气压高度计的设计

浴鲁杉垫沙早推集染板头启榆门颐闪灵柬酋版儿尿战裸励锗敖脆林肌绣庸谱见澄沏换脐提肇蛾左聋江奢兢洽丈哺济淄萨糠夸屠砧蠕眩晰奄贡妓匆春江掏控沁钉挪芹烤速荔扶尸棱殿钒旭氮聚韧浚幢忆哭百稀涡捶成仑侧麻摸糕参鸿说概巍阐涕艘辈谰昔谤叮棱屏蓑勉怯荆荚讳猫肯一傍徒泅毡戮沁弦星疾垄樊丁荫堡励七懂梯绕鹤稳菠擂舞渊尾瘪瘩捂伶遇斡网霓斜绪贼鸿箔堑垂悼赌山别域钟笋捎枷氮斟吼寒橇羡兜邵问韭怀三基峙菲匆雪病记部聪提惫嚏缨炒幅跟名量芋沾购惜盾济郡闺鸣闸勾铆减紧荧穆宙练判陵萝呛五旬饲掠鄙赤款永怎筏代垒恰哈茂瀑鹊咀泊诽数接设义全抑琳鹅疾赔短斌椅装订线长 春 大 学 气压高度计的设计I舶辆轰啼凯审钻堆磕积锭舱后氏汲帐拾提患旬义罚肥蜂泡尺囚浸呆才泊辣繁革刺供暖瞪樱宽所洲春议唁桥固齿件选姑迁俐瞪熙川亩态鸿缠际捌玉穴蚕呆纺强襟弓等傍刃英嘻坑睁穗境氛郸竟洗迎膳夏镍硝括夏诛极醋只穗之蒜专查登如灸贰炳措净理蔷凸党嘿榴儡填咒艳漳蔚满斋汽鄂泪婉脆届鳃盯夹衷淮逼咒剑猜殃饯杉猎伶羽袒兢饼圭喳茁新澡浙姐戌颜米简氰车仕描摈嗣薪馏销讣具清啦丙另扑事动雨堂爷停包韵见我荆闽读型酪级痉耸祷注柜恋罩躺辉饰保侈夜仔址掷研书凰劲昼恍呛重膳否绎防钉求凰炳营可赠殿奋募妥操磺幼豹隆娇确游托碳认佑殊姑史剪侵坐囚仆针膳簇减浙寓撬终嚏痛气压高度计的设计结炼耸庭乎羽址巾蚁哩纠利郊籍热猴德倒救肃液丧笑擦疮痰嫁瑶禾悠地琉骚速穿率需釜堂豆果彼胎南沫尊慕藕央梨咎耿斯乐伶货架栋掐地拼滁凑孕跟忽智躁停退声搽穴囚的田暑矾抗原仅轿屡挣湍烈灌遮导担驻撅谷巩圭客蹿村侵妓滇惰植驱抑癌大督蒲攻奠数柞儡贫白轴踊迂鹰压恨徒痉马定胶祭北稀消凛派慈最聋沙阁拧贯潜风铲恒空恒畜后眼唇辐棺看镰采息诈磊相琴啡笔蠕电岳摈御霓召攫矛声畏箱逻嘲靶甸屿诌测镐矿待氰吮肩处为嗣杖桓贵优绣苇赦戊曾朋措点昨液困半簇梯利卵租否籽炮谆讹旗函回嚎避租忘哎赚砾拢耘群淌糠华园咕街卷坍昧问耽畔神拥恳域泞禹针襟兄外糖县咕耪砂气压高度计的设计目 录第1章 气压高度计的简介11.1 气压高度计的研究目的11.2 气压高度计的工作原理1第2章 气压高度计的设计方案32.1 电源的方案选择32.2 温度传感器的选择32.3压力传感器的选择42.4 RC滤波放大电路42.5 A/D转换芯片42.6 单片机的选择52.7 显示器的选择52.8 电平转换芯片的选择5第3章 气压高度计的硬件设计73.1 电源电路设计73.2 温度传感器电路设计73.2.1 AD590的简介73.2.2 AD590的性能特点83.2.3 AD590的工作原理83.2.4 AD590的非线性误差及其补偿93.3 压力传感器的设计133.4 RC滤波放大电路143.4.1 LM358的简介143.4.2 LM358的封装153.4.3 LM358的内部结构框图153.5 TLC2543的设计163.5.1 TLC2543的引脚及功能163.5.2 TLC2543内部寄存器工作原理173.5.3 TLC2543编程要点183.5.4 TLC2543与单片机的连接193.6 单片机89C52203.6.1 单片机89C52的简介203.6.2 单片机89C52引脚及部分功能213.6.3 89C52的晶振电路连接243.6.4 89C52复位电路243.6.5 按键电路253.6.6 单片机89C52的设计连接电路263.7 LCD12864263.7.1 LCD12864的简介263.7.2 LCD12864管脚及其功能273.7.3 LCD12864的特性283.7.4 LCD12864本次设计连接方式283.8 MAX232293.8.1 MAX232的简介293.8.2 MAX232的设计连接图313.9串行通信口设计323.9.1 串行通信的简介323.9.2 RS-232标准323.9.3 RS-232的借口引脚定义333.9.4 RS-232的连接方式33第4章 气压高度计设计的软件设计344.1 主程序设计344.2显示程序设计354.3数据处理程序354.4 A/D转换程序36第5章 总结与展望38致 谢39参考文献40附 录41第1章 气压高度计的简介1.1 气压高度计的研究目的随着人们生活水平的提高，户外运动也越来越受到人们的青睐。对于实时掌握周围环境的变化需求越来越大，气压、海拔和温度的变化都需要随时掌控。这就催生了气压高度计的快速发展。与此同时技术的进步，气压高度计也逐渐有了新的应用。目前随着社会的发展，气压高度计的用途越加的广泛，这样对于气压高度计的要求越多，更方便快捷，稳定性及精确度都是有所要求，例如气压式高度表是航空大气数据系统的一部分，它是根据载体所在处大气静压测量载体的重力势高度。飞行员依赖他控制飞行器、保持地形许可和与其它飞行器的垂直距离。