基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)

1、1 緒論11 課題背景與研究意義在工農(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。12 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展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。接觸式測量法接觸式測量法是指測量用傳感器直接與容器內(nèi)存儲液

2、體相接觸，從而獲得測量參數(shù)的方法。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。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)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。非接觸式測量法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

3、、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)。光纖測量法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。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。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)

4、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。13 本課題主要研究內(nèi)容利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)水位控制系統(tǒng)，要求選擇合適的水位傳感器及電磁閥，當(dāng)設(shè)定完水位后，系統(tǒng)根據(jù)水位情況控制電磁閥的開啟和關(guān)斷。具體要求如下：1、設(shè)計(jì)單片機(jī)工作電源模塊及其復(fù)位電路2、選擇合適的水位傳感器，單片機(jī)通

5、過相應(yīng)的調(diào)理電路采集當(dāng)前水位值，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電磁閥控制電路，根據(jù)水位情況控制器開啟和關(guān)斷3、通過鍵盤設(shè)置其預(yù)定水位4、畫出電路方框圖，敘述主要模塊的功能及他們之間的控制關(guān)系和數(shù)據(jù)傳輸，利用Visio軟件繪制軟件流程圖5、編制相應(yīng)的控制程序，并用C語言或匯編語言對軟件進(jìn)行編譯。并能通過調(diào)試。6、利用protel進(jìn)行原理圖繪制，并利用Proteus進(jìn)行仿真2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較對于水位進(jìn)行控制的方式有很多,而應(yīng)用較多的主要有2種,一種是簡單的機(jī)械式控制裝置控制,一種是復(fù)雜的控制器控制方式。兩種方式的實(shí)現(xiàn)如下： (1)簡單的機(jī)械式控制方式。其常用形式有浮標(biāo)式、電極式等,這種控制形式的

6、優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉。存在問題是精度不高,不能進(jìn)行數(shù)值顯示,另外很容易引起誤動作,且只能單獨(dú)控制,與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信較難實(shí)現(xiàn)。 (2)復(fù)雜控制器控制方式。這種控制方式是通過安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器,把出口壓力變成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號的模擬信號,經(jīng)過前置放大、多路切換、AD變換成數(shù)字信號傳送到單片機(jī),經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算和給定參量的比較,進(jìn)行PID運(yùn)算,得出調(diào)節(jié)參量;經(jīng)由DA變換給調(diào)壓變頻調(diào)速裝置輸入給定端,控制其輸出電壓變化,來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,以達(dá)到控制水位的目的。本設(shè)計(jì)2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖電機(jī)控制模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊按鍵與顯示模塊時(shí)間模塊存儲模塊通信模塊單片機(jī)主控模塊 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖2.3

7、 硬件設(shè)計(jì)方案 工作原理2.3.2 主控模塊設(shè)計(jì)方案單片機(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)：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。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。3) Flash和OTP（一次性可編程）。4) 封裝：DIP（雙列直插）,PLCC（PLCC有對應(yīng)插座）還是貼片。5)

8、 工作溫度范圍，工業(yè)級還是商業(yè)機(jī)。6) 功耗。7) 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1.83.6V電壓范圍內(nèi)工作。8) 供貨渠道暢通。9) 價(jià)格。10) 燒錄器價(jià)格，能否ISP（在線系統(tǒng)編程）。11) 仿真器。12) 單片機(jī)匯編語言支持。13) 資料盡量豐富。14) 抗干擾性能好。15) 和其他外設(shè)芯片放在一起的綜合考慮。 圖2-2 AT89C51的管腳圖 鍵盤顯示模塊設(shè)計(jì)方案鍵盤顯示電路主要是實(shí)現(xiàn)水位設(shè)定值的輸入和顯示實(shí)時(shí)水位的功能。鍵盤接口及其軟件的設(shè)計(jì)任務(wù)主要包括：是否有鍵按下的檢測并判斷鍵值，有操作則進(jìn)行延時(shí)去消抖，并根據(jù)鍵值計(jì)算出調(diào)整量送執(zhí)行機(jī)構(gòu)開啟進(jìn)

9、水或排水閥，進(jìn)行一系列的動作處理和執(zhí)行。本系統(tǒng)采用4行4列的16鍵行列式鍵盤，占用單片機(jī)P1口的8個(gè)端口。顯示采用4位LED數(shù)碼顯示當(dāng)前水位測量值。2.3.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)方案ADC0809是M美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。1、主要特性（1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 （2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 （3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130s（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）

10、 （4）單個(gè)5V電源供電 （5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 （6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 （7）低功耗，約15mW。2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如下兩圖所示。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中已一目了然，在此就不再贅述，下面僅對各引腳定義分述如下： （1）IN0IN78路模擬輸入，通過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來選通一路。（2）D7D0A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位，D0為最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模擬通道選擇地址信號，ADDA為

