畢業(yè)設計——基于單片機的數字氣壓計設計

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p>　　題目： 基于單片機的數字氣壓計設計 </p><p>　　教學單位： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　學 號： </p><p>　　姓 名： </p>

2、;<p>　　指導教師： </p><p><b>　　2013年 5月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　氣壓計是利用壓敏元件將待測氣壓直接變換為容易檢測、傳輸的電流或電壓信號，然后再經過后續(xù)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

3、感器，它在監(jiān)視壓力大小、控制壓力變化以及物理參量的測量等方面起著重要作用。運用于氣壓計的氣壓傳感器基本都是依靠不同高度時的氣壓變化來獲取氣壓值的。</p><p>　　本文主要介紹基于單片機的數字氣壓計設計。核心是氣壓傳感器BMP085的精密數字氣壓計系統(tǒng)的軟、硬件實現(xiàn)方法。本文圍繞氣壓計，著重介紹了MCS51單片機、氣壓傳感器BMP085、液晶顯示模塊LCD1602還有蜂鳴器等的功能結構和用處并對其組成的一個數

4、字氣壓傳感器系統(tǒng)進行了詳細的分析。本文介紹通過氣壓傳感器BMP085獲得與大氣壓相對的模擬電壓值，用Ｖ／Ｆ轉換器則可把氣壓傳感器輸出的電壓信號轉換成具有一定頻率的脈沖信號；以便用單片機接收該脈沖信號，并根據單位時間內得到的脈沖數，并經過單片機中的A/D轉換模塊轉換為數字脈沖，通過單片機對此脈沖序列的計數等處理后獲得實際的氣壓值，并通過數碼管顯示電路顯示這一系統(tǒng)。本文具體闡述了系統(tǒng)的軟件設計和硬件的搭建，以C語言為開發(fā)工具，進行了詳細設計

5、和編碼。總體目標是實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性和經濟性。 </p><p>　　關鍵詞：單片機；數字氣壓計；氣壓傳感器；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The barometer sensitive element test pressure will be directly converted

6、into easily detected, and the transmission of current or voltage signal, and then through the subsequent processing circuitry, and a real-time display of a device. The core component is the air pressure sensor, which mon

7、itors the pressure in size, control pressure changes as well as the measurement of physical parameters play an important role. Used in barometer pressure sensors are basically relying on the pressure change </p>&

8、lt;p>　　This paper describes the design of microcontroller-based digital barometer. The core of the pressure sensor BMP085 Precision Digital Barometer system software and hardware implementation. Around the barometer,

9、highlighting the MCS51 microcontroller, air pressure sensor BMP085 LCD module LCD1602 buzzer functional structure and usefulness of digital pressure sensor system consisting of a detailed analysis. This article describes

10、 the pressure sensor BMP085 atmospheric pressure relative to the analo</p><p>　　Key words: SCM; digital barometer; pressure sensor;</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第 1 章 緒論

11、1</p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 研究意義1</p><p>　　1.3 國內外相關技術概況2</p><p>　　1.3.1 氣壓計技術概況2</p><p>　　1.3.2 國內外相關技術3</p><p>　　1.4 本課題的重

12、點及難點3</p><p>　　1.5 本課題相關理論及西安地區(qū)大氣壓4</p><p>　　第 2 章 系統(tǒng)總體設計6</p><p>　　2.1 氣壓計結構6</p><p>　　2.2 設計方案7</p><p>　　2.2.1 方案一7</p><p>　　2.2.

13、2 方案二7</p><p>　　2.3 系統(tǒng)總體結構8</p><p>　　2.4 系統(tǒng)各功能模塊8</p><p>　　2.4.1 初始化模塊8</p><p>　　2.4.2 數據處理模塊10</p><p>　　2.4.3 數碼顯示模塊10</p><p>　　2

14、.4.4 警報電路模塊10</p><p>　　2.5 各功能模塊的選擇10</p><p>　　2.5.1 單片機的選擇10</p><p>　　2.5.2 氣壓傳感器的選擇11</p><p>　　2.5.3 數碼顯示的選擇11</p><p>　　2.5.4 蜂鳴器的選擇11</p&

15、gt;<p>　　2.6 系統(tǒng)的配置11</p><p>　　第3章 硬件電路的搭建13</p><p>　　3.1 單片機13</p><p>　　3.1.1 AT89S52單片機簡介13</p><p>　　3.1.2 AT89S52主要特性15</p><p>　　3.1.3

16、AT89S52管腳說明15</p><p>　　3.1.4 單片機最小系統(tǒng)16</p><p>　　3.2 氣壓傳感器BMP08517</p><p>　　3.2.1 BMP085主要特性18</p><p>　　3.2.2 BMP085發(fā)送控制命令方式18</p><p>　　3.2.3 BMP0

17、85讀取數據方式19</p><p>　　3.2.4 BMP085 控制程序總結19</p><p>　　3.2.5 BMP085電路結構20</p><p>　　3.3 LCD數碼顯示20</p><p>　　3.3.1 1602字符型LCD簡介20</p><p>　　3.3.2 1602LCD

