电子压力计

第1页共7页一、设计任务及要求设计制作一个简易电子压力计，要求检测电路测量该压力信号输入；测量值用数字显示，显示范围为000~999。二、设计方案1.设计思路本实验完成对模拟信号电压的采集，并通过单片机程序转换成数字信号，并在数码管上显示。模拟测试压力的电子压力计，对从压力传感器输出的电压信号放大，输入ADC0809芯片做A/D转换，并有单片机的辅助，从单片机的引脚上输出到数码管显示。由于实验中起到模拟的作用，故在本实验中，采用恒压电源作为ADC0809的输入模拟电压信号。结果用3个数码管显示三位电压信号，总共4个部分，ADC0809数模转换器，由TL431提供基准源，将8位数字二进制输入给单片机，在经单片机的软件中断处理，将要输出的数经由P0口到数码管显示。电路设计的总体框图如下图1图1系统总体框图2单元电路设计⑴AD转换电路：稳定的电压源输入ADC0809数模转换单片机控制程序数码管显示第2页共7页图2ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，第3页共7页用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ。DC0809的输入通道的电压范围0~5V，故对mv级的电压进行必要的电压放大1000倍。⑵电压基准电路U1TL431ACDR13kΩR23kΩXMM1R33kΩV110V图3TL431是一种并联稳压集成电路，本实验中利用TL431给ADC0809芯片提供电压基准（5v）,上图给出的即是利用电阻分压的输出为5v的电压基准电路。⑶单片机控制ADC0809电路图4单片机的P1口与0809的对应关系为OE=P1.0,EOC=P1.1,ST=P1.2,CLK=P1.3,第4页共7页ADDC=P1.4,ADDB=P1.5,ADDA=P1.6.OUT1~7=P3,P0输出到数码管动态显示的断码，P2.1，P2.2，P2.3作为数码管的位码。用单片机作为控制模块，通过控制AD转换芯片ADC0809对模拟电压信号采集转换成8位数字信号，采用中断的方式转换，经单片机程序转换后由数码管输出反应输入值，操作方便。⑷三位数码管显示使用共阴极数码管3个，显示3位3单片机软件设计软件部分是实现将从ADC0809上输出的8位二进制数经过转换，输出到数码管上显示。由延时子程序，显示子程序和主程序构成。//ADC0809模数转换//ADC0809采样通道3输入的模拟量,转换后结果显示在数码管上#includereg51.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodeLEDData[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//ADC0809引脚定义sbitOE=P1^0;sbitEOC=P1^1;sbitST=P1^2;sbitCLK=P1^3;//延时voidDelayms(uintms){uchari;while(ms--)for(i=0;i120;i++);}开始主程序设置T0定时器启动定时器选择0809通道3Eoc=1？调用显示子程序Y第5页共7页//显示转换结果voidDisplay_Result(uchard){P2=0xf7;P0=LEDData[d%10];Delayms(5);P2=0xfd;P0=LEDData[d%100/10];Delayms(5);P2=0xfd;P0=LEDData[d/100];Delayms(5);}//主程序voidmain(){TMOD=0x02;TH0=0x14;TL0=0x00;IE=0x82;TR0=1;P1=0x3f;//选择ADC0809通道3(0111)//高4位设通道地址为0111while(1){ST=0;ST=1;ST=0;//启动转换while(EOC==0);//等待转换结果OE=1;//允许输出Display_Result(P3);//显示A/D转换结果OE=0;//关闭输出}}//T0定时器中断给ADC0809提供时钟信号voidTimer0_INT()interrupt1{CLK=!CLK;//ADC0809时钟信号}第6页共7页三．原理图四．系统测试结果及误差分析出现的故障及排除方法1）电路不通，首先按照仿真电路图认真仔细检查电路，改正后重新测试，万用表测端点电压，发现某些引脚没有电压，重新检查线路或者更换元件，直至通为止。2）数码管显示不全或不亮，检查数码管的连线，是否接有保护电阻，电源线和接地线是否接错，检查驱动电路是否有问题，将驱动电路所不用的引脚接地，防止干扰。3）还要注意整体布局，走线要横平竖直，以免造成交叉干扰，尽量做到接线短、接线少、测量方便；第一级的输入线与末级的输出线、高频线与低频线要远离，以免形成空间交叉耦合。5）电路整体分析此设计基本完成了题目所要求的内容，其中既有可圈之处由于不足之处，具体说来：优点：在基本部分中实现了对设计的要求，电路简单易懂，尽量使用了常见的器件，容易实现。缺点：发挥部分中，由于调试问题，在比赛时没能完全调试出来。核心及实用价值：主要考察了我们基本的设计能力，以及搭建、调试面包板电路的能力。是对电子设计基本能力的考察，在比赛中，发现。改进和展望：改变参数以提高精确度和测量范围，减少干扰；合理布线，便于排错和检查，且美观好看第7页共7页五．器件清单1）计算机1台2）直流稳压电源1台3）示波器1台4）万用表1台5）面包板1套6）剥线钳等工具1套1）51单片机最小系统一个2）集成芯片：ADC08091片TL4311片2）共阴七段数码显示管（10脚）3个4）电位器：3k5）导线、排线。六．心得体会及建议边安装边调试。把一个总电路按框图上的功能分成若干单元电路，分别进行安装和调试，在完成各单元电路调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。调试时应注意做好调试记录，准确记录电路各部分的测试数据和波形，以便于分析和运行时参考和撰写设计报告。（1）通电前检查电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。（2）通电检查接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。（3）单元电路调试在调试单元电路时应明确本部分的调试要求，按调试要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行，这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号，为最后的整机联调创造条件。（4）自顶向下调试接通电源后，按照理论值，从起始端按照信号的流向依次测试关键引脚的电压、电流等参数，逐步排除问题。（5）整机联调整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据和波形是否符合设计要求，对发现的故障和问题及时采取处理措施。1、本系统采用单片机控制，实现了电子压力计对输入电压的准确显示，达到了题目的设计要求。而且系统性能稳定,测量精度较高，操作简单,具有较强的实用性。我们选择的通过测试结果来看，得到了较为理想的结果，是可行的。2、通过数据分析，可知设计实验结果与理论得到了吻合；3、系统功能方面，对有稳压电源输入的电压能够较准确的在数码管上显示。4、系统改进，显示电压数据的精度上，仍需要提高。