1、摘 要TLC2543A/D轉換芯片的關鍵詞：氣壓 溫度 高度計 A/D轉換 傳感器 ABSTRACTFor The climber and technical personnel who works on the mountains ，know the heights and pressure is good to adjust work state and procedures. This article mainly by air pressure sensor and temperature sensors MPX4115A AD590 and pressure data of pres

2、sure and temperature measured data of voltage signal，A/D after TLC2543 A/D conversion chips after converting circuit, signal simulation of signal transmission voltage for ATMELs 8 microprocessors 89C52, signal by SCM process, using LED1602 and high pressure data in LCD display correctly。This design

3、of pneumatic altimeter the operation is simple, with the quality of small, low power consumption and high precision easy to carry and other advantages have wide application prospect in real life.: pressure Temperature altimeter A/Dconvert sensor 目 錄 1.引言 51.1.氣壓高度計的國內外現狀 51.2.氣壓高度計的發展趨勢 51.3研究氣壓高度計的

4、意義 62.總體電路設計 7 2.1系統的原理方框圖 7 2.2壓力高度的轉換原理 8 2.3 如何計算氣壓值與高度值 93.電路設計 113.1 氣壓傳感器電路的設計113.1.1氣壓傳感器電路的功能11 3.1.2氣壓傳感器的選擇11 3.1.3氣壓傳感器電路的設計123.2 溫度傳感器電路的設計13溫度傳感器電路的功能13 溫度傳感器的選擇13 溫度傳感器電路的設計143.3數據放大及濾波電路設計16 數據放大及濾波電路的功能15 3.3.2氣壓傳感器放大及濾波電路的設計15 3.3.3 溫度傳感器放大及濾波電路的設計173.4 A/D轉換電路設計19 3.4.1 A/D轉換電路的功能1

5、9 3.4.2 A/D芯片的選擇19 3.4.3 A/D轉換電路的設計223.5單片機電路設計24 單片機的功能24 單片機的選擇24 單片機電路設計293.6顯示電路設計30 顯示電路的功能30 顯示器的選擇30 顯示電路的設計313.7電源電路設計32 電源電路的功能32 電源電路芯片的選擇32 電源電路的設計334.軟件設計34 4.1 主程序設計344.2 子程序設計35 4.2.1 A/D轉換啟動及數據讀取程序設計35 顯示程序設計365.結論386.經濟分析報告39 6.1初步成本計算39 6.2 市場售價計算39 6.3 經濟及前景分析40致謝 41參考文獻421 引言1.1.氣

6、壓高度計的國內外現狀氣壓高度計是利用壓敏元件和溫敏元件將待測氣壓直接變換為容易檢測、傳輸的電壓信號,然后再經過后續電路處理并進行實時顯示的一種設備。其中的核心元件就是氣壓傳感器和溫度傳感器,它在監視壓力大小、控制高度的變化以及物理參量的測量等方面起著重要作用。1.2.氣壓高度計的發展趨勢1.3.研究氣壓高度計的意義氣壓高度計在工業生產和人們的日常生活中有著較為廣泛的應用,專業登山隊員在登山時往往希望得到有關山峰的海拔高度、氣壓以及溫度的值;飛機在高空執行任務時也需獲得即時的高度值,以便校正系統的飛行路線。氣壓是一個和人們生活環境有著密切關系的物理量，也是一個人們在科學實驗和生產活動中經常需要加

7、以監測或控制的重要物理量。氣壓與高度測量技術是一種重要的工業技術，在醫學、礦井。登山、航空等諸多領域中，人們都需要對其不同的氣壓與高度進行檢測和控制。特別是登山的領域，采用單片機來對氣壓與高度進行控制，能夠使儀器控制方便、組態簡單和靈活性大等優點，從而能夠大大提高被測數據的精確性。2 總體電路設計2.1系統的原理方框圖系統硬件原理方框圖如圖2.1所示A/D芯片氣壓傳感器溫度傳感器單片機氣壓高度度值顯示電源放大及濾波電路放大及濾波電路圖2.1 系統的硬件原理方框圖本系統主要是通過氣壓傳感器和溫度傳感器，將被測氣壓的氣壓數據和溫度數據從物理量變成電壓信號，之后經過A/D轉換，將電壓信號變成模擬信號

