单片机电子压力测量仪的设计
摘 要本文以基于单片机的压力测量系统作为研究对象，设计了一款能够实现压力高精度以及高准确性测量的电子控制系统，实现了0至2kg范围的高精度测量，最小称重精度能够达到1g，并且具有报警功能，当用户设定好压力报警阀值后，如果测量结果超过报警阀值，报警器将立即发出报警信号。本系统选用了市面上常用的AT89C51单片机作为主控芯片，结合了2kg量程的压力传感器，12位分辨率的模数转换器以及液晶屏等，构成了压力测量系统的硬件结构，在软件上通过Keil以及Proteus两款软件对系统进行仿真优化。经过了多次的修改和测试，本系统表现出了非常高的实用价值，如果推向市场，能够大幅度地降低目前相关产品的生产成本。
目 录
一、 引言 1
（一） 电子压力测量技术的发展背景 1
（二） 电子压力测量技术的国内外发展现状 1
（三） 国内外发展现状 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 微处理器的选择 3
（二） AT89C51单片机芯片概述 3
（三） 压力传感器介绍 5
（四） 显示器概述 6
（五） ADC0832模数转换器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 电子压力测量仪的硬件结构框图设计 9
（二） AT89C51单片机最小系统电路设计 9
（三） 压力传感器电路设计 10
（四） ADC0832模数转换器电路设计 11
（五） 显示器与单片机电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） 显示器工作流程设计 14
（三） ADC0832转换流程设计 15
五、 实物安装与调试 17
（一） PCB文件的绘制 17
（二） 器件的焊接 17
（三） 程序的下载 17
总结 18
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
电子压力测量技术的发展背景
压力测量在多个科研生产领域都有着广泛的应用，不仅仅局限于电子秤系统中，根据压力测试的精度，可以将其分为精密压力测试和普通压力测试两个领域，精密压力测试主要用于航空航天、冶金以及其他一些高科技新型技术领域，其压力测试结果往往能够精确到小数点后六位数的精度，这在一些元素测量、精密器件生产中应用非常广泛；普通压力测试的测量结果则没有那么高的精度，最高能够达到小数点后两位，然而这种测量的范围非常大，是精密测量所不可比拟的。压力的精密测量是近些年才发展起来的，它的出现不仅仅是出于人们对它强烈的需求，更重要的是它得益于高精度模数转换器（AD）以及高分辨率压力传感器的出现，压力传感器由于是实现压力转换为电压量的关键部件，它的性能也就主宰了整个测量系统的精度，举个最简单的例子——一个量程为5kg的压力传感器，它输出的模拟电压大小反应了压力大小，即输出0V时代表压力为零，而输出5V时压力为5kg，那么模数转换器在对压力传感器输出的模拟电压值进行采样时，如果使用的是8位的AD，那么其转换量程则为2的8次方，即256，测量的精度为5kg除以256，即压力测量精度最小能够达到19g；而如果采用12位的模数转换器进行电压采样，那么转换量程能够达到2的12次方，即4096，测量精度为5kg除以4096，即测量精度就达到了1.2g，可见模数转换器的位数越高，则压力测试结果的精度就越高，而高分辨率的AD是近几年才发展起来的，它对于集成电路技术、PCB技术以及抗干扰技术都有着极高的要求，因此这也就是精密压力测量近几年才发展起来的原因。纵观压力测量系统的发展线路，如果以控制器作为线索，那么最古老的电子式压力测量系统是由继电器作为主控核心的测量衡器，这种系统的典型特点是体积庞大，显得非常的笨重，由于继电器这种器件非常容易受到外部的干扰，并且系统内部的电子线路错综复杂，因此给故障的排查以及维护带来了诸多困难。当PLC出现后改变了这一现状，这种被称为可编程逻辑器件的控制器将硬件继电器组集成到主板内部，以软件程序的方式去控制继电器的闭合，从而实现复杂的控制功能，电子压力测量仪在采用这种主控核心后，测量性能以及稳定性得到了质的飞跃，完全改变了之前的状态，然而PLC的成本非常高，使得这种压力测量系统造价昂贵。而单片机以及DSP的发展与成熟使得PLC的昂贵成本问题的到了解决，由于单片机的处理速度越来越高，稳定性能不断超赶PLC，其成本却远低于PLC控制器，因此目前许多高性能的压力测量系统开始采用单片机作为主控核心。