11、低位，ADDC為高位。地址信號與選中通道對應(yīng)關(guān)系如表11.3所示。（4）VR(+)、VR(-)正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。在單極性輸入時(shí)，VR(+)=5V，VR(-)=0V；雙極性輸入時(shí)，VR(+)、VR(-)分別接正、負(fù)極性的參考電壓。（5）ALE地址鎖存允許信號，高電平有效。當(dāng)此信號有效時(shí)，A、B、C三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應(yīng)模擬通道。在使用時(shí)，該信號常和START信號連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動A/D轉(zhuǎn)換。（6）STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換器清零，下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。如正

12、在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進(jìn)程被中。地 址選中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7 圖23 ADC0809外部引腳圖7）EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。該信號在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。該信號可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號，也可作為對CPU的中斷請求信號。在需要對某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC也可作為啟動信號反饋接到START端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動。（8）OE輸出允許信號，高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號時(shí)，ADC0808/0809的輸出三態(tài)門被打開

13、，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號往往是CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。 電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)方案選用繼電器作為電機(jī)控制的元件。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。繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)：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。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。3) 吸合電流。是指繼電器能夠產(chǎn)生吸

14、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作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。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。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)。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。

15、3 硬件電路設(shè)計(jì)3. 1 AT89S52硬件設(shè)計(jì)AT89S52引腳定義及功能介紹如圖3-1。圖3-1 AT89S52引腳及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號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。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/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

16、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：l 在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。l 引腳號第二功能：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）P1.5 MOSI （在系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO （在系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK （在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉

17、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。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

18、邏輯電平。對P3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）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。表3-1 端口引腳第二功能端口號第二功能P3.0RXD（串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)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。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，

19、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。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（PROG）。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

20、。EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），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)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。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。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。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。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：圖3-2 復(fù)位

21、電路及時(shí)鐘電路圖中網(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XTAL2引腳，且并聯(lián)兩個(gè)30pF匹配電容使晶振起振。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*10K電阻作為上拉電阻。3. 2 按鍵設(shè)計(jì)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

22、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?，而未被按下的按鍵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。下圖中，S2S5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。圖3-3 系統(tǒng)按鍵電路3. 3 顯示單元硬件設(shè)計(jì)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74LS47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：圖3-4 74LS273及74LS47引腳圖3.

23、4 存儲單元硬件設(shè)計(jì)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。該模塊中使用的兩個(gè)芯片管腳功如圖3-6：在62256中，A0A14管腳為地址總線，共15位，尋址范圍可達(dá)到32kB；I/O0I/O7為8位三態(tài)雙向數(shù)據(jù)接口；Vcc，Vss為電源和地；CS是片選接口，低電平有效；OE/WE分別是讀選通和寫選通數(shù)據(jù)輸入輸入線，低電平有效。圖3-5 62256引腳圖圖3-6 3. 5 時(shí)間單元硬件設(shè)計(jì)DS1302因其較小的體積，占用I/O口

24、資源少等特點(diǎn)，是常用的時(shí)間芯片。此次設(shè)計(jì)采用DIP-8封裝，管腳功能如圖3-8：圖3-7其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中電壓較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc10.2V時(shí)，Vcc2供電，當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源接口，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳輸。RST輸入有兩種功能：首先RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高

25、電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次傳輸，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端。SCLK始終是輸入端，用來輸入串行時(shí)鐘信號。根據(jù)DS1302的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)電路如圖3-9：圖3-8 時(shí)間單元電路在實(shí)際應(yīng)用中，起控制、輸入輸出的三個(gè)端口上拉較弱，容因產(chǎn)生信號串?dāng)_，因此加上了上拉電阻與單片機(jī)P1口相連，加強(qiáng)信號的穩(wěn)定性；為了保證時(shí)鐘的可靠性，在Vcc1上使用了CR2032紐扣電池作為備用電源，輸出電壓為3V，從而保證了

26、系統(tǒng)掉電狀態(tài)下，時(shí)鐘能夠繼續(xù)保持運(yùn)行。3. 6 A/D轉(zhuǎn)換單元硬件設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換模塊是系統(tǒng)中較為重要的一部分，由于涉及到模擬部分，A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。圖3-9 ADC0804引腳圖根據(jù)以上參數(shù)分析，設(shè)計(jì)電路如圖3-11：圖3-10 A/D轉(zhuǎn)換單元電路圖3. 7 通信單元硬件設(shè)計(jì)MAX485僅有8個(gè)管腳，電路設(shè)計(jì)比較簡單。圖3-11 MAX485引腳圖RO引腳接到單片機(jī)串口接收引腳RXD（P3.0），DI引腳接到單片機(jī)串口發(fā)送引腳TXD（P3.1）。由于MAX485為半雙工通信方式，不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，只能通過控制RE和DE引腳的狀態(tài)來進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。為了節(jié)省單片機(jī)I/

