畢業(yè)設計（論文）-基于磁伸縮的線性液位計設計（軟件設計）

1、畢 業(yè) 設 計 (論 文)機械與電氣工程 學院 07自動化 專業(yè)題目：基于磁伸縮的線性液位計設計軟件設計學 生 姓 名： 班 級： 07自動化 學 號： 指 導 教 師： 完 成 日 期： 20011 年 5 月20日基于磁伸縮的線性液位計設計軟件設計Based on magnetostrictive linear liquidometer design (software design)總計畢業(yè)設計論文 38 頁表 格 4 幅插 圖 14 幅摘 要本設計為基于磁致伸縮原理的線性液位計設計，共包括穩(wěn)壓電源、A/D轉(zhuǎn)換顯示電路、按鍵控制電路、RS485通訊電路和單片機控制電路五個局部。首先通過磁

2、致伸縮液位傳感器對液位進行實時采集，但由于輸出是標準的4-20mA電流信號，故不需進行信號的放大，直接送A/D轉(zhuǎn)換電路進行轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)AT89S51單片機并存放數(shù)據(jù)，同時將采集的液位送入液晶顯示模塊進行顯示。本系統(tǒng)可通過六個按鍵“設置，加1，減1，左移，右移，確認， 分別用于控制對單片機的時間和液位初值。另外，本系統(tǒng)還可通過RS485電路對數(shù)據(jù)進行遠距離傳輸。關(guān)鍵詞: 磁致伸縮液位計 實時采集 AT89S51 RS485通訊AbstractThis design based on magnetostrictive principle for the design of linear liqui

3、dometer real-time control, level position with LCD actual pressure and time, with buttons adjust clock and level cap height, system level minimum degree of distinction 0.1 mm. Including : manostat, signal processing and amplifying circuit, A/D conversion display circuit, button control circuit, RS48

4、5 communication circuit and single-chip microcomputer control circuit. Design for the control chip AT89S51, the chip powerful function, and can satisfy the design.Keywords: level gauge Level measurement AT89S51 RS485uniform 目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc27857 基于磁伸縮的線性液位計設計軟件設計 PAGEREF _Toc27857 8

5、 HYPERLINK l _Toc22607 摘 要 PAGEREF _Toc22607 9 HYPERLINK l _Toc30776 Abstract PAGEREF _Toc30776 7 HYPERLINK l _Toc25089 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc25089 8 HYPERLINK l _Toc13838 第二章 系統(tǒng)總體設計 PAGEREF _Toc13838 9 HYPERLINK l _Toc31710 2.1 研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc31710 9 HYPERLINK l _Toc20687 2.2 課題分析 PAGEREF _Toc20687

6、 9 HYPERLINK l _Toc18903 2.3 單片機核心局部的總體設計 PAGEREF _Toc18903 10 HYPERLINK l _Toc21288 2.4 研制過程 PAGEREF _Toc21288 11 HYPERLINK l _Toc27240 2.5 其他說明 PAGEREF _Toc27240 11 HYPERLINK l _Toc6590 第三章 硬件設計 PAGEREF _Toc6590 12 HYPERLINK l _Toc16495 3.1 MCS-51系列單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能部件 PAGEREF _Toc16495 12 HYPERLINK l _To

7、c12914 3.2 MAX197的概述 PAGEREF _Toc12914 16 HYPERLINK l _Toc23958 3.2.1 MAX197的控制字 PAGEREF _Toc23958 17 HYPERLINK l _Toc32337 3.2.2 數(shù)據(jù)的讀取 PAGEREF _Toc32337 19 HYPERLINK l _Toc1179 3.3 LCD12864簡介 PAGEREF _Toc1179 20 HYPERLINK l _Toc2939 3.3.1 概述 PAGEREF _Toc2939 20 HYPERLINK l _Toc28687 3.3.2 LCD12864根

8、本特性 PAGEREF _Toc28687 20 HYPERLINK l _Toc17258 3.3.3 模塊接口說明 PAGEREF _Toc17258 21 HYPERLINK l _Toc16391 3.3.4 指令說明 PAGEREF _Toc16391 23 HYPERLINK l _Toc14420 3.4芯片MAX485和RS485通信的概述 PAGEREF _Toc14420 26 HYPERLINK l _Toc20210 3.4.1 芯片MAX485的概述 PAGEREF _Toc20210 26 HYPERLINK l _Toc29373 3.4.2 總線驅(qū)動器芯片SN7

9、5176 PAGEREF _Toc29373 27 HYPERLINK l _Toc26341 第四章 系統(tǒng)的中斷，定時與串行通信 PAGEREF _Toc26341 28 HYPERLINK l _Toc26738 4.1單片機的中斷系統(tǒng) PAGEREF _Toc26738 28 HYPERLINK l _Toc1581 4.1.1 中斷的概念 PAGEREF _Toc1581 28 HYPERLINK l _Toc20613 4.1.3 中斷控制 PAGEREF _Toc20613 31 HYPERLINK l _Toc9943 4.2 單片機的定時與計數(shù)器 PAGEREF _Toc994

