基于单片机的液位控制系统的设计方案

1 基于单片机的液位控制系统的设计方案 第 1 章 绪论 课题背景与研究意义 在工农业生产中，常常需要测量液体液位。随着国家工业的迅速发展，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。 低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然气及液体二氧化碳等）得到广泛的应用，作为贮存低温液体的容器要保证能承受其载荷；在发电厂、炼钢厂中，保持正常的锅炉汽包水位、除氧器水位、汽轮机凝气器水位、高、低压加热器水位等，是设备安全运行的保证；在教学与科学研究中，也经常碰到需要进行液位控制的实验装置。 国内外研究 现状及发展 液位测量的方法比较多，依据测量方式的不同可分为接触式与非接触式两种类型。 接触式测量法 接触式测量法是指测量用传感器直接与容器内存储液体相接触，从而获得测量参数的方法。 人工检尺法可用于测量油罐液位，其历史十分悠久。它利用浸入式刻度钢皮尺测量液位，这种方法具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点，但人为读数误差大、无法实现自动检测和操作。 常见的有电阻法、光电法、测重法、电容法、浮标法及声光电的反射回波法等。 无论怎样，这些方法的关键是利用液位传感器将液位的 相对位移量转换成为电压、电流、阻抗等便于进行电处理的物理量。限于篇幅，下面仅简单介绍电容测量法的基本原理。 本方法所使用的电容通常由两块圆柱形极板或一个探极与罐壁构成。当液位不同时，电容器的介电常数就不同，故电容量也不同。在此基础上可以把电容量转化为电压、相移、频率、脉宽等物理量，再进行测量。 电容式液位测量装置通常结构简单、灵敏度高、稳定性好、动态响应快，适合于恶劣的工作环境，生产成本也不高；但电容液位测量器需要考虑温度补偿，且介质的成分、水分、温度、密度等不确定变化因素直接影响测量结果的准确性，另外检测 电路比较复杂，尤其是检测微小电容量的变化。 非接触式测量法 非接触式测量法包括超声波法、调制型光学法、微波法等。其特点是测量手段并不采用浮子之类的固态物，而是利用声、光、射线、磁场等的能量。液位传感器不和被测介质接触，不受被测介质影响，也不影响被测介质，故适用范围广泛。特别是接触式测量装置不能适用的特殊场合，如高粘度、强腐蚀性、污染性强，易结晶的介质。下面简单介绍超声波法和微波法的测量原理。 金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计 2 超声波法：换能装置将电功率脉冲转换为超声波，射向液面，经液面反射后再由换能器将该超声波转换为电信号，超声波法可用于 多液面的测量。 超声波是机械波，传播衰减小，界面反射信号强，且发射和接收电路简单，因而应用较为广泛；但超声波的传播速度受介质的密度、浓度、温度、压力等因素影响，其测量精度往往较低。 微波法：微波通过天线辐射出去，经液面反射后被天线接收，然后由二次电路计算发射信号与接收信号的时间差得出液位。 微波速度受传播介质、温度、压力、液体介电常数的影响很小，但液体界面的波动、液体表面的泡沫、液体介质的介电常数对微波反射信号强弱有很大影响。当压力超过规定数值时，压力对液位测量精度将产生显著影响。对波导管的锈蚀、弯曲和倾斜 都会影响测量精度。 光纤测量法 光纤液位检测是近年来出现的一种新技术。根据光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变对液位进行测量。 光纤液位测量有以下优点：精度高、灵敏度好、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、检测现场无电、光路有抗扰性以及便于与计算机连接，便于与光纤传输系统组成网络等。 目前，市面上进行液位测量的仪表种类繁多，但是同时具有测量、监控、数据记录及 处理的液位测量装置并不多。在某些工业控制系统中，数据的测量这一基本功能已不能满足现代工业的要求，往往需要对大批数据进行记录，对其进行后期处理分析， 实现差 错控制、工艺改善、资源优化等一系列工作。为了获得大批量的数据，得到可靠的分析资料，往往需要长期、多网点的监控记录。在液位测量这一领域中，如江河湖海、城市用水等方面，大量数据长时间，多网点的采集记录分析具有普遍的意义。液位的变化分析，有助于人们进一步对自然环境、天气变化甚至是灾害预警提供可靠的支持。 本课题主要研究内容 本设计以水 箱 供水为模型，鉴于单片机液位测量装置的测量准确、重复性能好、功耗低、使用寿命长等特点，设计以单片机为基础的液位测量监控记录系统。具有实时液位测量监控数据处理等功能。 设计具体 内容分为以下几个方面： （ 1） 系统硬件电路设计以及单片机选型； （ 2） 系统软件设计； （ 3） 上位机软件设计以及上位机与下位机通信设计。 