18、的基本參數及引腳功能21</p><p>　　3.3.3 1602LCD的時序23</p><p>　　3.3.4 1602電路結構24</p><p>　　3.4 蜂鳴器25</p><p>　　3.5 總體電路顯示25</p><p>　　第 4 章 軟件的設計27</p>&l

19、t;p>　　4.1 應用軟件的介紹27</p><p>　　4.1.1 Altium Designer軟件介紹27</p><p>　　4.1.2 Keil軟件介紹27</p><p>　　4.1.3 PROTEUS軟件介紹27</p><p>　　4.2 氣壓與海拔的關系28</p><p>

20、;　　4.3 程序流程圖28</p><p>　　第 5 章 系統(tǒng)調試與經驗教訓30</p><p>　　5.1 硬件調試30</p><p>　　5.1.1 單片機最小系統(tǒng)的調試30</p><p>　　5.1.2 LCD1602 調試30</p><p>　　5.1.3 氣壓傳感器的測試與調式

21、31</p><p>　　5.1.4 蜂鳴器的調試31</p><p>　　5.2 軟件程序修改與調試31</p><p>　　5.3 經驗教訓35</p><p><b>　　總結36</b></p><p><b>　　致謝37</b></p>

22、;<p><b>　　參考文獻38</b></p><p><b>　　第 1 章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　數字氣壓計是利用壓敏元件將待測的氣壓值直接變換為容易檢測、易于傳輸的電流或電壓信號，然后再經過后續(xù)的電路處理并

23、進行實時顯示的一種設備。其中的核心元器件就是氣壓傳感器。氣壓傳感器在監(jiān)視壓力的大小、控制壓力的變化以及物理參量的測量等方面起著重要的作用。運用氣壓計的氣壓傳感器基本上都是依靠不同高度時的氣壓變化來獲取氣壓值的。相對于普通的水銀氣壓計，不僅準確易讀，而且方便攜帶。</p><p>　　氣象學研究表明，在垂直方向上氣壓隨高度增加而降低。例如在低層，每上升100m氣壓便降低10hPa；在5～6km的高空，高度每增加10

24、0m，氣壓便會降低7hPa；而當高度進一步增加時，即到9～10km的高空之后，高度每增加100m，氣壓便會降低5hPa；同樣，若空氣中有下降氣流時，氣壓會增加；若空氣中有上升氣流時，作用于空氣柱底部的氣壓就會減小。一般把作用于單位面積上空氣柱的重量稱為大氣壓力。</p><p>　　數字氣壓計大量應用在各種工礦企業(yè)、野外作業(yè)、以及各消費類電子產品等中，需求極為廣泛。本文著重介紹數字氣壓計在汽車胎壓方面的應用。&l

25、t;/p><p>　　我設計的是一種基于單片機的數字氣壓計的設計，主要針對的是汽車輪胎胎壓計的設計。汽車輪胎胎壓計是通過氣壓傳感器獲得與汽車輪胎胎壓相對應的模擬電壓值，并經過A／D變換輸入到單片機中進行分析處理，從而實時顯示相應的氣壓值。由于使用胎壓計有一定的參數要求，所以設計數字氣壓計時要仔細了解這些參數以防由于使用不當而損壞胎壓計。汽車輪胎胎壓計采用高性能絕對壓力傳感器，屏幕顯示出高準確度的汽車輪胎胎壓，實現(xiàn)了對

26、輪胎壓力的實時監(jiān)測。當汽車輪胎壓力處于非正常運行狀態(tài)時，即通過報警電路來通知駕駛員注意控制輪胎爆胎發(fā)生，以便達到安全駕駛的目的。</p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p><p>　　隨著社會經濟的高速發(fā)展，高速公路網的蓬勃興起，以及交通的日趨發(fā)達，車輛行駛速度的不斷攀升，交通隱患的防范問題已迫在眉睫。因汽車輪胎漏氣和爆炸等原因造成的交通事故，大

27、多都是由輪胎的工作溫度過高或者不合理胎壓引起的。研究汽車輪胎胎壓計，對現(xiàn)代汽車行駛時的安全性、經濟性和操縱穩(wěn)定性具有尤為重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　現(xiàn)如今，人們對駕駛過程中的安全性與舒適性的追求越來越高，隨車攜帶的數字氣壓計可以保證人們安全的行駛，有效地降低由于爆胎而導致的交通事故發(fā)生的概率。而服務商所要做的就是提供一種物美價廉的數字氣壓計，以滿足有車一族的需要。</p><p>

28、;　　本課題設計充分利用了BMP085芯片的功能，它不僅滿足數字氣壓計采集、控制和數據處理的需要，而且還可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力。同時，由于大量的工作由單片機軟件來實現(xiàn)，簡化了設計電路，而且調整方便、可兼顧的指標多，從而大大降低了成本。另外，作為一種功能強大的平臺，該數字氣壓計具有很好的功能擴展性，具有精度高、穩(wěn)定性好、功能易于擴展等優(yōu)點，為儀器及電子產品設計后續(xù)技術升級，以進一步滿足市場的需要提供了條件。</p>