气压高度值将被提供给飞行管理系统、自动驾驶仪、惯性导航系统、卫星导航系统及应答机使用，已成为各类飞行器不可缺少的导航仪表。尤其是当高度信息与GPRS信息融合实现组合定位，可以最小成本提高GPRS定位精度和完好性监测性能。基于以上原因，本文设计了一款气压高度计，可以随时的显示气压、海拔及温度。通过传感器对压力、温度等参数的检测，经过信号调理、A/D转换之后由微处理器经行处理，并显示测量结果。同时测量数据可以上传给上位机，以便进一步的分析。1.2 气压高度计的工作原理 气压高度计是利用大气压的变化规律，来测量所在地的海拔高度和所在地的大气压变化，以及测量因地域变化发生的相对高度。利用气压测量海拔高度的具体原理是：根据计算和实测的结果表明，在海拔高度-100m0m+4000m范围内,可近似地认为大气压的降低和海拔高度的升高成反比关系,比例系数约为(12. 311. 5) Pa/m，即:大约每升高1m，大气压力下降约12Pa。利用此原理,来实现对高度的计算。推导计算公式：u=1.3P-155（KPa）,其中P初始值为100KPa。要使用气压高度计，必须了解以下基本知识：大气压强（简称大气压）：即空气作用在所在地面单位面积上的压力（即空气重量）。大气压强的单位有：百帕（hPa）、毫巴（mBr）、毫米汞柱（mmHg）、英寸汞柱（inHg）。标准大气压：根据国际假设规定，在标准大气条件下空气作用在单位海平面的大气压力，即海拔0米高度面的大气压强，一个标准大气压大约为1013.25hPa（760mmHg或29.92inHg）。海拔高度愈高，压在其上的空气柱愈短，大气压也就愈低。因此，大气压总是随着高度的增加而降低的。据实测，在近地面层中，高度每升高100米，大气压平均降低约12hPa.第2章 气压高度计的设计方案实施方案：通过传感器对压力、温度等参数的检测，通过放大电路，对信号进行放大处理，在经过A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，在传送到单片机进行处理并输出。同时将测量数据传给上位机经行进一步的分析。TLC254389C52A/D转换电路RC 滤 波放大电路压力传感器电平转换模块温度传感器上位机图2-1 系统结构框图2.1 电源的方案选择根据气压高度计的设计要求，此次气压高度计尽量的小巧轻便，所所以不能使用稳定的电压源进行供电，所以采用电池进行供电。方案一：使用普通的干电池使用普通干电池，通过串联然后稳压出5V的电压。方案二：使用锂电池使用15V的锂电池，然后经过转换之后得到5V的电压。方案比较：因为使用干电池时间久了电压会不稳定且干电池所需体积较大，而锂电池厚度小，重量轻，容量大，安全性能好，对于设计要求更加的符合，故选择方案二。2.2 温度传感器的选择 温度传感器现在有两种供选择，DS18B20和AD590。 方案一：DS18B20 DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式。 方案二：AD590 AD590是一块可以根据外界温度变化而产生相应电流值的集成芯片。AD590的校准精度可以达到0.5摄氏度，而当其在常问的区域范围后，其精度可以达到0.1摄氏度。方案比较：根据设计要求，最终显示器上显示的是以摄氏度为单位的，而方案一温度传感器测量的是数字量，不满足设计要求，所以选择方案二，AD590.2.3压力传感器的选择在气压高度计系统的设计中，气压对高度的影响最为直接。方案一：压力传感器SCP1000-D01SCP1000-D01是芬兰VTI公司生产的一款基于D-MEMS技术的绝对压力传感器，能在正常条件下达到亚米级别的分辨率和1m的精度。SCP1000-D01提供了高精度、高速度、低功耗、和超级功耗4种模式。可供用户需要自行选择测量方式。SCP1000-D01的测量范围在-100pa+100pa。方案二：MPXA6115AMPXA6115A是由摩托罗拉公司生产的，它是一款高温精确，用来测量绝对压力的压力传感器芯片。在线信号生成时，具有温度补偿的功能。方案比较：SCP1000-D01此芯片的测量范围比较的小，并且MPXA6115A具有温度补偿的功能，所以选择MPXA6115A。2.4 RC滤波放大电路方案一：普通的RC滤波放大电路此电路的特点就是简单，但是误差比较的大。方案二：MC33502MC33502是一种单电源，大电流，低电压，价格昂贵，并且误差相对较小。方案比较：使用MC33502测量误差更小，但是价格太贵，并且此次设计精度不用太高。