【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)（論文）題目單片機(jī)氣體測漏儀的設(shè)計(jì)。辦學(xué)點(diǎn)（系）連云港。班級07機(jī)電（五）。指導(dǎo)教師職稱助教

　　

【正文】 KC 10 34 .7 u FV C CV C CS 10 1R 10 11 0K溫度壓力信號溫度壓力信號數(shù)據(jù)線控制線 圖 35 液晶模塊與單片機(jī)的接口電路 單片機(jī)利用數(shù)據(jù)與控制信號直接采用存儲器訪問形式來控制液晶模塊。單片機(jī)數(shù)據(jù)口 P0口直接與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口連接，單片機(jī)的 RD， WR作為液晶顯示模塊的讀，寫控制信號，液晶顯示模塊 RST，掛在正負(fù) 5 上。 CE、 C/D 信號分別接到單片機(jī) 、 上。液晶模塊就相當(dāng)于單片的外部存儲器一樣，單片機(jī)可以方便的控 制數(shù)據(jù)與指令的輸入輸出。液晶的指令代碼入口地址為 8201H，此時 CE 為低電平選通， C/D 為高電平，為控制命令字的讀寫地址。數(shù)據(jù)入口地址為 8000H，此時 CE為低電平選通， C/D 也為低電平，為數(shù)據(jù)的讀寫地址。單片機(jī) P2 口的最高位 與 81C55 的使能端連接，高電平為不使能。所以對液晶的讀寫數(shù)據(jù)與指令代碼的操作必須先封鎖 81C55。液晶接口的 1， 2 腳為背光電壓的輸入端。本系統(tǒng)采用現(xiàn)有的液晶背光芯片 ELP60，該芯片可以驅(qū)動液晶屏，足以滿足本系統(tǒng)的需要。圖液晶與單片機(jī)的接口電路，本系統(tǒng)采用內(nèi)核的系列單片機(jī) 是一種低電壓，高性能位單片機(jī)，片內(nèi)含的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用位中央處理器和存儲單元，功能強(qiáng)大的單片機(jī)可為您AT89S52 23 23 提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。有個引腳，外部雙向輸入輸出端口，同時內(nèi)含外中斷口，位可編程定時計(jì)數(shù)器，全雙工串行通信口，讀寫口線，可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的存儲器可有效地降低開發(fā)成本。隨著時代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，顯示技術(shù)也隨之不斷前進(jìn) 。從早期的發(fā)光二極管顯示到液晶顯示，從段碼式到點(diǎn)陣式再到圖形點(diǎn)陣式，其性能不斷提升，而成本卻日趨降低。 表 32液晶接口特性 管腳號 符號 功能 1 NC 背光輸入腳 2 NC 背光輸入腳 3 FG 框架 4 VSS 地 5 VDD 電源電壓 6 VEE 液晶電壓 7 WR 寫數(shù)據(jù) 8 RD 讀數(shù)據(jù) 9 CE 片選信號 10 C/D 寫命令 /寫數(shù)據(jù) 11 RST 讀命令 /讀數(shù)據(jù) 12~19 D0~D7 數(shù)據(jù)線 24 24 20 FS 字選線 模塊應(yīng)用特點(diǎn)： （ 1）本模塊可直接適配于 8080MPU 的接口信號。 （ 2）可以設(shè)置字符方式與圖形方式的合成顯示即字符顯示區(qū)的內(nèi)容和圖形顯示 區(qū)的內(nèi)容通過模式設(shè)置同時顯示在屏幕上、字符方式下的特征顯示以及可以像以那樣屏拷貝操作。 （ 3）允許 MPU 隨時訪問顯示緩沖區(qū)，甚至可以進(jìn)行位操作。 （ 4）顯示字符的字體點(diǎn)陣。 （ 5）對模塊的操作都要進(jìn)行狀態(tài)字的判別。 （ 6）復(fù)位信號將把行、列計(jì)數(shù)器和顯示寄存器清零，并且關(guān)顯示。復(fù)位后可用開。 （ 7）顯示指令完整地恢復(fù)顯示屏上原有的畫面內(nèi)容。每次上電后，有必要進(jìn) 行一次軟復(fù)位。顯示窗口長度 (列 )CL 己由硬件設(shè)置為 40(字符數(shù) )，即列數(shù)據(jù)傳輸個數(shù)的最大值 (超出屏幕部分不顯示 )。 （ 8）顯示窗口寬度行已由硬件設(shè)置為 128 行。 （ 9）本模塊內(nèi)建 128 種字符見附錄，并允許用戶在顯示緩沖區(qū)內(nèi)任意設(shè)置一個區(qū)域作為外擴(kuò)的字符發(fā)生器 CGRAM。 （ 10）顯示緩沖區(qū)可分為文本顯示區(qū)、圖形顯示區(qū)和 CGRAM 區(qū)。文本顯示區(qū)和圖形顯示區(qū)的起始地址 SAD 都對應(yīng)著顯示屏左上角位置的顯示位。在文本顯示區(qū)一個單元對應(yīng)屏上的一個字符位點(diǎn)陣在圖形顯示區(qū)一個單元則對應(yīng)屏上的點(diǎn)陣顯示位。 （ 11）光標(biāo)可在 字符方式下啟用，此時光標(biāo)與所在位的字符通過邏輯“或”顯示。 （ 12）本模塊的控制指令有的需要參數(shù)，參數(shù)的輸入在指令代碼輸入之前。 （ 13）文本特征方式只能用在文本模式中此時文本區(qū)和圖形區(qū)都必須打開。 通訊模塊的設(shè)計(jì) 串口通訊協(xié)議 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在開放系統(tǒng)互連標(biāo)準(zhǔn)中定義了各層次的網(wǎng)絡(luò)參考模型，它們分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。每一 25 25 層負(fù)責(zé)直接使用下層向它提供的服務(wù)，并完成自身的功能，然后向上層提供“增值”后的功能，即數(shù)據(jù)和控制信息從發(fā)送端各層由上至下傳送至 物理媒體，然后接收方再從下到上經(jīng)過各個層傳遞到達(dá)目的地，是七層參考模型不是通訊標(biāo)準(zhǔn)，它只給出一個不會由于技術(shù)發(fā)展而必須修改的穩(wěn)定模型，使有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議能在模型定義的范圍內(nèi)開發(fā)和相互配合。 串口通信數(shù)據(jù)量少，不需要很復(fù)雜的語法和語意表達(dá)，在端對端的情況下，路由選擇的問題比較簡單，因此僅僅選擇實(shí)現(xiàn)了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。接收時，物理層負(fù)責(zé)從串口的硬件緩沖區(qū)讀取或單片機(jī)端發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)鏈路層把物理層讀取來的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的邏輯關(guān)系拼裝成完整的命令，最后是應(yīng)用層來解釋執(zhí)行由數(shù)據(jù)鏈路層拼裝出來的命令，并做出響應(yīng) 。發(fā)送時，因?yàn)槲锢韺硬魂P(guān)心數(shù)據(jù)的語法和語義，因此不需要連接層的拼裝功能應(yīng)用層把數(shù)據(jù)直接發(fā)送給物理層。這樣采用分層處理的方法還有個好處是底層模塊獨(dú)立于高層消息處理，最大限度地降低軟件對硬件的依賴性，有利于軟件的重用和移植。另外，與不同硬件相關(guān)的驅(qū)動程序各自獨(dú)立，可單獨(dú)修改而互不影響。 串口通信的物理層是指用來執(zhí)行這種通信的硬件，包括數(shù)據(jù)線和控制線通常使用的是 RS232 通信協(xié)議。 RS232 標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)聯(lián)合會與等 BELL 公司一起開發(fā)與 1969 年公布的通信協(xié)議。它適合數(shù)據(jù)傳輸速率在 020bit/s 范圍內(nèi)的通信。 RS232 幾個優(yōu)點(diǎn)： (1)RS232 應(yīng)用范圍廣泛。每一臺 PC 都有一個或多個 RS232 端口。史新的計(jì)算機(jī)現(xiàn)在支持其他諸如 USB 這樣的串行接日，但是 RS232 可以做很多 USB 無法進(jìn)行的工作 。 (2)在微控制器中，接口芯片使得一個 5V 串口轉(zhuǎn)換成 RS232 變得非常容易。連接距離可以達(dá) 50100 英尺 (1530 米 )。而 USB 連接最長可以達(dá) 16 英尺 (約 米 )。 (3)對于雙向連接，只需 3 條導(dǎo)線。而并行連接一般需要 8 條數(shù)據(jù)線、兩條或者更多的控制信號線和幾條接地線。 