單片機開發行業分析

單片機行業調研報告

　　單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，在工業控制領域的廣泛應用。80年代，由當時的4位、8位單片機，發展到現在的32位300 M高速單片機。

　　現有的單片機系列主要有：微處理器、微處理器、 NEC單片機、富士通單片機、東芝單片機、富士通單片機、東芝單片機、8051類單片機、 Zilog單片機、 NS單片機等51系列單片機。

　　8031/8051/8751是 Intel早期的產品。早期應用，影響巨大，已成為世界工業的標準。隨后許多芯片廠商以各種方式與 Intel公司合作，也推出了同類型的單片機，正如多個版本的單片機一樣，雖然都在不斷地改變生產工藝，但內核是一樣的，也就是說，這類單片機指令系統完全兼容，絕大多數管腳也兼容；大家都把這些單片機稱為“51系列單片機”，和8051內核一樣。

　　2）PIC系列單片機

　　PIC單片機系列產品由美國 Microchip公司推出，以 RISC結構為核心的嵌入式微處理器，其高速、低電壓、低功耗、大電流 LCD驅動以及低價位的 OTP技術都體現了單片機產業的新趨勢。

　　3）AVR系列單片機

　　AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發出的增強型內置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。

　　單片機發展歷史簡介：單片機誕生于1971年，經歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發展出了MCS51系列MCU系統。基于這一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。

　　而傳統的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。高端的32位Soc單片機主頻已經超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。

　　當代單片機系統已經不再只在裸機環境下開發和使用，大量專用的嵌入式操作系統被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和LINUX操作系統。

　　主要階段

　　早期階段：SCM即單片微型計算器（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態嵌入式系統的最佳體系結構。“創新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發展道路。在開創嵌入式系統-獨立發展道路上，Intel公司功不可沒。

　　中期發展：MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術發展方向是：不斷擴展滿足嵌入式應用時，對象系統要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統相關，因此，發展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發展也有其客觀因素。在發展MCU方面，最著名的廠家當數Philips公司。

　　Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統發展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。

　　當前趨勢

　　SoC嵌入式系統(System on Chip）式的獨立發展之路，向MCU階段發展的重要因素，就是尋求應用系統在芯片上的最大化解決，因此，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發展，基于SoC的單片機應用系統設計會有較大的發展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片機微控制器延伸到單片應用系統。

　　單片機的應用：

　　目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：1.在智能儀器儀表上的應用；2.在工業控

　　制中的應用；3.在家用電器中的應用；4.在計算機網絡和通信領域中的應用；5.單片機在醫用設備領域中的應用；6.在各種大型電器中的模塊化應用；7.單片機在汽車設備領域中的應用。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。

　　單片機應用舉例：1.單片機的車載超級電容測試系統【20__.03.13】 系統原理介紹

　　超級電容管理系統可以實現對超級電容工作電流和電壓的實時采集，超級電容管理系統整體結構框圖如圖1所示，系統共由3個主要模塊組成：現場電壓、電流、采集與調理模塊（即采集模塊），信號隔離與MCU信號處理模塊（即中央處理模塊），電源管理模塊，采集模塊內、霍爾電壓、霍爾電流傳感器分別為超級電容電壓和電流進行現場采集，采集信號經過儀用放大、然后轉化為4mA-20mA電流信號并發送到中央處理模塊，中央處理模塊內，采集模塊發送的4mA-20mA電流信號，經過電流電壓變換后，再進行隔離放大、AD轉換并送到MCU，MCU將數據處理后通過CAN接口傳送到上位機，當檢測到數據異常時MCU輸出故障信號，以便工作人員能及時采取措施，電源管理模塊為各功能模塊提供穩定隔離的電壓，增加RS232通信串口，以便MCU程序燒錄。

　　2.嵌入式系統低功耗設計【20__-03-03】

　　硬件低功耗設計：

　　1） 選擇低功耗的器件

　　選擇低功耗的電子器件可以從根本上降低整個硬件系統的功耗。目前的半導體工藝主要有TTL工藝和CMOS工藝，CMOS工藝具有很低的功耗，在電路設計上盡量選用，使用CMOS系列電路時，其不用的輸入端不要懸空，因為懸空的輸入端可能存在感應信號，它將造成高低電平的轉換。轉換器件的功耗很大，盡量采用輸出為高的原則。

