基于单片机的简单数字采集系统设计.doc

《基于单片机的简单数字采集系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的简单数字采集系统设计.doc（56页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、XX大学毕业设计（论文）基于单片机的简单数字采集系统设计摘 要数字采集系统简称DAS(Digital Acquisition System),是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。数字采集系统是采集系统中最常见的类型，随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后的一个重要发展的方向。本次设计主要是完成对特定信号（比如温度，流量等等）模拟量的采集，处理以及显示。本设计是基于AT89C51单片机来实现一套多参数采集系统。本系统主要完成数据采集的常规功能，信号经过对应的传感器（比如温度信号就用温度传感器）

2、送入放大电路。微弱信号经过放大以后，再经过I/V变换，A/D转换电路送入单片机进行数据的处理。经单片机处理以后，送入显示系统进行显示。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，从而成为研究瞬间物理过程的有力工具，也是探索科学奥秘的重要手段之一。关键词：单片机；数据采集；I/V变换；A/D转换电路A Simple Digital Acquisition System Design Based On MCUAbstractData Acquisition System refe

3、rred to DAS (Data Acquisition System), refers to the temperature, pressure, flow, displacement, such as simulation of a collection, quantitative converted into digital, so as to provide computer storage, processing, display or print device. Digital Acquisition System Acquisition System is the most c

4、ommon type, with the rapid development of SCM technology, the object through the MCU control has increasingly become an important future development direction. The key is to complete the design of specific signals (such as temperature, flow, etc.) simulation of the collection, processing and display

5、 Design is based on the AT89C51 SCM to achieve a set of multi-parameter acquisition system. This system is mainly to complete the routine data collection function, the corresponding signal through sensors (such as temperature signal using temperature sensors), into the amplifier. After a weak signa

6、l amplification, and then after I / V transformation, A / D converter circuit into the SCM data processing. After dealing with the SCM, into the display system to display it. In the production process, the system can be applied to the production site of the parameters of the collection, monitoring a

7、nd recording, to improve product quality, reduce costs to provide information and means. In scientific research and application of data acquisition system will be a lot of dynamic information, thereby becoming an instant physical processes on a powerful tool, is also exploring scientific mysteries o

8、f one of the important means.Key words:MCU；Digital Acquisition；I/V transform；A/D converter circuit目 录引 言- 1 -第1章 绪论- 2 -1.1 概述- 2 -1.2 课题的总体设计及思路- 2 -1.3 各个环节及实现- 3 -第2章 硬件电路设计- 4 -2.1 单片机主控电路的设计- 4 -2.1.1 主芯片的选择- 4 -2.1.2 X5045芯片简介- 5 -2.1.3 复位电路的设计- 7 -2.1.4 时钟电路的设计- 8 -2.1.5 存储器的分配- 9 -2.2 数字采集的设

9、计- 10 -2.2.1 温度采集模块的设计- 10 -2.2.2 压力采集模块的设计- 12 -2.2.3 流量采集模块的设计- 17 -2.3 显示电路的设计- 19 -2.4 键盘接口电路的设计- 21 -第3章 软件设计- 22 -3.1 主程序流程图- 22 -3.2 中断服务程序的设计- 23 -3.3 按键扫描流程图- 23 -3.4 A/D转换程序- 24 -3.5 X5045程序的设计- 25 -3.5 显示程序流程图- 26 -第4章 调试- 28 -4.1 硬件调试- 28 -4.2 软件调试- 28 -结论与展望- 29 -致 谢- 30 -参考文献- 31 -附录A：

10、总图- 32 -附录B：外文文献- 33 -附录C：主要参考文献及摘要- 38 -附录D：程序清单- 40 - 49 -插图清单图1-1 设计框图 3图2-1 89C51引脚图 4图2-2 X5045管脚图 6图2-3 X5045与单片机连接图 6图2-4 复位电路图 8图2-5 时钟振荡电路 8图2-6 内部数据存储器 9图2-7 数据采集系统的基本组成 10图2-8 DS18B20引脚图 11图2-9 温度采集设计框图 11图2-10 压力采集结构框图 13图2-11 电流电压变换电路 14图2-12 I/V转换电路 15图2-13 放大电路 15图2-14 LM258放大器 16图2-1

