【正文】 位 A/D轉(zhuǎn)換器而言，其十六進制、相對滿偏電壓比率、相對電壓幅值的關(guān)系對應(yīng)如表 42： 開始 CPU 初始化 參數(shù)設(shè)定 是否有按鍵 采樣子程序 顯示實時液位 數(shù)據(jù)處理子程序 控制電機啟停 按鍵處理 是 否 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 表 42 A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對照表 十六進制 二進制 滿刻度比率 相對電壓幅值 Vref= 高四位 低四位 高四位電壓 低四位電壓 F 1111 15/16 15/256 E 1110 14/16 14/256 D 1101 13/16 13/256 C 1100 12/16 12/256 B 1011 11/16 11/256 A 1010 10/16 10/256 9 1001 9/16 9/256 0 1000 8/16 8/256 7 0111 7/16 7/256 6 0110 6/16 6/256 5 0101 5/16 5/256 4 0100 4/16 4/256 3 0011 3/16 3/256 2 0010 2/16 2/256 1 0001 1/16 1/256 0 0000 0/16 0/256 金小龍：基于單片機的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計 42 綜上，電壓幅值與液位高度在數(shù)值上是相等的。主程序流程圖如圖 41所示。用 C語言進行 51系列單片機程序設(shè)計是單片機開發(fā)與 應(yīng)用的必然趨勢。然而 匯編語言指令卻有程序的可讀性低，程序開發(fā)人員的開發(fā)時間長與開發(fā)難度大，程序移植性差等缺點。設(shè)計電路如圖 314。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 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 311： 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 311 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。 CLK IN， CLK R 時鐘輸入或接振蕩元件（ R， C）頻率約限制在 100kHZ~1460kHZ，如果使用 RC電路則其振蕩頻率為 1/（ ）。 以下是 ADC0804管腳及功能的介紹： 圖 310 ADC0804引腳圖 金小龍：基于單片機的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計 32 /CS 芯片選擇信號。 I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端。當(dāng) RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302進行操作。當(dāng) Vcc2大于 Vcc1＋ ， Vcc2供電，當(dāng) Vcc2小于 Vcc1時， DS1302由 Vcc1供電。 時間單元硬件設(shè)計 金小龍：基于單片機的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計 30 DS1302 因其較小的體積，占用 I/O 口資源少等特點，是常用的時間芯片。 該模塊中使用的兩個芯片管腳功如 圖 36： 在 62256中， A0~A14 管腳為地址總線，共 15 位，尋址范圍可達到 32kB； I/O0~I/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。 a~g用于共陽極數(shù)碼管的相應(yīng)管腳的連接。 圖 33 系統(tǒng)按鍵電路 顯示單元硬件設(shè)計 在顯示單元上，使用了 74LS273帶公共時鐘復(fù)位八 位 觸發(fā)器與 74LS47共陽極 BCD顯示譯碼驅(qū)動芯片。 系統(tǒng)按鍵電路如圖 33所示。 按鍵設(shè)計 鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中是一個很關(guān)鍵的部件，它能實現(xiàn)向單片機系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，是人工干預(yù)單片機的主要手 段。 要使單片機按照設(shè)計要求正常工作，完整單片機最基本的工作要求，考慮到系統(tǒng)無需精確地定時功能，且為了方便串口通信波特率的計算，采用 統(tǒng)時鐘。 FLASH存儲器編程時，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。 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，每個機器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖，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。對 FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG） 。當(dāng)振蕩器工作時， RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將 使 單片機復(fù)位。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）。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。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。對 P1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。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。 P0口 ： P0口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O口。是指繼電器允許加載的電壓和電流。是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。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。 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，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “ 自動開關(guān) ” 。采用單一電源 ＋ 5V工作，額定電流為 300μA，采用半雙工通訊方式。即具有多站能力 ， 這樣用戶可以利用單一的 RS485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 2) RS485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是 EIARS232C標(biāo)準(zhǔn)，其中 EIA（ Electronic Industry Association） 代表美國電子工業(yè)協(xié)會， RS（ Emeded 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。 通信模塊設(shè)計方案 AT89S52單片機內(nèi)部有一個全雙工異步串行 I/O接口，占用 。 