基于單片機的智能流量計設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書基于單片機的智能流量計設(shè)計 原 創(chuàng) 性 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計說明書/畢業(yè)論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本文不包含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 作者簽名：日期：使 用 授 權(quán) 聲 明 本人完全了解中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院有關(guān)保管、使用畢業(yè)設(shè)計說明書/畢業(yè)論文的規(guī)定，其中包括：學(xué)院有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交畢業(yè)設(shè)計說明書/畢業(yè)論文的原件與復(fù)印件；學(xué)院可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存畢業(yè)設(shè)計說明書/畢業(yè)論

2、文；學(xué)院可允許畢業(yè)設(shè)計說明書/畢業(yè)論文被查閱或借閱；學(xué)院可以學(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈送和交換畢業(yè)設(shè)計說明書/畢業(yè)論文；學(xué)院可以公布畢業(yè)設(shè)計說明書/畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容。 作者簽名: 日期: 導(dǎo)師簽名: 日期: 基于單片機的智能流量計設(shè)計摘要:的安全穩(wěn)定性，減少成本，利益最大化，所以要求對流量計的應(yīng)用十分廣泛，在當(dāng)今農(nóng)業(yè)、水壩工程、生物研究、管道輸送、航空領(lǐng)域、軍區(qū)設(shè)備等都有涉及。流量與溫度、壓力和物價四個數(shù)據(jù)屬于過程控制中必不可少的參數(shù)。我們經(jīng)過許多參數(shù)對這一過程進行了監(jiān)視和操控。為了保證生產(chǎn)過程流體參數(shù)的精準(zhǔn)測量顯得十分重要。本次設(shè)計采用AT89C51 單片機為基礎(chǔ)，設(shè)計了水流量的測量計,

3、用水流量計傳感器和數(shù)字溫度傳感器DS18B20 來及時收集水流量狀態(tài)和水溫的參數(shù)，然后由單片機 AT89C51 的程序指令計算后，得出水費，用液晶屏 LM016L 分三個數(shù)據(jù)顯示實時溫度、水價和水流總量三種狀態(tài)動態(tài)顯示。此外，該設(shè)計設(shè)置了上限和下限報警，操作的時候更直觀，簡單易懂。 關(guān)鍵詞：單片機；DS18B20；AT89C51；溫度傳感器；水流量傳感器；流量檢測IIThe Design of Flow Detection System Based on MCU Abstract: Flow-meter has been widely used on modern agriculture an

4、d water conservancy of flow construction, biological engineering, pipes, aerospace, military field.Flow and temperature, pressure and thing location are together collectively referred to the four big parameters of the process control.Through these parameters ,the production process are monitoring an

5、d controlled.The accurate measurement and adjustment for fluid flow are is to guarantee the safe and economic operation, improve product quality and reduce the material consumption, to improve the economic benefit, and the scientific management foundation in the production process. This abstract hou

6、sehold Water-Flow Detection Circuit Design Based on AT89C51 MCU. flow module is subject to water flow sensor and digital temperature sensor DS18B20 real-time acquisition state water flow and water temperature data and program instructions according to master AT89C51 calculated after the price of wat

7、er, with LCD LM016L points the current temperature, water flow volume and dynamic display of three states. In addition, the project design of the upper and lower alarm, so view is more intuitive, easier to use. Keyword: microprocessor;DS18B20;AT89C51;Temperaturesensor;Water flow sensor;Flow Detectin

8、g 目 錄摘要IAbstractII目 錄III1 緒論11.1 選題的意義與背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.3 總體設(shè)計22 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計42.1 AT89C51單片機的特性介紹42.2 時鐘電路72.3 復(fù)位電路82.4液晶顯示電路92.4.1液晶顯示簡介92.5溫度測量電路112.6水流量測量電路132.7按鍵控制電路143 軟件系統(tǒng)的設(shè)計153.1 軟件設(shè)計總流程153.2 溫度程序模塊163.3水流量程序模塊183.3.1水流量的讀取程序193.3.2水流量數(shù)據(jù)的處理程序193.4顯示程序203.4.1顯示程序的處理流程204 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試214.1 keil

9、uvision4軟件214.2 proteus電路仿真224.2.1 proteus軟件介紹224.2.2 使用proteus仿真的步驟225 仿真結(jié)果246 總結(jié)與展望27參考文獻28致 謝29VII1 緒論 1.1 選題的意義與背景 流量測量應(yīng)用于方方面面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、熱電生產(chǎn)、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)、以及食物衛(wèi)生等工業(yè)區(qū)域都離不開它的測量。生產(chǎn)石油的過程當(dāng)中，必須要保證正常的傳輸和交易盈利，所以每一個步驟都離不開流量測測量?；瘜W(xué)工業(yè)中，要求化學(xué)因素分配比精準(zhǔn)，保證產(chǎn)物的質(zhì)量安全，防止發(fā)生安全事故，以是流量的精準(zhǔn)測量尤為重要。在利用各種介質(zhì)進行的電力生產(chǎn)中，介質(zhì)的流量測量和控制顯得十分重要。流量檢測的

10、準(zhǔn)確可以使得發(fā)電廠在合適的配置下使用有很大的作用，更重要的是，流量檢測的準(zhǔn)確同時可以保證發(fā)電的安全進行，大大減少事故的發(fā)生。比如溫度過千的鍋爐加水量突然減少，可能會導(dǎo)致鍋爐發(fā)生爆炸事件。這樣，不僅僅對測量的精度要求很高，同時還必須在特定的環(huán)境下發(fā)出警報信號，來減少安全事故的發(fā)生。工業(yè)生產(chǎn)過程中人們通常通過一些參數(shù)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和控制，以保證其生產(chǎn)過程安全高效運行、深層次提升產(chǎn)品質(zhì)量、減少物質(zhì)消耗、以提高經(jīng)濟效益、實現(xiàn)科學(xué)正規(guī)的管理。而這些參數(shù)就是指流量、溫度、壓力和物位，他們共同作用于工業(yè)生產(chǎn)過程，是流量測量與儀表應(yīng)用的重要參照標(biāo)準(zhǔn)1。日常生活中，大氣污染是一個很大的問題，它十分嚴(yán)重的影響

11、了環(huán)境和人類正常生活的環(huán)境污染，這就要求我們做到，對污染大氣的延期以及其他溫室氣體排放量進行監(jiān)測，以掌握其規(guī)律，對排放量進行控制，對廢液和污水進行處理，以減少污染，做出有效應(yīng)對措施。自然就需要通過專業(yè)的流量測量方法進行測量。因此，研究流量測量，通過運用課程所學(xué)知識，獨立進行單片機程序設(shè)計、調(diào)試和應(yīng)用電路設(shè)計、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟效益、實現(xiàn)科學(xué)管理是至關(guān)重要的一部分。這樣一來，對于城市和郊區(qū)的廢氣廢水流出量，就可以進行實時的測量與研究。除此之外，這項技術(shù)，也被廣泛運用于科學(xué)試驗領(lǐng)域，例如，利用大量的流量控制系統(tǒng)進行仿真和試驗。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢說道流量檢測的悠久歷史，還要說道古時

12、候水利工程和城市供水設(shè)備。例如圭羅愷薩時代利用孔板來測量居民應(yīng)稅的水量；在公元前1000年左右，古埃及人們利用堰法來測量呢啰河河道的流量；再說回中國，則最著名的那還是屬于都江堰水利工程，它運用寶瓶口的水的位置來觀察水量大小。這些例子都充分表明了用于流量檢測的流量儀表的應(yīng)用范圍十分廣泛，無論是在工業(yè)生產(chǎn)、能源計量、環(huán)境保護工程，還是交通運輸、生物技術(shù)、科學(xué)試驗領(lǐng)域等都有涉及。說到流量測量的轉(zhuǎn)折點，是拖里差歷對差壓式流量計研究，做出了流量測量的最初文字介紹。自此19世紀(jì)的如堰、示蹤發(fā)、皮拖管、溶劑、萵輪機靶式流量計等許多類型的儀表開始相繼出現(xiàn)于運用。20世紀(jì)中期，伴隨工業(yè)計量、能量研究、城市建設(shè)對

13、流量測量的供需呈井噴式的增長，促使儀表得到空前的發(fā)展，進而，微電子技術(shù)和計算機的技術(shù)取得了飛躍的發(fā)展。極大地推動了儀表更新?lián)Q代，新型流量計的種類迅速的繁多了起來?，F(xiàn)在，許多種流量計在市場中使用，使用過程中出現(xiàn)的麻煩也得到了進一步的解決。而我國因為近代流量測量技術(shù)起步比較晚，一直以來，我們使用的流量儀表都依賴進口，這就嚴(yán)重限制了我國大量使用流量測量計的使用數(shù)量。從20世紀(jì)使用儀表修配發(fā)展初，到抗戰(zhàn)后青島、廈門等等一些沿海城市都聚集了現(xiàn)代流量儀表的民族企業(yè)。這一過程經(jīng)歷了仿造、自主設(shè)計、研究使用的過程，現(xiàn)如今近初具規(guī)模，基本上能滿足中等水平流量儀表的需要。抗戰(zhàn)勝利后我們的科技進行了飛速的進步，通過

14、和其他發(fā)達國家的共同研究，我國的流量測量計水平進步了很多。放眼國際，許多主流企業(yè)看準(zhǔn)中國市場，在中國建立生產(chǎn)基地。其實，這在某種程度上機增強了我國自主研發(fā)的能力，為其增添了競爭因素。雖然我國在這方面已取得了長足進步，但由于技術(shù)革新。更新?lián)Q代較快，在產(chǎn)品工藝上仍然有很大的提高空間。單片機的風(fēng)靡全球，使得智能流量檢測設(shè)備也大大出現(xiàn)，相比傳統(tǒng)的流量檢測設(shè)備，新型應(yīng)用單片機制作的流量監(jiān)測儀很大程度的提升了流量監(jiān)測的功能。單片機的種類繁多，功能強大，由單片機操控的流量測量設(shè)備不僅成本造價低，而且功能實用，正可謂是兩全其美?？萍嫉陌l(fā)展進步也使得流量計的種類越來越多，其功能也越來越強大。同時，這一技術(shù)也朝著

15、更加智能化，簡潔化，方便化，低成本的目標(biāo)前進。1.3 總體設(shè)計現(xiàn)如今時代的發(fā)展很快，科技的進步，我們的物質(zhì)生活需求越來越高。為了達到可以智能化的檢測水流量，并且實時在屏幕上動態(tài)顯示數(shù)據(jù)的目的，此設(shè)計利用了AT89C51單片機來完成。此設(shè)計不但有很多實用的功能，所需的價格也不高，同時還擁有著環(huán)保，節(jié)約能源的理念。當(dāng)單片機接受到水流量發(fā)出的信號，AT89C51單片機就會下達指令。水流量的情況傳輸?shù)絺鞲衅髦校ㄟ^AT89C51單片機進行處理掃描到的水流量脈沖數(shù)，然后在LM016L上顯示出水流量的數(shù)據(jù)。本方案利用Keil c軟件使用C語言進行程序設(shè)計，系統(tǒng)性能的檢驗采用仿真軟件Proteus。 按照總

16、體設(shè)計進行研究，最終決定了設(shè)計的總框圖，如圖1-1所示： AT89C51 LM016L顯示電路按鍵電路 時鐘電路水流量測量電路 復(fù)位電路溫度測量電路報警電路圖1-1 電路總框圖2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計2.1 AT89C51單片機的特性介紹 單片機是把微處理器、存儲器、I/O接口。定時器/計數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)和其它電路組合在單個芯片組合完成的單片計算機，單片機作為微型計算機的一個分支，是基于測控領(lǐng)域的發(fā)展而誕生和發(fā)展的。在我國使用最多的是Intel公司的C51系列單片機。而AT89C51單片機是8051系列單片機的典型產(chǎn)品，片內(nèi)集成了中央處理器（CPU）、程序存儲器（ROM)、數(shù)據(jù)存儲器（R

17、AM）、2個16位的定時器/計數(shù)器（T0和T1）、4個8位的并行I/O口（P0、P1、P2和P3）、串行口2。其外形如圖2-1所示。AT89C51單片機的功能主要性能參數(shù)如下:1.全靜態(tài)操作:OHz一24Hz;2.8個中斷源;3.1000次擦寫周期;4.與MCS-51指令系統(tǒng)和引腳完全兼容;5.三程序存儲器;6.可編程串行DART通道;7.32個可編程工/0口線;8.3個16位定時/計數(shù)器;9.8K字節(jié)寫Flash存儲器;10.空閑低功耗和掉電保護;11.256X8字節(jié)內(nèi)部RAMo AT89C51單片機還有個主要的功能，那就是在不工作的時候功率消耗很低，在不工作的時候僅只有中央核心處理器停止工

18、作，其他的定時/計數(shù)器、存儲器、中斷系統(tǒng)和串行口不會停止工作。一個全雙工串行通信口，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。并且，AT89C51的工作模式還有節(jié)電模式，前提是得降低到OHz的非動態(tài)邏輯操作。想要保護RAM中的內(nèi)容可以通過掉電實現(xiàn)，而掉電模式只有一種方法可以解決，那就是復(fù)位所有的硬件，先把振蕩器及其他所有器件的工作全部停止然后進行復(fù)位。圖2-1 AT89C51單片機引腳圖AT89C51單片機的引腳圖如圖2-1所示，各個引腳的功能為:引腳功能:PO口是地址參數(shù)總線重復(fù)用口。作為高阻抗輸入端用時該端口寫“1"任何位都能吸收電流。所以在用為輸出端時，八個羅輯門電路會同時

19、驅(qū)動。而由于上拉電阻的存在，進行工作的時候，如訪問程序或存儲器的時候，轉(zhuǎn)變位置的該端口的低8位分線能夠和總線重復(fù)使用。Pl口:通過與P0口內(nèi)部的結(jié)構(gòu)電路相對比不難看出，P1端口是一個標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)雙向端口，并且是8位的。它還以一個上拉電阻代替了FET，當(dāng)P1口輸出的時候，4個邏輯門電路就會被同時驅(qū)動。當(dāng)輸入信號為1時。P1口被上啦電阻變?yōu)楦唠娖竭M而變?yōu)檩斎肟凇４硕丝陂_始運作的時候，具體的流程是在端口里的上拉電阻的運作下，外界的信號會拉低其中一個引腳，然后形成了一個電流，進而輸出。P2口用作高8位地址總線時，訪問片外存儲器的高8位A8-A15由P2口輸出。如系統(tǒng)擴展了ROM，由于單片機工作時一直不斷的

20、取指令，因而P2口將不斷的送出高8位地址，P2口將不能做通用I/O口用。如系統(tǒng)僅僅擴展RAM，這時分幾種情況：當(dāng)片外RAM容量不超過256字節(jié)時，訪問RAM，只需P0口送低8位地址即可，P2口仍可作為通用I/O口使用；當(dāng)片外RAM容量大于256字節(jié)時，需要P2口提供高8位地址，這時P2口不能用作通用I/O口。 P3口有三項功能。功能1.將一些用于Flash的快速存儲編程和用于檢驗程序的信號接收。 功能2. P3. 0: RXD(串行輸入口) P3. 1: TXD(串行輸出口) P3. 2; NTO(外中斷0) P3. 3: NTl(外中斷1) P3. 4: TO(定時/計數(shù)器0) P3. 5:

21、 Tl(定時/計數(shù)器1) P3. 6: WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) P3. 7: RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通功能3.該項功能與P2口的一般工/0接口功能類似，無非是作為輸入輸出端口。復(fù)位輸入可以使得單片機進行復(fù)位，主要條件是進行工作時，復(fù)位輸入的引腳出現(xiàn)高電平且該高電平的周期為兩個周期。 當(dāng)單片機需要訪問外界數(shù)據(jù)或存儲器時，首先，跳過一個ALE脈沖信號，而ALE輸出的脈沖信號可以將目標(biāo)的低八位字節(jié)鎖住并保存，還可以固定時間和對外部輸出時鐘，并且對存儲器編程的時候，還可以輸入編程脈沖。當(dāng)單片機需要執(zhí)行的命令是外部程序時，ALE則應(yīng)當(dāng)被設(shè)置成無效，具體方法就是對特殊功能寄存器中SEH單元進行操作

22、，命令執(zhí)行完以后，可以靠MOVX和MOVC指令可以重新將ALE激活。 EA/VPP，外部訪問允許。EA的功能分為兩種，其一是使得CPU執(zhí)行內(nèi)部的命令，該功能需要EA與當(dāng)電源為高電平時的VCC端相連接；其二是使CPU僅訪問外部的程序，該功能則需要EA一直保持接地。 振蕩器反向放大器與內(nèi)部時鐘發(fā)生器由同樣的兩種引腳組合為了它們的輸入口與輸出口。 在XTAL1端斷開連接內(nèi)部時鐘脈沖。XTAL2會處于懸空狀態(tài)，我們就不可以使用內(nèi)部時鐘。除此之外，放大器與片外石英晶體一起組成了自主激勵的振蕩器，石英晶體主要作為反饋信號的元件充當(dāng)了重要角色，這就是內(nèi)部時鐘的模式。此類振蕩電路實質(zhì)上是一個非串聯(lián)電路，在放大

23、器的電路中構(gòu)成，由石英晶體和電容組成。 兩種節(jié)電模式: AT89C51有它特有的節(jié)約用電功能，需要通過專門的寄存器來控制運行，其一是由PD控制的掉電工作模式；其二是由IDL控制的空閑模式。據(jù)此則有了兩種狀態(tài)，睡眠狀態(tài)是一種常見的狀態(tài)，單片機當(dāng)IDL=1的時候會被空閑模式自動帶入該狀態(tài)；掉電工作狀態(tài)也是一種常見的狀態(tài)，單片機當(dāng)PD=1的時候就會被掉電模式自動帶入該狀態(tài)。當(dāng)PD和IDL同時為1，兩種工作模式同時存在，由軟件實現(xiàn)該方式。此時，片內(nèi)所有特殊功能寄存器和隨機存取數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容將保持不變。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是硬件復(fù)位。其二是某一個系統(tǒng)同意中斷的事件不再中斷，同時清除IDL

24、。接著程序主動進入中斷程序，然后會有一條指令發(fā)出，這條指令是中斷返回指令，繼續(xù)執(zhí)行指令，但執(zhí)行的是后面的指令。需要指出的是，以上兩種方式中當(dāng)由硬件復(fù)位來終止時，CPU通常是下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，此時要完成內(nèi)部復(fù)位操作，內(nèi)部應(yīng)禁止CPU訪問片內(nèi)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，但其它端口可以訪問，并保持硬件復(fù)位脈沖兩個機器周期(24個時鐘周期)有效。尤其需要注意的是端口那一塊，因為容易被意外寫入而出錯，對此有對應(yīng)的解決辦法，就是不處于工作模式的一條指令被激活后不能是一條寫入指令。 掉電保護:系統(tǒng)掉電后，最后一條指令在存儲器和寄存器上運行的內(nèi)容被凍結(jié)，直到掉電保護模式結(jié)束。當(dāng)進入掉電保護模式后，要想退出

25、該模式，只有一個辦法：那就是使用硬件進行復(fù)位。使用該方法后，全部內(nèi)容被重新定義，但是不會改變存儲器中的內(nèi)容，復(fù)位不會在電壓恢復(fù)正常前起作用，而且在一段時間之后才可以使系統(tǒng)重新開始正常工作。2.2 時鐘電路單片機最小系統(tǒng)組成分電源，時鐘和復(fù)位電路。在這里面單片機的電源引腳與5V的電源接通即可，而時鐘、復(fù)位電路另需額外的接口擴展，這也是單片機的基本電路操作步驟。時鐘電路的功能是為運作狀態(tài)下的單片機提供時間脈沖。工作狀態(tài)下每個信息中的互相關(guān)系叫時序。為了保證單片機的工作能夠有條不紊，一絲不茍的進行，必須要求在電路里有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅r鐘信號來操控單片機的運行。所以我們得在單片機引腳中連一個定時控制原件。就做出

26、了正常運行的自激振蕩器。圖2-2 時鐘電路要組合一個諧振電路。得把晶振與電容合并起來。工作狀態(tài)下的電壓，和晶振的頻繁程度都和電容的多少直接相關(guān)，過程中要避免電容量影響振蕩器的各種性能。所以，這次設(shè)計的微調(diào)電容運用20pf電容。如圖2-2所示，在設(shè)計電路板時，晶振、電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，減小分布電容，以保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。2.3 復(fù)位電路在單片機運行的過程當(dāng)中，難免會發(fā)生運行數(shù)據(jù)不穩(wěn)定導(dǎo)致的錯誤發(fā)生，使得單片機處于死機狀態(tài)，這時就要求CPU和其他元件歸位為一個指定的工作狀態(tài)，然后共同從這一情況下同步運行。這一個初始化系統(tǒng)的步驟，叫做單片機的復(fù)位。在單片機內(nèi)，RST引腳也叫做復(fù)位引腳。設(shè)計

27、時單片機的復(fù)位方式包括按鍵電平復(fù)位，外部脈沖復(fù)位，單片機上電自動復(fù)位，其功能由單片機外圍復(fù)位電路實現(xiàn)3。當(dāng)震蕩電路照常運行的同時，該引腳接通2個高電平，就可以使單片機復(fù)位。單片機中的RST引腳叫做復(fù)位引腳。在振蕩電路接通電源運行以后，RST引腳端接通持續(xù)兩個機器周期的高電平之后，就處于復(fù)位狀態(tài)。圖2-3復(fù)位電路本課題采用經(jīng)過按鍵開關(guān)來完成復(fù)位。它是指經(jīng)過連接按鈕開關(guān)，令單片機處于初始化的狀態(tài)。開關(guān)復(fù)位電路一般不單獨使用。在應(yīng)用系統(tǒng)的研究中，若是需要使用開關(guān)復(fù)位電路。一般的做法是將開關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位組合在一起形成組合復(fù)位電路，上電復(fù)位電路完成上電復(fù)位功能，開關(guān)復(fù)位電路完成人工復(fù)位。圖2-3中C1

28、與R1構(gòu)成了上電復(fù)位電路。上電復(fù)位后，電源經(jīng)R1對C1充滿電源，C1等效于開路，RST端為低電平；單片機正常工作。按開關(guān)K1后，C1兩端電荷經(jīng)R1迅速放電，K1斷開后，由C1、R1及電源完成對單片機的復(fù)位操作。在上述電路中C1、R1按上電復(fù)位電路的設(shè)計而取值。單片機中復(fù)位電路有著至關(guān)重要的功能。它的存在可直接導(dǎo)致單片機的正常運行與否。2.4液晶顯示電路2.4.1液晶顯示簡介液晶顯示器應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ钪械姆椒矫婷?。液晶顯示模塊也早已經(jīng)是許許多多電子產(chǎn)物必不可少的元件。算術(shù)用的計算器里面、電子日歷的顯示器、電子時鐘還有許多電子產(chǎn)品中都可以看到，液晶顯示器顯示的內(nèi)容也是各種各樣，有數(shù)字、有漢字，還

29、有圖案等待。這次設(shè)計中利用液晶液顯示器用作數(shù)據(jù)顯示器件有很多好處。因為液晶顯示器任意點當(dāng)處于工作過程中時，接收到信號的時刻，就始終處于那種顏色和亮度。一直處于發(fā)光狀態(tài)，而不會像其他CRT之類的顯示器那樣必須得一直唰新新的亮點。所以，使用液晶顯示器不但畫面效果要很好，而且不會出現(xiàn)卡頓和閃爍的情況。而且液晶顯示器全部都是數(shù)字式的，當(dāng)要使它處于工作狀態(tài)，它的接口和單片機系統(tǒng)的接口會很便捷，操作簡單易懂。從功耗方面來看。該種類的顯示器大部分是消耗它自身的電極與驅(qū)動IC上。所以說，消耗較其他顯示器來看要少。這個版本的顯示器輕便。沒有傳統(tǒng)的顯示器笨重。因為該顯示器是由屏內(nèi)電極控制的液晶分子的各種不同情況來

30、達到顯示的結(jié)果。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，電壓會對索要顯示的區(qū)域進行作用，使其發(fā)光，通過多點的發(fā)光，構(gòu)成所要表達的內(nèi)容，現(xiàn)在已經(jīng)能實現(xiàn)全彩色顯示的多樣化功能，現(xiàn)如今在筆記本電腦、數(shù)碼相機、安卓移動設(shè)備等待許多區(qū)域都有應(yīng)用。2.4.2LM016L的結(jié)構(gòu)及功能LM016L液晶模塊采用HD44780控制器。HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動、閃爍等功能。LM016L液晶顯示器有2個方法與單片機連通。分別是利用8位和利用4位的并行傳送信號。HD44780控制器由兩個8位寄存器、指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）、忙標(biāo)志（BF）、顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）、字符發(fā)

31、生器ROM（CGROM）、字符發(fā)生器RAM（CGRAM）、地址計數(shù)器（AC）4。LM016L引腳圖如圖2-4所示。圖2-4 LM016L引腳圖IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出；DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM，或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)5。BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)6。DDRAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼7。CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160種和5*10點陣字符32種8。CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)9?？梢宰远x8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符

32、。AC可以存儲DDRAM和CGRAM。顯示特性:1)只需5V電源電壓，低功耗、長壽命、高可靠性2)包含192類字符3)具有64個字節(jié)的自定義字符RAM4)顯示方式：STN、半透、正顯5)驅(qū)動方式：1/16DUTY，1/5BIAS6)視角方向：6點7)背光方式：底部LED8)通訊方式：4位或8位并口可選9)標(biāo)準(zhǔn)的接口特性：適配MC51和M6800系列MPU的操作時序。引腳功能如表2-1所示： 表2-1 LM016L引腳說明管腳號 符號功 能1Vss電源地（GND）2Vdd電源電壓(+5V)3V0LCD驅(qū)動電壓(可調(diào)) 寄存器選擇輸入端，輸入MPU 選擇模塊內(nèi)部寄存器類型信號：RS=0，當(dāng)MPU

33、進行寫模塊操作，指向指令寄存器；4RS當(dāng)MPU 進行讀模塊操作，指向地址計數(shù)器；RS=1，無論MPU 讀操作還是寫操作，均指向數(shù)據(jù)寄存器5R/WR/W=0 讀操作；R/W=1 寫操作6E使能信號輸入端，輸入MPU 讀/寫模塊操作使能信號：4位方式通訊時，不使用DB0-DB37DB0數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道8DB1數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道9DB2數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道10DB3數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道11DB4數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道12DB5數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MP

34、U 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道13DB6數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道14DB7數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道15A背光的正端+5V16K 背光的負(fù)端0V2.5溫度測量電路 為了使流量計功能更加多樣化，在此次設(shè)計中加入了測量溫度的DS18B02傳感器，由該傳感器采集信息，傳輸?shù)絾纹瑱C，再經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理，將結(jié)果溫度顯示到液晶屏。2.5.1 DS18B20簡介1.DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-5 DS18B20的引腳DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別由64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器來構(gòu)成。DS18B20的管腳排列如圖2-

35、5所示。從DQ端輸入輸出數(shù)字信號。 2.DS18B20的主要特性1）適應(yīng)電壓范圍更廣，電壓在3伏到5伏下可由數(shù)據(jù)線供電。2)可測量的溫度上限為125攝氏度，下限為零下55攝氏度。誤差小于0.5攝氏度。3)該傳感器有著特殊的單線接口方式，它只要一條口線與微處理器接通，就可以完成雙方的互相傳輸。4)可以進行組網(wǎng)多點測溫。5)該傳感器使用時，無須其他的任何外圍原件。6）可編程的分辨率為912位，測量溫度的精度非常高。7）該傳感器運算速度很快，比如當(dāng)分辨率設(shè)置為9位。只需要不到94.86ms，就可以將溫度變成數(shù)字。8）最后輸出的數(shù)據(jù)直接為數(shù)字溫度信號，串行傳送給單片機，功能強大，可以抗干擾。 9）如果

36、不小心將電源正負(fù)接反，單片機也不會因此舉動而損壞，只是不可以正常的使用。雖然該傳感器在使用該傳感器的過程當(dāng)中很便捷又高效率，但是有些問題還是得格外小心，該溫度傳感器在對它進行編程時，要準(zhǔn)確的讀寫時序，要不然會使整個軟件的運行出錯，測量不出溫度。此類問題都應(yīng)該在使用過程中謹(jǐn)慎處理。此外，單總線不能放置多個傳感器。否則要解決微處理器的總線驅(qū)動問題。在硬件的接口方面，如果未連接好，導(dǎo)致出錯，在單片機對傳感器傳達指令時，沒有收到來自DS1820的信號返回。程序?qū)⒉荒芡瓿上乱徊街噶疃h(huán)之前的指令。圖2-6 溫度測量電路2.6水流量測量電路水流量傳感器的組成部分由銅閥體、水流轉(zhuǎn)子器件、穩(wěn)流組件和霍爾元件

37、組成。傳感器安裝到水流入口用于檢測入水量。水流開始時，經(jīng)轉(zhuǎn)子組件，導(dǎo)致磁性轉(zhuǎn)子隨著一起轉(zhuǎn)動并呈正比關(guān)系變化?？刂破鹘邮艿絺鬏?shù)降拿}沖信號。然后得出流量的值，水流量傳感器的使用時間很長，性價比高，危險系數(shù)小，安裝簡單，所測流量值精準(zhǔn)。渦輪開關(guān)殼、磁性轉(zhuǎn)子和制動環(huán)構(gòu)成了水流轉(zhuǎn)子器件。課題任務(wù)中最重要的是水流量的測量。通過水流量傳感器的數(shù)據(jù)采集，根據(jù)不同的水流量傳感器的參數(shù)可以得出單片機在運算時的數(shù)據(jù)。水流量傳感器一般在零下10攝氏度到55攝氏度的環(huán)境溫度下可正常運行。所有傳感器經(jīng)實際標(biāo)定來測得儀表常數(shù)值R，當(dāng)每分鐘流量值達到0.2升至0.4升時，R值為2100。當(dāng)每分鐘流量值達到0.5升至0.8升

38、時，R值為2280。當(dāng)每分鐘流量值達到0.9升至1.2升時，R值為2350。當(dāng)每分鐘流量值達到1.2升至2.5升時，R值為2460。流量穩(wěn)定的系統(tǒng)下，測量精度可控制在2%范圍內(nèi)。在仿真電路中，通過方波來模擬水流量通過傳感器產(chǎn)生的頻率，傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)，然后再進行下一步的運行。圖2-7 水流量測量電路2.7按鍵控制電路 課題設(shè)計之初，要求基本實現(xiàn)的功能有水流量的控制、水價的改變。由于液 晶顯示屏不能夠完全實現(xiàn)其顯示，故又增加了換頁功能，共三個控制鍵。圖2-8 按鍵電路3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計3.1 軟件設(shè)計總流程軟件設(shè)計總流程程序要求液晶顯示有水溫、水價、水費和當(dāng)前水流量。水流量的測量由開關(guān)控制。由于L

39、CD1602的顯示屏幕有限，所以又把程序設(shè)計成可以翻頁的形式。翻頁也用開關(guān)控制。由于在兩個界面里面都顯示水溫，故在顯示程序里加入測量水溫程序也未嘗不可。整個程序中結(jié)構(gòu)較為簡單，但其中也有幾個重要而且比較費腦筋的子程序，包括水測量程序、水流量數(shù)據(jù)的計算與轉(zhuǎn)換、溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。在程序中可以分為3個主要模塊：水流量模塊，溫度模塊，顯示模塊如圖3-1所示：系統(tǒng)初始化溫度測量程序水流量控制開關(guān)程序流量測量程序界面2程序界面開關(guān)通斷水閥程序界面1程序圖3-13.2 溫度程序模塊溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序由溫度傳感器DS18B20采集的溫度數(shù)據(jù)讀取后溫度的低位和高位分別存在主芯片SCT89C52存儲器中。其中依定傳

40、感器的設(shè)計，讀出的數(shù)據(jù)最高位為0時溫度為正，溫度為1時，溫度是負(fù)數(shù)。是以對溫度數(shù)據(jù)處理，將溫度數(shù)據(jù)高位和低位整合在一起，在判斷溫度的正負(fù)即可。如圖3-2所示： 等待調(diào)用DS18B20復(fù)位跳過讀序列號啟動溫度轉(zhuǎn)換DS18B20復(fù)位跳過讀序列號跳過讀序列號讀取溫度溫度數(shù)據(jù)低八位和高八位合并溫度為負(fù)溫度標(biāo)志位為1數(shù)據(jù)取反加一返回溫度標(biāo)志位為0· NO YES 圖3-2 溫度測量流程圖 這里會有一個處理程序，它的作用是把傳輸回來的溫度參數(shù)進行一個分析。來判斷數(shù)值的正負(fù)。與此同時，為了使設(shè)計更人性化，合理化，貼近于我們的日常生活，在程序中加入了溫度感應(yīng)，因為在我們山西省地區(qū)水的沸點是99.9攝

41、氏度，所測的數(shù)值也不會超過這個上限值，所以，在此過程中，將最高的溫度值設(shè)成99.99就好。此外，便于美化視覺感，當(dāng)所測溫度為個位溫度時，將結(jié)果中十位的零設(shè)定為不可見。 顯示“-”號紅燈亮溫度>40攝氏度紅燈亮等待調(diào)用溫度標(biāo)志為1百位為0溫度置為99.9十位為0十位不顯示溫度各位分配資源返回如圖3-3所示 NO YES NO YES YES NO YES圖3-3 數(shù)字不顯示流程圖3.3水流量程序模塊水流量的測量主要依靠對得到的頻率處理，由流量計在一段時間下產(chǎn)生高電平的個數(shù)決定。測量的范圍中，由傳感器輸出的脈沖總數(shù)和流過傳感器的總體積量為正比關(guān)系，這個比值叫做儀表常數(shù)，用R來表示。各種傳感器

42、都通過實際標(biāo)定測得儀表常數(shù)值。用測出脈沖信號的頻率F去除以R就可以得出瞬進流量Q。即Q=F/R。所以只要在單片機中設(shè)定一定的時間，并在該時間之下計算出得到的高電平即可。在本程序中AT89C51的兩個定時器T0為計數(shù)狀態(tài)，T1為計時狀態(tài)，這樣方可測量流量。3.3.1水流量的讀取程序中斷程序運行的時間到，就可以讀取計數(shù)器中的數(shù)值，將下數(shù)值讀出后把計數(shù)器賦值為0，等待下一次的取出，然后進入對讀出數(shù)據(jù)的處理程序。如圖3-4所示等待調(diào)用中斷時間到讀取頻率定時器賦值置時間標(biāo)志位水流量計算程序和轉(zhuǎn)換程序返回 NO YES 圖3-4 水流量測量流程圖3.3.2水流量數(shù)據(jù)的處理程序到達規(guī)定的時間，定時器的數(shù)據(jù)也

43、輸出到單片機。因為水流量的最大上限是按噸來計量的，所以只用單個整形的數(shù)明顯欠缺，所以暫時放到單個int變量的存儲單元里，來計算水流流量百位前的值。然后定義單個長整型數(shù)字，用作后六位的流量體積值。這樣一來，程序簡單易懂，可以清楚明了的計算出水流量，查看流體的溫度，并且計算出水費和按自己所需制定水費標(biāo)準(zhǔn)。同時，設(shè)計過程中將最大數(shù)值定位250噸，當(dāng)達到這一標(biāo)準(zhǔn)后，數(shù)值仍增加的話，就會重新計數(shù)。等待調(diào)用定時到計算流量前三位流量前三位>=1000流量后六位加1流量后六位>=25萬流量計算清零各個位置分配存儲空間返回如圖3-5所示： NO YES NO YES NO YES3-5 水流量數(shù)據(jù)處

44、理流程圖3.4顯示程序3.4.1顯示程序的處理流程 要想把運行結(jié)果表現(xiàn)得通俗易懂，一目了然，就需要把程序運行出的結(jié)果值相對應(yīng)的英文標(biāo)出來。因為在顯示程序中已經(jīng)有溫度的測量，因此主程序里不需要測量溫度，液晶顯示的首頁會標(biāo)出水費，所測量的溫度，和水流量（以t為單位）。次頁會顯示每噸水的價位，水流量（以kg為為單位），和溫度。 如圖3-6顯示：返回等待調(diào)用溫度測量溫度顯示水流量測量水流量顯示圖3-6 顯示流程圖4 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試4.1 keil uvision4軟件這次畢設(shè)是在Keil uVision4軟件上來完成的。Keil uVision4公布于2009年2月5日，該軟件運用了便捷簡潔界面。使

45、開發(fā)人員可以使用多個顯示器，并提供了一個可視化的窗口位置的完整控制的任何地方。更改后的版本界面可以被充分的使用，把很多界面有效的組合在一起?？梢允故褂谜吒邮孢m地使用該軟件來快速的操作。更改后的版本支持更多的最新的ARM芯片，也增加了一些其他新的功能。最新的Keil uVision4個，旨在提高開發(fā)效率，實現(xiàn)更快，更有效的開發(fā)程序。Keil uVision4引入一個靈活的窗口管理系統(tǒng)，可以將其拖到任何地方，包括多個顯示窗口的支持。uVision4在Vision3 IDE的基礎(chǔ)上，增加了更多大眾化的功能。該軟件不僅擁有著多樣化的顯示窗口和便捷的窗口和瀏覽窗口的顯示設(shè)備外設(shè)寄存器信息，同時還可以調(diào)

46、試還原視圖創(chuàng)建并保存多個調(diào)試窗口布局。圖4-1 程序調(diào)試圖4.2 proteus電路仿真4.2.1 proteus軟件介紹Proteus軟件功能很強大，它擁有許多EDA軟件的仿真功能，可以得到很多便捷的體驗，還可以仿真許多單片機。目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。Protues剛進入中國的市場，它的各種功能，各種便捷體驗就把我國的單片機研究人員深深的吸引。該產(chǎn)品從布原理圖、調(diào)試編碼，便捷的完成對PCB設(shè)計，貫穿了理念到實物的全部過程。該軟件也是全球范圍內(nèi)，第一個可以把電路仿真，對虛擬設(shè)計的仿真和對PCB的設(shè)計全部實現(xiàn)的一款軟件。Proteus軟件除了上述功能外，還能仿真51系列、AVR、

47、PIC、ARM、等一些常用的主流單片機。4.2.2 使用proteus仿真的步驟第一對要仿真部分繪制好電路原理圖，如圖4-2所示：圖4-2 仿真原理圖第二添加已經(jīng)調(diào)試好的目標(biāo)代碼文件，如圖4-4所示：圖4-3 添加目標(biāo)代碼文件圖第三在proteus中運行電路仿真圖，如圖4-4所示：圖4-4 電路仿真圖5 仿真結(jié)果在Proteus軟件中打開設(shè)計好的仿真，在AT89C51單片機屬性中加入add.hex程序（全部程序內(nèi)容見附錄），通過設(shè)置方波的頻率來模擬通入水流量產(chǎn)生的脈沖在這里將方波的頻率設(shè)置為10K，溫度設(shè)置為常溫25攝氏度，水費通過按鍵設(shè)置為每噸2元。點擊運行按鈕開始仿真。 如圖所示結(jié)果，LM

48、016L顯示器中顯示數(shù)值與仿真前設(shè)置的參數(shù)相符，F(xiàn)LOW所測得的流量值程動態(tài)顯示。當(dāng)把溫度更改到大于等于40攝氏度，就會觸發(fā)溫度報警，這時候紅燈亮進行報警，如圖5-2所示。圖5-1圖5-2通過按鍵2切換液晶顯示頁面，如圖5-3所示，液晶顯示器顯示當(dāng)所測水流量為1噸時，計費器顯示價格為2元。圖5-3366 總結(jié)與展望通過仿真結(jié)果，可以看出這次設(shè)計基本達到了預(yù)期的測量效果，對水流量體積的測量，流體溫度的測量還有單位水費和總水費的測量都得到了實現(xiàn)，但是設(shè)計過程中還存在欠缺的地方。另一方面，由于現(xiàn)實生活中的自來水水流不夠均勻，水流量傳感器較小，測量還是會出現(xiàn)誤差。在這次畢業(yè)設(shè)計里，在軟件編程和各硬件芯片的選