11、5 MCP3221与单片机连接图 16图2-16 差压式流量计组成框图 17图2-17 信号调理电路 18图2-18 MCP3221与单片机连接图 19图2-19 LED显示模块 20图2-20 显示驱动模块 21图2-21 键盘接口电路 21图3-1 主程序流程图 22图3-2 定时器中断服务流程图 23图3-3 按键扫描流程图 24图3-4 显示程序流程图 27表格清单表2-1 复位后寄存器状态 7表2-2 内部存储器分配 8表2-3 ZLG7289A引脚说明 20引 言随着科学技术的不断发展，人类社会已步入信息时代，现代仪器仪表以数字化、自动化、智能化等共性技术为特征获得了快速发展。数字

12、采集系统作为仪器仪表也有了很大的发展。随着智能仪器技术的不断的发展成熟，数字采集系统不再是单一的测量工具。从过去的模拟、数字式采集系统到今天的智能化，数字采集系统已经成了工业控制等多个领域内集检测、监控等功能的重要仪表。仪器的数据采集，是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换为数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速地得到广泛应用。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监控和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，从而成为研究瞬间物理过程

13、的有利工具，也是探索科学奥妙的重要手段之一。本设计是为了完成数字采集而设计的。主要是从利用智能仪器的原理、构造方面进行设计。设计的采集系统围绕单片机这个中心进行合理的方案选择，且设计出的采集系统严格符合智能仪器的特点：测量过程的软件控制、数据处理、多功能化。该设计具有的硬件电路简单，软件编程灵活等优点，在数字采集领域有着广泛的应用前景。第1章 绪论1.1 概述在工业控制系统中，除了控制单元和执行单元外，还必须有反馈环节。在反馈环节中，最重要的就是对数据的采集。一般的工业控制中，数据有很多种形式，最常见的有电流，温度，流量，压力，电压等的模拟量、以二进制形式输入的开关量以及以脉冲形式输入的脉冲信

14、号。本文设计一数据采集系统系统，系统以AT89C51单片机为核心，AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和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位中央处理器和Flash存储单元。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，1个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，这给开发带来方便

15、2。1.2 课题的总体设计及思路本次设计的数字采集系统属于单片机控制电路的典型应用，在工业过程控制中有着广泛的应用。用单片机来代替模拟调节器，就构成了微机过程控制系统。控制系统中引入单片机，可以充分利用单片机在对采集数据加以分析并根据所得结果作出逻辑判断等方面的能力，编制出符合某种技术要求的控制程序、管理程序，实现对被控参数的控制与管理。在单片机控制系统中，控制规律是通过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相应的程序即可。本系统以单片机89C51为核心，将传感器得到的微弱电信号，经仪表放大器放大后，送入I/V转换电路，模数转换器，转化结束后，89C51读取转换结果，经程序运算后，转化为可以显示

16、的BCD码，进行实时观察和显示。进行系统设计时应考虑如下问题：(1) 不同的信号要采用不同的传感器；(2) 在把信号送入A/D转换器之前，要先经过放大器，I/V转换电路。因为在A/D转换的时候要求的信号为15V的电压信号，就需要在中间加上放大、I/V转换电路。图1-1是设计的总框图：传感器I/V转换电路放大器放大电路A/D转换单 片 机看门狗数据显示图1-1 设计框图1.3 各个环节及实现(1) 采集环节本环节是对原始数据的采集。原始的信号经过相应的传感器流入整个采集系统中。(2) 数据处理环节信号流经传感器以后，将会经过I/V电路，放大电路以及A/D转换电路，经过一系列处理以后，模拟信号变成

17、数字信号，最终把这个信号传入单片机中，让单片机对数据进行最后的处理。(3) 显示环节经单片机处理后的数据可直接在显示电路上进行显示，以完成整个数字采集的过程。本次设计的显示部分，选择了静态方式来点亮显示器，同时选择用软件的方法来进行译码。第2章 硬件电路设计2.1 单片机主控电路的设计2.1.1 主芯片的选择本次设计所用主要芯片是89C51，现对各组成部分的情况介绍如下：中央处理器，内部数据存储器，内部程序存储器，定时器，串行口，中断控制系统，及时钟电路等等3。89C51单片机主要特性：与MCS-51兼容;4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年全静态工作：0Hz

