液位计算机控制课程实训报告Word格式.docx

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4.6共阴极接法12

4.7电源电路12

5相关控制电路13

5.1按键电路13

5.2定时工作方式14

5.3中断子程序14

6.软件调试问题及解决14

7.结论14

绪论

在又可作为分布式计算机控制系统中的前端机，完成模拟量的采集和开关量的输入、处理和控制计算，然后输出控制信号。

单片机广泛用于仪器仪表中，与不同类型的传感器相结合，实现诸如电压、功率、频率、湿度、流量、速度、厚度、压力、温度等物理量的测量；

在家用电器设备中，单片机已广泛用于电视机、录音机、电冰箱、电饭锅、微波炉、洗衣、高级电子玩具、家用防盗报警等各种家电设备中。

在计算机网络和通信、医用设备、工商、金融、科研、教育、国防、航空航天等领域都有着十分广泛的应用。

随着科技的发展，液位测量技术趋于智能化、微型化、可视化。

1、系统设计方案

1.1系统设计方案比较

对于水位进行控制的方式有很多,而应用较多的主要有2种,一种是简单的机械式控制装置控制,一种是复杂的控制器控制方式。

两种方式的实现如下：

（1）简单的机械式控制方式。

其常用形式有浮标式、电极式等,这种控制形式的优点是结构简单,成本低廉。

存在问题是精度不高,不能进行数值显示,另外很容易引起误动作,且只能单独控制,与计算机进行通信较难实现。

（2）复杂控制器控制方式。

这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器,把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号,经过前置放大、多路切换、A／D变换成数字信号传送到单片机,经单片机运算和给定参量的比较,进行PID运算,得出调节参量;

经由D／A变换给调压／变频调速装置输入给定端,控制其输出电压变化,来调节电机转速,以达到控制水位的目的。

本设计利用单片机设计一个水位控制系统，要求选择合适的水位，当设定完水位后，系统根据水位情况控制电磁阀的开启和关断。

1.2系统设计总框图

图2-1系统总体框图

1.3A/D转换模块设计方案

TLC1543美国TI司生产的多通道、低价格的模数转换器。

采用串行通信接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点，可广泛应用于各种数据采集系统。

TLC1543为20脚DIP装的CMOS10位开关电容逐次A/D逼近模数转换器，引脚排列如图1所示。

其中A0～A10（1～9、11、12脚）为11个模拟输入端，REF+（14脚，通常为VCC）和REF-（13脚，通常为地）为基准电压正负端，CS（15脚）为片选端，在CS端的一个下降沿变化将复位内部计数器并控制和使能ADDRESS、I/OCLOCK（18脚）和DATAOUT（16脚）。

