【正文】 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)。 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。它是將每個(gè)獨(dú)立按鍵 按一對(duì)一的方式直接接到單片機(jī)的I/O口上 ，通過程序掃描查詢方式實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)系統(tǒng)交互的。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。該位置位后，只有一條 MOVX和 MOVC指令才能將 ALE激活。 表 31 端口引腳第二功能 端口號(hào) 第二功能 RXD（ 串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) 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 ) 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)。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。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 根據(jù)以上的參數(shù)，結(jié)合設(shè)計(jì)的演示性，選用額定工作電壓 120VAC/24VDC，工作電流3A，控制電壓 5VDC的小型繼電器。而對(duì)于線圈所加的工作電壓，一般不要 超過額定工作電壓的 ，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)： 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 1) 額定工作電壓。 PC機(jī)作為上位機(jī)，一般情況下帶有 RS232C通信接口，鑒于 RS485接口的優(yōu)點(diǎn)與系統(tǒng)實(shí)際工作環(huán)境的需要，系統(tǒng)采用 RS485接口標(biāo)準(zhǔn)，使用 RS232/RS485轉(zhuǎn)換器與 PC機(jī)連接進(jìn)行通信。 區(qū)別于 RS232， RS485的特性包括： 1) RS485的電氣特性：邏輯 “ 1” 以兩線間的電壓差為 ＋ （ 2~6） V表示；邏輯 “ 0”以兩線間的電壓差為 － （ 2~6） V表示。 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(shí)間小于 s?100 。對(duì)于其他模擬信號(hào)一般都要加采樣保持器。 2) A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率 A/D轉(zhuǎn)換器從啟動(dòng)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(shí)間。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。 綜上所述，選用 DS1302時(shí)間芯片完全滿足設(shè)計(jì)的需求。 ? 工作電流 ， 小于 300nA。時(shí)鐘 /RAM 的讀、寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。因此選用 32K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可以記錄大于 5000項(xiàng)記錄點(diǎn)數(shù)據(jù)，考慮到水 箱 上水與耗水的頻繁程度 不高 ， 5000項(xiàng)數(shù)據(jù)已基本滿足后期數(shù)據(jù)處理的需求。 NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行 (XIP, eXecute In Place)， 這樣應(yīng)用程序可以直接在 flash閃存內(nèi)運(yùn)行 ， 不必再把代碼讀到系統(tǒng) RAM中 。 ROM通常指固化存儲(chǔ)器 （ 一次寫入，反復(fù)讀取 ） ，它的特點(diǎn)與 RAM相反。為了解決靜態(tài)顯示占用 I/O口資源的缺點(diǎn)，在軟件上采用壓縮 BCD碼輸出顯示數(shù)據(jù)，硬件上使用一個(gè) 8位鎖存器 74LS273與兩個(gè) BCD數(shù)碼顯示譯碼驅(qū)動(dòng)芯片 74LS47連接，減少對(duì)系統(tǒng)資源的占用時(shí)間?？紤]到本設(shè)計(jì)實(shí)際需要的按鍵較少，故采用獨(dú)立式鍵盤接口電路即可。 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS工藝的 8位微控制器，具有 8K在線系統(tǒng)可編 程金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 Flash存儲(chǔ)器。 11) 仿真器。 電機(jī)控制模塊 A/D 轉(zhuǎn)換 模塊 按鍵與顯示模塊 時(shí)間模塊 存儲(chǔ)模塊 通信模塊 單片機(jī)主控模塊 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 4) 封裝 ： DIP（雙列直插） ,PLCC（ PLCC有對(duì)應(yīng)插座）還是貼片。 硬件設(shè)計(jì)方案 主控模塊設(shè)計(jì)方案 單片機(jī)作為主控模塊，使得 在 對(duì)單片機(jī)選型上有了較大的空間。它具有實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)控水 箱 液位高度并顯示的 功能，并根據(jù)實(shí)時(shí)水量與設(shè)置的上、下液位參數(shù)的比較，啟動(dòng)電機(jī)供水 或停止 水泵 。在某些工業(yè)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的測(cè)量這一基本功能已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，往往需要 對(duì)大批數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對(duì)其進(jìn)行后期處理分析， 實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制、工藝改善、資源優(yōu)化等一系列工作。