电路；编制相应的程序。工作量设计的内容满足课程设计的教学目的与要求，设计题目的难度和工作量适合学生的知识和能力状况，工作量饱满。工作计划查阅资料进行设计准备、设计硬件电路、编制程序，编制程序、验证设计、撰写任务书。参考资料单片微型计算机接口技术及其应用张淑清国防工业出版社单片机原理及应用技术张淑清国防工业出版社单片机应用技术汇编指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2012年6月29日燕山大学课程设计说明书2摘要本文简要介绍了压力传感器接收微弱信号经放大后，经ADC0809类型AD转换器，将模拟信号转换为数字信号后，由单片机为核心，控制数码管显示压力值。简要介绍了压力传感器电路的工作原理和弱信号传感器电路以及A/D变换电路的工作原理，并详细介绍了该传感器的参数设计和制作过程，论证了其可行性，完成了整个实验对于压力的采样和显示。本设计与市场同类产品设计相比，具有电路简单、结构合理、制作方便、工作可靠、功能齐全等优点。关键词：ADC0809单片机压力传感器燕山大学课程设计说明书3目录第一章课程设计目的.........................................................................................................4第二章总体设计.................................................................................................................4第三章硬件电路设计.........................................................................................................43．1传感器电路模块...................................................................................................43．2A/D变换电路模块...............................................................................................73．38051芯片内部结构及引脚简介........................................................................103．4数码管显示模块.................................................................................................13第四章程序设计与软件调试...........................................................................................154．1伟福Lab2000单片机仿真系统简介...................................................................154．2程序设计及分析...................................................................................................15第五章心得体会...............................................................................................................20参考文献...................................................................................................................................21燕山大学课程设计说明书4第一章课程设计目的了解压力传感器的工作原理以及弱信号传感器的常见电路，熟悉A/D变换的工作电路，掌握简单的数值转换算法，基本了解数值的各种表达方式，掌握A/D转换与单片机的接口方法，了解A/D芯片ADC0809转换性能及编程，通过实验了解单片机如何进行数据采集，了解数码管动态扫描的原理以及用总线方式控制数码管显示。第二章总体设计压力传感器接收微弱信号经放大后，，输出信号通过AD转换器实现模拟到数字的转换，再经过8051芯片，在数码管显示所要的结果。总的电路构建框图如下。基于MCS-51单片机为核心压力传感器实验构建框图该压力传感器实验，首先采用筒式压力传感器，满足由电阻变化引起的电压变化与压强变化成线性关系，当材料选定后，材料的面积成为定值，则与压力成线性关系。由于A/D转换器只能将0-5V双极性模拟电压信号转化为数字量，又由压力传感器输出值电压值与压力值之间的线性关系可知压力的最大值为80N。所以输出信号需经过运算放大器，将微弱的信号经过一定倍数的放大，满足ADC0809A/D转换器的要求，然后将模拟信号转化成所需的数字信号经8051单片机处理，将结果送到数码管，显示结果，然后再通过对结果的观察验证实验的正确性。第三章硬件电路设计3．1传感器电路模块压力传感器的工作原理，本质上是惠斯通电桥，这里采用的是最常见的电阻应变片式的压力传感器。它得到广泛应用的原因是温度特性好，减小温度变化带来的误差。