　　嵌入式處理器是嵌入式系統的硬件核心，消耗大量的功率，因此設計時選用

　　低功耗的處理器；另外，選擇低功耗的通信收發器(對于通信應用系統)、低功耗的訪存部件、低功耗的外圍電路，目前許多通信收發器都設計成節省功耗方式，這樣的器件優先采用。

　　2） 選用低功耗的電路形式

　　完成同樣的功能，電路的實現形式有多種。例如，可以利用分立元件、小規模集成電路，大規模集成電路甚至單片實現。通常，使用的元器件數量越少，系統的功耗越低。因此，盡量使用集成度高的器件，以減少電路中使用元件的個數，減少整機的功耗。

　　3） 單電源、低電壓供電

　　一些模擬電路如運算放大器等。供電方式有正負電源和單電源兩種。雙電源供電可以提供對地輸出的信號。高電源電壓的優點是可以提供大的動態范圍，缺點是功耗大。例如，低功耗集成運算放大器LM324，單電源電壓工作范圍為5～30 V。當電源電壓為15 V時，功耗約為220 mw；當電源電壓為10 V時，功耗約為90 mw；當電源電壓為5 V時，功耗約為15 mw。可見，低電壓供電對降低器件功耗的作用十分明顯。因此，處理小信號的電路可以降低供電電壓。

　　4） 分區／分時供電技術

　　一個嵌入式系統的所有組成部分并非時刻在工作，基于此，可采用分時／分區的供電技術。原理是利用“開關”控制電源供電單元，在某一部分電路處于休眠狀態時，關閉其供電電源，僅保留工作部分的電源。

　　5） I／O引腳供電

　　嵌入式處理器的輸出引腳在輸出高電平時，可以提供約20 mA的電流，該引腳可以直接作為某些電路的供電電源使用，如圖2所示。處理器的引腳輸出高電平時，外部器件工作；輸出低電平時，外部器件停止工作。需要注意。該電路需滿足下列要求：外部器件的功耗較低，低于處理器I／O引腳的高電平輸出電流；外部器件的供電電壓范圍較寬。

　　6） 電源管理單元設計

　　處理器全速工作時，功耗最大；待機狀態時，功耗比較小。常見的待機方式有兩種：空閑方式(Idle)和掉電方式(Shut Down)。其中，Idle方式可以通過中斷的發生退出，中斷可以由外部事件供給。掉電方式指的是處理器停止，連中斷也不響應，因此需要進入復位才能退出掉電方式。

　　為了降低系統的功耗，一旦CPU處于“空轉”，可以使之進入Idle狀態，降低功耗；期間如果發生了外部事件，可以通過事件產生中斷信號，使CPU進入運行狀態。對于Shut Down狀態，只能用復位信號喚醒CPU。

　　7） 智能電源設計

　　既要保證系統具有良好的性能，又能兼顧功耗問題，一個最好的辦法是采用智能電源。在系統中增加適當的智能預測、檢測，根據需要對系統采取不同的供電方式，以求系統的功耗最低。許多膝上型電腦的電源管理采用智能電源，以筆記本電腦為例，在電源管理方面，Intel公司采取Speed Step技術；AMD

　　公司采取Power Now技術；Transmeta公司采取Long Run技術。雖然這三種技術涉及到的具體內容不同，但基本原理是一致的。以采用Speed Step技術的筆記本電腦為例，系統可以根據不同的使用環境對CPU的運行速度進行合理調整。如果系統使用外接電源，CPU將按照正常的主頻率及電壓運行；當檢測到系統為電池供電時，軟件將自動切換CPU的主頻率及電壓至較低狀態運行。

　　8） 降低處理器的時鐘頻率

　　處理器的功耗與時鐘頻率密切相關。以SAM-SUNG S3C2410x(32 b ARM 920T內核)為例，它提供了四種工作模式：正常模式、空閑模式、休眠模式、關機模式．各種模式的功耗如表1所示。