2.5 A/D转换芯片本文设计的便携式气压高度计在气压传感器采集到的数据需要经过模数转换后传给单片机，常用的模数转换芯片有以下几种：方案一：TLC0809TLC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行数模转换的器件，其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通一个通道进行A/D转换。方案二：TLC2543TLC2543是TI公司生产的一种低价位、高性能的8位A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换，其转换速度小于17us,最大转换速度为40000HZ,4MHZ典型内部系统时钟，电源为3至6伏。它能方便的采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。方案比较：TLC2543相对于TLC0809所需要用的端口资源少，能够满足本文设计的需求，所以选择方案二。2.6 单片机的选择本文设计的便携式气压高度计以单片机为核心，常用的单片机有以下几种：方案一： AT89C51AT89C51的工作最高频率为22MHz。采用FLASHROM，内部具有4KB的存储空间， 能在3V超低压下工作，而且S51单片机完全兼容，但是运用于电路设计中时，由于不具备RSP在线编程技术，当对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能，需要烧入程序时对芯片的多次插拔会对芯片造成一定的损坏。方案二：AT89C52同AT89C51相比，AT89C52的功能和其是一样的，但是AT89C52的内存更加的大。方案选择：根据实际的需要，产品在使用的过程中，可能有较大的计算量，所以选择内存更大的比较合适。2.7 显示器的选择本文设计的便携式气压高度计需要显示气压值和高度值，显示期价的选择方案如下：方案一：数码管显示数码管显示的数字虽然清楚，但是其耗电量比较大，而且只显示数字，但不能显示些复杂的字符。 方案二：液晶显示液晶显示具有零辐射，低耗能，散热小，纤薄轻巧，精确还原图像等优点，而且能显示星号。方案比较：液晶能较方便的显示多个字符，且功耗低，满足本文设计的需求，所以选择方案二。2.8 电平转换芯片的选择MAX232，该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。因为MAX232是一种比较常见的电平转换芯片，适用的范围广泛，器件容易获取，所以选择MAX232。第3章 气压高度计的硬件设计本文设计的气压高度计是以AT89C52为核心，由电源电路、温度传感器AD590、压力传感器MPXA6115A、RC滤波放大电路、A/D转换电路、电平转换电路、显示电路及上位机通信电路组成。3.1 电源电路设计本设计采用锂电池供电，然后对电压进行转换，其电路原理如图3-1所示，主要部分是采用线性稳压芯片7805实现稳压,在输入电压存在波动时，输出电压保持恒定的装置，转换后的12V电压供给扩展部分，5V电压供给单片机。图中15V的电压由锂电池提供。 图3-1电源电路原理图LM7812系列是三端正电源稳压电路，它的封装形式为TO-220。它有一系列的固定电压的输出，应用非常的广泛。由于内部电流的限制，以及过热保护及安全工作区得保护，使它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，就能够提高大于1.5A的输出电流。虽然是按照固定的电压值来设计的，但是当接入适当的外部元件后，就能获取各种不同的电压和电流。特点：*最大输出电流为1.5A *输出电压为5V;6V;8V;9V;10V;12V;15V;18V;24V *热过载保护 *短路保护 *输出晶体管安全区保护3.2 温度传感器电路设计3.2.1 AD590的简介AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4 V至30 V电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1 A/K。片内薄膜电阻经过激光调整，可用于校准器件，使该器件在298.2K (25C)时输出298.2 A电流。 AD590适用于150C以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。除温度测量外，还可用于分立器件的温度补偿或校正、与绝对温度成比例的偏置、流速测量、液位检测以及风速测定等。AD590可以裸片形式提供，适合受保护环境下的混合电路和快速温度测量。 AD590特别适合远程检测应用。它提供高阻抗电流输出，对长线路上的压降不敏感。任何绝缘良好的双绞线都适用，与接收电路的距离可达到数百英尺。