【正文】 技術、多媒體技術等高科技產(chǎn)品進入家庭， 32 位單片機應用得到了長足發(fā)展。過去認為由于 8 位單片機功能越來越強， 32 位機越來越便宜，使 16 位單片機生存空間有限，而 16 位單片機的發(fā)展無論從品種和產(chǎn)量方面，近年來都有較大幅度的增長。而單片機則有所不同，為提高單片 機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術發(fā)展之追求。 68HC08 單片機使 用 外部振蕩器而內(nèi)部時鐘達 32M，而 M68K 系列 32 位單片機使用 32K 的外部振蕩器頻率內(nèi)部時鐘可達 16MHz 以上?？v觀單片機的發(fā)展過程 ,可以預示單片機的發(fā)展趨勢 ,且功耗越來越低， CS51 系列的 8031 推出時的功耗達 630mW,而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW 左右 ,隨著對單片機功耗要求越來越低 ,現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝 )。 CMOS 雖然功耗較低 ,但由于其物理特征決定其工作速度不夠高 ,而 CHMOS 則具備 了高速和低功耗的特點 ,這些特征 ,更適合于在要求低功耗 ,電池供電的應用場合。 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –3– 二、 方案 論證 （一）控制芯片選擇 方案一：采用 Atmel 公司生產(chǎn)的 89C51 8 位單片機。但是其內(nèi)部模塊較少、功能局限性大，并且 內(nèi)部沒有集成模 /數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、脈沖寬度調(diào)制模塊，如果需要使用 AD 模塊和脈沖寬度調(diào)制模塊 的話需要外加這些外圍電路，比較麻煩。該單片 機內(nèi)部具有 128K 的 RAM 和 128K 的 ROM、 512K 可編程 Flash 存儲器、 16 路精度為 8bit/10bit/12bit 的 AD 轉(zhuǎn)換模塊、 16 路脈沖寬度調(diào)制（ PWM）通道、 8 個定時器 /計數(shù)器、 2 個全雙工 UART 串行通道、看門狗定時器、 80 個可編程 I/O 口、 16 個外部事件觸發(fā)中斷引腳、超過 150 個中斷輸入源。 100 引腳的 MK10DN512 芯片的質(zhì)量僅為 50g。 在本次設計中，流量計回傳為脈沖型，因此不必采集模擬量，且控制方式為電平式，從成本的角度出發(fā)， 89C51 單片機完全可以滿足要求，因此本次設計中選擇性價比更高的 89C51 單片機。 方案二：采用液晶 12864， ,12864 液晶顯示可以顯示漢字，帶有字庫顯示方便技術成熟，對于系統(tǒng)而言滿足系統(tǒng)要求。 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –4– （ 三 ）系統(tǒng)總體結構框圖 本次設計的 流量控制器 系統(tǒng) 分別為電源模塊，鍵盤和 12864 屏幕人機對話模塊，單片機最小系統(tǒng)模塊，繼電器執(zhí)行模塊，以及計數(shù)單元模塊等 ，總體結構框圖如圖 所示： 圖 主控模塊 系統(tǒng)總設計結構圖 計數(shù)傳感器 AT89C51 單片機最 小 系 統(tǒng) 模 塊 電源模塊 流量傳感器 繼電器控制電磁閥 鍵盤與 12864 屏幕 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –5– 三、 硬件電路設計 本次設計的流量控制器系統(tǒng)主要由 ATMEL公司的 AT89C51單片機最小系統(tǒng)、兩個用于計數(shù)的紅外光電傳感器、用于控制液體電磁閥門的繼電器、流量計、以及帶顯示屏和按鍵系統(tǒng)的人機對話外設、電源模塊部分等。在 MCS51 系列中，各類單片機是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。其中，引腳 1 和引腳 2（方形封裝為引腳 2 和引腳 3）的第二功能僅用于8052/8032， NC為空引腳。 AT89C51有 40條引腳，共分為端口線、電源線和控制線三類。由于每個端口的結構各不相同，因此它們在功能和用途上的差別頗大。這八條引腳共有兩種不同 的功能，分別使用于兩種不同的情況之下。這時，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –6– 圖 最小系統(tǒng)電路圖 其中， 8751的 P0口還有第三種功能，即它們可以用來得 8751片 內(nèi) EPROM編程或進行編程后的讀出校驗。 ② — ：這八條引腳和 P0口的八條引腳類似， ， 位。 