29、<p>　　1.3 國內外相關技術概況</p><p>　　1.3.1 氣壓計技術概況</p><p>　　目前國際國內很多公司都推出了其數字氣壓傳感器，如摩托羅拉公司的MPX4105和Intersema公司的MS5534b另外還有華普微電子的HP03系列數字氣壓傳感器、BOCSH的BPM085系列數字氣壓傳感器。眾多數字氣壓傳感器的出現(xiàn)使得多樣化的數字化氣壓測量裝置、用品大

30、量出現(xiàn)，并越來越普及，精度也越來越高。數字氣壓計一般不會只有測量氣壓一種功能，一般都有其他的功能，比如測溫度、指南針、碼表等等的功能。本課題研究所用的氣壓計就附帶有溫度測控。</p><p>　　目前各國研制的輪胎氣壓報警系統(tǒng)主要分為兩種類型：一種是間接式，它通過汽車ABS(防抱制動系統(tǒng))的輪速傳感器及輪胎的力學模型，間接求出輪胎氣壓，以達到監(jiān)視輪胎氣壓的目地；另一種是直接式，它利用安裝在每一個輪胎里的以鋰離子電

31、池為電源的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并通過無線調制發(fā)射到安裝在駕駛臺的監(jiān)視器上，而監(jiān)視器隨時顯示各種輪胎氣壓，駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓狀況，當輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統(tǒng)就會自動報警，確保行車安全。市場研究的預測表明，直接系統(tǒng)技術將成為主流技術。</p><p>　　汽車高速行駛中，由于輪胎的壓力不正常而造成爆胎是駕駛員難以預防的，也是突發(fā)性和惡性交通事故發(fā)生的重要原因。引起輪胎漏氣和爆胎的原因主

32、要有：(1)輪胎工作溫度過高；(2)輪胎氣壓過大；(3)輪胎使用時間過長；(4)輪胎負荷過大；(5)汽車行駛速度過快。為使汽車能夠處于安全的駕駛狀態(tài)，駕駛者必須在行車過程中實時了解輪胎的超壓、欠壓、溫度等工作狀態(tài)，我們設計的基于單片機的汽車輪胎胎壓計具有以下的功能：(1)實時監(jiān)測輪胎的壓力情況及溫度；(2)當某個輪胎處于欠壓狀態(tài)時，相應的欠壓報警指示燈亮。當汽車輪胎壓力處于非正常狀態(tài)運行時，通過報警來通知駕駛員，控制輪胎爆胎發(fā)生，以達到

33、安全駕駛的目的。</p><p>　　1.3.2 國內外相關技術</p><p>　　對輪胎爆胎進行預警是保障汽車安全行駛的關鍵所在，已成為汽車行業(yè)研究的熱點問題。在輪胎爆胎預警系統(tǒng)及相關技術的研究方面，美國、日本、德國、法國、英國在近幾年都取得了突破性的進展，形成了性能和功能完善的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)產品。從近年發(fā)布的世界新車資料來看，林肯大陸、奔馳、寶馬、標志、道奇等中高檔車均安裝了輪胎

34、壓力監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測汽車行駛過程中輪胎氣壓，車內主控機板顯示模塊實時顯示輪胎氣壓狀態(tài)。</p><p>　　據中國汽車工業(yè)協(xié)會相關市場調查表明，國內輪胎爆胎預警系統(tǒng)的相關產品有推出，但都是技術性能不甚完善簡易系統(tǒng)產品，存在以下缺點：①系統(tǒng)工作壽命極短；②系統(tǒng)在低溫或高溫環(huán)境下失效；③工作可靠性較差。而性能可靠、功能完善、技術成熟的產品均是一些國外知名公司的品牌產品，但價格較為昂貴。因此，研制性能可靠、功能完善并

35、且價格能為當前多數國內消費者所接受的輪胎爆胎預警技術產品很有必要。國內汽車行業(yè)正迫切需求成熟的輪胎爆胎預警系統(tǒng)及產品的投放市場以解決因輪胎爆胎而引起的行駛安全性問題。</p><p>　　1.4 本課題的重點及難點</p><p>　　本課題的重點及難點就是對整體設計方案的選擇和各硬件模塊的選擇，具體表現(xiàn)為整個系統(tǒng)總共包含幾個模塊，對氣壓傳感器、A/D轉換器等的選擇，還有就是怎樣通過氣壓

36、傳感器對氣壓信號的采集、控制、放大等處理完成氣壓參數的自動獲取，以及進行數字顯示等等。</p><p>　　1.5 本課題相關理論及西安地區(qū)大氣壓</p><p>　　在設計電子氣壓計之前首先要搞清楚氣壓的定義。氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力，即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。氣壓以百帕（hPa）為單位，取一位小數。國際制單位：帕斯卡，簡稱帕，符號是Pa。常用單位：

