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1、单片机的数字气压计的设计与实现数字气压计的重要组成局部是压敏元件。压敏元件可以将数字气压计需要测量的气 压转化成为一种电流或者是一种电压信号。此时形成的电流或者电压信号具有容易传 输、容易检测的特点。之后，经过后续电路处理这种电流或者是电压信号，它就可以显 示在数字气压计的屏幕上。这就是数字气压计的电流传输、处理、显示与读数过程。在 数字气压计中，气压传感器起着决定性的作用。数字气压计的设计与实现是一个复杂而繁琐的过程。它的设计需要硬件与软件二者相 结合，再经过系统的仿真调试得以实现。气压传感器起着关键性、决定性的作用。本设 计中我们将采用型号为MPX4105的传感器。通过此型号的传感器测出相
2、对应的具有模拟 性的电压值，之后通过电压/频率(V/F)变换手段将其电压值输入到单片机进展处理， 显示出相对应的气压值。本设计的总体目标是将大学三年多所学的专业知识运用到实践 当中去。在这次设计中可以实现数字气压计系统的所有特性。关键词：压敏元件数字气压计单片机气压传感器The Des i gn and Imp Iementat i on of Digital Barometer Base onSingle Ch i p M i crocomputerAbstract：Digital barometer is a device that makes full use of pressure s
3、ensitive components, which can make the tested pressure change into current or voltage signal easily. At the same time, pressure sensors is the core component for barometer.The ariticle introduces a excellent way that illustrated digital precisionbarometer can obtain the function of soft and hardwar
4、e at the same time. The air2硬件电路设计2.1气压传感和电压/频率V/F）转换电路局部在系统设计元器件的选择中，我们选择了基于MPX4105的气压传感器。气压传感器 在数字气压计中起着至关重要的作用。MPX4150的引脚分布如图2. 1T所示：MPX4150不图MPX4105的引脚分布图如很清楚的看到，此图有六个引脚组成。1脚为电压输出脚，2脚L.4脚、5脚及6脚这三脚都应用与内部连接。1 2 3 4 5 6在系统设计总体中我们已VOUTGNDVCC NC NC NC是型号为LM331的转换器。这种转换器是一种高精度的转换芯片。LM331转换器的引脚分布如图2. 1
5、-2所示：CORefCFOADC0832vccCmpI n图2. 1-2 ADC0832引脚分布图LM331的引脚图如上图2. 1.2所示。在图中很清楚的看到，此图有六个引脚组成。1 脚为电流输出脚，简称CO。2脚对比复杂，是通过组合得来的，转换增益方面效果明显, 简称REFC。3脚为前述提到过的脉冲序列的输出脚，简称F0,在后章节的公式中以简称 F0出现。4脚和上述MPX4105的2脚作用一样，都是接地端。5脚为组容式网络引脚。6 脚用来与7脚作相对应的对比。芯片内部的电压会自动在6、7脚中作对比。8脚在540V的输入电压内工作，简称VCC。与前述MPX4105的3脚作用一样，单电源、双电源
6、 都可供电。MC78L05三端稳压器：三端稳压器的作用是稳定这个系统的电源电压。在整个系统中，系统所需的电源+5V 供电。而三端稳压器正好拥有这项特性。解决了基于MPX1045的气压传感器、单片机提 供+5V电压的不匹配难题。本试验采用的是摩托罗拉公司的三端低电流线性稳压芯片MC78L05无需外部元器件的处理，有+5V的固定电压输出，热过载保护和内部短路电路限制是它的最优功能。MC78L05三端稳压器的引脚分布如图2. 1-3所示： MC78L057Vout GND Vin图2. 1-3 MC78L05引脚分布图MC78L05的引脚图如上图2. 1-3所示。在图中很清楚的看到，此图有三个引脚组
