基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目 基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級 </p&

2、gt;<p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2013年 4 月</p><p>　　基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>

3、　　摘 要</b></p><p>　　液位測量廣泛應(yīng)用于工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、生活等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)以水箱供水為模型，用于對水箱液位信號進(jìn)行測量監(jiān)控記錄。</p><p>　　基于單片機(jī)的液位測量裝置具有測量準(zhǔn)確、重復(fù)性好、功耗低、使用壽命長的特點(diǎn)，是廣泛采用的技術(shù)。在深入學(xué)習(xí)科學(xué)發(fā)展觀的同時(shí)，電子設(shè)備的設(shè)計(jì)也需融入可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念。故此，在基于單片機(jī)的液位測量裝置基礎(chǔ)上，擴(kuò)展實(shí)

4、時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)串行通信等功能，從而能夠通過科學(xué)的方法將液位測量與統(tǒng)計(jì)科學(xué)結(jié)合，合理調(diào)度水資源，降低能源消耗。</p><p>　　本文從系統(tǒng)方案選擇與論證，硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件與上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面介紹了基于單片機(jī)的液位測量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，最終實(shí)現(xiàn)了液位的實(shí)時(shí)測量與監(jiān)控。最后，本文總結(jié)了設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題及解決方法，簡要敘述了所獲數(shù)據(jù)的處理方法，引出了進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)的思路。</p>

5、;<p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；液位測量；實(shí)時(shí)監(jiān)控；串口通信</p><p>　　The Design of Liquid Level Control System Based on MCU</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The liquid level measurement is wi

6、dely used in industry, economy, life and other fields. This design take the water tank water supply as a model, uses in carries on the survey to the water tank fluid position signal to monitor the record. </p><

7、;p>　　The liquid level measurement device base on MCU is widely used because of many characteristics such as high measurement accuracy, good repeatability, low power consumption and long useful time. When we study Scie

8、ntific Outlook on Development thoroughly, the design of electronic aid should include the thought of sustainable development. So, beyond the liquid level measurement device based on MCU, expand the functions of real-time

9、 monitoring, data acquisition, serial communication. Through the new</p><p>　　This thesis introduces the design process of the liquid level control system by several parts as system schema, the design of har

10、dware circuit, the software of host computer and system software, ultimately achieved the level of real-time measurement and monitoring. Finally, the paper summarizes the problems and solutions of the design process, des

11、cribes briefly the method of data processing, and leads to ideas of the further design and development.</p><p>　　Keywords：MCU；Liquid Level Measurement；Real-time monitoring；Serial Communication</p><

12、;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1 課題背景與研究意義2</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展2</p>

13、<p>　　1.3 本課題主要研究內(nèi)容3</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)框圖4</p><p>　　2.3 硬件設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.3.1 主控模塊設(shè)計(jì)方案5</p>

14、<p>　　2.3.2 鍵盤模塊設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　2.3.3 顯示模塊設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　2.3.4 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　2.3.5 時(shí)間模塊設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　2.3.6 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　2.

15、3.7 通信模塊設(shè)計(jì)方案9</p><p>　　2.3.8 電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)方案10</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 AT89S52硬件設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2 按鍵設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3 顯示單元硬件設(shè)計(jì)14</p>

16、;<p>　　3.4 存儲單元硬件設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5 時(shí)間單元硬件設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6 A/D轉(zhuǎn)換單元硬件設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.7 通信單元硬件設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.8 其他外圍電路的設(shè)計(jì)20</p><p>　　第4章 系統(tǒng)

17、軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件22</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)軟件編譯開發(fā)環(huán)境22</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)主程序流程圖22</p><p>　　4.1.3 系統(tǒng)初始化22</p><p>　　4.1.4 顯示與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理24</p>

18、<p>　　4.1.5 按鍵部分軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1.6 顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1.7 A/D轉(zhuǎn)換模塊軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1.8 電機(jī)控制模塊軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1.9 通信協(xié)議及通信模塊軟件設(shè)計(jì)27</p>&l

19、t;p>　　4.1.10 時(shí)間模塊軟件設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.2.1 上位機(jī)軟件開發(fā)編譯環(huán)境30</p><p>　　4.2.2 上位機(jī)軟件的界面設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.2.3 上位機(jī)串口通信功能的實(shí)現(xiàn)32</p><p>　

20、　4.2.4 上位機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)處理34</p><p><b>　　結(jié)論與展望35</b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p>　　附錄A 系統(tǒng)電路原理圖39</p>&l

21、t;p>　　附錄B 系統(tǒng)軟件源代碼42</p><p><b>　　插圖清單</b></p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體框圖……………………………………………………………………… 1</p><p>　　圖3-1 AT89S52引腳及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號………………………………………………………… 11</p><p&

22、gt;　　圖3-2 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路………………………………………………………………13</p><p>　　圖3-3 系統(tǒng)按鍵電路………………………………………………………………………14</p><p>　　圖3-4 74LS273及74LS47引腳圖 ……………………………………………………… 14</p><p>　　圖3-5 顯示部分電路圖………

23、……………………………………………………………15</p><p>　　圖3-6 62256引腳圖……………………………………………………………………… 16</p><p>　　圖3-7 存儲的單元電路……………………………………………………………………16</p><p>　　圖3-8 DS1302引腳圖……………………………………………………………………