10、3 32 HYPERLINK l _Toc25602 4.2.1 定時/計數(shù)器方式控制存放器 PAGEREF _Toc25602 32 HYPERLINK l _Toc2957 4.2.2 定時/計數(shù)器控制存放器TCON PAGEREF _Toc2957 33 HYPERLINK l _Toc22901 4.3 串行通信及其接口 PAGEREF _Toc22901 34 HYPERLINK l _Toc15631 4.3.1 串行通信的根底知識 PAGEREF _Toc15631 34 HYPERLINK l _Toc6524 4.3.2 串行口的工作方式 PAGEREF _Toc6524 3

11、7 HYPERLINK l _Toc24822 第五章 系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc24822 39 HYPERLINK l _Toc23794 5.1單片機處理模塊的設計 PAGEREF _Toc23794 39 HYPERLINK l _Toc30644 5.1.1 時鐘電路 PAGEREF _Toc30644 39 HYPERLINK l _Toc10619 5.1.2 復位電路 PAGEREF _Toc10619 40 HYPERLINK l _Toc17259 5.2模擬信號轉(zhuǎn)化數(shù)字信號A/D模塊設計 PAGEREF _Toc17259 40 HYPERLINK l _To

12、c1919 5.3液晶顯示模塊設計 PAGEREF _Toc1919 41 HYPERLINK l _Toc26248 5.4 按鍵模塊設計 PAGEREF _Toc26248 42 HYPERLINK l _Toc25804 5.5 RS485通信電路模塊設計 PAGEREF _Toc25804 42 HYPERLINK l _Toc83 第六章 軟件設計 PAGEREF _Toc83 45 HYPERLINK l _Toc29049 6.1 主程序軟件設計 PAGEREF _Toc29049 45 HYPERLINK l _Toc32457 6.2 時鐘子程序設計 PAGEREF _Toc

13、32457 46 HYPERLINK l _Toc28869 6.3 A/D轉(zhuǎn)換之程序設計 PAGEREF _Toc28869 47 HYPERLINK l _Toc22652 6.4 按鍵處理子程序設計 PAGEREF _Toc22652 48 HYPERLINK l _Toc1540 6.5 二進制轉(zhuǎn)十進制子程序設計 PAGEREF _Toc1540 49 HYPERLINK l _Toc13909 6.6 液晶顯示子程序設計 PAGEREF _Toc13909 50 HYPERLINK l _Toc1496 6.7程序的軟件調(diào)試和燒錄 PAGEREF _Toc1496 50 HYPERL

14、INK l _Toc5215 6.7.1 程序的軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc5215 50 HYPERLINK l _Toc22085 7.7.2 燒錄器原理及方法介紹 PAGEREF _Toc22085 51 HYPERLINK l _Toc23057 第七章 總結(jié) PAGEREF _Toc23057 52 HYPERLINK l _Toc31848 參考文獻 PAGEREF _Toc31848 53 HYPERLINK l _Toc11686 致 謝 PAGEREF _Toc11686 7 HYPERLINK l _Toc11474 附錄一 程序清單 PAGEREF _Toc1147

15、4 8第一章 緒 論隨著科學技術(shù)的迅猛開展，高新技術(shù)在各行業(yè)中得到了廣泛的應用，高科技含量的磁致伸縮液位傳感器，應用于各類儲罐的液位測量。該種HYPERLINK :/baike.baidu /view/2031018.htm t _blank液位儀具有精度高、環(huán)境適應性強、安裝方便等特點。因此，廣泛應用于石油、化工等液位測量領(lǐng)域，并逐漸取代了其它傳統(tǒng)的傳感器，成為液位測量中的精品。采用磁致伸縮液位計，進行液位的測量，其優(yōu)點表現(xiàn)在： 1.可靠性強：由于磁致伸縮液位計采用波導原理，無機械可動局部，故無摩擦，無磨損。整個變換器封閉在不銹鋼管內(nèi)，和測量介質(zhì)非接觸，傳感器工作可靠，壽命長。 2.精度高：

16、由于磁致伸縮液位計用波導脈沖工作，工作中通過測量起始脈沖和終止脈沖的時間來確定被測位移量，因此測量精度高，分辨率優(yōu)于0.01%FS，這是用其它傳感器難以到達的精度。 3.平安性好：磁致伸縮液位計的防爆性能高，本安防爆，使用平安，特別適合對化工原料和易燃液體的測量。測量時無需開啟罐蓋，防止人工測量所存在的不平安性。 4.磁致伸縮液位計易于安裝和維護簡單：磁致伸縮液位儀一般通過罐頂已有管口進行安裝，特別適用于地下儲罐和已投運儲罐的安裝，并可在安裝過程中不影響正常生產(chǎn)。 5.便于系統(tǒng)自動化工作：磁致伸縮液位計的二次儀表采用標準輸出信號，便于微機對信號進行處理，容易實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)工作，提高整個測量系統(tǒng)的自動