8、。A/D芯片將模擬信號傳輸給單片機，單片機經過處理后，利用LED1602將氣壓和高度的數據顯示出來。氣壓傳感器主要是將被測氣壓的氣壓值從物理量變換到能被A/D芯片接受的電壓信號，之后再將電壓信號傳輸給A/D芯片做處理。系統選用的氣壓傳感器是Motorola公司生產的Mpx4115A型壓力傳感器。溫度傳感器主要是將被測氣壓的溫度值從物理量變換到能被A/D芯片接受的電壓信號，之后再將電壓信號傳輸給A/D芯片做處理。系統選用的溫度傳感器選用的是美國Analog Devices公司生產的單片集成兩端感溫電流源AD590。電壓信號是不能被單片機處理的，所以必須把電壓信號轉換為模擬信號。模擬信號轉換的工作

9、是由模數轉換芯片完成的。自然界中的物理現象，當予以量化后往往是呈現連續的模擬信號，因此若欲將外界物理量的變化量傳入芯片中進行運算，需要將信號進行轉換處理。將連續的模擬信號進行轉換、量化，轉換成為與之成正比的數字量，這個過程就是A/D（模數）轉換。A/D轉換首先要對欲轉換的數據進行取樣與保存，然后再將擷取的數據加以量化，如此就完成了數據的轉換。其中采樣的目的在于將原始模擬數據一一擷取，因此取樣率越高則信號越不易失真，亦即分辨率越高。量化的目的則是在于將取樣所獲得的數據以0與1的組合予以編碼，同樣的量化的位數越高則分辨率越高。目前有許多種類的AD芯片可以選擇，按采樣速度和精度可分為：多比較器快速A

10、D芯片，數字躍升式AD芯片，逐次逼近AD芯片，管道AD芯片，Sigma-Delta AD芯片。每種AD芯片都有其特點和不足，其中逐次逼近AD芯片以其功耗小、成本低、尺寸小以及性能等方面的優點，成為了目前市場上最具成本效益的ADC，也是最常見的ADC。系統選用的A/D轉換器是TI公司的具有11個通道的12位開關電容逐次逼近型串行A/D轉換器TLC2543,采樣率為66bit/s,采樣和保持由片內的采樣和保持電路自動完成。器件的轉換器結合外部輸入的差分高阻抗的基準電壓,具有轉化比率轉換刻度和模擬電路、邏輯電路,以及隔離電源噪聲的特點。TLC2543還具有多通道、小體積的特點,線性誤差小(LSB m

11、ax),節省口線資源,成本較低。系統的核心是微處理器AT89C52。微控制器又稱為單片機，是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時器/計數器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構成一個完整的微型計算機。由于它的機構與指令功能都是按照工業控制要求設計的，所以稱為單片微控制器，也可稱作單片微型計算機。微控制器有許多優點，如體積小，可靠性高，功能強，使用方便，易產品化等等，使儀器研制周期大大縮短。AT89C52是一種低功耗,高性能的CMOS 8位微型計算機,片內具有8KB的FLASH EPROM。AT89C52從引腳到內部指令都與MCS51系列

12、單片機兼容。系統的氣壓和高度值的顯示是利用LED1602來顯示被測氣壓的氣壓值和高度值。2.2 壓力高度的轉換原理在標準狀態下,水的密度是1000kg/m3,空氣是1. 29kg/m3;也就是說,在標準狀態下,同體積空氣的質量約是水質量的1/1800。盡管空氣是如此之 “輕”,但空氣的分布也明顯受到了地心引力的影響。某地的氣壓值,等于該地單位面積上大氣柱的質量。高度越高,空氣柱就越短,氣壓就越低,因此,氣壓總是隨著高度的增加而降低的;同時,由于海拔越高的地方空氣越稀薄,大氣的溫度就越低。在海平面的大氣壓大約101. 325kPa,而在5. 5km的高空氣壓大約是50. 663kPa。根據計算和

