【正文】 ．串行通信接收端。對(duì)端口寫高電平 “1” 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 O～ P3． 7)： P3 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 T／ 0 端口。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口引腳上的電平在整個(gè)訪問周期中不改變。P2 作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流方式 )4ITTL 輸入。在對(duì) Flash 編程和程序驗(yàn)證時(shí)， Pl口接收低 8 位地址。對(duì)端口寫高電平 “1” 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 9． Pl端口 (P1． 0～ P1． 7)： P1 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ 0端口。在Flash 編程時(shí)， PO 端口接收指令字節(jié)；而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) Tn，輸入，對(duì)端口寫高電平 “1”時(shí)， 又可作高阻抗輸入端用。在 Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳也用于施加 12V 的編程允許電源 Vpp(如果選用 12V 編程 )。 7． EA／ Vpp：外部訪問允許端。 6． PSEN ：程序存儲(chǔ)允許 (麗 )輸出信號(hào)是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。 5． ALE：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE(地址鎖存允許信號(hào) )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 4． RST：復(fù)位輸入端。 2． GND：接地端。因此， AT89S52 是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便地應(yīng)用于各種 控制領(lǐng)域。 AT89S52 簡介 AT89S52 是一種低功耗／低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè) 8K字節(jié)的 Flash，它采用了 CMOST 藝和 ATIVIEL 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM) 技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 Meg 一 51 兼容。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，需要采集的通道數(shù)不超過 8 路，精度要求不是很高，這兩個(gè)條件 ADC08038 芯片完全合適，而且該芯片內(nèi)部集成了多路開關(guān)，所以我們選擇了 ADC08038 作為本系統(tǒng)的 AD 采集芯片?？紤]到 AT89S52 可以在線編程，且價(jià)格等各方面都滿足我們的設(shè)計(jì)需求，所以單片機(jī)就選擇了 Atmel公司的 AT89S52。市場(chǎng)上的芯片種類繁多，功能特性各異，選擇芯片的原則是針對(duì)自己所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能需求對(duì)芯片的價(jià)格，封裝，性能，型號(hào)等等因素做綜合考慮。 核心芯片的選擇及簡介 核心芯片的選擇 本控制系統(tǒng)中的核心芯片包括單片機(jī)、 AD 采集芯片、振蕩芯片和驅(qū)動(dòng)芯片等。 本章首先介紹了本控制系統(tǒng)中的核心器件單片機(jī)和 AD 采集芯片，然后給出了控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和總體框圖，最后詳細(xì)地給出了各個(gè)模塊的具 體硬件實(shí)現(xiàn)。為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集 (A/D)之前，經(jīng)過一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。這種信號(hào)畸變叫做混疊。圖 和圖 顯示了一個(gè)信號(hào)分別用合適的采樣率和過低的采樣率進(jìn)行采樣的結(jié)果。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它的采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號(hào)x(t)的頻率。 圖 2. 1 模擬信號(hào)采樣圖 如果對(duì)信號(hào) x(t)采集 N 個(gè)采樣點(diǎn)，那么 x(t)就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示： X={x[0]， x[l]， x[2]， x[3]，?， x[N－ l]} 這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào) x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。這樣信號(hào) x(t)可以用一組分散的采樣值來表示： {x(0)， x(△ t)， x(2△ t)， x(3△ t)，?， x(k△ t)，? } 圖 顯示了一個(gè)模擬信號(hào)和它采樣后的采樣值。t＝ 0，△ t， 2△ t， 3△ t??等等， x(t)的數(shù)值就被稱為采樣值。時(shí)間間隔△ t被稱為采樣間隔或者采樣周期。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問題要解決。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論 在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。 （ 2） 上位機(jī)檢測(cè)控制畫面設(shè)計(jì)：直觀形象的顯示液位高度數(shù)值，使用戶能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)液位數(shù)據(jù)，并能夠?qū)σ何粩?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。 第二， 在 Lab VIEW 平臺(tái)下編制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。 （ 2） 軟件開發(fā)：硬件電路的相關(guān)程序，給定實(shí)際液位高度和廣電脈沖信號(hào)的算法關(guān)系等。 本設(shè)計(jì)所做的工作 本課題研究的主要內(nèi)容是研制以 Lab VIEW 為主控制平臺(tái)，以單片機(jī)為控制的智能實(shí)時(shí)液位檢測(cè)處理系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容有： 第一， 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)及智能檢測(cè)儀表的研制。 ③ 便于實(shí)現(xiàn)“測(cè)試集成”和虛擬儀器庫的思想。同時(shí)也對(duì)于將來系統(tǒng)的維護(hù)提供了便利。設(shè)計(jì)者可把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)都可完成一定的功能。在設(shè)計(jì)大型自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)一步完成一個(gè)復(fù) 雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)有難度的。這為程序的調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定帶來諸多的方便。 ② 設(shè)計(jì)的思路和運(yùn)行過程清晰而且直觀。 如果將 VI與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對(duì)應(yīng)的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當(dāng)于傳統(tǒng)儀 器箱內(nèi)的硬件電路。在流程圖中對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。但并非畫出兩個(gè)控件后程序就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的流程圖。 基于 Labview 平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì) 所有的 Labview 應(yīng)用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖 (Block Diagram)以及圖標(biāo) /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。 利用 Labview ，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的 32 編譯器。 Labview 具有一系列無與倫 比的優(yōu)點(diǎn)：首先， Labview 作為圖形化語言編程，采用流程圖式的編程，運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過程和思維過程非常相似；同時(shí)， Labview 提供了豐富的 VI庫和儀器面板素材庫，近 600 種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序 (可擴(kuò)充 )如 GPIB設(shè)備控制、 VXI 總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)；并且Labview 還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設(shè)置斷點(diǎn)，調(diào)試過程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動(dòng)態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，更加便于程序的調(diào)試。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。 Labview 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。除此以外還有 HP 公司的HPVEE ， HPTIG 開發(fā)平臺(tái)，美國 Tektronix 公司的 EzTest ， TekTNS 平臺(tái)軟件，這些都是國際上公認(rèn)的優(yōu)秀的虛擬儀器開發(fā)軟件平臺(tái) [11]。 Labview 采用圖形 化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當(dāng)難度的。 虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢(shì)和新方向，并且是信息技術(shù)的重要領(lǐng)域擴(kuò)充，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。 基于虛擬儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的提出在一定程度上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集所面臨的問題，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為當(dāng)今數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實(shí)際需求。相對(duì) VXI 儀器，按 PXI 總線標(biāo)準(zhǔn)制成的 PXI 儀器具有成本低、便于組成便攜式測(cè)試系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn) [2]。 1997 年美國 NI 公司推出了一種新的儀器總線標(biāo) 準(zhǔn) PXI 總線標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，用戶自然會(huì)提出標(biāo)準(zhǔn)化的要求。插卡總線機(jī)箱與 PC 機(jī)間的通信，可 利用 RS23 GPIB 接口總線或以太網(wǎng)電纜等進(jìn)行?？ㄊ絻x器是虛擬儀器的雛形，是將傳統(tǒng)獨(dú)立式儀器的測(cè)量電路部分與接口部分集合在一起制成儀器功能卡，將其插入微機(jī)的內(nèi)部插槽或外部插件箱中形成的儀器。 1982年美國西北儀器公司總裁德為解決這樣的問題，總線式儀器與系統(tǒng)應(yīng)運(yùn) 而生。隨著電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。智能儀器是將微機(jī)置于儀器內(nèi)部，使儀器具有控制、存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)操作等智能特點(diǎn)，并在測(cè)量準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用能力及解決測(cè)量技術(shù)問題的深度和廣度等方面都有明顯的進(jìn)步。七十年代初第一片微處理器問世，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)從此發(fā)展迅猛，在其影響下測(cè)量儀器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長足進(jìn)步。從二十 世紀(jì)初到五十年 代左右，測(cè)量儀器的材料性能得到改善出現(xiàn)了電子管，同時(shí)測(cè)量理論和方法與電子技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了以記錄儀和示波器為代表的電子儀表五十年代以后隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)以及應(yīng)用電子技術(shù)的發(fā)展將數(shù)字技術(shù)成功地應(yīng)用到測(cè)量儀器。 