24、…17</p><p>　　圖3-9 時(shí)間單元電路………………………………………………………………………17</p><p>　　圖3-10 ADC0804引腳圖……………………………………………………………………18</p><p>　　圖3-11 A/D轉(zhuǎn)換單元電路圖………………………………………………………………19</p><p&g

25、t;　　圖3-12 MAX485引腳圖…………………………………………………………………… 19</p><p>　　圖3-13 串行通信模塊電路圖…………………………………………………………… 20</p><p>　　圖3-14 繼電器部分電路圖……………………………………………………………… 20</p><p>　　圖3-15 電源指示燈電路圖………

26、……………………………………………………… 21</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖………………………………………………………………………23</p><p>　　圖4-2 鍵盤程序流程圖……………………………………………………………………25</p><p>　　圖4-3 液位檢測流程圖……………………………………………………………………27<

27、/p><p>　　圖4-4 通信檢測流程圖……………………………………………………………………28</p><p>　　圖4-5 上位機(jī)軟件界面效果圖……………………………………………………………33</p><p>　　圖4-6 水箱液位控制結(jié)構(gòu)圖………………………………………………………………33</p><p>　　圖5-1 Mat

28、lab繪制圖形……………………………………………………………………36</p><p><b>　　表格清單</b></p><p>　　表3-1 端口引腳第二功能…………………………………………………………………12</p><p>　　表4-1 初始化參數(shù)及含義…………………………………………………………………22</p>

29、<p>　　表4-2 A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對照表…………………………………………………… 24</p><p>　　表4-3 通信協(xié)議……………………………………………………………………………28</p><p>　　表4-4 RS狀態(tài)標(biāo)志及含義 ……………………………………………………………… 29</p><p>　　表4-5 界面功能描述

30、………………………………………………………………………31</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　上世紀(jì)40年代，電子計(jì)算機(jī)的誕生，標(biāo)志著人類電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。1976年單片機(jī)的推出為電子電路設(shè)計(jì)提供了新的思路，也促進(jìn)了模擬電路向數(shù)字電路發(fā)展的歷程。它在一片芯片上集成了完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從它的發(fā)展來看，低功耗CMOS化、微型單片化

31、、主流與多品種共存的發(fā)展趨勢更進(jìn)一步促使了單片機(jī)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用。這些應(yīng)用，很大一方面體現(xiàn)在工業(yè)控制中。在工業(yè)上，使用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用發(fā)展迅速而廣泛。在過程控制中，單片機(jī)既可作為主計(jì)算機(jī)，又可作為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的前端機(jī)，完成模擬量的采集和開關(guān)量的輸入、處理和控制計(jì)算，然后輸出控制信號。單片機(jī)廣泛用于儀器儀表中，與不同類型的傳感器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)諸

32、如電壓、功率、頻率、濕度、流量、速度、厚度、壓力、溫度等物理量的測量；在家用電器設(shè)備中，單片機(jī)已廣泛用于電視機(jī)、錄音機(jī)、電冰箱、電飯鍋、微波爐、洗衣、高級電子玩具、家用防盜報(bào)警等各種家電設(shè)備中。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信、醫(yī)用設(shè)備、工商、金融、科研、教育、國防、航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　工程應(yīng)用中液位的測量常用方法主要有超聲波、激光紅外測距、機(jī)械浮子、壓力傳感器測距等幾種。這些測量方式對一

33、般液位的測量來說各有各的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)不同的應(yīng)用場合和要求進(jìn)行選擇。比如，常見的液位控制系統(tǒng)多采用浮標(biāo)、電極等，這種控制形式結(jié)構(gòu)簡單成本低廉，但是控制精度不高，不能進(jìn)行數(shù)值顯示；另外容易引起誤操作，與上位機(jī)進(jìn)行信息交互比較困難。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，液位測量技術(shù)趨于智能化、微型化、可視化。本設(shè)計(jì)思想是用單片機(jī)做下位機(jī)，PC機(jī)做上位機(jī)，單片機(jī)和PC機(jī)相結(jié)合對水箱液位進(jìn)行測量和監(jiān)控。該設(shè)計(jì)要求具有一定的

34、智能化，可操作性和穩(wěn)定性好。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　課題背景與研究意義</b></p><p>　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常需要測量液體液位。隨著國家工業(yè)的迅速發(fā)展，液位測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用到石油、化工、醫(yī)藥、食品等各行各業(yè)中。低溫液體（液氧、液氮、液氬、液化天然氣及液體

35、二氧化碳等）得到廣泛的應(yīng)用，作為貯存低溫液體的容器要保證能承受其載荷；在發(fā)電廠、煉鋼廠中，保持正常的鍋爐汽包水位、除氧器水位、汽輪機(jī)凝氣器水位、高、低壓加熱器水位等，是設(shè)備安全運(yùn)行的保證；在教學(xué)與科學(xué)研究中，也經(jīng)常碰到需要進(jìn)行液位控制的實(shí)驗(yàn)裝置。</p><p>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展</p><p>　　液位測量的方法比較多，依據(jù)測量方式的不同可分為接觸式與非接觸式兩種類型。</

