【正文】 便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域 。 ? 寬范圍工作電壓 。 ? 簡單 3線接口 。 ? 在 DS1202基礎(chǔ)上增加的特性 ： 對 Vcc1有可選的涓流充電能力 。 綜上所述，選用 DS1302時間芯片完全滿足設(shè)計的需求。 基本上，可以根據(jù)以下幾個方面的指標選擇一個 A/D器件。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。 A/D轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)與測量裝置的精度相匹配。 2) A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換 速率 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)換時間。根據(jù)采樣定理和實際需要，一個周期的波形需采 10個樣點，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。對于其他模擬信號一般都要加采樣保持器。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)換精度。 ADC0804是 單路 8位逐次比較型 雙極性輸入 A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間小于 s?100 .量化間隔 mVV 5312 25 8 ???。 利用該接口，可實現(xiàn)系統(tǒng)與上位機的通信。它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。 3) RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。 因 RS485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)點就使其成為首選的串行接口。它完成將 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS－ 485電平的功能。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 2) 直流電阻。在 正常使用時，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。當繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。 在 flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。對 P2 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在使用 8位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。作為輸入使用時，被外部拉低的引 腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。當振蕩器工作時， RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。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 AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN信號。 FLASH存儲器編程時，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。并附加復(fù)位電路，組成單片機最小系統(tǒng)。兩個芯片的管腳圖如 圖 4。 ag用于共陽極數(shù)碼管的相應(yīng)管腳的連接。 該模塊中使用的兩個芯片管腳功如 圖 6： 在 62256 中， A0A14 管腳為地址總線，共 15位，尋址范圍可達到 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。此次設(shè)計采用 DIP8封裝，管腳 功能 如 圖 8： 其中 Vcc1為后備電源， Vcc2為主電源。 X1和 X2是振蕩源接口，外接。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)。 SCLK始終是輸入端，用來輸入串行時鐘信號 。 /RD 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。 /INTR 中斷請求信號輸出 ,低地平動作 。 DB0~DB7 8位的數(shù)字輸出 。 另外，以阻抗型液位傳感器為模型， 液位傳感器阻值變化與液位的高度是成正比的，因此需要將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值匹配 A/D轉(zhuǎn)換器 。 因此，液位高度的變化同樣正比于 輸入電壓，顧而 A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)正比于液位高度。由于 MAX485為半雙工通信方式，不能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，只能通過控制 RE和 DE引腳的狀態(tài)來進行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。 圖 13：串行通信模塊電路圖 硬件電路如圖 13： 17 圖 14： 繼電器部分電路圖 圖 15： 電源 指示燈電路圖 其他外圍電路的設(shè)計 繼電器電路設(shè)計。 電源 指示燈設(shè)計如圖 15。 C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言。 KEIL C51開發(fā)工具套件可用于匯編 C語言程序、匯編源程序，鏈接和定位目標文件和庫，創(chuàng)建 HEX文件以及調(diào)試目標程序。 模塊 變量 /端口 初始值 功能 控制端口初始化 adRD/ 1 A/D轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)讀入控制，初始為不讀入 adWR/ 0 A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換控制，初始為 停止 E/ 0 通信接收發(fā)送控制，初始為接收 DIS/ 0 顯示數(shù)據(jù)鎖存控制，初始為保持 RELAY/ 1 繼電器控制，初始狀態(tài)為斷開 波特率發(fā)生器初始化 TMOD 0x22 單片機片內(nèi)定時 /計數(shù)器工作在方式二 SCON 0x40 串行口為 8位 UART工作方式 TH1 0xf4 波特率設(shè)置為 4800bps TL1 0xf4 IE 0 禁止定時器中斷 TR1 1 啟動定時器 REN 1 允許串行口接收數(shù)據(jù) 時間初始化 sec 0x00 初始化系統(tǒng)時間為 2021年 1月 1日 0時 0分 0秒星期四 其中 sec,min,hr,date,mon,day,year 依次為秒 、 分 、 時 、日、月、星期、年 min 0x00 hr 0x00 date 0x01 mon 0x01 day 0x04 year 0x09 數(shù)據(jù)參數(shù)初始化 xmark 0x7531 數(shù)據(jù)存儲狀態(tài)標志字節(jié) 指針 numtab 0x0001 數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針 uplq 0xCF 高液位警戒高度，初始值 downlq 0x10 低液位警戒高度，初始值 初始化過程中，調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換模塊獲得首次液位數(shù)據(jù)，同時將其顯示，完成初始化工作 表 2：初始化參數(shù)及含義 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進制碼，因此在實現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。 