單容水箱液位檢測儀設(shè)計

1、I 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動化 學(xué) 號 學(xué)生姓 名 專業(yè)班級 課程設(shè) 計（論文） 題目 單容水箱液位檢測儀設(shè)計 課程設(shè)計（論文）任務(wù) 課題完成的功能、設(shè)計任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的功能、設(shè)計任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù) 實現(xiàn)功能實現(xiàn)功能 水箱是常用的儲水裝置，單片機(jī)控制的水箱液位檢測儀，液位高度：10cm 30cm，控制要求： （1）系統(tǒng)每隔 2 分鐘采集一次液位值，正常情況下，由顯示器顯示； （2）當(dāng)液位達(dá)到 30cm 以上時，紅色指示燈常亮，并伴有聲音報警，低于 10cm 時, 黃色指示燈亮，也伴有聲音報警；當(dāng)液位 10cm30

2、cm 之間時，綠色指示燈長亮。 設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)及要求 1、分析系統(tǒng)功能，選擇單片機(jī)、傳感器和功能模塊； 2、設(shè)計系統(tǒng)的硬件電路圖； 3、編寫相應(yīng)的軟件，完成控制系統(tǒng)的控制要求； 4、上機(jī)調(diào)試、完善程序； 5、按學(xué)校規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份；設(shè)計說明書應(yīng)在 4000 字以上。 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 液位檢測范圍 0cm100cm ，檢測精度1 cm 。 進(jìn)度計劃 1、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)設(shè)計方案（2天） 2、系統(tǒng)硬件設(shè)計及模塊選擇（3天） 3、系統(tǒng)軟件設(shè)計及編寫功能程序及調(diào)試（3天） 4、撰寫、打印設(shè)計說明書（1天） 5、驗收及答辯（1天） 指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文

3、質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 II 注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算 摘 要 隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，單片機(jī)控制的智能型控制器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn) 品中。 本系統(tǒng)采用單片機(jī) STC89C51 為控制核心來實現(xiàn)水位的基本控制功能。系統(tǒng) 由鍵盤、LCD12864、PCF8591、液位傳感器 LM1042、電源和控制部分組成。系 統(tǒng)從硬件電路設(shè)計，軟件與上位機(jī)軟件設(shè)計等幾個方面介紹了基于單片機(jī)的單容 水箱液位檢測儀設(shè)計過程，給出相應(yīng)的軟件設(shè)計流程圖和 C 語言程序以及原理圖， 并用 keil 軟件編程仿真。最終實現(xiàn)了液位的實時測量與監(jiān)控。 系統(tǒng)可根

4、據(jù)需要設(shè)定水位控制的高度，同時具備超限報警和故障報警功能， 具有良好的檢測控制功能。 關(guān)鍵詞：STC89C51；LCD12864 顯示；液位檢測 III 目 錄 第 1 章 緒論 .1 第 2 章 課程設(shè)計的方案 .3 2.1 概述 .3 2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) .3 第 3 章 硬件設(shè)計 .4 3.1 硬件設(shè)計概要 .4 3.1.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計原則 .4 3.1.2 系統(tǒng)硬件選擇 .4 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 .7 3.3 液位傳感器電路設(shè)計 .7 3.4 AD 轉(zhuǎn)換單元硬件設(shè)計 .8 3.5 其他電路及系統(tǒng) PCB 圖 .9 第 4 章 軟件設(shè)計 .10 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計系

5、統(tǒng)軟件設(shè)計 .10 4.2 各模塊程序分析各模塊程序分析 .11 4.2.1 主程序設(shè)計 .11 4.2.2 顯示模塊軟件設(shè)計 .12 4.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計.13 第 5 章 系統(tǒng)測試 .16 第 6 章 課程設(shè)計總結(jié) .17 參考文獻(xiàn) .18 附錄 .19 1 第 1 章 緒論 隨著我國的國民經(jīng)濟(jì)與生活水平的發(fā)展，各個行業(yè)對自動化的需求也日益增 加，為減少污染、節(jié)約資源，單片機(jī)的控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。無論是在工 業(yè)生產(chǎn)中，還是在其他行業(yè)，水都是人們生活中不可或缺的資源，大部分都會使 用到水箱，水箱里的水位控制就是最重要的問題了，以前都會有專門的人看管， 既浪費(fèi)人力，又不能準(zhǔn)確

6、的判斷水位高低。所以以單片機(jī)控制水箱的水位就得到 了廣泛應(yīng)用。 水位控制系統(tǒng)是以水位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域都 有廣泛的應(yīng)用。在目前的過程控制領(lǐng)域中水位控制的研究引起了廣泛的關(guān)注，隨 著集成電路規(guī)模的日趨大型化、復(fù)雜化，各種復(fù)雜的液位控制系統(tǒng)已成為一個研 究焦點(diǎn)。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且是可以修改的，通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同 的功能。尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大的力氣才能做 到的，有些則是花大力氣也很難做到的。為什么一點(diǎn)要用單片機(jī)呢，原因很簡單， 只因為單片機(jī)通過自己編寫的程序便可以實現(xiàn)高智能、高效率以及高可靠性。現(xiàn) 代電子系統(tǒng)的基本核心是嵌入式計算機(jī)

7、系統(tǒng)（簡稱嵌入式系統(tǒng)） ，而單片機(jī)是最 典型、最廣泛、最普及的嵌入式系統(tǒng)。 目前我國在單片機(jī)測控裝置研究、生產(chǎn)、應(yīng)用中，取得了很大的成績，總結(jié) 了很多經(jīng)驗，但是各行業(yè)仍處于發(fā)展期，經(jīng)調(diào)查，更多科研研究在這方面開展的 工作更看重的是理論和算法，數(shù)年來這方面的研究的論文較多，但著重生產(chǎn)實際 的很少。 一些發(fā)達(dá)國家在單片機(jī)新型系統(tǒng)研究、制造和應(yīng)用上，已積累了很多經(jīng)驗， 奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)入了國際市場。我國在新型測控裝置與系統(tǒng)研究、制造、應(yīng)用和 經(jīng)驗上，與其他發(fā)達(dá)國家相比還存在差距，但是我國的研究人員已經(jīng)克服很多困 難，并在不斷地摸索中前進(jìn)，有望在相關(guān)領(lǐng)域趕上甚至超過發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平， 這是發(fā)展趨勢。

8、在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活應(yīng)用中，常常會需要對容器中的水位進(jìn)行自動控制。 比如自動控制冰箱、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬桶的自 動補(bǔ)水控制、自動電熱水器、電開水機(jī)的自動進(jìn)水控制等。雖然各種水位控制的 技術(shù)要求不同、精度不同，但是基本的控制原理可以歸納為一般的反饋控制方式， 他們的主要區(qū)別在于檢測水位的方式、反饋方式、以及控制器上的區(qū)別。 隨著 單片機(jī)和微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，由 PC 機(jī)和多臺單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。 2 單片機(jī)自問世以來，性能不斷地提高和完善，體積小、速度快、功率低的特點(diǎn)使 它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。一般，工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差，干擾性強(qiáng)，利用單 片機(jī)控制就能克

9、服這些缺點(diǎn)，因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，使用單片 機(jī)控制液體的水位是個很好的選擇?；?51 單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)既滿足系統(tǒng) 精度的要求，同時具有可靠性。 3 第 2 章 課程設(shè)計的方案 2.1 概述 本次設(shè)計主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計單容水箱液位檢測儀，并在實踐的 基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“單片機(jī)”課程中 所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。 應(yīng)用場合: 應(yīng)用于自動控制冰箱、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生 活中抽水馬桶的自動補(bǔ)水控制、自動電熱水器、電開水機(jī)的自動進(jìn)水控制等。 2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)方案設(shè)計液位

10、控制是利用把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號,再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換 芯片 PCF8591 把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的 I/O 接口，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算控制，輸 出信號，輸出接口接 LCD12864 進(jìn)行顯示,實現(xiàn)液位的報警和鍵盤的顯示與控制。 圖 2.1 即是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 鍵盤輸入 單片機(jī) STC89C52 報警電路 PCF8591 液位傳感器 LCD12864 液晶顯示 圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 4 第 3 章 硬件設(shè)計 3.1 硬件設(shè)計概要 3.1.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計原則 一般在系統(tǒng)硬件電路設(shè)計應(yīng)遵循以下原則： （1）盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，且符合單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的常 規(guī)用法。 （2）系統(tǒng)中相

11、關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。 （3）可靠性及抗干擾設(shè)計是硬件設(shè)計不可缺少的一部分?？煽啃?、抗干擾 能力與硬件系統(tǒng)自身素質(zhì)有關(guān)，必須認(rèn)真對待。 （4）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用程序設(shè)計一起考慮。軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由 軟件完成，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但“軟化”的結(jié)果也許會使響應(yīng)時間比硬件的響應(yīng) 時間長。在實時性要求比較高的場合應(yīng)采用硬件完成。 （5）單片機(jī)外接電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力 3.1.2 系統(tǒng)硬件選擇 （1）主控元器件單片機(jī)的選擇 單片機(jī)選擇 STC89C51，STC 系列單片機(jī)是美國 STC 公司最新推出的一種新 型 51 內(nèi)核的單片機(jī)。STC89C51RC 是采用 8051 核的 ISP

12、（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時鐘頻率為 80MHz，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指 令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲 單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合 PC 端的控制程序即可將用戶的程序 代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。STC89C51RC 系列單片機(jī)是單時鐘/機(jī)器周期(1T)的兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速/ 低功耗的 新一代 8051 單片機(jī)，全新的流水線/精簡指

13、令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù) 位電路。 89C51 單片機(jī)的引腳如圖 3.1 所示： 5 圖 3.1 STC89C51 引腳圖 各引腳簡單功能介紹： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。P0 能 夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸 出 4TTL 門電流。 P2 口：P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2

14、口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸 入。 。 P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門 電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入， 由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時 間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地 位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 。 PSE

15、N：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器 周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將 不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng) EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH） ， 不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用 6 于施加 12V 編程電源（VPP） 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 （2）液晶顯示器的選擇 液晶顯示的原理

16、(LCD)是用液晶物理特性,通過電壓的顯示區(qū)域控制,有電的 人說這即能夠顯示圖形。液晶顯示器與厚度薄,適于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動技 術(shù)、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于便攜式電腦、數(shù)碼相機(jī)、PDA 移 動通訊工具等。帶中文字庫的 12864 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串 行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體 中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示 模塊；其顯示分辨率為 12864,內(nèi)置 8192 個 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個 16*8 點(diǎn) ASCII 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全 中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示 84 行

17、1616 點(diǎn)陣的漢字。也可完成圖形顯 示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的 圖形點(diǎn)陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且 該模塊的價格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 （3）AD 轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器件和芯片單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集普通的外部設(shè)備。A/D 轉(zhuǎn)換器性能 的不同,各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計中。本設(shè)計選用的是 PCF8591，PCF8591 是一個 單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591 具有 4 個模 擬輸入、1 個模擬輸出和 1 個串行 I2C 總線接口。PCF8591 的 3 個地址

18、引腳 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個 I2C 總線上接入 8 個 PCF8591 器件， 而無需額外的硬件。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通 過雙線雙向 I2C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。 （4）液位傳感器選擇 LM1042 液位檢測器使用熱阻探針的技術(shù)來檢測非可燃性液體液面高度，能 提供一個正比于液位的高度的輸出，可進(jìn)行單次或重復(fù)測量，所有控制熱阻探針、 檢測熱阻探針的短路、開路所需要的監(jiān)控電路都集成在 LM1042 芯片內(nèi)部。此外 該芯片也可以采用其它的傳感器信號或線性輸入作為輸入信號。 該器件采用的 是 16 腳 DIP 封裝。 芯片

19、的主要特點(diǎn)有： 1、集成有熱阻探針的控制電路； 2、可以選擇熱阻或線性信號作為輸入； 3、可單次測量或重復(fù)測量； 4、電源或控制輸入端有 50V 瞬態(tài)電壓保護(hù)電路； 5、在復(fù)位時切換，延時的功能可以避免瞬態(tài)信號的影響； 7 6、具有探針短路、開路檢測的功能。 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 要使單片機(jī)按照設(shè)計要求正常工作，完整單片機(jī)最基本的工作要求，考慮到 系統(tǒng)無需精確地定時功能，且為了方便串口通信波特率的計算，采用 11.0592MHz 的晶振提供系統(tǒng)時鐘。并附加復(fù)位電路，組成單片機(jī)最小系統(tǒng)。根 據(jù)電路設(shè)計規(guī)范和 STC89C51 芯片手冊，設(shè)計時鐘電路與復(fù)位電路如圖 3.2： 圖 3.2 單片

20、機(jī)最小系統(tǒng) 圖 3.2 中具有上電復(fù)位與手動復(fù)位的功能；單片機(jī)的 XTAL1 與 XTAL2 引腳 并聯(lián)兩個 30pF 電容和一個晶振是電路起振。由于單片機(jī) P0 口作普通 I/O 口時不 能輸出高電平，因此需接上拉電阻，實際電路中，使用 8 個 10K 電阻作為上拉電 阻。 3.3 液位傳感器設(shè)計 在 LM1042 傳感器電路中，7 腳和 10 腳主要用于對探針 2 的調(diào)整，由于本系 統(tǒng)只用到探針 1，故可將 7 腳和 10 腳直接接地；1 腳是熱阻探針輸入端；5 腳為 探針故障端；6 腳是電源端；3、4 腳分別接 PNP 管的發(fā)射極和集電極用于給探針 提供 200MA 的固定電流；16 腳

21、為模擬電壓輸出端，輸出與液位成正比的模擬電 8 壓；12、13 腳用來調(diào)整探針的測量周期；9、14 腳外接兩個電容作為探針的記憶 電容，記憶探針的電壓值。如圖 3.3 是 LM1042 的外圍電路連接圖 圖 3.3 LM1042 外圍電路圖 3.4 AD 轉(zhuǎn)換單元硬件設(shè)計 AD 轉(zhuǎn)換模塊是系統(tǒng)中較為重要的一部分，由于涉及到模擬部分，AD 轉(zhuǎn)換器 的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如圖 3.4 是本設(shè)計中 AD 轉(zhuǎn)換電路圖。 圖 3.4 AD 轉(zhuǎn)換電路圖 上圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號 SDA 和 SCL 接到單片機(jī)的引腳上，PCF8591 的 3 個地址引 腳 A0, A1 和 A2 接到地上，4 個模擬通道選其中一個通道作為

22、采集數(shù)據(jù)用。 9 3.5 其他電路及系統(tǒng) PCB 圖 蜂鳴器的作用，蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電， 廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話 機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器電路設(shè)計時需加一個 NPNMOS 管 來驅(qū)動蜂鳴器。設(shè)計電路如圖 3.5。根據(jù)原理圖畫出如圖 3.6 所示系統(tǒng) PCB 圖。 圖 3.5 蜂鳴器電路圖 圖 3.6 系統(tǒng) PCB 圖 10 第 4 章 軟件設(shè)計 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 8051 系類單片機(jī)共擁有 111 條系統(tǒng)指令，可實現(xiàn) 51 種基本操作。然而匯編 語言指令卻有程序的可讀性低，程序開發(fā)

23、人員的開發(fā)時間長與開發(fā)難度大，程序 移植性差等缺點(diǎn)。C 語言是一種編譯型程序設(shè)計語言。它兼顧了多種高級語言的 特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。用 C 語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件程序，會大大縮短 開發(fā)周期，增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。用 C 語言進(jìn)行 51 系列單片機(jī) 程序設(shè)計是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。keilC51 開發(fā)工具套件可用于匯編 C 語言程序、匯編源程序，鏈接和定位目標(biāo)文件和庫，創(chuàng)建 HEX 文件以及調(diào)試目 標(biāo)程序。本設(shè)計使用 KeilC51Vision5 為開發(fā)編譯環(huán)境，使用 C 語言編寫程序， 實現(xiàn)各模塊功能設(shè)計。系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對單片機(jī)的初始化，設(shè)置警 戒液位的上下

24、限，實時顯示液位值以及鍵盤掃描等工作。如圖 4.1 程序流程圖。 開始 初始化CPU 參數(shù)設(shè)定 是否有按鍵 按下 AD采樣數(shù)據(jù) 顯示實時液 位 數(shù)據(jù)處理超 限報警 按鍵處理 顯示按鍵液 位 N Y 圖 4.1 系統(tǒng)程序流程圖 11 4.2 各模塊程序分析各模塊程序分析 4.2.1 主程序設(shè)計 每個程序都是從 main 函數(shù)的起點(diǎn)開始執(zhí)行，這意味著每個程序都必須在某 個位置包含一個 main 函數(shù)。下面給出本次設(shè)計的主程序： void main( void ) Init_ST7920(); while( 1 ) DisplayUpdata(); if(!KEY_ADD) DelayMs(5);

25、if(!KEY_ADD) while(!KEY_ADD); num_L2+; if(num_L230) num_L2=20; if(!KEY_DEC) DelayMs(5); if(!KEY_DEC) while(!KEY_DEC); num_L2-; if(num_L2num_L2) bee=!bee; LCD_POS(2,0); i=0; while(dis2i!=0) Write_Data(dis2i); i+; DelayMs(50); 4.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 本設(shè)計采用 PCF8591，PCF8591 片內(nèi)有控制寄存器，單片機(jī)通過向該寄存器 寫入控制字來控制 A/D 和 D

26、/A 轉(zhuǎn)換，為此在轉(zhuǎn)換之前要進(jìn)行寫控制字傳送。操 作過程中，在 PCF8591 接收到的每個應(yīng)答信號的后沿觸發(fā) A/D 轉(zhuǎn)換，隨后就是 讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，但讀出的是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果。所以“讀數(shù)據(jù) 0”是一次無效的 操作?？刂谱止?jié)用于實現(xiàn)器件的各種功能，如模擬信號由哪幾個通道輸入等?？?制字節(jié)存放在控制寄存器中，總線操作時為主控器發(fā)送的第二字節(jié)。其中： D1、D0 兩位是 A/D 通道編號：00 通道 0，01 通道 1,10 通道 2,11 通道 3， 自動增益選擇（有效位為 1）。D5、D4 模擬量輸入選擇：00 為四路單輸入、01 為三路差分輸入、10 為單端和差分配合輸入、11 為模擬輸出有

27、效。 當(dāng)系統(tǒng)為 A/D 轉(zhuǎn)換時，模擬輸出容許為 0.模擬量輸入選擇位取值由輸入方 式?jīng)Q定，四路單輸入時取 00，三路差分輸入時取 01，單端與差分輸入時取 10， 二路差分輸入時取 11.最低兩位時通道編號位，當(dāng)對 0 通道的模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時取 00，當(dāng)對 1 通道的模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時取 01，當(dāng)對 2 通道的模擬 信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時取 10，當(dāng)對 3 通道的模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時取 11。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時，首先是主控器發(fā)出起始信號，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被 控器做出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出第一個數(shù)據(jù)字節(jié)，接收器發(fā)出應(yīng)答，主控 14 器從被控器件讀出第二個數(shù)

28、據(jù)字節(jié)，一直到主控器從被控器中讀出第 n 個數(shù)據(jù)字 節(jié)，接收器發(fā)出非應(yīng)答信號，最后主控器發(fā)出停止信號（啟動和停止信號只能由 主控器件發(fā)出）。I2C 總線基本數(shù)據(jù)傳輸格式。 I2C 總線上的數(shù)據(jù)傳輸按位進(jìn)行，高位在前，低位在后，每傳輸一個數(shù)據(jù)字 節(jié)通過應(yīng)答信號進(jìn)行一次聯(lián)絡(luò)，傳送的字節(jié)數(shù)不受限制。 啟動信號由主控器件發(fā)出，在發(fā)出啟動信號前，主控器件要通過檢測 SCL 和 SDA 來了解總線情況。若總線處于空閑狀態(tài)，即可發(fā)出啟動信號，啟動數(shù)據(jù)傳輸。 在啟動信號之后發(fā)出的必定是尋址字節(jié)，尋址字節(jié)由 7 位從地址和 1 個方向位組 成。其中從地址用于尋址從器件，而方向位用于規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸方向。尋址字節(jié)通

29、常寫為 SLA+R/W,其中 R 代表讀，W 代表寫。R/W=1 時，表示主控器件讀（接 收）數(shù)據(jù)；R/W=0 時，表示主控器件寫（發(fā)送）數(shù)據(jù)。所以通過尋址字節(jié)即可知 道要尋哪個器件以及進(jìn)行哪個方向的數(shù)據(jù)傳輸。 當(dāng)主控器件發(fā)出尋址字節(jié)后，其他各器件都接收到了總線上的尋址字節(jié)，并 與自己的從地址進(jìn)行比較，當(dāng)某器件比較相等確認(rèn)自己被尋址后，該器件就返回 應(yīng)答信號，以作為被尋址的響應(yīng)。此時，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鲝碾p方以及傳輸方向 就確定了下來，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 數(shù)據(jù)傳輸同樣以字節(jié)為單位，數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸需要通過應(yīng)答信號進(jìn)行確認(rèn)。所 以每傳輸一個字節(jié)就有一個應(yīng)答信號，直到數(shù)據(jù)傳輸完畢，主控器件發(fā)出停止信 號

30、。結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，釋放總線。 I2C 總線的狀態(tài)和信號：啟動信號和停止信號。 串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始和結(jié)束由總線的啟動信號和停止信號控制，啟動信號和 停止信號只能由主控器件發(fā)出，它們對應(yīng)的是 SCL 的高電平與 SDA 的跳變。當(dāng) SCL 線為高電平時，主控器件在 SDA 線上產(chǎn)生一個電平負(fù)跳變時，這便是啟動 信號，總線啟動后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng) SCL 線為高電平時，主控器件在 SDA 上產(chǎn)生一個電平正跳變，這便是總線的停止信號 PCF851 部分程序如下： Unsigned char ReadADC(unsigned char Chl) unsigned char Val; Start_I2c

31、(); SendByte(AddWr); if(ack=0)return(0); SendByte(0 x40|Chl); if(ack=0)return(0); Start_I2c(); 15 SendByte(AddWr+1); if(ack=0)return(0); Val=RcvByte(); NoAck_I2c(); Stop_I2c(); return(Val); 16 第 5 章 系統(tǒng)測試 根據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)的軟件流程圖，編寫相應(yīng)的程序在 Keil 軟件環(huán)境下進(jìn)行編程 編譯。通過制作 PCB 板子并焊接實物板進(jìn)行實驗測試，實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能 成功實現(xiàn)了水位檢測、電機(jī)故障檢測、處理

32、和報警等功能，具有良好的檢測控制 功能，可移植性和擴(kuò)展性強(qiáng)。如圖 5.1 是系統(tǒng)測試現(xiàn)象，當(dāng)液位超過所設(shè)定的液 位值時即 L1 大于 L2 時，蜂鳴器會發(fā)出聲音報警。 圖 5.1 系統(tǒng)測試圖 17 第 6 章 課程設(shè)計總結(jié) 設(shè)計過程中我遇到了很多的困難，因為知識是不連貫的，所以需要準(zhǔn)備很多 方面的知識去融合，去聯(lián)系。由于在學(xué)習(xí)的時候更注重的是書面上的東西，而本 次課程設(shè)計更多的是鍛煉了我們的動手動腦能力，讓我們有機(jī)會把課上學(xué)習(xí)的知 識轉(zhuǎn)化為可以在實際生產(chǎn)生活中應(yīng)用的技術(shù)。本次課程設(shè)計的系統(tǒng)主要介紹了水 體的液位檢測控制，介紹了 STC89C51 單片機(jī)在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了 它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，利用 LCD12864 來進(jìn)行信號的輸出顯示,我設(shè) 計的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化,系統(tǒng)精度高，具有良好的人機(jī)交互功能,