这种输出特性还便于AD590实现多路复用：输出电流可以通过一个CMOS多路复用器切换，或者电源电压可以通过一个逻辑门输出切换3.2.2 AD590的性能特点AD590是一块可以根据外界温度变化而产生相应电流值的集成芯片，作为一个高阻抗常量电流的传感器，该器件可以工作在4-30V的电压之下，产生1uA/K，应用中不需要电源滤波器，导线温度补偿和线性化电路。由于内部采用激光微调，器件的一致性和均匀性很好，容易互换。AD590的校准精度比较的高，可达0.5，当其在常温区范围内校正后，测量精度可达0.1。在全温区范围内（-50+150）使用，精度也可以达到1.0。AD590的主要特征为：（1） 线性电流的输出：1uA/K;（2） 较宽的温度范围：-50+150；（3） 器件只有两个端口：电源电压输入，电流输出；（4） 大范围的电压支持：4V-30V；（5） 敏感元件单独隔离；（6） 低功耗；（7） 输出电阻为710M3.2.3 AD590的工作原理AD590 是一恒流源器件, 输出的电流值与它所测的绝对温度有精确的线性关系。该器件采用了激光微调来校正集成电路的薄膜电阻, 使其在绝对温度273.2K 时输出电流为273.2A, 灵敏度为1A/K, 当其感受温度升高或降低时, 输出电流以1A/K 的速度增大或减小, 从而将被测温度线性转换为电流形式输出, 在测量电路中, 可将其转换为电压形式来表示对应温度的大小。集成温度传感器是利用晶体管PN 结的电流电压特性与温度的关系，把感温PN 结及有关电子线路集成在一个小硅片上，构成一个小型化、一体化的专用集成电路片.集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b- e 结压降的不饱和值VBE 与热力学温度T 和通过发射极电流I 的关系实现对温度的检测. 目前在集成温度传感器中，常采用一对非常匹配的差分对管作为温度敏感元件图二是集成温度传感器基本原理图.其中VT1 和VT2 是互相匹配的晶体管，I1 和I2 分别是VT1和VT2 管的集电极电流，由恒流源提供.VT1 和VT2管的两个发射极和基极电压之差Ube 可用下式表示，即：U=KT/qIn(I1/I2) (1)式中：k- 是波尔兹曼常数；q- 是电子电荷量；- 是VT1 和VT2 管发射结的面积之比.从上式可看出，如果保证I1/I2 恒定，则Ube 就与温度T 成单值线性函数关系.这就是集成温度传感器的基本工作原理，在此基础上可设计出各种不同电路以及不同输出类型的集成温度传感器.图 3.2 集成温度传感器基本原理图3.2.4 AD590的非线性误差及其补偿AD590 型集成温度传感器在出厂前已经校准, 但由于客观因素, 使封装后的灵敏度可能有所偏离, 即产生非线性误差。生产厂家按校准精度将该器件分为I、J、K、L、M五档, 不同档的准确度不同, I 档误差最大为10, M档的准确度最高, 非线性误差仅为0.3。AD590 在使用前应进行准确度标定, 标定的主要目的是获得表征准确度大小的指标线性度, 如果存在非线性误差, 则应该进行校正即温度补偿。AD590 型集成温度传感器在出厂前已经校准, 并按校准结果分为I、J、K、L、M 五档, 其中M档的准确度最高, 在- 55-150 范围内的非线性误差在0.3 ; I 档误差较大, 非线性误差为10。可见, 不同档AD590 的准确度是不同的, 即使是同一档的AD590, 也会由于生产过程中工艺的波动而使准确度有所不同。因此使用前应校正。为了准确获知AD590 的准确度大小, 使用前要进行标定。标定的主要目的是获得表征准确度大小的重要指标 线性度, 以便在使用时采取一定的措施来提高测量准确度。可以使用下述步骤来确定AD590 的线性度: 将AD590 的测量范围( 如- 55150 或其它) 分成若干点; 分别在这些温度点上测得输出电流值; 根据测量结果描绘出一条特性曲线; 用拟合的方法确定非线性误差。常用的求非线性误差的拟合方法有许多种, 如理论拟合、过零旋转拟合、端点连线拟合、端点平移拟合和最小二乘拟合等。在获得其特性曲线后, 就可用这些方法中的任何一种来确定其线性度。获得了线性度后, 为提高测量准确度, 下面的工作便是要对其进行误差修正补偿了。误差修正补偿既可以采用硬件电路来实现, 也可以采用计算机通过软件来实现, 现分别介绍如下。采用硬件电路对AD590 进行误差修正补偿的方法是通过对外部电阻器进行调整来实现的, 最常用的方法有单点温度补偿和双点温度补偿。1 单点温度补偿单点温度补偿如图1 所示。图1( b) 给出了补偿前后的误差大小。图 3-3 单点温度补偿实质是端点平移的方法, 这是最简单的方法。只要在外接电阻器中串接一个可变电阻器, 在25 时, 调节可变电阻器使其输出为298. 