　　由表1可見，CPU在全速運行的時候比在空閑或者休眠的時候消耗的功率大得多。省電的原則就是讓正常運行模式遠比空閑、休眠模式少占用時間。在類似PDA的設備中，系統在全速運行的時候遠比空閑的時候少，所以可以通過設置，使CPU盡可能工作在空閑狀態，然后通過相應的中斷喚醒CPU，恢復到正常工作模式，處理響應的事件，然后再進入空閑模式。因此設計系統時，如果處理能力許可，可盡量降低處理器的時鐘頻率。

　　另外，可以動態改變處理器的時鐘，以降低系統的總功耗。CPU空閑時，降低時鐘頻率；處于工作狀態時，提高時鐘頻率以全速運行處理事務，實現這一技術的方法。通過將I／O引腳設定為輸出高電平，加入電阻R1，將增加時鐘頻率；將I／O引腳輸出低電平，去掉電阻R1，可降低時鐘頻率，以降低功耗。

　　9） 降低持續工作電流

　　在一些系統中，盡量使系統在狀態轉換時消耗電流，在維持工作時期不消耗電流。例如。IC卡水表、煤氣表、靜態電能表等，在打開和關閉開關時給相應的機構上電，開關開和關狀態通過機械機構或磁場機制保持開關的狀態，而不通過電流保持，可以進一步降低電能的消耗。

　　軟件低功耗設計：

　　1） 編譯低功耗優化技術

　　編譯技術降低系統功耗是基于這樣的事實：對于實現同樣的功能，不同的軟件算法，消耗的時間不同，使用的指令不同，因而消耗的功率也不同。對于使

　　用高級語言，由于是面向問題設計的，很難控制低功耗。但是，如果利用匯編語言開發系統(如對于小型的嵌入式系統開發)，可以有意識地選擇消耗時間短的指令和設計消耗功率小的算法來降低系統的功耗。

　　2）硬件軟件化與軟件硬件化

　　通常的硬件電路一定消耗功率，基于此，可以減少系統的硬件電路，把數據處理功能用軟件實現，如許多儀表中用到的對數放大電路、抗干擾電路，測量系統中用軟件濾波代替硬件濾波器等。

　　需要考慮，軟件處理需要時間，處理器也需要消耗功率，特別是在處理大量數據的時候，需要高性能的處理器，這可能會消耗大量的功率。因此，系統中某一功能用軟件實現，還是用硬件實現，需要綜合計算后進行設計。

　　3） 采用快速算法

　　數字信號處理中的運算，采用如FFT和快速卷積等，可以大量節省運算時間，從而減少功耗；在精度允許的情況下，使用簡單函數代替復雜函數作近似，也是減少功耗的一種方法。

　　4） 軟件設計采用中斷驅動技術

　　整個系統軟件設計成處理多個事件，在系統上電初始化時，主程序只進行系統的初始化，包括寄存器、外部設備等，初始化完成后，進入低功耗狀態，然后CPU控制的設備都接到中斷輸入端上。當外設發生了一個事件，產生中斷信號，使CPU退出節電狀態，進入事件處理，事件處理完成后，繼續進入節電狀態。

　　5） 延時程序設計

　　延時程序的設計有兩種方法：軟件延時和硬件定時器延時。為了降低功耗，盡量使用硬件定時器延時，一方面提高程序的效率，另一方面降低功耗。原因為：大多數嵌入式處理器在進入待機模式時，CPU停止工作，定時器可正常工作，定時器的.功耗可以很低，所以處理器調用延時程序時，進入待機方式，定時器開始計時，時間一到，則喚醒CPU。這樣一方面CPU停止工作，降低了功耗，另一方面提高了CPU的運行效率。

　　嵌入式系統的設計涉及到軟件設計和硬件設計兩個方面，在實際系統應用時，低功耗的設計并非是一蹴而就的事情，需要綜合考慮各種可能的因素、條件和狀態，需要對各種細節進行認真的斟酌和分析，需要對各種可能的方案和方法進行計算和分析，這樣才可能取得較為滿意的效果，達到降低系統功耗的目的。

