【正文】 本效益 ,但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。 ROM又分一次性固化、光擦除和電擦除重寫兩種類型。由于 74LS47譯碼為共陽極數(shù)碼管的碼表，因而選用 8段（帶小數(shù)點）共陽極 LED用于數(shù)據(jù)顯示。 顯示模塊設(shè)計方案 顯示器是計算機(jī)的主要輸出設(shè)備，在簡單的工業(yè)控制系統(tǒng)中，常用的顯示器有數(shù)碼管顯示器（ LED），液晶顯示器（ LCD）等，該系統(tǒng)僅需顯示液位高度， 即 數(shù)字量，采用LED顯示器 已能滿足系統(tǒng)要求。 綜上所述，采用與 MCS51兼容的 AT89S52單片機(jī)滿足設(shè)計要求。 10) 燒錄器價格 ， 能否 ISP（在 線 系統(tǒng)編程 ）。 3) Flash和 OTP（一次性可編程）。系統(tǒng)總體方案框圖如圖 1： 單片機(jī)主控模塊A / D 轉(zhuǎn) 換 模 塊時 間 模 塊顯 示 模 塊存 儲 模 塊電 機(jī) 控 制 模 塊通 信 模 塊364215 圖 1：系統(tǒng)總體框圖 圖中，信號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，不包括控制信號。它具有實時測量監(jiān)控水塔液位高度并顯示的功能，并根據(jù)實 時水量與設(shè)置的上、下液位參數(shù)的比較，啟動電機(jī) 供水 與 或 停止 水泵 。 目前，市面上進(jìn)行液位測量的儀表種類繁多， 但是同時具有測量、監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄 及處理的液位測量裝置并不多。 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)。 【關(guān) 鍵 字】 單片機(jī) ； 液位測量 ； 實時 監(jiān)控 ； 串口通信 【 論文類型 】 應(yīng)用型 Title： The Liquid Level Measurement and Real Time System Base On MCS Major: Electronics and Information Engineering Name： Han Yue Signature： Supervisor： Li Wenfeng Signature： ABSTRACT The liquid level measurement is widely used in industrial, economic, life and so on. The liquid level measurement device base on MCS as a technical is also widely used because of many characteristics such as high measurement accuracy, good repeatability, low power consumption and long useful time. When we study Scientific Outlook on Development thoroughly, the design of electronic aid should include the thought of sustainable development. So, beyond the liquid level measurement device base on MCS, expand the functions of realtime monitoring, data acquisition, serial munication. Through the new functions, the scientific method of the liquid level measurement could be bined with Statistical Science, be used to manage the water resources reasonable, reduce energy consumption. This thesis introduces the design process of the liquid level measurement and real time system by several parts as system schema, the design of hardware circuit, the software of host puter and system software. Summarize several problems in the design process and propose the solution to the problems. Describe the way of processing the liquid level measurement data. To put forward the train of thought. 【 Key words】 MCS 。基于單片機(jī)的液位測量裝置具有測量準(zhǔn)確、重復(fù)性好、功耗低、使用壽命長的特點，是廣泛采用的技術(shù)。 Serial Communication 【 Type of Thesis】 Application Type 前言 上世紀(jì) 40 年代，電子計算機(jī)的誕生，標(biāo)志著人類電子技術(shù)進(jìn)入了一個新的階段，無論是 阿塔納索夫 貝瑞計算機(jī)（ AtanasoffBerry Computer）還是 埃尼阿克（ ENIAC）計算機(jī)，它們龐大的體積，驚人的功耗以及 “緩慢 ”的運算速度給我們留下了深刻的印象。但直接測量有許多不便和困難，因此許多領(lǐng)域采用儀器測量高度，實現(xiàn)自動監(jiān)測功能。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。 可通過上位機(jī)軟件，可與監(jiān)控記錄系統(tǒng) 進(jìn)行 通信，能夠從 PC機(jī)獲取當(dāng)前液位高度、電機(jī)狀態(tài)、設(shè)備系統(tǒng)時間、上下液位高度等數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要改變系統(tǒng)默認(rèn)的的參數(shù)。因而， 選擇一個合適的單片機(jī)有時真的不太容易 ， 要考慮的方面太多。 6) 功耗 。 13) 資料 盡量 豐富。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3 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。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， LED顯示器的現(xiàn)實方法有兩種：靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法。 數(shù)據(jù) 存儲模塊設(shè)計方案 使用 AT89S52內(nèi)部 256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器記錄數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 ， 因而需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。 