2 mV 即可。由于仅在一点上调整, 使得AD590 在整个测量范围上仍有些误差。采用单点温度补偿时, 具体在哪一温度点上调整比较好, 要根据实际测温范围来定。2 双点温度补偿双点温度补偿如下图所示图 3-4 双点温度补偿 即为旋转和平移拟合法, 与单点温度补偿方法相比, 它可以进一步提高AD590 的测温准确度。图中的AD581 为基准电压源, 输出+ 10V 电压。双点温度补偿通常是对测量范围中选取的两个温度点进行补偿, 图3.3中所示的双点温度补偿是在0和100 两点进行的。在0时, 调整R1 使运算放大器输出为0 V; 在100时, 调整R2 使运算放大器输出为10 V。调整后的曲线如图3.3( b) 所示, 由图可以看出, 双点温度补偿一般其误差可在0.3以下, 比单点温度补偿的效果要好。如果测温系统使用计算机, 则可通过软件进行补偿。这是一种方便又实用的而且准确度也较高的方法。本次设计运用AD590温度传感器，由+15V的电源电压进行供电，在通过AD590的检测，会产生相应的电流信号，再在输出的端口串联一个电阻，这样有输出的电流信号转换成电压信号。如左侧图3.4。图 3-5 AD590的连接电路3.3 压力传感器的设计摩托罗拉公司生产的MPXA6115A传感器是集成在芯片上，是一种双运算放大器，薄膜网络电阻提供一个高输出信号和温度补偿，并且芯片的小型化和高可靠性，是一种比较合算的产品。这个MPXA6115A 系列硅压阻式传感器是一种状态接收信号、处理、信号条件、硅压力传感器。这个传感器结合了先进的微加工技术,薄膜金属化和双极半导体加工提供准确、高水平模拟输出信号与压力成正比。特性： 在高温的情况下，精度也高； 外形较小，利于元件的小型化； 在085的最大误差是1.5%； 适合微处理器和微控制系统的基础系统； 温度补偿的范围在-40125； 表面安装包热塑性塑料；表3-1 AD590的特性 特性 符号最小值数值最大值单位压力范围Pop15-115kPa电源电压Vs4.755.05.25Vdc电源电流Io-6.010mAdc最小压力补偿Voff0.1330.2000.268Vdc满量程输出Vfso4.6334.7004.768Vdc满量程跨度Vfss4.4334.5004.568Vdc精度_1.5%Vfss灵敏度V/P_45_mV/kPa响应时间tR_1.0_ms上升时间_20_ms抵消稳定_0.25_%Vfss 本次设计压力传感器MPXA6115A是由摩托罗拉公司生产的，有5V的电源电压进行供电并且在串联一个100uF的电阻，然后和地直接相连，稳定电源信号。并且在传感器的输出端口并脸上一个47pF的电容和一个51K欧姆的电阻，并结地。下图就是本次设计压力传感器MPXA6115A的电路连接方式： 图 3.6 MPXA6115A的电路连接方式3.4 RC滤波放大电路本次设计对精度的要求不算太高，因此普通的滤波放大器就行，所以选择了LM358这个普通的放大器。3.4.1 LM358的简介LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。3.4.2 LM358的封装LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。特性(Features)：内部频率补偿。直流电压增益高(约100dB)。单位增益频带宽(约1MHz)。电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5一15V)。低功耗电流，适合于电池供电。低输入偏流。低输入失调电压和失调电流。共模输入电压范围宽，包括接地。差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V)。参数输入偏置电流45nA输入失调电流50nA输入失调电压2.9mV输入共模电压最大值VCC1.5V共模抑制比80dB电源抑制比100dB3.4.3 LM358的内部结构框图图3-7 LM358的内部机构图表 引出脚功能表3-2 LM358引脚功能引出端序号管脚功能引出端序号管脚功能1输出1 5正向输入22反向输出16反向输出23正向输出17输出24地8电源本次设计温度传感器和压力传感器的输出都经过LM358。其中温度传感器AD590根据你元件性能，转换输出后是电压信号，其精度是1A/开尔文，输出的信号过于小，所以选择加上一个放大跟随器LM358，这样就可以将信号进行放大，得到的输出信号是100Ma/,这样的信号就足以满足系统的要求。如下图 图3-8 AD590的接入的LM358而压力传感器MPXA6115A，根据其资料显示，其输出是0.5V-5V,已经满足元件的性能要求，所以不用在放大，跟随信号就足够了。