13、實測的結果表明,在海拔高度-100m0m+4000m范圍內,可近似地認為大氣壓的降低和海拔高度的升高成反比關系,比例系數約為-(12. 311. 5)Pa/m;即:大約每升高1m,大氣壓力下降約12Pa。在海拔高度02000m的變化范圍內,大氣壓隨著高度變化的曲線,如圖2.1所示。圖2.1 氣壓隨高度變化曲線圖利用此原理,同時為了達到更加精確的測量高度,高度系統引入了溫度這個變量,并且利用了下面這個基準方程:D =-ln(p/p1)RT/g （式2-1）公式2-1中,T,p1,p等3個變量需要測量。式2-1中,T為平均溫度；p1為位于海平面的基準大氣壓；p為實測的大氣壓力；R為普設氣體常量；g

14、為重力加速度【1】。2.3 如何計算氣壓值與高度值首先，被測氣壓經過傳感器MPX4115轉換成電壓輸出，根據MPX4115的芯片資料可知，輸出電壓VOUT和大氣壓P的關系如下：VOUT=VCC*(0.01P-0.09) （式2-2）這里VCC為+5V，因此可得到：VOUT=5*(0.01P-0.09) （式2-3）MPX4115的輸出電壓VOUT作為輸入電壓Vin，經過A/D轉換電路轉變成為具有對應頻率fo的脈沖序列FO。Vin和FO的這種對應關系有：FO=KVin1 （式2-4）又因為：Vin1=Vin*KCMR （式2-5） 綜合（1）、（2）、（3）（4）可得到：P=(20fo/K)+9

15、 (式2-6)而高度的基準方程為：D =-ln(p/p1)RT/g (式2-7)根據AD590的原理可得：V0=T/10 (式2-8)所以可得高度公式： D=-ln(P/P1) R10V0/g (式2-9) 由式4.5和式4.8的計算，就可以得到氣壓值與高度值【1】。3 電路設計3.1 氣壓傳感器電路的設計氣壓傳感器電路的功能 氣壓傳感器電路的作用，主要是利用壓敏元件將待測氣壓的氣壓值，從不可直接得到的物理量，變換為容易檢測、傳輸的電壓信號,以便A/D轉換芯片的處理。這是系統很重要的一部分電路。 氣壓傳感器的選擇在高度計系統中，壓力傳感器對系統的總體性能是起決定性作用的。本系統選擇了性價比較高

16、的Motorola公司生產的Mpx4115A型壓力傳感器。圖 Mpx4115A外觀圖Mpx4115A型壓力傳感器屬于橫向壓阻式傳感器，用單個由離子注人工藝形成并經激光修整的X型電阻代替一般用四個電阻構成的惠斯登電橋，避免了由四個電阻的不匹配而引起的誤差。同時在內部集成了信號調節、溫度補償和壓力修正電路，因而它的準確度高，線性好，長期重復性好，可靠性高。傳感器內部芯片上有溫度補償電阻網絡，在一40至+125范圍內都有較好的溫度補償效果。它的測量范圍是氣壓15一115kPa，輸出電壓范圍是0.2一4.8V。其內部結構圖見圖所示:圖 Mpx4115A內部結構圖Mpx4115A主要的特征如下:(1)在

17、高溫下提高了準確度; (2)可以使用SOP甚至SSOP封裝; (3)在085的氣壓誤差最大值僅為1. 5%; (4)非常適合基于微處理器的系統; (5)在-40+125有溫度補償; (6)持久耐用的塑料表面設置封裝。MPXA6115A電壓和氣壓的換算方程為:Uout=US(0.009P+0.095)(pressureerrortempfactor0.009US)（式3-1） 氣壓傳感器電路的設計MPXA6115A工作于+5V電壓，參考MPXA6115A典型電路的接法，得到氣壓傳感器電路圖如圖3.1.3所示圖 氣壓傳感器電路圖3.2 溫度傳感器電路的設計3.2.1溫度傳感器電路的功能溫度傳感器電

