基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 摘要 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它目錄摘要IIIAbstractIV第一章 緒論11.1 研究目的和意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 研究內(nèi)容和方法2第二章 系統(tǒng)的總體方案32.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求32.2 系統(tǒng)方框圖32.3 硬件控制方案3第三章 硬件電路設(shè)計(jì)123.1總體硬件模塊圖123.2單片機(jī)AT89S52的硬件設(shè)計(jì)123.3存儲(chǔ)單元的硬件設(shè)計(jì)143.4 輸入與顯示設(shè)計(jì)163.5 A/D轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)183.6通訊電路設(shè)計(jì)203.7外圍電路設(shè)計(jì)21第四章 軟件設(shè)計(jì)234.1系統(tǒng)軟件234.2各模塊的軟件設(shè)計(jì)24總結(jié)29致 謝30參考文獻(xiàn)31附件A 系統(tǒng)電路圖32附件B 各單元模塊程序附錄總結(jié)33VII大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） | 摘要 摘要液位值檢測主要意義在于解決工廠、醫(yī)療及生活中液位調(diào)控過程投入人力物力過多的現(xiàn)象，同時(shí)提高控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，最終達(dá)到提高系統(tǒng)工作效率目的。以單片機(jī)為控制核心的裝置系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳送速度快、控制反饋速度快、工作環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、系統(tǒng)使用壽命長、功能損失小等特點(diǎn)。對待測液體進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，由傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的檢測，并與液位極值進(jìn)行比較，根據(jù)工業(yè)需要進(jìn)行供給液體或排放液體，超出極值時(shí)系統(tǒng)蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)給液或排液，直至恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)給定值。論文從硬件型號(hào)的選取到軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都逐一具體說明，進(jìn)一步闡述該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)液位測量過程及方法。最終將該系統(tǒng)的硬件與軟件系統(tǒng)的設(shè)定基本完成。關(guān)鍵詞：液位值檢測，液位極值，單片機(jī)，傳感器大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） Abstract Abstract The main significance of the detection level value to solve factories, medical and life level of regulation of the phenomenon of excessive investment in human resources, while improving the accuracy of the control system, and ultimately to improve system efficiency purposes. Microcontroller as control core device system with real-time data conversion and transmission speed control feedback fast, strong adaptability to the working environment, the system long service life, loss of function and other characteristics. Measure the liquid treat data extraction, real-time data is detected by the sensor and is compared with the level of extreme value, according to the industry need for supplying liquid or liquid discharge beyond extremes buzzer alarm system and automatically to the fluid or discharge liquid, until the return to the standard given value. Papers selected from hardware to software models system design, each one of them specific instructions, further elaboration of the system in real time level measurement process and methods. The final set of hardware and software systems substantially complete.Keywords: detection level value; level extremes; SCM; sensor大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第一章 緒論第一章 緒論1.1 研究目的和意義隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，自動(dòng)化的相應(yīng)產(chǎn)業(yè)也隨之不斷更新?lián)Q代，液位的控制也由傳統(tǒng)的人工控制逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化控制。對于傳統(tǒng)控制存在的問題，本次設(shè)計(jì)有了很強(qiáng)的針對性，避免了常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)中的人員控制不及時(shí)問題。該系統(tǒng)具有預(yù)報(bào)警警示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、報(bào)警后的自補(bǔ)償系統(tǒng)以及人工實(shí)時(shí)操控系統(tǒng)等組成。本次設(shè)計(jì)的主要意義在于解決工廠、醫(yī)療及生活中不必要人力物力的浪費(fèi)，同時(shí)提高控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，最終到達(dá)提高了系統(tǒng)效率與質(zhì)量的目的。