串行通信的連接層 (即數(shù)據(jù)鏈路 層 )是一種低級的通信協(xié)議，該協(xié)議利用發(fā)送和接收特殊的控制字符以確保信息可靠地發(fā)送和接收，串行通信協(xié)議分異步協(xié)議 26 26 和同步協(xié)議。其中同步協(xié)議又分為 :面向字符的同步通信協(xié)議和面向比特的通信協(xié)議。同步通信協(xié)議是指將許多字符組成一個信息組，這樣字符可以一個接一個地傳輸，但是在每組信息 (通常稱為幀 )的開始要加上同步字符，在沒有信息要傳輸時，要填上空字符，因?yàn)橥絺鬏敳辉试S有間隙。在同步傳輸過程中，一個字符可以對應(yīng) 58位。當(dāng)然，對同一個傳輸過程，所有字符對應(yīng)同樣的數(shù)位，比如說 n 位。這樣，傳輸時，按每 n 位劃分為一個時間片， 發(fā)送端在一個時間片中發(fā)送一個字符，接收端則在一個時間片中接收一個字符。同步傳輸時，一個信息幀中包含許多字符，每個信息幀用同步字符作為開始，一般將同步字符和空字符用同一個代碼。在整個系統(tǒng)中，由一個統(tǒng)一的時鐘控制發(fā)送端的發(fā)送和空字符用同一個代碼。接收端當(dāng)然是應(yīng)該能識別同步字符的，當(dāng)檢測到有一串?dāng)?shù)位和同步字符相匹配時，就認(rèn)為開始一個信息幀，于是，把此后的數(shù)位作為實(shí)際傳輸信息來處理。 異步通信和同步通信的比較 : （ 1）異步通信簡單，雙方時鐘可允許一定誤差。同步通信較復(fù)雜，雙方時鐘的允許誤差較小。 （ 2）異步通信只適 用于點(diǎn)對點(diǎn)，同步通信可用于對多。 （ 3）通信效率異步通信低，同步通信高。 異步通信協(xié)議主要是指起止式異步協(xié)議。起止式異步協(xié)議的特點(diǎn)是一個字符接一個字符傳輸，并且傳送一個字符總是以起始位開始，字符之間沒有固定的時間間隔要求， 間間隔要求，因?yàn)檫@種格式是靠起始位和停止位來實(shí)現(xiàn)字符的界定或同步的，故稱為起始式協(xié)議。傳送時，數(shù)據(jù)的低位在前，高位在后。 起 /止位的作用 : 起始位實(shí)際上是作為聯(lián)絡(luò)信號附加進(jìn)來的，當(dāng)它變?yōu)榈碗娖綍r，告訴收方傳送開始。它的到來，表示下面接著是數(shù)據(jù)位來了，要準(zhǔn)備接收。而停止位標(biāo)志一個字符的結(jié)束， 它的出現(xiàn)，表示一個字符傳送完畢。這樣就為通信雙方提供了何時開始收發(fā)，何時結(jié)束的標(biāo)志。傳送開始前，發(fā)收雙方把所采用的起止式格式 (包括字符的數(shù)據(jù)位長度，停止位位數(shù)，有無校驗(yàn)位以及是奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)等 )和數(shù)據(jù)傳輸速率作統(tǒng)一規(guī)定。傳送開始后，接收設(shè)備不斷地檢測傳輸線，看是否有起始位到來。當(dāng)收到系列的“ 1” (停止位或空閑位 )之后，檢測到一個下跳沿， 27 27 說明起始位出現(xiàn)，起始位經(jīng)確認(rèn)后，就開始接收所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位以及停止位。經(jīng)過處理將停止位去掉，把數(shù)據(jù)位拼裝成一個并行字節(jié)，并且經(jīng)校驗(yàn)后，無奇偶錯才算正確的接收一個字 符。一個字符接收完畢，接收設(shè)備有繼續(xù)測試傳輸線，監(jiān)視 “0”電平的到來和下一個字符的開始，直到全部數(shù)據(jù)傳送完畢。 由上述工作過程可看到，異步通信是按字符傳輸?shù)模總鬏斠粋€字符，就用起始位來通知收方，以此來重新核對收發(fā)雙方同步。若接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備兩者的時鐘頻率略有偏差，這也不會因偏差的累積而導(dǎo)致錯位，加之字符之間的空閑位也為這種偏差提供一種緩沖，所以異步串行通信的可靠性高。但由于要在每個字符的前后加上起始位和停止位這樣一些附加位，使得傳輸效率變低了，只有約80%。 通訊模塊與單片機(jī)的接口電路 MAX232 與單片機(jī)的典型接口電路如圖 36 所示，其中電容 C40 C40 C40C404 與 232 芯片共同構(gòu)成一組倍壓電路為芯片提供 232 驅(qū)動電壓。