【正文】 5 界面功能描述………………………………………………………………………31河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言上 世 紀(jì) 40 年 代 ， 電 子 計(jì) 算 機(jī) 的 誕 生 ， 標(biāo) 志 著 人 類 電 子 技 術(shù) 進(jìn) 入 了 一 個(gè) 新 的 階段 。 它 在 一 片 芯 片 上 集 成 了 完 整 的 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 。 這 些 應(yīng) 用 ， 很 大 一 方 面 體 現(xiàn) 在 工 業(yè) 控 制 中 。單 片 機(jī) 應(yīng) 用 發(fā) 展 迅 速 而 廣 泛 。 單 片 機(jī) 廣 泛 用 于 儀 器 儀 表 中 ， 與 不 同 類 型 的 傳 感器 相 結(jié) 合 ， 實(shí) 現(xiàn) 諸 如 電 壓 、 功 率 、 頻 率 、 濕 度 、 流 量 、 速 度 、 厚 度 、 壓 力 、 溫 度 等物 理 量 的 測 量 ； 在 家 用 電 器 設(shè) 備 中 ， 單 片 機(jī) 已 廣 泛 用 于 電 視 機(jī) 、 錄 音 機(jī) 、 電 冰 箱 、電 飯 鍋 、 微 波 爐 、 洗 衣 、 高 級 電 子 玩 具 、 家 用 防 盜 報(bào) 警 等 各 種 家 電 設(shè) 備 中 。工 程 應(yīng) 用 中 液 位 的 測 量 常 用 方 法 主 要 有 超 聲 波 、 激 光 紅 外 測 距 、 機(jī) 械 浮 子 、 壓力 傳 感 器 測 距 等 幾 種 。 比 如 ， 常 見 的 液 位 控 制 系 統(tǒng) 多 采 用 浮 標(biāo) 、 電 極 等 ，這 種 控 制 形 式 結(jié) 構(gòu) 簡 單 成 本 低 廉 ， 但 是 控 制 精 度 不 高 ， 不 能 進(jìn) 行 數(shù) 值 顯 示 ； 另 外 容易 引 起 誤 操 作 ， 與 上 位 機(jī) 進(jìn) 行 信 息 交 互 比 較 困 難 。 本 設(shè) 計(jì) 思 想 是用 單 片 機(jī) 做 下 位 機(jī) ， PC 機(jī) 做 上 位 機(jī) ， 單 片 機(jī) 和 PC 機(jī) 相 結(jié) 合 對 水 箱 液 位 進(jìn) 行 測 量和 監(jiān) 控 。河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 緒論 課題背景與研究意義在 工 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 中 ， 常 常 需 要 測 量 液 體 液 位 。 低 溫 液 體 （ 液 氧 、液 氮 、 液 氬 、 液 化 天 然 氣 及 液 體 二 氧 化 碳 等 ） 得 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 作 為 貯 存 低 溫 液體 的 容 器 要 保 證 能 承 受 其 載 荷 ； 在 發(fā) 電 廠 、 煉 鋼 廠 中 ， 保 持 正 常 的 鍋 爐 汽 包 水 位 、除 氧 器 水 位 、 汽 輪 機(jī) 凝 氣 器 水 位 、 高 、 低 壓 加 熱 器 水 位 等 ， 是 設(shè) 備 安 全 運(yùn) 行 的 保 證 ；在 教 學(xué) 與 科 學(xué) 研 究 中 ， 也 經(jīng) 常 碰 到 需 要 進(jìn) 行 液 位 控 制 的 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 。● 接 觸 式 測 量 法接 觸 式 測 量 法 是 指 測 量 用 傳 感 器 直 接 與 容 器 內(nèi) 存 儲(chǔ) 液 體 相 接 觸 ， 從 而 獲 得 測 量參 數(shù) 的 方 法 。 它 利 用 浸 入 式 刻 度 鋼 皮 尺測 量 液 位 ， 這 種 方 法 具 有 測 量 簡 單 、 可 靠 性 高 、 直 觀 、 成 本 低 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 但 人 為 讀 數(shù)誤 差 大 、 無 法 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 檢 測 和 操 作 。無 論 怎 樣 ， 這 些 方 法 的 關(guān) 鍵 是 利 用 液 位 傳 感 器 將 液 位 的 相 對 位 移 量 轉(zhuǎn) 換 成 為 電 壓 、電 流 、 阻 抗 等 便 于 進(jìn) 行 電 處 理 的 物 理 量 。