单片机+MPX4115压力测量仪的Proteus仿真设计+代码+文档

压力测量仪的设计与仿真

一、设计要求：

本课程设计用MPX4115传感器来检测压力参数，ADC0832进行模数转换后，利用单片机AT89C52进行数据处理后，用四个八段数码管显示压力值。压力测量的量程在15.3KPA~114.9KPA，分度值位0.1kpa。

二、构思

2.1 主控模块的选型。

方案一：

采用MSP430系列单片机，该单片机是TI公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发[3]。

方案二

采用51系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的8位单片机，32个IO口，且STC系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。

因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片

2.2 显示模块的选型

方案一：

采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以不用此种作为显示。

方案二：

采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格虽适中，对于显示数字也最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线少。

所以本设计中方案二中LED数码管的作为显示模块

2.3 传感器的选型。

压力传感器对于系统至关重要，需要综合实际的需求和各类压力传感器的性 能参数加以选择。一般要选用有温度补偿作用的压力传感器，因为温度补偿特性 可以克服半导体压力传感器件存在的温度漂移问题。

本设计要实现的数字气压计显示的是绝对气压值，同时为了简化电路，提高 稳定性和抗干扰能力，要求使用具有温度补偿能力的压力传感器。MPX4115可以产生高精度模 拟输出电压,数据采集模块由压力传感器MPX4115构成。

三、设计：

3.1 总体设计方案

本次设计是基于8051单片机的测量与显示。利用传感器将压力转换为电信号后，在经过ADC0832的模数转换器经A/D转换后由单片机进行有效处理，然后用数码管进行显示。

3.2 流程框图

3.3 单片机最小系统

由AT89C52单片机、时钟电路、复位 电路组成AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C52是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。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，与工业标准的于将多功能MCS-518指令集和输出管脚相兼容。位CPU和闪烁存储器组合在由单个芯片中，ATMEL 的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C52是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案

单片机系统电路

3.4 A/D转换模块

ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用 ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。8位分辨率双通道A/D转换输入输出电平与TTL/CMOS 相兼容5V电源供电时输入电压在0~5V之间工作频率为250KHZ，转换时间为32μS。 ADC0832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 0~5V 之间。

ADC0832模数转换电路

3.5 传感器模块

MPX4115系列压电电阻传感器是一个硅压力传感器。这个传感器结合了高级微电机技术，薄膜镀金属。还能为高水准模拟输出信号提供一个均衡压力。在0℃-85℃的温度下误差不超过1.5%，温度补偿是-40℃-125℃。为了克服干扰，在MPX4115输出电路中增加了RC滤波电路。如下图所示：

MPX4115信号处理电路

3.6系统总体电路图

四、仿真

通过仿真，调节传感器的+和-，可以观察到数码管数值的变化，压力测量的范围在15.3KPA~114.9KPA之间，基本可以达到要求。

五、心得体会：

传感器课程设计结束了，我的收获很多，我做的是基于AT89C52单片机的压力测量仪的设计，用到的主要芯片是 AT89C52和ADC0808，实现的功能是将传感器采集到的模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成数码管可以识别的信息，最后显示输出。通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高。首先硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作。基本掌握了Proteus原理图的方法，从网上搜索的资料对我帮助很大，遇到不懂的问题自己解决不了，就和大家一起讨论。通过发现问题、分析问题、解决问题，我又学到了许多新的知识，在工程实际应用才能有切身的体会，实践出真知，自己亲自动手去做，才知道知识的匮乏。

单片机源码：

1. //线性区间标度变换公式：    y=(115-15)/(243-13)*X+15kpa   
   
2. 
   
3. #include <AT89X52.h>
   
4. #include <intrins.h>
   
5. #include <stdio.h>
   
6. 
   
7. 
   
8. #define R24C04ADD 0xA1
   
9. #define W24C04ADD 0xA0
   
10. 
    