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)今在工業(yè)生產(chǎn)中常用測量液位儀器有簧管式、浮球式、防爆式以及兩線式控制液位器等。其中超聲波液位控制器適用于液位控制精度較高的系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的超聲液位傳感器由兩組探頭組成，功能分別為發(fā)射與接收信號(hào)。這種單發(fā)單收傳感器可以避免類似自發(fā)自收式傳感器安裝、接收的盲區(qū)，又可克服多信號(hào)發(fā)射、接收的多信號(hào)耦合現(xiàn)象。該系統(tǒng)傳感器部分在空氣中可以更好的發(fā)揮其工作性能，進(jìn)而提高液位控制精度，在高精度控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用1。美國公司（MILLTRONICS）已經(jīng)開發(fā)多范圍超聲波監(jiān)測系統(tǒng)級(jí)和電平測量功能，它使用非接觸式超聲波傳感器的水平差，水平變化可以被監(jiān)測30厘米至14米范圍。 工業(yè)生產(chǎn)中常用的控制方式是串級(jí)控制，而串級(jí)液位控制又是典型控制中的常見事例。雖然，串級(jí)液位控制較之原始液位控制有著顯著的效果，但該系統(tǒng)的大慣性、延遲、難以精確控制非線性模型等的特點(diǎn)也給實(shí)際生產(chǎn)中添加了不少的困難。常規(guī)PID液位的調(diào)控是不能夠理想的控制更復(fù)雜系統(tǒng)，然而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則可更好地調(diào)控復(fù)雜系統(tǒng)，新型控制器PID方式（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）不僅具有魯棒性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，更為特殊的是該元件由常規(guī)的控制器PID方式及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP方式結(jié)合構(gòu)成。敖茂堯提出優(yōu)化算法關(guān)于粒子群進(jìn)一步解決神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP收斂慢特性。改良的控制方式由改進(jìn)粒子群算法、控制器BP及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID構(gòu)成，鑒于自學(xué)習(xí)、適應(yīng)性以及加權(quán)改良進(jìn)一步調(diào)劑PID參數(shù)，從而解決非線性模型的調(diào)控。控制算法的確定關(guān)系著被控物體調(diào)控的性能優(yōu)勢。控制回路的PID調(diào)節(jié)算法中，沖量式數(shù)字PID控制算法便捷、工作狀態(tài)穩(wěn)定、在工作點(diǎn)上下浮動(dòng)位置常規(guī)狀態(tài)下能通過使被控制對象的數(shù)值測量6，并且能快速與原系統(tǒng)的設(shè)定值保持一致，而不進(jìn)行大幅度的超調(diào)設(shè)置。在穩(wěn)定狀態(tài)下可以消除偏差，調(diào)節(jié)效果也十分顯著，且需要保留顯示以前的時(shí)刻偏差數(shù)較少，因此系統(tǒng)的運(yùn)算量和資源占用量也較少。1.3 研究內(nèi)容和方法該系統(tǒng)主要研究對待測液體液位的控制，系統(tǒng)由傳感器測得實(shí)時(shí)液位值，并傳遞給主機(jī)系統(tǒng)，數(shù)值到達(dá)極值時(shí)會(huì)自動(dòng)給液或排液以確保液位值。在此過程中操作人員可以根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行液位極值的變更設(shè)定。研究方法首先通過對系統(tǒng)總體工作要求的確定，規(guī)劃出系統(tǒng)整體的運(yùn)行框圖（包括硬件與軟件框圖）。根據(jù)系統(tǒng)總框圖確定所需硬件，并依次決定硬件型號(hào)；對于軟件則由程序流程圖最終確定各部分程序。35大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第二章 系統(tǒng)的總體方案第二章 系統(tǒng)的總體方案2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求以常規(guī)無腐蝕性、不易汽化的液體為待測液的控制模型。以單片機(jī)為控制核心的裝置系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳送速度快、控制反饋速度快、工作環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、系統(tǒng)使用壽命長、功能損失小等特點(diǎn)。該系統(tǒng)對待測液體進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，由傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的檢測，并與液位極值進(jìn)行比較，根據(jù)工業(yè)需要進(jìn)行供給液體或排放液體，超出極值時(shí)系統(tǒng)蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)給液或排液，直至恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)給定值。調(diào)控模型也可實(shí)時(shí)根據(jù)需要及時(shí)調(diào)控?cái)?shù)值。2.2 系統(tǒng)方框圖單片機(jī)控制模塊本系統(tǒng)方框圖： 存儲(chǔ)模塊模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊通信模塊輸入鍵盤與顯示模塊液位檢測模塊電機(jī)模塊時(shí)鐘模塊（只做簡述無時(shí)間顯示要求可略）圖 1系統(tǒng)方框圖根據(jù)系統(tǒng)的整體控制需求，通過單片機(jī)的總體控制，由數(shù)據(jù)地址總線以及輸入/輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊以及電機(jī)控制等外圍電路組成，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)的調(diào)控需求。控制系統(tǒng)的方框圖為圖1。2.3 硬件控制方案2.3.1控制模塊設(shè)計(jì)方案控制模塊的主體是單片機(jī)，不同型號(hào)的單片機(jī)具有各自的特點(diǎn)，這樣對于機(jī)體型號(hào)的選擇有了更多選項(xiàng)。因此對于系統(tǒng)而言單片機(jī)的選擇非常重要，這將決定著系統(tǒng)的工作效率與經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述可以根據(jù)以下幾點(diǎn)進(jìn)行單片機(jī)的挑選：1. 被選機(jī)型的數(shù)據(jù)參數(shù)。