计算机控制技术课程设计-数字液压计的设计.doc
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1、 计算机控制技术计算机控制技术 课课 程程 设设 计计 成绩评定表成绩评定表 设计课题设计课题 : 数字液压计的设计数字液压计的设计 学院名称学院名称 : 专业班级专业班级 : 学生姓名学生姓名 : 学学 号号 : 指导教师指导教师 : 设计地点设计地点 : 设计时间设计时间 : 2011.6.272011.7.2 指导教师意见: 成绩: 签名: 2011 年 7 月 日 计算机控制技术计算机控制技术 课课 程程 设设 计计 成绩评定表成绩评定表 设计课题设计课题 : 数字液压计的设计数字液压计的设计 学院名称学院名称 : 专业班级专业班级 : 学生姓名学生姓名 : 学学 号号 : 指导教师指
2、导教师 : 设计地点设计地点 : 设计时间设计时间 : 2011.6.272011.7.2 计算机控制技术计算机控制技术 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名学生姓名专业班级专业班级学号学号 题题 目目数字气压计设计 课题性质课题性质工程设计课题来源课题来源自拟课题 指导教师指导教师 主要内容主要内容 通过气压传感器 MPX4115 获得与大气压相对应的模拟电压值,并 经过电压/频率(V/F)转换模块转换为数字脉冲,通过单片机接收该脉 冲信号,得到单位时间内获得的脉冲数,依据电压与频率的线性关 系式计算出所对应的实际气压值,最后在单片机的控制下由 LCD 显 示电路显示出实际气压值。 任务要
3、求任务要求 第 1 天:熟悉课程设计任务及要求,针对课题查阅技术资料。 第 2 天:确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论 证,画出方框图,并简述工作原理。 第 3-4 天:按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图, 元件及元件参数选择要有依据,各单元电路的设计要有详细论述。 第 5 天:撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理 流畅、格式规范、方案合理、设计正确,篇幅不少于 5000 字。 主要参主要参 考资料考资料 1 赵建领51 单片机开发与应用技术详解北京:电子工业出版社, 2009 2 熊静琪计算机控制技术北京:电子工业出版社,2003 3 高金源计算机控制技术北
4、京:北京航空航天大学出版社, 2001 4 张晋格计算机控制原理与应用北京:电子工业出版社,1995 审查意见审查意见 系(教研室)主任签字:系(教研室)主任签字: 年年 月月 日日 I 目录目录 引言引言1 1 1.1 课题背景 1 1.2 系统功能 1 2 2 总体设计总体设计方方案案 1 1 2.1 设计整体思想 1 2.2 系统组成框图及工作原理 2 2.21 系统组成框图2 2.22 工作原理:2 2.3 方案设计 3 3 3 硬件电路设计硬件电路设计 3 3 3.1 系统设备选型 3 3.11 芯片 78L05 3 3.12 气压传感器 MPX4115 4 3.13 LM331 转
5、换芯片4 3.14AT89C52 单片机.4 3.15 显示5 3.2 部分系统硬件电路设计 5 3.21 电源模块的原理图5 3.22 气压传感器原理图 .5 3.23 V/F 转换电路原理图6 3.24 显示电路6 4 4 软件设计软件设计 7 7 4.1 单片机实现数字气压计的程序流程 7 4.2 静态显示子程序流程图 8 5 5 总结总结9 9 附录附录1010 系统总原理图系统总原理图1010 参参 考考 文文 献献1111 0 引言引言 1.1 课题背景课题背景 气压计是利用压敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电流或电 压信号,然后再经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备
6、。其中的核心元 件 就是气压传感器,它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等 方面起着重要作用。运用于气压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气 压变化来获 取气压值的。 气象学研究表明,在垂直方向上气压随高度增加而降低。例如在低层,每 上升气压便降低;在的高空,高度每增加 ,气压便会降低;而当高度进一步增加时,即到 的高空之后,高度每增加,气压便会降低;同 样,若空气中有下降 气流时,气压会增加;若空气中有上升气流时,作用于空 气柱底部的气压就会减小。一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压 力。 1.2 系统功能系统功能 该方法通过气压传感器获得与大气压相对应的模拟电压值,