11. //ADC0832的引脚
    
12. sbit ADCS =P2^2;  //ADC0832 chip seclect
    
13. sbit ADDI =P2^4;  //ADC0832 k in
    
14. sbit ADDO =P2^4;  //ADC0832 k out
    
15. sbit ADCLK =P2^3;  //ADC0832 clock signal
    
16. 
    
17. 
    
18. sbit SDA = P2 ^ 1;                                //数据线
    
19. sbit SCL = P2 ^ 0;                                //时钟线
    
20. bit bAck;                                          //应答标志 当bbAck=1是为正确的应答
    
21. 
    
22. unsigned char dispbitcode[8]={0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};  //位扫描
    
23. unsigned char dispcode[11]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff};  //共阳数码管字段码
    
24. unsigned char dispbuf[4];
    
25. unsigned int temp;
    
26. unsigned char getdata; //获取ADC转换回来的值
    
27. 
    
28. 
    
29. void delay_1ms(void)  //12mhz delay 1.01ms
    
30. {
    
31.    unsigned char x,y;   
    
32.    x=3;
    
33.    while(x--)
    
34.   {
    
35.        y=40;
    
36.        while(y--);
    
37.     }
    
38. }
    
39. void display(void)  //数码管显示函数
    
40. {
    
41.   char k;
    
42.   for(k=0;k<4;k++)
    
43.   {
    
44. 
    
45.   P1 = dispbitcode[k];
    
46.   P0 = dispcode[dispbuf[k]];
    
47.   if(k==1)          //加上数码管的dp小数点
    
48.           P0&=0x7f;
    
49.   delay_1ms();         
    
50.   }
    
51. }
    
52. 
    
53. /************
    
54. 读ADC0832函数
    
55. ************/
    
56. 
    
57. //采集并返回
    
58. unsigned int Adc0832(unsigned char channel)     //AD转换，返回结果
    
59. {
    
60.     unsigned char i=0;
    
61.     unsigned char j;
    
62.     unsigned int dat=0;
    
63.     unsigned char ndat=0;
    
64. 
    
65.     if(channel==0)channel=2;
    
66.     if(channel==1)channel=3;
    
67.     ADDI=1;
    
68.     _nop_();
    
69.     _nop_();
    
70.     ADCS=0;//拉低CS端
    
71.     _nop_();
    
72.     _nop_();
    
73.     ADCLK=1;//拉高CLK端
    
74.     _nop_();
    
75.     _nop_();
    
76.     ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1
    
77.     _nop_();
    
78.     _nop_();
    
79.     ADCLK=1;//拉高CLK端
    
80.     ADDI=channel&0x1;
    
81.     _nop_();
    
82.     _nop_();
    
83.     ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2
    
84.     _nop_();
    
85.     _nop_();
    
86.     ADCLK=1;//拉高CLK端
    
87.     ADDI=(channel>>1)&0x1;
    
88.     _nop_();
    
89.     _nop_();
    
90.     ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3
    
91.     ADDI=1;//控制命令结束
    
92.     _nop_();
    
93.     _nop_();
    
94.     dat=0;
    
95.     for(i=0;i<8;i++)
    
96.     {
    
97.         dat|=ADDO;//收数据
    
98.         ADCLK=1;
    
99.         _nop_();
    
100.         _nop_();
     
101.         ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
     
102.         _nop_();
     
103.         _nop_();
     
104.         dat<<=1;
     
105.         if(i==7)dat|=ADDO;
     
106.     }  
     
107.     for(i=0;i<8;i++)
     
108.     {
     
109.         j=0;
     
110.         j=j|ADDO;//收数据
     
111.         ADCLK=1;
     
112.         _nop_();
     
113.         _nop_();
     
114.         ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
     
115.         _nop_();
     
116.         _nop_();
     
117.         j=j<<7;
     
118.         ndat=ndat|j;
     
119.         if(i<7)ndat>>=1;
     
120.     }
     
121.     ADCS=1;//拉低CS端
     
122.     ADCLK=0;//拉低CLK端
     
123.     ADDO=1;//拉高数据端,回到初始状态
     
124.     dat<<=8;
     
125.     dat|=ndat;
     
126.     return(dat);            //return ad k
     
127. }
     
128. 
     