37、標準大氣壓。表示氣壓的單位，習慣上常用水銀柱高度。例如，一個標準大氣壓等于760毫米高的水銀柱的重量，它相當于一平方厘米面積上承受1.0336公斤重的大氣壓力。由于各國所用的重量和長度單位不同，因而氣壓單位也不統(tǒng)一，這不便于對全球的氣壓進行比較分析。因此，國際上統(tǒng)一規(guī)定用＂百帕＂作為氣壓單位。經過換算：</p><p>　　一個標準大氣壓＝1013百帕（毫巴）</p><p>　　1毫米水

38、銀(汞柱）柱高＝4/3百帕（毫巴）</p><p>　　1個標準大氣壓＝760mm水銀(汞柱）柱高。</p><p>　　氣壓產生的原因：從分子動理論可知，氣體的壓強是大量分子頻繁地碰撞容器壁而產生的。單個分子對容器壁的碰撞時間極短，作用是不連續(xù)的，但大量分子頻繁的碰撞器壁，對器壁的作用力是持續(xù)的、均勻的，這個壓力與器壁面積的比值就是壓強大小。</p><p>　　

39、影響壓強的因素：氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度 、大氣密度等有關，一般隨高度升高按指數律遞減。氣壓有日變化和年變化。一年之中，冬季比夏季氣壓高。一天中，氣壓有一個最高值、一個最低值，分別出現(xiàn)在9～10時和15～16時，還有一個次高值和一個次低值，分別出現(xiàn)在21～22時和3～4時。氣壓日變化幅度較小，一般為0.1～0.4千帕，并隨緯度增高而減小。氣壓變化與風、天氣的好壞等關系密切，因而是重要氣象因子。通常所用的氣壓單位有帕(Pa)、毫米水

40、銀柱高(mm·Hg)、毫巴(mb)。它們之間的換算關系為：100帕＝1毫巴≈3／4毫米水銀柱高。氣象觀測中常用的測量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計。溫度為0℃時760毫米垂直水銀柱高的壓力,標準大氣壓最先由意大利科學家托里拆利測出。</p><p>　　大氣壓強隨高度升高而降低 在海拔2000米范圍內.海拔每升高12m降低一個毫米汞柱。</p><p>　　西安市平均

41、海拔高度：397米.大氣壓力：冬季：734 毫米汞柱，夏季718毫米汞柱 。</p><p>　　由公式：1毫米汞柱=0.133千帕 </p><p>　　可得： 7340.133=97.622kpa</p><p>　　7180.133=95.494kpa</p><p>　　所以可得，西安地區(qū)大致氣壓范圍在95.494—97.622之間。

42、</p><p>　　第 2 章 系統(tǒng)總體設計</p><p>　　2.1 氣壓計結構</p><p>　　本文研究的氣壓計結構如圖2.1所示。其中氣壓傳感器用來將被測氣壓轉換為電壓信號；用Ｖ／Ｆ轉換器則可把氣壓傳感器輸出的電壓信號轉換成具有一定頻率的脈沖信號；以便用單片機接收該脈沖信號，并根據單位時間內得到的脈沖數，依據電壓與頻率的線性關系式計算出所對應的氣壓

43、值，最后在單片機控制下由ＬＥＤ顯示出來。</p><p>　　本氣壓計能夠在氣壓傳感器的線性范圍內準確測量相應氣壓值。需要說明的是，其測量值是絕對氣壓值。本文研究的氣壓計BMP085的技術指標如下。</p><p>　　壓力范圍：300—1100hPa（海拔9000米—-500米）電源電壓：1.8V—3.6V（VDDA）</p><p>　　1.62V—3.6V（

44、VDDD）</p><p>　　LCC8封裝： 無鉛陶瓷載體封裝（LCC）</p><p>　　尺 寸： 5.0mmx5.01.2mm</p><p>　　低功耗： 5μA 在標準模式</p><p>　　高精度： 低功耗模式下，分辨率為0.06hPa（0.5米）</p><p>　　高線性模式下，分辨率為0.03hP

45、a（0.25米）</p><p>　　含溫度輸出 C接口 溫度補償</p><p>　　無鉛，符合RoHS規(guī)范， MSL 1 </p><p>　　反應時間：7.5ms 待機電流：0.1µA</p><p><b>　　無需外部時鐘電路</b></p><p>　　圖

46、2.1 氣壓計結構</p><p><b>　　2.2 設計方案</b></p><p>　　2.2.1 方案一</p><p>　　采用單片機主控，通過壓力傳感器、A/D轉換采集數據信息，經過含有單片機的檢測系統(tǒng)檢測，將結果傳送到單片機控制的主控器，數據通過顯示器顯示。原理框圖如圖2.2所示。</p><p>　　

