【正文】 大氣壓的真空下進(jìn)行；在某些生產(chǎn)過程中，壓力的大小還直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量。此外，壓力檢測的意義還在于，其它一些過程參數(shù)如溫度、流量、液位等往往要通 過壓力來間接測量，所以壓力的檢測是生產(chǎn)過程自動(dòng)化中與具有特殊的地位。而針對水位的高度實(shí)時(shí)測量與控制，往往需通過壓力傳感來進(jìn)行檢測與控制來間接地測量。 利用單片機(jī)對壓力進(jìn)行測控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。用單片機(jī)對壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和控制，以解決工業(yè)及日常生活中對壓力的及時(shí)自動(dòng)控制問題。用液晶顯示實(shí)際壓力值和時(shí)間，方便人工監(jiān)視。用鍵盤輸人壓力控制范圍值，便于在不同應(yīng)用場所設(shè)置不同壓力范圍值。當(dāng)實(shí)際壓力值不在該范圍時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力，以保持設(shè)定的壓力基本不變，即水位高度不 變，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)對水位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，便于后面的水位控制，用液晶顯示實(shí)際壓力值和時(shí)間，用按鍵調(diào)整時(shí)鐘和水位高度，系統(tǒng)的水位最小區(qū)分度為 。 本電路的設(shè)計(jì)包括放大電路模塊、鍵盤控制模塊、 A/D 模塊、 LCD 顯示模塊、 RS485 通信模塊、電源模塊、單片機(jī) 處理 模塊。 由于單片機(jī)技術(shù)在各領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)。在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動(dòng)化工 程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。目前可用于MCS51系列單片機(jī)開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便的利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng)。 我所采用的控制芯片為 AT89C51，此芯片功能強(qiáng)大，能夠滿足設(shè)計(jì) 。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)（論文） 2 第二章 總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)規(guī)劃 本電路的設(shè)計(jì)包括壓力傳感器模塊、信號處理與放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、按鍵控制模塊、 LCD顯示模塊、 RS485 通信模塊、電源模塊、單片機(jī)處理模塊，又傳感器采集數(shù)據(jù)，由儀表放大電路對采集的 信號進(jìn)行處理，然后經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號輸送給單片機(jī)進(jìn)行處理并在 LCD上顯示并顯示此刻的時(shí)間，而且可以遠(yuǎn)程通信。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 本課題設(shè)計(jì)水位高度和時(shí)間顯示可以完成如下功能： ● 使用點(diǎn)陣式 LCD 顯示器來顯示水位高度和當(dāng)時(shí)的時(shí)間，顯示格式分別為“ mm”和“ XX:XX:XX”。例如， 08:12:45的時(shí)刻水位高度為 。 ● 具有 6個(gè)小按鍵操作來設(shè)置水位高度預(yù)值和時(shí)間調(diào)整。通過按“設(shè)置”鍵表示需按鍵處理，然后通過按“ +” 、“ ”可從數(shù) 0開始一直調(diào)到 9中的任意數(shù)字，通過按“左移” 、“右移”鍵確定哪位的設(shè)定，最后通過按“確定”鍵表示按鍵處理完畢。 ● 利用 RS485可以遠(yuǎn)程通信，其既作驅(qū)動(dòng)器用，將信息傳給計(jì)算機(jī)，又可作接收器用，從計(jì)算機(jī)獲取控制命令。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 研制過程和其它說明 —— 通過查閱資料和書籍，結(jié)合自身的電路知識來設(shè)計(jì)。 —— 利用 protel99se和 Proteus 將設(shè)計(jì)的原理圖畫出，為制作 PCB提供依據(jù)。 —— 考慮 PCB板刻錄需儀器，我們自己手工焊接， 取得印制電路板后，把器件按圖正確的焊 接在 PCB板上 。 —— 了解 AT89C51的內(nèi)部資源，利用匯編語言進(jìn)行編程。 —— 先在 KeilC51仿真軟件仿真，然后將程序燒錄進(jìn) AT89C51進(jìn)行系統(tǒng)電路的調(diào)試。 系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。本論文以硬件部分為主，軟件部分為輔。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)（論文） 4 第三章 各芯片的概述 8051單片機(jī)和 AT89C51單片機(jī)的概述 8051單片機(jī)的組成結(jié)構(gòu) 1） 8051單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu) 常見的 8051單片機(jī)芯片一般為 PDID封裝（一種芯 片封裝模式），這種芯片 上共有 40個(gè)引腳，各個(gè)引腳的名稱如圖 。 圖 8051單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu) 2） 8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大模塊，同時(shí)還包含數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，如圖 。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)（論文） 5 圖 8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 中央處理器 中央處理器是整個(gè) 8051單片機(jī)的核心部件，它是 8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，即能夠一次處理 8位（以下均指二進(jìn)制位）的數(shù)據(jù)或代碼。 中央處理器負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，使各部分器件協(xié)調(diào)工作，并完成一些運(yùn)算功能。 