水位測(cè)量?jī)x的液晶顯示電路設(shè)計(jì)

○○A基礎(chǔ)理論●B應(yīng)用研究○C調(diào)查報(bào)告○D其他本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)水位測(cè)量?jī)x的液晶顯示電路設(shè)計(jì)二級(jí)學(xué)院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化完成日期：2015年5月24日

目錄1引言 12系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) 12.1功能要求 12.2設(shè)計(jì)要求 12.3系統(tǒng)基本方案選擇和論證 22.4單片機(jī)芯片的選擇方案論證 23系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 33.1電路設(shè)計(jì)框圖 33.1.1主控制器芯片AT89C52概述 33.2液晶屏1602的簡(jiǎn)單介紹 43.2.1液晶屏1602的簡(jiǎn)要概述 43.2.2液晶屏1602的使用具體 53.3系統(tǒng)功能電路 93.3.1最小工作系統(tǒng)原理 93.3.2蜂鳴器報(bào)警電路原理 103.3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理 113.3.4按鍵功能電路原理 123.3.5液晶1602顯示功能電路圖 133.3.6系統(tǒng)總體原理圖設(shè)計(jì) 144系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 144.1PWM調(diào)速控制概述 144.1.1PWM脈寬調(diào)制簡(jiǎn)介 144.1.2PWM調(diào)節(jié)的具體過程 144.2系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 154.2.1程序設(shè)計(jì)步驟 154.2.2程序流程圖 164.3程序源代碼 185調(diào)試 186總結(jié) 18參考文獻(xiàn) 19附錄 21致謝水位測(cè)量?jī)x的液晶顯示電路設(shè)計(jì)摘要：液晶屏可以顯示所要顯示的內(nèi)容,使儀器的操作更加方便，在目前新型的儀器中得到了廣泛的應(yīng)用。在對(duì)壓力容器液位的顯示電路中，采用液晶屏作為它的顯示器。本設(shè)計(jì)首先介紹了Philips公司生產(chǎn)的單片機(jī)AT89C52和LCD1602顯示的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)單片機(jī)和液晶顯示器之間的接口電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)于液晶顯示器的控制，采用匯編語(yǔ)言對(duì)液晶顯示程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)和編制，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。由試驗(yàn)可知，該液晶顯示器通過單片機(jī)的控制能夠進(jìn)行可靠的工作，同時(shí)具有操作簡(jiǎn)單、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制；水位檢測(cè)；LCD1602顯示；PWM電機(jī)調(diào)速DesignofliquidcrystaldisplaycircuitforwaterlevelmeterAbstract:TouchscreenLCDcanshowthecontentsindetails.Therefore,thescreenLCDiswidelyusedinmanyequipmentsatpresent.ThepaperintroducethatthescreenLCDisusedinwaterlevelmeasurementsystemtoshowthemeasurementresults.ThepaperdescribetheprinciplesofMCU(AT89C52)andLCD1602atfirst,thenintroducetheinterfacecircuitbetweenMCU(AT89C52)andLCD.Besidesthecircuitdesign,theprogramiscompiledtocontroltheLCD.Fromtheresultsoftest,itcanbeshownthattheMCUcancontrolthescreenLCDreliably.Thewholesystemhasmanygoodcharacters,suchasoperatingconvenientlyandshowingmoremeasurementinformation.KeyWords:SCMcontrol;waterdetection;LCD1602display;PWMmotorspeed1引言水塔是在日常生活和工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常見到的蓄水裝置，通過對(duì)其水位的控制對(duì)外供水以滿足需要，其水位控制具有普遍性。在工業(yè)和我們的日常生活中，對(duì)水位的監(jiān)測(cè)是非常必要的。大到對(duì)江河，水庫(kù)等的水位，特別在洪災(zāi)或者旱災(zāi)的時(shí)候，需要及時(shí)得到第一手?jǐn)?shù)據(jù)；小到對(duì)水箱，熱水器水位等家用貯水容器的監(jiān)測(cè)，可以減少很多危險(xiǎn)和不必要的損。因此不僅應(yīng)控制水倉(cāng)水位在一定的范圍之內(nèi)，同時(shí)要保持一定的上下限，超過了限度則報(bào)警，從而給其排水。