47、圖2.2 設計方案一</p><p>　　2.2.2 方案二</p><p>　　采用集成的單片機主控，通過壓力傳感器將氣壓信號送入帶A/D轉換的單片機中，以及在相關模擬分立元件的輔助下進行A/D轉換以及其它的數據處理，將處理的結果送顯示部分進行顯示。原理框圖如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 設計方案二</p><p>　　綜

48、上所述，方案一電路雖然與方案二類似，都較方案二調整方便、可兼顧的指標多，但方案一利用PC機平臺實現(xiàn)軟件操作，在操作運行復雜，并且性價較低，因此耗費較大，所以在實際應用中一般不用，所以我們選擇第二種方案。</p><p>　　設計51單片機數字氣壓計系統(tǒng)時，需要考慮下面4個方面的內容。</p><p>　　·選擇合適的氣壓傳感器芯片，這要根據實際需要以及各種氣壓傳感器的性能參數來決

49、定。</p><p>　　·選擇合適的A/D轉換器件，它的作用是將氣壓傳感器輸出的模擬電流或電壓信號轉換為數字信號。</p><p>　　·設計單片機和A/D轉換器件的接口電路。</p><p>　　·實現(xiàn)氣壓信息采集并輸出的軟件設計。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)總體結構</p><p

50、>　　本系統(tǒng)的總體結構框圖如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 系統(tǒng)總體結構</p><p>　　由圖2.4可知，整個系統(tǒng)的工作流程如下。</p><p>　　測量前先為各功能模塊初始化，測量時被測氣壓由氣壓傳感器轉換為模擬的電壓輸出，此輸出信號不能直接交由單片機處理。因此，需要經過V/F轉換模塊把氣壓傳感器輸出的模擬電壓信號轉換為數字脈沖（其頻率隨

51、輸入電壓呈線性變化）。 通過單片機接收該脈沖信號，得到單位時間內獲得的脈沖數，依據電壓與頻率的線性關系式計算出所對應的實際氣壓值，最后通過數碼管顯示電路顯示給用戶。如果該氣壓值不在預設值范圍之內，則傳送一個脈沖信號給單片機控制蜂鳴器報警，提示用戶氣壓出現(xiàn)異常。</p><p>　　2.4 系統(tǒng)各功能模塊</p><p>　　2.4.1 初始化模塊</p><p>

52、;　　1）LCD1602的初始化</p><p>　　1602 一般初始化（復位）過程</p><p><b>　　延時 15ms</b></p><p>　　寫指令 38H （不檢測忙信號）</p><p><b>　　延時 5ms </b></p><p>　　寫指令 3

53、8H （不檢測忙信號）</p><p><b>　　延時 5ms</b></p><p>　　寫指令 38H （不檢測忙信號）</p><p>　　以后每次寫指令、讀 寫數據操作均需要檢測忙信號</p><p>　　寫指令38H ：顯示模式設置</p><p>　　寫指令 08H：顯示關閉<

54、/p><p>　　寫指令 01H：顯示清屏</p><p>　　寫指令 06H：顯示光標移動設置</p><p>　　寫指令 0CH：顯示開及光標設置</p><p>　　LCD1602由程序實現(xiàn)軟初始化，部分程序如下：</p><p>　　void InitLcd();

55、 //初始化lcd1602</p><p>　　void WriteDataLCM(uchar dataW);</p><p>　　void WriteCommandLCM(uchar CMD,uchar Attribc);</p><p>　　void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData);</p>

56、<p>　　void conversion(long temp_data);</p><p>　　void Single_Write(uchar SlaveAddress,uchar REG_Address,uchar REG_data); //單個寫入數據</p><p>　　uchar Single_Read(uchar REG_Address);

57、 //單個讀取內部寄存器數據</p><p>　　void Multiple_Read(uchar,uchar); //連續(xù)的讀取內部寄存器數據</p><p>　　2）氣壓傳感器的初始化</p><p>　　初始化BMP085，單片

58、機開機進行自檢，檢查各硬件連接狀況，利用蜂鳴器來判斷各個模塊狀況。其初始化程序如下：</p><p>　　void bmp085Calibration()//BMP085初始化設置；{ ac1 = bmp085ReadInt(0xAA); ac2 = bmp085ReadInt(0xAC); ac3 = bmp085ReadInt(0xAE); ac4 = bmp085R

59、eadInt(0xB0); ac5 = bmp085ReadInt(0xB2); ac6 = bmp085ReadInt(0xB4); b1 = bmp085ReadInt(0xB6); b2 = bmp085ReadInt(0xB8); mb = bmp085ReadInt(0xBA); mc = bmp085ReadInt(0xBC); md = bmp085Re

60、adInt(0xBE);}</p><p>　　2.4.2 數據處理模塊</p><p>　　數據處理模塊主要是對A/D轉換模塊的數據進行多次采集，并且對采集的數據進行處理，此處理過程主要是對采集的數據進行初值定義以及相應的移位處理，并且把處理好的數據送入相應的緩沖區(qū)，為后面的顯示模塊作好準備。</p><p>　　2.4.3 數碼顯示模塊</p>