3 第 2 章 系统总体方案 系统设计要求 本设计以水 箱 供水为模型，鉴于单片机液位测量装置的测量准确、重复性能好、功耗低、使用寿命长等特点，设计以单片机为基础的液位测量监控记录系统。它具有实时测量监控水 箱 液位高度并显示的功能，并根据实时水量与设置的上、下液位参数的比较，启动电机供水或停止 水泵 。在启动电机与停止 水泵 时，实时记录时间点与电机状态。液位测量高度 5米，测量精度 10%， 可通过上位机软件，可与监控记录系统 进行 通信，能够从 机状态、设备系统时间、上下液位高度等数据，并可根据需要改变系统默认的参数。同时可以获取设备运行时记录的数据，并能够对数据保存。能够根据一定的算法，计算分析单位时间水 箱 消耗水量，绘制图形，通过计算分析的结果，可以进行区域用水统筹，降低能源的消耗。 系统框图 根据系统的设计要求，采用单片机为主控芯片，通过单片机数据地址总线及 I/展数据存储模块、 A/示模块、时间模块、串口通信模块以及 A/机控制等外围电路 ，从而 实现系统所需的设计功能。系统总体方案框图如图 2 图 2统总体框图 图中，信号流向仅指示了通过数据地址总线或 I/包括控制信号。 硬件设计方案 电机 控制模块 A/D 转换模块 按键与显示模块 时间模块 存储模块 通信模块 单片机主控模块 金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计 4 主控模块设计方案 单片机作为主控模块，使得 在 对单片机选型上有了较大的空间。 单片机 在 30多年的发展历程中，形成了多公司、多系列、多型号 “ 百家争鸣 ” 的局面。因而， 选择一个 合适的单片机有时真的不太容易 ， 要考虑的方面太多。大致总结出以下几点： 1) 单片机的基本参数 。 例如速度 、 程序存储器容量 、 I/。 2) 单片机的增强功能 。 例如看门狗 、 双指针 、 双串口 、 时时钟）、 展 3) 次性可编程）。 4) 封装 ： 列直插） ,是贴片。 5) 工作温度范围 ， 工业级还是商业机。 6) 功耗。 7) 工 作电压范围。例如设计电视机遥控器 ， 2节干电 池供电 ,至少应该能在 8) 供货渠道畅通。 9) 价格。 10) 烧录器价格 ， 能否 线系统编程）。 11) 仿真器。 12) 单片机汇编语言支持。 13) 资料尽量丰富。 14) 抗干扰性能好。 15) 和其他外设芯片放在一起的综合考虑。 根据以上因素：系统的实时性要求不高，因而运算速度无需很快，且系统规模不大，采用分时复用的方式使用总线，对 I/用 4路 8位 I/统中需要扩展外部存储器对数据进行存储，数据存储量为 32此采用 16位或准 16位地址总线的单片机即可满足设计需要；由于是实验阶段，采用 列直插）封装的芯片 便于 实验，暂不考虑实际工业控制中的对外界环境的具体要求；系统采用 对功耗没有具体要求， 使用 于系统外围电路的设计；芯片支持 综上所述，采用与 性能 位微控制器，具有 8用 性存储器技术制造，与工业 80上 适于常规编程器，使得有效的解决方案。 8256字节 32位 I/门狗定时器， 2个数据指针，三个 16位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， 持 2种软件可选择节电模式。空闲模式下， 许 时 器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， 荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 键盘模块设计方案 5 键盘在单片机应用系统中是一个很关键的部件，它能实现向单片机输入数据、发送命令等功能，是人工干预单片机系统的主要手段。考虑到本设计实际需要的按键较少，故采用独立式键盘接口电路即可。 显示模块设计方案 显示器是计算机的主要输出设备，在简单的工业控制系统中，常用的显示器有数码管显示器（ 液晶显示器（ ，该系统仅需显 示液位高度， 即 数字量，采用 系统中，要求测量范围 5m，测量精度为 10%，假设测量范围为 5m，在 10%精度的要求下，其测量的有效值为 5*10%=而采用 2位 在单片机应用系统中， 态显示法和动态显示法。静态显示法的优点是显示程序十分简单，显示亮度大，由于 以节约了 静态显示也有其缺点，主要是占用 I/件成本较高。所以静态显示法常用在显示器数目较少的应用 系统中。为了解决静态显示占用 I/软件上采用压缩 件上使用一个 8位锁存器 744少对系统资源的占用时间。由于 74而选用 8段（带小数点）共阳极 位显示米单位，低位显示分米单位，且高位小数点常亮。单片机使用 1位 I/ 数据存储模块设计方案 使用 56字节的数据存储器记录数据是远远不够的，因而需要扩展数据存储器 进行数据存储。 数据存储器可选择的种类繁多，常用的有随机存取存储器（ 只读存储器（ 闪存 （ 。 储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。 