基于單片機(jī)的壓力測(cè)量儀設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

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1、基于單片機(jī)壓力測(cè)量儀設(shè)計(jì)題 目：基于單片機(jī)的壓力測(cè)量儀設(shè)計(jì)姓 名：張 金 花學(xué) 號(hào)：5001120042007專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)習(xí)中心：西安電子科技大學(xué)校本部指導(dǎo)教師：李 杰基于單片機(jī)的壓力測(cè)量儀設(shè)計(jì)摘要壓力測(cè)量對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和安全生產(chǎn)具有重要的意義。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了高效、安全生產(chǎn)，必須有效控制生產(chǎn)過程中的諸如壓力、流量、溫度等主要參數(shù)。由于壓力控制在生產(chǎn)過程中起著決定性的安全作用，因此有必要準(zhǔn)確測(cè)量壓力。本次設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)的壓力測(cè)量儀。主要通過單片機(jī)及專用芯片對(duì)傳感器所測(cè)得的模擬信號(hào)進(jìn)行處理,使其完成壓力測(cè)量的功能。本文介紹的是基于單片機(jī)壓力測(cè)量儀的設(shè)計(jì)。首先，文章對(duì)壓力測(cè)量儀的

2、發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)單的綜述，然后，文章對(duì)壓力測(cè)量儀的總體設(shè)計(jì)和各模塊的工作原理進(jìn)行了分述。該壓力測(cè)量儀是以M430F149單片機(jī)為核心，是通過應(yīng)變式傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成LED顯示器顯示顯示需要的值，要實(shí)現(xiàn)壓力的顯示需硬件與軟件的配合，最終調(diào)試出來。本設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是，將軟件下載到硬件上調(diào)試出來顯示的數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入的模擬信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)候，通過A/D轉(zhuǎn)換后，LED將顯示需要的數(shù)值。測(cè)量儀采用雙組發(fā)光數(shù)碼管顯示。關(guān)鍵詞： 壓力測(cè)量儀 M430F149單片機(jī) 應(yīng)變式傳感器目 錄第一章緒論51.1 研究背景51.2 測(cè)量壓力的意義61.3壓力的概念61.4壓力檢測(cè)方法7第二章基于單片機(jī)

3、的壓力測(cè)量儀72.1壓力測(cè)量儀歷史72.2壓力測(cè)量儀的種類及特點(diǎn)82.3壓力測(cè)量儀的原理9第三章壓力傳感器93.1壓力傳感器簡(jiǎn)介93.2壓力傳感器的種類103.3應(yīng)變式壓力傳感器參數(shù)規(guī)格103.4電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理123.5傳感器與壓力測(cè)量儀的連接法12第四章壓力測(cè)量儀技術(shù)規(guī)格134.1 一般規(guī)格134.2 數(shù)字部分134.3 模擬部分13第五章壓力測(cè)量儀的相關(guān)操作145.1 一般說明145.2 壓力測(cè)量儀輸入靈敏度145.3 前面板說明145.4 控制輸出插座155.5壓力測(cè)量儀的標(biāo)定155.5.1.零點(diǎn)標(biāo)定155.5.2實(shí)物標(biāo)定16第六章基于單片機(jī)的壓力測(cè)量儀的硬件設(shè)計(jì)186.1以

4、單片機(jī)為核心壓力測(cè)量儀的其本組成186.2單片機(jī)MSP430 F149介紹186.2.1功能介紹186.2.2各引腳功能206.3看門狗MAX706R216.3.1介紹216.3.2工作原理216.3.3各引腳功能226.4 A/D轉(zhuǎn)換器ADS8320226.5 顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219236.6顯示模塊7段數(shù)碼管256.6.1結(jié)構(gòu)及工作原理256.6.2 LED顯示器連接方法256.6.3顯示驅(qū)動(dòng)266.7按鍵27第七章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)28第八章 總結(jié)29致謝30參考文獻(xiàn)31第一章 緒論1.1 研究背景近年來，隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用在人們的工作和日常生活中越來越普遍。在與一些石油化

5、工企業(yè)接觸中，發(fā)現(xiàn)在這些企業(yè)使用大量的彈簧指針式壓力表，但是在一些振協(xié)較大的管路上，這些指針式壓力表經(jīng)常損壞，雖然指針式壓力表價(jià)格相對(duì)較低，但是振動(dòng)造成測(cè)量的不準(zhǔn)確和經(jīng)常損壞，使得壓力表需要頻繁更換，修理量和隨后的校準(zhǔn)工作量很大，投入的人力和時(shí)間也很可觀，運(yùn)行維護(hù)成本很高。如果有一種適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件，價(jià)格又較為合理的替代指針式壓力表的產(chǎn)品， 采用壓力傳感器、變送器、數(shù)字式的壓力表的模式，可以從根本上解決由于普通指針式壓力表的機(jī)械零件多，耐震性差，可靠性差的問題。由此分析可以看出，有些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要一種能夠克服上述缺點(diǎn)的，替代指針式壓力表的較低成本的產(chǎn)品。另外傳統(tǒng)的量具是桿秤或盤秤，現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展

6、對(duì)其稱重技術(shù)提出了更高的要求,工業(yè)過程控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域,現(xiàn)在可以毫不夸張的說，沒有微型計(jì)算機(jī)的儀器不能稱為先進(jìn)的儀器?；趩纹瑱C(jī)的壓力測(cè)量儀的設(shè)計(jì)是為了滿足市場(chǎng)對(duì)長壽命、低功耗、低成本數(shù)字式、耐震壓力表的需求也滿足上述的需求設(shè)計(jì)的。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字芯片的價(jià)格下降，模擬控制已經(jīng)逐步被數(shù)字控制所代替。與普通器具相比，數(shù)字電子秤具有數(shù)字直接顯示被稱物體的重量、精度高、性能穩(wěn)定、測(cè)量準(zhǔn)確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。電子秤的設(shè)計(jì)模式也大都以微處理器為核心，使精度和可靠性都有了明顯的提高。具有較為廣闊的市場(chǎng)前景。數(shù)字電子秤在各種生產(chǎn)領(lǐng)域和人民日常生活中得到廣泛應(yīng)用，按原理分為電子秤、機(jī)械秤