本 方 法 所 使 用 的 電 容 通 常 由 兩 塊 圓 柱 形 極 板 或 一 個(gè) 探 極 與 罐 壁 構(gòu) 成 。 在 此 基 礎(chǔ) 上 可 以 把 電 容 量 轉(zhuǎn)化 為 電 壓 、 相 移 、 頻 率 、 脈 寬 等 物 理 量 ， 再 進(jìn) 行 測 量 ?！?非 接 觸 式 測 量 法非 接 觸 式 測 量 法 包 括 超 聲 波 法 、 調(diào) 制 型 光 學(xué) 法 、 微 波 法 等 。 液 位 傳 感器 不 和 被 測 介 質(zhì) 接 觸 ， 不 受 被 測 介 質(zhì) 影 響 ， 也 不 影 響 被 測 介 質(zhì) ， 故 適 用 范 圍 廣 泛 。 下 面 簡 單 介 紹 超 聲 波 法 和 微 波 法 的 測 量 原 理 。超 聲 波 是 機(jī) 械 波 ， 傳 播 衰 減 小 ， 界 面 反 射 信 號(hào) 強(qiáng) ， 且 發(fā) 射 和 接 收 電 路 簡 單 ， 因而 應(yīng) 用 較 為 廣 泛 ； 但 超 聲 波 的 傳 播 速 度 受 介 質(zhì) 的 密 度 、 濃 度 、 溫 度 、 壓 力 等 因 素 影響 ， 其 測 量 精 度 往 往 較 低 。微 波 速 度 受 傳 播 介 質(zhì) 、 溫 度 、 壓 力 、 液 體 介 電 常 數(shù) 的 影 響 很 小 ， 但 液 體 界 面 的波 動(dòng) 、 液 體 表 面 的 泡 沫 、 液 體 介 質(zhì) 的 介 電 常 數(shù) 對 微 波 反 射 信 號(hào) 強(qiáng) 弱 有 很 大 影 響 。 對 波 導(dǎo) 管 的 銹 蝕 、 彎曲 和 傾 斜 都 會(huì) 影 響 測 量 精 度 。 根 據(jù) 光 導(dǎo) 纖 維 中 光 在 不 同 介 質(zhì) 中 傳輸 特 性 的 改 變 對 液 位 進(jìn) 行 測 量 。目 前 ， 市 面 上 進(jìn) 行 液 位 測 量 的 儀 表 種 類 繁 多 ， 但 是 同 時(shí) 具 有 測 量 、 監(jiān) 控 、 數(shù) 據(jù)記 錄 及 處 理 的 液 位 測 量 裝 置 并 不 多 。 為 了 獲 得 大 批 量 的 數(shù)據(jù) ， 得 到 可 靠 的 分 析 資 料 ， 往 往 需 要 長 期 、 多 網(wǎng) 點(diǎn) 的 監(jiān) 控 記 錄 。 液 位 的 變 化 分 析 ， 有 助 于 人 們 進(jìn) 一 步 對 自 然 環(huán) 境 、 天 氣 變 化 甚 至 是災(zāi) 害 預(yù) 警 提 供 可 靠 的 支 持 。 具 有實(shí) 時(shí) 液 位 測 量 監(jiān) 控 數(shù) 據(jù) 處 理 等 功 能 。河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 系統(tǒng)總體方案 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本 設(shè) 計(jì) 以 水 箱 供 水 為 模 型 ， 鑒 于 單 片 機(jī) 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(diǎn) ， 設(shè) 計(jì) 以 單 片 機(jī) 為 基 礎(chǔ) 的 液 位 測 量 監(jiān) 控 記 錄 系 統(tǒng) 。 在 啟 動(dòng) 電 機(jī) 與 停 止 水 泵 時(shí) ， 實(shí) 時(shí) 記 錄 時(shí)間 點(diǎn) 與 電 機(jī) 狀 態(tài) ?？?通 過 上 位 機(jī) 軟 件 ， 可 與 監(jiān) 控 記 錄 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 通 信 ， 能 夠 從 PC 機(jī) 獲 取 當(dāng) 前 液 位高 度 、 電 機(jī) 狀 態(tài) 、 設(shè) 備 系 統(tǒng) 時(shí) 間 、 上 下 液 位 高 度 等 數(shù) 據(jù) ， 并 可 根 據(jù) 需 要 改 變 系 統(tǒng) 默認(rèn) 的 參 數(shù) 。 能 夠 根 據(jù) 一定 的 算 法 ， 計(jì) 算 分 析 單 位 時(shí) 間 水 箱 消 耗 水 量 ， 繪 制 圖 形 ， 通 過 計(jì) 算 分 析 的 結(jié) 果 ， 可以 進(jìn) 行 區(qū) 域 用 水 統(tǒng) 籌 ， 降 低 能 源 的 消 耗 。 