一次写入，反复读取 ） ，它的特点与 擦除和电擦除重写两种类型。 闪存则是一种不挥发性（ 存，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于 硬盘，这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。 储单元的读写是以页和块为单位来进行（一页包含若干字节，若干页则组成储存块， 到 32这种结构最大的优点在于容量可以做得很大，超过 512 利于大规模普及。 的 I/个，比 区区 8个 I/传送的方式完成数据的传送，速度要比 加上 部不存在专门的存储控金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计 6 制器，一旦出现数据坏块将无法修，可靠性较 n 这样应用程序可以直接在 不必再把代码读到系统 在 1 4 但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。 可以达到高存储密度 ， 并且写入和擦 除的速度也很快。应用 可以看出 适宜实时系统的数据存储。 于系统的复杂程度，暂时不考虑使用 根据设计要求，记录某一记录点（电机状态改变时刻）的状态与时间需要 6字节数据，即年（ 2000月（ 1日（ 1时（ 0分（ 0状态（ 0或 1）这些数据，如果系统长 时间 的工作，将会有大批量的数据产生，假若数据存储空间不够大，将会产生数据的覆盖，从而 降低了对数据分析的准确性。因此选用 32以记录大于 5000项记录点数据，考虑到水 箱 上水与耗水的频繁程度 不高 ， 5000项数据已基本满足后期数据处理的需求。在实际应用中，系统设计在不掉电的工作环境下；软件上，上位机软件对数据提取后即可保存在 5000项数据进行时间上的缓冲是充足的。为节省 由于 用方便等特点，从而可以忽略了 时间模块设计方案 通过单片机的定时器，可以设计时间功能，然而单片机自身的产生时间数 据大大占用了系统的资源，降低了工作效率，甚至影响了其他功能的实现，因此在本设计方案中，采用了外部芯片提供时间信号，用以系统记录时间信息。 目前市场上的时钟芯片很多，如 。 司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟 /日历和31 字节静态 过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟 /日历电路提供秒、分、时、 日期、 日 、 月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过 M 指示决定采用 24 或 12 小时格式。 单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线 (1) 位）， (2) I/O（数据线）， (3) 行时钟）。时钟 /读、写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信。作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于 1 加了以下的特性双电源管脚用于主电源和备份电源供应， 加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。 下面将主要的性能指标作一综合： 实时时钟具有能计算 2100年之前的秒 、 分 、 时 、 日期 、 星期 、 月 、 年的能力 ，还有闰年调整的能力。 31*8位暂存数据存储 串行 I/ 宽范围工作电压 工作电流 小于 300 读 /写时钟或 8脚 脚 7 简单 3线接口 。 与 V。 可选工业级温度范围 40至 85摄氏度。 与 在 的特性 ： 对 双电源管用于主电源和备份电源供应 ； 备份电源管脚可由电池或大容量电容输入 ； 附加的 7字节暂存存储器 。 综上所述，选用 A/A/A/能各异，在设计数据采集系统时，首先碰到的就是如何选择合适的 A/择 A/基本上，可以根据以下几个方面的指 标选择一个 A/ 1) A/A/该从数据采集系统的静态精度和动态平滑性这两个方面进行考虑。从静态精度方面来说，要考虑输入信号的原始误差传递到输出所产生的误差，它是模拟信号数字化时产生误差的主要部分。量化误差与 A/般把 8位以下的 A/， 912位的称为中分辨率转换器， 13位以上的称为高分辨率转换器。 10位以下 的 A/11位以上对减小误差并无太大贡献，但对 A/此，取 10位或 11位 是合适的。由于模拟信号先经过测量装置，再经 A/此，总的误差是由测量误差和量化误差共同构成的。 A/就是说，一方面要求量化误差在总误差中所占的比重要小，使它不显著地扩大测量误差；另一方面必须根据目前测量装置的精度水平，对 A/ 目前，大多数测量装置的精度值不小于 故 A/ 可，相应的二进制码为 1011位，加上符号位，即为 1112位。