129. //启动I2C总线，即发送起始条件
     
130. void StartI2C()
     
131. {
     
132.         SDA = 1;                              //发送起始条件数据信号
     
133.         _nop_();
     
134.         SCL = 1;
     
135.         _nop_();                                    //起始建立时间大于4.7us
     
136.         _nop_();
     
137.         _nop_();
     
138.         _nop_();
     
139.         _nop_();
     
140.         SDA = 0;                              //发送起始信号
     
141.         _nop_();
     
142.         _nop_();
     
143.         _nop_();
     
144.         _nop_();
     
145.         _nop_();
     
146.         SCL = 0;                                //时钟操作
     
147.         _nop_();
     
148.         _nop_();
     
149. }
     
150. //结束I2C总线，即发送I2C结束条件
     
151. void StopI2C()
     
152. {
     
153.         SDA = 0;                                //发送结束条件的数据信号
     
154.         _nop_();                                      //发送结束条件的时钟信号
     
155.         SCL = 1;                                //结束条件建立时间大于4us
     
156.         _nop_();
     
157.         _nop_();
     
158.         _nop_();
     
159.         _nop_();
     
160.         _nop_();
     
161.         SDA = 1;                                //发送I2C总线结束命令
     
162.         _nop_();
     
163.         _nop_();
     
164.         _nop_();
     
165.         _nop_();
     
166.         _nop_();        
     
167. }
     
168. //发送一个字节的数据
     
169. void        SendByte(unsigned char c)
     
170. {
     
171.         unsigned char BitCnt;
     
172.         for(BitCnt = 0;BitCnt < 8;BitCnt++)                                  //一个字节
     
173.                 {
     
174.                         if((c << BitCnt)& 0x80) SDA = 1;                   //判断发送位
     
175.                         else        SDA = 0;
     
176.                         _nop_();
     
177.                         SCL = 1;                              //时钟线为高，通知从机开始接收数据
     
178.                         _nop_();
     
179.                         _nop_();
     
180.                         _nop_();
     
181.                         _nop_();
     
182.                         _nop_();
     
183.                         SCL = 0;
     
184.                 }
     
185.         _nop_();
     
186.         _nop_();
     
187.         SDA = 1;                                                //释放数据线，准备接受应答位
     
188.         _nop_();
     
189.         _nop_();
     
190.         SCL = 1;
     
191.         _nop_();
     
192.         _nop_();
     
193.         _nop_();
     
194.         if(SDA == 1) bAck =0;
     
195.         else bAck = 1;                                                //判断是否收到应答信号
     
196.         SCL = 0;
     
197.         _nop_();
     
198.         _nop_();
     
199. }
     
200. //接收一个字节的数据
     
201. unsigned char RevByte()
     
202. {
     
203.         unsigned char retc;
     
204.         unsigned char BitCnt;
     
205.         retc = 0;
     
206.         SDA = 1;
     
207.         for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)
     
208.         {
     
209.                 _nop_();
     
210.                 SCL = 0;                                            //置时钟线为低，准备接收
     
211.                 _nop_();
     
212.                 _nop_();
     
213.                 _nop_();
     
214.                 _nop_();
     
215.                 _nop_();
     
216.                 SCL = 1;                                            //置时钟线为高使得数据有效
     
217.                 _nop_();
     
218.                 _nop_();
     
219.                 retc = retc << 1;                                    //左移补零
     
220.                 if (SDA == 1)
     
221.                 retc = retc + 1;                                     //当数据为1则收到的数据+1
     
222.                 _nop_();
     
223.                 _nop_();
     
224.         }
     
225.         SCL = 0;
     
226.         _nop_();
     
227.         _nop_();
     
228.         return(retc);                                   //返回收到的数据
     
229. }
     
230. 
     
231. 
     