7、成。 分别是1脚，有+5V固定电压输出的脚,简称Vouto 2脚和LM331的4脚、MPX4105的2 脚作用一样。3脚简称Vin,是电压输入脚。数字气压计的硬件电路组成，包括四个元器件。它们是上述选择的元器件：气压传 感器、V/F转换电路、单片机电路和电源电路。气压传感和电压/频率1V/F)转换电路的原理图如图2. 1 -4所示：图2. 1-4基于MPX4105的数字胎压计系统气压传感及V/F转换电路原理图图2. 1-4中，基于MPX4105的气压传感器用U3所代表，它的工作电压在前面章节已 经得出。电压输出脚Vin将输送电压到基于LM331电压/频率的转换电路中。其中U2代 表基于LM33
8、1电压/频率的转换电路。+5V输入电压Vin和输出脉冲F0的频率fo的转换关系满足公式(2. 1-1)。Fo=Kvin(2.1-1)其中，&Rs=R2+R3(2. 1-2)2.09 R. RtCt电路中，6.8k。、0. Olpf和100kQ分别是Rt、Ct和RL的典型值。通过公式2. 1-2 中Rs=R2+R3,可以看出R2是一个定值电阻，二者是通过串联组成。在电路中，K的求 解公式中，Rs是未知的。假设要求解K的值，必须先求解出Rs的值。在本试验的计算 中可以改变电阻R3的值，因为R3是一个可变电路。通过改变R3的值调节Rs的阻值大 小。最终求解K值。由于前面章节所述可以得到输入电压Vin
9、的变化时根据大气气压变化而变化的。当 Vin随气压发生变化时，F0的值和K的值随即发生变化。而在试验设计中Vpss的典型值 时4. 590V,由此得出Vin的变化幅度不会太大。所以必须增大K值，才可以提高数字气 压计测量的精准度。2.2单片机电路局部2. 2. 189C52 单片机基于89C52的单机片如以以以下列图2. 2. 1-1所示是由40条引脚构成。可以将这 些引脚分成三个局部。这种分类方法是通过89C52单片机的功能用途来划分的。图2.2. 17 单片机引脚图89C52单机片的引脚图如上图2. 2. 1-1所示。在图中很清楚的看到，此图有40个引 脚组成。其中最为主要的是18、19和
10、40脚。18脚是作用于89c52单片机的的内部，它 在振荡器的反向输出端上作用连接。19脚与18脚一样，也作用于89c52单片机的的内 部，为89c52单片机的时钟控制提供相对应的信号。在上图89C52单机片的引脚图2. 2. 1-1中可以发现，按功能将40个引脚划分为三 个局部。每个局部都存在一个或两个接触口。分别是P0 口、P1 口、P2 口及P3 口。P0 口是一个原码输入口。P0 口输出原码的前提条件是必须先经过flash进展校验。P1 口 是一个被作为第八位地址接收的入口。当89c52单机片输出4TTL门电流，P1 口的缓冲 器都可以将其接收。P2 口也是作为缓冲器可以承受输出的4T
11、TL门电流。当P2 口内部被 拉高时，它将被改写，与P1 口的作用一致，也可以接收第八位地址。P3 口是一个内部 上拉的双向口，这种双向口简称为I/O 口。它是89C52单机片的特殊功能口。它与P2 口的情况相似，也是作为缓冲器可以承受输出的4TTL门电流。当P3 口内部被拉高时， 它将被改写，与P1 口的作用一致。P3 口是一种特殊的功能口。P3 口功能表如下表2. 2. 1-2所示：表2. 2. 27 P3 口功能表P3 口各个位的第二功能P3 口的位第二功能说明P3.0RXD串行数据接收口P3.1TXD串行数据发射口外部中断。输入 外部中断1输入 计数器0计数输入 计数器1计数输入 外部
12、RAM写信号 外部RAM读信号上述2. 2. 1-2表中P3 口的P3. 0为接收口，简称RESETO这是一个复位输入接收口。在P3 口中存在8个引脚。它们的功能与特点也各不一样。例如P3. 1的PSEN,它是 一种选通信号。它只选择外面程序存储器的有效值。当PSEN信号不出现在P3. 1 口处时, 说明此值为无效值。第31引脚简称VPP,在flash编程区间，此引脚也可试用于施加 12V变成电源的引脚。同时，它可以一直保持低电平的状态。第30引脚简称ALE/PR0G, 它可以将输出电平的地址的低位字节存储下来。应用于编程过程中。此引脚的作用是输 入脉冲FOo89C52单片机设计思路图如2.