17、化程度。第二章 系統(tǒng)總體設計2.1 研究內(nèi)容文章針對液位計的現(xiàn)狀及開展趨勢，在閱讀了大量文獻及資料的根底上，成功設計、調(diào)試了一套用于計量液位的智能低功耗液位計系統(tǒng)。它基于磁致伸縮原理，對液位進行實時控制，用液晶顯示實際壓力值和時間，用按鍵調(diào)整時鐘和水位上限高度，系統(tǒng)的水位最小區(qū)分度為。包括穩(wěn)壓電源、信號處理與放大電路、A/D轉(zhuǎn)換顯示電路、按鍵控制電路、RS485通訊電路和單片機控制電路。主要內(nèi)容有以下幾點：112位的A/D轉(zhuǎn)換器及帶有顯示的時鐘轉(zhuǎn)換電路2高精度穩(wěn)壓電源：24V3點陣式液晶顯示器顯示：16位數(shù)顯4時鐘、水位高度設置控制鍵6鍵：設置、+、-、左移、右移、確認5RS485通訊電路系統(tǒng)

18、可以同時測量總體液位和/或界面液位，以及溫度輸出，標定極其簡單，無需實標，僅僅只需按按鈕，可現(xiàn)場替換差壓式，電容式，超聲波式，雷達式，外浮筒式，核子式，鋼帶或鋼帶伺服式等液位變送器。2.2 課題分析課題任務：任務：設計一個基于磁伸縮的線性水位計。根本要求：1、設計一個高于12位的A/D轉(zhuǎn)換和一個時鐘電路并帶有顯示；2、設計一個24V的高精度穩(wěn)壓電源；3、數(shù)據(jù)由16位點陣式液晶顯示器顯示；4、由6鍵設置、+、左移、右移、確認控制設置時鐘、水位高度；5、設計一個RS485通訊電路。 課題任務分析：課題中的水位計要用磁致伸縮式的傳感器，這種液位計不僅要能顯示液位高度，還需用鍵盤加以控制，完成“設置、

19、+、-、左移、右移和確認六個功能，同時還要有通訊電路，以便與上位機相連接，可以完成遠程控制。要設計出能加以控制并顯示的液位計，需要硬件電路和系統(tǒng)軟件的共同配合，硬件局部要完成液位計的電源動力局部、按鍵局部、單片機外圍電路、顯示電路等。軟件局部要完成的任務有：主控程序、按鍵程序、顯示程序、通訊程序等局部。2.3 單片機核心局部的總體設計 本電路的設計包括感器模塊、信號處理與放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、按鍵控制模塊、LCD顯示模塊、RS485通訊模塊、電源模塊、MCU處理模塊，由傳感器采集數(shù)據(jù)，由儀表放大電路對采集的信號進行處理，然后 經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號輸送給單片機進行處理并在LCD上顯示并還

20、顯示當前時間，而且可以遠程通訊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如以下圖所示。本課題設計液位高度和時間顯示可以完成如下功能：使用點陣式LCD顯示器來顯示現(xiàn)在水位高度和現(xiàn)在的時刻，顯示格式分別為“XX:XX:XX和“XXX.X mm。例如，“06:47:01”的時刻水位高度為“227.5 mm 。具有6個小按鍵操作來設置上限水位高度和現(xiàn)在的時刻。當水位高度超過設置的上限高度時， LCD顯示器會出現(xiàn)“錯誤 字樣。通過“設置鍵選擇上限水位高度還是時間的調(diào)整，然后通過“左移 、“右移鍵確定哪位的設定，最后通過“+ 、“-可從數(shù)0開始一直調(diào)到9中的任意數(shù)字。利用RS485可以遠程通訊，其既作驅(qū)動器用，將信息傳給計算機，

21、又可作接收器用，從計算機獲取控制命令。2.4 研制過程通過查閱資料和書籍，結(jié)合自身的電路知識來設計。利用protel99se和Proteus將設計的原理圖畫出，為制作PCB提供依據(jù)。了解AT89C51的內(nèi)部資源，利用C語言進行編程。4.程序的調(diào)試和燒錄取得印制電路板后，把器件按圖正確的焊接在PCB板上，然后將程序燒錄進AT89C51并進行系統(tǒng)電路的調(diào)試?？紤]PCB板刻錄需儀器，我們自己手工焊接。2.5 其他說明系統(tǒng)分為硬件局部和軟件局部。本論文給出了相關(guān)芯片的概略資料，主要介紹軟件設計思路，及概略介紹了硬件設計流程。第三章 硬件設計3.1 MCS-51系列單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能部件圖3.1 AT

22、89C51芯片引腳圖DIP封裝下面以DIP封裝的AT89S51為例表達各個引腳的功能。1主電源線VCC40引腳：接+5V電源正端，正常操作和對EPROM編程及驗證時均接+5V電源。GND20引腳：接電源地端。2外接晶體線XTAL119引腳：接外部晶體振蕩器的一端。在單片機的內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL218引腳：接外部晶體振蕩器的一端。在單片機的內(nèi)部，它是片內(nèi)振蕩器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接收振蕩器的信號，即把該引腳接到

23、內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對于CHMOS單片機，該引腳懸空。3I/O端口線MCS-51系列單片機共有四組并行I/O端口P0P3，每個端口有8條端口線，共有32條I/O端口線，每個接口的功能和用途有一定的差異。P0口3239引腳：P0.0P0.7統(tǒng)稱為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。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。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。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。圖3.2 p0口引腳圖P1口18引腳：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1

24、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。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。圖3.3 P1口引腳圖P2口2128引腳：P2.0P2.7統(tǒng)稱為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P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲

25、器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。圖3.4 p2口引腳圖P3口1017引腳：P3.0P3.7統(tǒng)稱為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。圖3.5 P3口引腳圖P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表所示：表3.1 P3口第二功能端 口 功