如控制速度與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度、程序存儲(chǔ)器容量、輸入/輸出引腳數(shù)量等。2. 被選機(jī)型的增強(qiáng)功能。如看門狗電路、雙指針、EEPROM、雙串口、RTC、CAN接口、RAM延展。3. 被選機(jī)型的一次性可編程以及閃存性能。4. 單片機(jī)的封裝形式：綁定型封裝、直插雙列型封裝。5. 單片機(jī)工作環(huán)境的溫度變化范圍，同時(shí)還要根據(jù)機(jī)型選擇領(lǐng)域是工業(yè)還是商業(yè)進(jìn)一步選擇。6. 單片機(jī)功能損耗的大小。7. 單片機(jī)的電壓工作范圍。如播放機(jī)的遙控器設(shè)計(jì)，需要提供兩節(jié)干電池的電壓或是在1.83.6V直流電壓內(nèi)可以工作。8. 被選機(jī)型的市場價(jià)格。9. 機(jī)型能否在線編程以及考慮燒錄器的價(jià)格。10. 調(diào)控時(shí)其它功能模塊使用的器件型號(hào)。11. 所選機(jī)型支持的匯編語言。12. 盡可能資源豐富。13. 被選機(jī)型應(yīng)具有較強(qiáng)的免干擾特性。14. 最后還應(yīng)考慮被選機(jī)型同系統(tǒng)中其他芯片總體考慮?；谏鲜鰩c(diǎn)因素：系統(tǒng)整體的規(guī)模不是很大，又由于系統(tǒng)對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度要求不是很高即系統(tǒng)實(shí)時(shí)性需求不高，系統(tǒng)的總線使用分時(shí)復(fù)用的形式，因而對輸入/輸出串口的數(shù)量要求可以降低。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要可以使用四路八位輸入/輸出接口，同時(shí)系統(tǒng)需要外擴(kuò)存儲(chǔ)器以達(dá)到擴(kuò)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的目的，三十二萬字節(jié)的存儲(chǔ)量（數(shù)據(jù)）就可以達(dá)到系統(tǒng)使用量，最終系統(tǒng)使用十六位或準(zhǔn)十六位的總BUS線作為傳送數(shù)據(jù)（地址）7。在實(shí)驗(yàn)測試測試過程中，系統(tǒng)機(jī)型采用雙列直插封裝的單片機(jī)，不需要對實(shí)際生產(chǎn)工業(yè)中被控對象的控制所處具體外界環(huán)境予以考慮。系統(tǒng)控制過程中使用交流二百二十伏作為供電源并且使用直流五伏電源為單片機(jī)供電，被選單片機(jī)支持在線系統(tǒng)編程進(jìn)而省去了仿真器的使用。由以上所述調(diào)控模型可以選取具有51相通性的AT89S52型作為本次所選機(jī)型。單片機(jī)AT89S52型可以在線系統(tǒng)可編程閃存存儲(chǔ)器并且集聚性能較高的CMOS與功率低損耗為一體的八位微型調(diào)控器。閃存既能滿足存儲(chǔ)器（程序）在線編程同時(shí)也適用于常用器件編程，使用非易失性高密度存儲(chǔ)技術(shù)的ATMEL公司制造用工業(yè)中，且該系列與51系列突顯出良好的融合性，這也使得AT89C51更能靈活應(yīng)用于嵌入式控制中。被選機(jī)型AT89S52具有下列功能：字節(jié)為二百五十六的RAM，字節(jié)為八千的閃存，看門狗（防系統(tǒng)死飛），三十二位輸入/輸出，數(shù)據(jù)指針為兩個(gè)，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器十六位為三個(gè)，其中調(diào)控模型的中斷結(jié)構(gòu)為一個(gè)六向量二級(jí)，時(shí)鐘電路、雙工串行端口和振蕩元件（片內(nèi)）。此外單片機(jī)AT89S52可選擇省電模式下的軟件數(shù)量為兩類，且能夠處于零赫茲靜態(tài)下進(jìn)行運(yùn)算邏輯。2.3.2 顯示與輸入鍵盤模塊的設(shè)計(jì)方案輸入鍵盤模塊主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)液位值的輸入，該部分的軟件任務(wù)主要是檢驗(yàn)是否有按鍵按下同時(shí)檢查是何鍵值，之后根據(jù)輸入值來決定電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)進(jìn)而控制液位值，本系統(tǒng)可以采用獨(dú)立式鍵盤進(jìn)行數(shù)值輸入。該系統(tǒng)所需屏幕主要用生產(chǎn)設(shè)備計(jì)算機(jī)來完成簡單的工業(yè)控制系統(tǒng)，通常用數(shù)字顯示屏幕，LCD等，調(diào)控模型只需表示出液體水平位值即數(shù)字化即可， LCD顯示屏已經(jīng)能夠滿足調(diào)控模型的要求。調(diào)控模型精準(zhǔn)度必須不大于五米測量范圍，十分之一的測量精確度，預(yù)測模型的檢測取值空間五米，十分之一的準(zhǔn)確率，510=0.5米有效值的測量的需要。使用兩位LED將能夠符合模型需求。系統(tǒng)有兩種關(guān)于LED顯示方法：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示方法。靜態(tài)優(yōu)點(diǎn)是規(guī)律容易掌握，屏幕長時(shí)間觀看不會(huì)感覺眼澀，因?yàn)椴恍枰幚砥鬟B續(xù)掃視屏幕，因而可節(jié)省處理器的運(yùn)作量。但靜態(tài)展示需要待改進(jìn)的地方，首先為占用更多輸入/輸出端口，造成資金投入相對上浮。因此屏的靜態(tài)方法數(shù)通常用于小型應(yīng)用系統(tǒng)屏幕。改善元件中靜態(tài)展示的輸入/ 輸出端所占比例過多，采用壓縮BCD生產(chǎn)代碼及八位鎖存數(shù)據(jù)元件，硬件74LS273和壓縮元件連接該驅(qū)動(dòng)器解碼器上，降低元件需要的運(yùn)作量。共陽極解碼用八區(qū)共陽極顯示元件進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，采用單片機(jī)控制的輸入/ 出端口的數(shù)值鎖存。2.3.3 模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)方案模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)與外界控制的關(guān)鍵，多種不同性質(zhì)的轉(zhuǎn)換器在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，第一要看怎樣選擇適當(dāng)?shù)脑_(dá)到系統(tǒng)的要求。選基于下列參值模塊： 1.逐次比較型逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次逼近邏輯結(jié)構(gòu)的，從MSB順序?yàn)槊總€(gè)輸送電壓和輸出DA轉(zhuǎn)換器內(nèi)置數(shù)碼比較N次后輸出。它的優(yōu)點(diǎn)是速度快、損耗功能低，分辨率低（12），其價(jià)格高。 2.比較并行型/比較串并型 用多個(gè)比較器，只看到當(dāng)前比較并執(zhí)行轉(zhuǎn)換，也被稱為閃光（快速）型。由于該轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)化率高，需要2n-1個(gè)比較器進(jìn)行n位轉(zhuǎn)換，從而使電路規(guī)模加大，也造成價(jià)位高的現(xiàn)象，因而只適用于高速AD轉(zhuǎn)換視頻的特定區(qū)域。