18、路的作用，主要是利用壓敏元件將待測氣壓的氣壓值，從不可直接得到的物理量，變換為容易檢測、傳輸的電壓信號,以便A/D轉換芯片的處理。這也是系統很重要的一部分電路。3.2.2溫度傳感器的選擇本系統系統使用的溫度傳感器是AD590溫度傳感器。其外觀圖如圖所示。圖3.2.1 AD590外觀圖溫度傳感器AD590是美國Analog Devices公司生產的單片集成兩端感溫電流源， AD590實質上是一種半導體集成電路，利用晶體管PN結的溫度特性制成的溫度檢測器件【9】。其內部結構圖如圖3.2.2所示圖3.2.2 AD590內部結構圖該器件可以工作在430V的電壓之下，產生電流1A/K，應用中不需要電源濾

19、波器、導線溫度補償和線性化電路。由于內部采用激光微調，器件的一致性、均勻性非常好，容易互換。AD590的校準精度可達0. 5，當其在常溫區范圍內校正后，測量精度可達0. 1。在全溫區范圍內(-50+150)使用，精度也可高達1. 0。A/D590的主要特征為: (1) 流過器件的電流（mA）等于器件所處環境的熱力學溫度（開爾文）度數，即： mA/K； (2)較寬的溫度范圍: -50+150; (3); (5)敏感元件單獨隔離; (6)低功耗。 溫度傳感器電路的設計AD590檢測了氣壓的溫度后，是將溫度值由物理量轉換成電流，但是由于TLC2543的模擬量輸入端口要求是電壓值,因此系統在AD590

20、的輸出端口接上一個10k的精密電阻接地,把電流值轉換成電壓值。其溫度傳感器的電路圖如圖3.2.3所示：圖3.2.3 AD590傳感器電路圖】3.3數據放大及濾波電路的設計3.3.1 數據放大及濾波電路的功能被測氣壓的氣壓和高度數據經過傳感器的處理后，從物理量變成了電壓信號，但是傳感器輸出的電信號比較微弱，不能夠被A/D芯片接收，所以就需要一個整流放大電路來將電壓信號放大，以便使A/D芯片能夠處理電壓信號。但是整流放大電路放大了電壓信號，但其脈動成分較大，其脈動成分對A/D芯片的處理會有一定的影響，所以需加上濾波電路，以減小整流后直流電中的脈動成分。3.3.2 氣壓傳感器放大及濾波電路的設計MP

21、XA6115A傳感器將非電量的氣壓值轉換成電量后,信號微弱,要用數據放大及濾波電路將其點壓信號做放大及濾波處理。考慮到性能價格比,在設計中采用雙運放組成的數據放大器。氣壓傳感器放大及濾波電路圖如圖3.3.1所示。圖3.3.1 氣壓傳感器放大及濾波電路圖假設電路中R1=R2=R,R3=R4=R0,AR3與AR4完全匹配,利用疊加原理,可寫出：V01=(R12/RG) +R15/R12/RG Vin-(R15/RG )Vin （式3-2）V02= 1 +R17(R16/RG)Vin-（R17/R16）V01-（R17/RG）Vin （式3-3）Auf=V0 /Vin=21+(R0/RG) （式3-

22、4）增益調節電阻RG(R13和R14組合而成)接在運放AR3、AR4的反相端之間,它不影響電路的對稱性(共模抑制特性)但可靈活地調節閉環差模電壓增益。在實際電路中,A1與A2的KCMR并不可能完全匹配,并考慮R1R4失配時,KCMR會有所降低,實際應用中可用一略小于R0的精密電阻串上一個較小精密可調電阻RW取代R1,調節RW抵消偏差,達到提高KCMR的目的。取R1=R2=R3=R4=100k,兩個運放都選用高精度,微功耗,低失調電壓,低溫漂的運算放大器OP-20。對該數據放大器進行定量計算,當Rg= 11K時 AV= 2(1 +R0/RG) = 21 +(100/11)= 20.2 （式3-5

23、） KCMR=AV1/(1+2) = 20.2/(0.1% + 0.1%) = 88db （式3-6）由于OP-20是低失調,低溫漂的運放,所以雙運放組成的數放電路是一個性能相當好的數放電路,完全符合設計需要。經過綜合考慮，取K值為2000。則Kg的值為25.3.3.3 溫度傳感器的放大及濾波電路的設計因為AD590的輸出電流I=（273+T）A（T為攝氏溫度） （式3-7）因此測量的電壓V為：（273+T）A10K=（2.73+T/100）V。 （式3-8）為了將電壓測量出來又務須使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應教多器件之后，電源是帶雜