13、2. 1-3所示：图-3 89c52设计思路电路原理图的制作（附录一）：在总设计方案拟定完成，元器件选择完成及硬件电路设计完成之后，我们可以进展 电路原理图的设计。电路原理图的设计步骤总共分为七个步骤。第一个步骤是设计原理 图的环境。主要是设计原理图的工作环境。图纸的大小设定，模板的设计都为电路原理 图的设计打下根基。第二个步骤是对前面章节选好的元器件进展放置。在图纸上合理的 放置好这些已经选好的元器件也是一件不容易的事情。第三个步骤是原理图的布线工 作。第四个步骤是对已经放置好的元器件进展属性的编辑。第五个步骤是检查设计制作 好的原理图。看看各个元器件的连接是否合理。作出相应的报告，查缺补漏
14、。第六个步 骤是生成网络表。第七个步骤是将原理图进展排版打印。此电路原理图在附录一中显示。印制电路板（PCB）制作（附录二）：印制电路板的设计与制作是非常复杂而繁琐的过程。制作它需要做充分的准备。完 成整个印制电路板的设计需要五个步骤。第一步是检查电气，设计出印制电路板的原理 图。网络表的生成是第一步的关键。第二步电路板的层数、尺寸进展确定。第三步导入第一步的网络表。第四步是制作并完成整个印制电路板，分配好各个元器件在电路板上 的位置。3软件设计3.1 软件开发C语言介绍C语言是本设计中使用的编程语言。在当今单片机的开发过程中，C语言以其方便、 灵活、逻辑性强、易于维护及可移植性好等强有利的优
15、势，占据着单片机开发的主要地 位。在C语言环境下，只需要关心程序的逻辑关系，编译器将完成细节工作。这位快速 开发单片机提供了很好的条件，也缩短了开发单片机的工作量。C语言编译器提供嵌入 式汇编与汇编互调用和汇编级的代码查看等功能，从而解决了单片机的实现细节问题。 在这里主要介绍一下C语言编程与汇编语言编程相比的优势。C语言编程与汇编语言编程相比的优势：编程调试灵活方便。原因在于它是一门高级语言。高级语言的特点是编程方式灵活。 同时，当前所有的单机片都有相应的c语言级别的仿真调试系统，使得它的调试十分方 便。生产代码的编译效率高。在较为复杂的单片机系统中，c语言开发更具有明显优势。 就目前而言，
16、较好的c语言编辑系统的编译效率已经 根本到达中高级程序人员的开发 水平。完全化模块化。函数是c语言的 根本构成单位，其本身就是模块化的开发方式。 程序的模块化可以最大程度实现资源共享，有利于多人协作，进展大系统工程的开发。便于工程维护管理。C语言开发的代码便于开发小组方案工程、灵活管理、分工合 作以及后期维护。根本上可以杜绝因开发人员变化而给工程进度、后期维护或升级所 带来的影响，从而保证了整个系统的高品质。3.2 运用频率计算出气压值信号的变换步骤有如下两步：第一步，基于型号MPX4105的气压传感器，将待测气压转换成为电压输出。输出电 压VOUT和大气压P的关系如下：VOUT=VCC(0.
17、 01P-0. 09)(3. 2-1)这里VCC为+5V,因此可得：V0UT=5x(0. 01P-0. 09)3. 2-2第二步，基于型号MPX4105的气压传感器的输出电压，将VOUT这种输出电压作为Vin 这种输入电压。V/F转换电路，得到对应的频率f。的脉冲序列FO。Vin和FO的这种对 应关系如上一节的式(3. 2-1)所示。综合式(3. 2-1)和式(3.2-2),可得:fo/.K+ 0.09 20 foP=_ZM=3：巴+9(3. 2-3)0.01 K注：V0UT=Vin式(3. 2-3)中，Hz是fo的单位，kPa是压强(P)的单位，V/F是K的转换增益。 在本次试验设计中K的取
18、值我们将定为2000。P是通过上述公式(3. 2-3)编程计算得 到的气压值。3.3 基于单片机设计的程序流程图本试验的程序流程如图3.3-1所示：图3. 3-1单片机实现数字气压计的程序流程图4系统调试与仿真4.1 C语言软件开发系统在本次试验设计中，系统调试采用C语言软件。KEIL-C51是一款兼容单机片C语言 软件发开系统的软件。由于在本设计中运用到了 KEIL-C软件，所以介绍一下KEIL-C的 知识。KEIL-C51标准C编译器提供了 C语言环境，同时它还具备汇编代码高效性、快速 性特点，并据以保存。随着编译器功能的不断增强，在日常生活中我们可以更直接的接 近CPU本身以及它的延伸推