比較串并的原理借鑒了并行和逐次比較轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）的工作機(jī)理，經(jīng)典的由N的半值比較并行轉(zhuǎn)換元件（數(shù)/模）與轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）構(gòu)成組合體，比較兩次后實(shí)施轉(zhuǎn)換，即所謂的半閃光（半快速）型。有的模塊被劃分成三個(gè)階段以上的步驟來實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換并被稱為分級(jí)（多步）型，從第一視角轉(zhuǎn)換的角度可以稱為管道（流水線）型的A/D，多層次的AD加入更多的結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字運(yùn)算和糾錯(cuò)等功能。模塊規(guī)模比并聯(lián)式線路精簡。3.積分型積分型的運(yùn)作方式（模/數(shù)）在頻率（脈沖頻率）或一個(gè)時(shí)間（脈沖寬度信號(hào)）下轉(zhuǎn)換輸送電壓，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲取的數(shù)值。它的優(yōu)點(diǎn)高的分辨率可以通過簡單的電路來獲得，但缺點(diǎn)是積分時(shí)間決定著轉(zhuǎn)換精度導(dǎo)致極低的轉(zhuǎn)化率。4.電壓頻率轉(zhuǎn)換型電壓-頻率變換型（電壓-頻率轉(zhuǎn)換器），系統(tǒng)取得的模擬信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成一對頻率的數(shù)字量，通過間接的模擬轉(zhuǎn)換得到數(shù)字。在理論上，這中模塊的分辨率會(huì)增加并且?guī)缀跏菬o限增長的，只要該頻率分辨率樣品生產(chǎn)時(shí)間能夠滿足寬度脈沖的累計(jì)數(shù)。其優(yōu)良特性是分辨性能高，具有低廉價(jià)位，損耗功能小，但要有外部電路計(jì)數(shù)電路模板一齊完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。5.系統(tǒng)需要A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)當(dāng)系統(tǒng)需要的轉(zhuǎn)換（模/數(shù)）的位數(shù)被設(shè)置時(shí)，該數(shù)值應(yīng)被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)考慮到這兩個(gè)區(qū)域的動(dòng)靜態(tài)精度平滑特性。由靜態(tài)精度的角度出發(fā)，應(yīng)考慮所產(chǎn)生的原始信號(hào)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤最后由系統(tǒng)傳遞制造的最終誤差，這種誤差信號(hào)的主要是由于數(shù)字化模擬造成的。轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）位數(shù)與量化誤差有著一定聯(lián)系。被稱為低分辨率的轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）通常低于八位的轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)），中分變率的轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）為九至十二位，超過十三位的被稱作高清晰度的轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）。 低于十位的轉(zhuǎn)換器誤差值較大，高于十一位的轉(zhuǎn)換元件對降低輸入誤差并沒有太大的改變，但由于轉(zhuǎn)換元件（模/數(shù)）的要求定得太高。因此需要定位于十或十一位為宜。A/D轉(zhuǎn)換器所要處理的信號(hào)需要先經(jīng)過測量裝置的數(shù)值測量后方可進(jìn)行后期處理，量化的誤差值與測量的誤差值構(gòu)成了系統(tǒng)整體的誤差。系統(tǒng)裝置的測量精準(zhǔn)度必須與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精準(zhǔn)度相符合，換句話說為了不造成測量誤差的擴(kuò)大，需要總體造成的誤差與量化的誤差值百分比小盡可能的小；反過來應(yīng)依照測量精度對轉(zhuǎn)換器規(guī)定特定的位值需求。在當(dāng)今情況下，精確度值為大于百分之零點(diǎn)一至百分之零點(diǎn)五的測量器居多，因此系統(tǒng)的精度要求可以確定在此區(qū)間，加之?dāng)?shù)值的符號(hào)位十至十一位即為對應(yīng)的二進(jìn)制代碼位數(shù)。雙精度轉(zhuǎn)換法可以解決對轉(zhuǎn)換位數(shù)需求更多的系統(tǒng)應(yīng)用問題。 6.A / D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換率從轉(zhuǎn)換開始到結(jié)束轉(zhuǎn)換需要經(jīng)過一段過渡時(shí)間后穩(wěn)定的數(shù)值才能被輸出。轉(zhuǎn)換率被定義是在完成該變換（模/數(shù)）所需時(shí)間倒值。系統(tǒng)的采樣率應(yīng)當(dāng)在轉(zhuǎn)換率被確定后被予以考慮，在當(dāng)前需要下同時(shí)應(yīng)考慮到采樣的普遍性，隨機(jī)取得樣品個(gè)數(shù)為十個(gè)并且為同一波形的同一周期，高達(dá)一千赫茲的信號(hào)頻率將成為該轉(zhuǎn)換器的最大值。為了使頻率信號(hào)得到改善，可以通過降低轉(zhuǎn)換時(shí)間從而達(dá)到目的。7.轉(zhuǎn)換器的可控量程輸送信號(hào)由自然數(shù)起步作為該值最小值，而有些從無到有。某些轉(zhuǎn)換器提供各種各樣的管腳，要保護(hù)好轉(zhuǎn)換的精度必須要先確保管腳正確使用，雙擊性的偏置以及量程的變換是決定轉(zhuǎn)換器可控量程的因素。 8.設(shè)備的采樣與保持當(dāng)在變化非常緩慢的模擬數(shù)據(jù)信號(hào)及直流信號(hào)的情況下不需使用保持器，除此之外則都將使用該器件。頻率信號(hào)如果不高則所需轉(zhuǎn)換的時(shí)間將會(huì)變短，換而言之高速取樣轉(zhuǎn)換的情況下是不需要使用保持器件和采樣器件。 9.滿量程誤差 當(dāng)系統(tǒng)滿量程輸出時(shí)理想的輸入值被對應(yīng)的信號(hào)輸入值減掉之后所得值即為滿刻度誤差值。當(dāng)電壓和被選傳感元件誤差相近時(shí)，滿足設(shè)計(jì)要的元件即為ADC0804。2.3.4 電機(jī)模塊的設(shè)計(jì)方案由于液泵參數(shù)在設(shè)計(jì)中不需要被具體確定，液泵的電動(dòng)機(jī)規(guī)格和類型的各有千秋，由于參數(shù)的不同導(dǎo)致了電路的差異，該設(shè)計(jì)中僅簡述其功能原理。 