7、和機(jī)電結(jié)合秤，按功能分為計(jì)數(shù)秤、計(jì)價(jià)秤、計(jì)重秤，按用途分為工業(yè)秤、商業(yè)秤、特種秤。數(shù)字電子秤正在向高精度、高分辨率、智能化方向發(fā)展。用電子秤稱重的過程是把被測(cè)物體的重量通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，稱重的準(zhǔn)確程度首先取決于傳感器輸出的信號(hào)，由于這一信號(hào)通常都很小，需要應(yīng)用放大系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確、線性的放大，以滿足模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。放大后的模擬信號(hào)經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測(cè)量結(jié)果。隨著大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在測(cè)試技術(shù)方面的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的電子測(cè)量儀器在原理、功能、精度及自動(dòng)化水平等方面都發(fā)生了巨

8、大的變化逐步形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測(cè)試儀器智能儀器。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，如何用簡(jiǎn)單便宜，性能良好的元器件制造出對(duì)人類生活有用的產(chǎn)品，已經(jīng)成為人們研究的主要趨勢(shì)。1.2 測(cè)量壓力的意義在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它決定了生產(chǎn)過程能否正常的進(jìn)行。例如在合成氨生產(chǎn)中，氫氣與氮?dú)庠诤铣伤?nèi)合成，壓力是決定這個(gè)化學(xué)反應(yīng)的主要因素之一，它既影響物料平衡關(guān)系，也影響化學(xué)反應(yīng)速度，所以必須嚴(yán)格遵守工藝操作條件，保持一定的壓力，才能確保生產(chǎn)正常地進(jìn)行。在某些條件下，壓力還直接決定設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，例如汽輪機(jī)排汽真空度，內(nèi)燃機(jī)的排氣背壓都對(duì)設(shè)備的效率有重大影響。各種氣體、液體的壓

9、力測(cè)量在生產(chǎn)生活、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。壓力測(cè)量的需要和應(yīng)用幾乎無處不在，可以說我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)的每一天都離不開壓力測(cè)量，例如凡是在氣動(dòng)、液壓應(yīng)用的領(lǐng)域，都必然要進(jìn)行壓力測(cè)量；各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過程控制和自動(dòng)化也都離不開壓力測(cè)量和控制；同樣，在與我們生產(chǎn)密切相關(guān)的領(lǐng)域，像汽車、輪船、飛機(jī)這些運(yùn)輸工具，以至于我們關(guān)心的醫(yī)療、氣象、制冷、空調(diào)等都有壓力測(cè)量的蹤影。其它一些測(cè)量還可以轉(zhuǎn)換為壓力測(cè)量，例如儲(chǔ)油罐的液位，油量就可以駝過測(cè)量儲(chǔ)油罐底部的壓力，經(jīng)過計(jì)算機(jī)得出?；痣姀S中為設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需測(cè)量壓力。另外，一些不易直接測(cè)量的參數(shù)，例如，流量、液位等，往往通過壓力或壓差間接獲得。在石油

10、開采過程中，常使用水泥漿拌土漿，重晶石粉漿等材料實(shí)施固井作業(yè)。這些泥漿材料放在很大的密封罐內(nèi)，在施工作業(yè)時(shí)，需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)材料的質(zhì)量。泥漿材料測(cè)得儀能夠測(cè)量并顯示密封罐內(nèi)泥漿材料的質(zhì)量，測(cè)量范圍為11031.2105kg，可同時(shí)對(duì)4個(gè)密封罐進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所以，壓力測(cè)量在自動(dòng)化中具有特殊地位。由于在工業(yè)生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，壓力測(cè)量是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，所以壓力測(cè)量儀在工業(yè)生產(chǎn)中使用得非常廣泛。在以前常用的壓力測(cè)量儀表大多為液柱式壓力計(jì)和彈性壓力計(jì)，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多企業(yè)的生產(chǎn)要進(jìn)行集中控制和使用電子計(jì)算機(jī)控制，所以普通彈性壓力測(cè)量儀就無法實(shí)現(xiàn)，為些必須采用把壓力轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的電測(cè)壓力計(jì)

11、，以便于觀察、記錄、遠(yuǎn)傳和控制，這也是今后壓力測(cè)量儀生產(chǎn)和使用的一個(gè)方向。1.3壓力的概念壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，必須對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量和控制，但需說明的是，這里所說的壓力，實(shí)際上是物理概念中的壓強(qiáng)，即垂直作用在單位面積上的力。壓力表可以指示、記錄壓力值并可附加報(bào)警或控制裝置。儀表所測(cè)壓力包括絕對(duì)壓力、大氣壓力、正壓力（習(xí)慣上稱表壓）、負(fù)壓(習(xí)慣上稱真空)和差壓。工程技術(shù)上所測(cè)量的多為表壓。壓力的國際單位為帕(Pa)。垂直均勻地作用于單位面積上的力稱為壓力。1.4壓力檢測(cè)方法首先利用由壓力傳感器組成的測(cè)量電路測(cè)出物體的重量信號(hào),其次，由放大器電路把傳感器輸出的微弱電壓

12、信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，放大后的電壓信號(hào)送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路中,再由模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送到單片機(jī)，由單片機(jī)采集并存儲(chǔ)采集到的壓力數(shù)據(jù)，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。這就是壓力測(cè)量儀的工作的整過程。那這么壓力的檢測(cè)方法如下：壓力檢測(cè)方法：1.平衡法：通過儀表使液柱高度的重力或砝碼的重量與被測(cè)壓力相平衡的原理測(cè)量壓力2.彈性法：利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)介質(zhì)的表壓力或負(fù)壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形來反映被測(cè)壓力的大小3.電氣式：用壓力敏感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電荷量等電量的變化。第二章 基于單片機(jī)的壓力測(cè)量儀2.1壓力測(cè)量儀歷史在20世紀(jì)80年代前，一般的工程技術(shù)中幾乎

13、多采用彈簧式壓力儀表對(duì)壓力參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)壓力測(cè)試技術(shù)的要求，特別是航空，航天等部門給壓力測(cè)試技術(shù)提出了許多新的要求，這就是必須迅速反映測(cè)量過程的變化情況，并將變化的信息送給計(jì)算機(jī)，以使控制測(cè)試過程或生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，或者能直接輸入給顯示、記錄、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，這樣就發(fā)展產(chǎn)生了電測(cè)試壓力儀，以代替過只能測(cè)試儀靜態(tài)壓力的指針式彈簧壓力儀。近年來，根據(jù)不同的測(cè)量壓力的對(duì)象，且隨著集成電路技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了新穎的壓力傳感器，以適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。1643年，意大利人托里拆利首先測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)的大氣壓力值為760毫米汞柱，奠定了液柱式壓力測(cè)量儀表

