【正文】 手段。根據(jù)電路設(shè)計規(guī)范和AT89S52芯片手冊，設(shè)計時鐘電路與復(fù)位電路如圖32：圖32 復(fù)位電路及時鐘電路圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號RST連接單片機RST引腳，具有上電復(fù)位與手動復(fù)位的功能；XTAL1與XTAL2連接單片機XTAL1和XTAL2引腳，且并聯(lián)兩個30pF匹配電容使晶振起振。要使單片機按照設(shè)計要求正常工作，完整單片機最基本的工作要求，考慮到系統(tǒng)無需精確地定時功能，且為了方便串口通信波特率的計算。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。FLASH存儲器編程時，該引腳加上＋12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。PSEN——程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。表31 端口引腳第二功能端口號第二功能RXD（串行輸入口)TXD(串行輸出口)INTO(外中斷0)INT1(外中斷1)TO(定時/計數(shù)器0)T1(定時/計數(shù)器1)WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2口送出高八位地址。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此外，（）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如下所示：l 在FLASH編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。程序校驗時，需要外部上拉電阻。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。圖31 AT89S52引腳及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。根據(jù)以上的參數(shù)，結(jié)合設(shè)計的演示性，選用額定工作電壓120VAC/24VDC，工作電流3A，控制電壓5VDC的小型繼電器。是指繼電器允許加載的電壓和電流。這時的電流遠遠小于吸合電流。是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。而對于線圈所加的工作電壓，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)：1) 額定工作電壓。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。 電機控制模塊設(shè)計方案由于設(shè)計中沒有規(guī)定水泵電機的參數(shù)規(guī)格，而且不同型號的水泵參數(shù)不盡相同，電氣參數(shù)的不同使得在電路上的設(shè)計差異較大，因此在此僅作理論演示。采用單一電源＋5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。PC機作為上位機，一般情況下帶有RS232C通信接口，鑒于RS485接口的優(yōu)點與系統(tǒng)實際工作環(huán)境的需要，系統(tǒng)采用RS485接口標(biāo)準(zhǔn)，使用RS232/RS485轉(zhuǎn)換器與PC機連接進行通信。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。4) RS485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實際上可達3000米，另外RS232C接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，即單站能力。2) RS485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。區(qū)別于RS232，RS485的特性包括：1) RS485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為＋（2~6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為－（2~6）V表示。RS232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIARS232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA（Electronic Industry Association）代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS（Emeded Standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。不同設(shè)備間串口通信的過程中，需要采用相同的的接口標(biāo)準(zhǔn)才能通信。 通信模塊設(shè)計方案AT89S52單片機內(nèi)部有一個全雙工異步串行I/O接口。ADC0804是單路8位逐次比較型雙極性輸入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間小于。5) 滿刻度誤差滿度輸出時對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號值之差。有的轉(zhuǎn)換器提供了不同量程的引腳，只有正確使用，才能保證轉(zhuǎn)換精度。4) A/D轉(zhuǎn)換器量程A/D轉(zhuǎn)換時需要的是雙極性的，有時是單極性的。對于其他模擬信號一般都要加采樣保持器。對一般的單片機而言，要在采樣時間內(nèi)完成A/D轉(zhuǎn)換以外的工作，如讀數(shù)據(jù)、再啟動、存數(shù)據(jù)、循環(huán)計數(shù)等已經(jīng)比較困難了。根據(jù)采樣定理和實際需要，一個周期的波形需采10個樣點，那么這樣的A/D轉(zhuǎn)換器最高也只有處理頻率為1KHz的模擬信號。