在系統(tǒng)模塊中負(fù)責(zé)電動(dòng)啟動(dòng)器的部分由繼電器進(jìn)行調(diào)控。作為調(diào)控器件大家庭中的一員，繼電器又是這電子家庭成員中的一個(gè)重要成員。該元件集聚了調(diào)控系統(tǒng)（輸入端回路）與被調(diào)控系統(tǒng)（輸出端回路），此元件的存在其實(shí)就是使用更少的電流來調(diào)控一個(gè)較大的自動(dòng)刀閘。由此可以看出該元件在電路中的職責(zé)是對電路整體進(jìn)行保護(hù)以及改變電流流向等。關(guān)于繼電器自身所涉獵的技術(shù)參數(shù)：1.在額定狀態(tài)下運(yùn)行所需的電壓參值，該參值指的是在正線圈常規(guī)運(yùn)行的狀況下需要電壓的供給值，該元件有兩種型號(hào)可供選擇分別為AC型與DC型。 2.在DC狀態(tài)下的阻值,該值能夠在直流狀態(tài)下使用萬能表測量線圈得到所需值。3.調(diào)控過程中的電流損耗，該參值是由元件動(dòng)作后造成的吸和現(xiàn)象，并在此狀態(tài)下?lián)p耗的電流最小值。為了使繼電器能夠在常規(guī)狀態(tài)下進(jìn)行工作，這就要考慮吸和狀態(tài)下的參值不大于電流的給定參值。至于施加給線圈的電壓參值，常規(guī)為額定情況下電壓值的一倍至兩倍之間，在此范圍之外將會(huì)由于過強(qiáng)電流流過線圈時(shí)造成燒毀現(xiàn)象。4.運(yùn)作情形的電流釋放值，即由繼電器操控時(shí)釋放最大電流值。在目前情況下繼電器電流值被降低到一定幅度時(shí)該器件將返回?zé)o動(dòng)力下釋放情況，此時(shí)吸和電流將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該時(shí)刻電流值。5.器件觸點(diǎn)動(dòng)作情況下的變換電壓/電流允許值，該值是被允許加載在器件上的電流/電壓值。這一數(shù)值的出現(xiàn)確定了繼電器的電壓/流值不得超過該值，如果超過該數(shù)值將會(huì)造成器件觸點(diǎn)的毀損。對于電機(jī)的選擇一般有三種：伺服、直流、步進(jìn)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)在直流運(yùn)行環(huán)境下接通電源即可旋轉(zhuǎn)，電機(jī)具有較大慣性導(dǎo)致掉電后關(guān)閉不會(huì)立刻停止，旋轉(zhuǎn)一定角度后停止，如果電機(jī)需要旋轉(zhuǎn)角度的精確控制，對此閉環(huán)算法是復(fù)雜的，體積龐大也就同系統(tǒng)硬件與之對應(yīng)。伺服馬達(dá)起動(dòng)力矩的機(jī)械性能好，具有簡單的驅(qū)動(dòng)線路且易于控制，倒車功能不堵塞，就其市場價(jià)位而言目前售價(jià)高，不適用于一般用途。步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的電脈沖被轉(zhuǎn)換致角位移。直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩相對較大，具有相對高的精度控制，其中每旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角都是被設(shè)定為更準(zhǔn)確的數(shù)值，從而能夠有效提高輸液率的調(diào)控精準(zhǔn)度?；谏鲜鰠⒅档奶攸c(diǎn)，本設(shè)計(jì)使用額定值為120V交流/24V直流的電壓，運(yùn)行在電流三安電壓五伏的小型器件。同時(shí)本設(shè)計(jì)應(yīng)用正反轉(zhuǎn)的工作原理來調(diào)控液位的數(shù)值。2.3.5液位測量儀的模塊設(shè)計(jì)方案在水平液位控制系統(tǒng)中，最重要的參數(shù)測量是水平液位值，液面檢測和校對是整個(gè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的。然而，水平液位是非線性的控制系統(tǒng)，不同時(shí)間可以是不同模型。工業(yè)生產(chǎn)中常見的鍋爐系統(tǒng)以及船體鍋爐系統(tǒng)，系統(tǒng)中都會(huì)存在著“虛假液位”的現(xiàn)象，由于鍋爐的溫度、水蒸氣濃度以及液位控制系統(tǒng)在非平靜環(huán)境下作業(yè)造成待測機(jī)體晃動(dòng)，造成液位控制精度不準(zhǔn)確，導(dǎo)致液位控制有偏差2，針對這種現(xiàn)象常采用串級(jí)控制。如對于一組300兆瓦的汽包爐機(jī)組，自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)最為重要的就是調(diào)控液位，即為汽包的液位調(diào)節(jié)三沖量系統(tǒng)。二十世紀(jì)八十年代末期的一例汽包水位自動(dòng)失靈足以說明系統(tǒng)調(diào)節(jié)的重要性，該事故中汽包水位自動(dòng)失靈，運(yùn)行人員沒有發(fā)現(xiàn)。水位已經(jīng)上升到出現(xiàn)水不斷外漫的情況，從而造成增加蒸汽水分含量過熱現(xiàn)象。水蒸汽在渦輪機(jī)葉片的渦輪機(jī)的侵蝕機(jī)片，從而產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力。最終渦輪飛車，渦輪軸飛出油缸殼體，幾十米后渦輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)單元全部造成損失3，我們可以看到系統(tǒng)的調(diào)節(jié)的重要。 通常用在生產(chǎn)工業(yè)階段的測液儀：MKUR3100投入式、UFZ-04型罐車式、ULB型玻璃式、UQK-01/02/03型液位控制裝置和彩色石英管浮子玻璃液位計(jì)等。BM51剛線液位計(jì)是用途廣泛的液位測量、控制儀表，通用的液位測量和控制儀器; MKUR3100投入式液位計(jì)是由液位變送器型URA及URB數(shù)字電平指示器由兩部分組成，水位控制和測量水位，污水處理，水利和化學(xué)工業(yè)，冶金和適用的其他部門; UFZ- 04罐液位計(jì)在石油、化工、儲(chǔ)油和壓力容器打開或液位連續(xù)測量交通運(yùn)輸部門，尤其是對液化石油氣儲(chǔ)罐和槽車和其他罐車和水平指示器油輪和液化氣殘液指示; NC-01控制銅液位控制，不銹鋼等材料，不腐蝕容器02/03型浮球適當(dāng)?shù)乃?。由于具有精度高、響應(yīng)速率快等特色的電容式測位儀，采用系統(tǒng)級(jí)檢測液位儀更為廣泛9。 在常規(guī)狀態(tài)下的液體位置測量儀通?？梢苑譃閮纱箢悾旱谝淮箢悶榻佑|式的測量儀，另一類為非接觸方式的液位測量儀。液體位置測量儀中的靜壓投入式運(yùn)行在工業(yè)與醫(yī)用環(huán)境等，簡單的結(jié)構(gòu)是該元件的一大特點(diǎn)，校對與調(diào)節(jié)以及組裝的靈巧性為使用者營造了便捷的使用環(huán)境。該元件在原理上增添了流體靜力學(xué)理論并應(yīng)用在液位壓力測量儀中，密封成為了該元件的重要技術(shù)，這就確保了測量儀器的密封性又使得壓力空間與外界相同，間接增加元件測量的精準(zhǔn)度10。高低液位測量儀在水池、水塔等現(xiàn)狀水平環(huán)境下進(jìn)行實(shí)時(shí)二十四小時(shí)的監(jiān)控測量，當(dāng)測量值高于最高液位值或低于最低液位值警報(bào)裝置就會(huì)發(fā)送信息提醒看管人員，同時(shí)可連接到所述泵控制終端，當(dāng)其測量端測得值達(dá)到報(bào)警區(qū)間值時(shí)，控制端會(huì)自動(dòng)鏈接到電機(jī)端進(jìn)行供液或排液的操作。