课程设计基于51单片机的压力数据采集讲义

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1、xxxxxx大学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 课程设计名称：单片机系统综合课程设计单片机系统综合课程设计 课程设计题目：基于基于 5151 单片机的压力数据采集单片机的压力数据采集 院（系）： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： xxxxxx大学课程设计报告 -I- 目目 录录 第第 1 章章 总体设计方案总体设计方案.1 1.1 设计原理 .1 1.2 设计思路 .1 1.3 实验环境 .2 第第 2 章章 详细设计方案详细设计方案.3 2.1 硬件电路设计 .3 2.2 主程序设计 .4 2.2 功能模块的设计与实现 .5 第第 3 章章 结果测试及分析

2、结果测试及分析.11 3.1 结果测试 .11 3.2 结果分析 .11 参考文献参考文献.12 附附 录录 A（源程序代码）（源程序代码）.13 附附 录录 B（电路原理图）（电路原理图） .16 附附 录录 C（元件列表）（元件列表）.17 xxxxxx大学课程设计报告 第 1 章 总体设计方案 -1- 第 1 章 总体设计方案 1.1 设计原理设计原理 根据课程设计任务书的内容与要求，需要使用伟福 Lab6000 试验箱上提 供的压力传感器实现压力的实时传感，利用 A/D 转换装置将压力传感器输出 的模拟信号转换成为数字信号，在利用箱上的数码管将转换数字信号结果显 示出来。 为了保证压力

3、传感的准确性，开始执行时，需要将压力传感器软件调整 出零点，如不进行压力零点的调整，压力传感器将不进行工作。压力传感器 工作时，由于硬件的原因压力传感结果经常波动，如果想进行压力传感值的 锁定，程序提供了利用开关实现的此功能，以方便对于压力测算值的读取。 1.2 设计思路设计思路 采用 C 语言编程，结合伟福 Lab6000 试验箱的固定硬件模块加以实际连 线调整硬件部分。 1) 提出方案提出方案 a) 需要实验箱上压力传感器提供准确的压力测算值； b) 压力传感器的模拟信号通过箱上的 A/D 转化模块转化为可以显示的数字 信号； c) A/D 转换的结果通过中断的方式显示到数码管上。 2)

4、方案论证方案论证 由于压力传感器的硬件原因，其 A/D 转换结果并非从零开始的，为提供 准确的压力测算值，程序开始须等待调零，否则不提供压力的测定值。若进 行过调零，则之后不断的测试压力的变化，提供测定值。 模拟信号进入 A/D 转化之后，每一次完成转化，通过 EOC 端口向外发 出中断，使用该中断信号作为输出数据的采集信号。 xxxxxx大学课程设计报告 第 1 章 总体设计方案 -2- 进入中断后采集的数字信号通过公式转化成为可现实的数字，用显示程 序通过对数码管的扫描显示显示出来。 1.3 实验环境实验环境 硬件环境：伟福 Lab6000 实验箱，PC 机。 软件环境：Wave 应用软件

5、。 xxxxxx大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案 -3- 第 2 章 详细设计方案 2.1 硬件电路设计硬件电路设计 硬件电路共由以下四个部分组成，分别包括压力传感器硬件模块，A/D 转 换硬件模块（ADC0809） ，8031 硬件模块以及数码管硬件模块。 硬件电路连线如图 2.1 所示。 图图 2.12.1 硬件电路连线图硬件电路连线图 压力传感器模块：压力传感器模块将传感器接受到的压力转化成模拟信号 输出到端口上，大致分为电源、电阻电路、运放、输出四部分。 A/D 转化模块：以 ADC0809 芯片为基础集成的硬件模块，ADC0809 芯片为 逐次逼近型 8 位 A/D 转化器

6、，可采用中断方式读结果，在中断方式下，A/D 转 换结果会自动产生 EOC 信号，将其与 CPU 外中断相连，即可用中断方式读取 A/D 转换结果。 xxxxxx大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案 -4- 8031CPU 模块：8031CPU 上提供并行口进行输入输出，提供内部时钟计时， 并可以接受外部中断信号进行中断服务子程序的处理。 数码管模块：提供 6 位 8 段码 LED 显示电路，8 位段码、6 位位码由两片 74LS374 输出，位码经过 MC1413 倒向驱动后，选择相应位显示。8 位段码输出 地址为 0x004H，位码输出地址为 0x002H。 2.2 主程序设计主程序

7、设计 主程序流程图如图 2.2 所示。 图图 2.22.2 主程序流程图主程序流程图 xxxxxx大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案 -5- 程序开始时等待程序调零，若不进行调零则一直处于等待的状态下。调零 后，压力转化器将采集数据传入 A/D 转换器中，A/D 转换器转化完成将通过 EOC 端口发出一个中断信号,接受到中断信号后，若中断开启，将 A/D 转化结 束的数值取出，输出到数码管的显示；若中断关闭，则开始新一轮的采集压力， 不予显示。锁定测定值原理同中断关闭，不接受新的中断，而保持原来需要输 出的数值不变。 2.2 功能模块的设计与实现功能模块的设计与实现 程序主要包括以下几

8、个部分： a)对中断方式，计数器计数方式的初始化； b)等待压力传感器调零； c)等待中断，等待期间不断输出压力值； d)中断服务子程序，A/D 转换结果的保存； e)定时器定时。 1）中断方式，计数器计数方式的初始化模块）中断方式，计数器计数方式的初始化模块 对中断的设置包括：开外中断 0（即 INT0）；设置中断优先等级为五个中断 同一优先级；设置触发方式为边沿触发；最后开启中断。 对计数器的设置包括：计数器工作方式设置为 T0 工作于方式一定时器；设 置计数器初值为 0xFE0C（这个初值下计数器为 1ms 级别定时器） 。 计数器初值计算由下面的公式得出： (216-X)*(6*106

