【正文】 ，在制作硬件電路的同時(shí)，調(diào)試也在穿插進(jìn)行。特別是容易損壞的元件要后焊，在焊集成芯片時(shí)連續(xù)焊接時(shí)間不要超過(guò) 10s，注意芯片的安裝方向。而且要認(rèn)真核對(duì)原理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現(xiàn)錯(cuò)誤焊件后不便改正。 具體仿真及結(jié)果 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 水位由低到高數(shù)碼管顯示分別為 1， 2， 3， 1 時(shí)繼電器打開(kāi)，水泵抽水，當(dāng)水位達(dá)到 4 時(shí)蜂鳴器報(bào)警提示。實(shí)踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開(kāi)發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。相信在單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中 PROTEUS 也能茯得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過(guò)程的統(tǒng)一的特點(diǎn)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、 軟件調(diào)試 、運(yùn)行結(jié)果等。 編輯本段 電路仿真 在 PROTEUS 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件： *.HEX，可以在PROTEUS 的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。 （ 4） Proteus 提供的調(diào)試手段， Proteus 提供了較豐富地測(cè)試信號(hào)用于電路測(cè)試。這些虛擬儀器儀表具有理想?yún)?shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗和極低輸出阻抗。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意調(diào)用。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 編輯本段 資源豐富 （ 1） Proteus 可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有 30 多個(gè)元件庫(kù)。 （ 2）完善的電路仿真功能（ Prospice） Prospice 混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SPICE3F5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字 ,模擬電路的混合仿真； 超過(guò) 27000個(gè)仿真器件：可以通過(guò)內(nèi)部原型或 使用廠家的 SPICE 文件自行設(shè)計(jì)仿真器件， Labcenter 也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件； 多樣的激勵(lì)源：包括直流、正弦、脈沖、分段線(xiàn)性脈沖、音頻、指數(shù)信號(hào)、單頻FM、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸入。這些功能如下： （ 1）原理布圖 （ 2） PCB 自動(dòng)和人工布線(xiàn) （ 3） SPICE 電路仿真 （ 4）互動(dòng)電路仿真 用戶(hù)可以采用諸如 RAM， ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)， LED， LCD， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。 Proteus 而且還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線(xiàn)路上變化信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似。 (2)Proteus 軟件提供的儀表資源 對(duì)于一個(gè)仿真軟件，測(cè)試儀器儀表的數(shù)量、類(lèi)型和質(zhì)量，是衡量實(shí)驗(yàn)室是否合格的一個(gè)關(guān)鍵主要因素。在工作之前，需要設(shè)置 view 菜單下的捕捉對(duì)齊和 system 下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。對(duì)于這樣仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上來(lái)說(shuō)，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。 Proteus 與其他仿真軟件的異同 Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能模擬單片機(jī) CPU ，也能模擬單片機(jī)外圍電路或是沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路工作情況?？梢苑抡?51， 52 系列、 AVR， PIC等常用的 MCU 及其外圍電路（如 LCD， RAM， ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)， LED， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件， ...）其實(shí) proteus 與 multisim 比較類(lèi)似，只不過(guò)它可以仿真 MCU。通過(guò)制作 PCB 板子，該系統(tǒng)已成功運(yùn)用于某實(shí)驗(yàn)水冷卻系統(tǒng)。詳細(xì)源代碼見(jiàn)附錄 C。使各功能程序模塊化，子程序化，縮短程序長(zhǎng)度，加快運(yùn)算速度，縮沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 短程序執(zhí)行時(shí)間。如果源程序有語(yǔ)法錯(cuò)誤，需修改源文件后繼續(xù)編譯，直到無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤為止 ，然后利用目標(biāo)代碼通過(guò)仿真器進(jìn)行程序調(diào)試，排除設(shè)計(jì)和編程中的錯(cuò)誤直到成功。 （ 5）程序的調(diào)試。分配好單元之后，再將程序框圖畫(huà)成詳細(xì)的操作流程圖。 （ 2）制定合理的程序框圖，這不僅僅是程序設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，而且是決定成功與否的很關(guān)鍵部分。在編寫(xiě)程序時(shí)，采取如下幾個(gè)步驟： （ 1）清楚的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，將軟件分成數(shù)個(gè)獨(dú)立的部分。