ADDRESS（17脚）为串行数据输入端，是一个1的串行地址用来选择下一个即将被转换的模拟输入或测试电压。

DATAOUT为A/D换结束3态串行输出端，它与微处理器或外围的串行口通信，可对数据长度和格式灵活编程。

I/OCLOCK数据输入/输出提供同步时钟，系统时钟由片内产生。

芯片内部有一个14通道多路选择器，可选择11个模拟输入通道或3个内部自测电压中的任意一个进行测试。

片内设有采样-保持电路，在转换结束时，EOC（19脚）输出端变高表明转换完成。

内部转换器具有高速（10µ

S转换时间），高精度（10分辨率，最大±

1LSB不可调整误差）和低噪声的特点。

图1-1引脚排列

1.3.1TLC1543工作时序 

TLC1543工作时序如图1-2示，其工作过程分为两个周期：

访问周期和采样周期。

工作状态由CS使能或禁止，工作时CS必须置低电平。

CS为高电平时，I/OCLOCK、ADDRESS被禁止，同时DATAOUT为高阻状态。

当CPU使CS变低时，TLC1543开始数据转换，I/OCLOCK、ADDRESS使能，DATAOUT脱离高阻状态。

随后，CPU向ADDRESS提供4位通道地址，控制14个模拟通道选择器从11个外部模拟输入和3个内部自测电压中选通1路送到采样保持电路。

同时，I/OCLOCK输入时钟时序，CPU从DATAOUT端接收前一次A/D转换结果。

I/OCLOCK从CPU接收10时钟长度的时钟序列。

前4个时钟用4位地址从ADDRESS端装载地址寄存器，选择所需的模拟通道，后6个时钟对模拟输入的采样提供控制时序。

模拟输入的采样起始于第4个I/OCLOCK下降沿，而采样一直持续6个I/OCLOCK周期，并一直保持到第10个I/OCLOCK下降沿。

转换过程中，CS的下降沿使DATAOUT引脚脱离高阻状态并起动一次I/OCLOCK工作过程。

CS上升沿终止这个过程并在规定的延迟时间内使DATAOUT引脚返回到高阻状态，经过两个系统时钟周期后禁止I/OCLOCK和ADDRESS端。

图1-2工作时序

1.3.2软硬件设计要点 

TLC1543三个控制输入端CS、I/OCLOCK、ADDRESS和一个数据输出端DATAOUT遵循串行外设接口SPI协议，要求微处理器具有SPI口。

但大多数单片机均未内置SPI口（如目前国内广泛采用的MCS51和PIC列单片机），需通过软件模拟SPI协议以便和TLC1543接口。

TLC1543芯片的三个输入端和一个输出端与51系列单片机的I/O口可直接连接。

软件设计中，应注意区分TLC1543的11个模拟输入通道和3个内部测试电压地址（后3个地址只用来测试你写的地址是不是正确的，真正使用时不用后三个地址）。

附表为模拟通道和内部电压测试地址。

程序软件编写应注意TLC1543通道地址必须为写入字节的高四位，而CPU读入的数据是芯片上次A/D转换完成的数据。

系统中，显示输出的要求为压缩BCD码，而A/D转换输入的数据是8位16进制码，因此在实现显示之前需要编码的转换。

对8位A/D转换器而言，其十六进制、相对满偏电压比率、相对电压幅值的关系对应如表1-1：

表1-1A/D转换幅值数据关系对照表

十六进制

二进制

满刻度比率

相对电压幅值Vref=2.5V

高四位

低四位

高四位电压

低四位电压

F

1111

15/16

15/256

4.800

0.320

E

1110

14/16

14/256

4.480

0.280

D

1101

13/16

13/256

4.160

0.260

C

1100

12/16

12/256

3.840

0.240

B

1011

11/16

11/256

3.520

0.220

A

1010

10/16

10/256

3.200

0.200

9

1001

9/16

9/256

2.880

0.180

1000

8/16

8/256

2.560

0.160

7

0111

7/16

7/256

2.240

0.140

6

0110

6/16

6/256

1.920

0.120

5

0101

5/16

5/256

1.600

0.100

4

0100

4/16

4/256

1.280

0.080

3

0011

3/16

3/256

0.960

0.060

2

0010

2/16

2/256

0.640

0.040

1

0001

1/16

1/256

0.020

0000

0/16

0/256

0.000

1.3.3TLC1543的应用 

TLC1543在一个通信电源数据采集系统中的实际应用。

此例中的TLC1543主要用于完成8组-48V直流电源、2组220V交流电源和1组温度参数的采样。

采样数据由89C52单片机通过RS232标准串口送给后台PC机进行处理。

各单元的功能介绍如下：

看门狗和E2PROM存储器：

TLC1543中的X25045（IC4）是一种新型的看门狗和E2PROM存储芯片，它将电压监控、看门狗定时器和E2PROM三种功能组合在单个芯片之内。

X25045为89C52提供上电复位，当程序紊乱或电压失常时启动内部的看门狗电路以强制单片机复位，使程序从头开始执行。

X25045还内置512字节E2PROM存储单元，可随时保存各种重要数据，如A/D采样结果等，这使系统掉电后重要数据仍然不会丢失。

串行显示驱动器PS7219 

PS7219（IC2）是多功能8位LED显示驱动芯片。

接口采用三线SPI方式，用户只需简单修改内部相关的控制字，便可以实现多位LED显示。

图3中的PS7219主要用来显示设置参数，如显示通信速率参数等。

PC机通信接口电路 

MAX232（IC3）为标准RS232接口转换芯片，主要完成TTL至RS232电平的转换，为单片机和PC机通信提供通道。

在整个数据采集系统中，PC机除了处理各种采样数据外，还负责对前台单片机系统进行管理，如故障诊断，参数设置等等。

参数设置的其中一项为系统通信速率设置，管理人员可通过PC机任意设置单片机和PC机的通信速率，其设置参数保存在X25045的E2PROM存储单元中，在下次设置之前，该参数不会被更改。

本例为单个采集系统的应用实例，实际应用中往往存在多系统并存的情况，这时可将MAX232更换为MAX485接口芯片，采用485总线标准，通过一台PC机可在几千米范围内管理数十台前端机。

极性转换电路 

鉴于目前国内采用的通信电源均为负电压，而TLC1543模拟通道输入只能为正电压，因此-48V直流电压在送到A/D转换器前除了要分压外，还需将负电压转换为正电压。

图4为一个简单的极性转换电路，仅增加两个电阻便可完成负电压到正电压的转换，省去了复杂的极性转换芯片。

图4中当输入电压为0V时，TLC1543A0端电压为2.5V；

当输入电压为-5V时，A0端电压为0V。

通过电阻R1、R2的简单分压便完成了输入通道的负电压到正电压的极性转换。

TLC1543与89C52接口程序 

TLC1543与89C52接口程序应完全依照TLC1543的工作时序编写，主要由CONVETER子程序组成。

由于转换完成的数据为10位，软件编写时将数据的高位字节存放在2EH单元中，低位字节存放在2FH单元中。

其中R4、R3寄存器分别存放TLC1543的通道地址和数量；

R1、R2寄存器存放A/D转换结果。

本例程序中89C52晶振为11.0592MHz。

2.AT89C52单片机的基本结构

2.1控制器

控制器是单片机的指挥控制部件，控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。

单片机执行指令是在控制器的控制下进行的。

首先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令译码器进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路，由定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，再送到单片机的各个部件去进行相应的操作。

这就是执行一条指令的全过程，执行程序就是不断重复这一过程。

控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。

2.2存储器结构

MCS-51器件有单