單片機調研報告

　　當今世界，科技發展突飛猛進，創新創造日新月異，科技競爭在綜合國力競爭中的地位更加突出。近年來，隨著對“科學技術是第一生產力”認識的不斷深化，我國科學技術呈現日益發展繁榮局面，戰略需求引領學科快速發展，基礎學科呈現較快發展態勢，科技創新提升國家創新能力，成果應用促進國民經濟建設，交流合作增添學科發展活力。集成學術資源，及時總結、報告自然科學相關學科的最新研究進展，對科技工作者及時了解和準確把握相關學科的發展動態，深入開展學科研究，推進學科交叉、滲透與融合，推動多學科協調發展，適應學科交叉的世界趨勢，提升原始創新能力，建設創新型國家具有非常重要的意義。十七大將提高自主創新能力、建設創新型國家擺在了非常突出的位置，強調這是國家發展戰略的核心，是提高綜合國力的關鍵。學科創立、成長和發展，是科學技術創新發展的科學基礎，是科學知識體系化的象征，是創新型國家建設的重要方面，是國家科技競爭力的標志。

　　一、單片機智能控制系統的應用

　　在電子領域，尤其是自動化智能控制領域，傳統的分立元件或數字邏輯電路構成的控制系統正以前所未見的速度被單片機智能控制系統所取代。計算機的應用已經滲透到國民經濟與人們生活的各個角落,正在日益改變著傳統的人類工作方式和生活方式,而單片機技術又作為計算機技術中的一個獨立分支,有著性價比高,集成度高,體積小,可靠性高,控制功能強大,低功耗,低電壓,便于生產,便于攜帶等特點,所以得到越來越廣泛的應用, 可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機，特別是在工業控制和儀表儀器智能化中起極其重要的作用.

　　單片機與人們的生活已經結為一體。從數字鬧鐘到電動牙刷和電動剃須刀；從車內應用門鎖、停車傳感器、ABS，到行車途中交通控制、雷達測速以及交通流量監視器；從家庭和辦公應用中的工廠自動化、照明控制（如熒光燈、鎮流器控制、應急燈等），到家庭保健中的植入式心律轉復除顫器、胃窺鏡等，以及手機、火災控制系統、煙霧報警器等應用，都有單片機在其中發揮著重要作用。

　　單片機的市場潛力很大：目前很多產品處在升級換代的轉變時期，正在形成規模經濟（產業）。單片機主要可應用于：一般電控的單片機控制，如汽車電子；單片機控制加上模糊邏輯技術，如家用電器；單片機控制加上神經網絡，如電力控制。在下列行業將會形成需求熱點：①消費類產品：我國正在成為出口大國；為增加競爭能力，正在配置高檔控制器，如空調器。應用的單片機已升高檔次，并擬出口國外。②商場和市場的管理：包括大商場使用計算機銷售網；９５年１２月１日市場取消桿秤，推行電子秤，消費者自用的手提或電子秤；各大城市汽車數量急驟增多，電子計算器及ＩＣ收費卡需要更新換代；工資發放實行金融卡，多功能卡也將受到歡迎；遙控器及多功能遙控器；智能快速電池充電器；通信產品的普及。③汽車電子是一大極有吸引力的門類。中國有１３億人口，如果按每１０人有一輛汽車，那就有１．３億輛，如果我國每年生產１００萬輛汽車，還需要持續生產１３０年，再加上農業生產用車、工業生產用車和公共交通用車，其數量將更是可觀。隨著單片機的應用，我們的生活得到翻天覆地的變化，生活也越來越便捷。

　　二、單機的介紹

　　何為單片機，亦稱單片微電腦 或單片微型計算機。它是把中央處理器（CPU）、隨 1

　　機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口 （I/0）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。現在最先進的單片機為德州儀器（TI）產的，當然這個德州不是中國德州，而是美國的德州。型號是MSP430，是一款超低功耗的單片機。什么是超低功耗？也就是工作電流4uA，用一個蘋果插上銅片和鋅片來產生電都可以讓一個電子鐘工作，如果蘋果不爛可以工作一個星期。我們常見的就是51單片機。因為這個單片機在中國市場上發展了幾十年了，現在工程中用的比較多的也是MCS-51的單片機，它的資料比較多，用的人也很多，市場也很大。所謂的51單片機是對目前所有兼容Intel 8031指令系統的單片機的統稱。該系列單片機的始祖是Intel的8031單片機，后來隨著Flash Rom技術的發展，8031單片機取得了長足的進展，成為目前應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應用于工業測控系統之中。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出，在目前乃至今后很長的一段時間內將占有大量市場。 當前常用的51系列單片機主要產品有：