18、24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器;5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。信号引脚介绍：图2-1 89C51引脚图P0口：P0口是开漏序存储器时作地址的低字节在访问外部数据存储双向口可以写为1使其状态为悬浮用作高阻输入P0也可以在访问外部程器时作数据总线此时通过内部强上拉输出1。P1口：P1口是带内部上拉的双向I/O口向P1口写入1时P1口被内部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出电流。P1口第2功能：T2(P1.0)定时/计数器2的外部计数输入/时钟输

19、出(见可编程输出)。T2EX(P1.1)定时/计数器2重装载控制。P2口：P2口是带内部上拉的双向I/O口向P2口写入1时P2口被内部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流(见DC电气特性)在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和16位地址(MOVXDPTR)此时通过内部强上拉传送1当使用8位寻址方式(MOV Ri)访问外部数据存储器时，P2口发送P2特殊功能寄存器的内容。P3口：P3口是带内部上拉的双向I/O口向P3口写入1时P3口被内部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流(见DC电气特性)P

20、3口还具有以下特殊功能。RXD(P3.0)串行输入口TXD(P3.1)串行输出口INT0(P3.2)外部中断0INT1(P3.3)外部中断T0(P3.4)定时器0外部输入T1(P3.5)定时器1外部输入WR(P3.6)外部数据存储器写信号RD(P3.7)外部数据存储器读信号ALE：地址锁存使能在访问外部存储器时输出脉冲锁存地址的低字节在正常情况ALE输出信号恒定为1/6振荡频率并可用作外部时钟或定时注意每次访问外部数据时一个ALE脉冲将被忽略ALE可以通过置位SFR的auxlilary0禁止置位后ALE只能在执行MOVX指令时被激活。PSEN：程序存储使能当执行外部程序存储器代码时PSEN每个

21、机器周期被激活两次在访问外部数据存储器时PSEN无效访问内部程序存储器时PSEN无效。EA：当此脚为低电平时，对ROM的操作限定在外部程序存储器，而它为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。XTAL1：晶体1反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。XTAL2：晶体2反相振荡放大器输出。2.1.2 X5045芯片简介X5045是一种集看门狗、电压监控和串行EP2ROM三种功能于一身的可编程电路。这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求。X5045中的看门狗对系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过RESET信号向CPU做出

22、反应。X5045提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位,直到电源电压返回到稳定值为止。X5045的存储器与CPU可通过串行通信方式接口，共有4096个位，可以按5128个字节来放置数据。1. 引脚介绍X5045的管脚排列如图2-2所示，它共有8个引脚，各引脚的功能如下：CS：电路选择端，低电平有效；SO：串行数据输出端；SI：串行数据输入端；图2-2 X5045的管脚图SCK：串行时钟输入端；WP：写保护输入端，低电平有效；RESET：复位输出端；2. 上电复位向X5045加电时会激活其内部的上电复位电路，

23、从而使RESET引脚有效。该信号可避免系统微处理器在电压不足或振荡器未稳定的情况下工作。当Vcc超过器件的Vtrip门限值时，电路将在200ms(典型)延时后释放RESET以允许系统开始工作。3. 低电压监视工作时，X5045对Vcc电平进行监测，若电源电压跌落至预置的最小Vtrip以下时， 系统即确认RESET，从而避免微处理器在电源失效或断开的情况下工作。当RESET被确认后，该RESET信号将一直保持有效，直到电压跌到低于1V。而当Vcc返回并超过Vtrip达200ms时，系统重新开始工作。4. 看门狗定时器看门狗定时器的作用是通过监视WDI输入来监视微处理器是否激活。由于微处理器必须周

