【正文】 ................................................................................. 20 通信協(xié)議及通信模塊軟件設(shè)計(jì) .................................................................................. 21 時(shí)間模塊軟件設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 22 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 24 上位機(jī)軟件開發(fā)編譯環(huán)境 .......................................................................................... 24 上位機(jī)軟件的界面設(shè)計(jì) .............................................................................................. 24 上位機(jī)串口通信功能的實(shí)現(xiàn) ...................................................................................... 27 上位機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)處理 .......................................................................................... 28 4 PCB 設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試 ......................................................................................................29 PCB 設(shè)計(jì) ........................................................................................................................... 29 PCB 設(shè)計(jì)軟件 ............................................................................................................... 29 PCB 設(shè)計(jì)流程 ............................................................................................................... 29 PCB 設(shè)計(jì)中使用的一些布局規(guī)則 ............................................................................... 30 安裝與調(diào)試 ....................................................................................................................... 31 焊接 .............................................................................................................................. 31 調(diào)試、問題及解決 ...................................................................................................... 32 5 結(jié)論及展望 ........................................................................................................................33 結(jié)論 ................................................................................................................................... 33 展望 ................................................................................................................................... 35 6 致謝 ......................................................................................................................................35 7 附錄 ......................................................................................................................................36 附錄 A（硬件原理圖） .................................................................................................... 36 附錄 B（系統(tǒng)軟件源代碼） ............................................................................................ 37 附錄 C（設(shè)計(jì)成品照片） ................................................................................................ 43 1 1 系統(tǒng) 總體方案 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)以水塔供水為模型，鑒于單片機(jī)液位測(cè)量裝置的測(cè)量準(zhǔn)確、重復(fù)性能好、功耗低、使用壽命長等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為基礎(chǔ)的液位測(cè)量監(jiān)控記錄系統(tǒng)。重點(diǎn)討論基于單片機(jī)的液位測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)的硬件總體以及軟件實(shí)現(xiàn)。這些應(yīng)用，很大一方面體現(xiàn)在工業(yè)控制中 。最后，本文 總結(jié)了設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題及解決方法，簡(jiǎn)要敘述了液位檢測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的處理方法，引出了 進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)的 思路。在深入學(xué)習(xí)科學(xué)發(fā)展觀的同時(shí)，電子設(shè)備的設(shè)計(jì)也 需 融入可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念。 1976 年單片機(jī)的推出為電子電路設(shè)計(jì)提供了新的思路，也促進(jìn)了模擬電路向數(shù)字電路發(fā)展的歷程。目前，液位測(cè)量的方法比較多，常見的有電阻法、光電法、測(cè)重法（壓力法）、電容法、浮標(biāo)法及聲光電的反射回波法等。液位的變化分析，有助于人們進(jìn)一步對(duì)自然環(huán)境、天氣變化甚至是災(zāi)害預(yù)警提供可靠的支持。同時(shí)可以獲取設(shè)備運(yùn)行時(shí)記錄的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)?shù)據(jù)保存。大致總結(jié)出以下幾點(diǎn)： 1) 單片機(jī)的基本參數(shù) 。 7) 工作電壓范圍。 14) 抗干擾性能好。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。靜態(tài)顯示法的優(yōu)點(diǎn)是顯示程序十分簡(jiǎn)單，顯示亮度大，由于 CPU不必經(jīng)常掃描顯示器，所以節(jié)約了 CPU的工作時(shí)間。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可選擇的種類繁多，常用的有隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ ROM）與閃存 (FLASH)。 NAND 閃存的缺點(diǎn)在于讀速度較慢，它的 I/O 端口只有 8個(gè)，比 NOR要少多了。 FLASH是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。 DS1302是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 315 字節(jié)靜態(tài) RAM，通過簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。 ? 31*8位暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ) RAM。 ? 可選工業(yè)級(jí)溫度范圍 40至 +85攝氏度。 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。因此，取 10位或 11位是合適的。 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。 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。在液位傳感器誤差 與參考電壓誤差 不大的情況下， ADC0804是完全滿足設(shè)計(jì)誤差要求的。接口信號(hào)電平比 RS232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與 TTL電平兼容，可方便與 TTL電路連接。 MAX485接口芯片是 Maxim公司的一種 RS－ 485芯片。是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。 4) 釋放電流。 2 硬件電路設(shè)計(jì) AT89S52硬件設(shè)計(jì) AT89S52引腳定義及功能介紹如 圖 2。 9 P1口 ： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。在訪問外部程 序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。 端口號(hào) 第二功能 RXD(串行輸入口 TXD(串行輸出口 ) 10 INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 表 1 端口引腳第二功能 此外， P3口還接收一些用于 FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào) 。該位置位后，只有一條 MOVX和 MOVC指令才能將 ALE激活。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 12 74LS47上 BI/ROB,LI， RBI引腳為控制引腳，主要用于測(cè)試和脈沖控制，均為低電平有效，設(shè)計(jì)上不適用此項(xiàng)功能，因此均接高電平。 74LS273也可以作為地址鎖存器來用，鎖存器時(shí)， 對(duì) 273 來說 ， 1(CLR)腳必須接高電平 ， ALE 信號(hào)經(jīng)過反相后接 11 腳 (因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 ALE 信號(hào)是以下降沿方式出現(xiàn) )對(duì) 373 來說 ， 1 腳接低電平 ， 保證使能 ， 11腳直接接單片機(jī)的 ALE 信號(hào) 。 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。 A/D轉(zhuǎn)換單元硬件設(shè)計(jì) 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。 AGND,DGND 模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地 。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。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。 3 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 軟件 系統(tǒng)軟件編譯 開發(fā) 環(huán)境 8051系類單片機(jī)共擁有 111條系統(tǒng)指令，可實(shí)現(xiàn) 51種基本操作。 系統(tǒng)主要模塊流程圖 系統(tǒng)初始化 開始啟動(dòng) A / D 轉(zhuǎn)換讀取液位數(shù)據(jù)當(dāng)片液位 = 高警戒液位且電機(jī)已啟動(dòng)關(guān)閉電機(jī)記錄數(shù)據(jù)當(dāng)片液位 ≤ 高警戒液位且電機(jī)關(guān)閉否是是啟動(dòng)電機(jī)記錄數(shù)據(jù)返回否開始初始化檢測(cè)液位處理顯示處理檢測(cè)響應(yīng)通信請(qǐng)求開始判斷是否有通信請(qǐng)求通信響應(yīng)處理判斷請(qǐng)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(cè)流程圖 圖 19：液位檢測(cè)流程圖 19 該模塊 在 系統(tǒng)上電開機(jī)時(shí) 將系統(tǒng)端口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、標(biāo)志位、指針、地址等賦予有含義的值。 A/D轉(zhuǎn)換模塊軟件 設(shè)計(jì) 21 A/D轉(zhuǎn)換的控制變量有兩個(gè)，即 adWR與 adRD；上文中已說明了它的功能，故不再重復(fù)。 2) 通信 模塊的 控制 該模塊在控制上設(shè)計(jì)兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)是發(fā)送函數(shù)，另一個(gè)是接收函數(shù)。地址 沒 有 讀 操作 。 上位機(jī)軟件 設(shè)。 圖： 20 DS1302 時(shí)間寄存器 23 圖 21： DS1302數(shù)據(jù)寄存器 其中 : ? CH： 時(shí)鐘停止位寄存器 2 的第 7 位 12/24 小時(shí)標(biāo)志 CH=0 振蕩器工作允許 bit7=1,12 小時(shí)模式 CH=1 振蕩器停止 bit7=0,24 小時(shí)模式