7、并经过 VF 变 换输入到单片机进行处理,从而实时显示相应的气压值。用本文所述的方法制 成的气压计携带方便,操作简单,精确度高,完全符合设计要求。 2 总体设计方案总体设计方案 2.1 设计整体思想设计整体思想 基于 MPX4115 的数字气压计包括软硬件的设计与调试。软件部分通过对 C 语言的学习和对单片机知识的了解,根据系统的特点编写出单片机程序。硬件 1 部分分为四大块,包括大气压的非电信号数据的采集、转换、处理以及显示。 通过对设计的了解,选择适合的器件,画出原理图。 2.2 系统组成框图及工作原理系统组成框图及工作原理 2.212.21 系统组成框图系统组成框图 气压计硬件部分由四部
8、分构成,它们分别是:信息采集模块,数据转换模 块, 信息处理模块和数据显示模块。图 2.1 为系统总框图。 气 压 传 感 器 单 片 机 V/F 传 感 器 LED 显 示 电 源 模 块 图 2.21 系统总框图 2 2.222.22 工作原理工作原理 气压传感器将被测气压转换为电压信号;用转换器则可把气压传感 器输出的电压信号转换成具有一定 频率的脉冲信号;以便用单片机接收该脉冲 信号,并根据单位时间内得到的脉冲数,依据电压与频率的线性关系式计算出 所对应的气压值,最后在单片机控制下由 显示出来。 本气压计能够在气压传感器的线性范围内准确测量相应气压值。需要说明 的是,其测量值是绝对气压
9、值。本文研究的气压计的技术指标如下: 测量范围:; 测量精度:(); 显示精度:,由个段显示实现; 工作温度范围:; 电源电压:15V 2.32.3 方案设计方案设计 被测气压经过传感器转换成电压输出,根据芯片资料,算出输出电压与大 气压的关系:VOUT=5*(0.01P-0.09) 输出电压经过 V/F 转换电路转变为对应电压 fo 的脉冲序列 FO。根据 Vin 和 FO 的对应关系可得:P=(fo/5k+0.09)/0.01=(20fo/k+9) 3 3 硬件电路设计硬件电路设计 3.13.1 系统设备选型系统设备选型 3.113.11 芯片芯片 78L0578L05 因为三端固定集成稳
10、压电路的使用方便,电子制作中经常采用。在实际应 用中,应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器(当然小功率的条件下不 用) 。当稳压管温度过高时,稳压性能将变差,甚至损坏。当制作中需要一个能 输出 1.5A 以上电流的稳压电源,通常采用几块三端稳压电路并联起来,使其最 3 大输出电流为 N 个 1.5A,但应用时需注意:并联使用的集成稳压电路应采用同 一厂家、同一批号的产品,以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的 余量,以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。 3.123.12 气压传感器气压传感器 MPX4115MPX4115 气压传感器在气压计中占据核心位置。设计时可根据
11、测量精度、测量范围、 温度补偿、测量绝对气压值等几个性能指标来选取气压传感器。由于该气压计 显示的是绝对气压值,因而需要选取测量绝对气压值的气压传感器。同时为了 简化电路,提高稳定性和抗干扰能力,要求该气压传感器应带有温度补偿。为 此,选用的气压传感器来测量绝对气压值。 该传感器的温度补偿范围为;压力范围为 ;输出电压信号()范围为 ;测量精度为,同时在 时具有良好的线性,具体输出关系如下: ( ) 式中,是工作电压, 是大气压值,为输出电压。 3.133.13 LM331LM331 转换芯片转换芯片 LM331 是性能价格比比较高的集成芯片。它是当前最简单的一种高精度 V/F 转换器、A/D
12、 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。 3.14AT89C523.14AT89C52 单片机单片机 AT89C52 单片机最为核心的部分是中央处理器 CPU,它由运算器和控制逻辑 构成,其中包括若干特殊功能寄存器。AT89C52 是一款低电压,高性能 CMOS8 位单片机,片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和 128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM ),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易 失性存储技术生产, 兼容标准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中央处理器 4 (CPU)和 Flash 存储单元,功能强大 A
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