目前，控制水塔水位方法較多，其中較為常用的是由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，使水塔內(nèi)水位保持恒定，以保證連續(xù)正常地供水。實(shí)際供水過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動(dòng)，應(yīng)采用水位傳感器測(cè)量水位變化，從而控制電動(dòng)機(jī)，保證水位正常。因此，這里給出以AT89C52單片機(jī)為核心器件的水塔水位檢測(cè)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水塔水位檢測(cè)、LCD1602顯示當(dāng)前水位功能以及蜂鳴器鳴笛報(bào)警，手動(dòng)按鍵調(diào)整PWM電機(jī)調(diào)速功能，實(shí)現(xiàn)過低警戒水位報(bào)警、過低警戒水位處理的系統(tǒng)要求。2系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)2.1功能要求實(shí)際供水過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動(dòng)，應(yīng)采用水位傳感器測(cè)量水位變化，從而控制電動(dòng)機(jī)，保證水位正常。因此，這里給出以AT89C52單片機(jī)為核心器件的水塔水位檢測(cè)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水塔水位檢測(cè)、LCD1602顯示當(dāng)前水位功能以及蜂鳴器鳴笛報(bào)警，手動(dòng)按鍵調(diào)整PWM電機(jī)調(diào)速功能，實(shí)現(xiàn)過低和正常警戒水位報(bào)警、過低和正常警戒水位處理的系統(tǒng)要求。2.2設(shè)計(jì)要求按下電源按鈕后，燈會(huì)閃爍幾下，然后是常亮狀態(tài)，蜂鳴器會(huì)響。電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)的，此時(shí)系統(tǒng)在待機(jī)狀態(tài)，且為正常狀態(tài)。要先選擇好電機(jī)的抽水速度是哪個(gè)檔位，共有4個(gè)檔位。檔位越高，速度越快。在電機(jī)轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下選擇檔位，電機(jī)立馬會(huì)停止的，這個(gè)是一個(gè)軟件安全冗余的設(shè)計(jì)理念。電機(jī)在水位模擬傳感器端口（低水位）按下后，說(shuō)明水位太低，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)蜂鳴器會(huì)響一下，燈會(huì)閃爍幾下，以此表示報(bào)警，并且液晶也會(huì)顯示水位太低。當(dāng)水位模擬傳感器端口（正常水位）按下后，說(shuō)明水位已經(jīng)到正常狀態(tài)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，此時(shí)蜂鳴器也會(huì)響一下，燈一樣會(huì)閃爍，以此表示報(bào)警，且液晶屏也會(huì)顯示水位正常。而PWM速度調(diào)整就是檔位的選擇，必須在電機(jī)停止的狀態(tài)下去選擇電機(jī)輸出的速度。2.3系統(tǒng)基本方案選擇和論證此系統(tǒng)可以采用多種的方式設(shè)計(jì)，能采用液罐液壓檢測(cè)的方式來(lái)做，這樣的設(shè)計(jì)理念的前提必須是一個(gè)液壓的封閉系統(tǒng)，這樣才能有精確的壓力值傳送，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是目前很多用到的水塔水位控制系統(tǒng)都不是封閉的水罐，所以這個(gè)方案有一定局限性。而采用特殊的水位傳感器，就可以克服上述的困難。因?yàn)橐何粰z測(cè)器可以很精確的檢測(cè)到液位系統(tǒng)，同樣達(dá)到預(yù)期的目的，且系統(tǒng)的應(yīng)用面很廣，而且系統(tǒng)的安全性能很好，因此我們采取檢測(cè)液位作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。2.4單片機(jī)芯片的選擇方案論證目前市場(chǎng)上的單片機(jī)的種類有很多種，最多的51單片機(jī)、avr單片機(jī)，和Msp430，以及PIC單片機(jī)，但是由于單片機(jī)的種類很多，功能各不一樣，我們不需要多先進(jìn)，功能多強(qiáng)大的單片機(jī)，我們?cè)O(shè)計(jì)的要求就是夠用即可，因此我們選用目前市場(chǎng)上用到比較多的、且可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的51單片機(jī)。而AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS

8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。因此采用AT89C52。顯示模塊是系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊，增加了顯示模塊增加了系統(tǒng)的交互性。目前市場(chǎng)上用到的顯示模塊有很多種，有數(shù)碼管顯示，還有液晶顯示，因?yàn)閿?shù)碼管只是顯示數(shù)字，不能顯示字符，而此系統(tǒng)需要用到顯示當(dāng)前的水位狀態(tài)。這樣就必須要用到字符顯示的液晶顯示器，液晶顯示器也有很多種，但根據(jù)系統(tǒng)的需要我們選用的是LCD1602,很大程度上增加了系統(tǒng)的人機(jī)交互功能，讓使用者可以得到更多系統(tǒng)工作的信息，更方便的使用此系統(tǒng)。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1電路設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)的總體框圖主要由主控芯片基本電路、按鍵電路、電動(dòng)機(jī)和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路、液晶顯示電路組成。除主控芯片電路外，其他的都是外圍功能性電路。蜂鳴器和電動(dòng)機(jī)電路驅(qū)動(dòng)原理基本相同，都為三極管驅(qū)動(dòng)電路，按鍵電路為平常的獨(dú)立按鍵電路，液晶電路參考設(shè)計(jì)手冊(cè)既可。電路設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示：圖1電路設(shè)計(jì)框圖3.1.1主控制器芯片AT89C52概述AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。1、兼容MCS51指令系統(tǒng)2、8kB可反復(fù)擦寫(大于1000次）FlashROM；3、32個(gè)雙向I/O口；4、256x8bit內(nèi)部RAM；5、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；6、時(shí)鐘頻率0-24MHz；7、2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道；8、2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；9、2個(gè)讀寫中斷口線，3級(jí)加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。圖2AT89C52的引腳圖說(shuō)明3.2液晶屏1602的簡(jiǎn)單介紹3.2.1液晶屏1602的簡(jiǎn)要概述液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。字符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。aa字符型液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器廣泛應(yīng)用于字符型液晶顯示模塊上。目前最常用的字符型液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器是HD44780U，也出現(xiàn)使用HD667O1或HD66702等字符型液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器單片控制的字符型液晶顯示模塊。液晶顯示驅(qū)動(dòng)器為HD44100及其替代品。字符型液晶顯示模塊在世界上是比較通用的，而且接口格式也是比較統(tǒng)一的，其主要原因可能是各制造商所采用的模塊控制器都是HD44780U及其兼容品，不管它的顯示屏的尺寸如何，它的操作指令及其形成的模塊接口信號(hào)定義都是兼容的。所以會(huì)使用一種字符型液晶顯示模塊，就會(huì)通曉所有的字符型液晶顯示模塊。3.2.2液晶屏1602的使用具體(一)指令詳細(xì)解釋如下：1清屏（ClearDisplay）格式0000000101H該指令完成下列功能：將空碼（20H）寫入DDRAM的全部80個(gè)單元內(nèi)；將地址指針計(jì)數(shù)器AC清零，光標(biāo)或閃爍歸home位；2歸home位（Returnhome）格式0000001002H該指令將地址指針計(jì)數(shù)器AC清零如果畫面已滾動(dòng)，則撤消滾動(dòng)效果，將畫面拉回到home位。3輸入方式設(shè)置（EnterModeSet）格式000001I/DS04H07H該指令的功能在于設(shè)置了顯示字符的輸入方式，即在計(jì)算機(jī)讀／寫DDRAM或CGRAM后，地址指針計(jì)數(shù)器AC的修改方式，反映在顯示效果上，當(dāng)寫入一個(gè)字符后畫面或光標(biāo)的移動(dòng)。該指令的兩個(gè)參數(shù)位1／D和S確定了字符的輸入方式。I／D表示當(dāng)計(jì)算機(jī)讀／寫DDRAM或CGRAM的數(shù)據(jù)后，地址指針計(jì)數(shù)器AC的修改方式，由于光標(biāo)位置也是由AC值確定，所以也是光標(biāo)移動(dòng)的方式。I／D＝0AC為減1計(jì)數(shù)器，光標(biāo)左移一個(gè)字符位。I／D＝1AC為加1計(jì)數(shù)器，光標(biāo)右移一個(gè)字符位。S表示在寫入字符時(shí)，是否允許顯示畫面的滾動(dòng)。S＝0禁止?jié)L動(dòng)。S＝1允許滾動(dòng)。S＝1且I／D＝O顯示畫面向右滾動(dòng)一個(gè)字符位。S＝1且I／D＝1顯示畫面向左滾動(dòng)一個(gè)字符位。4顯示狀態(tài)設(shè)置（Displayon/offControl）格式00001DCB08H0FH該指令控制著畫面，光標(biāo)及閃爍的開關(guān)。該指令有三個(gè)狀態(tài)位D、C、B，這三個(gè)狀態(tài)位分別控著畫面，光標(biāo)和閃爍的顯示狀態(tài)。D畫面顯示狀態(tài)位C光標(biāo)顯示狀態(tài)位。B閃爍顯示狀態(tài)位。當(dāng)B＝l時(shí)為閃爍啟用，B＝0時(shí)為閃爍禁止。5光標(biāo)或畫面滾動(dòng)（CursorOrPictureShift）格式0001S/CR/L00執(zhí)行該指令將產(chǎn)生畫面或光標(biāo)向左或向右滾動(dòng)一個(gè)字符位。