【正文】 位 A/D轉(zhuǎn)換器而言，其十六進(jìn)制、相對(duì)滿偏電壓比率、相對(duì)電壓幅值的關(guān)系對(duì)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(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 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 表 42 A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對(duì)照表 十六進(jìn)制 二進(jìn)制 滿刻度比率 相對(duì)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(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(jìn)行 51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與 應(yīng)用的必然趨勢(shì)。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(shí)間長(zhǎng)與開發(fā)難度大，程序移植性差等缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)電路如圖 314。定義 RE 和 DE 連接在一起的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為 E，接入單片機(jī) 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(jì)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(jì) MAX485僅有 8個(gè)管腳，電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。由于被測(cè)阻抗兩端電壓正比于被測(cè)電阻，可把被測(cè)阻抗轉(zhuǎn)換為電壓測(cè)量。 設(shè)計(jì)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(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地。 CLK IN， CLK R 時(shí)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(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32 /CS 芯片選擇信號(hào)。 I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端。當(dāng) RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302進(jìn)行操作。當(dāng) Vcc2大于 Vcc1＋ ， Vcc2供電，當(dāng) Vcc2小于 Vcc1時(shí)， DS1302由 Vcc1供電。 時(shí)間單元硬件設(shè)計(jì) 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 DS1302 因其較小的體積，占用 I/O 口資源少等特點(diǎn)，是常用的時(shí)間芯片。 該模塊中使用的兩個(gè)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(dá)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(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(dòng)芯片。 系統(tǒng)按鍵電路如圖 33所示。 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。 要使單片機(jī)按照設(shè)計(jì)要求正常工作，完整單片機(jī)最基本的工作要求，考慮到系統(tǒng)無需精確地定時(shí)功能，且為了方便串口通信波特率的計(jì)算，采用 統(tǒng)時(shí)鐘。 FLASH存儲(chǔ)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。 PSEN——程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89S52由外部程序存儲(chǔ)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(chǔ)器，將跳過兩次 PSEN信號(hào)。對(duì) FLASH存儲(chǔ)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(shí)， 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。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）。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。對(duì) 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。對(duì) P1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。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。 P0口 ： P0口是一個(gè) 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(dòng)作的最大電流。是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。根據(jù)繼電器的型號(hào)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(dòng)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(dòng)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(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)， RS（ Emeded Standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)， 232是標(biāo)識(shí)號(hào)， 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(jì)方案 AT89S52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工異步串行 I/O接口，占用 。 5) 滿刻度誤差 滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。 4) A/D轉(zhuǎn)換器量程 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要的是雙極性的，有時(shí)是單極性的。對(duì)一般的單片機(jī)而言，要在采樣時(shí)間內(nèi)完成 A/D轉(zhuǎn)換以外的工作，如讀數(shù)據(jù)、再啟動(dòng)、存數(shù)據(jù)、循環(huán)計(jì)數(shù)等已經(jīng)比較困難了。 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 確定 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)的采樣速率。 目前，大多數(shù)測(cè)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(jìn)制碼為 10~11位，加上符 號(hào)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(hào)的原始誤差傳遞到輸出所產(chǎn)生的誤差，它是模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)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(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，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(jì)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(jìn)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(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 供應(yīng)， Vcc1為可編程涓流充電電源，附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒、分、時(shí)、 日期 、 日 、 月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng) 調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時(shí)格式。為節(jié)省 CPU的工作時(shí)間，且由于 RAM存儲(chǔ)速度快、使用方便等特點(diǎn)，從而可以忽略了 RAM掉電數(shù)據(jù)丟失的缺點(diǎn)。鑒于系統(tǒng)的復(fù)雜程度，暫時(shí)不考慮使用 FLASH作為存儲(chǔ)單元。 NAND結(jié)構(gòu)能提供 極高的單元密度 ， 可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度 ， 并且寫入和擦除的速度也很快。這區(qū)區(qū) 8個(gè) I/O端口只能以信號(hào)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(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(zhǎng)久地保持?jǐn)?shù)據(jù)，其存儲(chǔ)特性相當(dāng)于硬盤，這項(xiàng)特性正是閃存得以成為各類便攜型數(shù)字設(shè)備的存儲(chǔ)介質(zhì)的基礎(chǔ)。 RAM是 存儲(chǔ)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(chǔ)單元的位置無關(guān)的存儲(chǔ)器。高位顯示米單位，低位顯示分米單位，且高位小數(shù)點(diǎn)常亮。但靜態(tài)顯示也有其缺點(diǎn)，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(cè)量范圍 ≤5m，測(cè)量精度為 10%，假設(shè)測(cè)量范圍為 5m，在 10%精度的要安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 求下，其測(cè)量的有效值為 5*10%=。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)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(jì)要求；系統(tǒng)中 需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jī)即可滿足設(shè)計(jì)需要；由于是實(shí)驗(yàn)階段，采用 DIP（雙列直插）封裝的芯片 便于 實(shí)驗(yàn)，暫不考慮實(shí)際工業(yè)控制中的對(duì)外界環(huán)境的具體要求；系統(tǒng)采用 AC220V供電，且對(duì)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(jì)；芯片支持 ISP可節(jié)省仿真器的投入。 13) 資料盡量豐富。 9) 價(jià)格。 6) 功耗。 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。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。 系統(tǒng)框圖 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，采用單片機(jī)為主控芯片，通過單片機(jī)數(shù)據(jù)地址總線及 I/O端口，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、時(shí)間模塊、串口通信模塊以及 A/D轉(zhuǎn)換、電機(jī)控制等外圍電路 ，從而 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的設(shè)計(jì)功能。液位測(cè)量高度 ≤5米，測(cè)量精度 10%， AC220V供電。 設(shè)計(jì)具體內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面： （ 1） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)以及單片機(jī)選型 ； （ 2） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)； （ 3） 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)以及上位機(jī)與下位機(jī)通信設(shè)計(jì)。在液位測(cè)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(zhǎng)時(shí)間，多網(wǎng)點(diǎn)的采集記錄分析具有普遍的意義。 光纖液位測(cè)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(cè)現(xiàn)場(chǎng)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。當(dāng)壓力超過規(guī)定數(shù)值時(shí)，壓力對(duì)液位測(cè) 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(hào)，超聲波法可用于多液面的測(cè)量。其特點(diǎn)是測(cè)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(chǎng)等的能量。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。 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 常見的有電阻法 、 光電法、測(cè)重法 、電容法、浮標(biāo)法及聲光電的反射回波法等。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展 液位測(cè)量的方法比較多， 依據(jù)測(cè)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(jì)要求具有一定的智能化，可操作性和穩(wěn)定性好。這些測(cè)量方式對(duì)一般液位的測(cè)量來說各有各的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和要求進(jìn)行選擇。在過程控制中，單片機(jī)既可作為主計(jì)算機(jī)，又可作為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的前端機(jī)，完成模擬量的采集和開關(guān)