8751 的 P1 口還有第二功能，既它在 8751 編程 /校驗時用于輸入片內(nèi) EPROM 的低 8位地址。它的第 二功能和 P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高 8 位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不能像 P0 口那樣還可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。 ④ — ：這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能相同。 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –7– 表 1 P3口各位的第二功能 P3口的位 第二功能 注釋 RXD TXD 0INT 1INT T0 T1 WR RD 串行數(shù)據(jù)接收口 串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 外中斷 0輸入 外中斷 1輸入 計數(shù)器 0計數(shù)輸入 計數(shù)器 1計數(shù)輸入 外部 RAM寫選通信號 外部 RAM讀選通信號 2．電源線（ 2條） VCC為 +5V電源線， VSS為接地線。在訪問片外存儲器時， 8051CPU 在 — 引腳線上輸出片外存儲器低 8 位地址的同時還在ALE/PROG 線上輸出一個高電位脈沖，用于把這個片外存儲器低 8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器。在不訪問片外存儲器時， 8051自動在 ALE/PROG 線上輸出頻率 為 fOSC/6 的脈沖序列。 對于 8051， ALE/PROG 線還具有第二功能。 ② EA /VPP：允許訪問片外存儲器 /編程電源線，可以控制 8051 使用片內(nèi) ROM 還是使用片外 ROM。 對 8751， EA /VPP 用于在片內(nèi) EPROM編程 /校驗時輸入 21V編程電源。其他情況下， PSEN 線均為高電平封鎖狀態(tài)。通常， 8051 的復位有自動上電復位和人工按鈕復位兩種。當主電源 VCC 發(fā)生故障而降低到規(guī)定低電平時， RST/VPD線上的備用電源自動投入使用，以保證片內(nèi) RAM中信息不丟失。 ⑤ XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接 8051片內(nèi) OSC的定時反饋回路。通常， fOSC的輸出時鐘頻率 fOSC為 — 16MHz，典型值為 12MHz 或 。 MCS51所需的時鐘也可以由外部振蕩器提供。 51單片機的復位是單片機的初始化操作。因而，復位是一個很重要的操作方式。如果 RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。 上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。圖中電容 C 和電阻 R 對電源十 5V 來說構成微分電 路。 復位電路如圖 所示： 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –9– 圖 復位電路圖 電路 單片機工作時，是按拍從 ROM中取指令，然后按步執(zhí)行。 — 個機器周期包括 12 個時鐘周期。 AT89C51 單片機的所 有指令中，有一些完成得比較快，只要一個機器周期就行了，有一些完成得比較饅，得要 2個機器周期，還有兩條指令要 4個機器周期才行。所謂指令周期就是指執(zhí)行一條指令的時間。而DJNZ指令是雙周期指令，所以執(zhí)行一次要 2us。機器周期不僅對于指令執(zhí)打有著重要的意義，而且機器周期也是單 片機定時器和計數(shù)器的時間基準。 所以，如果最小系統(tǒng)中沒有時鐘電路，便沒有時鐘周期，單片機也就無法工作。 本次設計始終電路如圖 ： 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –10– 圖 時鐘電路圖 （ 二 ） 12864 液晶顯示電路 本次采用的顯示屏為 12864 液晶顯示屏，相較于數(shù)碼管顯示電路， 12864 液晶顯示屏具有結構簡單，刷新速度快，不包含像數(shù)碼管外圍驅(qū)動電路，極大程度降低了故障的發(fā)生率， 12864 液晶顯示模塊是 128 64 點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、 128 個字符（ 8X16 點陣）及 64X256點陣顯示 RAM（ GDRAM）。