36、p><p><b>　　●接觸式測量法</b></p><p>　　接觸式測量法是指測量用傳感器直接與容器內(nèi)存儲液體相接觸，從而獲得測量參數(shù)的方法。</p><p><b>　　1.人工檢尺法</b></p><p>　　人工檢尺法可用于測量油罐液位，其歷史十分悠久。它利用浸入式刻度鋼皮尺測量液位，這種

37、方法具有測量簡單、可靠性高、直觀、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但人為讀數(shù)誤差大、無法實(shí)現(xiàn)自動檢測和操作。</p><p><b>　　2.電參數(shù)測量法</b></p><p>　　常見的有電阻法、光電法、測重法、電容法、浮標(biāo)法及聲光電的反射回波法等。無論怎樣，這些方法的關(guān)鍵是利用液位傳感器將液位的相對位移量轉(zhuǎn)換成為電壓、電流、阻抗等便于進(jìn)行電處理的物理量。限于篇幅，下面僅簡單介紹電

38、容測量法的基本原理。</p><p>　　本方法所使用的電容通常由兩塊圓柱形極板或一個(gè)探極與罐壁構(gòu)成。當(dāng)液位不同時(shí)，電容器的介電常數(shù)就不同，故電容量也不同。在此基礎(chǔ)上可以把電容量轉(zhuǎn)化為電壓、相移、頻率、脈寬等物理量，再進(jìn)行測量。</p><p>　　電容式液位測量裝置通常結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應(yīng)快，適合于惡劣的工作環(huán)境，生產(chǎn)成本也不高；但電容液位測量器需要考慮溫度補(bǔ)償，且介質(zhì)

39、的成分、水分、溫度、密度等不確定變化因素直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，另外檢測電路比較復(fù)雜，尤其是檢測微小電容量的變化。</p><p><b>　　●非接觸式測量法</b></p><p>　　非接觸式測量法包括超聲波法、調(diào)制型光學(xué)法、微波法等。其特點(diǎn)是測量手段并不采用浮子之類的固態(tài)物，而是利用聲、光、射線、磁場等的能量。液位傳感器不和被測介質(zhì)接觸，不受被測介質(zhì)影響，也

40、不影響被測介質(zhì)，故適用范圍廣泛。特別是接觸式測量裝置不能適用的特殊場合，如高粘度、強(qiáng)腐蝕性、污染性強(qiáng)，易結(jié)晶的介質(zhì)。下面簡單介紹超聲波法和微波法的測量原理。</p><p>　　超聲波法：換能裝置將電功率脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波，射向液面，經(jīng)液面反射后再由換能器將該超聲波轉(zhuǎn)換為電信號，超聲波法可用于多液面的測量。</p><p>　　超聲波是機(jī)械波，傳播衰減小，界面反射信號強(qiáng)，且發(fā)射和接收電路簡單

41、，因而應(yīng)用較為廣泛；但超聲波的傳播速度受介質(zhì)的密度、濃度、溫度、壓力等因素影響，其測量精度往往較低。</p><p>　　微波法：微波通過天線輻射出去，經(jīng)液面反射后被天線接收，然后由二次電路計(jì)算發(fā)射信號與接收信號的時(shí)間差得出液位。</p><p>　　微波速度受傳播介質(zhì)、溫度、壓力、液體介電常數(shù)的影響很小，但液體界面的波動、液體表面的泡沫、液體介質(zhì)的介電常數(shù)對微波反射信號強(qiáng)弱有很大影響。當(dāng)

42、壓力超過規(guī)定數(shù)值時(shí)，壓力對液位測量精度將產(chǎn)生顯著影響。對波導(dǎo)管的銹蝕、彎曲和傾斜都會影響測量精度。</p><p><b>　　●光纖測量法</b></p><p>　　光纖液位檢測是近年來出現(xiàn)的一種新技術(shù)。根據(jù)光導(dǎo)纖維中光在不同介質(zhì)中傳輸特性的改變對液位進(jìn)行測量。</p><p>　　光纖液位測量有以下優(yōu)點(diǎn)：精度高、靈敏度好、抗電磁干擾、耐腐

43、蝕、電絕緣性好、檢測現(xiàn)場無電、光路有抗擾性以及便于與計(jì)算機(jī)連接，便于與光纖傳輸系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)等。</p><p>　　目前，市面上進(jìn)行液位測量的儀表種類繁多，但是同時(shí)具有測量、監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄及處理的液位測量裝置并不多。在某些工業(yè)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的測量這一基本功能已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，往往需要對大批數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對其進(jìn)行后期處理分析，實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制、工藝改善、資源優(yōu)化等一系列工作。為了獲得大批量的數(shù)據(jù)，得到可靠的分

44、析資料，往往需要長期、多網(wǎng)點(diǎn)的監(jiān)控記錄。在液位測量這一領(lǐng)域中，如江河湖海、城市用水等方面，大量數(shù)據(jù)長時(shí)間，多網(wǎng)點(diǎn)的采集記錄分析具有普遍的意義。液位的變化分析，有助于人們進(jìn)一步對自然環(huán)境、天氣變化甚至是災(zāi)害預(yù)警提供可靠的支持。</p><p><b>　　本課題主要研究內(nèi)容</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以水箱供水為模型，鑒于單片機(jī)液位測量裝置的測量準(zhǔn)確、重復(fù)性能好