61、<p>　　本設計是用單片機的P1口連接一個LCD1602液晶顯示屏顯示。通過軟件編碼，顯示當前的溫度和氣壓值。</p><p>　　2.4.4 警報電路模塊</p><p>　　當氣壓傳感器所測到的氣壓值超出預設值范圍時，即給單片機一個脈沖信號，單片機控制蜂鳴器報警。由于受條件所限，本次設計沒法控制氣壓，只能控制溫度，即當傳感器測得溫度值大于30攝氏度時，單片機控制蜂鳴器

62、報警。</p><p>　　2.5 各功能模塊的選擇 </p><p>　　2.5.1 單片機的選擇</p><p>　　方案一：選擇arm系列芯片，arm系列具有低功耗，高性能的優(yōu)點，一個機器周期能處理32位數據，可以使氣壓計的精度更高。</p><p>　　方案二：選擇TI公司的MSP430系列，430現(xiàn)在成為比較主流的單片機，在具有

63、低功耗的五種模式下，還具有一定的計算能力，一般都為16位。</p><p>　　方案三：選擇使用八位處理的51系類單片機。</p><p>　　綜合比較：arm系列雖然處理精度高，但相比較MSP430系列和51系類價格太高?？紤]到我們身處平原地區(qū)，氣壓值浮動較小，不需要精度太高綜合價格，我們最終選擇51系類單片機，采用STC89S52。</p><p>　　2.5.

64、2 氣壓傳感器的選擇</p><p>　　方案一：采用摩托羅拉公司的MPX4105，MPX4105可以產生于所加氣壓呈線性關系的高精度模擬輸出電壓。</p><p>　　方案二：采用BOCSH的BMP085，BMP085是一款高精度、超低能耗的壓力傳感器，可以應用在移動設備中。它的性能卓越，絕對精度最低可以達到0.03hPa，并且耗電極低，只有3µA。BMP085采用強大的8-

65、pin陶瓷無引線芯片承載（LCC）超薄封裝，可以通過I²C總線直接與各種微處理器相連。</p><p>　　綜合考慮，我們選用第二種方案，即BOCSH公司的BPM085。</p><p>　　2.5.3 數碼顯示的選擇</p><p>　　方案一：采用八連排七段數碼管，七段數碼管有共陰和共陽兩種，如用共陽顯示電路需要用74LS47譯碼驅動集成電路，無論共

66、陰還是共陽七段顯示電路，都需要加限流電阻。否則通電后就把數碼管燒壞了。但其價格便宜， 使用簡單。</p><p>　　方案二：采用LCD1602，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊，內含復位電路，具有對比度可調、微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧等特點，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。</p><p>　　綜上考慮，我們選用第

67、二種方案，即用LCD1602作為數碼顯示。</p><p>　　2.5.4 蜂鳴器的選擇</p><p>　　方案一：采用有源蜂鳴器，有源蜂鳴器在工作的時候具有較高的穩(wěn)定性。</p><p>　　方案二：采用無源蜂鳴器。</p><p>　　綜合比較：使用無源蜂鳴器，考慮到板子上的線路布局，使用無源蜂鳴器，在電路上加入一個8550三級管，同

68、樣可以使其更穩(wěn)定。</p><p>　　2.6 系統(tǒng)的配置</p><p>　　我們用AT89S52單片機作為整個系統(tǒng)的核心，氣壓傳感器、LCD1602數碼顯示器、蜂鳴器等為重要組成部分，組成了一個穩(wěn)定的數字氣壓計系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過氣壓傳感器對氣壓信號的采集、控制、放大等處理完成氣壓參數的自動獲取，以及進行數字顯示等等。在此過程中需要利用AT89S52單片機內部的定時器對其進行度量，再使用

69、軟件模塊對其進行處理，即得到了A/D轉換的結果。進行多次A/D轉換后，我們就可以采集到一脈沖序列的數據，對這些數據進行適當的處理，最后通過數碼管顯示電路顯示給用戶，進而達到了我們對整個系統(tǒng)設計的基本要求。</p><p>　　第3章 硬件電路的搭建</p><p><b>　　3.1 單片機</b></p><p>　　單片微型計算機簡稱單

70、片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 20世紀80年代以來，單片機

71、的發(fā)展非常迅速，就通用單片機而言，世界上一些著名的計算機廠家已投入市場的產品就有50多個系列，數百個品種。盡管單片機的品種很多，但是在我國使用的最多的是INTER公司的MCS-51系列單片機，直到現(xiàn)在MCS-51系列單片機仍不失為主流系列。在最近的若干年仍是工業(yè)檢測控制的主角。</p><p>　　MCS-51系列單片機內部包括一個8位CPU，128個字節(jié)RAM，21個特殊功能寄存器，4個8位并行I/O口， 2個