5) 滿刻度誤差 滿度輸出時對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號值之差。 4) A/D轉(zhuǎn)換器量程 A/D轉(zhuǎn)換時需要的是雙極性的，有時是單極性的。對一般的單片機而言，要在采樣時間內(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)計數(shù)等已經(jīng)比較困難了。 金小龍：基于單片機的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計 16 確定 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率時，應(yīng)考慮系統(tǒng)的采樣速率。 目前，大多數(shù)測量裝置的精度值不小于 %~%，故 A/D轉(zhuǎn)換器的精度取 % ~ %即可，相應(yīng)的二進制碼為 10~11位，加上符 號位，即為 11~12位。因此，取 10位或 11位是合適的。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)生的誤差，它是模擬信號數(shù)字化時產(chǎn)生誤差的主要部分。 A/D轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異，在設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，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)計要求的問題。 ? 與 DS1202兼容 。 ? 8腳 DIP封裝或可選的 8腳 SOIC封裝 。 ? 串行 I/O口方式使得管腳數(shù)量最少 。 DS1302是由 DS1202改進而來，增加了以下的特性雙電源管腳用于主電源和備份電源金小龍：基于單片機的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計 14 供應(yīng)， Vcc1為可編程涓流充電電源，附加七個字節(jié)存儲器。實時時鐘 /日歷電路提供秒、分、時、 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，時鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時格式。為節(jié)省 CPU的工作時間，且由于 RAM存儲速度快、使用方便等特點，從而可以忽略了 RAM掉電數(shù)據(jù)丟失的缺點。鑒于系統(tǒng)的復(fù)雜程度，暫時不考慮使用 FLASH作為存儲單元。 NAND結(jié)構(gòu)能提供 極高的單元密度 ， 可以達到高存儲密度 ， 并且寫入和擦除的速度也很快。這區(qū)區(qū) 8個 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。 金小龍：基于單片機的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計 12 閃存則是一種不揮發(fā)性（ NonVolatile）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)。 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。高位顯示米單位，低位顯示分米單位，且高位小數(shù)點常亮。但靜態(tài)顯示也有其缺點，主要是占用 I/O口資源較多，硬件成 本較高。 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%精度的要安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 求下，其測量的有效值為 5*10%=。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。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AT89S52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。使用 4路 8位 I/O接口即可滿足設(shè)計要求；系統(tǒng)中 需要擴展外部存儲器對數(shù)據(jù)進行存儲，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即可滿足設(shè)計需要；由于是實驗階段，采用 DIP（雙列直插）封裝的芯片 便于 實驗，暫不考慮實際工業(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；芯片支持 ISP可節(jié)省仿真器的投入。 13) 資料盡量豐富。 9) 價格。 6) 功耗。 例如看門狗 、 雙指針 、 雙串口 、 RTC（實時時鐘）、 EEPROM、擴展 RAM、 CAN接口、 I2C接口、 SPI接口、 USB接口。因而， 選擇一個合適的單片機有時真的不太容易 ， 要考慮的方面太多。 系統(tǒng)框圖 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，采用單片機為主控芯片，通過單片機數(shù)據(jù)地址總線及 I/O端口，擴展數(shù)據(jù)存儲模塊、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、時間模塊、串口通信模塊以及 A/D轉(zhuǎn)換、電機控制等外圍電路 ，從而 實現(xiàn)系統(tǒng)所需的設(shè)計功能。液位測量高度 ≤5米，測量精度 10%， AC220V供電。 設(shè)計具體內(nèi)容分為以下幾個方面： （ 1） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計以及單片機選型 ； （ 2） 系統(tǒng)軟件設(shè)計； （ 3） 上位機軟件設(shè)計以及上位機與下位機通信設(shè)計。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)長時間，多網(wǎng)點的采集記錄分析具有普遍的意義。 光纖液位測量有以下優(yōu)點：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算機連接，便于與光纖傳輸系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)等。當(dāng)壓力超過規(guī)定數(shù)值時，壓力對液位測 量精度將產(chǎn)生顯著影響。 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。其特點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。當(dāng)液位不同時，電容器的介電常數(shù)就不同，故電容量也不同。 金小龍：基于單片機的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計 4 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。 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。該設(shè)計要求具有一定的智能化，可操作性和穩(wěn)定性好。這些測量方式對一般液位的測量來說各有各的優(yōu)點，可根據(jù)不同的應(yīng)用場合和要求進行選擇。在過程控制中，單片機既可作為主計算機，又可作為分布式計算機控制系統(tǒng)中的前端機，完成模擬量的采集和開關(guān)