本次設(shè)計(jì)選用的元件為高低液位測量儀。2.3.6主機(jī)通訊模塊設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)使用的AT89S52單片機(jī)中有一個(gè)內(nèi)部串行全雙工異步輸入/輸出接口，以P3口中的零號(hào)引腳及一號(hào)引腳作為接口，使用這種接口方式，能夠達(dá)到與主機(jī)系統(tǒng)通信。在運(yùn)作中相異器件之間串行通訊，應(yīng)該使用同種標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通訊。經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)串行方式為RS485與RS232的通訊。經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)串行方式RS485的特性：1.該元件邏輯值為1，此刻兩線間電壓差是+6v+2v;值為零則兩條線間電壓差為-6v-2v。端口信號(hào)的電位值與之RS-232-C數(shù)值減少很多，這不可能造成端口線路芯片破損，考慮到該元件電平兼容性與TTL相通，能夠容易地連接到TTL。2.十兆比特位每秒是該元件的最大傳送值（數(shù)據(jù)）。3.該元件為一種應(yīng)用差分式接收機(jī)與驅(qū)動(dòng)平衡元件端口組合技術(shù)，抗共模噪聲抑制性能增強(qiáng)，也就是干預(yù)性能優(yōu)良一面的展現(xiàn)。4.以十兆比特位每秒為最大傳輸速率的RS-485，其最大輸送長度為約1219米，傳送速度正比于傳輸距離，要想以傳送距離是極大值時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，只需將傳輸率調(diào)節(jié)到100Kb/s即可，如果必要增大傳送的長度，我們需要添加485中繼器。 RS-485的BUS線一般可多達(dá)三十二個(gè)節(jié)點(diǎn)，485如果使用一個(gè)特殊的芯片，能夠擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)數(shù)到128或256，最大支持個(gè)數(shù)可多達(dá)四百節(jié)點(diǎn)4。常規(guī)型號(hào)該器件狀態(tài)下，兩千五百皮法的電容負(fù)載能被該器件驅(qū)動(dòng)，通訊長度會(huì)被器件電容值控制。使用通信電纜一百五十皮法每米，十五米是通訊長度極大值;如果電纜容值減少將會(huì)加大通訊長度。短距離傳送也考慮到該元件傳輸是單端信號(hào)接送方式，當(dāng)出現(xiàn)共模噪聲干擾問題沒有扼制時(shí)，這也決定了該器件多在二十米范圍內(nèi)運(yùn)行環(huán)境下。 智能器件和主機(jī)器件鏈接多用RS485、以太網(wǎng)、RS232等進(jìn)行通信，這決定器件的接口是否統(tǒng)一。然而，RS485、RS232通訊媒體和物理層的鏈接方式，想達(dá)到訪問雙向的特性應(yīng)該將通信程序排列出來，這些大部分是不滿足OSI標(biāo)準(zhǔn)/ ISO標(biāo)準(zhǔn)，只有各自類型性能得以體現(xiàn)，這也說明了程序沒有兼容性5。RS485或RS232連接到網(wǎng)絡(luò)的器件，應(yīng)用器件為兩個(gè)以上組數(shù)時(shí)，則須用RS485作為網(wǎng)絡(luò)器件間的通信媒介，通過主設(shè)備的信息交換達(dá)到傳遞的目的，實(shí)現(xiàn)的主設(shè)備通常是一臺(tái)PC，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只可有一個(gè)主器件的存在?，F(xiàn)場BUS應(yīng)用技術(shù)基于基本模塊OSI/ISO，完全可以支撐軟件調(diào)控系統(tǒng)，解決BUS總調(diào)控，維護(hù)，沖突檢測等各個(gè)環(huán)節(jié)?？乖肼暩蓴_優(yōu)良性以及長距離傳送優(yōu)點(diǎn)，加之多站能力等特點(diǎn)讓RS-485接口成為串口接法。該調(diào)控模型應(yīng)用常規(guī)RS-485端口，RS232 / RS485轉(zhuǎn)換元件和PC完成通訊鏈路。MAX485接口用+5V電壓供電運(yùn)作，額定值是300pF，應(yīng)用半雙工通信技術(shù)。它結(jié)束了TTL電平的并變成了RS-485電平功能。 此芯片和PIN結(jié)構(gòu)非常簡單，具體構(gòu)造由驅(qū)動(dòng)器與接收器組成。 / RE對應(yīng)為終端接收端，當(dāng)該端口邏輯值是零時(shí)，該元件處于接收狀態(tài);DE的邏輯值是一情況下，該裝置處在發(fā)送模式，該芯片基于在半雙工模式下運(yùn)作，使得MCU僅可以調(diào)控上述兩個(gè)管腳;A側(cè)和B側(cè)差動(dòng)信號(hào)端子的發(fā)送和接收，當(dāng)A電平高于B，此時(shí)發(fā)送數(shù)值是一;當(dāng)電平小于B側(cè)，此時(shí)發(fā)送數(shù)值是0。添加A和B之間的匹配阻可選100。2.3.7數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)方案AT89S52運(yùn)用自身的256KB存儲(chǔ)器是不能夠滿足需求的，所以我們將要拓展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。閃速存儲(chǔ)器是非易失性存儲(chǔ)器（非易失性的），在沒有實(shí)際供應(yīng)情況可維持時(shí)間長，這是等于硬盤存儲(chǔ)的特性，閃光特征是物種各種數(shù)字便攜設(shè)備成為潛在的存儲(chǔ)介質(zhì)。RAM存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以被刪除或根據(jù)需求進(jìn)行寫入送出，位置和速度存取存儲(chǔ)器單元是獨(dú)立的存儲(chǔ)器。當(dāng)電源被阻斷時(shí)存入的數(shù)據(jù)會(huì)丟失，它主要用于短期使用的程序。ROM是指內(nèi)存的回收（存入一次，多次讀?。?，違背RAM的特征。ROM被劃分成兩類，光刪除和電可重寫兩種類型的電動(dòng)刪除?，F(xiàn)今在市場中具有非易失性閃存技術(shù)占據(jù)主要地位的有兩大類分別為NOR與NAND。NAND存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)單元是串行方式，存儲(chǔ)單元被讀出是在已提交單位的前提下進(jìn)行的，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是能夠達(dá)到1/2G的空間容量，該器件的使用率很高，同時(shí)低成本也便于大范圍推廣。這種器件不足之處在于較慢的讀取速率，比NOR端口少得多只有八個(gè)輸入/輸出口。這僅是由八個(gè)I / O端口進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，NOR閃存并行傳輸模式與之相比要快得多。 NAND快閃存儲(chǔ)器加邏輯電子模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)部專用存儲(chǔ)控制器不存在，不良數(shù)據(jù)塊將無法修復(fù)，可靠性比NOR閃存更糟。