【文章內(nèi)容簡介】 用大功率電氣設備如電動機等，在起動和停止的過程中會對電網(wǎng)造成很大的沖擊，因此輸出的 12V 電壓就會有很大的波動，造成單片機系統(tǒng)無法正常工作；或者電網(wǎng)中使用到變頻器，這樣在電動機的起停過程中也會對電網(wǎng)造成很大的干擾信號，導致單片機系統(tǒng)無法正常工作。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在 12V 直流電壓的輸出端需要增加 12V 轉 12V 的直流穩(wěn)壓隔離電源模塊，這樣既起到了穩(wěn)壓的目的同時也起到了與電網(wǎng)隔離的目的，就能夠保證直流 12V 電 壓的穩(wěn)定性，間接保證直流 5V和直流 6V電壓的穩(wěn)定性，從而保證單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 由于 RS485 芯片直接與外部總線連接，所以考慮到外界的干擾或其他異?，F(xiàn)象（如雷擊）的發(fā)生，這里 RS485 通訊芯片有單獨電源供電，即使總線保護電路沒有起到作用，發(fā)生上述情況也也不至于損壞單片機系統(tǒng)以及其他電路。 由于數(shù)字信號在數(shù)據(jù)處理過程中速遞比較快，有可能會對模擬信號造成干擾，是模擬信號的波形發(fā)生畸變，造成采樣不準間接影響輸出值，因此在模擬信號的電源地與數(shù)字信號的電源地之間需要串聯(lián)一個 0Ω電阻，以達到單點接地的目的，將數(shù)字信 號對模擬信號的影響降低到最小。 單元電路介紹 CPU 參數(shù)介紹 本 設計采用的單片機為 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機， 經(jīng)綜合考慮分析設計需求及性價比，該單片機資源及運行速度均符合設計要求，具體參數(shù)如下： ● 兼容 MCS51系列產(chǎn)品； ● 8k字節(jié) FLASH 存儲器支持在系統(tǒng)編程，可承受 1000 次擦寫周期； ● 256 字節(jié)片內(nèi) RAM。 ● 工作電壓 到 ； ● 全靜態(tài)時鐘 0 到 33MHZ； ● 三級程序存儲器加密； ● 32個可編程 I/O 口線； 10 ● 3個 16 位定時 /計數(shù)器； ● 6個中斷源（ 2個外部中斷， 3個定時器中斷， 1個串行中斷）； ● 全雙工 UART 串行口； ● 低功耗支持 Idle 和 Powerdown 方式； ● Powerdown 方式支持中斷喚醒； ● 內(nèi)部集成看門狗，使用戶的應用系統(tǒng)更堅固； ● 雙數(shù)據(jù)指針； ● 上電復位標志； ● 雙數(shù)據(jù)指針式數(shù)據(jù)操作更加快捷方便； ● 較高的處理速度，最高可使用 33MHZ 的晶振頻率； ● 封裝形式為 DIP40。 該單片機具有充足的硬件資源，而且操作簡單，便于開發(fā)，具有較低的成本。是一款性價比相當高的入門級單片機。因此本設計中選擇該單片機作為液位傳感器的 CPU。 電路介紹 單片機最小系統(tǒng)包括復位電路、時鐘電路、電源三個部分組成，滿足以上三個條件單片機系統(tǒng)才能夠正常工作。 EA 信號也需要介紹一下，當 EA接高電平（ 5V）時選擇內(nèi)部存儲區(qū)，當 EA 接低電平（ 0V）時選擇外部存儲區(qū)域。本設計中由于內(nèi)部存儲區(qū)足以滿足本設計需要，因此被設計中選擇內(nèi)部存儲區(qū)域，即此時該引腳上拉（ 5V）。 AT89S52 單片機復位電路規(guī)定，當晶振 在運行中只要復位引腳出現(xiàn) 2個機器周期的高電平，即可復位。由于本設計中選擇的晶振頻率為 ,因此由下面計算可得： 由 頻率 ： f=； 得 周期 ： t=1/f=1/(*106)=*108S； 得機器周期： T=12t=12**108=*106S； 所以復位時間必須滿足： 3τT； 即： τT/3=*107S； 計算時間常數(shù) τ： 選擇電阻為 10KΩ，電容為 ； τ=R*C=10*103**106=1*103S； 這里 3τT,所以單片機能夠正常復位。 圖 21 復位電路 + 5 VR STAT 89 S 52CRGND 11 AT89S52 芯片內(nèi)部有一個用反向放大器構成的振蕩器，反向放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2把 ATAL1和 XTAL2與外部的石英晶體及兩個電容連接起來可構成一個石英晶體振蕩器，兩個電容的一端分別連接在晶體振蕩器的兩只腳上，另一端接地。這兩個電容的作用是上電時幫助石英晶體起振，運行時起到穩(wěn)定振蕩頻率的目的。該電容的取值范圍是：5~30pF，該單片機晶體振蕩器的取值范圍為： 2~33MHZ。 為使 RS485 通訊時的誤碼率為 0，顧 本設計中所選的晶體振蕩器的 頻 率為： 。 X T A L 1X T A L 2A T 8 9 S 5 2C 1C 2晶 振 圖 22 振蕩 電路 電路圖 圖 23 單片機最小系統(tǒng) 電路 SMG_ASMG_BSMG_CSMG_DSMG_ESMG_FSMG_GSMG_DPVCC_5GND138_A138_B138_CHW_IN30pFC730pFC812Y1GNDC910KR14GNDVCC_5SCLSDASCLKDINDOUTDRDY12345678RST9RXD10TXD11121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U1AT89S52RXDTXD485_ENFOUTVCC_5 12 顯示電路 參數(shù)介紹 本設計中顯示電路所使用的顯示元件是數(shù)碼管，采用譯碼器和三極管配合的方式來提供數(shù)碼管所需要的位選控制信號，控制每一位數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字。 