　　__Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；

　　__ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；

　　__Philips、華邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的許多產品

　　目前，國產宏晶STC單片機以其低功耗、廉價、穩定性能，占據著國內51單片機較大市場。

　　三、目前單片機市場

　　正因為如此他才改變了我的生活 ，它為我們改變了什么？縱觀我們現在生活的各個領域，從導 彈的導航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網絡通訊與數據傳輸，到工業自動化過程的實時控制和數據 處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC 卡、電子寵物等，這些都離不開單片機。以前沒有單片機時，這些 東西也能做，但是只能使用復雜的模擬電路，然而這樣做出來的產品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用， 元器件不斷老化，控制的精度自然也會達不到標準。在單片機產生后，我們就將控制這些東西變為智能化了，我們 只需要在單片機外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產品的體積變小了，成 本也降低了，長期使用也不會擔心精度達不到了。所以，它的魔力不僅是在現在，在將來將會有更多的 人來接受它、使用它。據統計，我國的單片機年容量已達3 億片，且每年以大約20%的速度增長，但相對于 世界市場我國的占有率還不到1%。特別是沿海地區的玩 具廠等生產產品多數用到單片機，并不斷地輻射向內地。

　　四、調研感觸

　　在此我想用已學的一點單片機知識，利用單片機強大的控制功能和內部定時器重要部件,設計了一款自行對時間進行調整以及把年份、日期以及時、分、秒用LED顯示的電子鐘。而且要求計時準確，顯示直觀，清晰，時能夠精確到秒。最后設計出來的產品，要求電路簡潔，穩定性好。

　　我想做的電子鐘從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，我此次設計與制做數字鐘就是為了了解數字鐘的原理，從而學會制作數字鐘.而且通過數字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規模集成電路的作 3

　　用及實用方法.且由于數字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法

　　對應于此次設計，先選定用單片機實現的方案,了解設計要求，再分別從硬件系統設計和軟件系統設計兩個宏觀方面著手.然后大量閱讀相關資料,硬件方面,熟練單片機工作基本原理,查出相關元器件的參數,八段數碼管等性能.然后畫出系統框圖和單元電路原理圖，再對系統工作原理按照單元電路作簡單的說明。軟件方面,熟悉編程語言,查找相關子程序.熟悉使用Keil uVision2開發軟件及STC-ISP下載軟件.把原器件按電路原理圖安裝.最后再對硬件和軟件系統進行調試和仿真。硬件部分主要由AT89S52單片機，LED顯示電路，以及調時按鍵電路等組成。在單片機的選擇上本人使用了AT89S52單片機，該單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。軟件方面主要包括日歷程序、時間調整程序，顯示程序等。

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單片機應用調研報告

　　一、課題的________及意義

　　在工業生產中,電流、電壓、溫度、壓力等都是很常見的生產要求參數，因此在很多工業生產中，人們都要對加熱爐、生產爐中的氣壓進行監控，氣壓計是利用壓敏元件將待測氣壓轉化為其它容易檢測和傳輸的電流或電壓信號，再通過電路處理將其顯示的工具，而其中的核心就是氣壓傳感器，它在監視壓力大小及控制壓力變化方面起著重要作用。采用單片機對其進行控制，不僅控制簡單方便，而且對這些參數指標的控制和調節能力更強，從而提高產品質量。

　　運用于氣壓計的氣壓傳感器基本都是依靠不同高度時的氣壓變化來獲取氣壓值的。氣象學研究表明，在垂直方向上氣壓隨高度增加而降低。例如在低層，每上升100m氣壓便降低10hPa；在5～6km的高空，高度每增加100m，氣壓便會降低7hPa；而當高度進一步增加時，即到9～10km的高空之后，高度每增加100m，氣壓便會降低5hPa；同樣，若空氣中有下降氣流時，氣壓會增加；若空氣中有上升氣流時，作用于空氣柱底部的氣壓就會減小。一般把作用于單位面積上空氣柱的重量稱為大氣壓力。[1]