軟件的質(zhì)量直接影響整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。若已有明顯的間隔符，也可不再加空格來(lái)間隔。但預(yù)處理命令，函數(shù)頭和 花括號(hào)“ }”之后不能加分號(hào)。 （ 4）源程序中可以有預(yù)處理命令 (include 命令僅為其中的一種 )，預(yù)處理命令通常應(yīng)放在源文件或源程序的最前面。 （ 2）每個(gè)源文件可由一個(gè)或多個(gè)函數(shù)組成。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 （ 7） C 語(yǔ)言適用范圍大，可移植性好 :C 語(yǔ)言有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng)。而 C 語(yǔ)言允許程序編寫(xiě)者有較大的自由度。 C 語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶(hù)的 ,這些函數(shù)可方便的調(diào)用 ,并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向 ,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 （ 4） C 是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言 :結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化 ,即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。并引入了指針的概念 ,使程序的效率大大提高。 （ 3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)極其豐富 :C 的數(shù)據(jù)類(lèi)型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類(lèi)型、指針類(lèi)型等。 C 語(yǔ)言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。 C 語(yǔ)言可以和匯編語(yǔ)言一樣 對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作 , 而這三個(gè)是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。 C 語(yǔ)言的特點(diǎn) （ 1）簡(jiǎn)潔、靈活方便 :C 語(yǔ)言只有 32 個(gè)關(guān)鍵字 ,9 種控制語(yǔ)句，程序書(shū)寫(xiě)自由，主要表現(xiàn)為小寫(xiě)字母。因此它是廣泛移植到各類(lèi)計(jì)算機(jī)，并且它形成多種 C 語(yǔ)言 C 語(yǔ)言對(duì)操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，用 C 語(yǔ)言明顯優(yōu)于其它高級(jí)語(yǔ)言，許多大型應(yīng)用軟件都是用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的。它可以在系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)中使用，并且它也適合于應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。它也可以直接訪問(wèn)所述存儲(chǔ)器的物理地址，進(jìn)行位 (bit)一級(jí)的操作。 C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，易于組織程序的方式，而且很容易調(diào)試和維護(hù)。由于 C 語(yǔ)言的強(qiáng)大功能，并逐漸為人們知道P22 P23 P24 P25 P26 P27 P21 P20 輸出控制動(dòng)作 顯示 0 1 1 1 1 1 1 1 水泵抽水 1 1 0 1 1 1 1 1 1 保持上一狀態(tài) 2 1 1 0 1 1 1 1 1 保持上一狀態(tài) 3 1 1 1 0 1 1 1 1 保持上一狀態(tài) 4 1 1 1 1 0 1 1 1 保持上一狀態(tài) 5 1 1 1 1 1 0 1 1 水泵停止抽水 6 * * * * * * 0 1 水泵抽水 顯示當(dāng)前水位 * * * * * * 1 0 水泵停止抽水 顯示當(dāng)前水位 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 的優(yōu)點(diǎn)，由八十年代， C 開(kāi)始進(jìn)入其它操作系統(tǒng)，并很快在各類(lèi)大，中，小和微型計(jì)算機(jī)已廣泛使用。在手動(dòng)抽水或自動(dòng)抽水的過(guò)程中，如需要停止加水 時(shí)，按下停止加水鍵，水泵停止加水。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要軟件設(shè)計(jì)原理 當(dāng)水位處于低水位的時(shí)候，低水傳感器檢測(cè)到低水位時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平，送入單片機(jī)的 ， 單片機(jī)經(jīng)過(guò)分析，在 P1口輸出一組信號(hào)，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示當(dāng)前水位， ， 電平驅(qū)動(dòng)紅色 LED，指示當(dāng)前水泵有在進(jìn)行抽水工作， 當(dāng)水位處于正常范圍內(nèi)時(shí)，水泵加水，紅色 LED 亮 ； 當(dāng)水位在高水位區(qū)時(shí)，高水位傳感器檢測(cè)到高水位時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平，送入單片機(jī)的 ，單片機(jī)經(jīng)過(guò)分析，在 P1口輸出一組信號(hào)，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示當(dāng)前水位， ，使三極管截止，從而使水泵停止工作， 口輸出高平，紅色 LED 滅。當(dāng)按鍵按下時(shí)，因?yàn)殡娐穼?dǎo)通，有電流流過(guò)，和單片機(jī)引腳接觸的那一端接地，所以是低電平。 按鍵功能電路原理 圖 按鍵功能電路 按鍵功能電路里面有兩種按鍵，一種按鍵是模仿水塔水位開(kāi)關(guān)的功能按鈕，一種是電機(jī) PWM 輸出的調(diào)整按鈕。 蜂鳴器報(bào)警電路原理 圖 蜂鳴器報(bào)警功能電路 蜂鳴器報(bào)警功能電路使用的是三極管 8550 驅(qū)動(dòng)，三極管 8550 是 PNP 三極管，射極接電源 +5V,基極通過(guò)一個(gè)電阻連接到 口，集電極接蜂鳴器，當(dāng) 為高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器沒(méi)有不響，當(dāng) 為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出響聲。