光標(biāo)的滾動(dòng)功能可以用于搜尋需要修改的顯示字符。該指令有兩個(gè)參數(shù)位：1.S／C滾動(dòng)對(duì)象的選擇S／C＝l畫面滾動(dòng)S／C＝0光標(biāo)滾動(dòng)2.R／L滾動(dòng)方向的選擇R／L＝l向右滾動(dòng)R／L＝0向左滾動(dòng)該指令與輸入方式設(shè)置指令都可以產(chǎn)生光標(biāo)或畫面的滾動(dòng)，區(qū)別在于該指令專用于滾動(dòng)功能，執(zhí)行一次，顯示呈現(xiàn)一次滾動(dòng)效果；而輸入方式設(shè)置指令僅是完成了一種字符輸入方式的設(shè)置，僅在計(jì)算機(jī)對(duì)DDRAM等進(jìn)行操作時(shí)才能產(chǎn)生滾動(dòng)的效果。6工作方式設(shè)置（FunctionSet）格式001DLNF00該指令設(shè)置了控制器的工作方式，包括有控制器與計(jì)算機(jī)的接口形式和控制器顯示驅(qū)動(dòng)的占空比系數(shù)等。該指令有三個(gè)參數(shù)DL，N和F．它們的作用是：DL設(shè)置控制器與計(jì)算機(jī)的接口形式。接口形式體現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線長(zhǎng)度上。DL＝1設(shè)置數(shù)據(jù)總線為8位長(zhǎng)度，即DB7～DBO有效。DL＝0設(shè)置數(shù)據(jù)總線為4位長(zhǎng)度，即DB7～DB4有效。在該方式下8位指令代碼和數(shù)據(jù)將按先高4位后低4位的順序分兩次傳輸。N設(shè)置顯示的字符行數(shù)。N＝0為一行字符行。N＝1為兩行字符行。F設(shè)置顯示字符的字體。F＝0為5×7點(diǎn)陣字符體。F＝1為5×10點(diǎn)陣字符體。7CGRAM地址設(shè)置（SetCGRAMAddress）格式01A5A4A3A2A1A0該指令將6位的CGRAM地址寫入地址指針計(jì)數(shù)器AC內(nèi)，隨后計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的操作是對(duì)CGRAM的讀／寫操作。8DDRAM地址設(shè)置（SetDDRAMAddress）格式1A6A5A4A3A2A1A0該指令將7位的DDRAM地址寫入地址指針計(jì)數(shù)器AC內(nèi)，隨后計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的操作是對(duì)DDRAM的讀／寫操作。9讀“忙”標(biāo)志和地址指針值（ReadBusyFlagandAddress）格式BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0計(jì)算機(jī)對(duì)指令寄存器通道讀操作（RS＝0，R／W＝l）時(shí)，將讀出此格式的“忙”標(biāo)志BF值和7位地址指針計(jì)數(shù)器AC的當(dāng)前值。計(jì)算機(jī)隨時(shí)都可以對(duì)HD44780U讀“忙”操作。BP值反映HD4478OU的接口狀態(tài)。計(jì)算機(jī)在對(duì)HD44780U每次操作時(shí)首先都要讀BF值判斷HD44780U的當(dāng)前接口狀態(tài)，僅有在BF＝01時(shí)計(jì)算機(jī)才可以向HD44780U寫指令代碼或顯示數(shù)據(jù)和從HD44780U讀出顯示數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)讀出的地址指針計(jì)數(shù)器AC當(dāng)前值可能是DDRAM地址也可能是CGRAM的地址，這取決于最近一次計(jì)算機(jī)向AC寫入的是哪類地址[17]。10寫數(shù)據(jù)（WriteDatatoCGorDDRAM）計(jì)算機(jī)向數(shù)據(jù)寄存器通道寫入數(shù)據(jù)，HD44780U根據(jù)當(dāng)前地址指針計(jì)數(shù)器AC值的屬性及數(shù)值將該數(shù)據(jù)送入相應(yīng)的存儲(chǔ)器內(nèi)的AC所指的單元里。在寫人數(shù)據(jù)后地址指針計(jì)數(shù)器AC將根據(jù)最近設(shè)置的輸入方式自動(dòng)修改。由此可知，計(jì)算機(jī)在寫數(shù)據(jù)操作之前要作兩項(xiàng)工作，其一是設(shè)置或確認(rèn)地址計(jì)數(shù)器AC值的屬性及數(shù)值，以保證所寫數(shù)據(jù)能夠正確到位；其二是設(shè)置或確認(rèn)輸入方式，以保證連續(xù)寫入數(shù)據(jù)時(shí)AC值的修改方式符合要求。11讀數(shù)據(jù)（ReadDatafromCGorDDRAM）在HD44780U的內(nèi)部運(yùn)行時(shí)序的操作下，地址指針計(jì)數(shù)器AC的每一次修改，包括新的AC值的寫入，光標(biāo)滾動(dòng)位移所引起的AC值的修改或由計(jì)算機(jī)讀寫數(shù)據(jù)操作后所產(chǎn)生的AC值的修改，HD44780U都會(huì)把當(dāng)前AC所指單元的內(nèi)容送到接口部數(shù)據(jù)輸出寄存器內(nèi)，供計(jì)算機(jī)讀取[19]。計(jì)算機(jī)的讀數(shù)據(jù)是從數(shù)據(jù)寄存器通道中數(shù)據(jù)輸出寄存器讀取當(dāng)前所存放的數(shù)據(jù)。所以計(jì)算機(jī)在首次讀數(shù)據(jù)操作之前需要重新設(shè)置一次地址指針AC值，或用光標(biāo)滾動(dòng)指令將地址指針計(jì)數(shù)器AC值修改到所需的地址上，然后進(jìn)行的讀數(shù)據(jù)操作將能獲得所需的數(shù)據(jù)。