单片机行业调研报告

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单片机行业调研报告

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。

单片机行业调研报告

目前已有的单片机系列主要有：Microchip单片机、Scenix单片机、NEC单片、富士通单片机、东芝单片机、8051类单片机、Zilog单片机、NS单片机等 1）51系列单片机：

8031/8051/8751是Intel公司早期的产品。应用的早，影响很大，已成为世界上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。人们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。

2）PIC系列单片机

由美国Microchip公司推出的PIC单片机系列产品，首先采用了RISC结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机产业的新趋势。

3）AVR系列单片机

AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。

单片机发展历史简介：单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。

而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。

当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和LINUX操作系统。

主要阶段

早期阶段：SCM即单片微型计算器（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统-独立发展道路上，Intel公司功不可没。

中期发展：MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。

Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

当前趋势

SoC嵌入式系统(System on Chip）式的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决，因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片机微控制器延伸到单片应用系统。

单片机的应用：

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1.在智能仪器仪表上的应用；2.在工业控

制中的应用；3.在家用电器中的应用；4.在计算机网络和通信领域中的应用；5.单片机在医用设备领域中的应用；6.在各种大型电器中的模块化应用；7.单片机在汽车设备领域中的应用。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

单片机应用举例：1.单片机的车载超级电容测试系统【2015.03.13】系统原理介绍

超级电容管理系统可以实现对超级电容工作电流和电压的实时采集，超级电容管理系统整体结构框图如图1所示，系统共由3个主要模块组成：现场电压、电流、采集与调理模块（即采集模块），信号隔离与MCU信号处理模块（即中央处理模块），电源管理模块，采集模块内、霍尔电压、霍尔电流传感器分别为超级电容电压和电流进行现场采集，采集信号经过仪用放大、然后转化为4mA-20mA电流信号并发送到中央处理模块，中央处理模块内，采集模块发送的4mA-20mA电流信号，经过电流电压变换后，再进行隔离放大、AD转换并送到MCU，MCU将数据处理后通过CAN接口传送到上位机，当检测到数据异常时MCU输出故障信号，以便工作人员能及时采取措施，电源管理模块为各功能模块提供稳定隔离的电压，增加RS232通信串口，以便MCU程序烧录。

2.嵌入式系统低功耗设计【2015-03-03】

硬件低功耗设计：

1）选择低功耗的器件

选择低功耗的电子器件可以从根本上降低整个硬件系统的功耗。目前的半导体工艺主要有TTL工艺和CMOS工艺，CMOS工艺具有很低的功耗，在电路设计上尽量选用，使用CMOS系列电路时，其不用的输入端不要悬空，因为悬空的输入端可能存在感应信号，它将造成高低电平的转换。转换器件的功耗很大，尽量采用输出为高的原则。

嵌入式处理器是嵌入式系统的硬件核心，消耗大量的功率，因此设计时选用

低功耗的处理器；另外，选择低功耗的通信收发器(对于通信应用系统)、低功耗的访存部件、低功耗的外围电路，目前许多通信收发器都设计成节省功耗方式，这样的器件优先采用。

2）选用低功耗的电路形式

完成同样的功能，电路的实现形式有多种。例如，可以利用分立元件、小规模集成电路，大规模集成电路甚至单片实现。通常，使用的元器件数量越少，系统的功耗越低。因此，尽量使用集成度高的器件，以减少电路中使用元件的个数，减少整机的功耗。

3）单电源、低电压供电

一些模拟电路如运算放大器等。供电方式有正负电源和单电源两种。双电源供电可以提供对地输出的信号。高电源电压的优点是可以提供大的动态范围，缺点是功耗大。例如，低功耗集成运算放大器LM324，单电源电压工作范围为5～30 V。当电源电压为15 V时，功耗约为220 mw；当电源电压为10 V时，功耗约为90 mw；当电源电压为5 V时，功耗约为15 mw。可见，低电压供电对降低器件功耗的作用十分明显。因此，处理小信号的电路可以降低供电电压。

