【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的 51 單片機(jī)。 因?yàn)?Atmel 公司的 51 單片機(jī)需要專門(mén)的編程器，這樣無(wú)形中加重了系統(tǒng)的成本，而 STC 公司單片機(jī)不僅支持 ISP,還支持 IAP 等多種下載程序的方式，并且 STC 公司單片機(jī)工作在寬電壓范圍內(nèi)，電壓的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響不大，這樣提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另外 STC 單片機(jī)的加密性能也由于其他單片機(jī)，并且 STC 的單片機(jī)是增強(qiáng)型的 51 單片機(jī)。因此我們選用 STC89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。顯示模塊是系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊，增加了顯示模塊增加了系統(tǒng)的交互性。目前市場(chǎng)上用到的顯示模塊有很多種，有數(shù)碼管顯示，還有液晶顯示，因?yàn)閿?shù)碼管只是顯示數(shù)字，不能顯示字符，而此系統(tǒng)需要用到顯示當(dāng)前的流速等。這樣就必須要用到字符顯示的液晶顯示器，液晶顯示器也有很多種，但根據(jù)系統(tǒng)的需要我們選用的是 LCD12864,很大程度上增加了系統(tǒng)的人機(jī)交互功能，讓使用者可以得到更多系統(tǒng)工作的信息，更方便的使用此系統(tǒng)。 溫度模塊選擇方案論證方案一： 由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案設(shè)計(jì)框圖如下：第 5 頁(yè) 共 50 頁(yè) 熱敏電阻組成的感溫電路 AD 轉(zhuǎn)換 顯示電路 圖 2 1 方案設(shè)計(jì)框圖方案二：考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。 測(cè)量水位模塊選擇方案論證方案一：用超聲波傳感器進(jìn)行水位測(cè)量。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來(lái)，再被超聲波傳感器接收。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。但是超聲波傳感器需要 40KHz 的方波信號(hào)來(lái)工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)工作頻率要求較高，偏差在 1％內(nèi)，所以用模擬電路來(lái)做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。方案二：用漫反射式光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行水位測(cè)量。光電開(kāi)關(guān)的工作原理是根據(jù)光線發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，其接收電路據(jù)此做出判斷反應(yīng)，物體對(duì)紅外光由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒(méi)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出高電平?？紤]到本系統(tǒng)只需要簡(jiǎn)單的檢測(cè)到水位并且超聲波相對(duì)用的比較廣泛且價(jià)格也便宜。綜上情況選擇方案一，但是為了使偏差減小所以直接購(gòu)買(mǎi) HCSR04 模塊。方案一：用超聲波流量傳感器、渦輪流量傳感器、靶標(biāo)流量傳感器、渦街流量傳感器測(cè)量水泵工作時(shí)候的流量，但是都是體積不適合雖然精度很高但是電路復(fù)雜選用其他方案。方案二：用霍爾傳感器測(cè)量，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，而且電路簡(jiǎn)單，我們也學(xué)習(xí)過(guò)霍爾測(cè)量轉(zhuǎn)速對(duì)于課本知識(shí)的銜接教緊密從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體框圖主要由主控芯片基本電路、超聲波、18B20 溫度、霍爾流量計(jì)、按鍵第 6 頁(yè) 共 50 頁(yè)電路、水泵和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路、液晶顯示電路組成。除主控芯片電路外，其他的都是外圍功能性電路。蜂鳴器和指示燈電路驅(qū)動(dòng)原理基本相同，都為三極管驅(qū)動(dòng)電路，按鍵電路為平常的獨(dú)立按鍵電路，液晶電路參考設(shè)計(jì)手冊(cè)既可。電路設(shè)計(jì)框圖如圖 31 所示：圖 3 1 電路設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖本水塔系統(tǒng)采用工業(yè)鋁材作為承重的支架，水箱的材料采用有機(jī)玻璃制作，管道也采用有機(jī)玻璃管。水泵選擇可以調(diào)節(jié)水大小的 24V 三相直流水泵最大功率 、最大揚(yáng)程 、最大流量 2450L/H?？刂浦袑永渌?、熱水進(jìn)水的是電磁閥控制。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖： STC89C52概述STC89C52 是一款完全兼容 8051 內(nèi)核指令的芯片，是宏晶科技公司的新一代增強(qiáng)性的 8051 單片機(jī)。采用最新的加密技術(shù)解決了全球 89 系列單片機(jī)都被解密的困惑。并且管腳完全兼容，性能更好，驅(qū)動(dòng)力更強(qiáng)，功耗更低，價(jià)格也比傳統(tǒng)的 89 系列低[10]。STC89C52 的引腳說(shuō)明圖如圖 31。