【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(jí)07機(jī)電（五）。指導(dǎo)教師職稱助教

　　

【正文】 V C CV C CS 10 1R 10 11 0K溫度壓力信號(hào)溫度壓力信號(hào)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(hào)直接采用存儲(chǔ)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(hào)，液晶顯示模塊 RST，掛在正負(fù) 5 上。 CE、 C/D 信號(hào)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(chǔ)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(shí) 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(shí) 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(duì)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(dòng)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(chǔ)器和的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(gè)引腳，外部雙向輸入輸出端口，同時(shí)內(nèi)含外中斷口，位可編程定時(shí)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(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。隨著時(shí)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(hào) 符號(hào) 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(hào) 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(hào)。 （ 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(shí)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(shí)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(duì)模塊的操作都要進(jìn)行狀態(tài)字的判別。 （ 6）復(fù)位信號(hào)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(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)著顯示屏左上角位置的顯示位。在文本顯示區(qū)一個(gè)單元對(duì)應(yīng)屏上的一個(gè)字符位點(diǎn)陣在圖形顯示區(qū)一個(gè)單元?jiǎng)t對(duì)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(shí)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(shí)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(huì)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(gè)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(gè)不會(huì)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(duì)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(shí)，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(shí)，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(gè)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(duì)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(dòng)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(huì)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(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)RS232 應(yīng)用范圍廣泛。每一臺(tái) PC 都有一個(gè)或多個(gè) 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(gè) 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(duì)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(hào)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(jí)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(gè)信息組，這樣字符可以一個(gè)接一個(gè)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(shí)，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(gè)字符可以對(duì)應(yīng) 58位。當(dāng)然，對(duì)同一個(gè)傳輸過程，所有字符對(duì)應(yīng)同樣的數(shù)位，比如說 n 位。這樣，傳輸時(shí)，按每 n位劃分為一個(gè)時(shí)間片， 發(fā)送端在一個(gè)時(shí)間片中發(fā)送一個(gè)字符，接收端則在一個(gè)時(shí)間片中接收一個(gè)字符。同步傳輸時(shí)，一個(gè)信息幀中包含許多字符，每個(gè)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(gè)代碼。在整個(gè)系統(tǒng)中，由一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘控制發(fā)送端的發(fā)送和空字符用同一個(gè)代碼。接收端當(dāng)然是應(yīng)該能識(shí)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(shí)，就認(rèn)為開始一個(gè)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(shí)鐘可允許一定誤差。同步通信較復(fù)雜，雙方時(shí)鐘的允許誤差較小。 （ 2）異步通信只適 用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，同步通信可用于對(duì)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(gè)字符接一個(gè)字符傳輸，并且傳送一個(gè)字符總是以起始位開始，字符之間沒有固定的時(shí)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(shí)，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(hào)附加進(jìn)來的，當(dāng)它變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，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(gè)字符的結(jié)束， 它的出現(xiàn)，表示一個(gè)字符傳送完畢。這樣就為通信雙方提供了何時(shí)開始收發(fā)，何時(shí)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(gè)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(gè)并行字節(jié)，并且經(jīng)校驗(yàn)后，無奇偶錯(cuò)才算正確的接收一個(gè)字 符。一個(gè)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(gè)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)?，每傳輸一個(gè)字符，就用起始位來通知收方，以此來重新核對(duì)收發(fā)雙方同步。若接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備兩者的時(shí)鐘頻率略有偏差，這也不會(huì)因偏差的累積而導(dǎo)致錯(cuò)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(gè)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(dòng)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(hào)滿足 TTL 電平信號(hào)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(hào)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(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng)式常閉型。系統(tǒng)上電時(shí)處于閉合狀態(tài)，當(dāng)接收到控制信號(hào)時(shí)， PB0 為高電平，三級(jí)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(hào) PB0 為低電平時(shí)，三級(jí)管截止，電磁閥關(guān)閉。但是由于電磁閥屬于感性負(fù)載會(huì)在關(guān)閉的瞬間在 2 腳處產(chǎn)生一個(gè)很高的沖擊電壓，容易擊穿三級(jí)管，所以加入一個(gè)反向續(xù)流二極管。其目的主要是為了保護(hù)三級(jí)管腳。 系統(tǒng)需要輸出控制得電磁閥一共有 三個(gè)，其他連個(gè)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(gè)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(hào)處理電路和各種驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)有極性電容和一個(gè)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(gè)基本穩(wěn)定的電壓。經(jīng)過穩(wěn)壓塊后產(chǎn)生一個(gè)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(shí)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(hào)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(gè)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(hào)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(duì)測溫電路的影響，加法器電路可以提高溫度信號(hào)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出，但漢字字符碼占用了大量的存儲(chǔ) 器，