基于MPX4115的数字气压计设计论文

摘要

气压计被广泛应用于国防领域、工业领域、医疗领域以及我们日常家庭生活中。本设计中就介绍了一种气压的实时显示设备。它是利用软、硬件基础知识，通过单片机与气压传感器的结合，使得在液晶显示器上显示出当前大气压值。本文详尽的描述了基于MPX4115气压计的软硬件实现过程。

设计是基于气压传感器MPX4115的精密数字气压计系统。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液晶显示电路显示出实际气压值。

关键词：单片机；气压传感器；V/F转换器；液晶显示

Abstract

Barometer is widely used in the defense sector, industry, medical fields as well as our daily ing basic knowledge of hardware and software, and through the combination of SCM and pressure sensors,The current atmospheric pressure value is displayed by the LCD.This article describes in detail the hardware and software based on MPX4115 barometer realization.

An accurate digital barometer system is designed based on pressure sensor MPX4115. The system firstly gains the value of analog voltage corresponding to the atmospheric pressure by sensor MPX4115. Then the voltage signal is transferred into digital pulses using voltage/frequency transferring model. A single-chip is utilized in receiving the pulse signal, measuring the number of pulses received per unit interval, and in calculating the actual magnitude of pressure according to the linear relationship between voltage and frequency. Finally, controlled by the single-chip, the actual value of pressure is displayed by the liquid crystal displaying circuit.

Keywords: MCU；pressure sensor；V/F transferor；LCD

目录

1 绪论 (1)

1.1课题背景 (1)

1.2技术概况及发展趋势 (1)

1.2.1 传感器的技术性能 (1)

1.2.2 传感器的发展趋势 (3)

1.3数字气压计系统设计意义 (5)

2 系统总体设计 (6)

2.1设计整体思想 (6)

2.2系统总体框图 (6)

2.3数据采集模块 (7)

2.3.1 数据采集模块的芯片选择 (7)

2.3.2 数据采集模块的原理图 (7)

2.3.3 气压传感器MPX4115的原理图 (8)

2.4数据转换模块 (9)

2.4.1 数据转换芯片选择 (9)

2.4.2 数据转换电路部分电路原理图 (10)

2.4.3 LM331的原理 (11)

2.5数据处理模块 (11)

2.5.1 数据处理模块的芯片选择 (11)

2.5.2 单片机部分的原理图 (12)

2.5.3 AT89C52引脚及功能 (12)

2.6显示模块及芯片选择 (15)

2.6.1 显示模块的芯片选择 (15)

2.6.2 显示器LCD部分的原理图 (15)

2.6.3 LCD1602原理 (16)

2.6.4 电源模块的原理图 (18)

2.6.5 芯片78L05原理 (19)

2.7总体原理图 (22)

2.8PCB制作 (22)

3 软件设计 (24)

3.1程序流程图 (24)

3.2软件开发语言介绍 (25)

4 系统调试与仿真 (26)

4.1伟福仿真介绍 (26)

4.2KEIL-C介绍 (28)

4.3联机调试过程 (30)

结论 (31)

致谢 (32)

参考文献 (33)

附录A 英文原文 (34)

附录B 中文译文 (40)

附录C 程序代码 (44)

1绪论

1.1课题背景

气压计是一种测量大气压的装置，一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力，简称气压。气象学研究表明，在空间垂直方向上气压随高度增加而降低，这种变化的幅度在近表面和高空时又有所不同，近地表时气压随高度增加而降低的幅度最大，越到高空这种变化越缓慢。气压还会受空气中的气流影响，若空气中有下降气流，气压会增加；若空气中有上升气流，气压会减小。

本课题要求利用单片机控制实现气压计功能，而单片机的接口信号必须是数字信号，因此想要用单片机获取气压这类非电信号的信息，必须使用气压传感器。气压传感器的作用是气压信息转换成电流或电压输出，转换后的电流或电压输出常为模拟信号因此还必须进行A/D转换，以满足单片机接口的需要。

1.2技术概况及发展趋势

基于传感器在本设计中的重要作用，下面介绍一下传感器的技术性能以及发展趋势。

1.2.1 传感器的技术性能

差动技术：差动技术是传感器中普遍采用的技术。它的应用可显著地减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，抵消了共模误差，减小非线性误差等。不少传感器由于采用了差动技术，还可使灵敏度增大。

平均技术：在传感器中普遍采用平均技术可产生平均效应，其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量，其输出则是这些单元输出的平均值，若将每个单元可能带来的误差均可看作随机误差且服从正态分布，根据误差理论，总的误差将减小。可见，在传感器中利用平均技术不仅可使传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传感器灵敏度。光栅、磁栅、容栅、感应同步器等传感器，由于其本身的工作原理决定有多个传感单元参与工作，可取得明显的误差平均效应的效果。这也是这一类传感器固有的优点。另外，误差平均效应对某些工艺性缺陷造成的误差同样起到弥补作用。在懂得这种道理之后，设计时在结构允许情况下，适当增多传感单元数，可收到很好的效果。例如圆光栅传感器，若让全部栅线都同时参与工作，设计成“全接收”形式，误差平均效应就可较充分