本系統(tǒng)只用一組轉(zhuǎn)換電路即可，芯片的 9 腳和 10 腳分別于單片機(jī)的 RXD，和 TXD 連接，信號滿足 TTL 電平信號標(biāo)準(zhǔn)， 7 腳和 8 腳連接到 DB9 接口的 3 腳與 2 腳， DB9 的 5腳與系統(tǒng)的數(shù)字信號地連接。通過此連接系統(tǒng)可以完成與外界的通訊。 圖 36 MAX232 與單片機(jī)的典型 接口電路 28 28 電磁閥驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì) 驅(qū)動模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)輸出與電磁閥的接口電路。電磁閥 6013 為微型電磁閥，直動式常閉型。系統(tǒng)上電時處于閉合狀態(tài)，當(dāng)接收到控制信號時， PB0 為高電平，三級管導(dǎo)通， 24V 電壓加到電磁閥上，電磁閥處于開通狀態(tài)。當(dāng)控制信號 PB0 為低電平時，三級管截止，電磁閥關(guān)閉。但是由于電磁閥屬于感性負(fù)載會在關(guān)閉的瞬間在 2腳處產(chǎn)生一個很高的沖擊電壓，容易擊穿三級管，所以加入一個反向續(xù)流二極管。其目的主要是為了保護(hù)三級管腳。 系統(tǒng)需要輸出控制得電磁閥一共有 三個，其他連個的連接電路與工作原理與上面電 路類同，不再詳細(xì)敘述。 電源模塊的設(shè)計(jì) 電源電路是一個系統(tǒng)的核心，是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件。開關(guān)電源的穩(wěn)壓精度高，但是只能穩(wěn)定一路電壓。本系統(tǒng)的信號處理電路和各種驅(qū)動電路需要多組直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)供電。固單純的選開關(guān)電源既不經(jīng)濟(jì)也無法滿足系統(tǒng)的要求。所以本系統(tǒng)采用多組三端穩(wěn)壓構(gòu)成穩(wěn)壓電路輸出。 系統(tǒng)電源模塊的原理圖如圖所示，系統(tǒng)共需要直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)供電。為+24V 電磁閥提供驅(qū)動電壓、 12/+12V 電源為數(shù)據(jù)處理電路的運(yùn)算放大器供電電源、 +5V 主要 為單片機(jī)及所有外圍設(shè)備供電、 15V 電源為液晶提供驅(qū)動電壓。 電網(wǎng)電壓經(jīng)過變壓器與橋式整流電路后變成直流電。在經(jīng)過一個有極性電容和一個無極性電容后濾去低頻和高頻諧波分量在穩(wěn)壓塊的輸入端產(chǎn)生一個基本穩(wěn)定的電壓。經(jīng)過穩(wěn)壓塊后產(chǎn)生一個穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓塊的輸入端滿足在電網(wǎng)電壓下降至最低時還至少比輸出端的電壓高。由于和一所提供的負(fù)載電流很低所以可以直接將其連接到穩(wěn)壓塊和一穩(wěn)壓塊的后端，節(jié)省了變壓器副端的輸出。 29 29 Q1N P NQ2N P ND 2 0 1I N 4 1 4 8D 2 0 2I N 4 1 4 8V C C V C C12L I N E I NK 3 0 1J1K 3 0 2J2T1AC1V+2AC3V4B R I D G E 2R 3 0 32 0 0R 3 0 21 0 0R 3 0 31 0 0U35V5V2 4 V2 4 V 圖 37 系統(tǒng)電源模塊的原理 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。按照原理框圖劃分為若 干子功能塊，在壓力信號采集電路中詳細(xì)的介紹了壓力變送器的選取原則和位的使用，單片機(jī)用兩個輸入輸出口線來虛擬總線中的、通過控制總線的高低電平來完成數(shù)據(jù)的讀寫，A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出以串行方式讀入單片機(jī)，克服了單片機(jī)口線不足的缺點(diǎn)在溫度信號采集電路中詳細(xì)介紹了鉑電阻測溫電路的特點(diǎn)，三線制測量可以有效消除導(dǎo)線電阻對測溫電路的影響，加法器電路可以提高溫度信號的輸出電壓，解決了習(xí)轉(zhuǎn)換器輸入電壓在零點(diǎn)不精確的問題顯示電路中，圖形點(diǎn)陣式液晶的選取是本系統(tǒng)的特色，系統(tǒng)的測量界面可以以漢字形式輸