【文章內(nèi)容簡介】 低電平，而未被按下的按鍵在上拉電阻作用下為高電平，這樣通過讀I/O口的狀態(tài)判斷是否有按鍵按下。系統(tǒng)按鍵電路如圖33所示。下圖中，S2~S5便是控制顯示用的按鍵。其作用就是通過按動(dòng)它們實(shí)現(xiàn)對高低警戒液位的設(shè)置。具體來說，SS4分別實(shí)現(xiàn)數(shù)字的增一與減一，SS5則作為高低警戒液位的模式選擇和確認(rèn)鍵。圖33 系統(tǒng)按鍵電路 顯示單元硬件設(shè)計(jì)在顯示單元上，使用了74LS273帶公共時(shí)鐘復(fù)位八位觸發(fā)器與74LS47共陽極BCD顯示譯碼驅(qū)動(dòng)芯片。兩個(gè)芯片的管腳圖如圖34：圖34 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(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11118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。74LS47上BI/ROB，LI，RBI引腳為控制引腳，主要用于測試和脈沖控制，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。A0~A3是BCD輸入，分解74LS273輸出的高、低四位。a~g用于共陽極數(shù)碼管的相應(yīng)管腳的連接。為了保護(hù)LED數(shù)碼管，在74LS47與LED之間添加限流電阻，以滿足數(shù)碼管的工作需要。根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)電路圖如圖35：圖35 顯示部分電路圖 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。上文中已敘述，使用32KRAM作為存儲(chǔ)芯片，因此選用與51系列兼容的62256隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。該模塊中使用的兩個(gè)芯片管腳功如圖36：在62256中，A0~A14管腳為地址總線，共15位，尋址范圍可達(dá)到32kB；I/O0~I/O7為8位三態(tài)雙向數(shù)據(jù)接口；Vcc，Vss為電源和地；CS是片選接口，低電平有效；OE/WE分別是讀選通和寫選通數(shù)據(jù)輸入輸入線，低電平有效。圖36 62256引腳圖圖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11118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11118的狀態(tài)。74LS273也可以作為地址鎖存器來用，作鎖存器時(shí)，對273來說，1（CLR）腳必須接高電平，ALE信號經(jīng)過反相后接11腳（因?yàn)閱纹瑱C(jī)的ALE信號是以下降沿方式出現(xiàn)）對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。按照常規(guī)的連接方法設(shè)計(jì)電路圖37如示。 時(shí)間單元硬件設(shè)計(jì)DS1302因其較小的體積，占用I/O口資源少等特點(diǎn)，是常用的時(shí)間芯片。此次設(shè)計(jì)采用DIP8封裝，管腳功能如圖38：圖38 DS1302引腳圖其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中電壓較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋，Vcc2供電，當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源接口。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳輸。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。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。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)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端。SCLK始終是輸入端，用來輸入串行時(shí)鐘信號。根據(jù)DS1302的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)電路如圖39：圖39 時(shí)間單元電路在實(shí)際應(yīng)用中，起控制、輸入輸出的三個(gè)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(shí)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(shí)鐘能夠繼續(xù)保持運(yùn)行。 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。圖310 ADC0804引腳圖以下是ADC0804管腳及功能的介紹：/CS 芯片選擇信號。/RD 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。/RD為高電平時(shí)，DB0~DB7處于高阻抗：/RD為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)才會(huì)輸出。/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。CLK IN，CLK R 時(shí)鐘輸入或接振蕩元件（R，C）頻率約限制在100kHZ~1460kHZ，如果使用RC電路則其振蕩頻率為1/（）。/INTR 中斷請求信號輸出,低地平動(dòng)作。VIN(+) VIN() 差動(dòng)模擬電壓輸入。輸入單端正電壓時(shí),VIN()接地；而差動(dòng)輸入時(shí),直接加入VIN(+) VIN()。AGND,DGND 模擬信號以及數(shù)字信號的接地。VREF 輔助參考電壓。DB0~DB7 8位的數(shù)字輸出。VCC 電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓。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。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)手冊計(jì)算公式： （31）其振蕩頻率約為606kHz，滿足芯片要求。另外，以阻抗型液位傳感器為模型，液位傳感器阻值變化與液位的高度是成正比的，因此需要將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值匹配A/D轉(zhuǎn)換器。常用的阻抗電壓轉(zhuǎn)換法如歐姆法。由于被測阻抗兩端電壓正比于被測電阻，可把被測阻抗轉(zhuǎn)換為電壓測量。即 （32）式中，是轉(zhuǎn)化電壓，恒定電流，為被測電阻，為比例系數(shù)。因此，液位高度的變化同樣正比于輸入電壓，故而A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)正比于液位高度。為了簡化設(shè)計(jì)調(diào)試過程，使用系統(tǒng)內(nèi)部5V電壓作為模擬輸入，VIN()直接接地，通過接入傳感器分壓將阻抗轉(zhuǎn)換為電壓信號，接入電位器可實(shí)現(xiàn)模擬輸入。