14、的基礎(chǔ)。1847年，法國人波登制成波登管壓力表，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，很快在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，一直是常用的壓力測(cè)量儀表。二十世紀(jì)上半葉出現(xiàn)了遠(yuǎn)傳壓力表和電接點(diǎn)壓力表，從而解決了壓力測(cè)量值的遠(yuǎn)距離傳送和壓力的報(bào)警、控制等問題。60年代以后，為適應(yīng)工業(yè)控制、航空工業(yè)和醫(yī)學(xué)測(cè)試等方面的要求，壓力測(cè)量儀表日益向體積輕巧、耐高溫、耐沖擊、耐振動(dòng)和數(shù)字顯示等方向發(fā)展。2.2壓力測(cè)量儀的種類及特點(diǎn)隨著科技的發(fā)展，壓力測(cè)量的方法和種類也在不斷推陳出新，從測(cè)量原理的角度來分類，主要分液注式、彈性式、負(fù)荷式、電子測(cè)量式等。液柱式壓力測(cè)量儀表常稱為液柱式壓力計(jì)，它是以一定高度的液注所產(chǎn)生的壓力，與被告測(cè)壓力相平衡的

15、原理測(cè)量壓力的。大多是一根直的或彎成U形的玻璃管，其中充以工作液體。常用的工作液體為蒸餾水、水銀和酒精。因玻璃管強(qiáng)度不高，并受讀數(shù)限制，因些所測(cè)壓力一般不超過0.3兆帕。它的特點(diǎn)是：液柱式壓力計(jì)靈敏度高，因些主要用作實(shí)驗(yàn)室中的低壓基準(zhǔn)儀表，以校驗(yàn)工作用壓力測(cè)量儀表。由于工作液體的管理方式在環(huán)境溫度、重力加速度改變時(shí)會(huì)發(fā)生變化，對(duì)測(cè)量結(jié)果常需要進(jìn)行溫度和重力加速度等方面的修正。彈性式壓力測(cè)量儀表是利用各種不同開關(guān)的彈性元件，在壓力下產(chǎn)生變形的原理制成的壓力測(cè)量儀表。彈性式壓力測(cè)量儀表按采用的彈性元件不同，可分為彈簧管壓力表、膜片壓力表、膜盒壓力表和波紋管壓力表等；按功能不同分為指示式壓力表、電接

16、點(diǎn)壓力表和遠(yuǎn)傳壓力表等。這類儀表的特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)實(shí)耐用，測(cè)量范圍寬，是壓力測(cè)量儀表中應(yīng)用最多的一種。負(fù)荷式壓力測(cè)量儀表常稱為負(fù)荷式壓力計(jì)，它是直接按壓力的定義制作的，常見的有活塞式壓力計(jì)、浮球式壓力計(jì)和鐘罩式壓力計(jì)。由于活塞和砝碼均可精確加工和測(cè)量，因此這類壓力計(jì)的誤差很小，可以達(dá)到0.002%，主要作為壓力基準(zhǔn)儀表使用，測(cè)量范圍從數(shù)十Pa至2500MPa。電子測(cè)量式壓力儀表主要有壓力傳感器、壓力變送器或數(shù)字式壓力表。電子測(cè)量式壓力儀表核心元件是壓力傳感器，它能感受被測(cè)壓力量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。當(dāng)輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)（420mA直流電流、15V直流電壓），則變?yōu)閴毫ψ兯推鳌?/p>

17、壓力傳感器加上信號(hào)處理器和數(shù)字顯示器即成為數(shù)字壓力表。若再增加控制部件和記錄裝置，則可適合于自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和記錄打印。拋開校準(zhǔn)用的壓力標(biāo)準(zhǔn)儀表，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和科學(xué)試驗(yàn)中應(yīng)用最多的還是彈性式和電子測(cè)量式壓力儀表。彈性式壓力測(cè)量儀表由于發(fā)展多年，應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，但發(fā)展空間較小，而隨著對(duì)測(cè)量自動(dòng)化程度要求的提高，電子測(cè)量式壓力儀表成為壓力測(cè)量的主流，發(fā)展非常迅速，主要體現(xiàn)在傳感器技術(shù)和二次儀表技術(shù)的發(fā)展。2.3壓力測(cè)量儀的原理這類儀表利用金屬或半導(dǎo)體的物理特性直接將壓力轉(zhuǎn)換為電壓、電流信號(hào)或頻率信號(hào)輸出，或是通過電阻應(yīng)變片等將彈性體的形變轉(zhuǎn)換為電壓、電流信號(hào)輸出。代表性產(chǎn)品有由壓電式

18、、壓阻式、振頻式、電容式和應(yīng)變式等壓力傳感器所構(gòu)成的電測(cè)式壓力測(cè)量儀表。精確度可達(dá)0.02級(jí)，測(cè)量范圍從數(shù)十帕至700兆帕不等。壓力測(cè)量儀用于物體表面壓力，每臺(tái)測(cè)量儀配有壓力傳感器。把壓力轉(zhuǎn)換為電量，然后通過測(cè)量電量反映被測(cè)壓力大小的壓力計(jì)，叫做電測(cè)壓力測(cè)量儀。這種壓力測(cè)量由于測(cè)量范圍寬、精度高、攜帶方便等特點(diǎn)，因些應(yīng)用日益廣泛。壓力測(cè)量儀的原理是：以M430F149單片機(jī)為核心，是通過應(yīng)變式傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，送至ADS8320轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)過單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LED顯示器可以識(shí)別的信息，顯示輸出，在顯示的過程中通過按鍵，讓單片機(jī)系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài)，顯示需要的

19、值，并可以完成清零功能。壓力測(cè)量儀一般由壓力傳感器、測(cè)量電路和顯示器三個(gè)部分組成，它們相互之間的關(guān)系可用圖1.1的方框圖來表示。壓力壓力傳感器測(cè)量線路顯示器 圖1.1壓力測(cè)量儀原理圖壓力傳感器的作用是感受壓力，并把壓力參數(shù)變換成電量，送到測(cè)量電路進(jìn)行測(cè)量。常見的壓力傳感器；根據(jù)其作用原理可分為電阻式，電感式，霍爾式，振弦式，壓電式等多種，本文用的是電阻式。測(cè)量電路的作用是把傳感器輸出的電信號(hào)在顯示器上顯示出來。由于傳感器的輸出信號(hào)一般比較小，為了能使顯示器工作，常常需要將信號(hào)放大，所以一般測(cè)量電路中都包括了電子放大器。顯示器用以顯示所測(cè)的數(shù)值，一般分模擬顯示與數(shù)字顯示兩種。本文用的是數(shù)字顯示，