模 擬 儀 器 虛 擬 儀 器智 能 儀 器數(shù) 字 儀 器電 子 儀 器1 9 世 紀(jì) 九 十 年 代七 十 年 代2 0 世 紀(jì)五 十 年 代 圖 1. 1 測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 從十九世紀(jì)初到二十世紀(jì)末，測(cè)量儀器經(jīng)歷了模擬儀器、電子儀器、數(shù)字儀器、智能儀器等階段，發(fā)展到現(xiàn)在的虛擬儀器。自從1785 年庫侖發(fā)明靜電扭秤， 1834 年哈里斯提出靜電電表結(jié)構(gòu)以來，電測(cè)儀表和電子儀器隨相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步、儀器儀表元器件質(zhì)量的提高和測(cè)量理論方法的改進(jìn)得到飛速發(fā)展。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。國內(nèi)專家預(yù)測(cè)：未來幾年內(nèi)，我國將有 50%的儀器為虛擬儀器。此外，國內(nèi)已有幾家企業(yè)在研制 PC 虛擬儀器，哈工大儀器王電子有限責(zé)任公司就是其中之一，它的產(chǎn)品已達(dá)到一定的批量。主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性、負(fù)荷特性等。四川聯(lián)合大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，研制了“航空電臺(tái)二線綜合測(cè)試儀”將 8臺(tái)儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用方便、靈活。近一、兩年來這些學(xué)校 在原有的基礎(chǔ)上，又開發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學(xué)和科研。 我國 VXI 總線技術(shù)是反映我國目前虛擬儀器水平的一個(gè)方面，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)使數(shù)據(jù)共享進(jìn)入新階段，加速了虛擬儀器的新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，而這些技術(shù)是傳統(tǒng)儀器不可能實(shí)現(xiàn)的，虛擬儀器很好的利用了互聯(lián)網(wǎng)的功能，因此可以把來自測(cè)量和設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)直接發(fā)布到網(wǎng)上。 國內(nèi)虛擬儀器的研究現(xiàn)狀 目前主流的虛擬儀器主要是 各種計(jì)算機(jī)總線和總線標(biāo)準(zhǔn)的各種插卡和儀器模塊間或有其它總線式的儀器模塊，工作方式多是插入各種總線機(jī)箱內(nèi)或直接插入計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)，少數(shù)情況下是獨(dú)立模塊以接口形式接入計(jì)算機(jī)。這種虛擬儀器模塊化主流平臺(tái) PXI/Compact PCI 的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到100Mb/s。 虛擬儀器開發(fā)商不僅注意使虛擬儀器能夠適應(yīng)各種通用計(jì)算機(jī)總線系統(tǒng)，使之為虛擬儀器服務(wù)，而且也 注意建立各種儀器專用的總線系統(tǒng)。 當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的 RS232 串行總線、 GPIB 通用接口總線、 VXI 總線，以及已經(jīng)被 PC 機(jī)廣泛采用的 USB 串行總線和 IEEE1394總線（即 Fire wire，也叫做火線）。 LABVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。 近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件，以便使用者利用這些公司提供的開發(fā)平臺(tái)軟件組建自己的虛擬儀器或測(cè)試 系統(tǒng)，并編制測(cè)試軟件。 在美國虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語言，已作為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門必修課程。所以 , 本畢業(yè)設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一套實(shí)時(shí)、自動(dòng)的液位控制監(jiān)控系統(tǒng)，并充分引入虛擬儀器的概念 , 使所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、概念簡單。其弊端是定時(shí)查看缺乏實(shí)時(shí)性 , 不能對(duì)系統(tǒng)中的突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)地處理 。在這些控制中，最重要的參數(shù)是液位，因此有必要對(duì)液位控制進(jìn)行自動(dòng)的、 實(shí)時(shí)的監(jiān)控。虛擬儀器 VI（ Visual Instrument）正在成為當(dāng)今世界流行的一種一起構(gòu)成方案，它把計(jì)算機(jī)平臺(tái)與具有標(biāo)準(zhǔn)接口的硬件模塊及 開發(fā)測(cè)試軟件結(jié)合起來構(gòu)成系統(tǒng)。 測(cè)控技術(shù)與儀器實(shí)驗(yàn)室有 5 套液位控制實(shí)驗(yàn)裝置，但這些控制裝置目前都是用傳統(tǒng)模擬儀表進(jìn)行控制。在工業(yè)控制過程中，液位是一個(gè)很重要的參數(shù)。因此，為了保證生產(chǎn)的效益和產(chǎn)品質(zhì)量，必須要有合適的控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)儲(chǔ)液池內(nèi)液體的流量，從而使液位保持在正常水平。比如，在飲品生產(chǎn)、食品加工、化工生產(chǎn)、污水凈化等各個(gè)領(lǐng)域，都會(huì)使用蓄液池，而對(duì)于蓄液池內(nèi)液體的高度控制要求也越來越精準(zhǔn)。 關(guān)鍵字： 虛擬儀器， 液位控制， Lab VIEW Abstract Vrtual instrument technology is now the puter system and instrumentation system bining the product of today39。 本設(shè)計(jì)是虛擬儀器在測(cè)控領(lǐng)域的一次成功嘗試。 本課題主要內(nèi)容是研制以 Lab VIEW 為主控制平臺(tái)，以單片機(jī)為控制的智能實(shí)時(shí)液位檢測(cè)處理系統(tǒng)。 虛擬儀器系統(tǒng)利用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)等方面的限制，用戶可以自由定義，自由組合計(jì)