4）分区／分时供电技术

一个嵌入式系统的所有组成部分并非时刻在工作，基于此，可采用分时／分区的供电技术。原理是利用“开关”控制电源供电单元，在某一部分电路处于休眠状态时，关闭其供电电源，仅保留工作部分的电源。

5） I／O引脚供电

嵌入式处理器的输出引脚在输出高电平时，可以提供约20 mA的电流，该引脚可以直接作为某些电路的供电电源使用，如图2所示。处理器的引脚输出高电平时，外部器件工作；输出低电平时，外部器件停止工作。需要注意。该电路需满足下列要求：外部器件的功耗较低，低于处理器I／O引脚的高电平输出电流；外部器件的供电电压范围较宽。

6）电源管理单元设计

处理器全速工作时，功耗最大；待机状态时，功耗比较小。常见的待机方式有两种：空闲方式(Idle)和掉电方式(Shut Down)。其中，Idle方式可以通过中断的发生退出，中断可以由外部事件供给。掉电方式指的是处理器停止，连中断也不响应，因此需要进入复位才能退出掉电方式。

为了降低系统的功耗，一旦CPU处于“空转”，可以使之进入Idle状态，降低功耗；期间如果发生了外部事件，可以通过事件产生中断信号，使CPU进入运行状态。对于Shut Down状态，只能用复位信号唤醒CPU。

7）智能电源设计

既要保证系统具有良好的性能，又能兼顾功耗问题，一个最好的办法是采用智能电源。在系统中增加适当的智能预测、检测，根据需要对系统采取不同的供电方式，以求系统的功耗最低。许多膝上型电脑的电源管理采用智能电源，以笔记本电脑为例，在电源管理方面，Intel公司采取Speed Step技术；AMD

公司采取Power Now技术；Transmeta公司采取Long Run技术。虽然这三种技术涉及到的具体内容不同，但基本原理是一致的。以采用Speed Step技术的笔记本电脑为例，系统可以根据不同的使用环境对CPU的运行速度进行合理调整。如果系统使用外接电源，CPU将按照正常的主频率及电压运行；当检测到系统为电池供电时，软件将自动切换CPU的主频率及电压至较低状态运行。

8）降低处理器的时钟频率

处理器的功耗与时钟频率密切相关。以SAM-SUNG S3C2410x(32 b ARM 920T内核)为例，它提供了四种工作模式：正常模式、空闲模式、休眠模式、关机模式．各种模式的功耗如表1所示。

由表1可见，CPU在全速运行的时候比在空闲或者休眠的时候消耗的功率大得多。省电的原则就是让正常运行模式远比空闲、休眠模式少占用时间。在类似PDA的设备中，系统在全速运行的时候远比空闲的时候少，所以可以通过设置，使CPU尽可能工作在空闲状态，然后通过相应的中断唤醒CPU，恢复到正常工作模式，处理响应的事件，然后再进入空闲模式。因此设计系统时，如果处理能力许可，可尽量降低处理器的时钟频率。

另外，可以动态改变处理器的时钟，以降低系统的总功耗。CPU空闲时，降低时钟频率；处于工作状态时，提高时钟频率以全速运行处理事务，实现这一技术的方法。通过将I／O引脚设定为输出高电平，加入电阻R1，将增加时钟频率；将I／O引脚输出低电平，去掉电阻R1，可降低时钟频率，以降低功耗。

9）降低持续工作电流

在一些系统中，尽量使系统在状态转换时消耗电流，在维持工作时期不消耗电流。例如。IC卡水表、煤气表、静态电能表等，在打开和关闭开关时给相应的机构上电，开关开和关状态通过机械机构或磁场机制保持开关的状态，而不通过电流保持，可以进一步降低电能的消耗。