72、16位定時器/計數器，片內集成有4K ROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過4K字節(jié)的小系統(tǒng)。ROM內的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒制的，出廠的8051都是含有特殊用途的單片機。</p><p>　　3.1.1 AT89S52單片機簡介</p><p>　　單片機是把微型計算機主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機，即將運算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲器以及其他一些邏輯

73、部件集成在一個芯片上，故可以把單片機看成是一個不帶外部設備的微型計算機，相當于一個沒有顯示器，沒有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機。其結構如下圖3.1所示。</p><p>　　圖 3.1 單片機結構框圖</p><p>　　AT89S52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的

74、低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S52是一種高效微控制器， AT89S52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案，外形及引腳排列如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 單片機引腳排列圖</p><p>　　3.1.2 AT89S52主要特性</p><p&

75、gt;　　* 與MCS-51 兼容</p><p>　　* 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器</p><p>　　* 壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　* 數據保留時間：10年</p><p>　　* 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　* 三級程序存儲器鎖定</p><p>

76、　　* 128*8位內部RAM</p><p>　　* 32可編程I/O線</p><p>　　3.1.3 AT89S52管腳說明</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口

77、為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流P1口管腳寫入1后，被內部

78、上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲

79、器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部

80、下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。在實際應用中，大多數情況下都使用P3口的第二功能。</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平。</p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸

81、出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指

82、期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p>

83、<p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。</p><p>　　3.1.4 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機的最小系統(tǒng)由復位電路、晶振電路等組成。單片機最小系統(tǒng)的搭建如下圖3.3所示。</p&

84、gt;<p>　　圖3.3 單片機的最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2 氣壓傳感器BMP085</p><p>　　本設計氣壓傳感器采用的是BOCSH公司的BMP085。BMP085是一款高精度、超低能耗的壓力傳感器，可以應用在移動設備中。它的性能卓越，絕對精度最低可以達到0.03hPa，并且耗電極低，只有3µA。BMP085采用強大的8-pin陶瓷無引線芯片承

85、載（LCC）超薄封裝，可以通過I²C總線直接與各種微處理器相連。其引腳分布圖如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 氣壓傳感器BMP085引腳分布</p><p>　　3.2.1 BMP085主要特性</p><p>　　壓力范圍：300—1100hPa（海拔9000米.—-500米）</p><p>　　電源電壓：1.8

86、V—3.6V（VDDA）</p><p>　　1.62V—3.6V（VDDD）</p><p>　　LCC8封裝： 無鉛陶瓷載體封裝（LCC）</p><p>　　尺 寸： 5.0mmx5.01.2mm</p><p>　　低功耗： 5μA 在標準模式</p><p>　　高精度： 低功耗模式下，分辨率為0.06hPa

87、（0.5米）</p><p>　　高線性模式下，分辨率為0.03hPa（0.25米）</p><p>　　含溫度輸出 C接口</p><p>　　溫度補償 MSL 1</p><p>　　無鉛，符合RoHS規(guī)范， </p><p>　　反應時間：7.5ms</p><p>

88、;　　待機電流：0.1µA</p><p><b>　　無需外部時鐘電路</b></p><p>　　3.2.2 BMP085發(fā)送控制命令方式</p><p>　　MCU對BMP085 發(fā)送控制命令的方式如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 BMP085 發(fā)送控制命令的方式圖</p>

89、<p>　　向BMP085 發(fā)送命令的步驟如下： </p><p>　　1）發(fā)送模塊地址+W（表示寫操作），如圖4.5中的0xEE。 </p><p>　　2）發(fā)送寄存器地址(register address)，如圖4.5中的第一個0xF4。</p><p>　　3）發(fā)送寄存器的值(control register data)，如圖4.5中第二個0xF4。

90、</p><p>　　寄存器的值代表BMP085要進行的測量方式。不同的值分別代表，測量溫度；低精度壓力測量；中精度壓力測量；高精度壓力測量。</p><p>　　3.2.3 BMP085讀取數據方式</p><p>　　從BMP085讀取數據的方法如圖3.6 所示。</p><p>　　圖3.6 BMP085讀取數據方式</p>

91、;<p>　　從BMP085 讀取數據的步驟如下。 </p><p>　　1）發(fā)送模塊地址+W（表示寫操作），如圖4.6中的 0xEE。 </p><p>　　2）送寄存器地址(register address)，如圖4.6中的第一個0xF6。 </p><p>　　3）重新開始IIC傳輸（Restart）。</p><p>　

92、　4）發(fā)送模塊地址+R（表示要進行讀操作），如圖4.6中的0xEF。</p><p>　　5）讀取測量值的高8位（MSB）。 </p><p>　　6）讀取測量值的低8位（LSB）。</p><p>　　3.2.4 BMP085 控制程序總結</p><p>　　從圖3.5 與圖3.6可以清楚地看出MCU 控制BMP085的方法，這里再進行