电子压力测量技术的国内外发展现状
压力测量系统在国内外都有这广泛的研究，其中精密压力测量系统是全世界的研究重点，主要研究核心问题是提高测量结果的精确度以及准确度，这方面的研究成果将对航空航天、化学工业以及医疗卫生事业有着重要的婢益作用。国内目前对于压力测量技术的研究企业主要集中在东南沿海地区，具统计显示，光广东一省就有三百多家生产和研究压力测量的企业，而这些企业中真正能够自主研发高性能测量系统的企业却不多于五十家，因此技术掌握程度还不是很高；国外对于测压系统的研究起步较早，生产高达6位精度的压力测量系统已经很普遍。
国内外发展现状
本文以基于单片机的电子压力测量仪作为研究对象，讲述了压力测量仪的发展背景、国内外发展现状等内容，并对压力测量仪的硬件以及软件系统进行了全方位的设计，实现了一下功能和指标：
具有0~2kg的压力测量范围；
具有报警功能，当压力测量结果大于报警阀值时，发出报警信号；
报警阀值可通过按键灵活设置；
4、具有液晶显示功能，将测量结果以及报警阀值显示出来。
方案选择及元器件介绍
微处理器的选择
方案一：选择美国ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51作为主控核心，根据ATMEL公司公布的资料显示：在存储器方面，AT89C51内部集成了一个加密型的4k字节容量大小的Flash以及一个128字节的RAM；在外围模块方面，ATMEL设计人员给AT89C51配置了一个性能优秀的UART（通用串口）模块，两个16位的高精度定时器，两个具有外部中断功能的管脚，这些资源使得AT89C51能够被应用于大多数场合，在本本所设计的系统中更能发挥出色的性能。在过往的大学学习中，由于单片机课程主要教授了C51单片机内容，因此根据这些掌握的知识能够轻松的设计51单片机应用系统。另外由于AT89C51单片机采用串口下载程序，无需配置造价昂贵的仿真器或者JTAG口，只需要一根USB转串口的下载线即可烧写程序，大大降低了系统的开发成本。
目 录
一、 引言 1
（一） 电子压力测量技术的发展背景 1
（二） 电子压力测量技术的国内外发展现状 1
（三） 国内外发展现状 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 微处理器的选择 3
（二） AT89C51单片机芯片概述 3
（三） 压力传感器介绍 5
（四） 显示器概述 6
（五） ADC0832模数转换器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 电子压力测量仪的硬件结构框图设计 9
（二） AT89C51单片机最小系统电路设计 9
（三） 压力传感器电路设计 10
（四） ADC0832模数转换器电路设计 11
（五） 显示器与单片机电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） 显示器工作流程设计 14
（三） ADC0832转换流程设计 15
五、 实物安装与调试 17
（一） PCB文件的绘制 17
（二） 器件的焊接 17
（三） 程序的下载 17
总结 18
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
电子压力测量技术的发展背景
