沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）
端口引脚的分配顺序是从P0.0开始，可以一直分配到P3.7。为数字外设分配端口引脚的优先权顺序为UART0具有最高优先权，而CNVSTR具有最低优先权。优先权交叉开关的配置是通过3个特殊功能寄存器XBR0、XBR1和XBR2来实现的，当交叉开关配置寄存器XBR0、XBR1和XBR2中外设的对应使能位被设置为逻辑1时，交叉开关将端口引脚分配给外设[9]。如图3-2所示：
图3-2 C8051F020单片机引脚图
3.2 压力传感器模块
本设计采用MPX2100半导体压力传感器来完成压力的测量，此传感器与差动放大电路结合，能够准确的检测到电压，并接入C8051F020单片机进行A/D转换。
3.2.1 MPX2100半导体压力传感器的性能特点
采用的MPX2100半导体压力传感器线性度高，灵敏度高，模拟输出电压与输入的压力值和电源偏置电压成正比。另外，MPX2100所具有的温度补偿特性克服了半导体压力敏感器件存在温度漂移问题。它具有如下特点[10]：
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(1)由于采用激光微调技术，使电桥零漂输出很小，一般小于±1mV； (2)传感器由热敏电阻组成温度补偿网络，在-40℃~+125℃范围内有较好的温度补偿效果，从而提高了传感器的精度；
(3)具有极好的线性度（±0.25%F.S）； (4)有较宽的工作温度范围（-40℃~+125℃）； (5)允许过载大（400%）；
(6)工作压力范围: 0kPa 到 100kPa 。 3.2.2 差分放大电路的构成
为了保证测量电路的精度，采用LM324放大器。LM324是四运放集成电路，它采用14管脚双列直插塑料（陶瓷）封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3-3所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“Vdd”、“Vss”为正、负电源端，“7”为输出端。两个信号输入端中，6（-）为反相输入端，表示运放输出端的信号与该输入端的相位相反；5（+）为同相输入端，表示运放输出端的信号与该输入端的相位相同[11]。
图3-3 LM324符号
3.2.3 压力采集模块与单片机的连接
总体来说，该压力检测电路由放大和电压频率变换两部分组成，并由一个4运放和一些电阻组成放大电路，它具有高差模增益和高共模抑制比，而且输入阻抗高，可以调整电路的偏置。测压电路如图3-4所示。在系统电路设计中，VD1采用LM385，其稳定电压为2.5 V，为传感器提供1.5 mA恒流源的基准电
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压。U2与U3构成差动输入与差动输出的放大电路，通过U5变换为对地的单端信号输出，该输出信号接入C8051F012的模拟输入通道AINO进行A/D转换。
图3-4 测压模块电路图
3.3 温度信号采集模块
本设计采用DS18B20温度传感器来完成温度的测量，此款温度传感器内部具有A/D转换功能，所以输出的信号可以直接和单片机进行通讯而不需要外加A/D转换电路。其内部转换速度很快，可以满足通讯需求，同时简化了外部电路，降低了成本，使得系统的集成度进一步提高，满足简化电路的原则。 3.3.1 DS18B20的性能特点
关于的DS18B20的一些特性我们在第二章中已经简单介绍过，DS18B20的一线接口是其突出的特点，此款温度传感器只需要一根数据线即可完与单片机的通讯。随着科技的发展，现在的DS18B20的集成度更高，性价比也较以前大有改善，其中DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地），供电电压范围：+3.0~+5.5V。实物图如图3-5。
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图3-5 DS18B20实物图
3.3.2 DS18B20的测温原理
下图即为DS18B20的温度采集流程图，在使用这个温度传感器的时候要对其手册进行认真阅读，其在采集温度和通信十分简单，但是与此同时其对时序的要求也十分严格，因此要想正确的使用它，就必须对它的工作时序了然于心，这样在程序的编写和相应的功能实现上才有可能做到万无一失。
在DS18B20的使用中，对各种脉冲的持续时间有明确的规定。比如说所有读/写时序均必须维持60us以上，否则会出现错误，类似于这样的要求在这款传感器中还有很多，因此要求用户对每个中间模块的正常运行的脉冲持续时间要严格按照说明文档的值进行给定，以确保各个中间环节运行正常，从而最终使得传感器工作在设定的模式，来实现温度的采集和单片机之间的数据传输
[12]
。 计数比较器 斜率累加器 减法计数器 增加 温度寄存器 停止 减到0 减到 0 减法计数器 图3-6 DS18B20测温原理图
高温度系数振荡器 低温度系数振荡器 DS18B20的测温原理如图3-6所示。
预置设定 预置设定
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3.3.3 DS18B20与单片机的连接
在实际应用中，DS18B20与单片机的连接可以有两种方式。一种是使用外部电源进行供电，使用VDD接外部电源， GND接地，其I/0与单片机的I/0线相连；第二种是用寄生电源供电，即 DSI8B20的VDD接地，其它接法不改变。在使用DS18B20时，不管采用哪种电源模式，传感器I/O口都要接上拉电阻[14]。
温度传感器有两种供电方式：一种为外部供电方式即使用VDD接+5V，相应的完成温度测量的时间较短。第二种是数据线供电方式，此时使用用VDD，它直接从数据线上获取能量，直接完成温度的转换，但是完成的时间相对长一些。采取数据线供电的情况下，用单片机的I/O口实现上拉[13]。本设计中采用第一种模式来实现，其接口电路如图3-7所示。
图3-7 温度传感器与单片机的接口电路
3.4 CH451芯片实现数码显示和键盘扫描
CH451 是一个整合了LED显示驱动和键盘扫描控制以及μP 监控的多功能外围芯片。使用CH451芯片来实现数码显示和键盘扫描非常简单而且占用很少的I/O端口。CH451 内置有RC 振荡电路，可以动态驱动8 位LED或者64 位LED，具
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