設計中使用的譯碼器的型號為： 74LS138，該芯片參數(shù)如下： ● 額定工作電壓： DC5V； ● 最大工作電流：小于等于 10mA； ● 電壓波動范圍： ~； ● 有效輸入高電平電壓：大于 2V； ● 有效輸入低電平電壓：小于 ； ● 輸出高電平電壓： 5V； ● 輸出低電平電壓：小于 ； ● 輸出高電平電流：小于等于 1mA； ● 輸出低電平電流：小于 20mA； ● 封裝形式： DIP16。 工作原理： 當一個選通端 S1為高電平，另兩個選通端 /S2和 /S3均 為低電平時，可將地址端（ A0、 AA2）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。 當 S1為 0 時，不論 /S2和 /S3以及 （ A0、 A A2） 為什么狀態(tài)，輸出端均為 1，當 /S2和 /S3為 1時，不論 S1以及 （ A0、 A A2） 為什么狀態(tài)，輸出端均為 1。 利用 S /S2和 /S3可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時， 74LS138 還可作數(shù)據(jù)分配器。 表 21 74LS138真值表 輸入 輸出 S1 /S2+/S3 A2 A1 A0 /Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y6 /Y7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 13 從 74LS138 的參數(shù)介紹中可以看出，當輸出端為低電平時可以拉出高達 20mA 的電流，而為高電平時僅能輸出最大 1mA的電流信號，因此本設計中采取低電平控制方式以便獲得較高的電流。設計中三極管的型號必須為 PNP 型，這里選擇 9012 三極管來驅(qū)動數(shù)碼管。該三極管作為開關使用，工作在飽和區(qū)而不是工作在放大區(qū)， PNP 型三極管主要參數(shù)介紹如下： ● 集電極 發(fā)射極電壓 ： 30V； ● 集電極 基電壓 ： 40V； ● 射極 基極電壓 ： 5V； ● 集電極電流 ： ； ● 耗散功率 ： ； ● 結溫 ： 150℃ ； ● 特怔頻率 ： 最小 150MHZ； ● 放大倍數(shù)： 30～ 90； ● 封裝形式： TO92。 由于驅(qū)動三極管采用 PNP 型，所以這里數(shù)碼管只能選擇共陽型。本設計中需要顯示 4 位數(shù)值，這里選擇四位一體數(shù)碼管，考慮便于觀察顧選擇 英寸紅色數(shù)碼管，型號為LG5641BH。 硬件介紹 設計中使用單片機的 ～ 口作為 74LS138 的控制端，為保證 74LS138 正常工作因此這里使能控制端 SA 接 VCC， SB 和 SC接地。由于本設計中共 4 位數(shù)碼管，所以這里輸出信號只需要 取 Y0～ Y3 四個即可。輸出信號與三極管之間通過 ，如下圖 24所示。 A1B2C3SA6SB5SC4GND8Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015VCC16U274LS1384K7R34K7R44K7R54K7R6GNDVCC_51KR13VCC_5VD19012VD29012VD39012VD49012VCC_5P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2A T 8 9 S 5 2圖 24 顯示驅(qū)動電路 參數(shù)計算 由三極管 9012 參數(shù)可知集電極電流小于 500mA，所以可以推算出基極的最大電流，這里按照 30 倍的放大系數(shù)計算： 14 由 Ib=VCC/R=5/4700=，此時三極管處于飽和狀態(tài)； 所以，三極管集電極的電流大小取決于發(fā)射極與地之間串接的限流電阻的大??； 由于數(shù)碼管每段的正常工作電流為（ 3～ 10） mA； 所以可取 10mA 計算限流電阻； 由經(jīng)驗值知 :三極管飽和導通時 Uce=，三極管導通壓降為 ； 可得： Ib≈ Ic=（ ） /R＜ 10mA； 計算得： R＞ 430Ω ； 這里取限流電阻 R大小為： 1kΩ，滿足計算要求。 圖 25 數(shù)碼管內(nèi)部電路 模擬 原理圖 圖 26 數(shù)碼管顯示電路 RVCCDQR2Port1Port2A1B2C3SA6SB5SC4GND8Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015VCC16U274LS1384K7R34K7R44K7R54K7R6Y0Y2Y3Y1GNDVCC_51KR13VCC_5138_A138_B138_Ca1b2c3d4e5f6g7dp8cp19cp210cp311cp412D6四位數(shù)碼管VD19012VD29012VD39012VD49012Y1 Y0Y2Y3VCC_51KR71KR81KR91KR101KR111KR12SMG_ASMG_BSMG_CSMG_DSMG_ESMG_FSMG_GSMG_DP1KR321KR33 15 數(shù)據(jù)存儲電路 參數(shù)介紹 本設計中需要存儲一些設置參數(shù)，并且需要在斷電后重新上電數(shù)據(jù)仍然存在。這里就需要增加數(shù)據(jù)存儲器，增加數(shù)據(jù)存儲電路單元。在本次設計中所選取的存儲芯片為：AT24C08。 該芯片是一款 IIC 接口的 EEPROM， 是低工作電壓的 8K 位串行電可擦除只讀存儲器，內(nèi)部組織為 1024 個字節(jié)，每個字節(jié) 8 位，該芯片被廣泛應用于低電壓及低功耗的工商業(yè)領域。 主要技術參數(shù)如下： ? ● 工作電壓： ～ ； ● 最大輸出電流： 5mA； ? ● 輸入 /輸出引腳兼容 5V； ?