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1、目录目 录第一章 绪论21.1 课题的背景及意义21.2 本设计的主要内容与任务2第二章 压力传感器32.1 压力传感器的类型以及发展方向32.2 压阻式压力传感器的选择32.3 系统总体设计3第三章 数字式压力测量仪的硬件实现53.1 信号输入电路设计53.1.1 压力传感器电路设计53.1.2 温度传感器电路设计63.2 A/D 转换电路设计83.2.1 A/D 转换器的选用原则83.2.2 A/D 转换原理83.3 微处理器电路设计103.3.1 MSP430F5310 的芯片选择1034 串行通讯电路设计113.4.1 MAX3221概述113.4.2 通讯电路设计113.5 电源管理
2、电路设计143.5.1 升压电路图143.6.2 降压电路图16第四章 数字式压力测量仪的软件实现184.1 操作系统概述184.2 系统主程序模块184.3 系统工作状态分析234.3 子程序模块244.3.1 压力数据采集程序244.3.2 DPM 联机通讯工作程序264.4 中断系统274.5 数据显示功能实现27五、设计小结29致谢30I基于单片机的数字式压力表的设计摘要：根据设计题目基于单片机数字式压力表设计，先是介绍了压力的背景以及现代社会压力的重要性。并且选用压阻式压力传感器，处理器采用MSP430F5310作为核心，其闪存可以直接进行编写，极大加快了开发的速度。并且用模块化的设
3、计方式，将系统划分成若干个简单的、单功能程序段，程序之间并不影响也不需要过多理解，只是改动一部分，却不会改变别的模块的功能或者说正常运作。设计中的压力检测系统不仅有数据采集，数据分析，还有数据的保存以及通讯功能。提高软件的可读性，而且设计按照模块法进行设计，使得开发更加简单，对于错误能够快速修正。关键字：压力传感器；MSP430F5310Design of digital pressure gauge based on single chip microcomputerAbstract: According to my design, this paper introduces the des
4、ign of digital pressure gauge based on single chip microcomputer, introduces the background of pressure generation and the importance of pressure in modern society. Choose piezoresistive pressure sensor. The microprocessor is based on MSP430F5310. Its FLASH can be written directly, greatly speeding
5、up the development speed. Through the modular design, the system is divided into several simple and functional program segments. The program does not affect or require much understanding, only changes a part of it, but does not change the function or normal operation of other modules. The pressure d
6、etection system designed in this paper not only has the functions of data collection and data analysis, but also has the functions of data storage and communication. The readability of the software is improved, and the modular design method is adopted to make the development easier and the errors ca
7、n be corrected quickly.Keywords:Microcontrollers, MSP430F5310第一章 绪论1.1 课题的背景及意义从上个世纪开始，随着科学技术的发展，生产中一些物理量的重要性也体现出来，精度越高，代表着物品出错的几率越小，而精度测量仪器的准确度则是重中之重。比如我国制造飞机，汽车等都需要用到测量仪器。随着电子技术的发展，在我们生活中的各个领域，压力的检测起到了越来越大的作用。压力检测在现代工业中有着非常大的作用。保证压力检测的准确性，能增加正常生产的稳定性。传统的测量仪表有的采用纯机械式设计，很容易收到周围环境的影响，而且比较笨重，难以携带，出错频率
8、也不低，响应速度很慢，灵敏度以及抗干扰能力比较差在测量仪器中使用基于微处理器的模块，不仅可以解决传统工业生产中难以改善甚至无法解决的问题，还可以改善电路设计电路，拥有最大程度降低升级换代的成本以及良品率。单片机的作用很大，如:（1）可以对一些复杂的数据进行快速处理；（2）使可以避免生产中，机器的许多干扰；（3）可以满足各种操作系统的需求；（4）拥有多种输出方式；（5）可以与很多的设备进行数据通信；（6）拥有断电保护功能；（7）拥有自诊断功能。正是因为单片机在本设计中，可以起到的作用很大，所以本设计采用TI公司生产的MSP430单片机进而开发了数字压力检测模块，用于提高开发效率，满足设计需求1.