NAND閃存 的存儲單元則采用串行結(jié)構(gòu)，存儲單元的讀寫是以頁和塊為單位來進(jìn)行（一頁包含若干字節(jié)，若干頁則組成儲存塊， NAND 的存儲塊大小為 8到 32KB），這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點在于容量可以做得很大，超過 512MB容量的 NAND產(chǎn)品相當(dāng)普遍， NAND 閃存的成本較低，有利于大規(guī)模普及。 可以看出 ROM的存儲 復(fù)雜，不適宜實時系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存 儲 。 目前市場上的時鐘芯片很多，如 DS1302/DS1307/HT1380/HT1381/PCF8563 /PCF8583/R5C372/R8025 等。 下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合 ： ? 實時時鐘具有能計算 2100年之前的秒 分 時 日期 星期 月 年的能力 ， 還有閏年調(diào)整的能力 。 ? 與 TTL兼容 Vcc=5V。 A/D轉(zhuǎn)換模塊 設(shè)計方案 A/D器件和芯片是實現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集的常用外圍器件。 10位 A/D芯片以下誤差較大， 11位以上對減小誤差并無太大貢獻(xiàn)，但對 A/D轉(zhuǎn)換器的要求卻提得過高。轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)就是每秒鐘能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，稱為轉(zhuǎn)換速率。如果信號頻率不高， A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間短，即采樣高速 A/D時，也可不用采樣 /保持器。絕對量化誤差 mV76 56 2 ????，相對量化誤差% 18 ?? ?? 。 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。 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 與系統(tǒng)實際工作環(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。 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)： 1) 額定工作電壓。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的 ，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。 根據(jù)以上的參數(shù)，結(jié)合設(shè)計的演示性，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。程序校驗時，需要外部上拉電阻。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）。 P3口亦作為 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)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 圖 4： 74LS273及 74LS47引腳圖 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，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， 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。 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 ,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 ,只要 11腳 (鎖存控制端 ,G)上出現(xiàn)一個下降沿 ,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 1 18 的狀態(tài) 。 RST是復(fù)位 /片 選線，通過把 RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳輸。 根據(jù) DS1302的特點，設(shè)計電路如 圖 9： 圖 9：時間單元電路 在實際應(yīng)用中，起控制、輸入輸出的三個端口上拉較弱，容因產(chǎn)生信號串?dāng)_，因此加上了上拉電阻 與單片機(jī) P1口相連 ，加強(qiáng)信號的穩(wěn)定性；為了保證時鐘的可靠性， 在 Vcc1上使用了 CR2032紐扣電池作為備用電源，輸出電壓為 3V，從而保證了系統(tǒng)掉電狀態(tài)下，時鐘能夠繼續(xù)保持運行。 圖 10： ADC0804引腳 圖 VIN(+) VIN() 差動模擬電壓輸入 .輸入單端正電壓時 , VIN()接地 :而差動輸入時 ,直接加入 VIN(+) VIN()。常用的阻抗 電壓轉(zhuǎn)換法如歐姆法。 為了節(jié)省單片機(jī) I/O口 資源，將 RE和 DE引腳連在一起，輸入低電平時， MAX485 圖 12： MAX485引腳圖 處于接收狀態(tài)；輸入高電平時，其處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。 系 統(tǒng)電路 原理 圖 見附錄 A。 本設(shè)計使用 KEIL C51 μVision3為開發(fā)編譯環(huán)境，使用 C語言編寫程序，實現(xiàn)各模塊功18 能設(shè)計。 硬件設(shè)計中使用了 74LS273鎖存數(shù)據(jù)它的特點是在 ALE輸入信號的下降沿到來時鎖存信號，因此 首先置控制引腳高電平，延遲幾個時鐘周期待信號穩(wěn)定， P0口輸出處理后的數(shù)據(jù)，同樣延遲幾個時鐘周期待信號穩(wěn)定，控 制引腳置低電平，數(shù)據(jù)鎖存，顯示輸出。 通信協(xié)議命令控制字如 表 4： 上位機(jī)命令控制字 含 義 下位機(jī)命令控制字 含 義 0x00 請求聯(lián)機(jī)檢測 0xF0 響應(yīng)聯(lián)機(jī)檢測成功 0x01 讀系統(tǒng)時間 0xF1 響應(yīng)寫時間指令，發(fā)送 7字節(jié)時間數(shù)據(jù) 0x02 設(shè)置系統(tǒng)時間 0xF2 響應(yīng)度時間指令，接收 7字節(jié)時間數(shù)據(jù) 0x03 讀當(dāng)前液位及 0xF3 響應(yīng)讀當(dāng)前液位指令，發(fā)送 1字節(jié)液位數(shù)據(jù) 0x04 讀記錄數(shù)據(jù) 0xF4 響應(yīng)讀記錄數(shù)據(jù)指令，發(fā)送 2字節(jié)數(shù)據(jù)量及相應(yīng)數(shù)據(jù) 0x05 讀液位上下限 0xF5 響應(yīng)讀液位上下限指令，發(fā)送 2字節(jié)液位上下限數(shù)據(jù) 0x06 設(shè)置液位上下限 0xF6 響應(yīng)設(shè)置液位上下限指令，接收 2字節(jié)液位上下限數(shù)據(jù) 0x07 讀當(dāng)前液位及電機(jī)狀態(tài) 0xF7 響應(yīng)讀當(dāng)前液位及電機(jī)狀態(tài)指令，發(fā)送2字節(jié)液位數(shù)據(jù)及電 機(jī)狀態(tài) 表 4：通信協(xié)議 軟件設(shè)計上，系統(tǒng) 以 查詢的方式 檢測上位機(jī)的命令控制字，并及時進(jìn)入各響應(yīng)函數(shù)予22 以響應(yīng)。地址、數(shù)據(jù)的 寫 操作流程是相同的