26、 能第 二 功 能RXD串行輸入數(shù)據(jù)接收口TXD串行輸出數(shù)據(jù)發(fā)送口外部中斷0輸入線外部中斷1輸入線T0 定時器0外部輸入T1 定時器1外部輸入外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸入4控制線RST/VPD(9引腳)：單片機復位/備用電源引腳。該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機恢復到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的震蕩時間，該引腳上的高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復位。當VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時該引腳可接上備用電源即VPD接+5V電源為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM鐘的內(nèi)部數(shù)據(jù)信息不

27、喪失，使復電后能持續(xù)正常運行。/PSEN29引腳：外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或數(shù)據(jù)時，每個機器周期該信號兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，該信號處于無效狀態(tài)。ALE/PROG30引腳：當訪問外部存儲器時，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。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0

28、。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /EA/VPP31引腳：當/EA保持低電平時，那么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/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。3.2 MAX197的概述MAX197是Maxim公司推出的具有12位測量精度的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，只需單一電源供電，且轉(zhuǎn)換時間很短(6ms)，具有8路輸入通道，還提供了標準的并行接口8位

29、三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口，可以和大局部單片機直接接口，使用十分方便。 Max197芯片相應的功能 CLK：時鐘輸入，在外部時鐘模式下，輸入與TTL/MOS相匹配的始終脈沖，在內(nèi)部時鐘模式下，從這個引腳接一個電容CCLK至地，設置內(nèi)部時鐘頻率；當CCLK=10pF時，CLK典型值為1.56MHz。CS：片選腳，低電平有效。WR：當CS為低電平時，在內(nèi)部采集模式，WR的上升沿講鎖住數(shù)據(jù)，并發(fā)出一個采集脈沖。當CS為低電平時，在外部采集模式下，WR的第一個上升沿啟動一次采集，WR的第二個上升沿結(jié)束采集并開始一次轉(zhuǎn)換。RD：如果CS為低電平，RD的下降沿講實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線上的一次讀操作。HBEN:輸入腳，控制數(shù)據(jù)

30、總線復用，以得到12位轉(zhuǎn)換結(jié)果，當HBEN為高電平時，數(shù)據(jù)總線上輸出高4位數(shù)據(jù)；當SHDN為低電平時，器件進入掉電工作狀態(tài)。D7D4：三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口。D3/D11D0/D8：三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口。當HBEN=0時，輸出為D3D0的數(shù)據(jù)，當HBEN=1時，輸出為D11D8數(shù)據(jù)。AGND:模擬地。CH0CH7為八路模擬輸入通道。INT:中斷輸出腳，當轉(zhuǎn)換完畢，輸出數(shù)據(jù)準備就緒，INT變?yōu)榈碗娖?。REFADJ：為帶隙電壓基準輸出/外部調(diào)節(jié)引腳，可連接一個0.01uF電容旁路至地。當在REF腳上采用外部基準電壓時，此管腳連到VDD上。REF：緩沖器基準電壓輸出/ADC基準電壓輸入。在內(nèi)部基準電壓模式下，

31、基準緩沖器提供4.096V的標準輸出電壓。可在REFADJ腳微調(diào)，在外部基準電壓模式下，通過把REFADJ接至VDD使內(nèi)部緩沖器無效。VDD：+5V電源，通過0.1uF電容旁路至地。DGND：數(shù)字地。 MAX197的控制字MAX197的控制字格式如表3.2所示：表3.2 MAX197的控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0PD1PD0ACQMODRNGBIPA2A1A0表中的各個控制位如下：PD1、PD0：選擇時鐘和低功耗模式，其設置如表3.3所示：表3.3 PD1、PD0位設置PD1PD0說明00正常工作，外部時鐘模式01正常工作，內(nèi)部時鐘模式10后備低功耗模式，不影響時鐘模式11低功耗

32、模式，不影響時鐘模式MAX197可以以內(nèi)部或外部時鐘模式工作?？刂谱止?jié)的D6，D7位選擇內(nèi)部或外部時鐘模式。一旦選擇了所要求的時鐘模式，改變這些位編程選擇低功耗模式時，不會影響時鐘模式。剛上電時，選擇外部時鐘模式。內(nèi)部時鐘模式設置控制字節(jié)的D7位為0，D6位為1可以選擇這種模式。在CLK腳和地之間接一個100pf的電容，可產(chǎn)生156mhz頻率。外部時鐘模式設置控制字節(jié)的D7位為0,D6位=0選擇外部時鐘模式。一般情況，要求100khz2mhz的外部時鐘具有45%55%的占空比。當工作時鐘頻率低于100khz時，在保持電容上將產(chǎn)生一個電壓降導致性能降低。2ACQMOD：0為內(nèi)部控制采集，1為外部