在讀取數(shù)據(jù)后地址指針計(jì)數(shù)器AC將根據(jù)最近設(shè)置的輸入方式自動(dòng)修改。由此可知，計(jì)算機(jī)在讀數(shù)據(jù)操作之前要作兩項(xiàng)工作，其一是設(shè)立或確認(rèn)地址計(jì)數(shù)器AC值的屬性及數(shù)值，以保證所讀數(shù)據(jù)的正確性。3.3系統(tǒng)功能電路3.3.1最小工作系統(tǒng)原理圖3最小系統(tǒng)原理圖此圖是單片機(jī)工作的最小系統(tǒng)原理圖，在這個(gè)電路中又可以分為復(fù)位電路和晶振電路，如圖3和圖4所示：圖4復(fù)位電路復(fù)位電路可以分為上電復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種。手動(dòng)按鍵復(fù)位的原理是，在系統(tǒng)正常工作的過程中可以手動(dòng)觸動(dòng)按鍵使單片機(jī)復(fù)位。具體原理是，按下S1按鍵，因此5V電壓經(jīng)過一個(gè)200歐姆的電阻分壓后加到系統(tǒng)的RST上，手動(dòng)按鍵按下到抬起的過程足以使系統(tǒng)復(fù)位。圖5晶振電路在設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)電路時(shí)，晶振電路時(shí)不可缺失的，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，所有的工作都是一個(gè)節(jié)拍下同步工作，這是才不會(huì)出現(xiàn)沖突。時(shí)鐘的快慢決定了系統(tǒng)的工作效率，我們所說(shuō)的計(jì)算機(jī)的主頻就是指系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率，而在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的時(shí)鐘是有晶振電路來(lái)提供的?？梢哉f(shuō)晶振電路時(shí)單片機(jī)的心臟，18,19號(hào)引腳接的是11.0592M的晶振。3.3.2蜂鳴器報(bào)警電路原理圖6蜂鳴器報(bào)警功能電路蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器需要比較高的電壓才能有足夠的音壓,一般建議為9V以上。電磁式蜂鳴器:用1.5V就可以發(fā)出85dB以上的音壓了，唯消耗電流會(huì)大大的高于壓電式蜂鳴器，電路中的電壓低，而采用壓電式蜂鳴器。1．蜂鳴器發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓或者方波就可以發(fā)聲。2．續(xù)流二極管蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統(tǒng)的其它部分。3．三極管濾波電容C1的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對(duì)其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗。蜂鳴器報(bào)警功能電路使用的是三極管8550驅(qū)動(dòng)，三極管8550是PNP三極管，射極接電源+5V,基極通過一個(gè)電阻連接到P1.0口，集電極接蜂鳴器，三極管Q1起開關(guān)作用，,當(dāng)P1.0為高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器沒有不響，當(dāng)P1.0為低電平時(shí)，而三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出響聲。3.3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖7電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可，而這次電路中電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和蜂鳴器的電路基本相同，同樣使用8550三極管驅(qū)動(dòng)，三極管的基極接P1.1，當(dāng)P1.1為高電平時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)P1.1為低電平時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。需要調(diào)速，可以使用三極管，場(chǎng)效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。（4.1PWM介紹）3.3.4按鍵功能電路原理圖8按鍵功能電路按鍵功能電路里面有兩種按鍵，一種按鍵是模仿水塔水位開關(guān)的功能按鈕，一種是電機(jī)PWM輸出的調(diào)整按鈕。原理是通過一個(gè)10k的電阻接到+5v電源線上，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，按鍵沒有導(dǎo)通，所以沒有電流，但對(duì)于連到引腳上的那一端來(lái)講是高電平。當(dāng)按鍵按下時(shí)，因?yàn)殡娐穼?dǎo)通，有電流流過，和單片機(jī)引腳接觸的那一端接地，所以是低電平。因此能檢測(cè)到信號(hào)的變化，交給程序處理后做出相關(guān)的動(dòng)作。3.3.5液晶1602顯示功能電路圖圖9液晶1602顯示電路圖液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。液晶1602從左到右依次有16根引腳，每個(gè)引腳定義不同。第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。