45、、功耗低、使用壽命長等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為基礎(chǔ)的液位測量監(jiān)控記錄系統(tǒng)。具有實(shí)時(shí)液位測量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理等功能。</p><p>　　設(shè)計(jì)具體內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面：</p><p>　　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)以及單片機(jī)選型；</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；</b></p><p>　　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)以及上位機(jī)與下位機(jī)通信

46、設(shè)計(jì)。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　本設(shè)計(jì)以水箱供水為模型，鑒于單片機(jī)液位測量裝置的測量準(zhǔn)確、重復(fù)性能好、功耗低、使用壽命長等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為基礎(chǔ)的液位測量監(jiān)控記錄系統(tǒng)。它具有實(shí)時(shí)測量監(jiān)控水箱液位高度并顯示的功能，并根據(jù)實(shí)時(shí)水量與設(shè)置的上、下液位參數(shù)的比較，啟動電機(jī)供水或停止水泵。在

47、啟動電機(jī)與停止水泵時(shí)，實(shí)時(shí)記錄時(shí)間點(diǎn)與電機(jī)狀態(tài)。液位測量高度≤5米，測量精度10%，AC220V供電。</p><p>　　可通過上位機(jī)軟件，可與監(jiān)控記錄系統(tǒng)進(jìn)行通信，能夠從PC機(jī)獲取當(dāng)前液位高度、電機(jī)狀態(tài)、設(shè)備系統(tǒng)時(shí)間、上下液位高度等數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要改變系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)。同時(shí)可以獲取設(shè)備運(yùn)行時(shí)記錄的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)?shù)據(jù)保存。能夠根據(jù)一定的算法，計(jì)算分析單位時(shí)間水箱消耗水量，繪制圖形，通過計(jì)算分析的結(jié)果，可以進(jìn)行區(qū)

48、域用水統(tǒng)籌，降低能源的消耗。</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，采用單片機(jī)為主控芯片，通過單片機(jī)數(shù)據(jù)地址總線及I/O端口，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、時(shí)間模塊、串口通信模塊以及A/D轉(zhuǎn)換、電機(jī)控制等外圍電路，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的設(shè)計(jì)功能。系統(tǒng)總體方案框圖如圖2-1：</p>&l

49、t;p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　圖中，信號流向僅指示了通過數(shù)據(jù)地址總線或I/O口上發(fā)生的數(shù)據(jù)信號，不包括控制信號。</p><p>　　2.3 硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.3.1 主控模塊設(shè)計(jì)方案</p><p>　　單片機(jī)作為主控模塊，使得在對單片機(jī)選型上有了較大的空間。單片機(jī)在30多年的發(fā)展歷程

50、中，形成了多公司、多系列、多型號“百家爭鳴”的局面。因而，選擇一個(gè)合適的單片機(jī)有時(shí)真的不太容易，要考慮的方面太多。大致總結(jié)出以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1) 單片機(jī)的基本參數(shù)。例如速度、程序存儲器容量、I/O引腳數(shù)量等。</p><p>　　2) 單片機(jī)的增強(qiáng)功能。例如看門狗、雙指針、雙串口、RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）、EEPROM、擴(kuò)展RAM、CAN接口、I2C接口、SPI接口、USB接口。

51、</p><p>　　3) Flash和OTP（一次性可編程）。</p><p>　　4) 封裝：DIP（雙列直插）,PLCC（PLCC有對應(yīng)插座）還是貼片。</p><p>　　5) 工作溫度范圍，工業(yè)級還是商業(yè)機(jī)。</p><p><b>　　6) 功耗。</b></p><p>　　7)

52、工作電壓范圍。例如設(shè)計(jì)電視機(jī)遙控器，2節(jié)干電池供電,至少應(yīng)該能在1.8~3.6V電壓范圍內(nèi)工作。</p><p>　　8) 供貨渠道暢通。</p><p><b>　　9) 價(jià)格。</b></p><p>　　10) 燒錄器價(jià)格，能否ISP（在線系統(tǒng)編程）。</p><p><b>　　11) 仿真器。<

53、/b></p><p>　　12) 單片機(jī)匯編語言支持。</p><p>　　13) 資料盡量豐富。</p><p>　　14) 抗干擾性能好。</p><p>　　15) 和其他外設(shè)芯片放在一起的綜合考慮。</p><p>　　根據(jù)以上因素：系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不高，因而運(yùn)算速度無需很快，且系統(tǒng)規(guī)模不大，采用分時(shí)復(fù)

54、用的方式使用總線，對I/O口的數(shù)量可以要求進(jìn)一步降低。使用4路8位I/O接口即可滿足設(shè)計(jì)要求；系統(tǒng)中需要擴(kuò)展外部存儲器對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，數(shù)據(jù)存儲量為32KB已滿足要求，因此采用16位或準(zhǔn)16位地址總線的單片機(jī)即可滿足設(shè)計(jì)需要；由于是實(shí)驗(yàn)階段，采用DIP（雙列直插）封裝的芯片便于實(shí)驗(yàn)，暫不考慮實(shí)際工業(yè)控制中的對外界環(huán)境的具體要求；系統(tǒng)采用AC220V供電，且對功耗沒有具體要求，使用DC5V為芯片供電，便于系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)；芯片支持ISP可