24、期性的触发CS/WDI引脚以避免RESET信号激活而使电路复位，所以CS/WDI引脚必须在看门狗超时时间终止之前受到由高至低信号的触发。5. X5045与单片机接口电路本设计的单片机主控系统由AT89C51单片机和X5045组成，主控电路图如图2-3所示。X5045的CS脚与单片机的P1.1口相连，SO脚与单片机的P1.2口相连，SCK脚与单片机的P1.3口相连，SI脚与单片机的P1.4口相连。单片机的P1口接的阻排是作为上拉电阻，以保护单片机芯片的。图2-3 X5045引脚图2.1.3 复位电路的设计复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始

25、执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。在振荡器工作时将RST脚保持至少两个机器周期高电平12时钟模式为24个振荡器周期6时钟模式为12振荡器周期可实现复位为了保证上电复位的可靠RST保持高电平的时间至少为振荡器启动时间通常为几个毫秒再加上两个机器周期复位后振荡器以12时钟模式运行当已通过并行编程器设置为6时钟模式时除外。单片机在RESET为高电平控制下，程序计数器（PC）和特殊功能寄存器的复位如表22所示。单片机的复位并不影响芯片内部RAM状态，只要RESET引脚保持高电平，单片机将循环复位。在复位有效

26、期间内，ALEPSEN将输出高电平。表2-1 复位后寄存器状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P30FFHSCON00HIP000000BSBUF不定IE0000000PCON000008051单片机的复位电路有上电复位和手动按钮复位两种形式，RST/VPD端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号称为手动按钮复位。图2-2为兼有上电复位与按钮复位的电路。图中，上电瞬间RST端的电位与Vcc相同，随着电容充电电流

27、的减小，+5V立即加到了RST/VPD端，该高电平使8051复位4。若运行过程中，需要程序从头开始执行，这只需按图2-4中的按钮即可。按下按钮则直接把+5V加到了RST/VPD端从而复位，这称为手动复位。在实际应用系统中，有些外围芯片也需要复位，如果这些复位端的复位电平要求与单片机的要求一致，则可以与之相连。8051复位后，P0P3四个并行接口全为高电平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器状态不确定。本次设计复位电路，如图2-4： 图2-4 复位电路2.1.4 时钟电路的设计时钟电路在单片机系统硬件设计中往往是一个关键的部分，因为晶振体的工作频率很高，设计不当很有可能使其工作时的产生的高频

28、信号对其他电路造成干扰，尤其是对模拟部分如AD转换输入信号的干扰；或者甚至晶振体不工作，导致整个单片机系统无法运行。AT89C51系列单片机的时钟输入接口在其46(EXTAL)和47(XTAL)引脚上(112引角封装)，通常是接一个16M的晶振体。外部振荡器的连接分为串联型，并联型和使用外部有源振荡器3种方式。最后一种的稳定性比较高，适合初学者和使用场合要求严格的情况下使用，在一般场合，我们通常采用前两种的设计方案。这里需要注意的是MC9S12系列单片机专门设计了外部振荡器的连接设置引角PE7(36号)，要求我们在使用串联型电路时将该引角置高，在使用并联型和外部有源振荡器电路时将该引角置低。以

29、下是3种电路的连接方案和相应的PE7引角配置。时钟电路产生与单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作。而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间的关系。 在51芯片内部有一个高增益反向放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端引脚为XTAL2，在芯片的外部通过这两个脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成一个稳定的自激振荡器5。如图2-5：图2-5 时钟振荡电路内部程序存振荡晶体可在1.2MHz12MHz之间选择，电容值无严格要求，但在电容值取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振

30、荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF100pF之间取值，但在60pF70pF时振荡器有较高的频率稳定性。本设计选取晶振为12MHz，电容为30pH。此外设计时钟电路时还应注意以下几点：1.晶振体和单片机引角之间的连线尽量要短，这样可以保证其工作的稳定性和避免晶振体的高频信号过多的干扰周围线路。2.晶振体的下方和周围尽量不要走线，尤其是对信号质量要求高的器件的线路。3.晶振体的周围和下面尽量用地线包围和覆盖，将晶振体的噪声阻挡起来，也防止其他干扰信号进来6。2.1.5 存储器的分配虚拟存储系统的知识，主要是关于 对分页机制以及地址映射的东西，现在来看看如何分配的，在LINUX中我

