基于AT89C51和ADC0804的数字压力仪的设计与实现

黄卢记

(北京师范大学珠海分校工程技术学院，广东珠海 519087)

压力是化工生产中的重要参数之一，工艺条件要求不同，对压力的要求也不同，为了保证生产正常运行，必须对压力进行检测与显示。本文设计的数字化压力检测仪能实时直观地显示出容器或工序环节中的压力变化，洞察产品或介质流程中的条件形成，从而监视生产运行过程中的安全动向。

1 系统硬件设计

1.1 总体设计

本设计包含电源模块的设计、压力检测模块的设计、模数转换模块的设计、信号处理和数字显示模块的设计。电源模块为其他模块提供适合的电压。压力检测模块把压力转换成电信号。模数转换模块把模拟电压转换为适于单片机处理数字信号。信号处理和数字显示模块把送来的数字信号经过处理后输出显示。

图1 系统硬件结构图

1.2 电源模块设计

电源为设备内部的其他模块供电，包含了变压、整流、滤波和稳压四个环节［1］，其的核心是7815和7915三端稳压器，稳压器有内部限流、热关断和安全工作区补偿机制防止烧坏芯片，能提供大至1 A的电流，非常易于使用。其直接输出的±15 V电压为检测模块提供电源。然后通过7810和7805再分出5伏电压为模数转换、信号处理和数字显示模块提供电源。

1.3 压力检测模块设计

压力检测模块的任务是把测量对象的压力信号转换成方便处理和传送的电信号。根据化工生产工艺的特点，选用菲尔斯特FST800－202型高压型压力传感器。该产品是基于 MEMS技术，采用先进的玻璃微熔技术，避免了温度、湿度、机械疲劳和介质对产品产生的影响，从而加强了传感器在工业环境中的长期稳定性。压力腔体采用进口17－4PH不锈钢整体加工，无“O”型圈、无焊缝、无泄漏隐患。传感器内置强抗射频和电磁干扰、温度自动补偿的数字电路，具有抗干扰能力强、工作温度范围宽、长期稳定性好等特点。FST800－202主要性能指标:①压力量程为0～60 MPa;②精度为0.05%span;③过载压力300%span;④破坏压力500%span;⑤冲击为100 g 11 ms。为了减少负载效应，FST800－202的输出信号先送至电压跟随器，然后再送至ADC0804模数转换芯片。

1.4 模数转换电路设计

从电压跟随器输出的电压依然是模拟电压，通过模数转换电路将模拟电压信号转变成数字电压信号，并传送至单片机［2］。模数转换电路以ADC0804为核心，ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片，分辨率8位，转换时间100 μs，输入电压范围为0～5 V。该芯片内有输出数据锁存器，当与单片机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线。将电压数值转换电路的输出电压连接至ADC0804的VIN+引脚，把转换的结果通过数据口送至单片机AT89C51的Port 2。ADC0804的、和分别连接到单片机的RXD、TXD 和，以查询方式检测ADC0804是否完成转换。

1.5 信号处理和数字显示电路设计

信号处理和数字显示模块的核心是AT89C51。是一种带4K字节可编程可擦除只读存储器的的低电压、高性能CMOS8位微处理器。从电压数值转换和模数转换电路传送至AT89C51的Port2的信号是与模拟电压对应的数字信号。该信号经过AT89C51的处理后转变为具体的显示驱动编码，通过Port0传送至四位共阳极七段LED数码管的数据总线上，扫描信号则通过P1.0～P1.3分别接至Q1～Q4的基极上，通过三极管驱动LED数码管进行显示［3］。

1.6 系统电路

系统的硬件电路如图1所示。

图2 系统硬件电路图

2 软件设计

2.1 总体设计

对数字电压信号的处理主要靠AT89C51通过软件来实现。软件设计包含查询读取模块、求值运算和输出显示模块的设计。首先根据后续程序的需要做一些全局设置，然后用查询方式从ADC0804采集数字信号，并对采集的数字信号进行运算，最后把运算的结构输出显示。软件总体设计的框图如图3所示。其中转换查询读取及数值计算在主程序中实现，输出显示用显示函数来实现。

2.2 主程序设计

图3 主程序设计流程图

2.3 显示程序设计

3 结语

在正常的使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度。压力表精度等级是压力表精确度等级或准确度等级的简称，是以允许误差占压力表量程的百分率来表示的，一般分为 0.5、1、1.5、2、2.5、3、4七个等级，数值越小，其精度越高。系统调试校正后，以60 MPa为量程进行测试，精度为0.93，仪表的精度达到1级。实践证明，本系统具有结构简单、性能可靠、显示精确、显示直观的特点，可以用在化工生产中对压力测量要求相对较高的各种工艺环节上。

［1］童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.北京:高等教育出版社，2006:513.

［2］康华光.电子技术基础 数字部分［M］.北京:高等教育出版社，2006:459.

［3］张义和.陈敌北.例说8051［M］.北京:人民邮电出版社，2006:103.