第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。

第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。

第15腳：背光源正極。

第16腳：背光源負(fù)極。有三根控制引線和八根信號(hào)線，必須注意的一點(diǎn)是3號(hào)引腳是背光電源指示端。背光電阻選擇的不同有不同的結(jié)果。我們這里選擇2.7k電阻做為背光電阻。3.3.6系統(tǒng)總體原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體原理圖即是這些功能電路的組合，主要包括最小系統(tǒng)電路、按鍵電路、電機(jī)和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路、液晶電路組成，還包括一個(gè)按鍵指示燈。詳細(xì)電路見附錄一。4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言。它層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)。C語(yǔ)言的表現(xiàn)能力和處理能力極強(qiáng)。它不僅具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它還可以直接訪問內(nèi)存的物理地址，進(jìn)行位(bit)一級(jí)的操作。由于C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件的編程操作，因此C語(yǔ)言集高級(jí)語(yǔ)言和低級(jí)語(yǔ)言的功能于一體。既可用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)，也適合于應(yīng)用軟件的開發(fā)。此外，C語(yǔ)言還具有效率高，可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此廣泛地移植到了各類各型計(jì)算機(jī)上，形成了多種版本的C語(yǔ)言。4.1PWM調(diào)速控制概述4.1.1PWM脈寬調(diào)制簡(jiǎn)介脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。4.1.2PWM調(diào)節(jié)的具體過程脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：1、設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期。2、在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間。3、設(shè)置PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管腳。4、啟動(dòng)定時(shí)器。5、使能PWM控制器。4.2系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)4.2.1程序設(shè)計(jì)步驟程序設(shè)計(jì)就是用計(jì)算機(jī)所能接受的語(yǔ)言把所需解決問題的步驟逐一描述出來(lái)，也就是編制計(jì)算機(jī)的程序，在設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，軟件的編制是重要環(huán)節(jié)。軟件的質(zhì)量直接影響整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)因系統(tǒng)而異，但程序設(shè)計(jì)總是有共同特點(diǎn)及其規(guī)律的。在編寫程序時(shí)，采取如下幾個(gè)步驟：（1）分析問題，明確所要解決問題的要求。（2）定程序框圖。（3）合理分配系統(tǒng)資源。（4）根據(jù)程序的流程圖和指令系統(tǒng)編寫出程序。（5）程序調(diào)試。（6）程序優(yōu)化。4.2.2程序流程圖PWM調(diào)速按鍵調(diào)整子程序PWM調(diào)速按鍵調(diào)整子程序檢測(cè)是否有按鍵按下YN延時(shí)15ms，確定有按鍵按下N檢測(cè)哪一個(gè)按鍵按下先停止電機(jī)，PWM速度增加液晶屏顯示速度值增加先停止電機(jī)，PWM速度減少液晶屏顯示速度值減少減按鍵加按鍵圖10PWM按鍵調(diào)整子程序流程圖停止電機(jī)，燈閃爍幾下，蜂鳴器響幾聲，液晶顯示正常停止電機(jī)，燈閃爍幾下，蜂鳴器響幾聲，液晶顯示正常檢測(cè)模擬水塔水位正常按鍵開始系統(tǒng)初始化，燈閃爍，蜂鳴器響一聲，液晶顯示進(jìn)入主程序等待狀態(tài)顯示速度啟動(dòng)電機(jī)，燈閃爍幾下，蜂鳴器響，液晶顯示低水位檢測(cè)模擬水塔水位按鍵檢測(cè)模擬水塔水位低按鍵NYNYPWM按鍵調(diào)制子程序NYPWM調(diào)速按鍵選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)速圖11程序總體流程圖在進(jìn)入PWM按鍵子程序后，首先要做的事是先檢測(cè)是否確定有按鍵按下，這個(gè)過程延時(shí)15ms，在確認(rèn)有按鍵按下后，判斷是哪一個(gè)按鍵按下，如果是速度加按鍵按下，電機(jī)不管在什么狀態(tài)，都是首先停止，然后是調(diào)整PWM調(diào)制時(shí)間，液晶屏顯示速度增加，按下減按鍵，也是先停止電機(jī)，調(diào)整PWM調(diào)制時(shí)間，液晶屏顯示速度減少。具體流程圖如圖11所示。