STC89C52 單片機(jī)的特點(diǎn)如下： 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期，12 時(shí)鐘/機(jī)器周期 8051 CPU：,4v（5v 單片機(jī)）/(3V 單片機(jī))：040MHZ,相當(dāng)于普通 8051 的 080MHZ，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHZ 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K,字節(jié)片上集成 1280 字節(jié)/512 字節(jié)RAM第 7 頁(yè) 共 50 頁(yè)圖 3 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 I/O 口（32//36 個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/若上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O 口。 P0 口是開(kāi)漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/0 口用時(shí)，需要上拉電阻。（在系統(tǒng)可編程）/IAP( 在應(yīng)用可編程)，無(wú)需專用編程器 /仿真器可通過(guò)串口（）之下載用戶程序，8K 程序 3 秒即可完成一片。 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 為定時(shí)器使用 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒（UART）,還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART. Flash 擦寫(xiě)次數(shù)為 100,000 次以上，STC89C51RC/RD+ 系類單片機(jī)加密性強(qiáng)，出廠時(shí)就已經(jīng)加密。第 8 頁(yè) 共 50 頁(yè)圖 3 3 STC89C52 引腳圖 LCD12864帶中文字庫(kù)的 128X64 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示 84 行 1616點(diǎn)陣的漢字. 。（1）、低電源電壓（VDD:++）（2）、顯示分辨率:12864 點(diǎn) （3）、內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選)（4）、內(nèi)置 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符（5）、2MHZ 時(shí)鐘頻率 （6）、顯示方式：STN、半透、正顯 （7）、驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）、視角方向：6 點(diǎn) （9）、背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5—1/10 第 9 頁(yè) 共 50 頁(yè)（10）、通訊方式：串行、并口可選 （11）、內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓 （12）、無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)（13）、工作溫度: 0℃ +55℃ ,存儲(chǔ)溫度: 20 ℃ +60℃模塊接口說(shuō)明：*注釋 1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用串口通訊模式，可將 PSB 接固定低電平，也可以將模塊上的 J8 和“GND”用焊錫短接。*注釋 2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。*注釋 3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的 JA、JK 用焊錫短接。表 3 1 并行接口管腳號(hào) 管腳名稱 電平 管腳功能描述1 VSS 0V 電源地2 VCC +5V 電源正3 V0 對(duì)比度（亮度）調(diào)整4 RS(CS） H/L RS=“H”,表示 DB7——DB0 為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示 DB7——DB0 為顯示指令數(shù)據(jù)5 R/W(SID) H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到 DB7——DB0R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0 的數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 IR 或 DR6 E(SCLK) H/L 使能信號(hào)7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線15 PSB H/L H：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式（見(jiàn)注 釋 1）16 NC 空腳17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效（見(jiàn)注釋 2）18 VOUT LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19 A VDD 背光源正端（+5V ）（見(jiàn)注釋 3）20 K VSS 背光源負(fù)端（見(jiàn)注釋 3）*注釋 1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將 PSB 接固定高電平，也可以將第 10 頁(yè) 共 50 頁(yè)模塊上的 J8 和“VCC”用焊錫短接。*注釋 2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。 *注釋 3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的 JA、JK 用焊錫短接。