传感器课程设计报告题目：扩散硅压阻式压力传感器的差压测量专业班级：BG1003姓名：桑海波时间：2013.06.17~2013.06.21指导教师：胥飞2013年6月21日摘要本文介绍一种以AT89S52单片机为核心，包括ADC0809类型转换器的扩散硅压阻式压力传感器的差压测量系统。

简要介绍了扩散硅压阻式压力传感器电路的工作原理以及A/D变换电路的工作原理，完成了整个实验对于压力的采样和显示。

与其它类型传感器相比，扩散硅压阻式电阻应变式传感器有以下特点：测量范围广，精度高，输出特性的线性好，工作性能稳定、可靠，能在恶劣的化境条件下工作。

由于扩散硅压阻式压力传感器具有以上优点，所以它在测试技术中获得十分广泛的应用。

关键字：扩散硅压阻式压力传感器，AT89S52单片机，ADC0809，数码管目录1.引言 (1)1.1课题开发的背景和现状 (1)1.2课题开发的目的和意义 (1)2.设计方案 (2)2.1设计要求 (2)2.2设计思路 (2)3.硬件设计 (3)3.1电路总框图 (3)3.2传感器电路模块 (3)3.3A/D变换电路模块 (4)3.4八段数码管显示 (8)3.5AT89S52单片机 (9)3.6硬件实物 (12)4.实验数据采集及仿真 (13)4.1数据采集及显示 (13)4.2实验数据分析 (13)5.程序设计 (16)5.1编程软件调试 (16)5.2软件流程图 (17)5.3程序段 (18)6.结果分析 (19)7.参考文献 (20)1.引言1.1 课题开发的背景和现状传感器是一种能够感受规定的被测量的信息，并按照一定规律转换成可用输出信号的的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。

传感器技术是现代信息技术的三大支柱之一，其应用的数量和质量已被国际社会作为为衡量一个国家智能化、数字化、网络化的重要标志。

近年来，随着国家资金投入大的增加，我国压阻式传感器有了较快的发展，某些传感器如矩形双岛膜结构的6KPa微压传感器的性能甚至优于国外，其非线性滞后、重复性均小于5×10-4FS，分辨率优于20Pa，具有较高的过压保护范围以及可靠性。

但是就总体而言，我国压阻式传感器的研究，在产量和批量封装等方面还存在不足，精度、可靠性、重复性尚待提高，离市场需求级国际水平还有较大差距。

1.2 课题开发的目的和意义日常生活和生产中，我们常常想了解温度、流量、压力、位移、角度等一系列参数，压力传感器技术在诸多领域中相对而言最为成熟。

根据工作原理的不同，压力传感器通常可以分为机械膜片、硅膜片电容性、压电性、应变性、光纤、霍尔效应、压阻式压力传感器等。

压阻式传感器又包括扩散硅型和应变片型传感器，扩散硅压阻式传感器由于具有结构简单、可微型化、输出信号大、精度高、分辨率高、频响高、低功耗、体积小、工作可靠等突出特点而在压阻式压力传感器市场中占据更大的份额。

2.设计方案2.1设计要求1．了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理；2．掌握扩散硅压阻式压力传感器调理电路和AD转换；3．了解非线性特性和其校正方式；4．使用单片机读取转换值并显示。

2.2设计思路利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准压强的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量的变化改为压力的变化，即可以测出一定范围内的压力值。

其中测量电路中最主要的元器件就是扩散硅压阻式压力传感器。

本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。

而运算放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的进行各种转换处理的要求。

ADC0809 的A/D转换作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，由六位八段数码管显示出测量结果。

3.硬件设计3.1电路总框图该扩散硅压阻式压力传感器实验，采用筒式压力传感器，输出信号通过AD 转换器实现模拟到数字的转换，再经过89C51芯片，在LED数码管显示所要的结果。

总的电路构建框图如下。

图3.1基于MCS-51单片机为核心压力传感器实验构建框图3. 2传感器电路模块扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。

在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，输出电压的变化即反映了其所受到的压力变化。

图3.2扩散硅压阻式压力传感器扩散硅压力传感器工作原理：被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

扩散硅压力传感器内部结构简图如下：1-低压腔2-高压腔3-硅杯4-引线5-硅膜片图3.3结构简图3. 3 A/D变换电路模块ADC芯片型号很多，在精度、速度和价格方面千差万别、，较为常见的ADC主要有逐次逼近型、双积分型和电压—频率变换型三种。

这里我们选用逐次逼近型，即ADC0809。

它由±5V电源供电，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，片内具有多路开关的地址译码器和锁存电路、高阻抗斩波器、稳定的比较器，256Ω电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。

输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接到单片机数据总线上。

通过适当的外接电路，ADC0809可对0V～5V的双极性模拟信号进行转换。

ADC0809是28脚双列直插式封装，引脚图如图3-3 所示。

各引脚功能说明如下：2-1～2-8：8位数字量输出引脚，由最低引脚到最高引脚。

IN0—IN7:8路模拟量输入引脚。

V：+5V工作电压。

CCGND：地。

REF（+）：参考电压正端。

REF（—）：参考电压负端。

START：A/D转换启动信号输入端。

ALE：地址锁存允许信号输入端。

以上两个信号用于启动A/D转换。

EOC：转换结束信号输出引脚。

开始转换时为低电平，转换结束时为高电平。

OE：输出允许控制端。

用以打开三态数据输出锁存器。

CLK：时钟信号输入端。

ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线。

经译码后可选通IN0—IN7 8个通道的一个通道进行转换。

图3.4 ADC0809引脚图ADC0809的内部逻辑结构图如下图所示：图3.5 ADC0809的内部逻辑结构图图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法地址锁存与译码电路完成对ABC 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放输出，因此可以直接与系统数据总线相连，传感器桥路输出的电压经过比例变换后转换成二进制码的形式送入P0口。

其程序框图如下：图3.6A/D转换电路程序框图3. 4 八段数码管显示图3.7显示电路图经过单片机P0输出的八位二进制码，变换成BCD码，在数码管上显示。

经过段选信号和位选信号的控制，最后在相应数码管上显示出相应的压力值。

程序框图如下：3. 5 AT89S52单片机本实验采用AT89S52单片机，其管脚图如下：图3.9 AT89S52管脚图其管脚功能如下：VCC：AT89S52电源正端输入，接+5V。

VSS：电源地端。

XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。

XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。

RESET：AT89S52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。

EA/Vpp："EA"为英文"External Access"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。

因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。

如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。

此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。

ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。

AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0～A7）锁进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。

平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。

此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。

PSEN：此为"Program Store Enable"的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。

AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。

PORT0（P0.0～P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。

其他三个I/O 端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。

如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0～A7）及数据总线（D0～D7）。

设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。

PORT2（P2.0～P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。

P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。

PORT1（P1.0～P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。