24、波的，因此我們使用齊納二極管作為穩壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調整至2.73V接下來我們使用差動放大器其輸出V0為：V0=（100K/10K）（V2-V1）=T/10 （式3-9）如果現在為攝氏28，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉換器，那么AD轉換輸出的數字量就和攝氏溫度成線形比例關系。數據放大及濾波電路圖如圖3.3.2所示圖3.3.2 AD590數據放大及濾波電路圖3.4 A/D轉換電路設計3.4.1 A/D轉換電路的功能A/D轉換電路的功能，是將從傳感器傳輸過來，并且經過了放大及濾波電路處理過后的電壓信號，進行轉換處理。將連續的模擬信號進行轉換、量化，轉換成為與之成正

25、比的數字量，之后將模擬信號交給單片機做處理。3.4.2 A/D芯片的選擇系統選用的A/D轉換器是TI公司的具有11個通道的12位開關電容逐次逼近型串行A/D轉換器TLC2543,采樣率為66bit/s,采樣和保持由片內的采樣和保持電路自動完成。器件的轉換器結合外部輸入的差分高阻抗的基準電壓,具有轉化比率轉換刻度和模擬電路、邏輯電路,以及隔離電源噪聲的特點。TLC2543還具有多通道、小體積的特點,線性誤差小(LSB max),節省口線資源,成本較低。TCL2543有兩種的封裝方式: DB, DW。DB,DW的封裝如圖3.4.1所示圖 3.4.1 TLC2543的DB,DW封裝TLC2543引腳

26、說明見下表:表 3-1 TLC2543引腳說明引腳號名稱I/O說明19,11,12AIN0AIN10I模擬量輸入端。11路輸入信號由內部多路器選通。對于4.1MHz的I/OCLOCK，驅動源阻抗必須小于或等于50，而且用60pF電容來限制模擬輸入電壓的斜率15I片選端。在端由高變低時，內部計數器復位。由低變高時，在設定時間內禁止DATAINPUT和I/O CLOCK17DATAINPUTI串行數據輸入端。由4位的串行地址輸入來選擇模擬量輸入通道16DATA OUTOA/D轉換結果的三態串行輸出端。為高時處于高阻抗狀態，為低時處于激活狀態19EOCO轉換結束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后

27、，EOC從高電平變為低電平并保持到轉換完成和數據準備傳輸為止10GND地。GND是內部電路的地回路端。除另有說明外，所有電壓測量都相對GND而言18I/O CLOCKI輸入/輸出時鐘端。I/OCLOCK接收串行輸入信號并完成以下四個功能：（1）在I/O CLOCK的前8個上升沿，8位輸入數據存入輸入數據寄存器。（2）在I/OCLOCK的第4個下降沿，被選通的模擬輸入電壓開始向電容器充電，直到I/OCLOCK的最后一個下降沿為止。（3）將前一次轉換數據的其余11位輸出到DATA OUT端，在I/OCLOCK的下降沿時數據開始變化。（4）I/OCLOCK的最后一個下降沿，將轉換的控制信號傳送到內部

28、狀態控制位14REF+I正基準電壓端。基準電壓的正端（通常為Vcc）被加到REF+。13REF-I負基準電壓端。基準電壓的低端（通常為地）被加到REF-20Vcc電源TLC2543A/D轉換芯片的接口時序：可以用四種傳輸方法使TLC2543得到全12位分辯率，每次轉換和數據傳遞可以使用12或16個時鐘周期。一個片選（）脈沖要插到每次轉換的開始處，或是在轉換時序的開始處變化一次后保持為低，直到時序結束。圖3.3-2顯示每次轉換和數據傳遞使用16個時鐘周期和在每次傳遞周期之間插入的時序，圖3.3-3顯示每次轉換和數據傳遞使用16個時鐘周期，僅在每次轉換序列開始處插入一次時序。圖3.4.2是使用、M