NAND可以供給高密度結(jié)構(gòu)單元進(jìn)而形成高密度存儲(chǔ)，其快速性也體現(xiàn)在輸入與刪除性能上，其中FLASH難以特殊管理。NOR的特征在于執(zhí)行芯片（XIP中，代替執(zhí)行），以使應(yīng)用程序能夠立即運(yùn)用在閃速存儲(chǔ)器上，而無需讀取代碼，則系統(tǒng)RAM會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。 NOR傳動(dòng)速率高具有非常高性價(jià)比，低寫入一至四兆時(shí)及擦除速度都將大大影響其性能。鑒于以上特點(diǎn)ROM不應(yīng)選存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而FLASH針對復(fù)雜的系統(tǒng)又不是相對完美，本設(shè)計(jì)采用RAM存儲(chǔ)。為了提高處理器工效減少處理時(shí)間，而且RAM內(nèi)存速率快且易于使用特性，因此掉缺電時(shí)RAM數(shù)據(jù)丟失的情況被忽略。2.3.8 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)方案由于調(diào)控芯片單片機(jī)自身能夠應(yīng)用時(shí)間功能，但是這將會(huì)給芯片本身增加運(yùn)作量，進(jìn)一步造成芯片運(yùn)作時(shí)間加長運(yùn)作效率低?；谝陨显蛉绻枰o調(diào)控模型增加該項(xiàng)功能，建議采用外部時(shí)間模塊以減小單片機(jī)自身運(yùn)作量，同時(shí)可以標(biāo)記調(diào)控模型的時(shí)間。該模塊使用DS1302，該模塊用作顯示時(shí)間（如調(diào)控模型不需數(shù)據(jù)記錄可省略該模塊）。大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1總體硬件模塊圖報(bào)警顯示（有需要時(shí)添加）模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單片機(jī) 液位值檢測（傳感器）低極值給液高極值排液（電機(jī)）按鍵輸入LED顯示時(shí)鐘單元（無要求可略）與主機(jī)通訊（通訊單元）圖 2總體硬件模塊圖該框圖簡述了調(diào)控模型由待測液位的數(shù)值獲取，到液位值數(shù)模轉(zhuǎn)換并傳遞給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件（存儲(chǔ)并利用提高單片機(jī)運(yùn)作效率），信號(hào)轉(zhuǎn)換處理再傳遞給單片機(jī)直至顯示是否報(bào)警，電機(jī)是否需要運(yùn)作，同時(shí)屏幕顯示液位值（有時(shí)鐘要求的可添加），其中通訊單元的出現(xiàn)能夠達(dá)到與主機(jī)系統(tǒng)通信的目的。3.2單片機(jī)AT89S52的硬件設(shè)計(jì) 此圖為單片機(jī)AT89S52引腳圖3。圖 3 AT89S52引腳圖P0口是輸入/輸出漏極開路雙向八位端，該端輸出時(shí)每個(gè)引腳可以驅(qū)動(dòng)八個(gè) TTL邏輯電平。 從P0送入“1”則該引腳為高輸入阻抗。當(dāng)進(jìn)入程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，P0端還用作低八位地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用。以這種方式上拉電阻應(yīng)存在于P0端內(nèi)。當(dāng)閃存編程，P0端還可接納字節(jié)代碼;當(dāng)程序校驗(yàn)情況下，此時(shí)字節(jié)指令將被輸出。當(dāng)程序校對時(shí)外面將電阻進(jìn)行上拉是有必要的。P1端是八位雙向輸入/ 輸出口，由內(nèi)在結(jié)構(gòu)上拉電阻構(gòu)成，該口驅(qū)動(dòng)四個(gè)邏輯電平（TTL）可由輸出緩沖器控制。 P1端入為1，端口被上拉電阻拉高，那么就能夠用作輸入端口。同時(shí)P1各端口也具有另一類的功能。端口P2是上拉電阻的八位雙向輸入/ 輸出端，其中4 TTL邏輯電平可用P2端的輸出緩沖器帶動(dòng)。 P2端口輸送值為一時(shí)意味著該端接上拉電阻，即該端用作輸入功能使用。輸入管腳拉出內(nèi)阻低電流輸出IIL。P3端輸入值為一，此時(shí)能夠用作I/O口使用。端口P3能夠收到控制信號(hào)，該信號(hào)是關(guān)于閃存編程與驗(yàn)證的。P3端管腳號(hào)名稱功能0RXD串行輸入1TXD串行輸出2INTO外中斷03INTI外中斷14TO定時(shí)/計(jì)數(shù)器05TI定時(shí)/計(jì)數(shù)器16WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫（可選）7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀（可選）表 1管腳的第二功能ALE / PROG：外部存儲(chǔ)器存取程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問，ALE（地址鎖存使能）脈沖輸出為低八位字節(jié)的鎖存地址。在正常操作下，ALE用1/6的輸出時(shí)鐘信號(hào)的脈沖振蕩頻率為固定頻率，該值可作為一個(gè)外部時(shí)鐘輸出或時(shí)間定時(shí)。應(yīng)當(dāng)指出無論何時(shí)存儲(chǔ)器訪問外部數(shù)據(jù)都會(huì)略過單位脈沖ALE。在閃存編程中，此管腳能夠進(jìn)行PROG（編程脈沖）的輸送。RST為恢復(fù)初始數(shù)值。EA/ VPP：允許外部被訪問，聲稱只有CPU進(jìn)入程序的外部存儲(chǔ)器（地址0000H至FFFFH），EA始終應(yīng)維持電位（地）。應(yīng)當(dāng)指出的是：內(nèi)部EA會(huì)因?yàn)長B1端被編程而在恢復(fù)初始狀態(tài)下鎖定并記錄。作為高電位口EA（連接VCC側(cè)），CPU的內(nèi)部命令將會(huì)被運(yùn)作。當(dāng)編程閃存該引腳允許編程電壓+12VPP，必須是該設(shè)備的編程電壓是12VPP。PSEN許可證的輸送是外部程序存儲(chǔ)元件讀取指示燈，單片機(jī)之后從外部提取命令或數(shù)據(jù)，PSEN在兩次單位機(jī)器周期時(shí)間內(nèi)生效，同時(shí)產(chǎn)生脈沖的個(gè)數(shù)為2，在這段有效時(shí)間里，存儲(chǔ)器件被訪問外部數(shù)據(jù)，PSEN信號(hào)將被略過次數(shù)為2。振蕩元件反相放大器的輸入與輸出分別為XTAL一號(hào)與二號(hào)，同時(shí)一號(hào)也為內(nèi)部發(fā)生時(shí)鐘電路。為了讓單片機(jī)能在常規(guī)狀態(tài)下運(yùn)行，這就需要滿足單片機(jī)的運(yùn)行條件，考慮到不必準(zhǔn)確的時(shí)間系統(tǒng)，并為計(jì)算通信串行波特率便捷，選取11.0592兆赫茲為晶體時(shí)鐘，以及額外復(fù)位電路構(gòu)造了單元模塊。