软件低功耗设计：

1）编译低功耗优化技术

编译技术降低系统功耗是基于这样的事实：对于实现同样的功能，不同的软件算法，消耗的时间不同，使用的指令不同，因而消耗的功率也不同。对于使

用高级语言，由于是面向问题设计的，很难控制低功耗。但是，如果利用汇编语言开发系统(如对于小型的嵌入式系统开发)，可以有意识地选择消耗时间短的指令和设计消耗功率小的算法来降低系统的功耗。

2）硬件软件化与软件硬件化

通常的硬件电路一定消耗功率，基于此，可以减少系统的硬件电路，把数据处理功能用软件实现，如许多仪表中用到的对数放大电路、抗干扰电路，测量系统中用软件滤波代替硬件滤波器等。

需要考虑，软件处理需要时间，处理器也需要消耗功率，特别是在处理大量数据的时候，需要高性能的处理器，这可能会消耗大量的功率。因此，系统中某一功能用软件实现，还是用硬件实现，需要综合计算后进行设计。

3）采用快速算法

数字信号处理中的运算，采用如FFT和快速卷积等，可以大量节省运算时间，从而减少功耗；在精度允许的情况下，使用简单函数代替复杂函数作近似，也是减少功耗的一种方法。

4）软件设计采用中断驱动技术

整个系统软件设计成处理多个事件，在系统上电初始化时，主程序只进行系统的初始化，包括寄存器、外部设备等，初始化完成后，进入低功耗状态，然后CPU控制的设备都接到中断输入端上。当外设发生了一个事件，产生中断信号，使CPU退出节电状态，进入事件处理，事件处理完成后，继续进入节电状态。

5）延时程序设计

延时程序的设计有两种方法：软件延时和硬件定时器延时。为了降低功耗，尽量使用硬件定时器延时，一方面提高程序的效率，另一方面降低功耗。原因为：大多数嵌入式处理器在进入待机模式时，CPU停止工作，定时器可正常工作，定时器的功耗可以很低，所以处理器调用延时程序时，进入待机方式，定时器开始计时，时间一到，则唤醒CPU。这样一方面CPU停止工作，降低了功耗，另一方面提高了CPU的运行效率。

嵌入式系统的设计涉及到软件设计和硬件设计两个方面，在实际系统应用时，低功耗的设计并非是一蹴而就的事情，需要综合考虑各种可能的因素、条件和状态，需要对各种细节进行认真的斟酌和分析，需要对各种可能的方案和方法进行计算和分析，这样才可能取得较为满意的效果，达到降低系统功耗的目的。

单片机调研报告2016-12-26 22:44 | #2楼

当今世界，科技发展突飞猛进，创新创造日新月异，科技竞争在综合国力竞争中的地位更加突出。近年来，随着对“科学技术是第一生产力”认识的不断深化，我国科学技术呈现日益发展繁荣局面，战略需求引领学科快速发展，基础学科呈现较快发展态势，科技创新提升国家创新能力，成果应用促进国民经济建设，交流合作增添学科发展活力。集成学术资源，及时总结、报告自然科学相关学科的最新研究进展，对科技工作者及时了解和准确把握相关学科的发展动态，深入开展学科研究，推进学科交叉、渗透与融合，推动多学科协调发展，适应学科交叉的世界趋势，提升原始创新能力，建设创新型国家具有非常重要的意义。十七大将提高自主创新能力、建设创新型国家摆在了非常突出的位置，强调这是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。学科创立、成长和发展，是科学技术创新发展的科学基础，是科学知识体系化的象征，是创新型国家建设的重要方面，是国家科技竞争力的标志。

一、单片机智能控制系统的应用

在电子领域，尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。计算机的应用已经渗透到国民经济与人们生活的各个角落,正在日益改变着传统的人类工作方式和生活方式,而单片机技术又作为计算机技术中的一个独立分支,有着性价比高,集成度高,体积小,可靠性高,控制功能强大,低功耗,低电压,便于生产,便于携带等特点,所以得到越来越广泛的应用, 可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机，特别是在工业控制和仪表仪器智能化中起极其重要的作用.