顯示 模塊的軟件 設(shè)計 由于使用了靜態(tài)鎖存顯示，需要對顯示數(shù)據(jù)進行處理后進行鎖存控制。第二階段是數(shù)據(jù)的提取過程，由于 P0口做輸入時的特性，首先軟件上將 P0口寄存器置為 0xFF， 延遲適當時間后 adRD復(fù)位，輸出 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，隨之通過 P0口讀入數(shù)據(jù)，還原 adRD為高，該階段結(jié)束。傳送以字節(jié)為單位，發(fā)送命令與數(shù)據(jù)。 發(fā)送的過程：置 E為 1，使系統(tǒng)處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)；將數(shù)據(jù)寫入串行通信緩沖區(qū) SBUF；等待，直到發(fā)送完畢，將 E清 0,返回 接收狀態(tài)。 圖： 20 DS1302 時間寄存器 23 圖 21： DS1302數(shù)據(jù)寄存器 其中 : ? CH： 時鐘停止位寄存器 2 的第 7 位 12/24 小時標志 CH=0 振蕩器工作允許 bit7=1,12 小時模式 CH=1 振蕩器停止 bit7=0,24 小時模式 ? WP: 寫保護位寄存器 2 的第 5 位 :AM/PM 定義 WP=0 寄存器數(shù)據(jù) 能夠?qū)懭? AP=1 下午模式 WP=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫入 AP=0 上午模式 ? TCS: 涓流充電選擇 DS: 二極管選擇位 TCS=1010 使能涓流充電 DS=01 選擇一個二極管 TCS=其它 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個二極管 DS=00 或 11, 即使 TCS=1010, 充電功能也被禁止 ? RS: 涓流充電電阻選擇位 RS位 電阻 典型 值 00 無 無 01 R1 2KΩ 10 R2 4KΩ 11 R3 8KΩ 表 5： RS狀態(tài)標志及含義 由于 DS1302數(shù)據(jù)傳輸方式為串行移位輸入輸出 。讀寫的核心 是 產(chǎn)生 SCLK移位信號與移位 ，讀操作是將數(shù)據(jù)從 DS1302的 I/O口移入單片機，寫操作是將數(shù)據(jù)從單片機移入DS1302時鐘芯片。 上位機軟件 設(shè)。完成時間的模塊軟件的設(shè)計。地址 沒 有 讀 操作 。 這兩個子程序 在其他函數(shù)需要進行串口通信時調(diào)用即可實現(xiàn)與上位機的串行通信。 2) 通信 模塊的 控制 該模塊在控制上設(shè)計兩個函數(shù)，一個是發(fā)送函數(shù)，另一個是接收函數(shù)。 通信 協(xié)議及通信模塊 軟件設(shè)計 1) 通信協(xié)議 為了使 PC上位機與設(shè)備實現(xiàn)有意義的通信，設(shè)計了簡單的通信協(xié)議。 A/D轉(zhuǎn)換模塊軟件 設(shè)計 21 A/D轉(zhuǎn)換的控制變量有兩個，即 adWR與 adRD；上文中已說明了它的功能，故不再重復(fù)。為了通過 LED直觀顯示液位高度，進行轉(zhuǎn)換的思路如下： 設(shè)輸入 8二進制數(shù)據(jù)為 n ， 5/n 的商即為 以分米為單位的液位高度 數(shù)據(jù)，余數(shù)為 以 厘米 為單位的 數(shù)據(jù)，由于顯示位數(shù)僅為 2位，最低位為分米， 固使用 “二舍三入 ”的辦法 保留分米單位的整數(shù)倍數(shù)據(jù) 1n 。 系統(tǒng)主要模塊流程圖 系統(tǒng)初始化 開始啟動 A / D 轉(zhuǎn)換讀取液位數(shù)據(jù)當片液位 = 高警戒液位且電機已啟動關(guān)閉電機記錄數(shù)據(jù)當片液位 ≤ 高警戒液位且電機關(guān)閉否是是啟動電機記錄數(shù)據(jù)返回否開始初始化檢測液位處理顯示處理檢測響應(yīng)通信請求開始判斷是否有通信請求通信響應(yīng)處理判斷請求信息響應(yīng)處理 1 響應(yīng)處理 n滿足條件 1 滿足條件 n??是返回否圖 16： 主程序流程圖 圖 17： 通信檢測流程圖 圖 19：液位檢測流程圖 19 該模塊 在 系統(tǒng)上電開機時 將系統(tǒng)端口、數(shù)據(jù)存儲區(qū)、標志位、指針、地址等賦予有含義的值。用 C語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加了軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規(guī)模更大，性能更完善的系統(tǒng)。 3 軟件設(shè)計 系統(tǒng) 軟件 系統(tǒng)軟件編譯 開發(fā) 環(huán)境 8051系類單片機共擁有 111條系統(tǒng)指令，可實現(xiàn) 51種基本操作。設(shè)計電路如圖 14。定義RE和 DE連接在一起的網(wǎng)絡(luò)標號為 E，接入單片機 P1口，用于發(fā)送與接收的轉(zhuǎn)換。 根據(jù)以上參數(shù) 分析 ，設(shè)計電路如 圖 11：16 V c c20C L K R19D B 018D B 117D B 216D B 315D B 414D B 612D B 513D B 711CS1RD2WR3C L K I N4I N T R5V i n ( + )6V i n ( )7A G N D8V r e f9D G N D10A D C 0 8 0 4U9A D C 0 8 0 4R410kR61kR71kV C CR510kC4150pFA D _ W RA D _ R DV C CAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD712J P 2JPR810kV C CS2S W S P D T 圖 11： A/D轉(zhuǎn)換單元電路圖 通信單元硬件設(shè)計 MAX485僅有 8個管腳，電路設(shè)計比較簡單。由于被測阻抗兩端電壓正比于被測電阻，可把被測阻抗轉(zhuǎn)換為電壓測量。 設(shè)計滿偏電壓為 5V，則 VREF輔助參考電壓為 5V/2=， 在 10%的誤差范圍內(nèi)，無需過分苛刻參考電壓的電壓源，由于系統(tǒng)中 DC5V供電，采用兩只相同阻值電阻分壓，便能近似得到 。 AGND,DGND 模擬信號以及數(shù)字信號的接地 。 /WR 用來啟動轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當于 ADC的轉(zhuǎn)換開始（ /CS=0 時），當 /WR 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，轉(zhuǎn)換器被清除 ； 當 /WR 回到高電平時，轉(zhuǎn)換正式開始。 A/D轉(zhuǎn)換單元硬件設(shè)計 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。只有在 SCLK為低電平時，才能將 RST置為高電平。 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。 DS1302由 Vcc1或 Vcc2兩者中電壓較大者供電。 74LS273也可以作為地址鎖存器來用，鎖存器時， 對 273 來說 ， 1(CLR)腳必須接