31、们可以使用MMAP等函数，但是我们使用更多的是malloc，free，以及在C+中的NEW和DELETE。还有一个概念就是交换分区，这个交换分区决定了为多少个进程分配虚拟空间。在实现对虚拟存储器分配的虚拟的分配器时，首先要主要“碎片”，碎片包括内部碎片和外部碎片两种，内部碎片主要来自于对存储器分配的时候由于对齐方式带来的，而外部碎片是因为分配器匹配、合并不合理造成的。存储器匹配可分为：首次匹配、最佳匹配等。分配方式主要有两种，一种是隐式链表分配，一种是显示分配，隐式分配主要是将堆分配为一个链表，为了便于操作，还在链表的头或者尾部加入相关的信息以标示那一块区域被占用了，而哪一块又是空闲的，在尾部

32、加入信息就是为了便于合并。对于JAVA就是采用的这种方式。显示匹配通常将分配的块组织成一个双向的链表，在LINUX中，按照大小一般是2的n此方，将堆分成若干大小的类块，然后根据这些类快为他们分别维持一个双向的链表，然后进行分配合并。在使用malloc和new分配器的时候一定要注意两点，一个是对局部指针要主要，还有一个是要注意内存泄漏。89C51的内部共有256个数据存储器单元，通常把着256个单元按其功能划分为两部分：低128单元和高128单元7。特殊功能寄存器工作寄存器区4组R0-R7位寻址区128位数据缓冲区FFH80H7FH30H2FH20H1FH10H图2-6 内部数据存储器本次设计数

33、据存储器基本分配如下：表2-2 内部存储器分配28H-3FH 堆栈41H-44H显示缓存单元45H-48H设置温度存放单元49H-4CH数据转换结果存放单元 （温度）4DH-50H数据转换结果存放单元 （流量）51H-55H数据转换结果存放单元 （压力）2.2 数字采集的设计数据采集系统是智能仪器中被测对象与微机之间的联系通道，因为微机只能接收数字信号，而被测对象常常是一些非电量，所以，数据采集系统的前一道环节是感受被测对象，并把被测非电量转换为可用电信号的传感器，后一道环节是将模拟电信号转换为数字电信号的数据采集电路。除数字传感器外，大多数传感器都是将模拟量转换为模拟电量，而且这些模拟电量通

34、常不宜直接接数据采集电路进行数字转换，还需要进行适当的信号调理8。因此，一般来说，数据采集系统由传感器、模拟信号调理电路、数据采集电路三部分组成，如图2-4传感器模拟信号调理数据采集电路显示电路图2-7 数据采集系统的基本组成本次设计以温度，流量和压力的采集为例，来介绍简单数字采集系统的工作原理。2.2.1 温度采集模块的设计温度是工业对象中主要的被控参数之一，目前，典型的温度测控系统是由模拟式温度传感器、A/D转换电路和单片机组成。自动化程度和可靠性较高，使用方便，得到了广泛应用。但是由于模拟式温度传感器输出为模拟信号，必须经过A/D转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，使得硬件

35、电路结构复杂，成本较高。而以DS18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，与单片机接口几乎不需要外围元件，使得硬件电路结构简单，广泛使用于距离远，节点分布多的场合9。1.DS18B20简介(1)单总线接口方式：DS18B20与微处理器(如单片机)连接时仅需要一条口线(加上地线)即可实现双向通讯。(2)使用中无需外部器件，以计数器原理工作，直接读出数字量，工作可靠，精度高，且通过编程可实现912位数字读出方式。(3)供电方式可选：可由数据线供电，也可由外部电源供电，电压范围+ 3. 0V + 5. 5V(4)测量范围-55+125，分辨率0.5。(

36、5)可设定非易失的报警上下限阀值，一旦测量温度超过此设定值，即可给出一报警标志。(6)利用每片DS18B20上全球唯一的64bit编码，可轻松组建测量网络10。2.系统组成本系统以DS18B20作为温度传感器，Atmel公司的简化型8051单片机AT89C51作为处理器，配以温度显示和继电器作为温度控制输出单元。整个系统力求结构简单，功能完善。原理框图如图2-1所示。系统工作原理如下：DS18B20进行现场温度测量，将测量数据入AT89C51的P2.0口，经单片机处理后显示温度值。DS18B20的引脚以及与单片机的连接图如2-8所示：图2-8 DS18B20引脚图3.设计框图DS18B20单片