19、广产品。UVision2的集成开发环境中已经完全融入了 C51 系列兼容单片机C语言开发系统。编译器，汇编器。实时操作系统，工程管理器，调试 器是这个集成开发环境包含的内容。uVision2 IDE为它们提供单一而灵活的开发环境。 目前最高效、灵活的开发平台是C51 V7版本。它支持的物品有：8051的衍生推广的所 有产品，所有兼容仿真器的支持，它第三方开发工具的支持。C语言系统开发软件中，最重要的一个环节是工程管理。工程管理也称作“工程。 它集开发工具的选择，源头文件和编程说明组成。在此次试验设计中，我们所取的工程 是uVision2。一个单一的uVision2是由一个目标程序构成，在特殊的
20、情况下uVision2 也可以由多个目标程序构成。它同时包括器件数据库。它为了满足顾客利用特定微控制器的要求，所以自动设置生产汇编器、编译器、连 接定位器以及调试器选项。C语言系统开发软件中，另一个重要的一个环节是源代码的编辑器。在上述uVision2 编辑器的前提条件下，将C语言编程的源代码进展优化。uVision2编辑器的作用表达于 提供了优先、快速的便利条件。再利用源代码编辑器调试程序，提高了检测的速度。在 检查与修改的准确度上得以大幅度提高。C语言系统开发软件中，还存在一个重要的编辑器。这个编辑器就是上述提到的C51 编辑器。它是由微控制器特别设计出来的。C51编辑器的最大优点在于它的
21、扩展功能。 可以让使用者更好的利用所有资源。例如它的储存，中断功能，灵活的指针等功能。我们在本次试验中运用的是C语言软件。它为本次试验测试程序方面打下坚实的根 基。在前述uVision2调试器的跟踪调试下，再依据Shift语言和DDE界面的支持。就可 以自动生成程序测试。方便了试验需求，提高了测试时间。4. 2 PROTEUS软件介绍在本次试验设计系统仿真环节中，我们将采用PROUTEUS软件。这是一款仿真软件, 也称EDA工具。它是一款集电路仿真、PCB设计和虚拟模型仿真等优点为一体的软件。Proteus软件的功能有：原理布图、PCB自动或人工布线和SPICE电路仿真。同时, Proteus
22、软件还具备完善的电路仿真功能。Proteus软件作为被选择软件的一个特点是，它具有混合仿真的特性，可以很有效 地实现数字电路。同时它的仿真显示也是直观显示的，可以生动的将动态器件结合，更 好的显示在数字气压计上。超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真 器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。多样的鼓励源：包括脉冲、分段线性脉冲、直流、正弦、音频、单频FM、指数信号、 数字时钟及码流，还支持文件形式的信号输入。它还有丰富的虚拟仪器，包括了 13中虚拟仪器，例如波器、逻辑分析仪、信号发 生器等，它们的面板操作仿真程
23、度高，为实验设计奠定了良好的根基。为了用于电路的测试，Proteus提供了对比丰富的测试信号。模拟信号是它提供的 常见型号，其次还有数字信号。都为电路测试提供信号。在单片机的电路调试过程中， 系统总体执行效果和对软件的分步调试是Proteus软件提供的两种方法。方法一：是针对总体执行效果。针对总体执行效果的方法，运用起来对比简单。首 先，点击F12快捷键。其次，运用鼠标选择工具栏中的对应工具就可以进展运行方式。方法二：是针对软件的局部调试。第一步点击F10快捷键，进入子程序执行是它的 执行效果。第二步在执行了 start命令后，仿真中所涉及到的软件列表和单片机的系统 资源将在debug菜单的下
24、面出现。第三步，查看调试数据并分析数据，得出相应结论。4.3联机调试过程联机调试要依据上述介绍的Proteus系统软件的调试方法，对单片机进展调试。在 其供给电源和复位电路局部进展调试。首先要保证单片机正常工作。在整个系统正常工 作中电源电路和复位电路是根基。应当检查其工作状态，以到达正常工作状态再进展仿 真调试。经过仿真调试，显示器上的显示值有变化。如以以以下列图4. 3-1所示：图4.3-1单片机调试仿真5设计总结5.1 设计成果通过一个多月的努力，在孙活教师与同学们的指导帮助下，“基于单片机的数字气 压计的设计与实现的设计论文顺利完成。在本次设计试验中我的收获非常大。本次试 验涉及论文的
