1 引言
壓力測量對實時監(jiān)測和安全生產(chǎn)具有重要的意義,。在工業(yè)生產(chǎn)中,，為了高效,、安全生產(chǎn)，必須有效控制生產(chǎn)過程中的諸如壓力,、流量,、溫度等主要參數(shù)。由于壓力控制在生產(chǎn)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(zhuǎn)化為電信號,，再經(jīng)過OP07運算放大器進行信號放大，送至C805lF020單片機內(nèi)部的高速率12位A／D轉(zhuǎn)換器,，然后將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可以識別的數(shù)字信號,，再經(jīng)單片機轉(zhuǎn)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(tǒng)參數(shù)存儲起來,，以便在系統(tǒng)斷電或復位后，能使其繼續(xù)運行,，增強系統(tǒng)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(tǒng)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(diào)理電路等組成,。
2．1 壓力傳感器信號采集電路
圖2給出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(diào)電壓小,，線性度好的OP07運算放大器：A／D轉(zhuǎn)換模塊采用C8051F020內(nèi)部設置的高速率12位A／D轉(zhuǎn)換器。圖2中OP07的輸出失調(diào)電壓為2 mV,，通過滑動變阻器R8可調(diào)節(jié)輸出失調(diào)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(chǎn)的C805lF020微控制器,。該器件采用獨特的CIP-8051結(jié)構(gòu),，對指令運行實行流水作業(yè),，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(zhuǎn)換器，并帶PGA和模擬多路開關(guān),；②64 K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的Flash存儲器,，其扇區(qū)為512字節(jié)；③兩個12位D／A轉(zhuǎn)換器,，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式,；④工作電壓為2．7～3．6V；⑤用于硬件實現(xiàn)的SPI,，SMBus／I2C和兩個UART串行接口,；⑥片內(nèi)看門狗定時器、VDD監(jiān)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(zhì)用于多路壓力測量儀中,，利用C8051F020單片機的SPI接口，實現(xiàn)單片機與SD卡存儲數(shù)據(jù)的擴展,，并設計了單片機的SD卡驅(qū)動電路．以滿足測量儀對存儲大容量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，還發(fā)送命令,，其傳輸方向是由單片機到SD卡,；D0除了發(fā)送數(shù)據(jù)，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(guān)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HSl2864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(qū)動器／列驅(qū)動器及128x64全點陣液晶顯示器組成,，可完成圖形、漢字和數(shù)據(jù)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(qū)動電源；RS為數(shù)據(jù),，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線DB0～DB7輸出數(shù)據(jù),。
根據(jù)指令的要求及HSl2864的時序,，單片機對HSl2864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(guān)數(shù)據(jù)到液晶上,，必須設計相應的軟件系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集和處理子程序軟件流程,。其中,，系統(tǒng)程序由主程序、數(shù)據(jù)采集子程序,、數(shù)據(jù)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(jié)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(jīng)測試，該系統(tǒng)穩(wěn)定,，功耗低,，實時性好。
5 結(jié)語
設計中,，該測量儀采用了高精度壓力傳感器,、低輸入失調(diào)電壓和線性度好的運算放大器構(gòu)成信號調(diào)理電路，同時還采用了12位高速A/D轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單,，成本低,，性能好。不僅能降低系統(tǒng)成本,，而且因外圍電路簡單,，還可減少干擾。
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