在中央處理器內(nèi)部含有很多寄存器，這些寄存器擁有非常高的讀寫速度，這些寄存器用于緩存一些狀態(tài)變量或計(jì)算機(jī)的中 間變量，在寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送速度非?？臁? 數(shù)據(jù)存儲器 8051單片機(jī)的內(nèi)部還有一個(gè)容量為 256字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。其中有 128個(gè)字節(jié)作為特殊功能寄存器，這些寄存器與單片機(jī)的各部件直接相關(guān)：其余 128 個(gè)字節(jié)的空間可用于存放用戶數(shù)據(jù)，或一些計(jì)算時(shí)的中間變量。 當(dāng) 8051單片機(jī)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的容量無法滿足開發(fā)要 求時(shí)，還可通過引腳外接容量為 64KB的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。 程序存儲器 (ROM) 8051單片機(jī)的芯片內(nèi)部設(shè)置了 4KB的片內(nèi)程序存儲器，用于存放指令程序及一些原始數(shù)據(jù)。與數(shù)據(jù)存儲器相同， 8051單片機(jī)也可以通過引腳外接片外程序存儲器。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 8051單機(jī)中有兩個(gè) 16位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，它們可用來實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。 并行輸入輸出（ I/O）口 8位并行傳輸是指利用 8條線路同時(shí)傳送每個(gè)字節(jié)信號的 8個(gè)二進(jìn)制位（一個(gè)字節(jié)等于 8個(gè)二進(jìn)制位）。 8051 單片機(jī)中，共有 4個(gè) 8位并行 I/O接口，分別是 P0口（引腳— ）、 P1口（引腳 — ）、 P2口（引腳 — ）、 P3口（引腳 — ）。這些 I/O接口用于單片機(jī)與外部電路的數(shù)據(jù)傳送。 全雙工串行口 串行輸出是指用一條線路逐位的傳送每個(gè)字節(jié)信號的各個(gè)二進(jìn)制位，全雙工串行傳輸是指用兩條串行線路來實(shí)現(xiàn)同時(shí)雙向地傳輸數(shù)據(jù)，即 A向 B發(fā)送信息的同時(shí)， B也可以向A發(fā)送信息。 8051單片機(jī)內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其他設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送。 時(shí)鐘電路 第三章 各芯片的概述 6 8051內(nèi)置了一個(gè)時(shí)鐘電路，其最高頻率可達(dá) 12MHz。時(shí)鐘電路 用于產(chǎn)生單片機(jī)運(yùn)行所需的脈沖時(shí)序。 8051單片機(jī)的時(shí)鐘電路正常工作，需要通過引腳外接振蕩電容。 8051單片機(jī)也可以通過引腳直接外接時(shí)鐘電路。 AT89C51的結(jié)構(gòu)和性能 AT89C51是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4KB的可反復(fù)擦寫的程序存儲器和 128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ,器件采用 Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用 8位中央處理器（ CPU） 和 Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的 AT89C51 單片機(jī)可 靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 1） 主要性能參數(shù) ? 與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ? 4KB可反復(fù)擦寫 Flash閃速存儲器 ? 1000次擦寫周期 ? 時(shí)鐘頻率范圍： 0Hz— 24MHz ? 3級加密程序存儲器 ? 128*8B內(nèi)部 RAM ? 32個(gè)可編程 I/O 接口線 ? 2個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ? 5個(gè)中斷源 ? 可編程串行 UART 通道 ? 低功耗空閑和掉電模式 2） 功能特性概述 AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4KB的 Flash 閃速存儲器， 128B內(nèi)部 RAM,32 個(gè) I/O接口線，兩個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串 行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89C51可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 3） 引腳功能 如圖 AT89C51 芯片引腳圖 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)（論文） 7 圖 AT89C51芯片引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR中 8EH地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部 程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 。 第三章 各芯片的概述 8 P0口： P0口為一個(gè) 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) 接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 ： 表 P3口功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)（論文） 9 4）極限參數(shù) ? 工作溫度： 55℃ — +125℃ ? 儲藏溫度： 65℃ — +15℃ ? 任一引腳對地電壓： — + ? 最高工作電壓： ? 直流輸出電流： MAX197 的概述 MAX197 是 Maxim 公司推 出的具有 12 位測量精度的高速 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，只需單一電源供電，且轉(zhuǎn)換時(shí)間很短 (6ms)，具有 8路輸入通道，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口 —— 8位三態(tài)數(shù)據(jù) I/O口，可以和大部分單片機(jī)直接接口，使用十分方便。 Max197芯片相應(yīng)的功能 CLK：時(shí)鐘輸入，在外部時(shí)鐘模式下，輸入與 TTL/MOS 相匹配的始終脈沖，在內(nèi)部時(shí)鐘模式下，從這個(gè)引腳接一個(gè)電容 CCLK至地，