　　數字氣壓計大量應用在各種工礦企業，野外作業，消費類電子產品等等的地方，并且眾多數字氣壓傳感器的出現使得數字化氣壓測量裝置更加多樣化，并且精度也越來越高，現在的數字氣壓計已經不滿足僅測量氣壓的功能，有的還具有測溫及辨識方向的功能，智能化及多功能化將是其以后發展的趨勢。 本課題設計充分利用了BMP085的功能，它滿足數字氣壓計采集、控制和數據處理的需要，可提高系統穩定性和抗干擾能力。同時，微控制和數字化氣壓傳感器的結合可以使得氣壓計的設計更具靈活性，測量精度相對于液體氣壓計也有了顯著提高，測量結果的顯示也更直觀，由于大量的工作由單片機軟件來實現，簡化了設計電路，且調整方便、可兼顧的指標多，從而大大降低了成本。另外，由于該數字氣壓計的模塊化設計，該數字氣壓計還具有很好的功能擴展性，具有精度高、穩定性好、功能易于擴展等優點，為儀器及電子產品設計的后續技術升級，以及進一步滿足市場的需要提供了條件[2]

　　二、國內外發展狀況

　　人類社會進入20世紀90年代以后微電子行業發展極為迅速，各種各樣的電子傳感器被發明且被運用到各行各業，為人們的生產生活創造了極大的便利。數字氣壓傳感器亦已出現，并大量被運用，甚至現在很多手持設備中都已經加入了氣壓計功能，比如手機，GPS等，方便了人們的出行旅游。常見氣壓計有液體氣壓計和盒式氣壓計。飛機上使用的高度計實際上是用盒式氣壓計改裝成的。常見的液體氣壓計有水銀氣壓計和酒精氣壓計2種，這2種都是老式的氣壓計，體積大，精度低，不方便攜帶且容易壞，當今社會科技高速發展，各行各業不斷出現新技術新材料，氣壓測量這塊也是這樣，盒式 1

　　大連交通大學20__屆本科生畢業設計（論文）實習（調研）報告

　　氣壓計的出現部分的解決了液體氣壓計所無法解決的缺點，比如體積、方便攜帶等等。 目前國際國內很多公司都推出了其數字氣壓傳感器，如摩托羅拉公司的MPX4105和Intersema公司的MS5534b另外還有華普微電子的HP03系列數字氣壓傳感器。眾多數字氣壓傳感器的出現使得多樣化的數字化氣壓測量裝置、用品大量出現，并越來越普及，精度也越來越高。數字氣壓計一般不會只有測量氣壓一種功能，一般都有其他的功能，比如測溫度、指南針、碼表等等的功能。[1]

　　三、課題的研究目標、研究內容

　　本設計介紹了一種用氣壓傳感器BMP085與AT89S52單片機相結合的氣壓計設計方法。通過氣壓傳感器獲得與氣壓相對應的模擬電壓值，再通過BMP085氣壓傳感器內置的模塊的轉化和處理，以及單片機對其的控制，獲得當前的氣壓值，并通過1602液晶顯示模塊顯示。本設計以C語言為開發工具，進行了相關的設計與編程，總體實現了系統功能的可靠性、穩定性、經濟性。在設計電子氣壓計之前首先要搞清楚氣壓的定義, 氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力，即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量,著名的馬德堡半球實驗證明了它的存在。氣壓的國際制單位是帕斯卡，簡稱帕，符號是Pa。氣壓的地區差別是氣象變化的直接原因之一，在高處的大氣層比較薄，那里的空氣引力比低處要小，因此在高處的氣壓比在低處要低。

　　氣壓產生的成因，可以依據分子動理論分析，氣體的壓強是大量分子頻繁地碰撞容器壁而產生的。單個分子對容器壁的碰撞時間極短，作用是不連續的，但大量分子頻繁地碰撞器壁，對器壁的作用力是持續的、均勻的，這個壓力與器壁面積的比值就是壓強大小。

　　氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度、大氣密度等有關，一般隨高度升高按指數律遞減。氣壓有日變化和年變化：一年之中，冬季比夏季氣壓高；一天中，氣壓有一個最高值、一個最低值，分別出現在9～10時和15～16時，還有一個次高值和一個次低值，分別出現在21～22時和3～4時。氣壓日變化幅度較小，一般為0.1～0.4千帕，并隨緯度增高而減小。氣壓變化與風、天氣的好壞等關系密切，因而是重要氣象因子。[3]