當(dāng)系統(tǒng)按下電源開關(guān)，且確定有電源存在時(shí)候，系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)，燈會(huì)閃爍、蜂鳴器響一聲、液晶初始化,初始化完以后，進(jìn)入PWM按鍵調(diào)速選擇，如有按鍵按下，進(jìn)入PWM按鍵調(diào)整子程序，若沒有，進(jìn)入主程序等待狀態(tài)，檢測(cè)水塔水位的液位狀態(tài)，當(dāng)模擬液位低水位按鍵按下后，電機(jī)以顯示速度啟動(dòng)，模擬抽水過程，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，燈閃爍，且液晶會(huì)顯示水位過低狀態(tài)。當(dāng)模擬水位正常按鍵按下后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蜂鳴器報(bào)警、液晶顯示當(dāng)前正常狀態(tài)，然后程序進(jìn)入循環(huán)，繼續(xù)檢測(cè)模擬水位狀態(tài)按鍵。具體流程圖的如圖4-2所示。4.3程序源代碼程序源代碼使用C語(yǔ)言編寫，使用C語(yǔ)言編寫程序效率高，調(diào)用方便。程序主要由LCD1602液晶驅(qū)動(dòng)子程序，電機(jī)PWM調(diào)速功能子程序、按鍵掃描子程序等功能程序組成，詳細(xì)源代碼見附錄二。5調(diào)試本系統(tǒng)的調(diào)試主要分為程序調(diào)試、電路調(diào)試等兩大部分。兩個(gè)部分交替聯(lián)合進(jìn)行，這樣有利于問題的分析和解決，不會(huì)造成問題的積累，而且不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)小問題而進(jìn)行整體電路的檢查，從而可以節(jié)約大量的調(diào)試時(shí)間。軟件編程中，首先編寫單元模塊的程序，并且在電路上調(diào)試成功問題，即可以做系統(tǒng)整體程序的調(diào)試。聯(lián)機(jī)調(diào)試是最重要的一部分，同時(shí)也是本設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。6總結(jié)根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)的分析可知：1.利用液晶顯示器不僅可以顯示內(nèi)容。2.對(duì)單片機(jī)和液晶顯示器的連接，能對(duì)液晶顯示內(nèi)容進(jìn)行可靠直觀。3液晶水位測(cè)量顯示功能強(qiáng)大，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位，提供可靠數(shù)據(jù)。4液晶水位測(cè)量顯示操作簡(jiǎn)單，顯示內(nèi)容豐富。參考文獻(xiàn)[1]陳學(xué)煌,馬俊.電子自旋共振儀中嵌入單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].傳感器技術(shù),2005，24（12）：61-63.[2]王建新，楊世鳳，史永江.系統(tǒng)測(cè)試中的軟件抗干擾技術(shù)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2005，24（10）：18-20.[3]李剛民，曹巧媛.單片機(jī)原理及使用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2005,24(22):62-63.[4]徐愛鈞.8051單片機(jī)實(shí)踐教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006，24（10）：21-23.[5]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社,2004，22（11）：17-20.[6]周潤(rùn)景.PROTEUS入門實(shí)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007，24（10）：24-26.[7]徐模輝.Protues單片機(jī)仿真中的uC/OS-II移植[J].單片機(jī)與嵌入式系,2007（10）：74-76.[8]丁元杰.單片微機(jī)原理及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,2000:81-88.[9]騰召勝,羅隆福.智能檢測(cè)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)融合.機(jī)械工業(yè)出版社,2009（11）：68-70.[10]孫虎章.自動(dòng)控制原理.中央廣播電視大學(xué)出版社,1999（10）：34-66.[11]劉國(guó)榮.單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2003（24）：70-26.[12]張迎新.單片微型計(jì)算機(jī)原理.應(yīng)用及接口技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社,2006（50）：71-76.[13]房小翠.單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社,2009（14）：44-46.[14]何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北航出版社,2010（33）：24-26.[15]曹琳琳.單片機(jī)原理及接口技術(shù).國(guó)防科技大學(xué)出版社,2006（55）：84-86.[16]Intel.MicrocontrollerHandbook,2008（12）：24-26.[17]ATMEL.CORPORATION.AT90S8515.REV72001,2009（22）：36-39.[18]JoeCampbell.串行通信C程序指南[M].北京：清華大學(xué)出版社.1995,31-32.