【文章內(nèi)容簡介】 D轉(zhuǎn)換器從啟動轉(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)換時間。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。確定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率時，應(yīng)考慮系統(tǒng)的采樣速率。例如，如果用轉(zhuǎn)換時間為100us的A/D轉(zhuǎn)換器，則其轉(zhuǎn)換速率為10KHz。根據(jù)采樣定理和實際需要，一個周期的波形需采10個樣點，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。把轉(zhuǎn)換時間減小，信號頻率可提高。對一般的單片機而言，要在采樣時間內(nèi)完成A/D轉(zhuǎn)換以外的工作，如讀數(shù)據(jù)、再啟動、存數(shù)據(jù)、循環(huán)計數(shù)等已經(jīng)比較困難了。3) 采樣/保持器采集直流和變化非常緩慢的模擬信號時可不用采樣保持器。對于其他模擬信號一般都要加采樣保持器。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。4) A/D轉(zhuǎn)換器量程A/D轉(zhuǎn)換時需要的是雙極性的，有時是單極性的。輸入信號最小值有的從零開始，也有從非零開始的。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。在使用中，影響A/D轉(zhuǎn)換器量程的因素有：量程變換和雙極性偏置；雙基準電壓；A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部比較器輸入端的正確使用。5) 滿刻度誤差滿度輸出時對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號值之差。6) 線性度實際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。ADC0804是單路8位逐次比較型雙極性輸入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間小于。量化間隔： （21）絕對量化誤差： （22）相對量化誤差： （23）在液位傳感器誤差與參考電壓誤差不大的情況下，ADC0804是完全滿足設(shè)計誤差要求的。 通信模塊設(shè)計方案AT89S52單片機內(nèi)部有一個全雙工異步串行I/O接口。利用該接口，可實現(xiàn)系統(tǒng)與上位機的通信。不同設(shè)備間串口通信的過程中，需要采用相同的的接口標準才能通信。典型的串行通訊標準是RS232和RS485，它們定義了電壓，阻抗等，但不對軟件協(xié)議給予定義。RS232C標準（協(xié)議）的全稱是EIARS232C標準，其中EIA（Electronic Industry Association）代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS（Emeded Standard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。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。接口信號電平比RS232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。2) RS485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。3) RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。4) RS485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達3000米，另外RS232C接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，即單站能力。而RS485接口在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。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)點就使其成為首選的串行接口。PC機作為上位機，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接口標準，使用RS232/RS485轉(zhuǎn)換器與PC機連接進行通信。MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS485芯片。采用單一電源＋5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。 電機控制模塊設(shè)計方案由于設(shè)計中沒有規(guī)定水泵電機的參數(shù)規(guī)格，而且不同型號的水泵參數(shù)不盡相同，電氣參數(shù)的不同使得在電路上的設(shè)計差異較大，因此在此僅作理論演示。選用繼電器作為電機控制的元件。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)：1) 額定工作電壓。是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。2) 直流電阻。是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。3) 吸合電流。是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，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。而對于線圈所加的工作電壓，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。4) 釋放電流。是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠遠小于吸合電流。5) 觸點切換電壓和電流。是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。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。第3章 硬件電路設(shè)計 AT89S52硬件設(shè)計AT89S52引腳定義及功能介紹如圖31。圖31 AT89S52引腳及網(wǎng)絡(luò)標號P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。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）。此外，（）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如下所示：l 在FLASH編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。l 引腳號第二功能：（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI （在系統(tǒng)編程用） MISO （在系統(tǒng)編程用） SCK （在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。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）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在FLASH編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。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。表31 端口引腳第二功能端口號第二功能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/計數(shù)器0)T1(定時/計數(shù)器1)WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST——復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。ALE/PROG——當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。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。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN——程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP——外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H~FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上＋12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。為了便于接下來的說明，單片機各管腳網(wǎng)絡(luò)標號定義如圖31。要使單片機按照設(shè)計要求正常工作，完整單片機最基本的工作要求，考慮到系統(tǒng)無需精確地定時功能，且為了方便串口通信波特率的計算。并附加復(fù)位電路，組成單片機最小系統(tǒng)。根據(jù)電路設(shè)計規(guī)范和AT89S52芯片手冊，設(shè)計時鐘電路與復(fù)位電路如圖32：圖32 復(fù)位電路及時鐘電路圖中網(wǎng)絡(luò)標號RST連接單片機RST引腳，具有上電復(fù)位與手動復(fù)位的功能；XTAL1與XTAL2連接單片機XTAL1和XTAL2引腳，且并聯(lián)兩個30pF匹配電容使晶振起振。由于單片機P0口作普通I/O口時不能輸出高電平，因此需接上拉電阻，實際電路中，使用8*10KΩ電阻作為上拉電阻。 按鍵設(shè)計鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中是一個很關(guān)鍵的部件，它能實現(xiàn)向單片機系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，是人工干預(yù)單片機的主要手段?？紤]到本設(shè)計實際需要的按鍵較少，故采用獨立式鍵盤接口電路。它是將每個獨立按鍵按一對一的方式直接接到單片機的I/O口上，通過程序掃描查詢方式實現(xiàn)與單片機系統(tǒng)交互的。在程序查詢方式下，通過I/O端口讀入按鍵狀態(tài)，當有按鍵按下時，相應(yīng)的I/O端口變?yōu)榈碗娖剑幢话聪碌陌存I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它們實現(xiàn)對高低警戒液位的設(shè)置。具體來說，SS4分別實現(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鍵。圖33 系統(tǒng)按鍵電路 顯示單元硬件設(shè)計在顯示單元上，使用了74LS273帶公共時鐘復(fù)位八位觸發(fā)器與74LS47共陽極BCD顯示譯碼驅(qū)動芯片。兩個芯片的管腳圖如圖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11腳有一個上升沿，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)計上不適用此項功能，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)計思路，設(shè)計電路圖如圖35：圖35 顯示部分電路圖 存儲單元硬件設(shè)計存儲模塊的硬件設(shè)計比較簡單，由于AT89S52單片機為數(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作為存儲芯片，因此選用與51系列兼容的62256隨機數(shù)據(jù)存儲器。該模塊中使用的兩個芯片管腳功如圖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1腳是高電平時，不管輸入11118如何，也不管11腳（鎖存控制端，G）如何，輸出2（Q