当有特殊的应用时，A/时往往可采用双精度的转换方案。 2) A/A/出稳定的数字量，需要一定的转换时间。转换时间的倒数就是每秒钟能完成的转换次数，称为转换速率。 确定 A/考虑系统的采样速率。例如，如果用转换时间为100，则其转换速率为 10据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采 10个样点，那么这样的 A/转换时间减小，信号频率可提高。对一般的单片机而言，要 在采样时间内完成 A/读数据、再启动、存数据、循环计数等已经比较困难了。 3) 采样 /保持器 采集直流和变化非常缓慢的模拟信号时可不用采样保持器。对于其他模拟信号一般都要加采样保持器。如果信号频率不高， A/采样高速 A/可不用采样 /保持器。 金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计 8 4) A/A/时是单极性的。输入信号最小值有的从零开始，也有从非零开始的。有的转换器提供了不同量程的引脚，只有正确使用，才能保证转换精度。在使用中，影响 A/ 程变换和双极性偏置；双基准电压；A/ 5) 满刻度误差 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。 6) 线性度 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移。 位逐次比较型双极性输入 A/换时间小于 s100 。 量化间隔 ： 3 （ 2 绝对量化误差 ： 62 （ 2 相对量化误差 ： % 18 （ 2 在液位传感器误差与参考电压误差不大的情况下， 通信模块设计方案 ，占用 用该接口，可实现系统与上位机的通信。 不同设 备间串口通信的过程中，需要采用相同的的接口标准才能通信。 典型的串行通讯标准是 们定义了电压 ， 阻抗等，但不对软件协议给予定义 。 议）的全称是 中 代表美国电子工业协会， 表推荐标准， 232是标识号， 1969），在这之前，有 它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能 及传送过程。 区别于 1) 辑 “ 1” 以两线间的电压差为 （ 26） 辑 “ 0”以两线间的电压差为 （ 26） 口信号电平比 不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 方便与 2) 0 3) 共模干 扰 能力增强，即抗噪声干扰性好。 4) 000英尺，实际 上可达 3000米，另外个收发器，即单站能力。而 允许连接多达 128个收发器。即具有多站能力 ， 这样用户可以利用单一的 因 的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。 般情况下带有 于 统采用 用 。 用单一电源 5定电流为 300A，采用半双工通讯方式。它完成将 电机控制模块设计方案 由于设计中 没有 规定水泵电机的参数规格，而且不同型号的水泵参数不尽相同，电气参数的不同使得在电路上的设计差异较大，因此在此仅作理论演示。 选用继电器作为电机控制的元件。 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是 用较小的电流去控制较大电流的一种 “ 自动开关 ” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 继电器主要产品技术参数： 1) 额定工作电压。是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。 2) 直流电阻。是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。 3) 吸合电流。是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的 则会产生较大的电流 而把线圈烧毁。 4) 释放电流。是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。 5) 触点切换电压和电流。是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。 根据以上的参数，结合设计的演示性，选用额定工作电压 1204作电流 3A，控制电压 5 金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计 10 第 3 章 硬件电路设计 3 位漏极开路的双向 I/为输出口，每位能驱动 8个 1” 时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，位地址 /数据复用。