系 統(tǒng) 總體 方 案 框 圖 如 圖 21：河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 電機(jī)控制模塊A/D 轉(zhuǎn)換模塊按鍵與顯示模塊時(shí)間模塊存儲(chǔ)模塊通信模塊單片機(jī)主控模塊圖 21 系統(tǒng)總體框圖圖 中 ， 信 號(hào) 流 向 僅 指 示 了 通 過 數(shù) 據(jù) 地 址 總 線 或 I/O 口 上 發(fā) 生 的 數(shù) 據(jù) 信 號(hào) ， 不包 括 控 制 信 號(hào) 。 單 片 機(jī) 在 30多 年 的 發(fā) 展 歷 程 中 ， 形 成 了 多 公 司 、 多 系 列 、 多 型 號(hào) “百 家 爭 鳴 ”的 局 面 。 大 致 總 結(jié) 出 以 下幾 點(diǎn) ：1) 單片機(jī)的基本參數(shù)。2) 單片機(jī)的增強(qiáng)功能。3) Flash和OTP（一次性可編程）。5) 工作溫度范圍，工業(yè)級還是商業(yè)機(jī)。7) 工作電壓范圍。8) 供貨渠道暢通。10) 燒錄器價(jià)格，能否ISP（在線系統(tǒng)編程）。12) 單片機(jī)匯編語言支持。14) 抗干擾性能好。根 據(jù) 以 上 因 素 ： 系 統(tǒng) 的 實(shí) 時(shí) 性 要 求 不 高 ， 因 而 運(yùn) 算 速 度 無 需 很 快 ， 且 系 統(tǒng) 規(guī) 模不 大 ， 采 用 分 時(shí) 復(fù) 用 的 方 式 使 用 總 線 ， 對 I/O 口 的 數(shù) 量 可 以 要 求 進(jìn) 一 步 降 低 。綜 上 所 述 ， 采 用 與 MCS51 兼 容 的 AT89S52 單 片 機(jī) 滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求 。 使 用 Atmel 公 司 高 密 度 非 易 失 性 存 儲(chǔ) 器 技 術(shù) 制 造 ， 與 工 業(yè)80C51 產(chǎn) 品 指 令 和 引 腳 完 全 兼 容 。AT89S52 具 有 以 下 標(biāo) 準(zhǔn) 功 能 ： 8k 字 節(jié) Flash， 256 字 節(jié) RAM， 32 位 I/O 口 線 ，看 門 狗 定 時(shí) 器 ， 2 個(gè) 數(shù) 據(jù) 指 針 ， 三 個(gè) 16 位 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 ， 一 個(gè) 6 向 量 2 級 中 斷結(jié) 構(gòu) ， 全 雙 工 串 行 口 ， 片 內(nèi) 晶 振 及 時(shí) 鐘 電 路 。 空 閑 模 式 下 ， CPU 停 止 工 作 ， 允 許RAM、 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 、 串 口 、 中 斷 繼 續(xù) 工 作 。 鍵盤模塊設(shè)計(jì)方案河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 鍵 盤 在 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 中 是 一 個(gè) 很 關(guān) 鍵 的 部 件 ， 它 能 實(shí) 現(xiàn) 向 單 片 機(jī) 輸 入 數(shù) 據(jù) 、發(fā) 送 命 令 等 功 能 ， 是 人 工 干 預(yù) 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 的 主 要 手 段 。 顯示模塊設(shè)計(jì)方案顯 示 器 是 計(jì) 算 機(jī) 的 主 要 輸 出 設(shè) 備 ， 在 簡 單 的 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 常 用 的 顯 示 器 有數(shù) 碼 管 顯 示 器 （ LED） ， 液 晶 顯 示 器 （ LCD） 等 ， 該 系 統(tǒng) 僅 需 顯 示 液 位 高 度 ， 即 數(shù)字 量 ， 采 用 LED 顯 示 器 已 能 滿 足 系 統(tǒng) 要 求 。 因 而 采 用 2 位 LED 顯 示 器 便 能 滿足 設(shè) 計(jì) 要 求 。 靜 態(tài) 顯 示 法 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 顯 示 程 序 十 分 簡 單 ， 顯 示 亮 度 大 ， 由 于 CPU 不 必 經(jīng) 常 掃描 顯 示 器 ， 所 以 節(jié) 約 了 CPU 的 工 作 時(shí) 間 。 