20、數(shù)字顯示是用數(shù)字形式顯示出來。顯示器一般和測(cè)量電路裝在一起成為一臺(tái)儀表。第三章 壓力傳感器3.1壓力傳感器簡(jiǎn)介傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起的高新技術(shù)之一，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。很多新材料、新技術(shù)、新方法應(yīng)用在壓力傳感器的開發(fā)研制中，其中光導(dǎo)纖維、陶瓷材料、單晶硅、多晶硅、碳化硅、藍(lán)寶石、金剛石等材料得到廣泛的應(yīng)用，在半導(dǎo)體集成電路制造中應(yīng)用的微機(jī)械加工技術(shù)，例如氧化、光刻、擴(kuò)散、沉積、各向異性腐蝕及蒸鍍、濺射薄膜等，都已引進(jìn)到傳感器制造過程中，以MEMS（Microelectromechanical system 微電子機(jī)械系統(tǒng)）技術(shù)基礎(chǔ)的傳感器已逐步實(shí)用化，這是

21、今后發(fā)展的重點(diǎn)之一。根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)合的不同，壓力表傳感器向適應(yīng)不同的應(yīng)用條件發(fā)展。為了測(cè)量快速變化的動(dòng)態(tài)壓力，可以使用高動(dòng)態(tài)特性傳感器，壓電式傳感器體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需外加電源，靈敏度和響應(yīng)頻率高，適用于動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量，廣泛地應(yīng)用于空氣動(dòng)力學(xué)、爆炸力學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測(cè)量等等。其測(cè)量范圍可人0700Pa到070MPa精確度可達(dá)0.1%。壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連

22、續(xù)的信號(hào)。 或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。3.2壓力傳感器的種類壓力傳感器從其原理及結(jié)構(gòu)來看可分為：液柱式、機(jī)械式及電氣式測(cè)量壓力的儀表，按信號(hào)原理不同，大致可分為四類：液柱式：根據(jù)流體靜力學(xué)原理，把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度。機(jī)械式：根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成位移。電氣式：將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電感、電容、電阻、電位差等，依據(jù)電量的大小實(shí)現(xiàn)壓力的間接測(cè)量?；钊剑焊鶕?jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量。

23、壓力傳感器種類繁多，另外還有電位器式、應(yīng)變式、壓阻式、電感式、霍爾式、電容式、壓電式、振動(dòng)式等等。壓力傳感器的精確度可達(dá)0.01級(jí)，測(cè)量范圍從數(shù)十Pa至700MPa不等。3.3應(yīng)變式壓力傳感器參數(shù)規(guī)格 應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)用領(lǐng)域：汽車衡、地上秤、料斗秤等計(jì)量設(shè)備中。 Application: Apply to motor vehicles ,ground weighter, ,hopper weighing,metering equipment.外形圖：Appearance Picture量程（kg）LL0HH0BEFD1D2C5020013865322729407812.512.5103008

24、0013865322729407412.512.5121000200020095403434649812.516.522300020095403434649816.516.52240005000200955045405610222.522.522技術(shù)參數(shù)Technical parameter額定載荷Rated Load 50 kg 5000 kg精度Precision0.050.02靈敏度Rated output2.0000.005mV/V2.0000.001mV/V非線性Nonlinearity0.05%FS0.02%FS滯后 Hysteresis 0.05%FS0.02%FS重復(fù)性Repe

25、atability0.03%FS0.02%FS蠕變Creep(30Min)0.05%FS0.02%FS推薦工作電壓Recommended Excitation Voltage5V12V(DC)最大工作電壓Maximum Excitation Voltage15V(DC)零點(diǎn)平衡Zero Balance1%FS輸入阻抗 input impedance3802038010輸出阻抗Output impedance3502絕緣阻抗Insulation Resistance3000M5000M安全過載率Sate Overload150%FS極限過載率 Ultimate Overload200%FS工作溫

26、度范圍Operating Temperature Range(-30+70)溫度補(bǔ)償范圍Compensated Temperature Range(-10+60)輸出溫度影響Temperature Effect On Load0.03%FS/100.02%FS/10零點(diǎn)溫度影響Temperature Effect On Zero0.03%FS/100.02%FS/10材質(zhì)Construction合金鋼Alloy Steel防護(hù)等級(jí)Protection ClassIP67安裝示意圖Installation Diagram量 程（ kg ）L0EFHH0H1H2D1D2D3502006540783

27、227301212.512343008006540743227301212.51234100020009564984034301512.5163630009564984034301516163640005000955610250453815222244接線方式：Mode of connection應(yīng)變式壓力傳感器電纜輸出 注：四芯屏蔽線5，標(biāo)準(zhǔn)長度4M3.4電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理電阻應(yīng)變式傳感器由彈性元件和電阻應(yīng)變片構(gòu)成，彈性敏感元件的作用是使被測(cè)壓力作用于某個(gè)面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。應(yīng)變式傳感器是基于測(cè)量物體受力變形所產(chǎn)生應(yīng)變的

28、一種傳感器，最常用的傳感元件為電阻應(yīng)變片。當(dāng)彈性元件感受到物理量時(shí)，其表面產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在彈性元件表面的電阻應(yīng)變片的電阻值將隨著彈性元件的應(yīng)變而相應(yīng)變化。通過測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，這樣電阻應(yīng)變式傳感器就將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化。3.5傳感器與壓力測(cè)量儀的連接法傳感器的模擬輸出對(duì)電子噪聲很敏感，故不要將這些電線結(jié)扎在一起，以避免可能導(dǎo)致的干擾,并請(qǐng)將這些電線遠(yuǎn)離交流電源，如圖1.2所示 壓力測(cè)量儀的連接法引腳端子編號(hào)訊號(hào)含義EXC +EXC SIG +SIG SHD激勵(lì)電壓輸出 激勵(lì)電壓輸出 訊號(hào)輸入 訊號(hào)輸入 屏蔽EXC+SIG-EXC-SIG+SHD圖1.2傳感器與壓力測(cè)量