25、成果有：第一，我在大学三年的专业知识得以充分利用。第二，本次试验 设计中，我在教师、同学们的帮助下设计出了一套完整的设计方案。第三，在气压传感 器的选择上有了更深层次的认识，为今后工作奠定了良好的根基。第四，学会了在完成 数字气压计设计方案的前提下，假设何降低设计本钱。5.2 感谢本次试验设计论文已经圆满画上句号。在此次试验设计论文中，我将自己所学的理论知 识运用到实践中，收获颇大。我在此次的学习与努力过程中，遇到了很多困难。通过查 阅资料、询问教师、同学帮助下，问题得以很好解决。对于单片机有了更加深刻的认识, 对我以后单独处理问题有了很大的帮助。首先感谢我的指导教师孙活教师，感谢您在忙 碌的
26、教学工作和生活中抽出时间，细心指导，提出来珍贵的建议。其次感谢我的同学，他们在本次论文设计中不辞辛苦，屡次帮助我解答了设计中的疑 难问题。有了教师和同学们的帮助，使得本次论文设计进展的非常顺利。最后感谢大学三年多以来教过我的教师们，为我打下了坚实的专业知识根基。正因 为有了你们的支持、鼓励与帮助。我的论文设计才得以顺利完成。参考文献1刘伟传感器原理及实用技术电子工业出版社2000页码P2；2戴佳51单片机C语言应用程序设计实例精讲电子工业出版社2006页码P3；3黄智伟等全国大学生电子设计竞赛训练教程电子工业出版社2004页码P4； 4周兴华手把手教你学单片C程序设计北京航空航天大学出版社20
27、04页码P12； 5马忠梅单片机的C语言应用程序设计北京航空航天大学出版社2006页码P12 附录1完整原理图附录2PCB图pressure via MPX4105 which achieving the value of analong voltage, and the signal is converted by V/F converter,then coped with SCM. Finally,the signal can be displayed on LED synchronously. As we can see that this kind of system is relia
28、ble, stable security and economy.Keywords ： Pressure-sensing element Digital barometer single chip microcomputerGs pressure transducer目录前言11系统总体设计31.1 设计整体思想31.2 系统总体框图31.3 元器件的选择31.3. 1气压传感器31.3.2 电压/频率（V/F）转换器41.3.3 三端稳压器41.3.4 单片机41. 3. 5 LED 显示 42硬件电路设计52. 1气压传感和电压/频率（V/F）转换电路局部53. 2单片机电路局部74. 2
29、. 1 89c52 单片机 73软件设计95. 1软件开发C语言介绍95.2 运用频率计算出气压值95.3 基于单片机设计的程序流程图104系统调试与仿真104. 1C语言软件开发系统106. 2 PROTEUS软件介绍114.3联机调试过程115设计总结127. 1设计成果125.2感谢12参考文献12附录112附录213基于单片机的数字气压计的设计与实现气压计是一种测量大气压的装置。气压计的重要组成局部是压敏元件。压敏元件可 以将数字气压计需要测量的气压转化成为一种电流或者是一种电压信号。此时形成的电 流或者电压信号具有容易传输、容易检测的特点。之后，经过后续电路处理这种电流或 者是电压信
30、号，它就可以显示在数字气压计的屏幕上。这就是数字气压计的电流传输、 处理、显示与读数过程。在数字气压计中，气压传感器起着决定性的作用。本课题利用单片机控制的数字气压计设计与实现功能。单片机的接口信号必须是数 字信号，因此想要运用单片机获取气压这类非电信号的信息，需要使用气压传感器。将 气压信息转换成电流或电压输出是气压传感器的作用，转换后的电流或电压输出常为模 拟信号。因此必须进展A/D转换，以满足单片机接口的需要。数字气压计大量应用在各种工矿企业，野外作业，消费类电子产品等地方。它的需 求极为广泛。常见的气压计有盒式气压计和液体气压计。飞机上使用的高度计实际上是通过盒式 气压计改装而成的。常