232. unsigned char WIICByte(unsigned char WChipAdd,unsigned char InterAdd,unsigned char WIICData)
     
233. {
     
234.         StartI2C();                                                                                      //启动总线
     
235.         SendByte(WChipAdd);                                                        //发送器件地址以及命令
     
236.         if (bAck==1)                                                                                          //收到应答
     
237.         {
     
238.                 SendByte(InterAdd);                                                                //发送内部子地址
     
239.                 if (bAck ==1)
     
240.                 {
     
241.                         SendByte(WIICData);                                                        //发送数据
     
242.                         if(bAck == 1)
     
243.                         {
     
244.                                 StopI2C();                    //停止总线
     
245.                                 return(0xff);
     
246.                         }
     
247.                         else
     
248.                         {
     
249.                                 return(0x03);
     
250.                         }                        
     
251.                 }
     
252.                 else
     
253.                 {
     
254.                         return(0x02);
     
255.                 }
     
256.         }
     
257.         return(0x01);
     
258. }
     
259. //读取指定器件的内部指定地址一个字节数据
     
260. unsigned char RIICByte(unsigned char WChipAdd,unsigned char RChipAdd,unsigned char InterDataAdd)
     
261. {
     
262.         unsigned char TempData;        
     
263.         TempData = 0;
     
264.         StartI2C();                                                                        //启动
     
265.         SendByte(WChipAdd);                                                    //发送器件地址以及读命令
     
266.         if (bAck==1)                                                                            //收到应答
     
267.         {
     
268.                 SendByte(InterDataAdd);                                        //发送内部子地址
     
269.                 if (bAck ==1)
     
270.                 {
     
271.                         StartI2C();
     
272.                         SendByte(RChipAdd);        
     
273.                         if(bAck == 1)
     
274.                         {
     
275.                                 TempData = RevByte();       //接收数据
     
276.                                 StopI2C();                  //停止I2C总线
     
277.                                 return(TempData);           //返回数据
     
278.                         }
     
279.                         else
     
280.                         {
     
281.                                 return(0x03);
     
282.                         }        
     
283.                 }
     
284.                 else
     
285.                 {
     
286.                         return(0x02);
     
287.                 }
     
288.         }
     
289.         else
     
290.         {
     
291.                 return(0x01);
     
292.         }
     
293. }
     
294. 
     
295. 
     
296. void main(void)
     
297. {
     
298.   unsigned int OverCounter = 0;
     
299.   unsigned char ptemp;
     
300.   bit OverFlg = 0;
     
301.   unsigned int temp,ppress = 0;
     
302.   float  press;        
     
303.   while(1)
     
304.   {         
     
305.                      
     
306.           getdata=Adc0832(0);
     
307.           if(14<getdata<243)                                       //当压力值介于15kpa到115kpa之间时，遵循线性变换
     
308.                  {                           
     
309.                   int vary=getdata;                                                //y=(115-15)/(243-13)*X+15kpa                        
     
310.                         press=((10.0/23.0)*vary)+9.3;                        //测试时补偿值为9.3                                                                                                         
     
311.                         temp=(int)(press*10);                  //放大10倍，便于后面的计算
     
312.       if(temp != ppress)
     
313.       {
     
314.         ppress = temp;
     
315.         OverFlg = 1;
     
316.       }                                                                                            
     
317.                         dispbuf[3]=temp/1000;                                     //取压力值百位
     
318.                         dispbuf[2]=(temp%1000)/100;                            //取压力值十位
     
319.                         dispbuf[1]=((temp%1000)%100)/10;                    //取压力值个位
     
320.                         dispbuf[0]=((temp%1000)%100)%10;                        //取压力值十分位
     
321.                         display();
     
322.       if (temp > 100)
     
323.       {
     
324.           if(OverFlg == 1)   
     
325.           {
     
326.             OverCounter++;
     
327.             WIICByte(W24C04ADD,0x01,(OverCounter/0xff));    //低位
     
328.             WIICByte(W24C04ADD,0x02,(OverCounter%0xff));    //高位
     
329.             OverFlg = 0;    //清除标志
     
330.           }
     
331.       }
     
332. 
     
333.            }            
     
334.   }
     
335. }
     

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