基于AT89C52的数字式压力表设计及实现

基于AT89C52的数字式压力表设计及实现

一 设计要求

数传调据感理0—?10KN ?17mv ?5v 电 ?2000 ?1000 处器理路 电 4.883v 路 A/D4示位LED 显 10v 15v MAX197 如1/2 本数字式压力表传感器能够辨识-10kN到+10kN压力，需设计传感器供电电路，即10V稳压电路。传感器在量程范围内返回-17mV到+17mV电压，以供AD采样电路进行模拟到数字转换，为使原始数据能够达到足够采样精度，需设计调理电路及相应的供电电路。数据处理模块需设计计算机代码及相应的显示模块，如LED，用以用户查看当前的压力信息。

二 器件选型 2.1

传感器

传感器默认为老师指定型号，由于提供了供电管脚及信号管脚，则可对该类传感器进行应用。

2.2 调理电路

调理电路为实现放大及滤波功能，选用AD620及OP07，按照典型电路进行连接。

其中AD620为低成本，高精度的单片仪器放大器，为8引脚SOIC塑封外形，见图1，其主要特点如表1。

表1

供电电源

增益选择

增益范围 1至10k 最大增益误差% 0.7% 带宽 1MHz 功耗 最大650mV -2.3至18V 电阻编程 输入失调电压 最大125uV 输入失调漂移 输入偏置电流 最小共模抑制比 温度范围

93dB -40至85摄氏度 最大1uV/摄氏度 最大20nA

图1 AD620塑封外形 图2 OP07塑封外形

AD620具有高精度(最大非线性度40 ppm)、低失调电压(最大50 μV)和低失调漂移(最大0.6 μV/°C)特性，是电子秤和传感器接口等精密数据采集系统的理想之选。它还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性，使之非常适合ECG和无创血压监测 仪等医疗应用。由于其输入级采用Superβeta处理，因此可以实现最大1.0 nA的低输入偏置电流。AD620在1 kHz时具有9 nV/√Hz的低输入电压噪声，在0.1 Hz至10 Hz频带内的噪声为0.28 μV峰峰值，输入电流噪声为0.1 pA/ √Hz，因而作为前置放大器使用效果很好。同时，AD620的0.01%建立时间为15 μs，非常适合多路复用应用；而且成本很低，足以实现每通道一个仪表放大器的设计。

OP07芯片是一种低噪声，塑封见图2，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为 25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为 300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放 大传感器的微弱信号等方面，以下为其部分特性：

超低偏移： 150μV最大。 低输入偏置电流： 1.8nA 。 低失调电压漂移： 0.5μV/℃ 。 超稳定，时间： 2μV/month

最大高电源电压范围： ±3V至±22V。

2.3 AD模块

模数转换模块选用MAX197进行模数转换，塑封图见图3。

MAX197无需外接元器件就可独立完成A/D转换功能。它可分为内部采样模式和外部采样模式，采样模式由控制寄存器的D5位决定。在内部采样控制模式 (控制位置0)中，由写脉冲启动采样间隔，经过瞬间的采样间隔(芯片时钟为2MHz时，为3ms)，即开始A/D转换。在外部采样模式(D5=1)中，由 两个写脉冲分别

控制采样和A/D转换。在第一个写脉冲出现时，写入ACQMOD为1，开始采样间隔。在第二个写脉冲出现时，写入控制字ACQMOD为 0，MAX197停止采样，开始A/D转换。这两个写脉冲之间的时间间隔为一次采样时间。当一次转换结束后，MAX197相应的INT引脚置低电平，通知 处理器可以读取转换结果。内部采样模式的数据转换时序对于模拟到数字量的转换，时序要求非常严格，由于MAX197的数字信号输出引脚是复用的，要正确读 出转换结果，时序要求尤其重要。在一次采样开始前，可以通过单片机的8位数据线把这些控制字写入MAX197来初始化相应的参数。然后按照一定的时序进行 采样和转换。

图3 MAX197塑封图

对于模拟到数字量的转换，时序要求非常严格，由于MAX197的数字信号输出引脚是复用的，要正确读出转换结果，时序要求尤其重要。在一次采样开始前，可 以通过单片机的8位数据线把这些控制字写入MAX197来初始化相应的参数。然后按照一定的时序进行采样和转换。

图3中HBEN为12位数据高4位或低8位有效控制位，当此位为高时，高4位数据有效，为低时低8位数据有效。可以通过控制这个引脚来读取12位的转换结果。

2.4 数据处理模块

数据处理模块选用AT89C52内核单片机，外围电路选用MAX232实现串口通信，LED用以显示用户期望数据。

AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 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，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有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，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

兼容MCS51指令系统

· 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM · 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM

· 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz · 2个串行中断 · 可编程UART串行通道 · 2个外部中断源 · 共6个中断源 · 2个读写中断口线 · 3级加密位

· 低功耗空闲和掉电模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能

AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 P0 口

P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的

方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口

P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑

门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。

与AT89C52 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）， 参见表1。

Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。 表1.P1.0和P1.1的第二功能

引脚号 功能特性 P1.0 P1.1 P2 口

P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑

门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。

在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX @RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。 Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。 P3 口

T2，时钟输出 T2EX（定时/计数器2）

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