37、机主控系统键盘LED显示看门狗电路图2-9 温度采集设计框图这种方案的优点有：使用DS18B20 数字化温度传感器，实现多路测温，简化了硬件系统，省去了使用模拟传感器要进行放大、A /D转换等工作。由于它的级联功能,可以在单总线上挂靠多个器件，而不必占用多个I/O口，因此使系统更简捷。如果长距离测温，还可以使用它的寄生电源功能，省去一根电源线11。2.2.2 压力采集模块的设计压力测量模块是在利用利用单片机为中心，完成单片机的系统从而构成具有智能测量仪器功能的智能压力测量器。了解了智能仪器特点后，在器材的选择上基本上确定了以单片机AT89C51作为中心芯片，在此基础上扩展、完善其外围系统。1.

38、方案介绍在设计之初,有两种设计方案供选择:1、首先选择传感器MPXM2010接收水泵中的压力信号，压力信号经过放大电路、变送电路转换成为420mA的电流信号。该电流信号I经过放大电路后的信号再经过I/V转换电路后就变成了电压信号U，U经过所选择的ADC0809模/数转换器后变成数字信号送给单片机，再加上显示模块和网络通信模块，这就是方案1的整体思路。2、选择了AK-4标准输出压力传感器接收水泵中的压力信号，压力信号被传感器转变成420mA的电流信号。经过I/V转换电路就变成了电压信号U，进行I/V转换后，选择用放大电路把信号变大，再通过MCP3221模/数转换器把模拟信号变成了数字信号，送给单

39、片机进行处理，在单片机的小系统设计中加上看门狗电路X5045，另外再加上显示和网络通信模块就是方案2的整体思路12。从传感器开始来进行两个方案的比较；方案1选择的是传感器MPXM2010，此传感器的测量范围是010 kPa，精度可达0.01kPa。测量的是水泵中的水压，平均压力要达到MPa级别，故此传感器不能满足要求。另外由于该传感器的输出信号比较小，在硬件连接的时候还要加上放大电路和变送器才能达到要求的420mA的电流信号，这样就增加了硬件电路的复杂性。而AK-4压力传感器的测量范围从00.1MPa到0100MPa的范围都有，所以在选择的时候选择了AK-4压力传感器。对于AK-4压力传感器在

40、以后的章节中将做进一步介绍。A/D转换电路：方案1选择的是ADC0809型号的A/D转换器，该A/D转换芯片为8位模/数转换器，而方案2的MCP3221型号的A/D转换器为12位的模数转化器。虽然两个转换都能完成模/数转换功能，但是在转换精度上方案2有着其显著的优势，所以在选择的时候最终还是选择了MCP3221型号的A/D转换器。另外通过1、2方案的比较，可以明显的看出方案2的优势：传感器接收到信号后，如果直接经过放大电路，那么就有可能存在噪声的干扰，而先经过I/V转换就比直接放大要好了一些，可以有效的滤除噪声信号。在后续电路中，方案2加上了看门狗电路，看门狗电路不但能保护单片机系统，而且它也起到一个锁存器的作用，这样可有有效的提高单片机系统的稳定性。在经过电路的稳定性、便捷性、合理性等综合比较后，最终选择了占有优势的设计方案2。传感器I/V转换电路路A/D转换电路放大电路单片机主控系统LED显示键盘看门狗图2-10 压力采集结构框图2.AK-4标准输出压力传感器AK-4标准输出压力传感器是航天空气动力研究院生产的应变式压力传感器。该压力传感器有以下特点：1、 组合结构，内置放大器，结构简单、紧凑、外形尺寸小2、 零点调整、灵敏度调整（出厂已调好）功能，标准信号输出3、 精度高，性能稳定可靠，量程范围广，安装使用方便4、 适用于各种动