33、控制采集。通過寫控制字節(jié)的ACQMOD位為0，選擇內(nèi)部采集方式。此方式產(chǎn)生一個脈沖初始化采集間隔，這個時間是內(nèi)部定時的。當六個時鐘周期采集間隔結(jié)束時，轉(zhuǎn)換開始。通過寫控制字節(jié)的ACQMOD位為1.選擇外部采集方式。外部采集方式可以更精確的控制采樣間隔和轉(zhuǎn)換。在這種方式下，用戶通過2個寫脈沖控制采集和啟動轉(zhuǎn)換。在第一個寫脈沖中，要使ACQMOD位=1，它將啟動一次采集開始。在第二次寫脈沖中要使ACQMOD位=0，在WR的上升沿開始轉(zhuǎn)換并結(jié)束采集。在發(fā)第一個第二個寫脈沖時，多路輸入通道的地址位值必須一樣。在第二個寫脈沖中低功耗模式位PD0，PD1可以設一個新值。3RNG,BIP:RNG位是選擇輸入

34、端的滿量程電壓范圍，BIP位選擇單極性式和雙極性轉(zhuǎn)換模式，這兩位設置如表3.4所示：表3.4 BIP設置BIPRNG輸入范圍v00050101010+-511+-104A2，A1，A0：用于選擇多路輸入、輸出的地址，如表3.5所示：表3.5 多輸入多輸出設置A2A1A0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7000-001-010-011-100-101-110-111- 數(shù)據(jù)的讀取在單極性方式下，輸出數(shù)據(jù)格式為二進制數(shù)；在雙極性方式下，其格式為補碼形式的二進制數(shù)，在讀輸出數(shù)據(jù)時，CS和RD必須為低電平。器件輸出的數(shù)據(jù)一共是12位，當HBEN為低電平時，讀低8位；當HBEN為高電平時，

35、讀取較高的4個MSB位，輸出數(shù)據(jù)的D4D7位。數(shù)據(jù)的讀取格式如表3.6所示：表3.6 數(shù)據(jù)讀取格式數(shù)據(jù)位HBEN=0HBEN=1D0B0(LSB)B8D1B1B9D2B2B10D3B3B11(MSB)D4B4B11D5B5B11D6B6B11D7B7B113.3 LCD12864簡介 LCD12864是 概述帶中文字庫的128X64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)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點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

36、中文人機交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不管硬件電路結(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陣的圖形液晶模塊。 LCD12864根本特性1、低電源電壓VDD:+3.0-+5.5V2、顯示分辨率:12864點 3、內(nèi)置漢字字庫，提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選)4、內(nèi)置 128個168點陣字符5、2MHZ時鐘頻率6、顯示方式：STN、半透、正顯7、驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS8、視角方向：6點9、背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗

37、僅為普通LED的1/51/1010、通訊方式：串行、并口可選11、內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負壓12、無需片選信號，簡化軟件設計13、工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +60 模塊接口說明*注釋1：如在實際應用中僅使用串口通訊模式，可將PSB接固定低電平，也可以將模塊上的J8和“GND用焊錫短接。*注釋2：模塊內(nèi)部接有上電復位電路，因此在不需要經(jīng)常復位的場合可將該端懸空。*注釋3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。LCD12864各引腳功能說明如表3.7所示：表3.7 LCD12864各引腳功能說明管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V

38、電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-比照度亮度調(diào)整4RS(CSH/LRS=“H,表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L,表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H,E=“H,數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W=“L,E=“HL, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式見注釋116NC-空腳17/RE

39、SETH/L復位端，低電平有效見注釋218VOUT-LCD驅(qū)動電壓輸出端19AVDD背光源正端+5V見注釋320KVSS背光源負端見注釋3*注釋1：如在實際應用中僅使用并口通訊模式，可將PSB接固定高電平，也可以將模塊上的J8和“VCC用焊錫短接。*注釋2：模塊內(nèi)部接有上電復位電路，因此在不需要經(jīng)常復位的場合可將該端懸空。*注釋3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接?？刂破鹘涌谛盘栒f明：RS，R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式：表3.8 控制界面的選擇RSR/W功能說明LLMPU寫指令到指令暫存器IRLH讀出忙標志BF及地址記數(shù)器AC的狀態(tài)HLMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)

40、暫存器DRHHMPU從數(shù)據(jù)暫存器DR中讀出數(shù)據(jù)E信號結(jié)果如表3.9所示：表3.9 E信號結(jié)果E狀態(tài)執(zhí)行動作結(jié)果高低I/O緩沖DR配合/W進行寫數(shù)據(jù)或指令高DRI/O緩沖配合R進行讀數(shù)據(jù)或指令低/低高無動作 忙標志:BF BF標志提供內(nèi)部工作情況.BF=1表示模塊在進行內(nèi)部操作,此時模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù).BF=0時,模塊為準備狀態(tài),隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù).利用STATUS RD 指令,可以將BF讀到DB7總線,從而檢驗模塊之工作狀態(tài). 字型產(chǎn)生ROMCGROM 字型產(chǎn)生ROMCGROM提供8192個此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF=1為開顯示DISPLAY ON),DDRAM

41、 的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示DISPLAY OFF)。DFF 的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號控制的。 顯示數(shù)據(jù)RAMDDRAM 模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM提供642個位元組的空間，最多可控制4行16字64個字的中文字型顯示，當寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫入的編碼選擇，在0000H0006H的編碼中其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個將選擇CGRAM的自定義字型，02H7FH的編碼中將選

42、擇半角英數(shù)字的字型，至于A1以上的編碼將自動的結(jié)合下一個位元組，組成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼BIG5A140D75F，GBA1A0-F7FFH。 字型產(chǎn)生RAM(CGRAM) 字型產(chǎn)生RAM提供圖象定義(造字)功能, 可以提供四組1616點的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到CGRAM中，便可和CGROM中的定義一樣地通過DDRAM顯示在屏幕中。 地址計數(shù)器AC 地址計數(shù)器是用來貯存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由設定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時，地址計數(shù)器的值就會自動加一，當RS為“0”時而R/W為“1”時

43、，地址計數(shù)器的值會被讀取到DB6DB0中。光標/閃爍控制電路 此模塊提供硬體光標及閃爍控制電路，由地址計數(shù)器的值來指定DDRAM中的光標或閃爍位置。 指令說明模塊控制芯片提供兩套控制命令，根本指令和擴充指令如表3.10、表：表3.10 根本指令RE=0指 指 令 碼功 能令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0去除顯示0000000001將DDRAM填滿20H,并且設定DDRAM的地址計數(shù)器(AC)到00H地址歸位000000001X設定DDRAM的地址計數(shù)器(AC)到00H,并且將游標移到開頭原點位置;這個指令不改變DDRAM的內(nèi)容顯示狀態(tài)開/關(guān)0000001DCBD=1: 整體顯示 O

44、NC=1: 游標ONB=1:游標位置反白允許進入點設定00000001I/DS指定在數(shù)據(jù)的讀取與寫入時,設定游標的移動方向及指定顯示的移位游標或顯示移位控制000001S/CR/LXX設定游標的移動與顯示的移位控制位;這個指令不改變DDRAM 的內(nèi)容功能設定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位數(shù)據(jù)RE=1: 擴充指令操作RE=0: 根本指令操作設定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設定CGRAM 地址設定DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0設定DDRAM 地址顯示位址第一行：80H87H第二行：90H97H讀取忙標志和地址01BFAC6A

45、C5AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙標志(BF)可以確認內(nèi)部動作是否完成,同時可以讀出地址計數(shù)器(AC)的值寫數(shù)據(jù)到RAM10數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)D7D0寫入到內(nèi)部的RAM(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)讀出RAM的值11數(shù)據(jù)從內(nèi)部RAM讀取數(shù)據(jù)D7D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)表3.12 擴充指令RE=1指指 令 碼功 能令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0待命模式0000000001進入待命模式,執(zhí)行其他指令都可終止待命模式卷動地址開關(guān)開啟000000001SRSR=1：允許輸入垂直卷動地址SR=0:允許輸入IRAM和CGRAM地址反白選擇0000000

46、1R1R0選擇2行中的任一行作反白顯示，并可決定反白與否。初始值R1R000，第一次設定為反白顯示，再次設定變回正常睡眠模式0000001SLXXSL=0：進入睡眠模式SL=1：脫離睡眠模式擴充功能設定00001CLXREG0CL=0/1：4/8位數(shù)據(jù)RE=1: 擴充指令操作RE=0: 根本指令操作G=1/0：繪圖開關(guān)設定繪圖RAM地址0010AC60AC50AC4AC3AC3AC2AC2AC1AC1AC0AC0設定繪圖RAM 先設定垂直(列)地址AC6AC5AC0，再設定水平(行)地AC3AC2AC1AC0將以上16位地址連續(xù)寫入即可備注:當IC1在接受指令前,微處理器必須先確認其內(nèi)部處于非

47、忙碌狀態(tài),即讀取BF標志時,BF需為零,方可接受新的指令;如果在送出一個指令前并不檢查BF標志,那么在前一個指令和這個指令中間必須延長一段較長的時間,即是等待前一個指令確實執(zhí)行完成。MAX485是用于通信的低功耗收發(fā)器，每個器件中都具有一個驅(qū)動器和一個接收器。 芯片MAX485的概述1)引腳排列、引腳說明和典型工作電路 MAX481/MAX483/MAX485的引腳排列和典型工作電路分別如圖3.6所示： EMBED PBrush 圖3.6 MAX485的引腳排列和典型工作電路2)其具體引腳說明如下表3.13所示：表3.13 MAX481/MAX483/MAX485引腳說明MAX481/MAX4

48、83/MAX485引腳 名稱 功能 1 RO接收器輸出端。假設A比B大200mV，RO為高，假設A比B小200mV，RO為低 2/RE接收器輸出使能端。當/RE為低時，RO有效；當/RE為高時，RO為高阻狀態(tài) 3 DE驅(qū)動器輸出使能端。假設DE為高，驅(qū)動輸出A和B有效；假設DE為低，它們成高阻狀態(tài)，假設驅(qū)動器輸出有效，器件作為線驅(qū)動器用；假設為高阻狀態(tài)時，/RE為低，器件作線接收器用。 4 DI驅(qū)動器輸入端。DI為低，將迫使輸出為低；假設DI為高，將迫使輸出為高。 5GND地 6 A 同向接收器輸入和同向驅(qū)動器輸出端 7 B反向接收器輸入和反向驅(qū)動器輸出端 8VCC正電源輸入端： 總線驅(qū)動器芯

49、片SN75176常用的RS485總線驅(qū)動芯片有SN75174，SN75175，SN75176。SN75176芯片有一個發(fā)送器和一個接收器，非常適合作為RS485總線驅(qū)動芯片。其邏輯關(guān)系如圖3.7所示。圖3.7 SN75176芯片及其邏輯關(guān)系第四章 系統(tǒng)的中斷，定時與串行通信4.1單片機的中斷系統(tǒng) 中斷的概念 中斷系統(tǒng)又叫作中斷管理系統(tǒng)，其功能是使處理機對外界異步事件具有處理能力。中斷是一個過程，當中央處理器CPU在處理某件事情時，外部又發(fā)生了另一緊急事件，請求CPU暫停當前的工作而去迅速處理該緊急事件。處理結(jié)束后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作。引起中斷的原因或發(fā)出中斷請求的來源，稱為

50、中斷源。 單片機一般允許有多個中斷源，當幾個中斷源同時向CPU請求中斷時，就存在CPU優(yōu)先響應哪一個中斷請求源的問題優(yōu)先級問題，一般根據(jù)中斷源的輕重緩急排隊，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請求，于是便規(guī)定每一個中斷源都有一個中斷優(yōu)先級別，并且CPU總是響應級別最高的中斷請求。 當CPU正在處理一個中斷源請求的時候，又發(fā)生了另一個優(yōu)先級比它高的中斷源請求，如果CPU能夠暫時中止對原來中斷處理程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而去處理優(yōu)先級更高的中斷源請求，待處理完以后，再繼續(xù)執(zhí)行原來的低級中斷處理程序，這樣的過程稱為中斷嵌套。具有這種功能的中斷系統(tǒng)稱為多級中斷系統(tǒng)。沒有中斷嵌套功能的中斷系統(tǒng)稱為單級中斷系統(tǒng)。主程序中斷相

51、應中斷效勞程序中斷返回繼續(xù)執(zhí)行主程序MCS-51系列單片機中斷系統(tǒng)可以提供5個中斷源，具有2個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷嵌套。用戶可以用關(guān)中斷指令或復位來屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令使CPU接收中斷請求；每一個中斷源可以用軟件獨立地控制為開或關(guān)中斷狀態(tài)；每一個中斷級別均可用軟件設置?，F(xiàn)從工作過程和編程方法來介紹MCS-51的中斷系統(tǒng)。 中斷源和中斷請求標志 在MCS-51系列單片機中，不同類型的單片機，其中斷源個數(shù)和中斷標志位的定義也有所不同。1)定時/計數(shù)控制存放器TCONTCON為定時/計數(shù)器T0、T1的控制器，同時也鎖存了T0、T1的溢出中斷請求信號標志和外部中斷請求信號標志，

52、其各位的定義如所示。 表4.1 TCON各位定義位編號位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位定義TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1：定時器T1溢出中斷申請位。定時器T1被允許計數(shù)后，從初值開始加一計數(shù)，當產(chǎn)生溢時置TF1=1，向CPU請求中斷，直到CPU響應該中斷時才由硬件清零。TR1:定時/計數(shù)器T1的啟?？刂莆?。TR1=1時，定時器T1開始計數(shù)工作，TR1=0時，T1停止計數(shù)。TR1狀態(tài)由軟件設置。TF0:定時器T0溢出中斷申請位。T0被允許計數(shù)后，從初值開始加一計數(shù)，當產(chǎn)生溢時，硬件自動置TF0為1，向CPU請求中斷，當CPU響應該中斷后，該位由硬件

53、清零。TR0：:定時/計數(shù)器T0的啟?？刂莆?。TR0=1時，定時器T0開始計數(shù)工作；TR0=0時，T0停止計數(shù)。TR0狀態(tài)由軟件設置。IE1：外部中斷/INT1(P3.3)請求標志位。當CPU 檢測到在/INT1(P3.3)引腳上出現(xiàn)的外部中斷信號時低電平或脈沖下降沿時，由硬件自動將該位置位，請求中斷。當CPU響應中斷進入相應中斷效勞程序后，該位被硬件自動清0指脈沖邊沿觸發(fā)方式，電平觸發(fā)方式時不能由硬件清0。IT1：外部中斷/INT1(P3.3)觸發(fā)方式控制位。由軟件來置1或清0，以控制外部中斷1的觸發(fā)類型。當IT1=1時為邊沿觸發(fā)方式，CPU在每個機械周期采樣/INT1P3.3引腳輸入電平，

54、假設相繼的兩次采樣中一個采樣周期為高電平，接著下一個采樣周期為低電平，那么視為有中斷請求信號產(chǎn)生，置位IE1。采用邊沿觸發(fā)方式時，外部中斷源輸入的高電平和低電平時間必須保持一個機械周期，才能保證CPU可靠的檢測到由高到低的負跳變。當IT1=0時，設定為低電平觸發(fā)中斷方式，當/INT1(P3.3)引腳輸入低電平時，有中斷請求信號產(chǎn)生，置位IE1，申請中斷。采用電平觸發(fā)方式時，外部中斷引腳/INT1(P3.3)必須保持低電平有效，直到該中斷被CPU響應為止。同時，在該終端效勞程序執(zhí)行完之前，外部中斷輸入引腳/INT1(P3.3)的有效電平必須被撤銷，否那么將產(chǎn)生另一次中斷。IE0:外部中斷/INT

55、0(P3.2)請求標志位。外部中斷0產(chǎn)生中斷請求信號時，硬件自動將該位置1，請求中斷，當中斷響應之后，該位被清零，其功能與IE1類同。外部中斷/INT0(P3.2)觸發(fā)方式控制位。IT0=0時，外部中斷0為低電平觸發(fā)方式；當IT0=1時為邊沿觸發(fā)方式，其功能和IT1類似。串行口控制存放器SCON。SCON為串行口控制存放器，SCON的低兩位鎖存串行口接收中斷和發(fā)送中斷標志RI和TI，其格式如表4.2所示：表4.2 SCON各位定義位編號位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位定義SM0SM1SM2RENTB8RB8T1R11TI：串行口發(fā)送中斷標志。在串行口發(fā)送完一組數(shù)據(jù)時，T

56、I由硬件自動置為1，請求中斷。當CPU響應中斷進入終端效勞子程序后，TI狀態(tài)不能被硬件自動去除，必須在終端效勞程序中由軟件來去除。RI：串行口接收中斷標志位。在串行口接收完一組數(shù)據(jù)時，RI由硬件自動置為1，請求中斷。當CPU響應中斷進入終端效勞子程序后，RI狀態(tài)不能被硬件自動去除，必須在終端效勞程序中由軟件來去除。其他各位是控制串行口的工作狀態(tài)的，與中斷沒有關(guān)系。單片機系統(tǒng)復位后，TCON、SCON中各位均為0，應用時應注意各位的初始狀態(tài)。MCS51單片機中，當中斷源申請時首先要置位相應的中斷標志位，CPU檢測到中斷標志位之后才決定是否響應。當CPU響應了中斷請求，相應的標志位就要被去除，否那

57、么CPU在執(zhí)行完本次中斷效勞程序之后還要再次響應該中斷請求，會造成混亂。因此在應用中需要注意中斷請求的撤銷以及中斷標志的去除。以下圖為中斷源及其對應的矢量地址： 中斷源 中斷入口地址 外部中斷0 0003H 定時器T0中斷 000BH 外部中斷1 0013H 定時器T1中斷 001BH 串行口中斷 0023H 中斷控制MCS-51單片機有兩個特殊功能存放器，用于中斷系統(tǒng)的控制，分別為中斷允許存放器IE和中斷優(yōu)先級存放器IP。1中斷允許存放器IEIE控制CPU對中斷源的開放或屏蔽，以及每個中斷源是否允許中斷，其格式為位編號位地址AFH _ _ACHABHAAHEA9HA8H位定義EA _ _ES

58、ET1EX1ET0EX0EA:CPU中斷開放標志。EA=1，CPU開放中斷;EA=0,CPU屏蔽所有的中斷請求。ES：串行中斷允許位。ES=1，允許串行口中斷；ES=0,禁止串行口中斷。ET1:定時/計數(shù)器T1溢出中斷允許位。ET1=1,允許T1中斷；ET1=0,禁止T1中斷。EX1：外部中斷1中斷允許位。EX1=1,允許外部中斷1中斷；EX1=0，禁止外部中斷1中斷。ET0:定時/計數(shù)器T0溢出中斷允許位。ET0=1,允許T0中斷；ET0=0,禁止T0中斷。EX0：外部中斷0中斷允許位。EX=1，允許外部中斷0中斷；EX=0，禁止外部中斷0中斷。 MCS-51單片機復位后，IE中各位均被清0

59、，即禁止所有中斷。因此，想要開放所需要的中斷請求，那么必須在程序中用軟件指令來實現(xiàn)。中斷優(yōu)先級存放器IPMCS-51單片機具有兩個中斷優(yōu)先級，每個中斷源可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，并可實現(xiàn)二級中斷嵌套。特殊功能存放器IP就是用來設定各中斷源優(yōu)先級別的，其格式如下：位編號位地址 BCHBBHBAHB9HB8H位定義 PSPT1PX1PT0PX0PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位。PS=1，設定串行口為高優(yōu)先級中斷；PS=0，設定串行口為低優(yōu)先級中斷。PT1:定時/計數(shù)器T1中斷優(yōu)先級控制位。PT1=1，設定定時/計數(shù)器T1為高優(yōu)先級中斷：PT1=0，設定定時/計數(shù)器T1低優(yōu)先級中斷。PX1：外

60、部中斷1中斷優(yōu)先級控制位。PX1=1,設定外部中斷1為高優(yōu)先級中斷；PX1=0，設定外部中斷1為低優(yōu)先級中斷。PT0:定時/計數(shù)器T0中斷優(yōu)先級控制位。PT0=1，設定定時/計數(shù)器T0為高優(yōu)先級中斷；PT0=0,設定定時/計數(shù)器T0為低優(yōu)先級中斷。PX0:外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位。PX0=1,設定外部中斷0為高優(yōu)先級中斷；PX0=0，設定外部中斷0為低優(yōu)先級中斷。 當系統(tǒng)復位后，IP各位均為0，所有中斷設置為低優(yōu)先級中斷。 通過設置IP存放器把各中斷源的優(yōu)先級分為高、低兩級，他們遵循兩條根本原那么：1、低優(yōu)先級中斷可以被高優(yōu)先級中斷所中斷，反之不能。2、一種中斷一旦得到響應，與它同級的中斷不