塊主要硬件構(gòu)成說(shuō)明　 控制器接口信號(hào)說(shuō)明表 3 2 RS，R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式RS R/W 功能說(shuō)明L L MPU 寫(xiě)指令到指令暫存器（ IR）L H 讀出忙標(biāo)志（BF ）及地址記數(shù)器（AC）的狀 態(tài)H L MPU 寫(xiě)入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR ）H H MPU 從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)表 3 3 E 信號(hào)E 狀態(tài) 執(zhí)行動(dòng)作 結(jié)果高—— 低 I/O 緩沖——DR 配合 /W 進(jìn)行寫(xiě)數(shù)據(jù)或指令高 DR——I/O 緩沖 配合 R 進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低——高 無(wú)動(dòng)作● 忙標(biāo)志 :BF BF =1 表示模塊在進(jìn)行內(nèi)部操作,此時(shí)模塊=0 時(shí),模塊為準(zhǔn)備狀態(tài),STATUS RD 指令,可以將 BF 讀到 DB7 總線,從而檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài).● 字型產(chǎn)生 ROM（CGROM ） 字型產(chǎn)生 ROM（CGROM）提供 8192 個(gè)此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開(kāi)和關(guān)的控制。DFF=1 為開(kāi)顯示（DISPLAY ON),DDRAM 的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0 為關(guān)顯示（DISPLAY OFF)。DFF 的狀態(tài)是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信號(hào)控制的。● 顯示數(shù)據(jù) RAM（DDRAM）模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù) RAM 提供 642 個(gè)位元組的空間，最多可控制 4 行 16 字（64 個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù) RAM 時(shí)，可分別顯示 CGROM 與 CGRAM 的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM 字型及 CGROM 的中文字型，三種字型的選擇，由在 DDRAM 中寫(xiě)入的編碼選擇，在 0000H—0006H 的編碼中（其代碼分別是 0000、0000000006 共 4 個(gè)）將選擇 CGRAM 的自定義字型，02H—7FH 的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型，至于 A1 以上的編碼將自動(dòng)的結(jié)合下一個(gè)位元組，組成兩個(gè)位元組的編碼形成中文字型的編碼BIG5（A140—D75F），GB（A1A0F7FFH）。 ● 字型產(chǎn)生 RAM(CGRAM) 字型產(chǎn)生 RAM 提供圖象定義 (造字) 功能, 可以提供四組 1616 點(diǎn)的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒(méi)有提供的圖象字型自行定義到CGRAM 中，便可和 CGROM 中的定義一樣地通過(guò) DDRAM 顯示在屏幕中。第 11 頁(yè) 共 50 頁(yè)● 地址計(jì)數(shù)器 AC 地址計(jì)數(shù)器是用來(lái)貯存 DDRAM/CGRAM 之一的地址,它可由設(shè)定指令暫存器來(lái)改變，之后只要讀取或是寫(xiě)入 DDRAM/CGRAM 的值時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值就會(huì)自動(dòng)加一，當(dāng) RS 為 “0”時(shí)而 R/W 為“1”時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值會(huì)被讀取到 DB6——DB0中。光標(biāo)/閃爍控制電路 此模塊提供硬體光標(biāo)及閃爍控制電路，由地址計(jì)數(shù)器的值來(lái)指定 DDRAM 中的光標(biāo)或閃爍位置。模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴(kuò)充指令如下：表 3 4 指令表 1：（RE=0：基本指令）指令 指 令 碼 功 能RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0清除顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1將 DDRAM 填滿20H,并且設(shè)定 DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)到00H地址歸位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X設(shè)定 DDRAM 的地址計(jì)數(shù)器(AC) 到00H,并且將游標(biāo)移到開(kāi)頭原點(diǎn)位置。這個(gè)指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容顯示狀態(tài)開(kāi)/關(guān) 0 0 0 0 0 0 1 D C BD=1: 整體顯示 ON C=1: 游標(biāo) ONB=1:游標(biāo)位置反白允許進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S指定在數(shù)據(jù)的讀取與寫(xiě)入時(shí),設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)方向及指定顯示的移位游標(biāo)或顯示移位控制0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X 設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)與顯示的移位控制位。這個(gè) 指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容功能設(shè)定 0 0 0 0 1 DL X RE X XDL=0/1：4/8 位數(shù)據(jù)RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作設(shè)定CGRAM地址0 0 0 1 AC5AC4AC3AC2AC1 AC0 設(shè)定 CGRAM 地址設(shè)定DDRAM地址0 0 1 0 AC5AC4AC3AC2AC1 AC0設(shè)定 DDRAM 地址（顯示位址）第一行： 80H－87H第二行： 90H－97H讀取忙標(biāo)志和