【文章內(nèi)容簡介】 使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度 ； 青海大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文：液體點滴速度控制系統(tǒng) 12 化工學(xué)院化工機械系 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器 ； 第 5腳： RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng) RS和 RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址 ， 當(dāng) RS 為 低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù) ； 第 6腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令 ； 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線 ； 第 15～ 16腳：空腳 。 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器 的 控制指令 ： 它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明： 1為高電平、 0為低電平） 。 指令 1：清顯示，指令碼 01H， 光標復(fù)位到地址 00H位置 ； 指令 2：光標復(fù)位，光標返回到地址 00H； 指令 3：光標和顯示模式設(shè)置 I/D：光標移動方向 ，高電平右移，低電平左移 。 S:屏幕上所有文 字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 ； 指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 。C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 。 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 ； 指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 ； 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N。 低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F： 低電平時顯示 5x7的點陣字符，高電平時顯示 5x10的點陣字符 ； 指令 7：字符發(fā)生器 RAM地址設(shè)置 ； 指令 8： DDRAM地址設(shè)置 ； 指令 9： 讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令 。 或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙 ； 指令 10：寫數(shù)據(jù) ； 指令 11：讀數(shù)據(jù) 。 液晶顯示模塊和單片機 AT89C51直接接口，電路如圖 ： 圖 3. 硬件設(shè)計 電動機控制模塊 （ 1）電動機選取 電動機有直流電動機、交流電動機、步進電動機等等，設(shè)計中只討論直流電動機和步進電動機。 由于直流電機上電即轉(zhuǎn)動，掉電后慣性較大，停機時還會轉(zhuǎn)動一定角度后才可停下來。轉(zhuǎn)矩小、無抱死功能，如果要求準確停在一個位置，其閉環(huán)算法較復(fù)雜。而步進電機是用電脈沖控制的，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動機。步進電機每輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步，輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比。而且用單片機控制步進電機，控制信號為數(shù)字信號，不再需要數(shù) /模轉(zhuǎn)換，且布距角降低小，延時短，定位準確，精度高，可操作性強 [10]。 綜合考慮，設(shè)計中為了調(diào)節(jié)步長盡可能的小，定位要好，如果停止信號到來 ，要求能立刻停止電機，因此應(yīng)選擇步進電機。 （ 2）步進電機驅(qū)動電路 系統(tǒng)將點滴速度采集信號和儲液信號進行處理后，在相應(yīng)的單片機的 I/O 控制口輸出對應(yīng)的控制信號來驅(qū)動電動機的正反轉(zhuǎn)，從而進行精確的控制。 步進電機是純粹的數(shù)字控制電動機，由電脈沖信號即可轉(zhuǎn)變成角位移，比其他類型的電動機更適合于本系統(tǒng)，故選用步進電動機。本系統(tǒng)中使用步進電機來控制的高度，以控制點滴速度。由于單片機帶負載能力有限，不能直接驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，所以有必要在單片機和步進電機之間加上步進電機驅(qū)動電路，增加單片機帶負載能力 [11]。電路原理 圖如圖 : 單片機輸出四路脈沖信號控制電動機轉(zhuǎn)動相位角。單片機產(chǎn)生四相四拍脈沖信號的波形如圖： 圖 步進電機驅(qū)動電路 圖 四相四拍脈沖信號波形 青海大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文：液體點滴速度控制系統(tǒng) 14 化工學(xué)院化工機械系 為了使步進電機控制更精確，可以采用四相八拍脈沖信號，波形圖如下圖 ： 滑輪機械控制模塊 考慮到機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)，偏心輪需要的電機扭矩要求高。拉繩比較容易卡住液體點滴速度。因此在偏心輪和拉繩機械結(jié)構(gòu)中采用了拉繩結(jié)構(gòu) [12]。圖 ，圖 。 其他電路 振蕩電路 AT89C51 單片機時鐘信號通常有兩種方式：一是內(nèi)部時鐘方式；二是外部時鐘方式。這里采用內(nèi)部時鐘方式。在 89C51單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的 XTAL1和 XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。振蕩信號頻率與晶振頻率及電容 C C2的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在 0～ 33MHz之間，電容 C C2取值范圍在 5～ 30pF之 間。電容器 C1和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振。設(shè)計中采用 12MHZ 作為系統(tǒng)的外部晶振 [13]。電容取值為 30pF。其電路圖如圖 所示： 軸心 固定 電機傳動 圖 拉繩結(jié)構(gòu) 偏心輪 固定板 圖 偏心輪結(jié)構(gòu) 輸液管 圖 四相八拍脈沖信號波形 3. 硬件設(shè)計 復(fù)位電路 復(fù)位是使單片機或系統(tǒng)中其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機的工作就是從復(fù)位開始的。