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 微波法：微波通過天線輻射出去，經(jīng)液面反射后被天線接收，然后由二次電路計(jì)算發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的時(shí)間差得出液位。 電容式液位測(cè)量裝置通常結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，適合于惡劣的工作環(huán)境，生產(chǎn)成本也不高；但電容液位測(cè)量器需要考慮溫度補(bǔ)償，且介質(zhì)的成分、水分、溫度、密度等 不確定變化因素直接影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，另外檢測(cè)電路比較復(fù)雜，尤其是檢測(cè)微小電容量的變化。 人工檢尺法可用于測(cè)量油罐液位，其歷史十分悠久。 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 隨著科技的發(fā)展，液位測(cè)量技術(shù)趨于智能化、微型化、可視化。 在 工業(yè)上 ， 使用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。故此，在基于單片機(jī)的液位測(cè)量裝置基礎(chǔ)上，擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)串行通信等功能，從而能夠通過科學(xué)的方法將液位測(cè)量與統(tǒng)計(jì)科學(xué)結(jié)合，合理調(diào)度水資源，降低能源消耗。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。這些應(yīng)用，很大一方面體現(xiàn)在工業(yè)控制中。比如，常見的液位控制系統(tǒng)多采用浮標(biāo)、電極等，這種控制形式結(jié)構(gòu)簡單成本低廉，但是控制精度不高，不能進(jìn)行數(shù)值顯示；另外容易引起誤操作，與上位機(jī)進(jìn)行信息交互比較困難。 ● 接觸式 測(cè)量法 接觸式 測(cè)量法 是指測(cè)量用傳感器直接與容器內(nèi)存儲(chǔ)液體相接觸，從而獲得測(cè)量參數(shù)的方法。 在此基礎(chǔ)上可以把電容量轉(zhuǎn)化為電壓、相移、頻率、脈寬等物理量，再進(jìn)行測(cè)量。 超聲波是機(jī)械波，傳播衰減小，界面反射信號(hào)強(qiáng)，且發(fā)射和接收電路簡單，因而應(yīng)用較為廣泛；但超聲波的傳播速度受介質(zhì)的密度、濃度、溫度、壓力等因素影響，其測(cè)量精度往往較低。 目前，市面上進(jìn)行液位測(cè)量的儀表種類繁多，但是同時(shí)具有測(cè)量、監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄及 處理的液位測(cè)量裝置并不多。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 系統(tǒng)總體方案 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)以水 箱 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)。系統(tǒng)總體方案框圖如圖 21： 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 圖 21 系統(tǒng)總體框圖 圖中，信號(hào)流向僅指示了通過數(shù)據(jù)地址總線或 I/O口上發(fā)生的數(shù)據(jù)信號(hào)，不包括控制信號(hào)。 3) Flash和 OTP（一次性可編程）。 10) 燒錄器價(jià)格 ， 能否 ISP（在線系統(tǒng)編程）。 綜上所述，采用與 MCS51兼容的 AT89S52單片機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。 鍵盤 模塊 設(shè)計(jì)方案 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)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)系統(tǒng)的主要手段。所以靜態(tài)顯示法常用在顯示器數(shù)目較少的應(yīng)用系統(tǒng)中。這種存儲(chǔ)器在斷電時(shí)將丟失其存儲(chǔ)內(nèi)容，故主要用于存儲(chǔ)短時(shí)間使用的程序。再加上 NAND閃存的邏輯為電子盤模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不存在專門的存儲(chǔ)控制器，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)壞塊將無法修，可靠性較 NOR閃存要差。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，記錄某一記錄點(diǎn)（電機(jī)狀態(tài)改變時(shí)刻）的狀態(tài)與時(shí)間需要 6字節(jié)數(shù)據(jù)，即年（ 20212099年）、月（ 112月）、日（ 131日）、時(shí)（ 023時(shí)）、分（ 059安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 分）、狀態(tài)（ 0或 1）這些數(shù)據(jù)，如果系統(tǒng)長 時(shí)間 的工作，將會(huì)有大批量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生， 假若數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間不夠大，將會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的覆蓋，從而降低了對(duì)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。 DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線 (1) RES（復(fù)位）， (2) I/O（數(shù)據(jù)線）， (3) SCLK（串行時(shí)鐘）。 ? 寬范圍工作電壓 ~。 ? 在 DS1202基礎(chǔ)上增加的特性 ： 對(duì) Vcc1有可選的涓流充電能力 ； 雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng) ； 備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入 ； 附加的 7字節(jié)暫存存儲(chǔ)器 。量化誤差與 A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)有關(guān)。當(dāng)有特殊的應(yīng)用時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器要求更多的位數(shù)，這時(shí)往往可采用雙精度的轉(zhuǎn)換方案。 3) 采樣 /保持器 采集直流和變化非常緩慢的模擬信號(hào)時(shí)可不用采樣保持器。 6) 線性度 實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。 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(diǎn)就使其成為首選的串行接口。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。在正常使用時(shí)，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。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。在 FLASH編程時(shí)， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。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）。 P3口金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0位置位，可禁止 ALE操作。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端?？紤]到本設(shè)計(jì)實(shí)際需要的按鍵較少，故采用獨(dú)立式鍵盤接口電路。兩個(gè)芯片的管腳圖如 圖 34： 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 74LS273與 74LS47引腳功能說明 ： 74LS273:1腳是復(fù)位 CLR，低電平有效 ， 當(dāng) 1腳是低電平時(shí)，輸出腳 2（ Q0） 、 5（ Q1） 、6（ Q2） 、 9（ Q3） 、 12（ Q4） 、 15（ Q5） 、 16（ Q6） 、 19（ Q7） 全部輸出 0，即全部復(fù)位； 當(dāng) 1腳為高電平時(shí)， 11(CLK)腳是鎖存控制端 ， 并且是上升沿觸發(fā)鎖存，當(dāng) 11腳有一個(gè)上升沿，立即鎖存輸入腳 1 1 1 18的電平狀態(tài)，并且立即呈現(xiàn)在在輸出腳 2（ Q0） 、 5（ Q1） 、 6（ Q2） 、 9（ Q3） 、 12（ Q4） 、 15（ Q5） 、 16（ Q6） 、 19（ Q7） 上。 圖 36 62256引腳圖 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 37 存儲(chǔ)的單元電路 74LS373 引腳位置和功能與 74LS273 差異不大 ， 區(qū)別在于其 1 腳是輸出使能 （ OE） ，是低電平有效，當(dāng) 1 腳是高電平時(shí) ， 不管輸入 1 1 1 18如何，也不管 11腳 （ 鎖存控制端 ， G） 如何 ， 輸出 2（ Q0） 、 5（ Q1） 、 6（ Q2） 、 9（ Q3） 、 12（ Q4） 、15（ Q5） 、 16（ Q6） 、 19（ Q7） 全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài) （ 或者叫浮空狀態(tài) ） ；當(dāng) 1 腳是低電平時(shí) ， 只要 11腳 （ 鎖存控制端 ， G） 上出現(xiàn)一個(gè)下降沿 ， 輸出 2（ Q0） 、 5（ Q1） 、 6（ Q2） 、9（ Q3） 、 12(Q4)、 15(Q5)、 16(Q6)、 19(Q7)立即呈現(xiàn)輸入腳 1 1 118的狀態(tài)。 X1和 X2是振蕩源接口，外接 晶振。 SCLK始終是輸入端，用來輸入串行時(shí)鐘信號(hào)。 /INTR 中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出 ,低地平動(dòng)作。 系統(tǒng)中使用 10K 電阻與 150pF電容組成 RC 振蕩電路，根據(jù)技術(shù)手冊(cè)計(jì)算公式 ： KH zRCf clk 606)( 1 ?? （ 31） 其振蕩頻率約為 606kHz，滿足芯片要求。 圖 312 MAX485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) 34 RO引腳接到單片機(jī)串口接收引腳 RXD（ ） ， DI 引腳接到單片機(jī)串口發(fā)送引腳 TXD（ ） 。 為了防止電源尖峰脈沖引發(fā)的噪聲干擾以及高頻信號(hào)線間的耦合干擾，在電源入口處及芯片頂端或底端，接入去耦電容，以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 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(biāo)文件和庫，創(chuàng)建 HEX文件以及調(diào)試目標(biāo)程序。為了通過 LED直觀顯示液位高度，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的思路如下： 設(shè)輸入 8位 二進(jìn)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 。 金小龍：基于單片機(jī)的液位 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 38