29、SB在前的16時鐘傳送時序圖1；圖3.4.3是不使用、MSB在前的16時鐘傳送時序圖2。圖3.4.2 16時鐘傳送時序圖1圖3.4.3 16時鐘傳送時序圖23.4.3 A/D轉換電路的設計在高度計系統中, 89C52利用I/O口模擬實現了SPI功能,TLC2543的EOC口接89C52的P1.0口；I/O clock口接P1.2口；DATA INPUT口接P1.3口；DATA OUT口接P1.4口；口接P1.5口；VCC和REF+口接+5V電源，GND和REF-口接地。它和TLC2543之間的連線如圖4.4所示。圖3.4.4 TLC2543與89C52的連線圖I/O口模擬SPI功能的整個轉換過

30、程為:上電之后, 接到一個由高向低的電平, TLC2543開始一次的工作周期,此時為EOC高,輸入數據寄存器被置為0,輸出寄存器的內容是隨機的。開始時,片選是置高的, I/OCLOCK, DA-TAINPUT信號都被禁止, DATAOUTPUT呈高阻態。控制單片機89C52，使得變低,則I/OCLOCK, DATAIN-PUT使能,DATAOUTPUT脫離高阻狀態, 12位時鐘脈沖信號從I/OCLOCK端口一位一位的輸入,在時鐘脈沖信號加入的同時,控制字也從DATAINPUT一位一位的在時鐘脈沖的上升沿送入TLC2543(高位先入),此時上一次A/D轉換得到的數據,即輸出數據寄存器里的數據就開

31、始從DATAOUTPUT口中一位一位的移出來。TLC2543收到第4個時鐘信號的時候, 確定通道號,這個時候開始TLC2543就開始對選定的通道進行A/D采樣,并保持到第12個脈沖的下降沿。在第12個時鐘下降沿,EOC變低,開始對本次采樣的模擬量進行A/D轉換,轉換時間約需10s,轉換完成后EOC變高,轉換的數據在輸出數據寄存器中,待下一個工作周期輸出。此后,可以進行新的工作周期3.5單片機電路的設計3.5.1 單片機電路的功能從傳感器輸出來的電壓信號經過放大及濾波電路的處理，傳輸給了A/D芯片。A/D芯片將處理后的電壓信號轉換為模擬信號后，就發送給了89C52單片機。89C52的主要功能是負

32、責把A/D轉換器轉換得到的數字量進行處理,通過計算最終轉換成直觀的符合人們閱讀習慣的壓力、溫度和高度的具體顯示值,并由字符液晶顯示器顯示出來。3.5.2 單片機的選擇本次系統選用的單片機的型號是AT89C52。AT89C52單片機PDIP封裝圖見圖所示：圖3.5.1 AT89C52單片機PDIP封裝圖AT89C52是51系列單片機的一個型號，它是ATMEL公司生產的。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準

33、MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統控制應用場合。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。AT89C52主要功能特性：兼容MCS51指令系統 8k可反復擦寫(1000次）Flash ROM；32個雙向I/O口25

34、6x8bit內部RAM；3個16位可編程定時/計數器中斷；時鐘頻率0-24MHz；2個串行中斷；可編程UART串行通道；2個外部中斷源；共6個中斷源；2個讀寫中斷口線；3級加密位；低功耗空閑和掉電模式；軟件設置睡眠和喚醒功能； AT89C52各引腳功能及管腳電壓。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。其AT89C52單片機內部結構方框圖內部結構圖見圖3.5.2所示：圖 AT89C52單片機內部結構方框圖AT89C52引腳功能說明：P0 口：P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電

35、流的方式驅動8 個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash 編程時，P0 口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一個帶內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51

36、 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時/計數器2 的外部計數輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），Flash 編程和程序校驗期間，P1 接收低8 位地址。P2 口： P2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口P2 寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數據存儲器（例如執行MOVX DPTR 指令）時，P2 口送出高8 位地址數據。在訪

37、問8 位地址的外部數據存儲器（如執行MOVX RI 指令）時，P2 口輸出P2 鎖存器的內容。Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。，如下表所示：表3-2 P3口的第二功能P3 口還接收一

38、些用于Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。對Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有

39、一條MOVX 和MOVC指令才能將ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執行外部程序時，應設置ALE 禁止位無效。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執行內部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V 編程電壓Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 單