膜片上的压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压U与偏置电压U成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定压力传感器ADC0809A/D转换器MCS-51单片机数码管显示(六位)燕山大学课程设计说明书5偏置电源的容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出同时，它也能提供一种温度补偿最通用的方法。本实验研究压力传感器电路如图4.1.1所示，为压力传感器的电路，其由三部分组成（1）电源电路部分；（2）电桥电路部分；（3）放大电路部分。图3.1.1压力传感器电路如图示，传感器采用恒压源供电，CCV为+15V，经过23R与40R分压(电容起滤波作用)，点5、6、7三点处有相同电压1U:)/(4023231RRVRUCC(3.1.1)根据上式，带入数据KR123，KR440，VVCC15，求得VU31。经过电路电桥部分，简化如下图3.1.2燕山大学课程设计说明书61UUO图3.1.2压力传感器电桥电路设桥臂电阻分别为4321,,,RRRR，118))/(1/1/(112111031RRRRRR，120'42RRR，则当压力传感器受力时,电阻变化对应的输出电压值为''11''ORRUURRRRRR，由于R1，则上式可化简为''11'ORRUURRRR(3.1.2)带入电阻、电压值得0.75'ORUR.（3.1.3）最后经过放大部分，如图4.2.3，为压力传感器的微弱电压输出的放大电路。分析它是一个差分放大电路,其放大倍数为32200025002.43RAR,那么放大后的电压值为250'0.756253''ORRURR又SFRR'，选定材料，这里取410S，代入式（4.1.3）得0.0625OUF.因为A∕D转换器的最大输入电压为5v，所以该压力传感器的测量范围为0~80N。燕山大学课程设计说明书7UOUO图3.1.3放大电路实验接线图连线接线孔1接线孔21压力传感器输出模数转换IN0图3.1.4实验接线图3．2A/D变换电路模块★A/D转换器结构A/D转换器大致有三类：一是双积分A/D转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近A/D转换器，精度、速度、价格适中；三是并行A/D转换器，速度快，价格也昂贵。本实验用的ADC0809属于第二类，是八位A/D转换器。本实验是用延时查询方式读入A/D转换结果，也可以用中断方式读入结果，在中断方式下，A/D转换结果会自动产生EOC信号，将其与CPU的外部中断相接。它由单一+5V电源供电，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对0V—5V的输入模拟电压信号分分时进行转换，完成一次转换约需100S。片内具有多路开关的地址译码器和锁存电路、高阻抗斩波器、稳定的比较器，256R电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接到单片机数据总线上。通过适当的外接电路，ADC0809可对0V燕山大学课程设计说明书8—5V的双极性模拟信号进行转换。ADC0809是28脚双列直插式封装，引脚图如图3.2.1所示。图3.2.1A/DC0809引脚图各引脚功能说明如下：8122：8位数字量输出引脚，由最低引脚到最高引脚。IN0—IN7:8路模拟量输入引脚。CCV：+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。以上两个信号用于启动A/D转换。EOC：转换结束信号输出引脚。开始转换时为低电平，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。ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线。经译码后可选通IN0—IN78个通道的一个通道进行转换。燕山大学课程设计说明书9ADDCADDBADDA被选通的通道ADDCADDBADDA被选通的通道000IN0100IN4001IN1101IN5010IN2110IN6011IN3111IN7图3.2.2ADDC、ADDB、ADDA输入与被选通的通道关系图3.2.3A/D转换框图★A/D转换器电路接线图图3.2.4ADC0809电路接线图燕山大学课程设计说明书10★A/D转换器实验接线图连线接线孔1接线孔22AD-CSCS2图3.1.5实验接线图★A/D转换软件实现首先用指令选择0809的一个模拟输入通道，当执行MOVX@DPTR,A时，产生一个启动信号给START引脚送入脉冲，开始对选中通道转换。当转换结束后发出结束信号，置EOC引脚信号为高电平，该信号可以作为中断申请信号，当读允许信号到，OE端有高电平，则可以读出转换的数字量，利用MOVXA,@DPTR把该通道转换结果读到累加器A中。转换电压为0—5V，调节桥路中的电位器，使其输出电压为0—5V，可以在较小范围内波动，当满量程输出时对应八个1的输出，由于前边计算的电压变化和电阻变化成正比关系，而且电阻变化和应变成正比，进而得出的压力和电压是成正比的。传感器桥路输出的电压经过比例变换后转换成二进制码的形式送入P0口。程序框图如下：图3.1.6A/D转换软件实现框图3．38051芯片内部结构及引脚简介燕山大学课程设计说明书11图3.3.1MCS-51单片机内部结构图3.3.28051管脚图★各管脚功能说明如下：1．电源管脚VCC(40脚):接＋5V；VSS（20脚）：接地。燕山大学课程设计说明书122．