確定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率時，應(yīng)考慮系統(tǒng)的采樣速率。2) A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率A/D轉(zhuǎn)換器從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出穩(wěn)定的數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時間。目前，%~%，故A/% ~ %即可，相應(yīng)的二進制碼為10~11位，加上符號位，即為11~12位。A/D轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)與測量裝置的精度相匹配。因此，取10位或11位是合適的。一般把8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器歸為低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，9~12位的稱為中分辨率轉(zhuǎn)換器，13位以上的稱為高分辨率轉(zhuǎn)換器。從靜態(tài)精度方面來說，要考慮輸入信號的原始誤差傳遞到輸出所產(chǎn)生的誤差，它是模擬信號數(shù)字化時產(chǎn)生誤差的主要部分?；旧?，可以根據(jù)以下幾個方面的指標(biāo)選擇一個A/D器件。A/D轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異，在設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，首先碰到的就是如何選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器以滿足系統(tǒng)設(shè)計要求的問題。 綜上所述，選用DS1302時間芯片完全滿足設(shè)計的需求。l 與DS1202兼容。l 與TTL兼容Vcc=5V。l 8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝。l ，小于300nA。l 串行I/O口方式使得管腳數(shù)量最少。下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合：l 實時時鐘具有能計算2100年之前的秒、分、時、日期、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。DS1302是由DS1202改進而來，增加了以下的特性雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1為可編程涓流充電電源，附加七個字節(jié)存儲器。時鐘/RAM的讀、寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日期、日、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式。目前市場上的時鐘芯片很多，如DS1302/DS1307/HT1380/HT1381/PCF8563等。為節(jié)省CPU的工作時間，且由于RAM存儲速度快、使用方便等特點，從而可以忽略了RAM掉電數(shù)據(jù)丟失的缺點。因此選用32K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，可以記錄大于5000項記錄點數(shù)據(jù)，考慮到水箱上水與耗水的頻繁程度不高，5000項數(shù)據(jù)已基本滿足后期數(shù)據(jù)處理的需求。鑒于系統(tǒng)的復(fù)雜程度，暫時不考慮使用FLASH作為存儲單元?？梢钥闯鯮OM的存儲復(fù)雜，不適宜實時系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲。NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。NOR的特點是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place)，這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。這區(qū)區(qū)8個I/O端口只能以信號輪流傳送的方式完成數(shù)據(jù)的傳送，速度要比NOR閃存的并行傳輸模式慢得多。NAND閃存的存儲單元則采用串行結(jié)構(gòu)，存儲單元的讀寫是以頁和塊為單位來進行（一頁包含若干字節(jié)，若干頁則組成儲存塊，NAND的存儲塊大小為8到32KB），這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點在于容量可以做得很大，超過512MB容量的NAND產(chǎn)品相當(dāng)普遍， NAND閃存的成本較低，有利于大規(guī)模普及。閃存則是一種不揮發(fā)性（NonVolatile）內(nèi)存，在沒有電流供應(yīng)的條件下也能夠長久地保持數(shù)據(jù)，其存儲特性相當(dāng)于硬盤，這項特性正是閃存得以成為各類便攜型數(shù)字設(shè)備的存儲介質(zhì)的基礎(chǔ)。ROM通常指固化存儲器（一次寫入，反復(fù)讀?。?，它的特點與RAM相反。RAM是存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器。 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計方案使用AT89S52內(nèi)部256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器記錄數(shù)據(jù)是遠遠不夠的，因而需要擴展數(shù)據(jù)存儲器進行數(shù)據(jù)存儲。高位顯示米單位，低位顯示分米單位，且高位小數(shù)點常亮。為了解決靜態(tài)顯示占用I/O口資源的缺點，在軟件上采用壓縮BCD碼輸出顯示數(shù)據(jù)，硬件上使用一個8位鎖存器74LS273與兩個BCD數(shù)碼顯示譯碼驅(qū)動芯片74LS47連接，減少對系統(tǒng)資源的占用時間。