9、2 本设计的主要内容与任务 本设计中的单片机的数字式压力表需具有响应快，简单轻便，抗干扰能力强的相对可靠的压力表。因此，本设计的硬件部分主要有信号采集、模数转换、处理器、显示电路和电源管理等五部分组成，并完成相对应的软件设计。 第二章 压力传感器2.1 压力传感器的类型以及发展方向压力传感器为当今使用比较频繁的一种传感器，市面上有许多的型号供使用。它几乎出现在各行各业，其未来方向可以概括为：（1）小型化（2）高精度化（3）智能化（4）标准化2.2 压阻式压力传感器的选择在现代生产中，经常需要对压力进行测量，对测量精度要求的很高。压阻式传感器主要有以下特点：1）灵敏度高，可直接测量。无死区，线性
10、度好。2）出错可能性小，精度高，使用寿命也相对别的种类的传感器要高。3）高集成，有小而轻的特点。4）能耗低，出现问题几率小，能快速修正以及更新换代，具有极高的性价比。所以根据设计需求，选择了压阻式压力传感器2.3 系统总体设计经过设计，使其拥有精度高，抗干扰能力强的特点。此外，通过专业软件来进行校准，可以最大程度上保证仪器测量精度的准确性。压阻式压力传感器输出的模拟信号经过放大后转换成数字信号，通过微处理器实施补偿采用微处理器采集和补偿压力还有温度信号，补偿信息将会经过UART引脚传出。MAX3221先是用RS-232信息进行传输，接着把RS-232信息改成USB信息来连接主机。压力传感器相当
11、于信号采集输入，压力传感器由硅压型传感器以及温度传感器组成。A/D转换器相当于模数转换部分，因为传感器收集到物理量是模拟信号，所以pc无法直接接收，所以需要转换器进行转换，此时就需要A/D转换器（又称模数转换器）转换后让PC处理信息。微处理器电路采用MSP430F5310芯片作为核心处理器，实现对数据的采集、显示、校准等功能。串行通信电路实现与PC的通信，可以在PC终端进行监视。电源管理电路是提供各模块供电电压，由输入电压通过升压或降压处理后供各部分部分工作。整体结构框图如图2.1所示：图2.1设计框图第三章 数字式压力测量仪的硬件实现3.1 信号输入电路设计输入部分使用压力测量器检测到的物体
12、的物理量将物体转换为电信号 。包括两个部分：压力传感器和温度传感器3.1.1 压力传感器电路设计压力传感器目前采用了两个不同的驱动模式。一种是定电流驱动模式，另一种是定压驱动模式。根据设计需要选择了恒压源。 如图3.1所示是硬件原理图的输入部分：图 3.1 输入部分硬件原理图韦斯顿桥是中心部件，主轴输出连接到桥梁臂。输出信息用被查出了的电压，四脚架被驱动的上端连接。通常使用5 v左右的定压刺激，有被定制的电阻。传感器中除了有工厂外，还保持着最大稳定的输出电压的压力。工厂补偿了设计值，但是有很多错误，不能满足设计要求。因此，必须采用。RJ 17系列电阻响应以往的设计要求，标准化着入口范围。以求满
13、足设计上个需求，使ad输入范围趋于正常。5脚用于接地，1脚接TPS7A4901的用于传出5伏的模拟电源。3.1.2 温度传感器电路设计根据设计模式，DS18 B 20用于获取温度信息并发送到微处理器以获得温度补偿值。DS18 B 20的结构参照图3.3.4，图3.4示出MSP 430 F 5310装置的连接卡。图3.3 DS18B20结构图 图 3.4 MSP430F5310 的硬件连接图 3.2 A/D 转换电路设计3.2.1 A/D 转换器的选用原则由于模拟转换器的性能取决于采样频率、分辨率、精度、最佳性能、精度，因此模拟转换器的选择必须考虑采样率、分辨率、精度、时间、转换时间。量化误差、
14、线性误差、测量误差、其他指标。 3.2.2 A/D 转换原理因为MSP 430 F 5310处理器的模拟转换器不符合设计精度，所以主控制器前端必需增加24位模数转换器AD7190从而解决要求。压力传感器是MILV输出，但由于灵敏度不同于零，所以需要调整信号。可用于模拟数字转换器。下图3.5示出基本连接。图 3.5 AD7190 基本连接图如图3.6.2所示，构筑了两个低通滤波器。根据输入信息的需要，模拟输入链接11和12个插头。模数转换器需要稳固的基准电压，因为采用系统电源，其存在波动，所以需要以下公式：vIN=kvREFfPft （3.1）D=vINvREF2n-1 （3.2）这种转换具有除
15、去基准电压，减少对参照电压的需求，仅需要电力供给系统，若存在REF，系统就会产生复杂性，难以找到5伏的基准电压的优点。这个系统是以较低的成本和简单的电源代替的。不利点，根据这个公式，Ver转换必定一致。LDO稳定器可以使出口更加稳定。 20脚链接AVDD模拟电源电压。21脚链接DVDD用于连VA+5和VDD+3.3系统电源电压，这个需要跟电源管理电路进行配合。18脚链接AGND用于模拟地基准点，19脚链接DGND，数字地基准点。15脚是正基准输入，在REFIN1正负极中添了电压。12脚是元件的主时钟信号，使用外部晶振提供时钟，晶振在MCLK1和MCLK2之间。14脚是体电阻根据温度变化导致的电压值。9脚10脚17脚都连到AGND。图 3.6 A/D 转换硬件连接图 3.3 微处理器电路设计3.3.1 MSP430F5310 的芯片选择根据单片处理的速度，当任务完成时，进入低耗电模式，因为有很多空闲时间，所以单片机进入低功耗时，不工作的电路部分进入休眠状态，节约电力。低能耗ODE。MSP 430 F 5310被选择为系统的中央处理器，用于执行测量器的内部控制、数据处理、数据存储器读取等。如图3.7.2所示，MSP 430 F 53