具體原理是，按下 S1 按鍵，因此 5V 電壓經(jīng)過(guò)一個(gè) 200 歐姆的電阻分壓后加到系統(tǒng)的 RST 上，手動(dòng)按鍵按下到抬起的過(guò)程足以使系統(tǒng)復(fù)位。在系統(tǒng)上電的一瞬間單片機(jī)上電復(fù)位，原理是利用電容兩端的電壓不能突變，在一上電的瞬間電容好比短路，所以加在第九腳 RST 的電平是高電平，雖然時(shí)間很短，但是足以讓單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位。此時(shí)電機(jī)帶動(dòng)水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機(jī)不工作，水位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位處于下限位置以下時(shí)， B、 C 棒均不能與 A 棒導(dǎo)通， b、 c 均為“ 0”狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水泵給水塔注水。因此 b、 c 兩端的電壓都為 +5V，即為“ 1”狀態(tài)。其中， A 棒在下限水位， B 棒在上、下限水位之間， C 棒在上限水位。在正常情況下，水位應(yīng)在虛線(xiàn)范圍內(nèi)進(jìn)行控制。 綜上所述采用方案 3。 方案 2： 采用 3 節(jié) V 干電池共 做電源，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，但不環(huán)保。但是蓄電池的體積過(guò)于龐大，在小型電動(dòng)車(chē)上使用極為不方便。 電源方案的選擇 方案 1： 采用 5V 蓄電池為系統(tǒng)供電。單對(duì)于此系統(tǒng)我們不需要顯示豐富的內(nèi)容，而且 LCD 液晶價(jià)格貴，因此我們放棄了此方案。 方案 2： 用 LCD 液晶進(jìn)行顯示。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 顯示模塊電路及方案的選擇 方案 1： 用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。當(dāng) Vcc2Vcc1+ 時(shí)，由 Vcc2 向 DS1302 供電，當(dāng) Vcc2 Vcc1 時(shí)，由 Vcc1 向 DS1302 供電。采用普通 晶振。這些電路的接口很簡(jiǎn)單，便宜且容易使用，并用途廣泛。時(shí)鐘電路應(yīng)用十分廣泛，如電腦的時(shí)鐘電路、電子表的時(shí)鐘電路以及 MP3MP4 的時(shí)鐘電路。 圖 STC89C52 的引腳說(shuō)明圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 芯片下載程序 對(duì)于 STC89C52 的單片機(jī)而言，程序不需要專(zhuān)門(mén)的編程器或者仿真器去下載程序，而只是使用串口通訊的兩個(gè)引腳就可以把程序燒寫(xiě)到程序里，十分方便簡(jiǎn)潔，并且有相關(guān)配套的官方軟件，使用起來(lái)也十分方便。 （ 8） .通用異步串行口（ UART） ,還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART。 （ 6） .ISP 和 IAP，無(wú)需專(zhuān)用編程器和仿真器可通過(guò)串口（ ）下載用戶(hù)程序，如果 8K 程序 3 秒則可完成一片。 （ 5） .通用 I/O 口，復(fù)位后為是： P1， P2， P3， P4 是準(zhǔn)雙向口，如果上拉（普通 8051的是傳統(tǒng) I/O。 （ 3） .工作頻率范圍為： 040MHZ,相當(dāng)是普通 8051 的 080MHZ，實(shí)際工作頻率可達(dá)到48MHZ。 STC89C52 單片機(jī)的特點(diǎn)如下： （ 1） .增強(qiáng)性 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期 8051 CPU。并且管時(shí)鐘電路 水位顯示 主控制芯片 STC89C52 復(fù)位電路 水泵工作提示 水泵驅(qū)動(dòng) 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 腳完全兼容，性能更好，驅(qū)動(dòng)力更強(qiáng)，功耗更低，價(jià)格也比傳統(tǒng)的 89 系列低。電路設(shè)計(jì)框圖如圖 所示： 水位檢測(cè)電路 圖 水塔水位控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)框圖 MCU 主控芯片簡(jiǎn)介 主控制器芯片 STC89C52 概述 STC89C52 是一款完全兼容 8051 內(nèi)核指令的芯片，是宏晶科技公司的新一代增強(qiáng)性的8051 單片機(jī)。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體框圖主要由主控芯片基本電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，水位檢測(cè)電路，水位顯示，水泵驅(qū)動(dòng)，水泵工作顯示電路組成。 因?yàn)?Atmel 公司的 51 單片機(jī)需要專(zhuān)門(mén)的編程器，這樣無(wú)形中加重了系統(tǒng)的成本，而 STC公司單片機(jī)不僅支持 ISP,還支持 IAP等多種下載程序的方式，并且 STC公司單片機(jī)工作在寬電壓范圍內(nèi)，電壓的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響不大，這樣提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另外 STC單片機(jī)的加密性能也由于其他單片機(jī)，并且 STC的單片機(jī)是增強(qiáng)型的 51 單片機(jī)。至到檢測(cè)到水滿(mǎn)傳 系統(tǒng)基本方案選擇 此設(shè)計(jì)系統(tǒng)也可以采用多種方式設(shè)計(jì)，能采用液罐液壓檢測(cè)的方式來(lái)做，這樣在不同的水位時(shí)因?yàn)橛胁煌膲毫χ?，所以我們可以根?jù)不同的壓力值來(lái)確定到底水位在某個(gè)狀態(tài)，但是這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念用處比較狹窄，因?yàn)檫@樣的設(shè)計(jì)理念的前提必須是一個(gè)液壓的封閉系統(tǒng)，這樣才能有精確的壓力值傳送，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。水滿(mǎn)蜂鳴器報(bào)警， 按下手動(dòng)加水鍵，繼電器打開(kāi)控制水泵抽水，直到檢測(cè)水滿(mǎn)傳感裝置停止加水，在手動(dòng)加