55、節(jié)省仿真器的投入。</p><p>　　綜上所述，采用與MCS-51兼容的AT89S52單片機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS工藝的8位微控制器，具有8K在線系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器，使得AT89

56、S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口

57、、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　　2.3.2 鍵盤模塊設(shè)計(jì)方案</p><p>　　鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)系統(tǒng)的主要手段?？紤]到本設(shè)計(jì)實(shí)際需要的按鍵較少，故采用獨(dú)立式鍵盤接口電路即可。</p>&

58、lt;p>　　2.3.3 顯示模塊設(shè)計(jì)方案</p><p>　　顯示器是計(jì)算機(jī)的主要輸出設(shè)備，在簡單的工業(yè)控制系統(tǒng)中，常用的顯示器有數(shù)碼管顯示器（LED），液晶顯示器（LCD）等，該系統(tǒng)僅需顯示液位高度，即數(shù)字量，采用LED顯示器已能滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　　系統(tǒng)中，要求測量范圍≤5m，測量精度為10%，假設(shè)測量范圍為5m，在10%精度的要求下，其測量的有效值為5*10%

59、=0.5m。因而采用2位LED顯示器便能滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，LED顯示器的現(xiàn)實(shí)方法有兩種：靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法。靜態(tài)顯示法的優(yōu)點(diǎn)是顯示程序十分簡單，顯示亮度大，由于CPU不必經(jīng)常掃描顯示器，所以節(jié)約了CPU的工作時(shí)間。但靜態(tài)顯示也有其缺點(diǎn)，主要是占用I/O口資源較多，硬件成本較高。所以靜態(tài)顯示法常用在顯示器數(shù)目較少的應(yīng)用系統(tǒng)中。為了解決靜態(tài)顯示占用I/O口資源的缺點(diǎn)，在軟件上

60、采用壓縮BCD碼輸出顯示數(shù)據(jù)，硬件上使用一個(gè)8位鎖存器74LS273與兩個(gè)BCD數(shù)碼顯示譯碼驅(qū)動芯片74LS47連接，減少對系統(tǒng)資源的占用時(shí)間。由于74LS47譯碼為共陽極數(shù)碼管的碼表，因而選用8段（帶小數(shù)點(diǎn)）共陽極LED用于數(shù)據(jù)顯示。高位顯示米單位，低位顯示分米單位，且高位小數(shù)點(diǎn)常亮。單片機(jī)使用1位I/O口控制數(shù)據(jù)的鎖存。</p><p>　　2.3.4 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計(jì)方案</p><p

61、>　　使用AT89S52內(nèi)部256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器記錄數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因而需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器可選擇的種類繁多，常用的有隨機(jī)存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）與閃存（FLASH）。</p><p>　　RAM是存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器。這種存儲器在斷電時(shí)將丟失其存儲內(nèi)容，故主要用

62、于存儲短時(shí)間使用的程序。</p><p>　　ROM通常指固化存儲器（一次寫入，反復(fù)讀?。?，它的特點(diǎn)與RAM相反。ROM又分一次性固化、光擦除和電擦除重寫兩種類型。</p><p>　　閃存則是一種不揮發(fā)性（Non-Volatile）內(nèi)存，在沒有電流供應(yīng)的條件下也能夠長久地保持?jǐn)?shù)據(jù)，其存儲特性相當(dāng)于硬盤，這項(xiàng)特性正是閃存得以成為各類便攜型數(shù)字設(shè)備的存儲介質(zhì)的基礎(chǔ)。</p>&

63、lt;p>　　NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。</p><p>　　NAND閃存的存儲單元?jiǎng)t采用串行結(jié)構(gòu)，存儲單元的讀寫是以頁和塊為單位來進(jìn)行（一頁包含若干字節(jié)，若干頁則組成儲存塊，NAND的存儲塊大小為8到32KB），這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)在于容量可以做得很大，超過512MB容量的NAND產(chǎn)品相當(dāng)普遍， NAND閃存的成本較低，有利于大規(guī)模普及。</p><p>

64、　　NAND閃存的缺點(diǎn)在于讀速度較慢，它的I/O端口只有8個(gè)，比NOR要少多了。這區(qū)區(qū)8個(gè)I/O端口只能以信號輪流傳送的方式完成數(shù)據(jù)的傳送，速度要比NOR閃存的并行傳輸模式慢得多。再加上NAND閃存的邏輯為電子盤模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不存在專門的存儲控制器，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)壞塊將無法修，可靠性較NOR閃存要差。</p><p>　　NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place)，這樣應(yīng)用程序可以直接在

65、flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。</p><p>　　NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于FLASH的管理和需要特殊的。</p><p>　　可以看出ROM的存儲復(fù)雜，不適宜實(shí)時(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲。&