29、儀連接第四章 壓力測(cè)量儀技術(shù)規(guī)格4.1 一般規(guī)格1. 電源 : 直流24V2. 消耗功率 : 6 W3. 工作溫度 : -10 704. 濕度 : 10% 90相對(duì)濕度（無凝結(jié)水）5. 電源濾波器 : 內(nèi)置4.2 數(shù)字部分1 計(jì)量顯示 上排數(shù)碼管顯示稱重凈重。凈重為零時(shí)輸出4mA，凈重為最大量程時(shí)輸出20mA。下排數(shù)碼管顯示稱重最大量程。2. 負(fù)數(shù)顯示 在最左邊數(shù)位顯示“”號(hào)1. 上限顯示 顯示“U-OL”表示稱量超過最大量程4. 下限顯示 當(dāng)顯示“d-OL”時(shí)，表示稱量低于下限顯示4.3 模擬部分1 適用的傳感器類型適用于電阻應(yīng)變式測(cè)力與稱重傳感器2 傳感器激勵(lì)電壓10V2%, Imax=2

30、00mA 3 傳感器靈敏度2mV/V4 輸入阻抗5M5 溫度系數(shù)100ppm/6 非線性誤差0.05%7采樣速度： 1000次秒8輸出模擬信號(hào) 420mA精度0.19. 零位可調(diào)范圍由0.05毫伏到15毫伏10.最大顯示分度數(shù)10，000分度第五章 壓力測(cè)量儀的相關(guān)操作5.1 一般說明 不要將壓力測(cè)量儀安裝在陽光直曬處，并須避免突然的溫度變化、振動(dòng)或被風(fēng)吹。當(dāng)溫度大約為20或68、相對(duì)濕度約為50時(shí)，可獲得最佳的性能。通過電源線將壓力測(cè)量儀后端接地，并保證接觸良好。不要將地線接至其他設(shè)備的地線。 模擬輸入或輸出訊號(hào)對(duì)電子噪聲很敏感，故不應(yīng)將這些模擬輸入或輸出訊號(hào)的電線結(jié)扎在一起，以避免可能造成

31、的干擾。并請(qǐng)將這些電線遠(yuǎn)離交流電源，盡量縮短所有電線或同軸電纜的長度。 5.2 壓力測(cè)量儀輸入靈敏度 壓力測(cè)量儀輸入靈敏度(A)可通過以下方程式計(jì)算出來： 對(duì)于壓力測(cè)量儀而言，A必須大于或等于0.5。5.3 前面板說明 前面板外觀1N1N28765432ZERON4MODETAREM1N3ENTER 1. N1 指示燈 : 閃爍時(shí)表示正在通訊。2. N2 指示燈 : 備用。3. N3 指示燈 : 亮?xí)r顯示重量變動(dòng)檢測(cè)。4. N4 指示燈 : 亮?xí)r顯示零。5. ENTER 按鍵 : 接受輸入數(shù)據(jù)。 6MODE 按鍵 : 選擇功能設(shè)定方式。7TARE 按鍵 : 設(shè)置時(shí)，用于選擇數(shù)據(jù)。8. ZERO

32、 按鍵 :正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，長按“ZERO”鍵，可對(duì)顯示的凈重清零。 5.4 控制輸出插座 插座編號(hào) 訊號(hào)含義 J8 24V+ 電源24V+ 24V- 電源24V- 4-20mA- 420mA 輸出- 4-20mA+ 420mA 輸出+ 插座編號(hào) 訊號(hào)含義 SHIELD 屏蔽 EX- 激勵(lì)電壓輸出- EX+ 激勵(lì)電壓輸出+ SIG- 信號(hào)輸入- SIG+ 信號(hào)輸入+ 5.5壓力測(cè)量儀的標(biāo)定 5.5.1.零點(diǎn)標(biāo)定零點(diǎn)標(biāo)定1KINDECI MODE 如果不標(biāo)定零點(diǎn)，可按MODE.鍵跳過零點(diǎn)標(biāo)定，直接進(jìn)入實(shí)物標(biāo)定。零點(diǎn)標(biāo)定2ZEROKINDECI 顯示器顯示“ ”長按ZERO鍵2秒執(zhí)行零點(diǎn)標(biāo)定。MODEK

33、INDECI 按“MODE”鍵進(jìn)入實(shí)物標(biāo)定。按“ENTER” 鍵，退出標(biāo)定菜單。5.5.2實(shí)物標(biāo)定壓力測(cè)量儀有兩種標(biāo)定方法A 開環(huán)標(biāo)定: 在要求精度小于1%時(shí),可采用此標(biāo)定方法,不需要進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定.進(jìn)入傳感器量程設(shè)定菜單,輸入稱重傳感器的量程，再進(jìn)入標(biāo)定菜單中,進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定,然后退出菜單，便可正常使用.例如：使用量程為500KG的單傳感器，則進(jìn)入傳感器量程設(shè)定菜單,設(shè)定稱重傳感器的量程為：500.0（小數(shù)點(diǎn)位數(shù)在功能設(shè)置菜單中設(shè)置）。再進(jìn)入標(biāo)定菜單中,進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定,然后退出菜單，便可正常使用.B 實(shí)物標(biāo)定: 在要求精度比較高時(shí),須采用實(shí)物標(biāo)定方法進(jìn)入標(biāo)定菜單,進(jìn)行完零點(diǎn)標(biāo)定后, 按MODE 鍵

34、進(jìn)入實(shí)物標(biāo)定菜單,當(dāng)下排數(shù)碼管顯示“ ”時(shí)，可進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定,此時(shí)，在秤臺(tái)上放置標(biāo)秤砝碼，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后, 將顯示器的讀數(shù)設(shè)定為所加砝碼的重量值,退出實(shí)物標(biāo)定菜單,完成實(shí)物標(biāo)定。進(jìn)行完實(shí)物標(biāo)定, 傳感器量程設(shè)定菜單中傳感器的量程值已自動(dòng)刷新，該值為傳感器的實(shí)際量程值。例如：現(xiàn)場(chǎng)傳感器量程為500KG。 進(jìn)入標(biāo)定菜單,進(jìn)行完零點(diǎn)標(biāo)定后, 按MODE 鍵進(jìn)入實(shí)物標(biāo)定菜單 ,此時(shí)，在秤臺(tái)上放置80KG砝碼，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后, 用ZERO鍵和TARE鍵將顯示器的讀數(shù)設(shè)定為80.0KG，然后退出菜單，便可正常使用.此時(shí)，傳感器量程設(shè)定菜單中傳感器的量程值被自動(dòng)修正實(shí)際量程值，例如499.8KG。注意：完成實(shí)物標(biāo)

