单片机气压计课程设计方案报告.doc资源-CSDN下载

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课程设计报告

名称：数字气压计

专业：

年　　级： 09 级

学号：

学生姓名：

指导老师：

完成日期：2012 年 05 月 15 日

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摘要：气压表在现实生活中的使用并不是很明显，大部分人在一生中很少甚

至是没有接触过气压表，但是气压表在某一些工作领域确实是不可或缺的重要物

件，例如国防领域、医疗领域、工业领域。本设计介绍了一种基于气压传感器

MPX4115 的数字气压系统的实时显示电路设备。它首先通过传感器 MPX4115 获

得与大气压相对于的模拟电压值，其次它经过电压频率转换模块转换为数字脉冲，

单片机接受该数字脉冲信号后，由得到的单位时间内获得的脉冲数依据电压与频

率的线性关系式计算出对应的实际气压值，最后在单片机的控制下在液晶显示模

块上显示实时的气压值。

关键词：单片机；气压传感器；液晶显示器；V/F 转换器

引言：1643 年，托里查理实验的成功，标志着人类开始意识到大气压的存在并

开始着手研究大气压给我们的生活带来的影响。最古老的气压计应属水银气压计

和无液气压计。

传统的气压计往往体积会比较大，而且在对气压的测量时也无法直观的读出

其大小，其精度较低，容易受环境影响。二十一世纪是一个信息飞速发展的时代，

传统的气压计由于其自身缺陷已无法适应当今时代的需求，对其改革成为了必然

趋势，因此，对数字气压计的研究和设计对气压测量而言有了十分实际的意义。

二十一世纪追求的是飞跃式的技术发展，特别是随着电子制造技术的进步，

使气压计趋向于向数字化、小型化方向发展成为了可能。数字化和小型化的气压

计的出现使得各个领域对气压的测量更加便捷和直观。例如汽车气压计，使得汽

车爱好者更懂得如何保护自己的爱车。轮胎是汽车安全行驶的一个冲要部件，由

于轮胎的原因造成的安全事故的后果是极其严重的，胎压是轮胎的生命，所以要

随时保证在正确的胎压下行驶，是对车主人身安全的负责。胎压过低会导致不正

常磨损或轮胎内部损伤，胎压过高则会使得轮胎及轮胎圈较容易受到不平地面的

冲击而变形，甚至会导致爆胎。胎压必须随时检查，而且要在轮胎冷却的情况下

进行，否则高温会使气压升高，导致测量结果不准确。

由此可见，数字气压计对我们的生活带来的影响是巨大的。

一，功能要求

该课程设计数字气压计的主要功能是显示当前的气压。

该课题的主要技术指标是 LCD1602 上显示的气压是否准确，如果有波动，波

动范围是否在可控制范围之内。

二、系统设计

1 整体设计思想

本设计主要的功能是使整个电路能够完成液晶显示器上能显示出正确的气

压读数。设计系统结构时，需要考虑整体的稳定性、复杂程度、整体造价及调试

时要考虑的难易程度等因数。图 1-1 所示框图中的每一部分对应一个电路单元，

各部分电路可独立完成各自功能。各模块之间没有复杂的信号传输，干扰较小，

系统较稳定。本设计是基于 MPX4115 的数字气压计的设计，主要包括对软硬件的

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气压传感器 MPX4115 输出的是模拟电压，因此，必须进行模拟到数字的

转换才能交由单片机处理。

LM331 是一款高精度电压频率转换芯片。LM331 芯片的突出特点就是它能够

把模拟电压转换成抗干扰能力强、可以远距离传输并能直接输入到单片机接口的

脉冲序列。通过测量 V/F 输出频率，可以实现 A/D 转换功能。

LM331 各引脚功能说明如下：脚 1 为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流

源,脉冲宽度与内部单稳态电路相同；脚 2 为输出端脉冲电流幅度调节,RS 越小,

输出电流越大；脚 3 为脉冲电压输出端,OC 门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳

态,不用时可悬空或接地；脚 4 为地；脚 5 为单稳态外接定时时间常数 RC ；脚

6 为单稳态触发脉冲输入端,低于脚 7 电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单

稳态输出脉冲宽度 Tw ；脚 7 为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发

电平高低；脚 8 为电源 Vcc , 正常工作电压范围为 4～40V。线性度好, 最大非

线性失真小于 0. 01 % , 工作频率低到 0. 1Hz 时尚有较好的线性；变换精度高数

字分辨率可达 12 位；外接电路简单, 只需接入几个外部元件就可方便构成 V/ F

或 F/ V 等变换电路,并且容易保证转换精度。

四、模块设计

1.A/D 转换模块

单片机接受传感器的电压值为模拟信号，它要和 A/D 转换模块的脉冲波发生

装置发送过来的标准模拟信号相比较，即通过 P1.0 和 P1.1 引脚进行比较，同时

开发定时器 0，当待测模拟信号超过标准模拟信号时，P3.4 引脚信号将会发生变

化，此时的定时器 0 的值通过量纲转化就得到了相应的数字信号。

2.数据处理模块

数据处理模块主要是对 A/D 转换模块的数据进行多次采集，并且对采集的数

据进行处理，此处理过程主要是对采集的数据进行初值定义以及相应的移位处理，

并且把处理好的数据送入相应的缓冲区，为后面的显示模块作好准备。

3.显示模块

用单片机芯片 STC89C52 的 P0.0/AD0 － P0.7/AD7 端口与 LCD 显示屏的

D0-D7 脚相连接，通过 STC89C52 的 P2.0－P2.2 端口来控制选通 LCD 显示屏的位

选端。在数据的显示模块中，我们采用的是 1602LCD 液晶显示。

以下为各个模块的详细情况：

1 信息采集模块

信息采集模块主要应用的器件是 MPX4115 气压传感器。MPX4115 系列压电电

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