當(dāng)在 89C51 單片機的 RST引腳引入高電平并保持兩個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)高電平，單片機就保持循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。 實際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本 形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。本設(shè)計中采用上電與按鍵相結(jié)合的復(fù)位方式。上電復(fù)位電路圖如 : 上電瞬間 RST 引腳獲得高電平，隨著電容 C1 的充電， RST引腳的高電平將逐漸下降。 RST引腳的高電平只能保持足夠的時間（兩個機器周期），單片機就可以進行復(fù)位操作，也可以通過手動方式實現(xiàn)復(fù)位。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為： C1為 10μ F， R1為 1KΩ ,R2 為 51 KΩ。 報警系統(tǒng)的設(shè)計 儲液瓶液面不能滴完 ,必須保證在接近瓶口 23cm處系統(tǒng)自動報警，為此本設(shè)計中 利用單片機控制蜂鳴器，實現(xiàn)超值報警功能。在此，當(dāng)液面低于瓶口 23cm 時采用 蜂鳴器 報警來提示醫(yī)生對該位病人的點滴情況應(yīng)引起注意。 蜂鳴器和普通揚聲器相比，最重要一個特點是只要按照極性要求加上合適的直流電壓，就可以發(fā)出固有頻率的聲音，因此使用起來比揚聲器簡單。 給出圖 報警電路 原理圖 。 XTAL2 XTAL1 C1 C2 圖 圖 圖 時鐘電路 青海大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文：液體點滴速度控制系統(tǒng) 16 化工學(xué)院化工機械系 圖 報警電路 原理圖 如圖 ，蜂鳴器的正極接到 Vcc（＋ 5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級 B 經(jīng)過限流 電阻 R1 后由 AT89C51 單片機的 （ WR） 引腳控制，當(dāng) 輸出高電平時，三極管 T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng) ，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制 出 報警信號。 程序中改變單片機 ，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生聲音。另外，改變 ，則可以控制蜂鳴器的聲音大小 。 看門狗設(shè)計方案 由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾 ,造成 程序的跑飛 ,而陷入死循環(huán) ,程序的正常運行被打斷 ,由單片機控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作 ,會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài) ,發(fā)生不可預(yù)料的后果 ,所以出于對單片機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測的考慮 ,便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行狀態(tài)的芯片 ,俗稱 “ 看門狗 ” (watchdog)。 工作原理：在系統(tǒng)運行以后也就啟動了看門狗的計數(shù)器，看門狗就開始自動計數(shù)，如果到了一定的時間還不去清看門狗，那么看門狗計數(shù)器就會溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。所以在使用有看門狗的芯片時要注意清看門狗 [14]。 看門狗電路的應(yīng)用 ： 使單片機可以在無 人狀態(tài)下實現(xiàn)連續(xù)工作 ， 其工作原理是 ： 看門狗芯片和單片機的一個 I/O引腳相連 ， 該 I/O 引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平(或低電平 )， 這一程序語句是分散地放在單片機其他控制語句中間 的，一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段 進入死循環(huán)狀態(tài)時 ,寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行 ， 這個時候 ， 看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號 ,便在它和單片機復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個 復(fù)位信號 ,使單片機發(fā)生復(fù)位 ,即程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行 ,這樣便實現(xiàn)了單片機的自動復(fù)位 。 看門狗的選用： 看門狗分 硬件看門狗 和軟件看門狗。硬件看門狗是利用一個定時器電路，其定時輸出連接到電路的復(fù)位端，程序在一定時間范圍內(nèi)對定時器清零 (俗稱 “ 喂狗 ” )， 因此程序正常工作時，定時器總不能溢出，也就不能產(chǎn)生復(fù)位信號。如果程序出現(xiàn)故障，不在定時周期內(nèi)復(fù)位看門狗，就使得看門狗定時器溢出產(chǎn)生復(fù)位信號并重啟系統(tǒng)。軟件看門狗原理上一樣， 只是將硬件電路上的定時器用處理器的內(nèi)部定時器代替，這樣可以簡化硬件電路設(shè)計，但在可靠性方面不如硬件 3. 硬件設(shè)計 定時器，比如系統(tǒng)內(nèi)部定時器自身發(fā)生故障就無法檢測到。 由于 AT89C51 內(nèi)沒有軟件看門狗功能并且考慮到系統(tǒng)的可靠性，因此本設(shè)計采用 MAXIM 公司生產(chǎn)的 MAX706P（高電平復(fù)位）硬件看門狗。MAX706P 內(nèi)部由時基信號發(fā)生器、看門狗定時器、復(fù)位信號發(fā)生器及掉點電壓比較器構(gòu)成，其中時基信號發(fā)生器提供看門狗定時脈沖。芯片引腳和電路連接如圖 、 。給出表 31MAX1676引腳功能表。 表 31 MAX1676引腳功能 引腳 名稱 功能 1 PFI 電源故障監(jiān)控電壓輸入 2 PF0 電源故障輸出，當(dāng)監(jiān)控電壓 PFI＜ , PF0變低 3 WDI 看門狗輸入 4 RESET 高電平復(fù)位信號輸出端。 5 MR 手動復(fù)位輸出 6 WDO 看門狗輸出 MAX706P的應(yīng)用圖如下： 圖 （ a） 芯片引腳圖 圖 （ b）看門狗與單片機連接圖 MAX706P的內(nèi)部看門狗的定時器的定時時間為 ,如果在 WDI引腳保持為固定電平，看門狗定時器輸 出端 WDO變?yōu)榈碗娖?，二極管導(dǎo)通，使低電平加到 MR端， MAX706P產(chǎn)生 RESET信號，使單片機復(fù)位，直到復(fù)位后看門狗被清零。將 WDI接到 AT89C51的 ，在程序中只要在小于 秒時間內(nèi)該口線取反一次，既能使定時器清零而重新技術(shù)，不產(chǎn)生超時溢出，程序正常運行。當(dāng)程序跑飛，不能執(zhí)行產(chǎn)生 WDI 的跳變指令，到 WDO 因超時溢出而變低，產(chǎn)生復(fù)位信號，使程序復(fù)位。 Vcc WDI MAX706P MAX706P AT80C51