93、一些簡單的概括。其實對 BMP085 的控制可以概括為兩句話：向固定的寄存器（0xF4）寫特定值，從特定的寄存器讀返回值。每次通訊時的Module address 都是一個固定的值，主要是為了符合 IIC協(xié)議。 </p><p>　　1）向固定的寄存器（0xF4）寫特定值</p><p>　　其實就是向0xF4地址寫不同的值從而完成溫度測量或不同的壓力精度的測量。</p>&

94、lt;p>　　2）從特定的寄存器讀返回值</p><p>　　從EEPROM讀取Calibration所需要的數據，共有11個WORD（雙字節(jié)）。</p><p>　　從0xF6，0xF7，0xF8，讀取UT或者UP，具體是UP還是UT要由前面進行的操作決定（進行了溫度轉換就存有溫度數據，進行了壓力轉換就存有壓力數據）。</p><p>　　3.2.5 BM

95、P085電路結構</p><p>　　BMP085電路結構圖如下圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 BMP085電路結構</p><p>　　3.3 LCD數碼顯示</p><p>　　3.3.1 1602字符型LCD簡介</p><p>　　字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式L

96、CD，目前常用，，和行等的模塊。下面以長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 1602字符型液晶顯示器實物圖</p><p>　　3.3.2 1602LCD的基本參數及引腳功能</p><p>　　1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD4

97、4780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 1602LCD尺寸圖</p><p>　　1602LCD主要技術參數：</p><p>　　顯示容量:16×2個字符</p><p>　　芯片工作電壓:4.5—5.5V</p><p>

98、　　工作電流:2.0mA(5.0V)</p><p>　　模塊最佳工作電壓:5.0V</p><p>　　字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm</p><p><b>　　引腳功能說明：</b></p><p>　　1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如

99、表3.1所示。</p><p>　　表3.1 引腳接口說明表</p><p>　　第1腳：VSS為地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。</p&g

100、t;<p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當E端由高電

101、平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。 </p><p>　　第15腳：背光源正極。</p><p>　　第16腳：背光源負極。</p><p>　　3.3.3 1602LCD的時序</p><p>　　與HD44780相兼容的芯片時序表3.2如下。<

102、;/p><p>　　表3.2基本操作時序表</p><p>　　讀寫操作時序如圖3.10和3.11所示。</p><p>　　圖3.10 讀操作時序</p><p>　　圖3.11 寫操作時序</p><p>　　3.3.4 1602電路結構</p><p>　　液晶顯示模塊1602電路結構圖如圖

103、3.12所示。</p><p>　　圖3.12 1602顯示模塊電路圖</p><p><b>　　3.4 蜂鳴器</b></p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩

104、種類型。如下圖3.13所示。</p><p><b>　　圖3.13 蜂鳴器</b></p><p>　　3.5 總體電路顯示</p><p>　　綜上所述，本次設計有單片機最小系統(tǒng)，氣壓傳感器，LCD1602數碼顯示模塊，蜂鳴器報警模塊?？傮w原理圖如下圖3.14所示。</p><p>　　圖3.14 系統(tǒng)總原理圖&l

105、t;/p><p>　　第 4 章 軟件的設計</p><p>　　4.1 應用軟件的介紹</p><p>　　4.1.1 Altium Designer軟件介紹</p><p>　　Altium Designer 提供了唯一一款統(tǒng)一的應用方案，其綜合電子產品一體化開發(fā)所需的所有必須技術和功能。Altium Designer 在單一設計環(huán)境中

106、集成板級和FPGA系統(tǒng)設計、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā)以及PCB版圖設計、編輯和制造。并集成了現(xiàn)代設計數據管理功能,使得Altium Designer成為電子產品開發(fā)的完整解決方案－一個既滿足當前，也滿足未來開發(fā)需求的解決方案。</p><p>　　4.1.2 Keil軟件介紹</p><p>　　Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機

107、廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那

108、么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。</p><p>　　4.1.3 PROTEUS軟件介紹</p><p>　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風

109、標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟

110、件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。</p><p>　　4.2 氣壓與海拔的關系</p><p>　　海拔高

111、度與大氣壓力的關系在大氣物理學里面有明確的定義。根據不同的大氣模型，會有不同的氣壓與海拔的對應關系。</p><p>　　但是看大氣物理學的書比較復雜，所以可以參考公式4.1。就是壓力傳感器測試出來的壓力值，h就是相應的海拔高度。有一點特別需要注意，就是海拔高度與壓力大小的關系受溫度的影響。很多情況下，壓力傳感器芯片的datasheet 會提供壓力與海拔高度的對應關系，也可以用來借鑒。</p>&l

112、t;p>　　（4.1） </p><p><b>　　: 大氣靜壓</b></p><p>　　: 海平面氣壓（相應層下界氣壓），=101325</p><p>　　R： 氣體常數 R=287.05287/k*</p>

113、<p>　　: 海平面高度（相應底層下界高度） =0m</p><p>　?。?自由落體標準加速度 =9.80665m/</p><p>　　: 相應層大氣溫度 =288K=15°c</p><p><b>　　H: 重力勢高度</b></p><p>　　h:我們想得到的高度h</p>