35、定后，不要再手動(dòng)更改傳感器量程設(shè)定菜單中傳感器的量程值進(jìn)入實(shí)物標(biāo)定當(dāng)下排數(shù)碼管顯示“ ”時(shí)，可進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定。此時(shí)，在秤臺(tái)上放置標(biāo)秤砝碼，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后按ZERO 鍵，上排數(shù)據(jù)開始閃動(dòng)。KINDECI ZERO用ZERO鍵和TARE鍵將顯示器的讀數(shù)設(shè)定為所加砝碼的重量值。KINDECI TAREZERO按MODE鍵完成實(shí)物標(biāo)定過程，進(jìn)入下一步標(biāo)定過程。(標(biāo)定量程最小為100格)MODEKINDECI 建議：標(biāo)秤在最大量程的1/2以上重量處進(jìn)行。第六章 基于單片機(jī)的壓力測(cè)量儀的硬件設(shè)計(jì)6.1以單片機(jī)為核心壓力測(cè)量儀的其本組成MSP430系列單片機(jī)是TI公司研發(fā)的一 種超低功耗、混合信號(hào)控制器,能夠在

36、低電壓(1.83.6V)下以CPUOFF(CPU停止工作)和OSCOFF(晶振停止工作)等5種超低功耗(掉電模式下工作電流0.1A、備用模式下工 作電流0.8A、1MIPS下工作電流250 A)工作模式工作,具有數(shù)字控制的振蕩器喚醒時(shí)間 少于6 s,從而延長了待機(jī)時(shí)間并使啟動(dòng)更加迅速,降低了電池的功耗3。這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的是TI公司的MSP430F149,功耗低(采用flash存儲(chǔ)技術(shù)可以將功耗降低1/5),系統(tǒng)集成度高(包括flash,BRam;12bitA/D;WDT;Timer_A;Timer_B;2個(gè)USART接口),而且MSP430F149的運(yùn)行環(huán)境溫度范圍 為-40+85,可以適

37、應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。因此,非常適合于開發(fā)高度智能化、低功耗、便攜式智能終端設(shè)備。以單片機(jī)為核心的壓力測(cè)量儀的基本組成如圖1.3所示單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換接口被測(cè)量面版按鍵按鍵輸入接口片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器D/A轉(zhuǎn)換接口控制量顯示器接口LED圖1.3 壓力測(cè)量儀的基本組成6.2單片機(jī)MSP430 F149介紹6.2.1功能介紹MSP430是德州公司新開發(fā)的一類具有16位總線的帶FLASH 的單片機(jī),由于其性價(jià)比和集成度高,受到廣大技術(shù)開發(fā)人員的青睞.它采用16位的總線,外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一編址,尋址范圍可達(dá)64K, 還可以外擴(kuò)展存儲(chǔ)器.具有統(tǒng)一的中斷管理,具有豐富的片上外圍模塊,片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個(gè)16位定時(shí)器

38、、一個(gè)14路的12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)看門狗、6 路P 口、兩路USART通信端口、一個(gè)比較器、一個(gè)DCO內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘,支持8M 的時(shí)鐘.由于為FLASH型,則可以在線對(duì)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試和下載,且JTAG 口直接和FET(FLASH EMULATION TOOL) 的相連,不須另外的仿真工具,方便實(shí)用,而且,可以在超低功耗模式下工作,對(duì)環(huán)境和人體的輻射小,測(cè)量結(jié)果為100mw 左右的功耗( 電流為14m A 左右), M430F149單片機(jī)采用了業(yè)界最為先進(jìn)的MSP處理器和高精度A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部采用多級(jí)光電隔離和濾波環(huán)節(jié),保證測(cè)量儀的精度和穩(wěn)定性。在EW23 環(huán)境下進(jìn)行編程, 匯編

39、, 連接, 在CSPY 環(huán)境下進(jìn)行調(diào)試。以下是MSP430F149設(shè)計(jì)外圍模塊功能圖.圖1.4MSPF149外圍模塊功能圖6.2.2各引腳功能1腳DVCC:數(shù)字供電電源正端；7腳VREF+:參考電壓的正輸出引腳；8腳XIN:晶體振蕩器XT1的輸入端口，可連接標(biāo)準(zhǔn)晶振或者鐘表晶振；9腳:為外部低頻時(shí)鐘晶振輸入端（程序中說明一般用LFXTICLK表示）。XOUT/TCLK I/O 晶體振蕩器XT1的輸出引腳或測(cè)試時(shí)鐘輸入；10腳VeREF+ 10 I/P ：外部參考電壓的輸入；11腳 VREF-/VeREF- ：內(nèi)部參考電壓或者外加參考電壓的引腳；48腳:的第二功能為MSP430F149單片機(jī)MC

40、LK（主系統(tǒng)時(shí)鐘）的輸出端；49腳:的第二功能為MSP430F149單片機(jī) SCLK（子系統(tǒng)時(shí)鐘）的輸出端；50腳:的第二功能為MSP430F149單片機(jī) ACLK（輔系統(tǒng)時(shí)鐘）的輸出端；52腳XT2OUT：晶體振蕩器XT2的輸出引腳；53腳:為外部高頻時(shí)鐘晶振輸入端（程序中說明一般用XT2CLK或HF XTAL表示）。XT2IN 晶體振蕩器XT2的輸入端口，只能連接標(biāo)準(zhǔn)晶振；54腳TDO/TDI：測(cè)試數(shù)據(jù)輸出端口，TDO/TDI數(shù)據(jù)輸出或者編程數(shù)據(jù)輸出引腳；55腳TDI/TCLK：測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，TDI用作數(shù)據(jù)輸入端口，芯片保護(hù)熔絲連接到TDI；56腳TMS:測(cè)試模式選擇，TMS用作芯片編程和