66、lt;/p><p>　　FLASH是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。鑒于系統(tǒng)的復(fù)雜程度，暫時(shí)不考慮使用FLASH作為存儲單元。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，記錄某一記錄點(diǎn)（電機(jī)狀態(tài)改變時(shí)刻）的狀態(tài)與時(shí)間需要6字節(jié)數(shù)據(jù)，即年（2000-2099年）、月（1-12月）、日（1-31日）、時(shí)（0-23時(shí)）、分（0-59分）、狀態(tài)（0或1）這些數(shù)據(jù)，如果系統(tǒng)長時(shí)間的工作，將會有大批量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，假若數(shù)據(jù)存儲

67、空間不夠大，將會產(chǎn)生數(shù)據(jù)的覆蓋，從而降低了對數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。因此選用32K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，可以記錄大于5000項(xiàng)記錄點(diǎn)數(shù)據(jù)，考慮到水箱上水與耗水的頻繁程度不高，5000項(xiàng)數(shù)據(jù)已基本滿足后期數(shù)據(jù)處理的需求。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)在不掉電的工作環(huán)境下；軟件上，上位機(jī)軟件對數(shù)據(jù)提取后即可保存在PC機(jī)中，5000項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間上的緩沖是充足的。為節(jié)省CPU的工作時(shí)間，且由于RAM存儲速度快、使用方便等特點(diǎn)，從而可以忽略了RAM掉電數(shù)據(jù)丟失的

68、缺點(diǎn)。</p><p>　　2.3.5 時(shí)間模塊設(shè)計(jì)方案</p><p>　　通過單片機(jī)的定時(shí)器，可以設(shè)計(jì)時(shí)間功能，然而單片機(jī)自身的產(chǎn)生時(shí)間數(shù)據(jù)大大占用了系統(tǒng)的資源，降低了工作效率，甚至影響了其他功能的實(shí)現(xiàn)，因此在本設(shè)計(jì)方案中，采用了外部芯片提供時(shí)間信號，用以系統(tǒng)記錄時(shí)間信息。</p><p>　　目前市場上的時(shí)鐘芯片很多，如DS1302/DS1307/HT138

69、0/HT1381/PCF8563等。</p><p>　　DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日期、日、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口

70、線(1) RES（復(fù)位），(2) I/O（數(shù)據(jù)線），(3) SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM的讀、寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。</p><p>　　DS1302是由DS1202改進(jìn)而來，增加了以下的特性雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1為可編程涓流充電電源，附加七個(gè)字節(jié)存儲器。它廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電

71、池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合：</p><p>　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日期、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。</p><p>　　31*8位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM。</p><p>　　串行I/O口方式使得管腳數(shù)量最少。</p><p>　　寬范圍工作電壓2.0~5.5V。</

72、p><p>　　工作電流2.0V時(shí)，小于300nA。</p><p>　　讀/寫時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式。</p><p>　　8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝。</p><p><b>　　簡單3線接口。</b></p><p>　　與TTL兼容Vcc=

73、5V。</p><p>　　可選工業(yè)級溫度范圍－40至＋85攝氏度。</p><p>　　與DS1202兼容。</p><p>　　在DS1202基礎(chǔ)上增加的特性：</p><p>　　對Vcc1有可選的涓流充電能力；</p><p>　　雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng)；</p><p>　　

74、備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入；</p><p>　　附加的7字節(jié)暫存存儲器。</p><p>　　綜上所述，選用DS1302時(shí)間芯片完全滿足設(shè)計(jì)的需求。</p><p>　　2.3.6 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)方案</p><p>　　A/D器件和芯片是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集的常用外圍器件。A/D轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

75、時(shí)，首先碰到的就是如何選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的問題。選擇A/D轉(zhuǎn)換器件需要考慮器件本身的品質(zhì)和應(yīng)用的場合要求?；旧?，可以根據(jù)以下幾個(gè)方面的指標(biāo)選擇一個(gè)A/D器件。</p><p>　　1) A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定，應(yīng)該從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靜態(tài)精度和動態(tài)平滑性這兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。從靜態(tài)精度方面來說，要考慮輸入信號的原始誤差傳遞到輸出所產(chǎn)生

76、的誤差，它是模擬信號數(shù)字化時(shí)產(chǎn)生誤差的主要部分。量化誤差與A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)有關(guān)。一般把8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器歸為低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，9~12位的稱為中分辨率轉(zhuǎn)換器，13位以上的稱為高分辨率轉(zhuǎn)換器。10位以下的A/D芯片誤差較大，11位以上對減小誤差并無太大貢獻(xiàn)，但對A/D轉(zhuǎn)換器的要求卻提得過高。因此，取10位或11位是合適的。由于模擬信號先經(jīng)過測量裝置，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后才進(jìn)行處理，因此，總的誤差是由測量誤差和量化誤差共同構(gòu)成的。

77、A/D轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)與測量裝置的精度相匹配。也就是說，一方面要求量化誤差在總誤差中所占的比重要小，使它不顯著地?cái)U(kuò)大測量誤差；另一方面必須根據(jù)目前測量裝置的精度水平，對A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)提出恰當(dāng)?shù)囊蟆?lt;/p><p>　　目前，大多數(shù)測量裝置的精度值不小于0.1%~0.5%，故A/D轉(zhuǎn)換器的精度取0.05% ~ 0.1%即可，相應(yīng)的二進(jìn)制碼為10~11位，加上符號位，即為11~12位。當(dāng)有特殊的應(yīng)用時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換