在这种模式下， 程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 位双向 I/个 1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ 此外，计数器 2的外部计数输入（ 2）和 定 时器 /计数器 2的触发输入（ 2具体如下所示 ： 在 位地址字节。 引脚号第二功能 ： 2 （定时器 /计数器 时钟输出 2定时器 /计数器 重载触发信号和方向控制） 在 系统编程用） 图 3脚及网络标号 11 在系统编程用） 在系统编程用） 位双向 I/个 1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行 ， 这种应用中， 。在使用 8位地址（如问外部数据存储器时， 2锁存器的内容。在 位地址字节和一些控制信号。 位双向 I/个 1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ 二功能）使用，如下表所示。 表 3口引脚第二功能 端口号 第二功能 串行输入口 ) 行输出口 ) 中断 0) 中断 1) O(定时 /计数器 0) 1(定时 /计数器 1) R(外部数据存储器写选通 ) D(外部数据存储器读选通 ) 此外， 复位输入。当振荡器工作时， 单片机复位。 当访问外部程序存储器或数据存储器时， 址锁存允许）输出脉冲用 于锁存地址的低 8位字节。一般情况下， ，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 引脚还用于输入编程脉冲（ 。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ 中的 80位置位，可禁止 位置位后，只有一条 外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 程序储存允许（ 出是 外部程序存储器的读选通信号，当 数据）时，每个机器周期两次 输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 外部访问允许，欲使 访 问 外 部 程 序 存 储 器 （ 地 址 为0000H 地）。需注意的是：如果加密位 位时内部会锁存 引脚加上 12然这必须 是该器件是使用 12 金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计 12 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 振荡器反相放大器的输出端。 为了便于接下来的说明，单片机各管脚网络标号定义如图 3 要使单片机按照设计要求正常工作，完整单片机最基本的工作要求，考虑到系统无需精确地定时功能，且为了方便串口通信波特率的计算，采用 附加复位电路，组成单片机最小系统。根据电路设计规范和 计时钟电路与复位电路如 图 3 图 3位电路及时钟电路 图中网络标号 有上电复位与手动复位的功能； 并联两个 30 由于单片机 ，因此需接上拉电阻，实际电路中，使用 8*10 按键设计 键盘在单片机应用系统中是一个很关键的部件，它能实现向单片机系统输入数据、发送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。考虑到本设计实际需要的按键较少，故采用独立式 键盘接口电路。它是将每个独立按键按一对一的方式直接接到单片机的I/过程序扫描查询方式实现与单片机系统交互的。在程序查询方式下，通过 I/有按键按下时，相应的 I/未被按下的按键在上拉电阻作用下为高电平，这样通过读 I/统按键电路如图 3 下图中， 5便是控制显示用的按键。其作用就是通过按动它们实现对高低警戒液位的设置。具体来说， 13 图 3统按键电路 显示单元硬件设计 在显示单元上，使用了 74 触发器与 74个芯片的管脚图如 图 3 744 74脚是复位 电平有效 ， 当 1脚是低电平时，输出脚 2（ 、 5（ 、6（ 、 9（ 、 12（ 、 15（ 、 16（ 、 19（ 全部输出 0，即全部复位； 当 1脚为 高电平时， 11(是锁存控制端 ， 并且是上升沿触发锁存，当 11脚有一个上升沿，立即锁存输入脚 3、 4、 7、 8、 13、 14、 17、 18的电平状态，并且立即呈现在在输出脚 2（ 、 5（ 、 6（ 、 9（ 、 12（ 、 15（ 、 16（ 、19（ 上。 图 34 74脚图 金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计 14 74I/要用于测试和脉冲控制，均为低电平有效，设计上不适用此项功能，因此均接高电平。 3是 解 74四位。 a 为了保护 74满足数码管的工作需要。 根据以上的设计思路，设计电路图如 图 3 存储单元硬件设计 存储模块的硬件设计比较简单，由于 位地址线复用，需要使用地址锁存芯片 74文中已叙述，使用 32为存储芯片，因此选用与 51 系列兼容的 62256 随机数据存储器。 