41、測(cè)試的輸入端口；57腳TCK:為JTAG接口（同時(shí)擁有仿真器和編程器的功能），用于下載程序并實(shí)現(xiàn)硬件在線仿真。測(cè)試時(shí)鐘，TCK是芯片編程測(cè)試和bootstrap loader啟動(dòng)的時(shí)鐘輸入端口；58腳RST/NMI ：為430單片機(jī)的復(fù)位引腳（低電平有效）。復(fù)位輸入，不可屏蔽中斷輸入端口或者Bootstrap Lload啟動(dòng)（FLASH）；59腳TA0，60腳TA1，61腳TA2，2腳A3，3腳A4，4腳A5，5腳A6，6腳A7 的第二功能為8路的內(nèi)部12位ADC模擬電壓輸入端口；62腳AVSS:為模擬電源接口，模擬供電電源負(fù)端,只為ADC和DAC的模擬部分供電；63腳DVSS:為數(shù)字電源接口

42、，數(shù)字供電電源負(fù)端.為所有數(shù)字部分供電；64腳AVCC:模擬供電電源正端.只為ADC和DAC的模擬部分供電。 注意：MSP430系列單片機(jī)的供電電壓為1.8V3.6V。本壓力測(cè)量儀供電電壓3.3V。說明（在MSP430小系統(tǒng)中數(shù)字電源地與模擬電源地必須通過0歐電阻連接起來以防止數(shù)字電路產(chǎn)生的高頻信號(hào)對(duì)模擬電路造成影響）6.3看門狗MAX706R6.3.1看門狗介紹看門狗在單片機(jī)系統(tǒng)中是不可缺少的，如果在單片機(jī)系統(tǒng)中沒有看門狗，那么運(yùn)行的可靠性就得不到保證：因此綜合以上原因，我們選擇了比較成熟的MAX706R。MAX706R是一組CMOS監(jiān)控電路，能夠監(jiān)控電源電壓、電池故障和微處理器（MPU或m

43、P）或微控制器（MCU或mC）的工作狀態(tài)。將常用用的多項(xiàng)功能集成到一片8腳封裝的小芯片內(nèi)，與采用分立元件或單一功能芯片組合的電路相比，大減小了系統(tǒng)電路的復(fù)雜性和元器件的數(shù)量，顯著提高了系統(tǒng)可靠性和精確度。一旦MPU/MCU處于未知狀態(tài)，比如程序“跑飛”或進(jìn)入死循環(huán)，就需要將系統(tǒng)復(fù)位。6.3.2工作原理對(duì)于MAX706而言，在上電期間只要Vcc大于1.0V，就能保證輸出電壓不高于0.4V的低電平。在Vcc上升期間RESET維持低電平直到電源電壓升至復(fù)位門限(4.65V或4.40V)以上,在超過此門限后，內(nèi)部定時(shí)器大約再維持200ms后釋放RESET，使其返回高電平。無論何時(shí)只要電源電壓降低到復(fù)位

44、門限以下(即電源跌落)，RESET引腳就會(huì)變低。如果在已經(jīng)開始的復(fù)位脈沖期間出現(xiàn)電源跌落，復(fù)位脈沖至少再維持140ms。在掉電期間，一旦電源電壓Vcc降到復(fù)位門限以下，只要Vcc不比1.0V還低，就能使RESET維持電壓不高于0.4V的低電平。6.3.3各引腳功能1腳MR：人工復(fù)位；2腳VCC：電源輸入；3腳GND：地；4腳PFI：電源掉落電壓監(jiān)測(cè)輸入；5腳PFO：電源掉落信號(hào)輸出；6腳WDI：看門狗輸入；7腳RESET：復(fù)位信號(hào)輸出；復(fù)位信號(hào)用于啟動(dòng)或者重新啟動(dòng)MPU/MCU，令其進(jìn)入或者返回到預(yù)知的循環(huán)程序并順序執(zhí)行；8腳WDO：看門狗輸出。6.4 A/D轉(zhuǎn)換器ADS8320模擬量輸入通道

45、的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。能夠完成這一任務(wù)的器件稱之為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器。本次設(shè)計(jì)的中A/D轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將放大器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換位數(shù)字量進(jìn)行輸出。1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列ADS8320的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.5所示，它由采樣/保持放大器、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、移位寄存器、控制邏輯電路、串行接口電路等組成。圖1.5 ADS8320內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.其管腳排列如圖1.6所示:圖1.6 ADS8320的管腳排列各引腳的功能如下：1腳VREF:為外接參考電壓輸入端；2腳,3腳+IN、-IN:為外接差動(dòng)模擬信號(hào)輸入端；4腳GND:為供電電源接入端；5腳CS/SHDN:為片選/關(guān)斷控制端；6腳DOUT

46、:為A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字結(jié)果串行輸出端；7腳DCLOCK:為時(shí)鐘輸入端；8腳+Vcc:為供電電源接入端。6.5 顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219MAX7219是MAXIM公司生產(chǎn)的一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)芯片,它連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個(gè)獨(dú)立的LED發(fā)光二級(jí)管。其上包括一個(gè)片上的B型BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅(qū)動(dòng)器，而且還有一個(gè)8*8的靜態(tài)RAM用來存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。該芯片具有10MHz傳輸率的三線串行接口可與任何微處理器相連，只需一個(gè)外接電阻即可設(shè)置所有LED的段電流。 只有一個(gè)外部寄存器用來設(shè)置各個(gè)LED的段電流。MAX7219同

47、樣允許用戶對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)選擇編碼或者不編碼。整個(gè)設(shè)備包含一個(gè)150A的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個(gè)掃描限制寄存器允許用戶顯示1-8位數(shù)據(jù)，還有一個(gè)讓所有LED發(fā)光的檢測(cè)模式。它的操作很簡(jiǎn)單，MCU只需通過模擬SPI三線接口就可以將相關(guān)的指令寫入MAX7219的內(nèi)部指令和數(shù)據(jù)寄存器，同時(shí)它還允許用戶選擇多種譯碼方式和譯碼位。此外它還支持多片7219串聯(lián)方式，這樣MCU就可以通過3根線（即串行數(shù)據(jù)線、串行時(shí)鐘線和芯片選通線）控制更多的數(shù)碼管顯示。1.內(nèi)部引腳分配如圖1.7所示：圖1.7 MAX7219的內(nèi)部引腳分配2.外部引腳分配如圖1.8所示:圖1.8 MAX7219的外部引腳分配各引