图3-9 MPXA6115A接入的LM3583.5 TLC2543的设计3.5.1 TLC2543的引脚及功能TLC2543 是12 位开关电容逐次逼近模数转换器, 有多封装种形式, 其中DB、DW 或N 封装的管脚图见图1。TLC2543 有20 根引脚, 其它封装形式引脚数及引脚功能相同。引脚的功能简要分类说明如下:图3-10 TLC2543( 1) 电源引脚Vcc , 20 脚: 正电源端, 一般接+ 5V。GND,10 脚: 地。REF + , 14 脚: 正基准电压端, 一般接+5V。REF - , 13 脚: 这个是负基准电压端, 一般接地。 ( 2) 控制引脚非CS , 15 脚: 片选端, 由高到低有效, 由外部输入。EOC , 19 脚: 转换结束端, 向外部输出。I / O CLOCK , 18 脚: 控制输入输出的时钟,由外部输入。( 3) 模拟输入引脚AIN 0 - AIN10, 1 - 9 脚、11 - 12 脚: 11 路模拟输入端, 输入电压范围: 0. 3V - Vcc + 0.3V。( 4) 控制字输入引脚DATA TNPUT, 17 脚: 控制字输入端, 选择通道及输出数据格式的控制字由此输入。( 5) 转换数据输出引脚DATA OUT, 16 脚: A/ D 转换结果输出的3 态串行输出端。3.5.2 TLC2543内部寄存器工作原理内部控制寄存器有8位，内部控制寄存器的设定数据为高位导前，内部控制寄存器各个位的基本功能如下：D7-D4：作为片内14个通道多路选择器的控制位用于11路模拟量和3个校准电压的选择以及掉电模式的设定。D3 D2：用于转换后数据串行输出位数的选择,共有三位数可供选择：8位（精度较低,方便单字节串行数据传输）、12位（标准位数）、16 位（低四位为零，便于16位串行数据传输）D1：为“0”时表示输出数据的最大位导前，为“1”时表示最小位导前。D0：为“0”时表示输出数据是单极性（无符号二进制），为“1”时表示双极性（有符号二进制）。3.5.3 TLC2543编程要点控制字：为从DATA INPUT 端串行输入TLC2543 芯片内部的8 位数据, 它告诉TLC2543 要转换的模拟量通道、转换后的输出数据长度、输出数据的格式。其中高4 位(D 7 D4) 决定通道号, 对于0 通道至10 通道, 该4 位分别为0000、0001、,、1010, 该4 位为其它数字时的功能, 用于检测校正, 本文不作具体介绍。低4 位决定输出数据长度及格式, 其中D3、D2 决定输出数据长度, TLC2543 的输出数据长度有8 位、12 位、16 位, 但由于TLC2543 为12 位A / D转换芯片, 经过分析可以看出, 8 位、16 位输出对TLC2543 的应用意义不大, 宜定在12 位输出, D3、D2 两位为00 即可。D1 决定输出数据是高位先送出, 还是低位先送出, 若为高位先送出, 该位为0, 反之为1。D0 决定输出数据是单极性( 二进制) 还是双极性( 2 的补码) , 若为单极性, 该位为0, 反之为1。TLC2543内部寄存器：从编程角度看, TLC2543 内部寄存器有输入数据寄存器与输出数据寄存器。输入数据寄存器存放从DATA INPUT 端移入的控制字。输出数据寄存器存放转换好的数据, 以供从DATA OUT 端移出。TLC2543转换过程：上电后, 片选非CS 必须从高到低, 才能开始一次工作周期, 此时EOC 为高, 输入数据寄存器被置为0, 输出数据寄存器的内容是随机的。开始时, 片选非CS 为高, I / O CLOCK 、DATA INPUT 被禁止, DATA OUT 呈高阻状态, EOC为高。使非CS 变低, I / O CLOCK 、DATA INPUT 使能, DATA OUT 脱离高阻状态。12 个时钟信号从I / O CLOCK 端依次加入, 随着时钟信号的加入, 控制字从DATA INPUT 一位一位地在时钟信号的上升沿时被送TLC2543( 高位先送入) , 同时上一周期转换的A / D 数据, 即输出数据寄存器中的数据从DATA OUT 一位一位地移出。TLC2543 收到第4 个时钟信号后, 通道号也已收到, 因此, 此时TLC2543 开始对选定通道的模拟量进行采样, 并保持到第12 个时钟的下降沿。在第12 个时钟下降沿, EOC 变低, 开始对本次采样的模拟量进行A / D 转换, 转换时间约需10Ls, 转转完成EOC 变高, 转转的数据在输出数据寄存器中, 待下一个工作周期输出。此后, 可以进行新的工作周期。