40、片機電路設計 圖 單片機電路圖3.6設計 3.6.1 顯示電路的功能顯示電路主要是把經過單片機處理后的數據，轉換成十進制的壓力、溫度和高度的具體顯示值，能夠顯示出來的氣壓數據為從20到1100毫巴，誤差在士1mbar；能夠顯示出來的高度數據為從0米到9990米，誤差為士lm。 3.6.2顯示器的選擇本次系統的顯示電路是使用1602液晶屏來顯示數據。LED1602外觀圖見圖所示：圖 LED1602外觀圖1602LCD主要技術參數:顯示容量為162個字符；芯片工作電壓為4.55.5V；工作電流為2.0mA（5.0V）；模塊最佳工作電壓為5.0V；字符尺寸為2.954.35（WH）mm。1602LE

41、D接口信號說明：1602LED采用標準的14引腳（無背光）或16引腳（帶背光）接口，各引腳接口說明見下表： 表3-3 1602液晶接口引腳定義編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Date I/O2VDD電源正極10D3Date I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4Date I/O4RS數據/命令選擇端（V/L）12D5Date I/O5R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6Date I/O6E使能信號14D7Date I/O7D0Date I/O15BLA背光源正極8D1Date I/O16BLK背光源負極1、2 組電源 一組是模塊的電源 一組是背光板的電源 均為5V 供電。2、

42、VL 是調節對比度的引腳調節此腳上的電壓可以改變黑白對比度3、RS 是很多液晶上都有的引腳 是命令/數據選擇引腳 該腳電平為高時表示將進行數據操作；為低時表示進行命令操作。4、RW 也是很多液晶上都有的引腳 是讀寫選擇端 該腳電平為高是表示要對液晶進行讀操作；為低時表示要進行寫操作。5、E 同樣很多液晶模塊有此引腳 通常在總線上信號穩定后給一正脈沖通知把數據讀走，在此腳為高電平的時候總線不允許變化。6、D0D7 8 位雙向并行總線，用來傳送命令和數據。7、BLA是背光源正極，BLK是背光源負極。 顯示電路的設計根據LED1602的功能介紹，可以得出LED1602與單片機89C52的連接方式。將

43、VSS和VL口接地，VL口接地前要加個1K的電阻；D0D7按順序接P0.0P0.7；RS接P2.0；R/W接P2.1；E接P2.2。其顯示電路的電路接線圖如圖所示圖 顯示電路的電路接線圖3.7電源 電源電路的功能在系統中單片機、MPX4105、TLC2543、LED1602都需要輸入電源，但是本系統采用的是+15V電源供電，但是單片機、MPX4105、TLC2543、LED1602等都需要+5V供電，所以本系統設計了一個供電電路，來為點單片機、MPX4105、TLC2543、LED1602等部件供電。 電源電路芯片的選擇本次電源電路系統選擇的是MC78L05芯片作為電源電路的功能芯片。MC78

44、L05芯片的外觀圖見圖圖所示： MC78L05外觀圖MC78L05具有以下特點：輸入電壓2.624V，輸出電壓+5V固定電壓；具有內部短路電路限制和熱過載保護功能；無須外部器件。各引腳功能說明：Vout（1腳）：+5V固定電壓輸出腳。GND（2腳） ：接地端。Vin（3腳） ：電壓輸入腳，可輸入的電壓范圍：2.624VMC78L05引腳分布圖見圖圖所示圖 MC78L05引腳分布圖 電源電路的設計根據MC78L05的使用說明，可以畫出電源電路的電路圖。如圖圖所示：圖 電源電路的電路圖4 軟件設計4.1 主程序設計由于選用了89C52作為微處理器,在軟件設計時采用了C51語言進行程序的設計, C5

45、1是高級語言,語言簡潔,使用方便,而且有很多標準的函數庫。在系統運行過程中要通過測量得到的氣壓和溫度計算海拔高度,計算的公式中含有對數表達式,如果用匯編語言來實現則計算量非常的大。C語言充分的體現了它的優勢。系統上電后，初始化程序將顯示緩存區清零，系統初始化，之后運行A/D轉換芯片TLC2543進行A/D轉換。轉換結束時檢測使用者是否按了START鍵，沒按的話系統回到開始階段，按了的話，系統就開始根據輸入的氣壓轉換公式和高度轉換公式，將被測氣壓的氣壓值和高度值計算出來。計算完成后調用顯示子程序，將被測氣壓的氣壓值和高度值用LED1602顯示出來。其主程序流程圖見圖4.2-1所示開始系統初始化顯