78、器要求更多的位數(shù)，這時(shí)往往可采用雙精度的轉(zhuǎn)換方案。</p><p>　　2) A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出穩(wěn)定的數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)就是每秒鐘能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，稱為轉(zhuǎn)換速率。</p><p>　　確定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)的采樣速率。例如，如果用轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us的A/D轉(zhuǎn)換

79、器，則其轉(zhuǎn)換速率為10KHz。根據(jù)采樣定理和實(shí)際需要，一個(gè)周期的波形需采10個(gè)樣點(diǎn)，那么這樣的A/D轉(zhuǎn)換器最高也只有處理頻率為1KHz的模擬信號。把轉(zhuǎn)換時(shí)間減小，信號頻率可提高。對一般的單片機(jī)而言，要在采樣時(shí)間內(nèi)完成A/D轉(zhuǎn)換以外的工作，如讀數(shù)據(jù)、再啟動、存數(shù)據(jù)、循環(huán)計(jì)數(shù)等已經(jīng)比較困難了。</p><p><b>　　3) 采樣/保持器</b></p><p>　　采

80、集直流和變化非常緩慢的模擬信號時(shí)可不用采樣保持器。對于其他模擬信號一般都要加采樣保持器。如果信號頻率不高，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，即采樣高速A/D時(shí)，也可不用采樣/保持器。</p><p>　　4) A/D轉(zhuǎn)換器量程</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要的是雙極性的，有時(shí)是單極性的。輸入信號最小值有的從零開始，也有從非零開始的。有的轉(zhuǎn)換器提供了不同量程的引腳，只有正確使用，才能保證轉(zhuǎn)換精

81、度。在使用中，影響A/D轉(zhuǎn)換器量程的因素有：量程變換和雙極性偏置；雙基準(zhǔn)電壓；A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部比較器輸入端的正確使用。</p><p><b>　　5) 滿刻度誤差</b></p><p>　　滿度輸出時(shí)對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號值之差。</p><p><b>　　6) 線性度</b></p><p

82、>　　實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。</p><p>　　ADC0804是單路8位逐次比較型雙極性輸入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于。量化間隔：</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p><b>　　絕對量化誤差：</b></p><p><b>　?。?/p>

83、2-2）</b></p><p><b>　　相對量化誤差：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　在液位傳感器誤差與參考電壓誤差不大的情況下，ADC0804是完全滿足設(shè)計(jì)誤差要求的。</p><p>　　2.3.7 通信模塊設(shè)計(jì)方案</p&

84、gt;<p>　　AT89S52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工異步串行I/O接口，占用P3.0和P3.1兩個(gè)引腳。利用該接口，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)的通信。</p><p>　　不同設(shè)備間串口通信的過程中，需要采用相同的的接口標(biāo)準(zhǔn)才能通信。</p><p>　　典型的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)是RS232和RS485，它們定義了電壓，阻抗等，但不對軟件協(xié)議給予定義。</p><p&

85、gt;　　RS-232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA（Electronic Industry Association）代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS（Ecommeded Standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號功能及傳送過程。</p><p>　　區(qū)別于RS2

86、32，RS485的特性包括：</p><p>　　1) RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為＋（2~6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為－（2~6）V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。</p><p>　　2) RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。</p>&l

87、t;p>　　3) RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。</p><p>　　4) RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá)3000米，另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。&

88、lt;/p><p>　　因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。</p><p>　　PC機(jī)作為上位機(jī)，一般情況下帶有RS-232C通信接口，鑒于RS-485接口的優(yōu)點(diǎn)與系統(tǒng)實(shí)際工作環(huán)境的需要，系統(tǒng)采用RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)，使用RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器與PC機(jī)連接進(jìn)行通信。</p><p>　　MAX4

89、85接口芯片是Maxim公司的一種RS-485芯片。采用單一電源＋5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。</p><p>　　2.3.8 電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)方案</p><p>　　由于設(shè)計(jì)中沒有規(guī)定水泵電機(jī)的參數(shù)規(guī)格，而且不同型號的水泵參數(shù)不盡相同，電氣參數(shù)的不同使得在電路上的設(shè)計(jì)差異較大，因此在此僅作理論演示。</p&

90、gt;<p>　　選用繼電器作為電機(jī)控制的元件。</p><p>　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p>　　繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)：</p><p>　

91、　1) 額定工作電壓。是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。</p><p>　　2) 直流電阻。是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。</p><p>　　3) 吸合電流。是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工

92、作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。</p><p>　　4) 釋放電流。是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。</p><p>　　5) 觸點(diǎn)切換電壓和電流。是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。

93、</p><p>　　根據(jù)以上的參數(shù)，結(jié)合設(shè)計(jì)的演示性，選用額定工作電壓120VAC/24VDC，工作電流3A，控制電壓5VDC的小型繼電器。</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 AT89S52硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　AT89S52引腳定義及功能介紹如圖3-1。</p><p&g

94、t;　　P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I

95、/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下所示：</p><p>　　在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。<