根據(jù)以上參數(shù)分析，設(shè)計(jì)電路如圖311：圖311 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)比較簡單。圖312 MAX485引腳圖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（）。由于MAX485為半雙工通信方式，不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，只能通過控制RE和DE引腳的狀態(tài)來進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。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(shí)，MAX485處于接收狀態(tài)；輸入高電平時(shí)，其處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。定義RE和DE連接在一起的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為E，接入單片機(jī)P1口，用于發(fā)送與接收的轉(zhuǎn)換。A，B端為發(fā)送接收差分信號端，一般需在A,B端之間加匹配電阻，匹配電阻為120Ω。硬件電路如圖313：圖313 串行通信模塊電路圖 其他外圍電路的設(shè)計(jì)繼電器電路設(shè)計(jì)。由于使用單片機(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)電流較弱，不滿足繼電器吸合電流參數(shù)的要求，所以需使用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器吸合。設(shè)計(jì)電路如圖314。為了防止電源尖峰脈沖引發(fā)的噪聲干擾以及高頻信號線間的耦合干擾，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。電源指示燈設(shè)計(jì)如圖315。圖314 繼電器部分電路圖圖315 電源指示燈電路圖第4章 系統(tǒng)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。然而匯編語言指令卻有程序的可讀性低，程序開發(fā)人員的開發(fā)時(shí)間長與開發(fā)難度大，程序移植性差等缺點(diǎn)。C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言。它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。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，增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。用C語言進(jìn)行51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。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。本設(shè)計(jì)使用KEIL C51 μVision3為開發(fā)編譯環(huán)境，使用C語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)各模塊功能設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對單片機(jī)的初始化，設(shè)置警戒液位的上下限，實(shí)時(shí)顯示液位值以及鍵盤掃描等工作。主程序流程圖如圖41所示。 系統(tǒng)初始化該模塊在系統(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。具體分為以下幾個(gè)模塊列表描述。表41 初始化參數(shù)及含義模塊變量/端口初始值功能控制端口初始化adRD/1A/D轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)讀入控制，初始為不讀入adWR/0A/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TMOD0x22單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在方式二SCON0x40串行口為8位UART工作方式TH10xf4波特率設(shè)置為4800bpsTL10xf4IE0禁止定時(shí)器中斷TR11啟動(dòng)定時(shí)器REN1允許串行口接收數(shù)據(jù)時(shí)間初始化sec0x00初始化系統(tǒng)時(shí)間為2011年1月1日0時(shí)0分0秒星期六其中sec,min,hr,date,mon,day,year依次為秒、分、時(shí)、日、月、星期、年min0x00hr0x00date0x01mon0x01day0x06year0x11數(shù)據(jù)參數(shù)初始化xmark0x7531數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)標(biāo)志字節(jié)指針numtab0x0001數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針uplq0xCF高液位警戒高度，初始值downlq0x10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，完成初始化工作開始CPU初始化參數(shù)設(shè)定是否有按鍵采樣子程序顯示實(shí)時(shí)液位數(shù)據(jù)處理子程序控制電機(jī)啟停按鍵處理是否圖41 主程序流程圖 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。對8位A/D轉(zhuǎn)換器而言，其十六進(jìn)制、相對滿偏電壓比率、相對電壓幅值的關(guān)系對應(yīng)如表42：表42 A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對照表十六進(jìn)制二進(jìn)制滿刻度比率相對電壓幅值Vref=高四位低四位高四位電壓低四位電壓F111115/1615/256E111014/1614/256D110113/1613/256C110012/1612/256B101111/1611/256A101010/1610/256910019/169/256010008/168/256701117/167/256601106/166/256501015/165/256401004/164/256300113/163/256200102/162/256100011/161/256000000/160/256綜上，電壓幅值與液位高度在數(shù)值上是相等的。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，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)。為了將這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為為壓縮BCD碼，再將，得到的商左移四位（相當(dāng)于乘以16）為壓縮BCD碼高四位，余數(shù)為壓縮BCD碼低四位，二者相加，就是最終的結(jié)果。顯示轉(zhuǎn)換部分程序簡略如下：uchar dis_transform(uchar num){uchar ac, quotient, play, mid 。ac = num%5。q