　　四、可行性分析

　　本次設計采用集成的單片機主控，壓力傳感器采集到氣壓信號后,經過其自帶的A/D轉換模塊和控制單元，將其處理后，送入單片機中，通過單片機的控制，將處理的結果送顯示模塊進行顯示，其原理框圖如下：

　　圖2-1 設計方案原理圖

　　2

　　此方案直觀明了，調整方便，可兼顧的指標多，因此使用本設計方案，本方案的重點有以下兩點：

　　（1）要選擇合適的氣壓傳感器芯片，這需要根據實際需要以及各種氣壓傳感器的性能參數來決定。

　　（2）要設計合理的單片機及各模塊的接口電路。[4]

　　本系統的總體結構框圖如圖2-2所示:

　　圖2-2 數字氣壓計系統結構框圖

　　由圖2-2可知，整個系統的工作流程如下：

　　測量時被測氣壓由氣壓傳感器轉換為模擬的電壓輸出，此輸出信號不能直接交由單片機處理。因此，需通過BMP085氣壓模塊內置的A/D轉換模塊的轉換以及其寄存器的處理和單片機的控制，最后獲得實際氣壓值，并通過LCD1602顯示。

　　單片機對BMP085 發送控制命令的方式如下圖（圖2-7）所示。

　　圖2-7 單片機向BMP085發送控制命令的方式

　　具體說來，單片機向BMP085 發送命令的步驟如下

　　（1）發送模塊地址+W（表示寫操作），如圖2-7中的0xEE。

　　（2）發送寄存器地址(register address)，如圖2-7中的第一個0xF4。

　　（3）發送寄存器的值(control register data)，如圖2-7中的第二個0xF4。

　　寄存器的值代表BMP085 要進行的測量方式。不同的值分別代表，測量溫度；低精度壓力測量；中精度壓力測量；高精度壓力測量。

　　舉例來說，向 BMP085 寫寄存器地址0xF4 代表要BMP085 進行測量，具體進行什么測量（溫度、高精度壓力、中精度壓力還是低精度壓力）要由發向寄存器的值（control register data）決定，在圖2-7 中control register 的值是0xF4。對照表2-1可以看出，0xF4 代

　　表要進行高精度的壓力測量，需要測量時間25.5ms。

　　以上就是單片機向BMP085發送控制命令的具體過程，下面介紹下單片機從BMP085中讀取數據的方法，其方式如下圖（圖2-8）所示。

　　圖2-8 從BMP085讀取數據的方法

　　具體說來，從BMP085 讀取數據的步驟如下：

　　（1）發送模塊地址+W（表示寫操作），如圖2-8中的0xEE。

　　（2）送寄存器地址(register address)，如圖2-8中的第一個0xF6。

　　（3）重新開始IIC 傳輸（Restart）。

　　（4）發送模塊地址+R（表示要進行讀操作），如圖2-8中的0xEF。

　　（5）讀取測量值的高8 位（MSB）。

　　（6）讀取測量值的低8 位（LSB）。

　　表2-2 BMP085中的寄存器

　　寄存器名稱

　　EEPROM UT or UP 寄存器地址 0xAA-0xBF 0xF6(高八位) 0xF7(低八位) 0xF8

　　其實單片機對BMP085 的控制可以概括為兩句話：向固定的寄存器（0xF4）寫特定值，從特定的寄存器（0x2E）讀返回值。每次通訊時的地址都是一個固定的值，主要是為了符合IIC 協議。

　　（1）向固定的寄存器（0xF4）（表2-1中的寄存器）寫特定值。

　　其實就是向 0xF4 地址寫不同的值從而完成溫度測量或者不同的壓力精度的測量。

　　（2）從特定的寄存器（表2-2中的寄存器地址）讀返回值。

　　從 EEPROM 讀取Calibration 所需要的數據，共有11 個Word（雙字節）。

　　從 0xF6，0xF7，0xF8 讀取UT 或者UP，具體是UP 還是UT 要由前面進行的操作決定（進行了溫度轉換就存有溫度數據，進行了壓力轉換就存有壓力數據）。

　　本設計中選擇字符型液晶顯示器LCD1602。LCD1602可以顯示兩行，每行16個字符，采用+5V電源供電，外圍電路配置簡單。LCD1602是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD。