基于單片機(jī)的多功能參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、摘 要本文論述了一種基于單片機(jī)的多功能參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。系統(tǒng)采用了單片機(jī)stc89c52為主控芯片，設(shè)計(jì)了電流電壓轉(zhuǎn)換電路，能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、流量、液位等物理量所對(duì)應(yīng)的4-20ma電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成1-5v的直流電壓信號(hào)，并提供給a/d轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)系統(tǒng)測(cè)量的模擬量較多的特點(diǎn)，使用adc0809作為a/d轉(zhuǎn)換芯片。使用lcd1602作為顯示器件，能夠?qū)崟r(shí)顯示采集的溫度、壓力、流量、液位等物理量。同時(shí)，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了參數(shù)設(shè)置與報(bào)警提示等功能電路。論文共分三部分介紹了基于單片機(jī)的多功能參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。第一部分，主要介紹了系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，明確了系統(tǒng)的功能要求，給出了系統(tǒng)方案框圖，并

2、對(duì)部分元器件的選擇、軟硬件開發(fā)環(huán)境進(jìn)行了介紹；第二部分，主要介紹了硬件電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括主要器件的介紹、與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)思路敘述；第三部分，對(duì)軟件部分的設(shè)計(jì)思路做了介紹，并分別數(shù)據(jù)采集、顯示、按鍵處理等各功能部分設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了敘述。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電流電壓轉(zhuǎn)換；a/d轉(zhuǎn)換；lcd1602；聲光報(bào)警abstractthis paper discusses a kind of multi-functional parameter detection system based on single chip microcomputer.this design use the single chi

3、p microcomputer as the controller stc89c52 chip,using current voltage conversion circuit can change the scene of the physical quantities,such as temperature,pressure,flow,level of 4-20 ma current signal into 1-5 v voltage signal,and provide for a/d conversion circuit.according to the characteristics

4、 of the measurement system that there are much more analog quantities,adc0809 is used as a/d conversion chip,using lcd1602 as a display device,can collect real-time display of temperature,pressure,flow and liquid level.at the same time,the system also designed the circuit for parameter setting and s

5、ound and light alarming function.this paper is divided into three part introduces multi-functional parameter detection system based on single chip microcomputer.the first part,mainly introduced the system design,the functional requirements of system,the system block diagram is given,and the selectio

6、n of some components,hardware and software development environments are introduced;the second part,mainly introduces the design process of hardware circuit,including the main device,single chip microcomputer interface circuit design ideas of narrative;the third part,the design idea of the software p

7、art is presented,and various functions such as data acquisition,display and buttons processing are discusses.key words: single chip microcomputer; current voltage conversion; a/d conversion; lcd1602;sound and light alarm目 錄緒 論11 方案設(shè)計(jì)21.1 總體框架的設(shè)計(jì)21.2 單片機(jī)開發(fā)環(huán)境的選擇31.2.1 電路圖繪制軟件31.2.2 keil_c軟件42 硬件電路設(shè)計(jì)62

8、.1 傳感器的選型62.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)62.2.1 單片機(jī)的選型62.2.2 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路82.2.3 單片機(jī)使用注意事項(xiàng)102.3 電流電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)112.4 模擬量采集電路設(shè)計(jì)132.4.1 adc0809概述132.4.2 adc0809與單片機(jī)接口電路152.5 顯示電路設(shè)計(jì)162.5.1 lcd1602引腳結(jié)構(gòu)162.5.2 lcd1602主要技術(shù)參數(shù)及特性162.5.3 lcd1602與單片機(jī)的接口電路172.6 按鍵接口電路設(shè)計(jì)172.7 報(bào)警電路設(shè)計(jì)182.8 串行口功能設(shè)計(jì)192.8.1 rs-232串行接口192.8.2 max232簡(jiǎn)介203 軟件部分設(shè)

9、計(jì)223.1 主程序工作流程223.2 a/d轉(zhuǎn)換子程序233.3 數(shù)字濾波及標(biāo)度變換程序設(shè)計(jì)243.4 顯示程序設(shè)計(jì)253.5 按鍵處理程序設(shè)計(jì)273.6 報(bào)警程序設(shè)計(jì)28結(jié) 論29致 謝30參考文獻(xiàn)31附錄a 硬件原理圖32附錄b 程序代碼33附錄c 實(shí)物圖46緒 論隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用也日益廣泛1。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)過(guò)程中，往往需要隨時(shí)檢測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)的溫度、液位、流量及壓力等參數(shù)。同時(shí)，還要對(duì)某個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的任意參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)查詢，將所得到的檢測(cè)結(jié)果提取出來(lái)以便進(jìn)行比較做出決策，調(diào)整控制方案。此外，在科研過(guò)程中，運(yùn)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)

10、信息，也是獲取科學(xué)數(shù)據(jù)的重要手段之一。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接影響控制系統(tǒng)的決策。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從某種意義上來(lái)說(shuō)，是用計(jì)算機(jī)控制的多路數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)或循環(huán)檢測(cè)的、能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)行存儲(chǔ)、處理、分析計(jì)算以及從檢測(cè)的數(shù)據(jù)中提取有用的信息，并能夠供顯示、記錄、打印功能的系統(tǒng)2。在過(guò)去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會(huì)的發(fā)展主流方向。許多領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集，在地質(zhì)勘探、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、日常生活等領(lǐng)域已得到應(yīng)用。 單片機(jī)系統(tǒng)在開發(fā)過(guò)程中，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇尤為重要。c51提供高效的代碼，結(jié)構(gòu)化的編程和豐富的操作符，多被采用。它是一種編譯型程序

11、設(shè)計(jì)語(yǔ)言，兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。c51有功能豐富的函數(shù)庫(kù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制。c51是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的自頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，c51程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用c51進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流3。用c51來(lái)編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。盡管現(xiàn)在以微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)

12、展，而且組成一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡，把它插在微機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)并輔以應(yīng)用軟件，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，但這并不會(huì)對(duì)基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具有高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，而雙單片機(jī)又具有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快、能夠?qū)Χ帱c(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實(shí)際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這就使得以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1 方案設(shè)計(jì)該部分主要是針對(duì)課題的要求及最終要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行總體的方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出最佳框架和各個(gè)模塊，以便于硬件選型、電路設(shè)計(jì)和軟件編程。1.1 總體框

13、架的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)以單片機(jī)作為主控芯片，現(xiàn)場(chǎng)要測(cè)量的溫度、壓力、流量、液位等物理量均為模擬的非電量信號(hào)，因此，需要選用對(duì)應(yīng)的傳感變送裝置，將上述非電量信號(hào)變換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，電流信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)只能接收數(shù)字信號(hào)，又因?yàn)橐獪y(cè)量的模擬量較多，所以必須有a/d轉(zhuǎn)換器，測(cè)量結(jié)果需要顯示。設(shè)置按鍵對(duì)參數(shù)的檢測(cè)方式及報(bào)警值進(jìn)行設(shè)置；同時(shí)，設(shè)置聲光報(bào)警功能，當(dāng)采集參數(shù)的值超過(guò)預(yù)設(shè)上限值或低于預(yù)設(shè)下限值時(shí)蜂鳴器和報(bào)警指示燈發(fā)生相應(yīng)的變化，用于提示?；趩纹瑱C(jī)的多功能參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)，其主要實(shí)現(xiàn)的功能如下： 溫度檢測(cè)：對(duì)水溫進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，通過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最終將溫度值顯

14、示；壓力檢測(cè)：對(duì)管道壓力進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，通過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理并顯示在顯示器上；流量檢測(cè)：對(duì)管道流量進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，通過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)將管道流量值顯示出來(lái)；液位檢測(cè)：可以對(duì)水槽內(nèi)液位進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，通過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最終將水槽內(nèi)液位值顯示；按鍵功能：可以通過(guò)按鍵選擇對(duì)溫度、壓力、流量、液位四個(gè)參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)還是循環(huán)檢測(cè)，可以對(duì)報(bào)警上下限進(jìn)行設(shè)置；顯示功能：?jiǎn)为?dú)或輪流顯示與刷新溫度、壓力、流量、液位四個(gè)參數(shù)的測(cè)量值；報(bào)警功能：當(dāng)實(shí)際測(cè)量值高于預(yù)設(shè)上限值或低于預(yù)設(shè)下限值時(shí)，聲光報(bào)警

15、。根據(jù)課題要求及其所需要實(shí)現(xiàn)的功能最終設(shè)計(jì)出總體框架，系統(tǒng)框圖如圖1.1所示。按鍵輸入聲光報(bào)警單片機(jī)顯示ad轉(zhuǎn)換電流電壓轉(zhuǎn)換溫度檢測(cè)檢測(cè)壓力檢測(cè)流量檢測(cè)液位檢測(cè)圖1.1 系統(tǒng)框圖1.2 單片機(jī)開發(fā)環(huán)境的選擇1.2.1 電路圖繪制軟件本設(shè)計(jì)中電路圖的設(shè)計(jì)使用常用的電路圖繪制軟件protel99 se，該軟件功能強(qiáng)大，開發(fā)系統(tǒng)具有中文版本，便于使用，其特點(diǎn)介紹如下：protel99 se共分5個(gè)模塊，分別是對(duì)于電路原理圖的設(shè)計(jì)、對(duì)于pcb開發(fā)板的設(shè)計(jì)（針對(duì)信號(hào)完整性能分析包含在內(nèi)）、對(duì)于原理圖混合信號(hào)部分的仿真、自動(dòng)布線器以及pld設(shè)計(jì)。以下針對(duì)protel99se的一些最新功能進(jìn)行介紹4可以生成

16、多余30種電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；擁有較為強(qiáng)大的編輯全局功能；某一級(jí)器件從原理圖中被選擇，該器件在pcb圖中也將被選擇；可以一起運(yùn)行pcb和原理圖，并允許在打開的pcb圖和原理圖之間相互搜索元器件、網(wǎng)絡(luò)、引腳；原理圖至pcb圖和pcb圖到原理圖都可對(duì)元器件標(biāo)號(hào)進(jìn)行注釋，以實(shí)現(xiàn)pcb圖和電氣原理圖設(shè)計(jì)上的一致性；符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)題欄輸出和gb4728國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)即國(guó)際化設(shè)計(jì)要求；簡(jiǎn)單方便使用的數(shù)?；旌戏抡妫嫒輘pice 3f5）；對(duì)于原理圖設(shè)計(jì)pld和cupl語(yǔ)言都支持使用，標(biāo)準(zhǔn)jed下載文件可以被生成；pcb可設(shè)計(jì)16個(gè)電源-地層、32個(gè)信號(hào)層和16個(gè)機(jī)加工層； 擁有超強(qiáng)的“規(guī)則驅(qū)動(dòng)”設(shè)計(jì)環(huán)境，支持批處

17、理的和在線的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查； 擁有智能覆銅功能，根據(jù)具體情況覆銅可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重鋪；提供多種工業(yè)中常用的標(biāo)準(zhǔn)電路板作為模版； 擁有放置漢字的功能； 可輸入和輸出dxf格式文件和dwg格式文件，可以和autecad等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的交換； 智能封裝導(dǎo)航對(duì)pga和bga封裝十分方便； 打印預(yù)覽功能簡(jiǎn)便實(shí)用，打印結(jié)果的控制無(wú)需修改pcb文件； 十分獨(dú)特的3d顯示，安裝事物后的效果可在壓板前看到； 可以輕松實(shí)現(xiàn)輸出測(cè)試點(diǎn)報(bào)告、貼片機(jī)文件、鉆孔文件、材料清單、光繪文件等的cam處理； 便利的測(cè)量工具與反射和串?dāng)_仿真的波形顯示結(jié)果相互結(jié)合；擁有解決信號(hào)完整性問(wèn)題的專家導(dǎo)航5。1.2.2 keil_c軟件單片機(jī)

18、的設(shè)計(jì)不僅需要硬件，同樣也需要軟件，有兩種方法可使匯編語(yǔ)言源程序變成cpu可執(zhí)行的機(jī)器碼：一種方法是機(jī)器匯編，另一種方法是手工匯編，手工匯編的方法現(xiàn)今已經(jīng)很少使用。采用匯編軟件將源程序變成機(jī)器碼的方法為機(jī)器匯編方法，a51匯編軟件為早期使用于mcs-51的編程軟件，隨著不斷發(fā)展的單片機(jī)開發(fā)技術(shù)，編程軟件已由匯編軟件發(fā)展為高級(jí)語(yǔ)言，目前普遍應(yīng)用在開發(fā)mcs-51系列單片機(jī)的匯編軟件為keil編程軟件。keil軟件近年來(lái)已紛紛得到了各仿真機(jī)廠商的全面支持。keil編程軟件不僅擁有連接器、庫(kù)管理、c語(yǔ)言編譯器、宏匯編的開發(fā)環(huán)境還擁有強(qiáng)大功能的仿真調(diào)試器開發(fā)環(huán)境，集成的開發(fā)環(huán)境uvision將以上部分

19、組合一起6。keil編程軟件的運(yùn)行需要pentium或以上的cpu、16mb或更多ram、20mb以上硬盤空間的win98、nt、win2000、winxp等操作系統(tǒng)。熟練掌握keil軟件的操作對(duì)于52系列單片機(jī)的使用者來(lái)說(shuō)是十分必要的，如果使用c語(yǔ)言編程，那么keil軟件是我們最應(yīng)該熟悉的，即使使用匯編語(yǔ)言編程而不使用c語(yǔ)言，其強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具和方便易用的集成環(huán)境也將起到事半功倍的效果。keil集成開發(fā)環(huán)境是基于mcs-51系列單片機(jī)，能夠完成從工程建立、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼生成、軟件模擬和硬件仿真等完整的開發(fā)過(guò)程，keil軟件的c語(yǔ)言編譯工具產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性高、效率高且靈活方便，目前

20、很多仿真器的仿真環(huán)境都與keil兼容。keil集成開發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點(diǎn)：keil集成開發(fā)環(huán)境：它將工程管理、源程序編輯和程序調(diào)試和仿真集成在一起，完成項(xiàng)目開發(fā)；c51交叉編譯器：從c51源代碼生成可重定位目標(biāo)代碼；a51編譯器：從51系列的匯編源代碼生成可重定位的目標(biāo)代碼；bl51連接定位器：組合由a51和c51生成的可重定位的目標(biāo)代碼，形成絕對(duì)目標(biāo)模塊；lib51庫(kù)管理器：從目標(biāo)模塊生成鏈接器可以使用的庫(kù)文件；oh51目標(biāo)文件到hex格式的轉(zhuǎn)換器：從絕對(duì)目標(biāo)模塊生成hex文件；rtx-51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：簡(jiǎn)化了實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件的開發(fā)與調(diào)試過(guò)程；設(shè)計(jì)的軟件部分，使用keil作為編程開發(fā)軟件，

21、對(duì)52單片機(jī)進(jìn)行c語(yǔ)言的編輯與軟件仿真；2 硬件電路設(shè)計(jì)硬件部分采用傳感器件完成對(duì)溫度、壓力、流量、液位四個(gè)參數(shù)的采集，采用單片機(jī)stc89c52作為主控芯片，將采集的數(shù)據(jù)顯示在lcd1602上，其中硬件的設(shè)計(jì)部分包括：傳感器選型、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、電流電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、模擬量采集電路設(shè)計(jì)、顯示電路設(shè)計(jì)、按鍵接口電路設(shè)計(jì)、報(bào)警電路及串行口功能設(shè)計(jì)，下面將對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)部分做詳細(xì)的介紹。2.1 傳感器的選型需測(cè)量的溫度為水的溫度，選擇溫度傳感器的測(cè)量范圍應(yīng)為0100，且選擇傳感器要求精度高、轉(zhuǎn)換速度快、簡(jiǎn)單實(shí)用，所以選擇pt100作為溫度傳感器；需測(cè)量的壓力測(cè)量范圍為01.4mpa，所選壓力傳

22、感器bp801、電源為24vdc、輸出為420ma電流信號(hào)；需測(cè)量的流量測(cè)量范圍為00.6立方米/小時(shí)，所選流量傳感器采用渦輪式傳感器lwgy-15a、精度為0.5%、輸出為420ma電流信號(hào)；需測(cè)量的液位測(cè)量范圍為11000毫米，所選液位傳感器型號(hào)為bpy800、精度為0.5%、供電電源為24vdc、輸出為420ma電流信號(hào)。2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。2.2.1 單片機(jī)的選型選用的單片機(jī)型號(hào)是stc89c52。stc89c52引腳如圖2.1所示，是一種帶8k字節(jié)閃

23、爍可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（fperom-flash programmable and erasable read only memory）的低壓電、高性能的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。1、主要特性工作電壓：5.5v3.3v（5v單片機(jī)）/3.8v2.0v（3v單片機(jī)）；片上集成512字節(jié)ram；通用i/o口（32個(gè)），復(fù)位后為：p0/p1/p2/p3是開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為i/o口用時(shí)，需加上拉電阻；isp（在系統(tǒng)可編程）/

24、iap(在應(yīng)用可編程)，不需要專用編程器，不需要專用仿真器，可通過(guò)串口（rxd/p3.0，txd/3.1）直接下載用戶程序，幾秒鐘即可完成一片，準(zhǔn)雙向口/弱上拉，p0口是漏極；具有eeprom功能；具有看門狗功能；共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器t0、t1、t2；工作頻率范圍：040mhz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48mhz；外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，掉電模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。此外，stc89c52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過(guò)軟件設(shè)置節(jié)電模式。此模式下，cpu暫時(shí)停工作，此時(shí)外部中斷系統(tǒng)、ram定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行端口可以繼續(xù)工作，掉電模式使振蕩器凍結(jié)從而將

25、ram的數(shù)據(jù)保存，停止芯片的其它功能直至硬件復(fù)位或外中斷激活。與此同時(shí)stc89c52芯片還具有plcc、tqfp及pdip等三種封裝模式，可以滿足不同產(chǎn)品的需求。2、單片機(jī)管腳說(shuō)明其中包括4個(gè)8位并行i/o接口線、6條控制信號(hào)線和2條電源線并行口p0（p0.0p0.7）：p0口為一個(gè)8位漏極開路雙向i/o接口，8ttl門電流可被每個(gè)引腳吸收。p0口的管腳第一次寫入高電平時(shí)，被稱為高阻態(tài)輸入。它可以被定義為地址/數(shù)據(jù)的低八位，應(yīng)用外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)可使用p0口。應(yīng)用fiash編程時(shí)，p0口可作為原碼輸入口，在fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0口可作為輸出口輸出原碼，此時(shí)p0口外部必須被拉高。

26、連接外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)充外設(shè)時(shí)，作為低8位地址線和高8位數(shù)據(jù)線。并行口p1（p1.0p1.7）：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o接口，4ttl門電流可被p1口緩沖器接收、輸出。p1口管腳寫入高電平后，被內(nèi)部上拉為高，可作為輸入，當(dāng)p1口被外部下拉為低電平時(shí)，p1口將輸出電流，這是由于內(nèi)部為上拉狀態(tài)的原因。當(dāng)flash校驗(yàn)和編程時(shí)，p1口可用作低八位地址接收，p1口還具有第二功能，可以通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行設(shè)置，將p1口作為a/d轉(zhuǎn)換口使用。在編程和校驗(yàn)試接收低8位地址，每一位可以獨(dú)立的輸入/輸出。并行口p2（p2.0p2.7）：p2口為一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o接口，4ttl門電流

27、可被p2口緩沖器接收、輸出。當(dāng)p2口被寫入高電平時(shí)，其內(nèi)部上拉電阻將其管腳拉高，并作為輸入。作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉為低電平時(shí)，p2口將輸出電流，這是由于內(nèi)部為上拉狀態(tài)的原因。當(dāng)應(yīng)用16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收控制信號(hào)和高八位地址信號(hào)7。并行口p3（p3.0p3.7）：p3口為一個(gè)8位準(zhǔn)雙向i/o接口，另外還兼有中斷（p3.2（外部中斷0）、p3.3（外部中斷1）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（p3.4（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）、

28、p3.5（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）、串行通信（p3.0（串行口輸入）、p3.1（串行口輸出）、讀/寫（p3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)）、p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)）等控制功能。vcc供電電壓；gnd接地。圖2.1 stc89c52單片機(jī)引腳圖2.2.2 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路1、時(shí)鐘電路單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)反向放大器構(gòu)成的振蕩器，xtal1和xtal2引腳分別為振蕩器的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部或外部產(chǎn)生。內(nèi)部時(shí)鐘電路是在xtal1和xtal2引腳上接一定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩，定時(shí)元件通常是由石英晶體（晶振）和電容組成諧振電路。晶體振蕩頻率可在1.2mhz12mhz之間選擇，電容c1

29、、c2的取值在5pf30pf之間。外部時(shí)鐘電路為xtal1接地，xtal2接外部振蕩器，振蕩器頻率為不低于12mhz的方波信號(hào)。設(shè)計(jì)采取的是內(nèi)部時(shí)鐘電路如圖2.2所示。圖2.2 晶振電路原理圖2、復(fù)位電路單片機(jī)有兩種復(fù)位方式，上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位，上電復(fù)位在上電瞬間rc電路充電，rst引腳上出現(xiàn)正脈沖，只要正脈沖保持100ms以上，就能使單片機(jī)有效復(fù)位。由于某種干擾，單片機(jī)不能正常復(fù)位，就需要加開關(guān)復(fù)位，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。3、復(fù)位電路的用途單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出

30、現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)復(fù)位電路如圖2.3所示。圖2.3 復(fù)位電路原理圖4、復(fù)位電路的工作原理在單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動(dòng)的時(shí)候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會(huì)復(fù)位，所以可以通過(guò)按鍵的斷開和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。在電路圖中，電阻大小為10k，電容大小為0.1uf。所以根據(jù)公式，可計(jì)算出電容充電電壓為單片機(jī)電源電壓（5v）的0.7倍，充電到電源電壓的0.7倍就是3.5v，所需時(shí)間為10k*0.1uf=1s。也就是說(shuō)在電腦啟動(dòng)的1s內(nèi)，電容兩端的電壓值在03.5v增加。這個(gè)時(shí)候10k電阻兩端電壓值從51.5v減少（串

31、聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在1s內(nèi)，單片機(jī)的rst引腳接收的電壓值在5v1.5v之間。在5v工作正常的51單片機(jī)中低電平信號(hào)為小于1.5v的電壓信號(hào)，高電平信號(hào)則為大于1.5v的電壓信號(hào)。所以在開機(jī)1s內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位（rst引腳接收到的高電平信號(hào)時(shí)間為1s左右）。在單片機(jī)啟動(dòng)1s后，電容c兩端的電壓持續(xù)充電為5v，這時(shí)候10k電阻兩端的電壓接近于0v，rst處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在1s內(nèi)，從 5v釋放到變?yōu)榱?.5v甚至更

32、小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候10k電阻兩端的電壓為3.5v，甚至更大，所以rst引腳又接收到高電平，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。對(duì)于片內(nèi)有rom/eprom/e2prom的單片機(jī)，用一片這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠。構(gòu)成最小系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，將ea非接高電平即可。最小系統(tǒng)時(shí)，p0、p1、p2、p3都可用作i/o線，但由于集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量有限，因此，最小系統(tǒng)主要用于一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)中。2.2.3 單片機(jī)使用注意事項(xiàng)對(duì)于31腳(ea/vpp)，當(dāng)接高電平時(shí)，單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部rom的0000h開始執(zhí)行，當(dāng)接低電平時(shí)，復(fù)位后直接從外部rom的0000h

33、開始執(zhí)行，這一點(diǎn)是初學(xué)者容易忽略的；晶振電路容易在焊接時(shí)漏掉電容需要接地，并且使用電容的大小一定要選準(zhǔn)，晶振電路部分一定要焊接完全，否則容易使晶振電路出現(xiàn)虛接，影響設(shè)計(jì)；復(fù)位電路部分接口的電阻與電容選擇要正確，要保證在電容充滿電時(shí)，單片機(jī)有足夠的時(shí)間進(jìn)行復(fù)位；單片機(jī)的電源部分引腳接對(duì)，使用單片機(jī)時(shí)看單片機(jī)的缺口處來(lái)找單片機(jī)的引腳順序；單片機(jī)在使用中p0口要加上拉電阻，一般為10k，因?yàn)閜0口的驅(qū)動(dòng)能力較低。2.3 電流電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)由于前端設(shè)備溫度、壓力、流量、液位傳感器所輸出的為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，而電流電壓轉(zhuǎn)換電路作用是將傳感器輸出的420ma標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為15v標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)作為a/d轉(zhuǎn)換

34、器的輸入。電流電壓的轉(zhuǎn)換是通過(guò)高精度250歐電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在轉(zhuǎn)換完的電壓信號(hào)后加一電壓跟隨器。電壓跟隨器是用一個(gè)三極管構(gòu)成的共集電路，電壓跟隨器，顧名思義，就是輸入電壓與輸出電壓是相同的8，也就是說(shuō)，電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)恒小于且接近于1，電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)是輸出阻抗低，而輸入阻抗高，這使得它在電路中可以起到阻抗匹配的作用，能夠使后一級(jí)的放大電路更好地工作。換一種說(shuō)法，當(dāng)輸入阻抗很高時(shí)，就對(duì)前級(jí)電路相當(dāng)于開路，當(dāng)輸出阻抗很低時(shí)，就相當(dāng)于對(duì)后級(jí)電路的一個(gè)恒流源，也就是說(shuō)輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗的影響。一個(gè)相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開路，后級(jí)阻抗不影響輸出電壓常常被用作中間級(jí)，起到“隔離”前后級(jí)之間的影

35、響的作用。電壓跟隨器電路中所選芯片為lcm324，lm324系列器件帶有差動(dòng)輸入的四路運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四路放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為mc1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。lcm324管腳連接如圖2.4所示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端，“vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸

36、出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 圖2.4 lcm324管腳連接圖lcm324特點(diǎn)：短路保護(hù)輸出；真差動(dòng)輸入級(jí)；可單電源工作范圍在3v-32v之間；低偏置電流最大達(dá)到100ma；每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器；具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽还材７秶鷶U(kuò)展到負(fù)電源；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列；輸入端具有靜電保護(hù)功能。設(shè)計(jì)中l(wèi)cm324內(nèi)四路運(yùn)算放大器的連接方式相同，圖2.5為其中一路的連接方式。圖2.5 電流電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖2.4 模擬量采集電路設(shè)計(jì)a/d轉(zhuǎn)換器的作用是將電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的模擬量信號(hào)（15v電壓信號(hào)）作為輸入并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)作為單片機(jī)的輸入信號(hào)，由于系統(tǒng)涉及到的參數(shù)較多且考慮到實(shí)用價(jià)值，設(shè)計(jì)中

37、a/d轉(zhuǎn)換器件采用adc0809。2.4.1 adc0809概述1、adc0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理adc0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的cmos工藝8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換原理，內(nèi)部分為兩大部分，一部分為模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，另一部分是a/d轉(zhuǎn)換器。它的輸出可以直接與cpu總線連接。模擬量多路開關(guān)內(nèi)包含8路輸入開關(guān)和3位地址鎖存器/譯碼器。8路模擬量輸入信號(hào)可接入8路輸入開關(guān)。adda、addb及addc3位地址由ale信號(hào)輸入鎖存，經(jīng)過(guò)譯碼后決定轉(zhuǎn)換哪一路輸入的模擬量信號(hào)。2、adc0809引腳結(jié)構(gòu)adc0809芯片有28條引腳，下面說(shuō)明各引腳功能。 in0in7：8路輸入模

38、擬量通道。2-12-8：8位輸出數(shù)字量通道。adda、addb、addc：3位輸入地址線，用于選擇in0in7 8路模擬輸入通道中的某一通道。ale：地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。 start：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，脈沖上升沿使0809內(nèi)部所有寄存器復(fù)位，下降沿開始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)程中start應(yīng)保持低電平。 eoc：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)表示a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換期間一直為低電平。oe：輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)，輸入高電平時(shí)有效。clk：時(shí)鐘脈沖輸入端，adc0809內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)需由外界提供。所用的四分頻芯片是74hc4040，將74

39、hc4040的8和11引腳接地、16引腳接電源、10引腳接單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)、7引腳接adc0809的時(shí)鐘脈沖輸入端即可完成四分頻。3、adc0809工作過(guò)程首先輸入3位地址，同時(shí)使ale=1，將輸入的3位地址存在地址鎖存器內(nèi)。該地址經(jīng)過(guò)譯碼選擇8路模擬量輸入中的一位并將其送給比較器。為start提供上升沿將逐位逼近寄存器sar復(fù)位。start下降沿啟動(dòng) a/d轉(zhuǎn)換，之后eoc信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，表示a/d轉(zhuǎn)換在進(jìn)行當(dāng)中。eoc變?yōu)楦唠娖綍r(shí)表示a/d轉(zhuǎn)換完成，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入鎖存器內(nèi)，此轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)可用為中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)讀允許輸入端輸入高電平時(shí)，數(shù)據(jù)允許輸出，a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量將被輸出9。a/d轉(zhuǎn)

40、換后的數(shù)字量應(yīng)立即傳送到單片機(jī)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中關(guān)鍵問(wèn)題在于如何確認(rèn)轉(zhuǎn)換已完成，只有確認(rèn)轉(zhuǎn)換已完成adc0809與單片機(jī)之間才能進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的傳送。4、數(shù)據(jù)傳送方式定時(shí)傳送方式轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)于一種a/d轉(zhuǎn)換為一項(xiàng)是已知和固定的技術(shù)指標(biāo)。例如adc0809的轉(zhuǎn)換時(shí)間是128s，相當(dāng)于6mhz的mcs-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期。依據(jù)此已知項(xiàng)可設(shè)計(jì)一延時(shí)子程序，a/d轉(zhuǎn)換開始后便調(diào)用這個(gè)子程序，延遲程序執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)換肯定也已經(jīng)完成，接著便可進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的傳送。查詢方式可以用查詢方式，測(cè)試eoc的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否已完成，并進(jìn)行數(shù)據(jù)間的傳送。利用查詢方式時(shí)adc0809與單片機(jī)接口連接比較自由

41、，但控制時(shí)序要由程序產(chǎn)生。中斷方式中斷請(qǐng)求信號(hào)為表示轉(zhuǎn)換已完成的信號(hào)（eoc），單片機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取數(shù)據(jù)。無(wú)論使用上述哪種方式，轉(zhuǎn)換一旦完成，采用指令便可進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的傳送。首先讀允許信號(hào)有效時(shí)即oe信號(hào)有效，便把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送給單片機(jī)。由于采用查詢方式時(shí)單片機(jī)與adc0809之間的連接方式較為簡(jiǎn)單，且易于控制所以系統(tǒng)中采用的是查詢方式。5、adc0809的工作時(shí)序adc0809工作時(shí)序如圖2.6所示，在此時(shí)序圖中能得出，三位通道的地址在ale信號(hào)為上升沿時(shí)鎖存，通過(guò)多路模擬開關(guān)將對(duì)應(yīng)通道內(nèi)模擬量傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部電路在start信號(hào)為上升沿時(shí)復(fù)位，start信號(hào)為

42、下降沿時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，這時(shí)eoc信號(hào)為低電平狀態(tài)，逐次逼近需要一定的過(guò)程，因此，在這期間，模擬量輸入應(yīng)保持不變，比較器需一次次比較，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)eoc信號(hào)為高電平。如果cpu發(fā)出讀允許信號(hào)即oe為高電平，就可以讀出數(shù)據(jù)。此外adc0809具有較高的精度和轉(zhuǎn)換速度，受溫度的影響也較小。圖2.6 adc0809工作時(shí)序圖2.4.2 adc0809與單片機(jī)接口電路 將四路輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，為數(shù)據(jù)顯示模塊提供輸入信號(hào)。單片機(jī)p1.3、p1.4、p1.5輸出的三位地址加到通道選擇端a、b、c，可作為通道編碼。輸出數(shù)據(jù)與p0口連接，start、ale一起與p3.6相連，clock與74hc40

43、40的時(shí)鐘輸出端口相連，eoc與p3.5相連進(jìn)行轉(zhuǎn)換結(jié)束的判斷，oe與p3.7相連作為輸出允許控制端,adc0809接口電路如圖2.7所示。圖2.7 a/d轉(zhuǎn)換接口電路原理圖2.5 顯示電路設(shè)計(jì)測(cè)量結(jié)果需要顯示，顯示器件選擇lcd1602控制模塊。與led顯示器件相比，lcd可顯示字符、數(shù)據(jù)，能夠更好的區(qū)分顯示的參數(shù)內(nèi)容，顯示內(nèi)容豐富、直觀，而且該方式省電。lcd1602字符型液晶顯示模塊，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式液晶模塊。1602lcd是指顯示的內(nèi)容為16*2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊。2.5.1 lcd1602引腳結(jié)構(gòu)1、lcd1602引腳結(jié)構(gòu)說(shuō)明1引腳v

44、ss：電源地。2引腳vcc：5v電源正極。3引腳vl：液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)節(jié)端，該引腳接地時(shí)對(duì)比度最高，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，對(duì)比度高時(shí)，可使用一個(gè)10k的可調(diào)電阻調(diào)節(jié)對(duì)比度。4引腳rs：數(shù)據(jù)/命令選擇端，接高電平時(shí)為數(shù)據(jù)寄存器，接低電平時(shí)為命令寄存器。5引腳r/w：讀/寫選擇端，低電平時(shí)執(zhí)行寫操作，高電平時(shí)執(zhí)行讀操作。6引腳e：使能信號(hào)端。714引腳d0d7：8位雙向數(shù)據(jù)端。15引腳bla：背光源的正極。16引腳blk：背光源的負(fù)極。2.5.2 lcd1602主要技術(shù)參數(shù)及特性1、lcd1602主要的技術(shù)參數(shù)16*2個(gè)字符的顯示容量；芯片的工作電壓在4.55.5v之間；工作電流為2.0ma(

45、5.0v)；最佳的工作電壓為5.0v；2.95*4.35（w*h）mm的字符尺寸。2、lcd1602的特性+5v電壓，可調(diào)的對(duì)比度；內(nèi)部含有復(fù)位電路； 控制命令的提供，如：顯示移位、光標(biāo)閃爍、字符閃爍、清屏等多種功能 ；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ddram可顯示80個(gè)字節(jié)；字符發(fā)生器cgrom內(nèi)建有160個(gè)5*7點(diǎn)陣字型；用戶可自定義的8個(gè)5x7的字符發(fā)生器cgram；微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。2.5.3 lcd1602與單片機(jī)的接口電路系統(tǒng)采用lcd1602顯示模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集到的數(shù)據(jù)，其中d7d0與單片機(jī)的p2端口相連作為數(shù)據(jù)的傳送通道，使能端e、rw、rs

46、分別與單片機(jī)的p1.0、p1.1、p1.2相連接，此電路圖原理簡(jiǎn)單，電路連接方便，lcd1602接口電路如圖2.8所示。圖2.8 lcd1602接口電路原理圖2.6 按鍵接口電路設(shè)計(jì)按鍵接口電路可選用兩種方法分別為行列掃描按鍵和獨(dú)立按鍵1、行列掃描按鍵行列式按鍵適用于按鍵應(yīng)用數(shù)目比較多的設(shè)計(jì)，行列式按鍵的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省i/o口資源，使用8個(gè)i/o口就可以實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵，分為行掃描口與列掃描口，該方案編程比較復(fù)雜，而且必須對(duì)i/o口進(jìn)行實(shí)時(shí)的掃描。2、使用獨(dú)立按鍵由于本設(shè)計(jì)使用的按鍵功能較少，需要3個(gè)按鍵，所以本設(shè)計(jì)使用獨(dú)立按鍵，作為按鍵的輸入部分，獨(dú)立按鍵硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、編程方便簡(jiǎn)單、且速度快，

47、不需要對(duì)i/o口做頻繁的操作。綜上所述，本設(shè)計(jì)使用按鍵較少，使用獨(dú)立式按鍵作為本設(shè)計(jì)的按鍵部分。使用一個(gè)獨(dú)立按鍵連接單片機(jī)的p3.2引腳來(lái)選擇對(duì)四個(gè)參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)還是循環(huán)檢測(cè)，按鍵未按下時(shí)為循環(huán)檢測(cè)模式，按鍵按下一下時(shí)為溫度檢測(cè)模式，按鍵按下兩下時(shí)為壓力檢測(cè)模式，按鍵按下三下時(shí)為流量檢測(cè)模式，按鍵按下四次是為液位檢測(cè)模式。另外采用兩個(gè)單獨(dú)按鍵連接單片機(jī)的p3.3、p3.4來(lái)控制報(bào)警上下限的報(bào)警值。按鍵電路如圖2.9所示。圖2.9 按鍵電路原理圖2.7 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路分為兩部分，一部分為聲音報(bào)警，另一部分為燈光報(bào)警，其中聲音報(bào)警選用蜂鳴器與三極管結(jié)合的蜂鳴器電路，由單片機(jī)的p1.6口作為

48、控制口，當(dāng)報(bào)警時(shí)，由單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，控制三極管的基極使其導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器響應(yīng)。兩路燈光報(bào)警則是采用led發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)，由單片機(jī)的p3.0、p3.1口作為控制口，當(dāng)報(bào)警時(shí)，由單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，控制發(fā)光二極管使其導(dǎo)通，報(bào)警電路圖如圖2.10所示。圖2.10 報(bào)警電路原理圖為了使燈更便于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用低電平驅(qū)動(dòng)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的灌電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，所以將彩燈的一端接到高電平，另一端加入一個(gè)限流電路接到單片機(jī)，接入電阻為1k歐姆時(shí)驅(qū)動(dòng)電流為5ma，5ma電流使燈點(diǎn)亮。報(bào)警時(shí)將聲光報(bào)警相結(jié)合就完成了報(bào)警部分。 2.8 串行口功能設(shè)計(jì)通過(guò)串行口將可執(zhí)行文件寫入單片機(jī)，串行

49、口選用標(biāo)準(zhǔn)rs-232接口，它是電平與ttl電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路。常用的芯片是max232。2.8.1 rs-232串行接口目前較為常用的rs232串口有9針d型串口（db9）和25針d型（db25），最大通信距離為15m。兩臺(tái)設(shè)備的距離較近時(shí)，可以采用232電纜線將它們的232串口直接相連；若距離較遠(yuǎn)，可通過(guò)調(diào)制解調(diào)器相連10。rs232接口采用“單端驅(qū)動(dòng)”通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)送端輸出驅(qū)動(dòng)電平，并以信號(hào)地為參考點(diǎn)；采用“單端接收”通過(guò)數(shù)據(jù)接收端輸入接收電平，并以信號(hào)地為參考點(diǎn)；采用三線制能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向通信，需要3根通信線，主方的數(shù)據(jù)發(fā)送端與從方的數(shù)據(jù)接收端相連，主方的數(shù)據(jù)接收端與從方的數(shù)據(jù)發(fā)送端相連，兩

50、方的信號(hào)地直接相連。rs232使用注意事項(xiàng)：rs232串口不能直接與rs485串口相連，因?yàn)樗鼈兊碾姎鈽?biāo)準(zhǔn)不相同，市面上提供各種串口轉(zhuǎn)換器，必須通過(guò)轉(zhuǎn)換器才能連接。另外，不要帶電插拔串口，插拔時(shí)至少有一端是斷電的，否則容易損壞串口。設(shè)計(jì)中采用的是9針d型rs232串口即db9。2.8.2 max232簡(jiǎn)介1、max232引腳介紹max232引腳排列如圖2.11所示。第一部分為由7、8、9、10、11、12、13、14引腳所組成的兩組數(shù)據(jù)通道。13腳（r1in）、12腳（r1out）、11腳（t1in）、14腳（t1out）組成一組數(shù)據(jù)通道，8腳（r2in）、9腳（r2out）、10腳（t2in

51、）、7腳（t2out）構(gòu)成另外一組數(shù)據(jù)通道。cmos/ttl數(shù)據(jù)從11引腳（t1in）、10引腳（t2in）輸入，轉(zhuǎn)換后的rs-232數(shù)據(jù)從14腳（t1out）、7腳（t2out）送到電腦的db9插頭；rs-232數(shù)據(jù)從13引腳（r1in）、8引腳（r2in）輸入，轉(zhuǎn)換為cmos/ttl數(shù)據(jù)后從12引腳（r1out）、9引腳（r2out）輸出。第二部分由1、2、3、4、5、6引腳和4只電容器件構(gòu)成的電荷泵電路。此電路的功能是分別產(chǎn)生+12v和-12v電源，用以對(duì)rs-232串口電平的供給。第三部分是供電。15腳gnd、16腳vcc（+5v）。圖2.11 max232引腳圖2、max232主要特

52、點(diǎn)符合所有rs-232技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；僅需要一個(gè)+5v電源供電；片載電荷泵具有電壓極性反轉(zhuǎn)能力；升壓，可以產(chǎn)生+10v和-10v電壓v+、v-；功耗低，典型供電電流5ma；內(nèi)部集成2個(gè)rs-232c驅(qū)動(dòng)器、高集成度，片外最低只需4個(gè)電容即可工作。max232與單片機(jī)接口電路：p3.0（rxd）接max232的r2out引腳max232的r2in接db-9的3引腳（txd）。3、電平轉(zhuǎn)換集成電路max232功能可實(shí)現(xiàn)89c52單片機(jī)與pc機(jī)的rs-232之間的電平轉(zhuǎn)換，89c52單片機(jī)輸入輸出電平為ttl電平而pc機(jī)配置的是rs-232標(biāo)準(zhǔn)串行口，二者之間的電氣規(guī)范不一致 ，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2.1所示。表

53、2.1 電氣規(guī)范對(duì)照表數(shù)字值10ttl電平+5v0v232電平-3v -15v+3v+15vp3.1（txd）接max232的t2in引腳，max232的t2out接db-9的2引腳（rxd），串行接口電路如圖2.12所示。圖2.12 串行口電路原理圖3 軟件部分設(shè)計(jì)軟件部分設(shè)計(jì)主要針對(duì)于軟件部分的程序進(jìn)行分析介紹，對(duì)應(yīng)各個(gè)模塊首先介紹程序部分設(shè)計(jì)思路，然后對(duì)流程圖進(jìn)行詳細(xì)的講解。3.1 主程序工作流程主程序主要完成程序的初始化、按鍵程序及報(bào)警程序的判斷，首先進(jìn)入main函數(shù)對(duì)定時(shí)器0進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置定時(shí)方式1，定時(shí)50ms中斷一次，累計(jì)40次后為2s也就是用來(lái)定時(shí)2s，2s后通過(guò)標(biāo)志位使

54、標(biāo)志顯示界面變量加1，同時(shí)顯示相應(yīng)界面。主程序流程圖如圖3.1所示。圖3.1 主程序流程圖（1）圖3.1 主程序流程圖（2）3.2 a/d轉(zhuǎn)換子程序利用adc0809轉(zhuǎn)換四路模擬量，首先選擇需轉(zhuǎn)換四路模擬量中的一路，然后啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，在其轉(zhuǎn)換過(guò)程中一直判斷其轉(zhuǎn)換是否完成，如果未完成則繼續(xù)轉(zhuǎn)換，如果已完成轉(zhuǎn)換則發(fā)出讀允許信號(hào)，使其轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)可供單片機(jī)使用，a/d轉(zhuǎn)換程序流程圖如圖3.2所示。圖3.2 a/d轉(zhuǎn)換程序流程圖3.3 數(shù)字濾波及標(biāo)度變換程序設(shè)計(jì)數(shù)字濾波技術(shù)是指在軟件中對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行消除干擾的處理。在軟件中進(jìn)行數(shù)字濾波的處理，以消除附加在數(shù)據(jù)中的各式各樣的干擾，使采集到的數(shù)據(jù)能夠真實(shí)

55、的反映現(xiàn)場(chǎng)的工藝實(shí)際情況。數(shù)字濾波最簡(jiǎn)單和最常用的一種，方法是在某時(shí)刻對(duì)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)多次多樣，對(duì)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均，作為該時(shí)刻的信號(hào)值，連續(xù)采樣的次數(shù)視具體情況而定。算術(shù)平均值濾波對(duì)抑制周期性干擾和隨機(jī)干擾有良好效果。設(shè)計(jì)中采用的數(shù)字濾波方法為最值算數(shù)平均值濾波，它是平均值濾波的改進(jìn)，它認(rèn)為最值是一個(gè)野值，應(yīng)該剔除。對(duì)余下的值再做平均值濾波。標(biāo)度變換：測(cè)量時(shí)，先將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后用a/d轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)一系列變換后得到的數(shù)碼值它僅僅對(duì)應(yīng)于參數(shù)值相對(duì)量的大小，故必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才通過(guò)運(yùn)算和顯示。由于設(shè)計(jì)中參數(shù)值與a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果成線性關(guān)系，標(biāo)度變換時(shí)采用線性變

56、換公式y(tǒng)=(ymax-ymin)(x-nmin)/(nmax-nmin)+ymin，y為測(cè)量值、ymax和ymin為測(cè)量值的最大最小值、x為y經(jīng)過(guò)a/d后的值、nmax和nmin分別為ymax和ymin經(jīng)過(guò)a/d后的值。在編寫程序時(shí)ymax、ymin、nmax、nmin都是已知的。數(shù)字濾波及標(biāo)度變換程序流程圖如圖3.3所示。圖3.3 數(shù)字濾波及標(biāo)度變換程序流程圖3.4 顯示程序設(shè)計(jì)lcd1602的控制指令1、基本操作狀態(tài)與讀操作輸入：rs=0（低電平）、r/w=1（高電平）、e=1，輸出：d0d7的狀態(tài)字。數(shù)據(jù)讀操作輸入：rs=1、r/w=1、e=1，輸出：d0d7的數(shù)據(jù)。指令寫入操作輸入：rs=0、r/w=0、e=1，無(wú)輸出。數(shù)據(jù)寫入操作輸入：rs=1、r/w=0、e