48、腳的功能為： 1腳DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端； 2腳7腳(DIG0DIG7)：8位LED位選線，從共陰極LED中吸入電流；12腳LOAD：裝載數(shù)據(jù)輸入 ；13腳CLK：串行時(shí)鐘輸入；SEG ASEG G DP:7段驅(qū)動(dòng)和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)； 18腳ISET:通過一個(gè)10k電阻和Vcc相連，設(shè)置段電流；24腳DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端，用于級(jí)連擴(kuò)展。6.6顯示模塊7段數(shù)碼管6.6.1結(jié)構(gòu)及工作原理發(fā)光二極管（LED是一種由磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成的，能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一一電流通過時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。7段數(shù)碼管一般由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中由7個(gè)細(xì)長的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另

49、外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光。控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù)量也有限，但其控制簡(jiǎn)單，使有也方便。6.6.2 LED顯示器連接方法LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：共陽極接法把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時(shí)公共陽極接5V。陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮，輸入高電平的則不點(diǎn)亮。共陰極接法把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)會(huì)共陰極接地，陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮，輸入低電平的則不點(diǎn)亮。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數(shù)碼管，陰極連在一起

50、的稱為共陰極數(shù)碼管，如圖所示。共陰極共陽極 7段數(shù)碼管內(nèi)部字段LED和引腳分布圖1.6 7段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖6.6.3顯示驅(qū)動(dòng)七段LED顯示器需要由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。在七段LED顯示器中，共陽極顯示器，用低電平驅(qū)動(dòng)；共陰極顯示器，用高電平驅(qū)動(dòng)。點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。1.靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。這種顯示方法的每一位都需要有一個(gè)8位輸出口控制。如圖1.7所示：圖1.7四位靜態(tài)顯示電路2.動(dòng)態(tài)顯示所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作（點(diǎn)亮），利

51、用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)”顯示如圖1.8所示。圖1.8四位動(dòng)態(tài)顯示的電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，以上是數(shù)碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示?；贚ED的優(yōu)點(diǎn)在本次設(shè)計(jì)中采用了數(shù)碼管的靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)數(shù)碼管顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機(jī)中CPU的開銷小。能供給單獨(dú)鎖存的I/O接口電路很多，常用的串并轉(zhuǎn)換電路74LS164，他的電路如圖1.9所示:圖1.9 靜態(tài)

52、LED顯示電路顯示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。6.7按鍵按鍵是單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的常用輸入設(shè)備。我們通過按鍵，向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入各種數(shù)據(jù)和命令，亦可通過使用按鍵，讓單片機(jī)系統(tǒng)處于預(yù)定的功能狀態(tài)。要想實(shí)現(xiàn)壓力的顯示需硬件與軟件配合，最終調(diào)試出來。第七章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，測(cè)量儀器儀表包括壓力測(cè)量儀器的總的發(fā)展趨勢(shì)是高性能、數(shù)字化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。本課設(shè)主要完成以單片機(jī)為核心的壓力測(cè)量儀的設(shè)計(jì)，課題結(jié)合了實(shí)際生產(chǎn)過程相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)，利用電阻應(yīng)變式傳感器獲取被測(cè)對(duì)象指標(biāo)，由按鍵輸入控制

53、測(cè)量儀的清零及標(biāo)稱，順利完成生產(chǎn)。通過壓力傳感器將需要測(cè)量的位置的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，送至AD轉(zhuǎn)換器，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成LED顯示器可以識(shí)別的信息，最后顯示輸出?；趩纹瑱C(jī)的壓力測(cè)量儀，選擇的單片機(jī)是M430F149單片機(jī)的測(cè)量與顯示，將壓力經(jīng)過壓力傳感器變?yōu)殡娦盘?hào)，用來將現(xiàn)場(chǎng)的稱重傳感器信號(hào)放大、修正后顯示并以420mA形式輸出,后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，我們所采樣的A/D轉(zhuǎn)換器為ADS8320,轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。壓力測(cè)量儀接收到傳感器傳送過來的數(shù)據(jù)后，經(jīng)處理后，傳送入單片機(jī)，單片機(jī)計(jì)算完壓力值后

54、，會(huì)把壓力值傳輸?shù)絃CD顯示模塊顯示。壓力測(cè)量儀設(shè)有按鍵，當(dāng)按下時(shí)，可在LCD顯示器上顯示出壓力值，直至清零。壓力測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)如圖所示，它以M430F149單片機(jī)為核心，包括傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD顯示器。它的原理圖如圖2.0所示:電源按鍵LCD顯示器壓力傳感器單片機(jī)M430F149A/D轉(zhuǎn)換器 圖2.0 壓力測(cè)量儀方框圖第八章 總結(jié)我通過對(duì)壓力測(cè)量儀的設(shè)計(jì)，使我體會(huì)到了成功的喜悅，也懂得了任何事情的成功都要付出艱辛的勞動(dòng)和辛勤的汗水。幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于要畫上句號(hào)，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感覺受益匪淺。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)結(jié)合了大學(xué)里各專業(yè)課的內(nèi)容，所以在這短短的幾個(gè)月中，我把學(xué)到的有關(guān)單片機(jī)原理與

55、應(yīng)用、微機(jī)接口、數(shù)字電子、等相關(guān)知識(shí)都運(yùn)用在此次設(shè)計(jì)中，完成了基于單片機(jī)壓力測(cè)量義設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)，不僅讓我重新復(fù)習(xí)了從前的知識(shí)，而且還彌補(bǔ)了以前的許多漏洞，學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用知識(shí)，學(xué)會(huì)了應(yīng)用實(shí)踐。讓我學(xué)會(huì)了綜合考慮問題，全面分析問題，體會(huì)到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。通過這次實(shí)踐，我了解了壓力測(cè)量儀的用途及工作原理，熟悉了壓力測(cè)量儀的設(shè)計(jì)步驟，應(yīng)用單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換和液晶顯示的編程原理，使用MSP430軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真，調(diào)試，測(cè)量重力應(yīng)用，分析原理圖，查閱資料，熟悉芯片管腳以及芯片引腳功能。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固。同時(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處,比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，動(dòng)手能力不夠強(qiáng)等等。這次設(shè)計(jì)使我明白自己知識(shí)還很淺薄，以后更應(yīng)該在工作學(xué)習(xí)中不斷提高自身的理論基礎(chǔ)，實(shí)踐能力，將理論很好的接合實(shí)際的應(yīng)用,多動(dòng)手，多動(dòng)腦，不清楚的多查閱資料,相信在做任何事情都可以做好。致謝經(jīng)過一學(xué)期的忙碌，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)論文，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)同事的幫助，想要完成這個(gè)