96、;/p><p><b>　　引腳號第二功能：</b></p><p>　　P1.0/T2 （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出</p><p>　　P1.1/T2EX （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）</p><p>　　P1.5 MOSI （在系統(tǒng)編程用）</p><p&g

97、t;　　P1.6 MISO （在系統(tǒng)編程用）</p><p>　　P1.7 SCK （在系統(tǒng)編程用）</p><p>　　P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位

98、地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。</p><p>　　P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”

99、時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。</p><p>　　表3-1 端口引腳第二功能</p><p>　　此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。</p><p>　　RST——復(fù)位輸入。

100、當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　ALE/PROG——當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PR

101、OG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。</p><p>　　PSEN——程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈

102、沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。</p><p>　　EA/VPP——外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H~FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時(shí)，該引腳加上＋12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器

103、件是使用12V編程電壓Vpp。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　為了便于接下來的說明，單片機(jī)各管腳網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號定義如圖3-1。</p><p>　　要使單片機(jī)按照設(shè)計(jì)要求正常工作，完整單片機(jī)最基本的工作要求，考慮到系統(tǒng)無需

104、精確地定時(shí)功能，且為了方便串口通信波特率的計(jì)算，采用11.0592MHz的晶振提供系統(tǒng)時(shí)鐘。并附加復(fù)位電路，組成單片機(jī)最小系統(tǒng)。根據(jù)電路設(shè)計(jì)規(guī)范和AT89S52芯片手冊，設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路與復(fù)位電路如圖3-2：</p><p>　　圖3-2 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路</p><p>　　圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號RST連接單片機(jī)RST引腳，具有上電復(fù)位與手動復(fù)位的功能；XTAL1與XTAL2連接單片機(jī)XTAL1和X

105、TAL2引腳，且并聯(lián)兩個(gè)30pF匹配電容使晶振起振。</p><p>　　由于單片機(jī)P0口作普通I/O口時(shí)不能輸出高電平，因此需接上拉電阻，實(shí)際電路中，使用8*10KΩ電阻作為上拉電阻。</p><p><b>　　3.2 按鍵設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等

106、功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段?？紤]到本設(shè)計(jì)實(shí)際需要的按鍵較少，故采用獨(dú)立式鍵盤接口電路。它是將每個(gè)獨(dú)立按鍵按一對一的方式直接接到單片機(jī)的I/O口上，通過程序掃描查詢方式實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)系統(tǒng)交互的。在程序查詢方式下，通過I/O端口讀入按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的I/O端口變?yōu)榈碗娖剑幢话聪碌陌存I在上拉電阻作用下為高電平，這樣通過讀I/O口的狀態(tài)判斷是否有按鍵按下。系統(tǒng)按鍵電路如圖3-3所示。</p><p>

107、;　　下圖中，S2~S5便是控制顯示用的按鍵。其作用就是通過按動它們實(shí)現(xiàn)對高低警戒液位的設(shè)置。具體來說，S3、S4分別實(shí)現(xiàn)數(shù)字的增一與減一，S2、S5則作為高低警戒液位的模式選擇和確認(rèn)鍵。</p><p>　　圖3-3 系統(tǒng)按鍵電路</p><p>　　3.3 顯示單元硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　在顯示單元上，使用了74LS273帶公共時(shí)鐘復(fù)位八位觸發(fā)器與74L

108、S47共陽極BCD顯示譯碼驅(qū)動芯片。兩個(gè)芯片的管腳圖如圖3-4：</p><p>　　74LS273與74LS47引腳功能說明：</p><p>　　74LS273:1腳是復(fù)位CLR，低電平有效，當(dāng)1腳是低電平時(shí)，輸出腳2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）全部輸出0，即全部復(fù)位；</p><p>　　

109、當(dāng)1腳為高電平時(shí)，11(CLK)腳是鎖存控制端，并且是上升沿觸發(fā)鎖存，當(dāng)11腳有一個(gè)上升沿，立即鎖存輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的電平狀態(tài)，并且立即呈現(xiàn)在在輸出腳2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）上。</p><p>　　74LS47上BI/ROB，LI，RBI引腳為控制引腳，主要用于測試和脈沖控制，均為低電平有效，設(shè)計(jì)上不適用此

110、項(xiàng)功能，因此均接高電平。A0~A3是BCD輸入，分解74LS273輸出的高、低四位。a~g用于共陽極數(shù)碼管的相應(yīng)管腳的連接。</p><p>　　為了保護(hù)LED數(shù)碼管，在74LS47與LED之間添加限流電阻，以滿足數(shù)碼管的工作需要。</p><p>　　根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)電路圖如圖3-5：</p><p>　　3.4 存儲單元硬件設(shè)計(jì)</p>

111、<p>　　存儲模塊的硬件設(shè)計(jì)比較簡單，由于AT89S52單片機(jī)為數(shù)據(jù)線與低8位地址線復(fù)用，需要使用地址鎖存芯片74LS373。上文中已敘述，使用32KRAM作為存儲芯片，因此選用與51系列兼容的62256隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　該模塊中使用的兩個(gè)芯片管腳功如圖3-6：</p><p>　　在62256中，A0~A14管腳為地址總線，共15位，尋址范圍可達(dá)到32kB