[19][德]克勞斯·貝伊特.電子元件[M].北京：北京科技出版設(shè),2008（12）：44-46.[20]超星數(shù)字圖書館..[21]中國(guó)電子網(wǎng)..[22]《軟件世界》雜志:.附錄附圖A仿真準(zhǔn)備附錄B仿真成功附錄C程序源代碼#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitled=P0^1;//led燈顯示,低電平亮sbitspeaker=P1^0;//蜂鳴器，低電平報(bào)警sbitlcd_rs=P0^7;//1602數(shù)據(jù)選擇命令端sbitlcd_rw=P0^6; //1602讀寫選擇端sbitlcd_enable=P0^5;//1602使能端定義sbitkey_up=P3^0;//pwm速度調(diào)整端口，電機(jī)速度加一sbitkey_down=P3^1; //pwm速度調(diào)整端口，電機(jī)速度減一sbitmonter=P1^1;//電機(jī)驅(qū)動(dòng)端口，pwm控制輸出sbitwater_normal=P1^6;//水位過高傳感器模擬按鍵端口，低電平報(bào)警sbitwater_low=P1^7;//水位過低傳感器模擬按鍵端口，低電平報(bào)警ucharcodepwm_t[]={45,90,100,130};//模式下的pwm值，人為已經(jīng)設(shè)定的時(shí)間是100，可以調(diào)整上限值uintmodel=1,pwmT=150,time_count=0;voidkey_scan();//按鍵掃描函數(shù)voidcheck_water_level();//檢測(cè)水位是否正常函數(shù)voiddelay(uintz) //延時(shí)函數(shù){uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}//*******************1602液晶顯示函數(shù)************************// voidlcd_write_comd(ucharcomd) //1602寫指令函數(shù){lcd_rs=0;//選擇指令lcd_rw=0;//選擇寫 delay(5); P2=comd;//取命令delay(8); lcd_enable=1;//使能有效 delay(8); lcd_enable=0;}voidlcd_write_data(uchardate)//1602寫數(shù)據(jù)函數(shù){ lcd_rs=1; //選擇數(shù)據(jù)lcd_rw=0; //選擇寫操作 delay(5); P2=date; //取數(shù)據(jù)操作 delay(8); lcd_enable=1; //使能有效 delay(8); lcd_enable=0;}voidlcd_set_xy(ucharx,uchary)//定位具體位置{uintaddress;if(y==1)address=0x80+x; //第一行的位置 else address=0xc0+x; //第二行的位置 lcd_write_comd(address);}voidlcd_write_char(ucharx,uchary,uchardate) //寫一個(gè)字符函數(shù){ lcd_set_xy(x,y); //設(shè)定位置 lcd_write_data(date); //寫入數(shù)據(jù)}voidlcd_write_string(ucharx,uchary,uchar*s) //寫一個(gè)字符串函數(shù){ lcd_set_xy(x,y); //設(shè)定位置while(*s) //循環(huán)寫入數(shù)據(jù) { lcd_write_data(*s); s++; } }//********電機(jī)PWM調(diào)速函數(shù)及程序主函數(shù)*******//voidinit() //初始化函數(shù){ uchari,count=25; led=1; //開機(jī)led燈閃爍for(i=0;i<15;i++){ led=~led; delay(count); count=count+5; }led=0; lcd_write_comd(0x38);//設(shè)置16*2行顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口lcd_write_comd(0x0c);//開顯示lcd_write_comd(0x01);//清屏lcd_write_comd(0x80);//設(shè)定初始位置lcd_write_string(0,1,"WaterLev:Normal");lcd_write_string(0,0,"MonterSpeed:1");speaker=0; //蜂鳴器鳴響一聲delay(1000);speaker=1; TMOD=0X02; //定時(shí)0，定時(shí)時(shí)間為150us，工作在方式2TH0=(256-150)%256; TL0=TH0;EA=1; //開總中斷ET0=1; //開定時(shí)器0的中斷TR0=0; //定時(shí)器0不啟動(dòng)}voidmain()//主函數(shù){init();while(1) { key_scan(); check_water_level();//檢測(cè)水位是否正常函數(shù) }}voidtimre_0()interrupt1 //定時(shí)器0的中斷子函數(shù){time_count++;if(time_count==pwmT) //和PWM脈寬的時(shí)間比較，時(shí)間到了定時(shí)器清零，重新開始{time_count=0;}if(time_count<pwm_t[model-1]) //當(dāng)計(jì)數(shù)器在PWM定制時(shí)間內(nèi)的時(shí)候，輸出相關(guān)的pwm控制信號(hào){ monter=0; }