该模块中使用的两个芯片管脚功如 图 3 在 62256 中， 14 管脚为地址总线，共 15 位，寻 址范围可达到 32I/； 电源和地； 片选接口，低电平有效； 示部分电路图 15 分别是读选通和写选通数据输入输入线，低电平有效。 图 3储的单元电路 74脚位置和功能与 74异不大 ， 区别在于其 1 脚是输出使能 （ ，是低电平有效，当 1 脚是高电平时 ， 不管输入 3、 4、 7、 8、 13、 14、 17、 18 如何，也不管 11 脚 （ 锁存控制端 ， G） 如何 ， 输出 2（ 、 5（ 、 6（ 、 9（ 、 12（ 、15（ 、 16（ 、 19（ 全部呈现高阻状态 （ 或者叫浮空状态 ） ；当 1 脚是低电平时 ， 只要 11 脚 （ 锁存控制端 ， G） 上出现一个下降沿 ， 输出 2（ 、 5（ 、 6（ 、9（ 、 12( 15( 16( 19(即呈现输入脚 3、 4、 7、 8、 13、 14、 17、18 的状态。 74可以作为地址锁存器来用， 作 锁存器时，对 273 来说， 1（ 必须接高电平， 号经过反相后接 11 脚 （ 因为单片机的 号是以下降 沿方式出现 ） 对 373 来说， 1 脚接低电平，保证使能， 11 脚直接接单片机的 号。 图 32256 引脚图 金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计 16 按照常规的连接方法设计电路图 3示 。 时间单元硬件设计 其较小的体积，占用 I/O 口资源少等特点，是常用的时间芯片。此次设计采用 装，管脚功能如图 3 图 3脚图 其中 主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 2是振荡源接口，外接 片选线，通过把 先 许地址 /命令序列送入移位 寄存 存器；其次， 传送手段。当 有的数据传送被初始化，允许对 果传送过程中 会终止此次传输，I/电运行时，在 有在 能将 I/来输入串行时钟信号。根据 计电路如图 3 图 3间单元电路 在实际应用中，起控制、输入输出的三个端口上拉较弱，容因产生信号串扰，因此加上了上拉电阻与单片机 强信号的稳定性；为了保证时钟的可靠性，在 出电压为 3V，从而保证了系统掉电 状态下，时钟能够继续保持运行。 17 A/A/于涉及到模拟部分， A/ 以下是 /片选择信号。 /部读取转换结果的控制输出信号。 /据才会输出。 /来启动转换的控制输入，相当于 ），当 /换器被清除；当 /换正式开始。 N， 时钟输入或接振荡元件（ R， C）频率约限制在 100460果使用 （ /断请求信号输出 ,低地平动作。 ) ) 差动模拟电压输入 。 输入单端正电压时 ,)接地 ； 而差动输入时 ,直接加入 ) )。 拟信号以及数字信号的接地。 助参考电压。 位的数字输出。 源供应以及作为电路的参考电压。 设计满偏电压为 5V，则 参考电压为 5V/2= 10%的误差范围内，无需过分苛刻参考电压的电压源，由于系统中 用两只相同阻值电阻分压，便能近似得到 系统中使用 10K 电阻与 150容组成 荡电路，根据技术手册计算公式 ： K H c 06)( （ 3 其振荡频率约为 606足芯片要求。 另外，以阻抗型液位传感器为模型，液位传感器阻值变化与液位的高度是成 正比的，因此需要将电阻值转换为电压值匹配 A/用的阻抗 图 3脚图 金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计 18 于被测阻抗两端电压正比于被测电阻，可把被测阻抗转换为电压测量。即 （ 3 式中，a 为比例系数。因此，液位高度的变 化同样正比于输入电压， 故 而 A/了简化设计调试过程，使用系统内部 5)直接接地，通过接入传感器分压将阻抗转换为电压信号，接入电位器可实现模拟输入。 根据以上参数分析，设计电路如 图 3 V c K 018D B 117D B 216D B 315D B 414D B 612D B 513D B 711 K I T i n ( + )6V i n ( - )7A G N r e G N C 0 8 0 4 C 0 8 0 4 _ W _ R 2 - S P D ，电路设计比较简单。 脚接到单片机串口接收引脚 ， 脚接到单片机串口发送引脚。由于 半双工通信方式，不能同时发送和接收数据，只能通过控制 脚的状态来进行发送数据和接收数据的转换。为了节省单片机 I/O 口资源，将 脚连在一起，输入低电平时， 于接收状态；输入高电平时，其处于发送数据状态。定义 接在一起的网络标号为 E，接入单片机 ， 用于发送与接收的转换。 A， B 端为发送接收差分信号端，一般需在 A,B 端之间加匹配电阻，匹配电阻为 120。 硬件电路如图 3 图 3脚图 19 图 3行通信模块电路图 其他外围电路的设计 继电器电路设计。 由于使用单片机 I