27、O口資源，將RE和DE引腳連在一起，輸入低電平時(shí)，MAX485處于接收狀態(tài)；輸入高電平時(shí)，其處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。定義RE和DE連接在一起的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為E，接入單片機(jī)P1口，用于發(fā)送與接收的轉(zhuǎn)換。A，B端為發(fā)送接收差分信號端，一般需在A,B端之間加匹配電阻，匹配電阻為120。硬件電路如圖3-13：圖3-12 串行通信模塊電路圖3. 8 其他外圍電路的設(shè)計(jì)繼電器電路設(shè)計(jì)。由于使用單片機(jī)I/O口的驅(qū)動電流較弱，不滿足繼電器吸合電流參數(shù)的要求，所以需使用三極管驅(qū)動繼電器吸合。設(shè)計(jì)電路如圖3-14。為了防止電源尖峰脈沖引發(fā)的噪聲干擾以及高頻信號線間的耦合干擾，在電源入口處及芯片頂端或底端，接入去耦電容，以增

28、強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電源指示燈設(shè)計(jì)如圖3-15。圖3-13 繼電器部分電路圖 3-14 電源指示燈電路圖4 軟件程序設(shè)計(jì).1 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對單片機(jī)的初始化，設(shè)置警戒液位的上下限，實(shí)時(shí)顯示液位值以及鍵盤掃描等工作。主程序流程圖如圖4-1所示。開始CPU初始化參數(shù)設(shè)定是否有按鍵采樣子程序顯示實(shí)時(shí)液位數(shù)據(jù)處理子程序控制電機(jī)啟停按鍵處理是否 圖41 主程序流程圖4.2 顯示與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，顯示輸出的要求為壓縮BCD碼，而A/D轉(zhuǎn)換輸入的數(shù)據(jù)是8位16進(jìn)制碼，因此在實(shí)現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。對8位A/D轉(zhuǎn)換器而言，其十六進(jìn)制、相對滿偏電壓比率、相對電壓幅值的關(guān)系

29、對應(yīng)如表4-2：十六進(jìn)制二進(jìn)制滿刻度比率相對電壓幅值Vref=2.5V高四位低四位高四位電壓低四位電壓F111115/1615/2564.8000.320E111014/1614/2564.4800.280D110113/1613/2564.1600.260C110012/1612/2563.8400.240B101111/1611/2563.5200.220A101010/1610/2563.2000.200910019/169/2562.8800.180010008/168/2562.5600.160701117/167/2562.2400.140601106/166/2561.9200.

30、120501015/165/2561.6000.100401004/164/2561.2800.080300113/163/2560.9600.060200102/162/2560.6400.040100011/161/2560.3200.020000000/160/2560.0000.000 表4-2 A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對照表顯示轉(zhuǎn)換部分程序簡略如下：uchar dis_transform(uchar num)uchar ac, quotient, play, mid ;ac = num%5;quotient = (num-ac)/5;if(ac>2)quotient+;ac=qu

31、otient%10;mid=(quotient-ac)/10;play=ac+mid*16;return play;4.3 系統(tǒng)主程序ORG 0000HAJMP MAINORG 0060HMAIN: MOV P1, #FFH ; P1 P3口初始化置1MOV P3，#FFHJNB P1.3 ， AVT ； 若手動在自動位置，跳到自動模式程序AJMP MEN ； 否則轉(zhuǎn)到手動模式子程序ENDAUT： NOP（空命令）JNB P1.2 , LG ; 水位高LGJB P1.1 LD ， ； 水位沒低-LDCLR P3.1 ； 水位低報(bào)警JB P1.0, LDD ； 水位未低低-LDDCLR P3.0

32、 ； 水位低低報(bào)警JNB 3.1 P1.6, Y1 ； M1已啟動Y1CLR P1.4 ； 否則啟動M1Y1:JNB P1.7 ,Y2 ； M2已啟動-Y2 CLR P1.5 ； 否則啟動M2Y2:ACALL DELAY ； 延時(shí)1分鐘 AJMP AUT ； 返回自動模式LDD: JNB P1.6 ,Y3 ； 單獨(dú)運(yùn)行M1（LDD水位LD）CLR P1.4Y3: JB P1.7 Y2 SETB P1.5 AJMP Y2 LG:CLR P3.2 ; 水位高報(bào)警 LD: AJMP MAIN ; 返回主程序5 總結(jié)作為一名電氣的大四學(xué)生，在即將畢業(yè)之際，通過做這次課程設(shè)計(jì)是很有意義的，而且也是必要的。在做這次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)資料了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，查閱這方面的實(shí)際資料是十分必要