31、见的液体气压计有酒精气压计和水银气压计两种。这两种气压计 都是老式气压计，不方便于携带而且容易损坏。在科技飞速开展的今天，各行各业不断出现新技术新材料。进入20世纪90年代以 后，微电子行业开展极为迅速，各行各业的电子传感器被创造并运用到各个领域当中， 给人们的生产生活带来了极大的便利。数字气压传感器已经出现，并大量运用到日常生 活中。现在很多手持设备中都植入了气压计功能。例如手机、GPS等，为人们的出行旅 游带来方便。目前国际国内很多电子公司都推出了数字气压传感器。如摩托罗拉公司的MPX4105、 Intersema公司的MS5534b及华普微电子公司的HP03系列数字气压传感器。多样化的数
32、 字化气压测量装置、用品大量出现，致使此产品越来越普及，准确度也越来越高。数字 气压计除了测量气压一种功能以外，还具备了测量温度、指南针、码表的功能。以前电子气压计只是一种专业场合只能通过专业人才能使用的测量器具。现如今， 电子气压计已经成为群众化产品，在大街小巷随处可见。它也成为人们方便携带与利用 的电子产品之一。气压传感器在数字气压计中起着至关重要的作用。在当今社会中，数字气压计的运 用范围广泛。在国防领域中，它运用于火箭、导弹升空的气压监测。在工业领域，它运用于汽车 制造方面颇多。在医疗领域，它多运用高压氧舱的气压测量。数字气压计的出现及广泛 使用，为我们平民百姓的日常生活提供了很大的便
33、利条件。在本次设计与实验的过程中，数字气压计是采用单片机的数字气压计控制。这种采 用单片机的数字气压计使用起来方便，精准度较高，显示的数字易读，方便携带。产品 的质量得以保障。基于气压传感器的关键性作用。此实验设计首先需要介绍一下气压传感器的相关知 识。为后续的工作奠定一个良好的根基。首先对于气压传感器的技术性能作出以下介绍。在气压传感器中，普遍采用的技术是差动技术。差动技术的最大优点是减小大气温 度变化对实验测量的影响。其次它还具有减少外界对实验干扰，影响气压传感器准确度 的优点。在气压传感器中可以产生一种平均效应。这是由于气压传感器采用了平均技术。每 一个单元都可以感受到数字气压计的测量是
34、它的原理。每一个单元所感受到的误差值看 做随即误差并且服从正态分布的话，总的误差将会显著减小。在气压传感器中，补偿性修正技术也被广泛应用。在气压传感器本身特性发生变化 时，可以利用补偿性修正技术进展修复。还可以在外界环境允许的条件下，对气压传感 器进展修正的一种技术。对气压传感器的整体或者材料、元器件进展必要的稳定性处理是为了提高传感器性 能的稳定性。气压传感器在使用的过程中，假设测量要求较高，必要时也应对附加的调 整元件，后续电路的关键元器件进展老化处理。其次对于气压传感器的开展趋势作出以下介绍。气压传感器的开展不仅仅只涉及到一个领域。它在专业的技术水平开展平台上使用 很多，在选取材料的方法
35、及使用上也有涉及，在工业方面它的应用更加广泛。传感器集 成化也可以称为“多功能一体化，它是将传感器的温度补偿、放大及运算多种环节一 体化，并运用它们组装成一个元器件。当前，各类集成传感器已出现许多系列性产品，广泛应用于生产生活中。传感器技 术开展迅速，集成化成为它开展的一个重要方向。在集成化技术快速开展的前提条件下, 相继出现了各类混合集成和单片集成式压力传感器，大局部已经推广上市。搞清楚气压的定义是设计电子气压计的首要条件。气压是作用在单位面积上的大气 压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气压以百帕（hPa） 为单位，取一位小数。国际制单位：帕斯卡，简称帕，符号是Pa
36、。常用单位：标准大气 压。表示气压的单位，通常运用水银柱高度。一个标注大气压=1013百帕（毫巴，1毫 米水银（汞柱）柱高=4/3百帕（毫巴），1个标注大气压=760mm水银（汞柱）柱高。气压产生的原因：依据分子动理论可知，气体的压强是通过大量分子频繁碰撞容器 壁面产生的。大量分子频繁碰撞容器壁，对气壁的作用力是持续、均匀的。压强大小就 是这个压力与气壁面积的比值。影响压强的因素：海拔因素、大气温度、大气密度都会影响气压的大小。一般随着 高度升高按指数律递减。大气压强的变化有日、月及年的差异。在一天当中，气压有一 个最高值、最低值，分别出现在910时和1516时工在一年当中，夏季气压低于冬 季