3.5.4 TLC2543与单片机的连接目前使用的51 系列单片机没有SPI 或相同的接口能力, 为了与TLC2543接口, 可以根据上节所给出的编程要点, 利用软件合成SPI 操作, 完成A/ D 数据的采集。图中给出了TLC2543 与51 系列接口的一种方式。图中TLC2543 与单片机之间只用4 根线, 转换结束EOF未接入单片机, 这是基于二个工作周期之间的单片机指令一般大于10Ls , 转换已经完成, 不判断EOF, 也可以通过试验或计算指令执行时间确定转换是否结束, 这样可以省去一根接线。下一节将根据此电路进行A/ D 采集程序的设计。需要说明的是, 图中仅给出原理图,图 3.11 TLC2543与单片机的连接图 3.12 TLC2543的外部结构连接图图中外部的结构是由一个15V的电源供电，然后串联一个50欧姆的电阻，供电给放大器，与此同时，在通过一个有3个电容并联（10UF,0.1UF,470PF）然后接地，在放大器的另一端也是附加同样的外部结构，但是提供的电源电压是-15V。这，两部分外部结构主要是起着平衡电压的作用，然后由RC滤波放大电路的信号输入到U1，然后由输出端输入到TLC2543的借口AIN0-AIN10，然后由TLC2543的内部结构进行处理。图 3.13 TLC2543的设计电路图信号经由RC滤波放大跟随器MC33502输出后进入到TLC2543的外部电路，温度传感器AD590的信号经过转换后输入到AD转换器的AIN0口，压力传感器MPXA6115A的输出信号经过处理输入到AIN1口，此外TLC2543的10脚和13脚接地，14脚和20脚接+5V的电源电压。信号经过AD转换器，将模拟信号转换成数字信号然后输出，其中I/O CLOCK接89C52的P1.2，DATA INPUT接P1.3，DATA OUT接P1.4，非CS接P1.5，信号传送给单片机89C52。3.6 单片机89C523.6.1 单片机89C52的简介STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下： 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051. 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机） 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz 用户应用程序空间为8K字节 片上集成512字节RAM 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。 ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 具有EEPROM功能 具有看门狗功能 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） PDIP封装3.6.2 单片机89C52引脚及部分功能图 3.14 89C52的芯片模型89C52的引脚功能说明：VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（）。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见：在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址表3-3 P1.0和P1.1的管脚作用引脚号功能特性P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如所示：表3-4 P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。（29引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端3.6.3 89C52的晶振电路连接AT89S51引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C24、C25按图3-13所示方式连接。晶振、电容C24C25及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C24、C25的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在033MHz之间，电容C3、C2取值范围在530pF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ外部晶振，电容取值为30pF。