【正文】 ? 串行 I/O口方式使得管腳數(shù)量最少 。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、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。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。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。 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。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。另外， AT89S52可降至 0Hz靜態(tài) 邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。 15) 和其他外設(shè)芯片放在一起的綜合考慮。例如設(shè)計(jì)電視機(jī)遙控器 ， 2節(jié)干電池供電 ,至少應(yīng)該能在 范圍內(nèi)工作。 例如速度 、 程序存儲(chǔ)器容量 、 I/O引腳數(shù)量 等。能夠根據(jù)一定的算法，計(jì)算分析單位時(shí)間水塔消耗水量，繪制圖形，通過計(jì)算分析的結(jié)果，可以進(jìn)行區(qū)域用水統(tǒng)籌，降低能源的消耗。 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(zhǎng)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)。無論怎樣 ，這些方法的關(guān)鍵是 將 液位 的相對(duì)位移量轉(zhuǎn)換成為電壓、電流、阻抗等便于進(jìn)行電處理的物理量。它在一片芯片上集成了完整的計(jì)算機(jī)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。 本文從系統(tǒng)方案選擇與論證，硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件與上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面介紹了 基于單片機(jī)的液位測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)過程， 最終實(shí)現(xiàn)了液位的實(shí)時(shí)測(cè)量與監(jiān)控，并能夠?qū)μ厥獾谋O(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間信息及電機(jī)狀態(tài)信息的記錄，同時(shí)能夠控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止。 從 它的發(fā)展來看，低功耗 CMOS 化、微型單片化、主流與多品種共存的發(fā)展趨勢(shì)更進(jìn)一步促使了單片機(jī)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用。本文不對(duì)這些方法進(jìn)行深入的討論。 具有實(shí)時(shí) 液位測(cè)量監(jiān)控 數(shù)據(jù)處理等功能。 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。 2) 單片機(jī)的增強(qiáng)功能 。 8) 供貨渠道暢通 。 根據(jù)以上因素： 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不高，因而運(yùn)算速度無需很快，且系統(tǒng)規(guī)模不大，采用時(shí)分復(fù)用的方式使用總線，對(duì) I/O口的數(shù)量可以要求進(jìn)一步降低?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。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分）、狀態(tài)（ 0或 1）這些數(shù)據(jù)，如果系統(tǒng)長(zhǎng) 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(jiǎn)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 。 基本上，可以根據(jù)以下幾個(gè)方面的指標(biāo)選擇一個(gè) A/D器件。 A/D轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)與測(cè)量裝置的精度相匹配。根據(jù)采樣定理和實(shí)際需要，一個(gè)周期的波形需采 10個(gè)樣點(diǎn)，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(hào)。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。 利用該接口，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)的通信。 3) RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。它完成將 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS－ 485電平的功能。 2) 直流電阻。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。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。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是單片機(jī)復(fù)位。 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) AT89C52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)。并附加復(fù)位電路，組成單片機(jī)最小系統(tǒng)。 ag用于共陽極數(shù)碼管的相應(yīng)管腳的連接。此次設(shè)計(jì)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。如果傳送過程中 RST置為低電平，則會(huì)終止此次傳輸， I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 /RD 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號(hào)。 DB0~DB7 8位的數(shù)字輸出 。 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。 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(jì) 繼電器電路設(shè)計(jì)。 C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言。 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(jī)片內(nèi)定時(shí) /計(jì)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(shí)器中斷 TR1 1 啟動(dòng)定時(shí)器 REN 1 允許串行口接收數(shù)據(jù) 時(shí)間初始化 sec 0x00 初始化系統(tǒng)時(shí)間為 2021年 1月 1日 0時(shí) 0分 0秒星期四 其中 sec,min,hr,date,mon,day,year 依次為秒 、 分 、 時(shí) 、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(chǔ)狀態(tài)標(biāo)志字節(jié) 指針 numtab 0x0001 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)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(jìn)制碼，因此在實(shí)現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。第二階段是數(shù)據(jù)的提取過程，由于 P0口做輸入時(shí)的特性，首先軟件上將 P0口寄存器置為 0xFF， 延遲適當(dāng)時(shí)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。 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)。讀寫的核心 是 產(chǎn)生 SCLK移位信號(hào)與移位 ，讀操作是將數(shù)據(jù)從 DS1302的 I/O口移入單片機(jī)，寫操作是將數(shù)據(jù)從單片機(jī)移入DS1302時(shí)鐘芯片。完成時(shí)間的模塊軟件的設(shè)計(jì)。 這兩個(gè)子程序 在其他函數(shù)需要進(jìn)行串口通信時(shí)調(diào)用即可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的串行通信。 通信 協(xié)議及通信模塊 軟件設(shè)計(jì) 1) 通信協(xié)議 為了使 PC上位機(jī)與設(shè)備實(shí)現(xiàn)有意義的通信，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的通信協(xié)議。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 。用 C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)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(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大，性能更完善的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)電路如圖 14。 根據(jù)以上參數(shù) 分析 ，設(shè)計(jì)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(jì) MAX485僅有 8個(gè)管腳，電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。 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 。 /WR 用來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC的轉(zhuǎn)換開始（ /CS=0 時(shí)），當(dāng) /WR 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除 ； 當(dāng) /WR 回到高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開始。只有在 SCLK為低電平時(shí)，才能將 RST置為高電平。 DS1302由 Vcc1或 Vcc2兩者中電壓較大者供電。 根 據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)電路圖如 圖 5： 圖 5：顯示部分電路圖 13 圖 6： 62256 引腳圖 存儲(chǔ)單元硬件設(shè)計(jì) 存儲(chǔ)模塊的硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，由于 AT89S52 單片機(jī)為數(shù)據(jù)線與低 8 位地址線復(fù)用，需要使用地址鎖存芯片74LS373。 由于單片機(jī) P0口作普通 I/O口時(shí)不能輸出高電平，因此需接上拉電阻，實(shí)際電路中，使用 8*10KΩ電阻作為上拉電阻。需注意的是：如果加 密位 LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端狀態(tài)。一般情況下， ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 P3口 ： P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。 ? 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8位地址字節(jié)。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 5) 觸點(diǎn)切換電壓和電流。 3) 吸合電流。 選用 繼電器作為電機(jī)控制的元件。而 RS485接口在總線上是允許連接多達(dá) 128個(gè)收發(fā)器。 典型的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)是 RS232和 RS485，它們定義了電壓 ， 阻抗等，但不對(duì)軟件協(xié)議給予定義 。 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。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。 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。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。 備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入 。 ? 讀 /寫時(shí)鐘或 RAM數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式 。 DS1302 工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mW。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)在不掉電的工作環(huán)境下； 軟件上，上位機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)提取后即可保存在 PC機(jī)中， 5000項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間上的緩沖是充足的。 NOR的傳輸效率很高 ,在 1～ 4MB的小容量時(shí)具有很高的成