9、)=1ms 可得 X=0xFE0C。 中断方式，计数器计数方式的初始化流程图如图 2.3 所示。 xxxxxx大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案 -6- 图图 2.32.3 初始化流程图初始化流程图 2）等待压力传感器调零模块）等待压力传感器调零模块 由于压力传感器的硬件局限，不施加压力时，依然会有一个非零的模拟信号 发送出来，经 A/D 转化后将在数码管上显示出不符合事实标准的一个非零压力值， 所以设计了等待清零的模块，防止此种状况的出现。 程序初始化完成之后，进入等待调零的状态，此状态下数码管不显示具体数 值，显示字母 P 以表示等待。当开关给出清零信号之后，跳出等待状态，进入压

10、力值正常显示状态。 等待压力传感器调零流程图如图 2.4 所示。 xxxxxx大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案 -7- 图图 2.42.4 等待调零流程图等待调零流程图 3）输出压力值模块）输出压力值模块 利用数码管显示测定出的压力值，显示时需要将每一位的数值转换为八段码 送给数码管的段码地址，将不同使能信号送入位码地址选通相应位使能。将上述 的操作循环，则可以看到连续的输出，显示出压力值数值。 当接收到新的中断，则更改寄存器中表示压力的数值，由输出模块输出新的 压力数值。 扫描输出压力值流程图如图 2.5 所示。 xxxxxx大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案 -8- 图图

11、 2.52.5 输出压力值流程图输出压力值流程图 xxxxxx大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案 -9- 4）中断服务子程序）中断服务子程序 中断服务子程序实现接受到外中断 0 之后的处理，每一次 A/D 转换完成 之后，都会通过 EOC 引脚向外发送一个上升沿信号，将该信号通过非门连 接到外中断 0 的引脚上，该引脚每次接收到下降沿信号就会进入中断服务子 程序。 中断服务子程序包括两个部分：第一部分，当调零开关与中断使能开关 同为高电平时，此时将采集压力数据作为新的调零基准值保存。第二部分， 当之后中断使能开关高电平时，采集压力值，将采集数据减去调零基准值， 得到传感器上所施加的压力

12、值，送入专门的变量中保存。 中断服务子程序流程图如图 2.6 所示。 图图 2.62.6 中断服务子程序流程图中断服务子程序流程图 ）定时器定时程序）定时器定时程序 定时器利用 8031 内部提供定时器，为防止与外中断的影响，利用查询方式进 行定时器的定时器的重装载，设定时间为 1ms，使用参数 x 来确定具体的延时程 序时常 x 乘以 1ms，即为 xms 延时程序。 xxxxxx大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案 -10- 定时器定时程序流程图如图 2.7 所示。 图图 2.72.7 定时器定时流程图定时器定时流程图 xxxxxx大学课程设计报告 第 3 章 编程下载与硬件测试 -

13、11- 第 3 章 结果测试及分析 3.1 结果测试结果测试 程序开始数码管显示 P 表示等待调零，若不进行调零则程序不向下执行，按 动压力传感器无反应；当检测到清零开关与中断允许开关同为高电平时，数码管 显示 0.0 表示清零完成，得到此时刻的零点基准值。当中断允许开关维持高电平 时，数码管的示数随着压力传感器上作用的压力大小来显示数值，数值保留一位 小数。当中断允许开关从高电平向低电平跳变，并维持低电平时，数码管显示电 平跳变时刻的压力值，此后再按动传感器数码管显示不发生改变。清零操作与中 断开关状态可重复改变。 3.2 结果分析结果分析 对于上述的运行结果和操作过程，达到了课程设计任务书

14、中的要求，并且添 加了清零功能与压力测定值的锁定功能。清零可以避免无意义压力值的出现，保 证压力值出现偏差波动时可以及时调整清零。可以实时的监控压力值的变化，当 有压力作用于压力传感器上的时候，可以从数码管上面直观的看到压力大小的变 化，可实现实时的观测。鉴于压力值通常情况下不稳定，想要记录或者稳定观察 压力值的时候，波动的压力值将给示数的读取带来不便，所以增加压力值锁定功 能，之后压力传感器上的波动对示数无影响，从而方便读取。 xxxxxx大学课程设计报告 参考文献 -12- 参考文献 1张毅刚.单片机原理及应用M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010 2李伯成.基于 MCS-51 单片机

15、的嵌入式系统设计M.北京: 电子工业出版社， 2004 3何利民.单片机应用系统设计M.北京: 北京航空航天大学出版社，1995 4阎石.数字电子技术基础M.北京: 高等教育出版社，1998 5徐伟.C51 单片机高效入门M.北京: 机械工业出版社，2006 6付家才.单片机控制工程实践技术M.北京: 化学工业出版社，2004 xxxxxx大学课程设计报告 附 录 -13- 附 录 A（源程序代码） #include #include signed char II; unsigned char xdata *ad_adr=0x9000; unsigned char xdata *pled=0x8004; unsigned char xdata *pledcs=0x8002; sbit START=P10; sbit SET=P11; signed char exp_0; void service_int()interrupt 0 using 0 if(SET II=*ad_adr-exp_0; void delay(int x) /1ms 级别延时 int j; TH0=0X0FE;