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1 引言 壓力測量對實時監測和安全生產具有重要的意義。在工業生產中，為了高效、安全生產，必須有效控制生產過程中的諸如壓力、流量、溫度等主要參數。由于壓力控制在生產過程中起著決定性的安全作用，因此有必要準確測量壓力。為了測到不同位置的壓力值，研制了基于C8051F020單片機的測量儀。通過壓力傳感器將需要測量的位置的壓力信號轉化為電信號，再經過OP07運算放大器進行信號放大，送至C805lF020單片機內部的高速率12位A／D轉換器，然后將模擬信號轉換成單片機可以識別的數字信號，再經單片機轉換成液晶顯示器可以識別的信息，最后顯示輸出。與此同時，可以利用SD卡存儲器將各通道設定的壓力值、系統參數存儲起來，以便在系統斷電或復位后，能使其繼續運行，增強系統的抗干擾性能。 2 硬件電路 圖l給出多路壓力測量儀的系統框圖。其硬件部分主要由壓力傳感器、C8051F020單片機、SD卡存儲器、液晶顯示器、鍵盤及信號調理電路等組成。 2．1 壓力傳感器信號采集電路 圖2給卅壓力傳感器信號采集電路。它選用了測量范圍廣，精度較高，性能價格比好的電阻應變式壓力傳感器；信號放大部分采用功耗低，輸入失調電壓小，線性度好的OP07運算放大器：A／D轉換模塊采用C8051F020內部設置的高速率12位A／D轉換器。圖2中OP07的輸出失調電壓為2 mV，通過滑動變阻器R8可調節輸出失調電壓的大小。 2．2 單片機處理電路 單片機處理電路是測量儀的核心。在此采用美國Cygnal公司生產的C805lF020微控制器。該器件采用獨特的CIP-8051結構，對指令運行實行流水作業，大大提高了指令的運行速度，可在25 MHz時鐘頻率下提供高達25 MI／s的輸出，并具有下述獨特功能：①真正12位、100 Ks／s的8通道A／D轉換器，并帶PGA和模擬多路開關；②64 K字節可在系統編程的Flash存儲器，其扇區為512字節；③兩個12位D／A轉換器，具有可編程數據更新方式；④工作電壓為2．7～3．6V；⑤用于硬件實現的SPI，SMBus／I2C和兩個UART串行接口；⑥片內看門狗定時器、VDD監視器和溫度傳感器。 2．3 SD卡存儲電路 將SD卡作為外部掉電存儲介質用于多路壓力測量儀中，利用C8051F020單片機的SPI接口，實現單片機與SD卡存儲數據的擴展，并設計了單片機的SD卡驅動電路．以滿足測量儀對存儲大容量數據的要求。SD卡的工作模式有SD模式和SPI模式兩種。在此，多路壓力測量儀選用SD卡．且工作在SPI模式下。表1給出SD卡各引腳功能定義。圖3給出SD卡與單片機的連接電路。其中，CS是SD卡的片選線，在SPI模式下，CS必須保持低電平有效；DI不但傳輸數據，還發送命令，其傳輸方向是由單片機到SD卡；D0除了發送數據，還傳送應答信號，其傳輸方向是由SD卡到單片機；SCLK是操作SD卡的時鐘線。相應地將C805lF020的交叉開關配置成SPI模式，與SD卡所對應的引腳連接，并針對SPI總線電路設計了上拉電阻。 2．4 液晶顯示電路 液晶顯示模塊選用HS12864圖形點陣液晶顯示器。圖4給出它與C8051F020單片機的連接電路。主要由行驅動器／列驅動器及128x64全點陣液晶顯示器組成，可完成圖形、漢字和數據的顯示。圖4中CSl為片選1；CS2為片選2；GND為電源地；VCC為電源正；VO為液晶顯示驅動電源；RS為數據，指令選擇信號；R／W為讀／寫選擇信號；E為使能信號；DBO～DB7為數據總線；A為背光電壓正：K為背光電壓負：RST為復位信號；VOUT為負電壓輸出。必須在使能線E為低時，改變控制線R／W，CSl，CS2，RS；在使能線E為高時，不能改變控制線R／W，CSl，CS2，RS；但可以從數據線DB0～DB7輸出數據。 根據指令的要求及HS12864的時序，單片機對HS12864的訪問方式有直接訪問方式和間接訪問方式兩種。前者，無需輔助器件即可控制液晶顯示器的顯示；后者，則需要加一些輔助器件才可控制液晶顯示器的顯示。在此，采用直接訪問方式對液晶進行操作。 3 軟件設計 為了使測量儀獲得測量壓力值并顯示相關數據到液晶上，必須設計相應的軟件系統來支持硬件電路。在此，采用Keil C軟件編程進行測量儀軟件的設計。圖5給出具體的單片機數據采集和處理子程序軟件流程。其中，系統程序由主程序、數據采集子程序、數據處理子程序、中斷子程序、顯示子程序及存儲子程序等組成。 主程序代碼如下： 4 測試結果 在完成測試儀硬件電路的設計后．需要通過單片機編程器將設計的軟件程序下載到單片機中，這樣就制成了多路壓力測量儀。將壓力傳感器連接到待測位置后，即可通過液晶顯示器看出各測點的壓力變化情況。經測試，該系統穩定，功耗低，實時性好。 5 結語 設計中，該測量儀采用了高精度壓力傳感器、低輸入失調電壓和線性度好的運算放大器構成信號調理電路，同時還采用了12位高速A/D轉換采集模塊。因此，采用它可提高測量精度，滿足用戶需要。此外，由于該測量儀采用了功能強大的C8051F020單片機作為控制核心，因此電路結構簡單，成本低，性能好。不僅能降低系統成本，而且因外圍電路簡單，還可減少干擾。 |