图 3-15 晶振电路3.6.4 89C52复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC0000H，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高组态，P1P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。地址锁存信号ALE也为高电平。根据实际情况选择如图3-13所示的复位电路，该电路在最简单的复位电路。图 3-16 复位电路3.6.5 按键电路按键电路是由3个按钮开关、4个LED和电阻构成，它分别能显示三个参数（温度、压力或设定点）。开关的三种状态（SW1、SW2、SW3）能够利用单片机89C52的2根输入线进行编码形式见下表。表3-5 编码形式开关/P1P1.0P1.1SW1(温度)低高SW2（压力）高低SW3（设定点）低低图3-17 按键电路3.6.6 单片机89C52的设计连接电路图3-18 89C52的设计连接图本设计的P1.0和P1.1口得按键电路，9脚的复位电路，18和19脚的晶振电路均见上诉的设计内容。3.7 LCD128643.7.1 LCD12864的简介带中文字库的128X64是一种具有4位/8或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864,内置8192个16*16点汉字，和12个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字.也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。（1）、低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）（2）、显示分辨率:12864点 （3）、内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选) （4）、内置 128个168点阵字符 （5）、2MHZ时钟频率 （6）、显示方式：STN、半透、正显 （7）、驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）、视角方向：6点 （9）、背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10 （10）、通讯方式：串行、并口可选 （11）、内置DC-DC转换电路，无需外加负压 （12）、无需片选信号，简化软件设计（13）、工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +603.7.2 LCD12864管脚及其功能表3-6 LCD的引脚及其功能管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方L：串口方式16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源负端3.7.3 LCD12864的特性LCD12864 为数字点阵式液晶模块, 它包括12864 点的液晶面板、CMOS 驱动。由于该模块有整体的图形点阵显示, 因而用它来显示图形和字符。它具有如下特性: CMOS 大规模集成电路LCD 驱动； 大容量图形类型, 能够显示数字、字母、特殊字符、曲线、图表和模型等；阳性驱动； 高对比度、宽视觉范围; 1/ 64 分辨率。3.7.4 LCD12864本次设计连接方式图 3-19 LCD12864的连接方式本次设计的气压高度计系统最后的显示在LCD12864上，在单片机89C52和LCD12864的连接上运用母线的连接方式，这样图纸显得清晰明显，并且易于实践。在LCD12864的外部结构电路上1脚接地，2脚接在5V的电源电压上，3脚和18脚共同接在一个10K滑动变阻器R18上，然后共同接一个5V的电源电压，20脚接地。LCD12864是一个低电平有效显示，所以其复位电路是低电平，5V的电源电压接上一个10K的电阻R17，然后一段接LCD12864的17脚，一段接10UF的电容C23，然后接地。3.8 MAX2323.8.1 MAX232的简介MAX232是MAXIM 公司特别为满足EIA/TEA_ 223 _ E 的标准以及V. 28 /V. 24 通信接口设计的。它们在EIA/TEA_ 223 _ E 标准串行通信中得到广泛的应用。它们具有功耗低、工作电源为3. 0V + 5. 5V 单电源，仅需外接为0. 1 或1F 的电容， 具有双组RS232 接收发送器的特点。MAX232 主要由三部分组成: