【正文】 象、更加快速精良的圖形可視、更廣博的數(shù)學(xué)和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應(yīng)用開發(fā)工具。Laboratory）之意。 RS狀態(tài)標(biāo)志及含義RS位電阻典型值00無無01R12KΩ10R24KΩ11R38KΩ第5章 系統(tǒng)軟件仿真 系統(tǒng)仿真軟件相關(guān)介紹 MATLAB簡介我們最終處理的對象是時(shí)間數(shù)據(jù)或狀態(tài)數(shù)據(jù)，在獲取數(shù)據(jù)時(shí)，首先寫入地址，然后讀取數(shù)據(jù)；寫入數(shù)據(jù)時(shí)，先寫入地址，再輸出數(shù)據(jù)。無論是讀還是寫，二者結(jié)構(gòu)類似。地址、數(shù)據(jù)的寫操作流程是相同的。圖44 通訊檢測流程圖 時(shí)間模塊軟件設(shè)計(jì)DS1302內(nèi)部寄存器的定義直接影響著軟件的設(shè)計(jì)，大概可分為時(shí)間控制寄存器和內(nèi)部RAM寄存器。發(fā)送的過程：置E為1，使系統(tǒng)處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)；將數(shù)據(jù)寫入串行通信緩沖區(qū)SBUF；等待，直到發(fā)送完畢，將E清0，返回接收狀態(tài)。 通信協(xié)議上位機(jī)命令控制字含義下位機(jī)命令控制字含義0x00請求聯(lián)機(jī)檢測0xF0響應(yīng)聯(lián)機(jī)檢測成功0x01讀系統(tǒng)時(shí)間0xF1響應(yīng)寫時(shí)間指令，發(fā)送7字節(jié)時(shí)間數(shù)據(jù)0x02設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間0xF2響應(yīng)度時(shí)間指令，接收7字節(jié)時(shí)間數(shù)據(jù)0x03讀當(dāng)前壓力值0xF3響應(yīng)讀當(dāng)前壓力指令，發(fā)送1字節(jié)壓力數(shù)據(jù)0x04讀記錄數(shù)據(jù)0xF4響應(yīng)讀記錄數(shù)據(jù)指令，發(fā)送2字節(jié)數(shù)據(jù)量及相應(yīng)數(shù)據(jù)0x05讀壓力上下限0xF5響應(yīng)讀壓力上下限指令，發(fā)送2字節(jié)壓力上下限數(shù)據(jù)0x06設(shè)置壓力上下限0xF6響應(yīng)設(shè)置壓力上下限指令，接收2字節(jié)壓力上下限數(shù)據(jù)0x07讀當(dāng)前壓力及電機(jī)狀態(tài)0xF7響應(yīng)讀當(dāng)前壓力及電機(jī)狀態(tài)指令，發(fā)送2字節(jié)壓力數(shù)據(jù)及電機(jī)狀態(tài)②通信模塊的控制該模塊在控制上設(shè)計(jì)兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)是發(fā)送函數(shù)，另一個(gè)是接收函數(shù)。傳送以字節(jié)為單位，發(fā)送命令與數(shù)據(jù)。圖43 查詢式鍵盤的程序流程圖 通信協(xié)議及通信模塊軟件設(shè)計(jì)①通信協(xié)議為了使PC上位機(jī)與設(shè)備實(shí)現(xiàn)有意義的通信，設(shè)計(jì)了簡單的通信協(xié)議。為了通過LCD直觀顯示壓力，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的思路如下：圖42 ADC0809的工作流程圖 按鍵部分軟件設(shè)計(jì)由于使用的按鍵較少，所以本文采用了獨(dú)立式鍵盤，即每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根口線。對于ADC0809的工作流程，[18]。對8位A/D轉(zhuǎn)換器而言，其十六進(jìn)制、相對滿偏電壓比率、： A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對照表十六進(jìn)制二進(jìn)制滿刻度比率相對電壓幅值Vref=高四位低四位高四位電壓低四位電壓F111115/1615/256E111014/1614/256D110113/1613/256C110012/1612/256B101111/1611/256A101010/1610/256910019/169/256010008/168/256701117/167/256601106/166/256501015/165/256401004/164/256300113/163/256200102/162/256100011/161/256000000/160/256設(shè)輸入8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)為，的商即為以分米為單位的壓力數(shù)據(jù)，余數(shù)為以厘米為單位的數(shù)據(jù)，由于顯示位數(shù)僅為2位，最低位為分米，固使用“二舍三入”的辦法保留分米單位的整數(shù)倍數(shù)據(jù)。具體分為以下幾個(gè)模塊列表描述。主程序流程圖如圖41所示。本設(shè)計(jì)使用KEIL C51 μVision4為開發(fā)編譯環(huán)境，使用C語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)各模塊功能設(shè)計(jì)。用C語言進(jìn)行51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。然而匯編語言指令卻有程序的可讀性低，程序開發(fā)人員的開發(fā)時(shí)間長與開發(fā)難度大，程序移植性差等缺點(diǎn)。同時(shí)把該狀態(tài)下事先保存的參數(shù)取出，對系統(tǒng)外圍設(shè)備進(jìn)行必要的恢復(fù)設(shè)置工作和引導(dǎo)程序繼續(xù)運(yùn)行。其設(shè)計(jì)如圖311所示[16]。其次，在大多數(shù)情況下，我們總可以把一個(gè)連續(xù)的過程分解開來，把它變成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的子過程（狀態(tài)）組成的連續(xù)過程。因此一般情況下在這兩種啟動方式下，系統(tǒng)程序在進(jìn)入主流程在進(jìn)入主流程前所要做的工作往往不同。需要引起注意的是，整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)完成復(fù)位后，在PC指針的指針下整個(gè)程序?qū)?000H地址處重新開始初始化運(yùn)行，而這在很多情況下是不允許的（如連續(xù)的工藝流程），為此必須采取相應(yīng)的措施。引起MAX831L產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖。程序正常運(yùn)行時(shí)，以消除芯片內(nèi)部的看門狗定時(shí)器。電源正常時(shí)。該電路可以適時(shí)地監(jiān)控電源故障（掉電、電壓降低等）。同時(shí)使看門狗定時(shí)器清0和使腳變成高電平。本設(shè)計(jì)利用了MAX831L的手動復(fù)位輸入端。當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，在小于定時(shí)時(shí)間隔內(nèi)，單片機(jī)輸出一信號刷新定時(shí)器，定時(shí)器處于不斷的重新定時(shí)過程，因此看門狗電路就不會產(chǎn)生復(fù)位信號或中斷信號，反之，當(dāng)程序因出現(xiàn)干擾而“跑飛”時(shí)，單片機(jī)不能刷新定時(shí)器，產(chǎn)生復(fù)位信號或產(chǎn)生中斷信號使單片機(jī)復(fù)位或中斷，在中斷程序中使其返回到起始程序，恢復(fù)正常。按鍵設(shè)計(jì)如圖310所示。鍵盤工作方式的選取原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又要不過多占用單片機(jī)的工作時(shí)間?？紤]到本設(shè)計(jì)實(shí)際需要的按鍵較少，故采用獨(dú)立式鍵盤接口電路即可。圖39顯示模塊②按鍵設(shè)計(jì)：因?yàn)槌跗鲏毫刂葡到y(tǒng)目的之一是減少人工勞動的繁瑣，基本上是全自動運(yùn)行，不需要過多的人工控制，所以設(shè)計(jì)按鍵較少。考慮到液晶屏有可能損壞，本文將液晶屏連接接頭做成插頭形式，方便更換與維護(hù)。該點(diǎn)陣的成本相對較低，適用于各類儀器，小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域。其設(shè)計(jì)圖如圖38所示。，典型值為5V,，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。用LM7812三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。滿足設(shè)計(jì)全局的供電需求。然后將此脈動直流電壓進(jìn)行濾波處理，即通過電容將脈動直流電壓的文波減小或者消除，此時(shí)電壓基本穩(wěn)定，再通過穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定輸出電壓。采用變壓器，將市電220V/50Hz變?yōu)?5V/50Hz的交流電，然后通過整流電路，將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。本設(shè)計(jì)中電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。線性穩(wěn)壓直流電源的特點(diǎn)是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較?。还ぷ鳟a(chǎn)生的噪聲低：效率較低，產(chǎn)生的熱量大。 線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。假設(shè)高電平復(fù)位有效，舍去充放過程中較低的電平，~1ms，RC計(jì)算公式為：； （35）；這里我們?nèi)〗?jīng)驗(yàn)值電容為，電容為。②復(fù)位電路RC計(jì)算：單片機(jī)復(fù)位電路可以正常引導(dǎo)單片機(jī)到正確的程序執(zhí)行位置，復(fù)位電路不正常會導(dǎo)致程序錯亂甚至不能運(yùn)行。為了方便我們編程以及定時(shí)的準(zhǔn)確性，我們采用12MHz晶振作為單片機(jī)的晶振源。機(jī)器周期定義為實(shí)現(xiàn)特定功能所需的時(shí)間，對于此款單片機(jī)來說，機(jī)器周期由十二個(gè)時(shí)鐘周期T構(gòu)成。最常用的尺度包括時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期。圖37 單片機(jī)最小系統(tǒng)對于單片機(jī)最小系統(tǒng)的各個(gè)部分，都有相應(yīng)的電容電阻等的元件，選擇正確的阻值大小與電容大小是單片機(jī)最小系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。復(fù)位電路采用常用的按鍵復(fù)位。單片機(jī)最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。~，完全能夠滿足控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 主控模塊設(shè)計(jì)主控模塊即是整個(gè)系統(tǒng)的控制與主要數(shù)據(jù)運(yùn)算單元。這種工作方式的基本特點(diǎn)是任何一個(gè)端口可以作為輸入口，也可以作為輸出口，各個(gè)端口之間沒有規(guī)定的必然聯(lián)系。4圖36 8255擴(kuò)口8255A有三種工作方式，分別是方式0：基本輸入輸出方式；方式1：選通輸入輸出方式；方式2：雙向輸入輸出方式。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口，每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。PB0～PB7：端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器，一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。PA0～PA7：端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。下面簡單介紹一下8255的各個(gè)接口功能。具有3個(gè)通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。 單片機(jī)接口擴(kuò)展因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中有鍵盤輸入控制與顯示器等設(shè)備，而單片機(jī)接口數(shù)量有限，為解決這一問題，我們選擇常見的可編程并行I/O接口芯片8255。根據(jù)DS1302的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)電路如圖35所示[10]。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥，RST必須保持低電平。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳輸。本設(shè)計(jì)中直接把芯片的2腳接高電平，由其給芯片供電。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中電壓較大者供電。DS1302中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。DS1302因其較小的體積，占用I/O口資源少等特點(diǎn)，是常用的時(shí)間芯片。整個(gè)USB轉(zhuǎn)串口線不需要外接電源，直接使用USB供電即可。其中MAX232通信原理圖如圖34所示[9]。USB設(shè)計(jì)采用器件MAX232來實(shí)現(xiàn)。目前單片機(jī)與上位機(jī)通訊采用兩種方式，一種是常見的USB接口；第二種是采用美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口解決方案。本設(shè)計(jì)當(dāng)中的單片機(jī)DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接如圖33所示[8]。本設(shè)計(jì)采用了單緩沖的工作方式，輸入寄存器和DAC寄存器共用一個(gè)地址，同時(shí)選通輸出，輸入數(shù)據(jù)在控制信號作用下，直接進(jìn)入DAC寄存器中。DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。這里我們采用DAC0832。圖32 ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器②數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。片選信號由單片機(jī)輸出給8255，從而接受ADC0809的數(shù)據(jù)或向其發(fā)送數(shù)據(jù)。量化間隔： （31）絕對量化誤差： （32）相對量化誤差： （33）在壓力傳感器誤差與參考電壓誤差不大的情況下，ADC0809是完全滿足設(shè)計(jì)誤差要求的[7]。ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0~5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。除此之外，各種不同型號的芯片可能還會有一些其他各不相同的控制信號端。是將連續(xù)的模擬量（如象元的灰階、電壓、電流等）通過取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示[4]。通過差壓變送器采樣來自除氧器內(nèi)的壓力，配合壓力傳感器的壓力補(bǔ)償，將數(shù)據(jù)傳送回單片機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算，發(fā)出控制信號，控制調(diào)節(jié)閥。基于單片機(jī)的除氧器壓力控制系統(tǒng)有單片機(jī)、調(diào)節(jié)閥、差壓變送器、上位機(jī)等構(gòu)成。在方案二中，當(dāng)除氧器內(nèi)的實(shí)際壓力和水溫都在不斷變化時(shí)，單片機(jī)輸出的調(diào)節(jié)信號也會發(fā)生相應(yīng)變化，調(diào)節(jié)閥接到信號后也會自動變化，控制除氧器給水水量的大小，從而實(shí)現(xiàn)除氧器內(nèi)壓力穩(wěn)定的目的。所以當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在不同狀態(tài)時(shí)時(shí)，除氧器內(nèi)的壓力會隨著溫度和當(dāng)前壓力的變化而變化。由于除氧原理多采用加熱式除氧，所以計(jì)算實(shí)際壓力值時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到水溫變化與當(dāng)前壓力的變化，所以要對實(shí)際壓力值進(jìn)行一定的補(bǔ)償計(jì)算[3]。本方案就通過控制檢測壓力即測量壓力，并通過PID運(yùn)算等控制系統(tǒng)輸出，從而實(shí)現(xiàn)壓力的控制。數(shù)據(jù)處理部分主要完成PID運(yùn)算和數(shù)據(jù)運(yùn)算功能，而人機(jī)交互部分用來顯示除氧器運(yùn)行狀態(tài)和相應(yīng)的按鍵控制。信號采集部分則用于采集壓力等相關(guān)參量。根據(jù)上面對系統(tǒng)任務(wù)的簡單描述，將系統(tǒng)功能進(jìn)行細(xì)分，此系統(tǒng)從整體看可以分為五部分：調(diào)節(jié)閥控制部分，信號采集部分，通信部分，數(shù)據(jù)處理部分，人機(jī)交互部分。（6）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)按鈕，在系統(tǒng)啟動之前進(jìn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn)，確保系統(tǒng)可以正常運(yùn)行及報(bào)警。（4）設(shè)計(jì)消除報(bào)警按鈕，當(dāng)有報(bào)警時(shí)操作人員在知道的情況下可以按下消除報(bào)警并去做相應(yīng)的處理工作。（2）當(dāng)除氧器內(nèi)壓力高于控制壓力值時(shí)，停止對除氧器內(nèi)進(jìn)行加水。系統(tǒng)的硬件部分包括以下幾個(gè)部分：單片機(jī)作為核心控制器、壓力采集部分、鍵盤顯示部分、A/D變換部分、報(bào)警部分、壓力控制等部分組成。本課題的研究對象為除氧器的壓力，對其壓力進(jìn)行控制。未來單片機(jī)技術(shù)將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、外圍電路內(nèi)裝化及片內(nèi)儲存器容量增加的方向發(fā)展。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。由于給水流量較小時(shí)除氧器壓力受其影響變化的擾動也就很小，因此采用單沖量系統(tǒng)既滿足調(diào)節(jié)品質(zhì)的要求，又可以減小整個(gè)給誰全程調(diào)節(jié)的參數(shù)的整定[1]。除氧器工作在給水流量較小時(shí)，單沖量