所 以 靜 態(tài) 顯 示 法 常 用 在 顯 示 器 數(shù) 目 較 少 的 應(yīng) 用 系統(tǒng) 中 。 由 于 74LS47 譯 碼 為 共 陽 極 數(shù) 碼 管的 碼 表 ， 因 而 選 用 8 段 （ 帶 小 數(shù) 點(diǎn) ） 共 陽 極 LED 用 于 數(shù) 據(jù) 顯 示 。 單 片 機(jī) 使 用 1 位 I/O 口 控 制 數(shù) 據(jù) 的 鎖 存 。數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 可 選 擇 的 種 類 繁 多 ， 常 用 的 有 隨 機(jī) 存 取 存 儲(chǔ) 器 （ RAM） 、 只 讀 存 儲(chǔ)器 （ ROM） 與 閃 存 （ FLASH） 。 這 種 存 儲(chǔ) 器 在 斷 電 時(shí) 將 丟 失 其 存 儲(chǔ) 內(nèi) 容 ， 故 主 要 用 于 存 儲(chǔ) 短 時(shí) 間河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 使 用 的 程 序 。 ROM又 分 一 次 性 固 化 、 光 擦 除 和 電 擦 除 重 寫 兩 種 類 型 。NOR 和 NAND 是 現(xiàn) 在 市 場 上 兩 種 主 要 的 非 易 失 閃 存 技 術(shù) 。NAND 閃 存 的 缺 點(diǎn) 在 于 讀 速 度 較 慢 ， 它 的 I/O 端 口 只 有 8 個(gè) ， 比 NOR 要 少 多 了 。 再 加 上 NAND 閃 存 的 邏 輯 為 電 子 盤 模 塊 結(jié) 構(gòu) ， 內(nèi) 部 不存 在 專 門 的 存 儲(chǔ) 控 制 器 ， 一 旦 出 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 壞 塊 將 無 法 修 ， 可 靠 性 較 NOR 閃 存 要 差 。 NOR 的 傳 輸 效 率 很 高 ， 在1～ 4MB 的 小 容 量 時(shí) 具 有 很 高 的 成 本 效 益 ， 但 是 很 低 的 寫 入 和 擦 除 速 度 大 大 影 響 了它 的 性 能 。 應(yīng) 用 NAND 的 困 難 在 于 FLASH 的 管 理 和 需 要 特 殊 的 。FLASH 是 一 個(gè) 不 錯(cuò) 的 解 決 方 案 。根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 記 錄 某 一 記 錄 點(diǎn) （ 電 機(jī) 狀 態(tài) 改 變 時(shí) 刻 ） 的 狀 態(tài) 與 時(shí) 間 需 要 6字 節(jié) 數(shù) 據(jù) ， 即 年 （ 20222099 年 ） 、 月 （ 112 月 ） 、 日 （ 131 日 ） 、 時(shí) （ 023 時(shí) ） 、分 （ 059 分 ） 、 狀 態(tài) （ 0 或 1） 這 些 數(shù) 據(jù) ， 如 果 系 統(tǒng) 長 時(shí) 間 的 工 作 ， 將 會(huì) 有 大 批 量的 數(shù) 據(jù) 產(chǎn) 生 ， 假 若 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 空 間 不 夠 大 ， 將 會(huì) 產(chǎn) 生 數(shù) 據(jù) 的 覆 蓋 ， 從 而 降 低 了 對 數(shù) 據(jù)分 析 的 準(zhǔn) 確 性 。 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 在 不 掉 電 的 工 作 環(huán) 境 下 ； 軟 件 上 ， 上 位 機(jī) 軟 件對 數(shù) 據(jù) 提 取 后 即 可 保 存 在 PC 機(jī) 中 ， 5000 項(xiàng) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 時(shí) 間 上 的 緩 沖 是 充 足 的 。 時(shí)間模塊設(shè)計(jì)方案通 過 單 片 機(jī) 的 定 時(shí) 器 ， 可 以 設(shè) 計(jì) 時(shí) 間 功 能 ， 然 而 單 片 機(jī) 自 身 的 產(chǎn) 生 時(shí) 間 數(shù) 據(jù) 大大 占 用 了 系 統(tǒng) 的 資 源 ， 降 低 了 工 作 效 率 ， 甚 至 影 響 了 其 他 功 能 的 實(shí) 現(xiàn) ， 因 此 在 本 設(shè)計(jì) 方 案 中 ， 采 用 了 外 部 芯 片 提