AT89S52時(shí)鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)圖4：圖 4復(fù)位電路與時(shí)鐘電路圖上RST引腳微控制器能夠進(jìn)行上電復(fù)位和手動(dòng)功能的恢復(fù); XTAL1和XTAL2與單片機(jī)對應(yīng)引腳相連通同時(shí)與兩個(gè)電容值為30PF并聯(lián)，用以振蕩元件（晶體）啟動(dòng)。P0上拉電阻在此口不被用作高電位I/O時(shí)，在運(yùn)作時(shí)電路的上拉阻值應(yīng)選八萬歐電阻。3.3存儲(chǔ)單元的硬件設(shè)計(jì) 內(nèi)存塊設(shè)定相對明了，因?yàn)閱纹瑱C(jī)作為數(shù)據(jù)線和低八位地址線一起使用，則必須應(yīng)用地址鎖存元件74LS373。如上所述32KRAM被選作用于存儲(chǔ)，所以我們選擇了同51系列具有相同性能的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256。在圖5中使用該芯片管腳模塊功能圖：圖 5 62256引腳引腳A0A14（總數(shù)為15）為62256的地址總線，查找范圍上升到32kB; 輸入/輸出的零至七號(hào)端口為八位三態(tài)數(shù)據(jù)雙向端口; VCC、VSS為電源線和地線;接口片選CS為低電位生效; OE/ WE在低電位有效情況下，可通過輸送數(shù)據(jù)線進(jìn)行讀取與寫入。74LS373作為最為廣泛使用芯片的地址鎖存器，其本質(zhì)具有三態(tài)緩沖器觸發(fā)器。擴(kuò)大外部存儲(chǔ)器通常運(yùn)用74LS373。當(dāng)74LS373OE電位為低的情況下，該元件將會(huì)應(yīng)用電位值為高的終端C，輸出Q零至七端口輸出狀態(tài)與D1D7端口的輸送相同的狀態(tài); 的跳變?yōu)樨?fù)的情況下，輸入D零至七端口的數(shù)據(jù)將會(huì)被鎖存到Q0Q7端口。不論D0D7端口與LE端口的狀態(tài)如何，Q零至七端口的輸出狀態(tài)全為高阻（浮空狀態(tài)）；管腳1為低電位情況下Q0Q7端口的輸出即刻與D0D7端口的輸入狀態(tài)一致，前提LE管腳有下降沿的體現(xiàn)。當(dāng)74LS273能夠充當(dāng)?shù)刂锋i存，當(dāng)閂鎖時(shí)1號(hào)引腳的銷必須被連接到高電位，反相ALE連11管腳，對于低電位1號(hào)引腳74LS373確保啟用11號(hào)與微控制器ALE構(gòu)成直接關(guān)系。根據(jù)連通設(shè)計(jì)電路圖的傳統(tǒng)方法圖6所示。圖 6 存儲(chǔ)單元電路D0D7（總共8個(gè)）端口與P0相接，輸出提供的為八個(gè)低電位地址。輸送端OE與地相接即三態(tài)門輸送處于常開狀態(tài)。3.4 輸入與顯示設(shè)計(jì)鍵盤是組成該調(diào)控模型的重要部分，可以完成將數(shù)據(jù)向調(diào)控模型輸送及命令派送等，作為微控制器人為操控首要方式。由于該課題所用按鈕數(shù)目不多，因此使用鍵盤接口電路獨(dú)立式。按任意鍵個(gè)體直接進(jìn)入輸入/輸出端與單片機(jī)自身相連，單片機(jī)人機(jī)交互系統(tǒng)通過程序掃描的實(shí)現(xiàn)。該方案通過查看輸入/ 出端口讀取當(dāng)下按鈕情況，有按動(dòng)時(shí)對應(yīng)的輸入/出端轉(zhuǎn)成低電位，不按則處于下拉阻力方式的高電位狀態(tài)，所以獲取輸入 / 出端現(xiàn)狀即可確定是否被按下一個(gè)按鈕。圖7為按鍵電路。圖 7 按鍵電路圖中，S2S5號(hào)被用作顯示按鈕，它的作用設(shè)定高低液位警報(bào)的具體數(shù)值。S3及S4用于增加或減小單位數(shù)值，S2與S5為警戒選擇模式和確定鍵。如果對于要求精度不高的系統(tǒng)來說，在該電路中不需要添加S6與S7，這兩個(gè)鍵的作用分別用于預(yù)警值的選擇與確定。74LS273具有觸發(fā)器（8個(gè)）為一個(gè)BCD共陽極顯示驅(qū)動(dòng)器芯片的解碼器。芯片引腳圖8。圖 8 74LS273、74LS47引腳圖在74LS273中復(fù)位引腳為一號(hào)，當(dāng)其管腳處于低電位時(shí)該功能方能實(shí)現(xiàn)，此時(shí)Q0Q7輸出端的輸出值都為零，也就是說這些端口都被恢復(fù)到初始狀態(tài)。在管腳一號(hào)位為高電位，鎖存端即十一號(hào)管腳觸發(fā)（上升）并進(jìn)行存儲(chǔ)與鎖定，該狀態(tài)一旦被激活輸送D1D8端將會(huì)別鎖存當(dāng)前電位值，與此同時(shí)引腳Q0Q7輸出端會(huì)有相應(yīng)的體現(xiàn)。在74LS47三至五號(hào)管腳起到調(diào)控目的，起到檢測與調(diào)控脈沖的意義且都在低電位狀態(tài)下觸發(fā)，不將此功能應(yīng)用在本次課題中，所以三至五號(hào)接高電位。BCD方式應(yīng)用在輸入A零至三號(hào)端上，分解模塊輸出的高低各四位。共陽極的數(shù)碼引腳與片中九至十五號(hào)端口對應(yīng)相接。在LED與74LS47中加入電阻用來限制電流起到保護(hù)作用，如圖9。圖 9 顯示電路圖3.5 A/D轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換（模/數(shù)）在單片機(jī)調(diào)控模型中處于必不可少地地位，下圖10為轉(zhuǎn)換元件管腳圖。圖 10 ADC0804管腳圖功能及使用特點(diǎn)：管腳一至三號(hào)為數(shù)字調(diào)控輸送口，TTL邏輯電位標(biāo)準(zhǔn)在該器件內(nèi)被滿足。在管腳與和三調(diào)控早期信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換（模/數(shù)）運(yùn)行； 引腳一號(hào)和二號(hào)獲取轉(zhuǎn)換（模/數(shù)）后并輸出，一三引腳同一事件內(nèi)都為低電位，八位并行二進(jìn)制數(shù)將會(huì)出現(xiàn)在鎖存器輸出數(shù)據(jù)DB零到七的每個(gè)端口上。引腳四號(hào)與十九號(hào)引腳：時(shí)鐘電路存在于ADC0805ADC0801中，就在四號(hào)與十九號(hào)兩管腳件外加電容電阻對就能夠生成轉(zhuǎn)換所需的時(shí)鐘電路，其低頻振蕩是f CLK1/ 1.1RC。典型應(yīng)用參數(shù)為：R =10K，C = 150pF，f CLK640KHZ，100s的轉(zhuǎn)換速率。如果使用外部時(shí)鐘就能夠從CLKI送人外部FCLK的信號(hào)，并且電路中不再需要R與C。時(shí)鐘電路允許的頻率為100KHz1460KHZ。五號(hào)管腳（INTR）：該管腳為結(jié)束轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出端，輸出變?yōu)榈碗娢粫r(shí)言下之意轉(zhuǎn)換完成并終止，中止或信號(hào)查詢都可從芯片中獲取到。如果在最后將一號(hào)、三號(hào)及五號(hào)鏈接在一起，對于ADC0804就會(huì)處于自動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)換的工作情況。CS = 0允許A / D轉(zhuǎn)換。 WR從低跳躍A / D轉(zhuǎn)換，八位連續(xù)的比較需要88 = 64個(gè)時(shí)鐘周期，加上控制邏輯運(yùn)算，一個(gè)轉(zhuǎn)換至少要66到73個(gè)時(shí)鐘周期。六號(hào)（V