单片机与人们的生活已经结为一体。从数字闹钟到电动牙刷和电动剃须刀；从车内应用门锁、停车传感器、ABS，到行车途中交通控制、雷达测速以及交通流量监视器；从家庭和办公应用中的工厂自动化、照明控制（如荧光灯、镇流器控制、应急灯等），到家庭保健中的植入式心律转复除颤器、胃窥镜等，以及手机、火灾控制系统、烟雾报警器等应用，都有单片机在其中发挥着重要作用。

单片机的市场潜力很大：目前很多产品处在升级换代的转变时期，正在形成规模经济（产业）。单片机主要可应用于：一般电控的单片机控制，如汽车电子；单片机控制加上模糊逻辑技术，如家用电器；单片机控制加上神经网络，如电力控制。在下列行业将会形成需求热点：①消费类产品：我国正在成为出口大国；为增加竞争能力，正在配置高档控制器，如空调器。应用的单片机已升高档次，并拟出口国外。②商场和市场的管理：包括大商场使用计算机销售网；９５年１２月１日市场取消杆秤，推行电子秤，消费者自用的手提或电子秤；各大城市汽车数量急骤增多，电子计算器及ＩＣ收费卡需要更新换代；工资发放实行金融卡，多功能卡也将受到欢迎；遥控器及多功能遥控器；智能快速电池充电器；通信产品的普及。③汽车电子是一大极有吸引力的门类。中国有１３亿人口，如果按每１０人有一辆汽车，那就有１．３亿辆，如果我国每年生产１００万辆汽车，还需要持续生产１３０年，再加上农业生产用车、工业生产用车和公共交通用车，其数量将更是可观。随着单片机的应用，我们的生活得到翻天覆地的变化，生活也越来越便捷。

二、单机的介绍

何为单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随 1

机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在最先进的单片机为德州仪器（TI）产的，当然这个德州不是中国德州，而是美国的德州。型号是MSP430，是一款超低功耗的单片机。什么是超低功耗？也就是工作电流4uA，用一个苹果插上铜片和锌片来产生电都可以让一个电子钟工作，如果苹果不烂可以工作一个星期。我们常见的就是51单片机。因为这个单片机在中国市场上发展了几十年了，现在工程中用的比较多的也是MCS-51的单片机，它的资料比较多，用的人也很多，市场也很大。所谓的51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash Rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。当前常用的51系列单片机主要产品有：

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

*ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；

*Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品

目前，国产宏晶STC单片机以其低功耗、廉价、稳定性能，占据着国内51单片机较大市场。

三、目前单片机市场

正因为如此他才改变了我的生活，它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3 亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。

四、调研感触

在此我想用已学的一点单片机知识，利用单片机强大的控制功能和内部定时器重要部件,设计了一款自行对时间进行调整以及把年份、日期以及时、分、秒用LED显示的电子钟。而且要求计时准确，显示直观，清晰，时能够精确到秒。最后设计出来的产品，要求电路简洁，稳定性好。

我想做的电子钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作 3

用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法

对应于此次设计，先选定用单片机实现的方案,了解设计要求，再分别从硬件系统设计和软件系统设计两个宏观方面着手.然后大量阅读相关资料,硬件方面,熟练单片机工作基本原理,查出相关元器件的参数,八段数码管等性能.然后画出系统框图和单元电路原理图，再对系统工作原理按照单元电路作简单的说明。软件方面,熟悉编程语言,查找相关子程序.熟悉使用Keil uVision2开发软件及STC-ISP下载软件.把原器件按电路原理图安装.最后再对硬件和软件系统进行调试和仿真。硬件部分主要由AT89S52单片机，LED显示电路，以及调时按键电路等组成。在单片机的选择上本人使用了AT89S52单片机，该单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。软件方面主要包括日历程序、时间调整程序，显示程序等。