具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等 12864 屏幕 IO 口電路如圖 所示 圖 12864 屏幕 IO 口電路圖 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –11– （四） 鍵盤電路 本次設計需要設置灌裝規(guī)格，容量等，需要使用按鍵電路來給單片機提供信息，按鍵開關采用共地方式，即為當按下按鍵時，引腳輸出低電平，當待機狀態(tài)時，引腳輸出高電平 鍵盤電路如圖 所示： 圖 鍵盤電路原理 圖 （五） 電磁閥控制電路 繼電器執(zhí)行模塊電路如圖 ： 圖 繼電器執(zhí)行 模塊 電路 圖 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –12– 本次系統(tǒng)設計 輸出 方式為單片機通過繼電器驅(qū)動電路 ， 從而控制電磁閥門的開閉 ，因為 單片機的 IO 口輸出為帶載能力很微弱的電壓信號，驅(qū)動能力極低，因此需要使用一個 S8050NPN 三極管來作為繼電器的驅(qū)動 電路，當三極管基極輸出為低電平時，三極管的發(fā)射極和集電極具有很大阻抗，可以近似看做為斷路狀態(tài)，當基極為高電平時，發(fā)射極和集電極導通，這時，發(fā)射機為高電平，從而驅(qū)動繼電器合閘，控制電磁閥門開啟。傳統(tǒng)機械觸碰開關結構復雜，體積大，且無法安裝在固定位置，利用光電檢測技術是工業(yè)光電信息技術的主要方式，隨著現(xiàn)代科學技術以及復雜自動控制系統(tǒng)和信息處理技術的提高，它以測量精度高、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、信息效率極高及自動化程度高等突出特點發(fā)展十 分迅速 ,并推動著信息科學技術的發(fā)展。 本次使用的光電計數(shù)器由兩部分組成，即為發(fā)射部分和接收部分，其中發(fā)射部分為LED，可以發(fā)出紅外光，接收部分為紅外接收管，當接收管接收到發(fā)射管的紅外光時，可以輸出高電平，當紅外光 被容器屏蔽時，可輸出低電平，單片機可以根據(jù)計數(shù)器輸出的高低電平來計算容器數(shù)。 （ 八 ） 電磁閥選擇 縱觀國內(nèi)外電磁閥，到目前為止，從動作方式上可分為三大類即：直動式、反沖式、先導式，而從閥瓣結構和材料上的不同以及原理上的區(qū)別反沖式又可分為：膜片式反沖電磁閥、活塞式反沖電磁閥；先導式又可分為：先導式膜片電磁閥、先導式活塞電磁閥；從閥座及密封材料上分又可分為：軟密封電磁閥、鋼性密封電磁閥、半鋼性密封電磁閥。（常開型與此相反） 。如我公司引進 HERION 公司技術生產(chǎn)的直動電磁閥可用于 104 Mpa真空。 特點：在零壓差或高壓時也能可靠工作，但功率及體積較大，要求豎直安裝。 本設計中采用 常閉型直動式電磁閥 ，上電閥開啟，實物圖如圖 所示： 圖 所示電磁閥實物圖 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –15– 四、軟件設計 （一）主程序流程圖 系統(tǒng)上電后顯示歡迎使用 流量控制 系統(tǒng)，過后 顯示需 要的灌裝的規(guī)格 ， 確認后系統(tǒng)自動保存， 系統(tǒng)的軟件整體流程圖如圖 所示： 圖 主程序流程圖 開始 程序初始化 液晶顯示初始化 設定按鍵 確定灌裝規(guī)格 讀取按鍵 結束 記錄灌裝數(shù)目 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –16– （二） 編程環(huán)境介紹 KEIL C51標準 C編譯器為 8051微控制器的軟件開發(fā)提供了 C語言環(huán)境 ,，本站特地制作了一個相對簡單的教程。 KEIL C51編譯器的功能不斷增強 ,使你可以更加貼近 CPU本身 ,及其它的衍生產(chǎn)品，其效率已經(jīng)達到了相當搞的程度。 uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。 如圖 界面： 圖 keil 打開界面 工程新建后保存即可在打開界面進行編程 ，如圖 。 PSB=1。復位 RES=1。選擇基本指令集 DelayUs2x(50)。選擇 8bit數(shù)據(jù)流 DelayUs2x(20)。 開顯示 (無游標、不反白 ) DelayUs2x(50)。清除顯示，并且設定地址指針為 00H DelayMs(15)。指定在資料的讀取及寫 入時，設定游標的移動方向及指定顯示的移位，光標從右向左加 1位移動 計數(shù)中斷函數(shù) ： void InitINT(void) 外部中斷初始化 { EA=1。 //外部中斷 0 開 IT0=1。 //外部中斷 1 開 IT1=1。 InitINT()。 //初始化 LCD_PutString(0,2, 歡迎使用 )。 for(i=0。i++) DelayMs(200)。 while(S1==0) { if(S2==0) {DelayMs(20)。 遼東學院本科畢業(yè)論文（設計）題目 –19– Set_Flag=~Set_Flag。 if(S3==0) {DelayMs(20)。 } }