37、气压。水银气压表、空盒气压表、气压计是气象观测中常用的测量气压的仪器。意大 利科学家托里拆利最先测出标准大气压。1系统总体设计1. 1设计整体思想本次系统设计将采用型号为MPX4105的气压传感器。数字气压计的设计思路包含软 件设计及硬件设计。软件设计包括C语言的编程与设计。硬件设计包括传感器、单片 机的技术设计及调试。首先，我应领先对C语言进展全面的学习，学会编写程序。对单 片机的选择也需要有自己的一定认识。其次，要将学习的结果运用到整体设计中去。最 后，得出原理图及实现设计的目标。1.2系统总体框图数字气压计的总体设计需要将大气中提供的非电信号数据进展处理。信息采集时硬 件设计的前提条件，
38、数据再通过转换，在硬件元器件中进展处理。最后，将相应的数据 显示在数字气压计的屏幕上。图1. 2-1为系统总框图。图1.27系统总框图1. 3元器件选择1. 3. 1气压传感器在气压传感器的选择上，应选择具有温度补偿能力这种特性的仪器。具有这种特性 的气压传感器可以简化电路，提高稳定性和抗干扰能力。在系统设计元器件中，我们选择的是型号为MPX4105的气压传感器。主要原因是 MPX4105的特点符合我们的设计材料选取要求。4. 855. 35V是MPX4105的供电范围。在此范围内供电会到达安全状态。085是 MPX4105的正常温度工作范围。当在测量的过程中，温度在这个给定范围之内，测试值
39、都会到达理想状态。15105kPa是MPX4105的测量范围。大气压强在此范围之内都可以 精准测量。在试验过程中，我们需要一个微处理器接口，而MPX4105刚好符合我们需要 的条件。由于MPX4105这种传感芯片的特点，符合试验要求。所以在综合多方面因素的考虑 之后，我们将选用MPX4105作为本次试验的气压传感器。基于MPX4105的气压传感器在 气体压力控制方面能发挥很好的作用，输出的电子信号能力强，可供参考性强。电压/频率（V/F）转换器在系统总体设计中选择电压/频率（V/F）转换器是至关重要的一个步骤。电压/频 率（V/F）转换器在试验中起着转换电路的作用。所以，转换器的选择为数字气压
40、计读 数是否精准奠定根基。电压/频率（V/F）转换器第一步是将电压的幅值输入到转换器中。 第二步是经过脉冲序列的转换，将电路进展转换得以实现。为了实现A/D的转换功能， 必须先测量出电压/频率转换电路得到的输出频率。为了到达试验目的，在此次设计中，我们将采用集成芯片LM331o LM331的特点符 号试验精准要求。它在电源电压到达低值4. 0V仍然可以精准测量。LM331这种集成芯片 的另一个特点是温度补偿能力非常强，为测试精准度打下坚实的根基。1. 3. 3三端稳压器在本次试验设计中需要选择三端稳压器。三端稳压器的作用是稳定这个系统的电源 电压。在整个系统中，系统所需的电源+5V供电。而三端
41、稳压器正好拥有这项特性。解 决了基于MPX1045的气压传感器、单片机提供+5V电压的不匹配难题。本试验采用的是摩托罗拉公司的三端低电流线性稳压芯片MC78L05无需外部元器件 的处理，热过载保护和内部短路电路限制是它的最优功能。1.3. 4单片机单机片是试验设计的重要组成元器件。也称单片微控制器。在产品中运用上单片机 技术，就可以使产品升级换代，从而到达“智能型。本设计采用型号为AT89c52的单 片机。AT89c52的单机片片内含有8K存储器。这种存储器的特点是可以反复擦写，而且 是一种只读程序的FEROM。这种基于AT89c52的单机片功能十分强大，为数字气压计的测 量提供强有力的条件。1. 3. 5 LED显示LED是在平常生活听到的对比多，运用对比广泛的产品。LED显示也是本试验设计的 一个重要环节。LED是由二极管构成的。如果需要显示一个LED,就必须要由7个二极管 并且是在发光条件构成的。这样才能显示一个LED单元。本设计中显示单元需要由5个LED 组成。