单片机应用调研报告2016-12-26 17:19 | #3楼

一、课题的来源及意义

在工业生产中,电流、电压、温度、压力等都是很常见的生产要求参数，因此在很多工业生产中，人们都要对加热炉、生产炉中的气压进行监控，气压计是利用压敏元件将待测气压转化为其它容易检测和传输的电流或电压信号，再通过电路处理将其显示的工具，而其中的核心就是气压传感器，它在监视压力大小及控制压力变化方面起着重要作用。采用单片机对其进行控制，不仅控制简单方便，而且对这些参数指标的控制和调节能力更强，从而提高产品质量。

运用于气压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气压变化来获取气压值的。气象学研究表明，在垂直方向上气压随高度增加而降低。例如在低层，每上升100m气压便降低10hPa；在5～6km的高空，高度每增加100m，气压便会降低7hPa；而当高度进一步增加时，即到9～10km的高空之后，高度每增加100m，气压便会降低5hPa；同样，若空气中有下降气流时，气压会增加；若空气中有上升气流时，作用于空气柱底部的气压就会减小。一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力。[1]

数字气压计大量应用在各种工矿企业，野外作业，消费类电子产品等等的地方，并且众多数字气压传感器的出现使得数字化气压测量装置更加多样化，并且精度也越来越高，现在的数字气压计已经不满足仅测量气压的功能，有的还具有测温及辨识方向的功能，智能化及多功能化将是其以后发展的趋势。本课题设计充分利用了BMP085的功能，它满足数字气压计采集、控制和数据处理的需要，可提高系统稳定性和抗干扰能力。同时，微控制和数字化气压传感器的结合可以使得气压计的设计更具灵活性，测量精度相对于液体气压计也有了显著提高，测量结果的显示也更直观，由于大量的工作由单片机软件来实现，简化了设计电路，且调整方便、可兼顾的指标多，从而大大降低了成本。另外，由于该数字气压计的模块化设计，该数字气压计还具有很好的功能扩展性，具有精度高、稳定性好、功能易于扩展等优点，为仪器及电子产品设计的后续技术升级，以及进一步满足市场的需要提供了条件[2]

二、国内外发展状况

人类社会进入20世纪90年代以后微电子行业发展极为迅速，各种各样的电子传感器被发明且被运用到各行各业，为人们的生产生活创造了极大的便利。数字气压传感器亦已出现，并大量被运用，甚至现在很多手持设备中都已经加入了气压计功能，比如手机，GPS等，方便了人们的出行旅游。常见气压计有液体气压计和盒式气压计。飞机上使用的高度计实际上是用盒式气压计改装成的。常见的液体气压计有水银气压计和酒精气压计2种，这2种都是老式的气压计，体积大，精度低，不方便携带且容易坏，当今社会科技高速发展，各行各业不断出现新技术新材料，气压测量这块也是这样，盒式 1

大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告

气压计的出现部分的解决了液体气压计所无法解决的缺点，比如体积、方便携带等等。目前国际国内很多公司都推出了其数字气压传感器，如摩托罗拉公司的MPX4105和Intersema公司的MS5534b另外还有华普微电子的HP03系列数字气压传感器。众多数字气压传感器的出现使得多样化的数字化气压测量装置、用品大量出现，并越来越普及，精度也越来越高。数字气压计一般不会只有测量气压一种功能，一般都有其他的功能，比如测温度、指南针、码表等等的功能。[1]