压力测量在多个科研生产领域都有着广泛的应用，不仅仅局限于电子秤系统中，根据压力测试的精度，可以将其分为精密压力测试和普通压力测试两个领域，精密压力测试主要用于航空航天、冶金以及其他一些高科技新型技术领域，其压力测试结果往往能够精确到小数点后六位数的精度，这在一些元素测量、精密器件生产中应用非常广泛；普通压力测试的测量结果则没有那么高的精度，最高能够达到小数点后两位，然而这种测量的范围非常大，是精密测量所不可比拟的。压力的精密测量是近些年才发展起来的，它的出现不仅仅是出于人们对它强烈的需求，更重要的是它得益于高精度模数转换器（AD）以及高分辨率压力传感器的出现，压力传感器由于是实现压力转换为电压量的关键部件，它的性能也就主宰了整个测量系统的精度，举个最简单的例子——一个量程为5kg的压力传感器，它输出的模拟电压大小反应了压力大小，即输出0V时代表压力为零，而输出5V时压力为5kg，那么模数转换器在对压力传感器输出的模拟电压值进行采样时，如果使用的是8位的AD，那么其转换量程则为2的8次方，即256，测量的精度为5kg除以256，即压力测量精度最小能够达到19g；而如果采用12位的模数转换器进行电压采样，那么转换量程能够达到2的12次方，即4096，测量精度为5kg除以4096，即测量精度就达到了1.2g，可见模数转换器的位数越高，则压力测试结果的精度就越高，而高分辨率的AD是近几年才发展起来的，它对于集成电路技术、PCB技术以及抗干扰技术都有着极高的要求，因此这也就是精密压力测量近几年才发展起来的原因。纵观压力测量系统的发展线路，如果以控制器作为线索，那么最古老的电子式压力测量系统是由继电器作为主控核心的测量衡器，这种系统的典型特点是体积庞大，显得非常的笨重，由于继电器这种器件非常容易受到外部的干扰，并且系统内部的电子线路错综复杂，因此给故障的排查以及维护带来了诸多困难。当PLC出现后改变了这一现状，这种被称为可编程逻辑器件的控制器将硬件继电器组集成到主板内部，以软件程序的方式去控制继电器的闭合，从而实现复杂的控制功能，电子压力测量仪在采用这种主控核心后，测量性能以及稳定性得到了质的飞跃，完全改变了之前的状态，然而PLC的成本非常高，使得这种压力测量系统造价昂贵。而单片机以及DSP的发展与成熟使得PLC的昂贵成本问题的到了解决，由于单片机的处理速度越来越高，稳定性能不断超赶PLC，其成本却远低于PLC控制器，因此目前许多高性能的压力测量系统开始采用单片机作为主控核心。
电子压力测量技术的国内外发展现状
压力测量系统在国内外都有这广泛的研究，其中精密压力测量系统是全世界的研究重点，主要研究核心问题是提高测量结果的精确度以及准确度，这方面的研究成果将对航空航天、化学工业以及医疗卫生事业有着重要的婢益作用。国内目前对于压力测量技术的研究企业主要集中在东南沿海地区，具统计显示，光广东一省就有三百多家生产和研究压力测量的企业，而这些企业中真正能够自主研发高性能测量系统的企业却不多于五十家，因此技术掌握程度还不是很高；国外对于测压系统的研究起步较早，生产高达6位精度的压力测量系统已经很普遍。
国内外发展现状
本文以基于单片机的电子压力测量仪作为研究对象，讲述了压力测量仪的发展背景、国内外发展现状等内容，并对压力测量仪的硬件以及软件系统进行了全方位的设计，实现了一下功能和指标：
具有0~2kg的压力测量范围；
具有报警功能，当压力测量结果大于报警阀值时，发出报警信号；
报警阀值可通过按键灵活设置；
4、具有液晶显示功能，将测量结果以及报警阀值显示出来。
方案选择及元器件介绍
微处理器的选择
方案一：选择美国ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51作为主控核心，根据ATMEL公司公布的资料显示：在存储器方面，AT89C51内部集成了一个加密型的4k字节容量大小的Flash以及一个128字节的RAM；在外围模块方面，ATMEL设计人员给AT89C51配置了一个性能优秀的UART（通用串口）模块，两个16位的高精度定时器，两个具有外部中断功能的管脚，这些资源使得AT89C51能够被应用于大多数场合，在本本所设计的系统中更能发挥出色的性能。在过往的大学学习中，由于单片机课程主要教授了C51单片机内容，因此根据这些掌握的知识能够轻松的设计51单片机应用系统。另外由于AT89C51单片机采用串口下载程序，无需配置造价昂贵的仿真器或者JTAG口，只需要一根USB转串口的下载线即可烧写程序，大大降低了系统的开发成本。
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