46、示緩沖區清零調用顯示子程序A/D轉換是否按了Start鍵顯示氣壓和高度的數據NY計算氣壓值和高度值圖4.1 主程序流程圖4.2 子程序設計系統子程序包括A/D轉換啟動及數據讀取程序設計、顯示程序設計。4.2.1 A/D轉換啟動及數據讀取程序設計TLC2543的A/D轉換子程序主要是指在系統開始運行時，把壓力傳感器傳遞過來的模擬信號轉換成數字信號并傳遞到單片機所涉及到的程序設計。系統上電后，先將A/D芯片初始化，之后啟動A/D轉換芯片，將數據進行A/D轉換。之后檢測數據是否轉換完成，若沒有完成，則繼續進行A/D轉換；若完成了，則先將轉換后的數據儲存一下，之后傳輸給單片機進行數據的顯示。A/D轉換

47、的子程序框圖,如圖4. 2所示。啟動A/D轉換A/D轉換完成數據儲存數據顯示NYA/D芯片初始化開始圖4.2 A/D轉換的子程序框圖 顯示程序設計液晶顯示的子程序的設計，可以根據LED1602的指令說明來設計。當系統調用顯示程序時，先將LED1602清屏及光標復位，之后將氣壓值在第一行顯示，顯示完成后，再將高度值在第二行顯示。當氣壓值和高度值都顯示完成后，就結束程序。其顯示程序流程圖見圖4.3所示：開始顯示字符到行尾或到字符串結束字符串顯示完畢氣壓在第一行顯示高度在第二行顯示顯示字符到超出行尾或到字符串結束結束NYYNN清屏及光標復位Y圖4.3 顯示程序流程圖需要注意的問題是:因為與單片機相比

48、,液晶顯示器的初始化速度要慢得多,因此,在開始運行主程序時必須初始化液晶顯示器,并延時一定的時間再進行AD轉換其余的動作,否則很有可能在液晶顯示器上看不到任何的東西。5 結論畢業設計是考驗我們大學這四年來的所學，它要求我們將大學這四年來所學到的知識能夠融會貫通、熟練應用，并要求我們能夠理論聯系實際，培養我們的綜合運用能力以及解決實際問題的能力。這次畢業設計我主要涉及設計了一個氣壓高度計，具有質量小、功耗低、精度高等優點。本系統主要是通過氣壓傳感器AD590和溫度傳感器MPX4115A，將被測氣壓的氣壓數據和溫度數據，從物理量變成電壓信號，之后經過A/D芯片TLC2543的A/D轉換，將電壓信號

49、變成模擬信號。A/D芯片將模擬信號傳輸給單片機AT89C52，單片機經過處理后，利用LED1602將氣壓和高度的數據顯示出來。在這個設計當中我主要完成了一下工作：1）選擇合適的傳感器來進行信號的擷取，以便能夠很好的對被測氣壓的數據進行擷取。 2）選擇合適的放大及濾波電路來處理傳感器輸出的信號，將信號變得便于A/D轉換芯片的接受； 3）選擇合適的A/D轉換芯片，將電壓信號轉換為便于單片機接收的模擬信號;4) 選擇了合適的單片機，用來處理A/D轉換后的模擬信號，處理后利用LED顯示屏將數據顯示出來。5）選擇合適的LED顯示屏來顯示氣壓及高度數據。這次的畢業設計，是對我這四年來所學的專業知識是否踏實的檢驗，讓我對這四年中所學知識進行了綜合，也讓我溫習了一些已經快要淡忘的專業知識。與此同時，我也充分認識到自身的許多不足：基礎知識學得不夠扎實，缺乏綜合運用及理論聯系實際的能力等。經過這次畢業設計，我感覺我又有了一定的提高。6 經濟分析報告6.1 初步成本計算該系統是以89C52單片機為核心， 利用89C52把A/D轉換器轉換得到的氣壓和高度的數據進行處理,通過計