三、课题的研究目标、研究内容

本设计介绍了一种用气压传感器BMP085与AT89S52单片机相结合的气压计设计方法。通过气压传感器获得与气压相对应的模拟电压值，再通过BMP085气压传感器内置的模块的转化和处理，以及单片机对其的控制，获得当前的气压值，并通过1602液晶显示模块显示。本设计以C语言为开发工具，进行了相关的设计与编程，总体实现了系统功能的可靠性、稳定性、经济性。在设计电子气压计之前首先要搞清楚气压的定义, 气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量,著名的马德堡半球实验证明了它的存在。气压的国际制单位是帕斯卡，简称帕，符号是Pa。气压的地区差别是气象变化的直接原因之一，在高处的大气层比较薄，那里的空气引力比低处要小，因此在高处的气压比在低处要低。

气压产生的成因，可以依据分子动理论分析，气体的压强是大量分子频繁地碰撞容器壁而产生的。单个分子对容器壁的碰撞时间极短，作用是不连续的，但大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁的作用力是持续的、均匀的，这个压力与器壁面积的比值就是压强大小。

气压的大小与海拔高度、大气温度、大气密度等有关，一般随高度升高按指数律递减。气压有日变化和年变化：一年之中，冬季比夏季气压高；一天中，气压有一个最高值、一个最低值，分别出现在9～10时和15～16时，还有一个次高值和一个次低值，分别出现在21～22时和3～4时。气压日变化幅度较小，一般为0.1～0.4千帕，并随纬度增高而减小。气压变化与风、天气的好坏等关系密切，因而是重要气象因子。[3]

四、可行性分析

本次设计采用集成的单片机主控，压力传感器采集到气压信号后,经过其自带的A/D转换模块和控制单元，将其处理后，送入单片机中，通过单片机的控制，将处理的结果送显示模块进行显示，其原理框图如下：

图2-1 设计方案原理图

此方案直观明了，调整方便，可兼顾的指标多，因此使用本设计方案，本方案的重点有以下两点：

（1）要选择合适的气压传感器芯片，这需要根据实际需要以及各种气压传感器的性能参数来决定。

（2）要设计合理的单片机及各模块的接口电路。[4]

本系统的总体结构框图如图2-2所示:

图2-2 数字气压计系统结构框图

由图2-2可知，整个系统的工作流程如下：

测量时被测气压由气压传感器转换为模拟的电压输出，此输出信号不能直接交由单片机处理。因此，需通过BMP085气压模块内置的A/D转换模块的转换以及其寄存器的处理和单片机的控制，最后获得实际气压值，并通过LCD1602显示。

单片机对BMP085 发送控制命令的方式如下图（图2-7）所示。

图2-7 单片机向BMP085发送控制命令的方式

具体说来，单片机向BMP085 发送命令的步骤如下

（1）发送模块地址+W（表示写操作），如图2-7中的0xEE。

（2）发送寄存器地址(register address)，如图2-7中的第一个0xF4。

（3）发送寄存器的值(control register data)，如图2-7中的第二个0xF4。

寄存器的值代表BMP085 要进行的测量方式。不同的值分别代表，测量温度；低精度压力测量；中精度压力测量；高精度压力测量。

举例来说，向 BMP085 写寄存器地址0xF4 代表要BMP085 进行测量，具体进行什么测量（温度、高精度压力、中精度压力还是低精度压力）要由发向寄存器的值（control register data）决定，在图2-7 中control register 的值是0xF4。对照表2-1可以看出，0xF4 代

表要进行高精度的压力测量，需要测量时间25.5ms。

以上就是单片机向BMP085发送控制命令的具体过程，下面介绍下单片机从BMP085中读取数据的方法，其方式如下图（图2-8）所示。

图2-8 从BMP085读取数据的方法

具体说来，从BMP085 读取数据的步骤如下：

（1）发送模块地址+W（表示写操作），如图2-8中的0xEE。

（2）送寄存器地址(register address)，如图2-8中的第一个0xF6。

（3）重新开始IIC 传输（Restart）。

（4）发送模块地址+R（表示要进行读操作），如图2-8中的0xEF。

（5）读取测量值的高8 位（MSB）。

（6）读取测量值的低8 位（LSB）。

表2-2 BMP085中的寄存器

寄存器名称