基于51單片機(jī)的多路壓力測(cè)量?jī)x

　 1 引言

　　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(guò)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(guò)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。為了測(cè)到不同位置的壓力值，研制了基于C8051F020單片機(jī)的測(cè)量?jī)x。通過(guò)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(guò)OP07運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，送至C805lF020單片機(jī)內(nèi)部的高速率12位A／D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)換成液晶顯示器可以識(shí)別的信息，最后顯示輸出。與此同時(shí)，可以利用SD卡存儲(chǔ)器將各通道設(shè)定的壓力值、系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)起來(lái)，以便在系統(tǒng)斷電或復(fù)位后，能使其繼續(xù)運(yùn)行，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。

　　2 硬件電路

　　圖l給出多路壓力測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)框圖。其硬件部分主要由壓力傳感器、C8051F020單片機(jī)、SD卡存儲(chǔ)器、液晶顯示器、鍵盤及信號(hào)調(diào)理電路等組成。

　　2．1 壓力傳感器信號(hào)采集電路

　　圖2給出壓力傳感器信號(hào)采集電路。它選用了測(cè)量范圍廣，精度較高，性能價(jià)格比好的電阻應(yīng)變式壓力傳感器；信號(hào)放大部分采用功耗低，輸入失調(diào)電壓小，線性度好的OP07運(yùn)算放大器：A／D轉(zhuǎn)換模塊采用C8051F020內(nèi)部設(shè)置的高速率12位A／D轉(zhuǎn)換器。圖2中OP07的輸出失調(diào)電壓為2 mV，通過(guò)滑動(dòng)變阻器R8可調(diào)節(jié)輸出失調(diào)電壓的大小。

　 2．2 單片機(jī)處理電路

　　單片機(jī)處理電路是測(cè)量?jī)x的核心。在此采用美國(guó)Cygnal公司生產(chǎn)的C805lF020微控制器。該器件采用獨(dú)特的CIP-8051結(jié)構(gòu)，對(duì)指令運(yùn)行實(shí)行流水作業(yè)，大大提高了指令的運(yùn)行速度，可在25 MHz時(shí)鐘頻率下提供高達(dá)25 MI／s的輸出，并具有下述獨(dú)特功能：①真正12位、100 Ks／s的8通道A／D轉(zhuǎn)換器，并帶PGA和模擬多路開關(guān)；②64 K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的Flash存儲(chǔ)器，其扇區(qū)為512字節(jié)；③兩個(gè)12位D／A轉(zhuǎn)換器，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式；④工作電壓為2．7～3．6V；⑤用于硬件實(shí)現(xiàn)的SPI，SMBus／I2C和兩個(gè)UART串行接口；⑥片內(nèi)看門狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。

　　2．3 SD卡存儲(chǔ)電路

　　將SD卡作為外部掉電存儲(chǔ)介質(zhì)用于多路壓力測(cè)量?jī)x中，利用C8051F020單片機(jī)的SPI接口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與SD卡存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的擴(kuò)展，并設(shè)計(jì)了單片機(jī)的SD卡驅(qū)動(dòng)電路．以滿足測(cè)量?jī)x對(duì)存儲(chǔ)大容量數(shù)據(jù)的要求。SD卡的工作模式有SD模式和SPI模式兩種。在此，多路壓力測(cè)量?jī)x選用SD卡．且工作在SPI模式下。表1給出SD卡各引腳功能定義。圖3給出SD卡與單片機(jī)的連接電路。其中，CS是SD卡的片選線，在SPI模式下，CS必須保持低電平有效；DI不但傳輸數(shù)據(jù)，還發(fā)送命令，其傳輸方向是由單片機(jī)到SD卡；D0除了發(fā)送數(shù)據(jù)，還傳送應(yīng)答信號(hào)，其傳輸方向是由SD卡到單片機(jī)；SCLK是操作SD卡的時(shí)鐘線。相應(yīng)地將C805lF020的交叉開關(guān)配置成SPI模式，與SD卡所對(duì)應(yīng)的引腳連接，并針對(duì)SPI總線電路設(shè)計(jì)了上拉電阻。

　　2．4 液晶顯示電路

　　液晶顯示模塊選用HSl2864圖形點(diǎn)陣液晶顯示器。圖4給出它與C8051F020單片機(jī)的連接電路。主要由行驅(qū)動(dòng)器／列驅(qū)動(dòng)器及128x64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可完成圖形、漢字和數(shù)據(jù)的顯示。圖4中CSl為片選1；CS2為片選2；GND為電源地；VCC為電源正；VO為液晶顯示驅(qū)動(dòng)電源；RS為數(shù)據(jù)，指令選擇信號(hào)；R／W為讀／寫選擇信號(hào)；E為使能信號(hào)；DBO～DB7為數(shù)據(jù)總線；A為背光電壓正：K為背光電壓負(fù)：RST為復(fù)位信號(hào)；VOUT為負(fù)電壓輸出。必須在使能線E為低時(shí)，改變控制線R／W，CSl，CS2，RS；在使能線E為高時(shí)，不能改變控制線R／W，CSl，CS2，RS；但可以從數(shù)據(jù)線DB0～DB7輸出數(shù)據(jù)。

　　根據(jù)指令的要求及HSl2864的時(shí)序，單片機(jī)對(duì)HSl2864的訪問(wèn)方式有直接訪問(wèn)方式和間接訪問(wèn)方式兩種。前者，無(wú)需輔助器件即可控制液晶顯示器的顯示；后者，則需要加一些輔助器件才可控制液晶顯示器的顯示。在此，采用直接訪問(wèn)方式對(duì)液晶進(jìn)行操作。

3 軟件設(shè)計(jì)

　　為了使測(cè)量?jī)x獲得測(cè)量壓力值并顯示相關(guān)數(shù)據(jù)到液晶上，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)來(lái)支持硬件電路。在此，采用Keil C軟件編程進(jìn)行測(cè)量?jī)x軟件的設(shè)計(jì)。圖5給出具體的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理子程序軟件流程。其中，系統(tǒng)程序由主程序、數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、中斷子程序、顯示子程序及存儲(chǔ)子程序等組成。

　　主程序代碼如下：

　　4 測(cè)試結(jié)果

　　在完成測(cè)試儀硬件電路的設(shè)計(jì)后．需要通過(guò)單片機(jī)編程器將設(shè)計(jì)的軟件程序下載到單片機(jī)中，這樣就制成了多路壓力測(cè)量?jī)x。將壓力傳感器連接到待測(cè)位置后，即可通過(guò)液晶顯示器看出各測(cè)點(diǎn)的壓力變化情況。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)穩(wěn)定，功耗低，實(shí)時(shí)性好。


　　5 結(jié)語(yǔ)

　　設(shè)計(jì)中，該測(cè)量?jī)x采用了高精度壓力傳感器、低輸入失調(diào)電壓和線性度好的運(yùn)算放大器構(gòu)成信號(hào)調(diào)理電路，同時(shí)還采用了12位高速A/D轉(zhuǎn)換采集模塊。因此，采用它可提高測(cè)量精度，滿足用戶需要。此外，由于該測(cè)量?jī)x采用了功能強(qiáng)大的C8051F020單片機(jī)作為控制核心，因此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，性能好。不僅能降低系統(tǒng)成本，而且因外圍電路簡(jiǎn)單，還可減少干擾。