但靜態(tài)顯示也有其缺點，主要是占用I/O口資源較多，硬件成本較高。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，LED顯示器的現(xiàn)實方法有兩種：靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法。系統(tǒng)中，要求測量范圍≤5m，測量精度為10%，假設(shè)測量范圍為5m，在10%精度的要求下，其測量的有效值為5*10%=。考慮到本設(shè)計實際需要的按鍵較少，故采用獨立式鍵盤接口電路即可。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS工藝的8位微控制器，具有8K在線系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用4路8位I/O接口即可滿足設(shè)計要求；系統(tǒng)中需要擴展外部存儲器對數(shù)據(jù)進行存儲，數(shù)據(jù)存儲量為32KB已滿足要求，因此采用16位或準(zhǔn)16位地址總線的單片機即可滿足設(shè)計需要；由于是實驗階段，采用DIP（雙列直插）封裝的芯片便于實驗，暫不考慮實際工業(yè)控制中的對外界環(huán)境的具體要求；系統(tǒng)采用AC220V供電，且對功耗沒有具體要求，使用DC5V為芯片供電，便于系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計；芯片支持ISP可節(jié)省仿真器的投入。15) 和其他外設(shè)芯片放在一起的綜合考慮。13) 資料盡量豐富。11) 仿真器。9) 價格。例如設(shè)計電視機遙控器，2節(jié)干電池供電,~。6) 功耗。4) 封裝：DIP（雙列直插）,PLCC（PLCC有對應(yīng)插座）還是貼片。例如看門狗、雙指針、雙串口、RTC（實時時鐘）、EEPROM、擴展RAM、CAN接口、I2C接口、SPI接口、USB接口。例如速度、程序存儲器容量、I/O引腳數(shù)量等。因而，選擇一個合適的單片機有時真的不太容易，要考慮的方面太多。 硬件設(shè)計方案 主控模塊設(shè)計方案單片機作為主控模塊，使得在對單片機選型上有了較大的空間。 系統(tǒng)框圖根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，采用單片機為主控芯片，通過單片機數(shù)據(jù)地址總線及I/O端口，擴展數(shù)據(jù)存儲模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、時間模塊、串口通信模塊以及A/D轉(zhuǎn)換、電機控制等外圍電路，從而實現(xiàn)系統(tǒng)所需的設(shè)計功能。同時可以獲取設(shè)備運行時記錄的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)?shù)據(jù)保存。液位測量高度≤5米，測量精度10%，AC220V供電。它具有實時測量監(jiān)控水箱液位高度并顯示的功能，并根據(jù)實時水量與設(shè)置的上、下液位參數(shù)的比較，啟動電機供水或停止水泵。設(shè)計具體內(nèi)容分為以下幾個方面：（1） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計以及單片機選型；（2） 系統(tǒng)軟件設(shè)計；（3） 上位機軟件設(shè)計以及上位機與下位機通信設(shè)計。 本課題主要研究內(nèi)容本設(shè)計以水箱供水為模型，鑒于單片機液位測量裝置的測量準(zhǔn)確、重復(fù)性能好、功耗低、使用壽命長等特點，設(shè)計以單片機為基礎(chǔ)的液位測量監(jiān)控記錄系統(tǒng)。在液位測量這一領(lǐng)域中，如江河湖海、城市用水等方面，大量數(shù)據(jù)長時間，多網(wǎng)點的采集記錄分析具有普遍的意義。在某些工業(yè)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的測量這一基本功能已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，往往需要對大批數(shù)據(jù)進行記錄，對其進行后期處理分析，實現(xiàn)差錯控制、工藝改善、資源優(yōu)化等一系列工作。光纖液位測量有以下優(yōu)點：精度高、靈敏度好、抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣性好、檢測現(xiàn)場無電、光路有抗擾性以及便于與計算機連接，便于與光纖傳輸系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)等?！窆饫w測量法光纖液位檢測是近年來出現(xiàn)的一種新技術(shù)。當(dāng)壓力超過規(guī)定數(shù)值時，壓力對液位測量精度將產(chǎn)生顯著影響。微波法：微波通過天線輻射出去，經(jīng)液面反射后被天線接收，然后由二次電路計算發(fā)射信號與接收信號的時間差得出液位。超聲波法：換能裝置將電功率脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波，射向液面，經(jīng)液面反射后再由換能器將該超聲波轉(zhuǎn)換為電信號，超聲波法可用于多液面的測量。特別是接觸式測量裝置不能適用的特殊場合，如高粘度、強腐蝕性、污染性強，易結(jié)晶的介質(zhì)。其特點是測量手段并不采用浮子之類的固態(tài)物，而是利用聲、光、射線、磁場等的能量。電容式液位測量裝置通常結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應(yīng)快，適合于惡劣的工作環(huán)境，生產(chǎn)成本也不高；但電容液位測量器需要考慮溫度補償，且介質(zhì)的成分、水分、溫度、密度等不確定變化因素直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，另外檢測電路比較復(fù)雜，尤其是檢測微小電容量的變化。當(dāng)液位不同