毕业论文_液位检测显示控制系统设计(编辑修改稿)

毕业论文_液位检测显示控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

40 引脚 VCC，而接地的引脚为 20 引脚 GND。 供给单片机工作的 +5V 直流电源，必须是很稳定的，否则会导致单片机频频复位，这在单片机的正常工作中必须避免。 ，除非是有特定的需要。 图 单片机最小系统电路图 总结： 复位电路的原理是单片机 RST 接收到 2US 以上的电平信号，只要保证电容充放实践大于 2US，即可实现复位。 按复位键系统复位，其实质是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加造成的。 51 单片机最小电路介绍： 第二章 单片机最小系统设计 i 51 单片机最小系统的复位电路的极性电容 C1 的大小直接影响单片机的复位时间的长短，一般采用 10—30uf，容值越大复位时间越短。 单片机最小系统的晶振 Y1 可以用 6MNZ 或 ，晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。 起振电容 C C3 一般采用 15—33uf，电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。 P0 口为开漏输出，作为输出口试需加上拉电阻，阻值一般为 10K。 当晶振频率为 12MHZ 时，最高计数频率不应该超过 ，即计数脉冲的周期要大于 2ms。 第二章 单片机最小系统设计 i 第三章 水位测量与显示模块的设计 i 第三章 水位测量与显示模块的设计 传感器的介绍 MPX4115 系列压电电阻传感器是一个硅压力传感器， MPX4115 传感器是整体片少带两级操作扩大电路和薄膜电阻网络提供高精度输出和温度补偿。 这个传感器结合了高级的微电机技术，薄膜镀金属，以及两级半导体处理精确度高，还能为高水准模拟输出信号提供一个均衡压力。 在 0℃ 85℃ 的温度下误差不超过 %，温度补偿是 40℃ 125℃ [6]。 它的实物如图 所示： 图 MPX4115 实物图 压力传感器 MPX4115 的管脚说明如表 所示： 表 MPX4115 的管脚 压力传感器 MPX4114 的特性参数如表 所示： 第三章 水位测量与显示模块的设计 i 表 压力传感器 MPX4114 的特性参数 本系统中采用一个滑动变阻器代替压力传感器，用阻值的变化模拟水压的变化，根据不同的阻值 LCD 显示不同的液位高度值。 0804 模数转换器 A/D 转换就是将模拟信号转换成为数字信号， A/D 转换器就是来实现这一功能的。 ADC0804 是用 CMOS 集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。 分辨率 8 位，转换时间 100μs，输入电压范围为 0~5V，增加某些外部电路后，输 入模拟电压可为 5V。 该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在 CPU 数据总线上，无须附加逻辑接口电路 [7]。 ADC0804 芯片引脚图如 所示。 引脚名称及意义如下： 第三章 水位测量与显示模块的设计 i 图 ADC0804 引脚图 AGND：模拟信号地。 DGND：数字信号地。 CLKIN：外电路提供时钟脉冲输入端。 VCC：电源端。 CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与 CLKIN 端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为 1/。 CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 转换器被选中，可启动工作。 WR：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当 CS、 WR 同时为低电平时，启动转换。 RD：读信号输入，低电平有效，当 CS、 RD 同时为低电平时，可读取转换输出数据。 INTR：转换结束输出信号，低电平有效。 输出低电平表示本次转换已完成。 该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。 VIN（ +）、 VIN（ —）：差动模拟电压输入。 输入单端正电压时， VIN（ —）接地；而差动输入时，直接加入 VIN（ +）、 VIN（ —）。 VREF：辅助参考电压。 DB0—DB7： 8 为数字输入端。 在使用时应注意以下几点： （ 1）转换时序 当 CS与 WR同时为低电平 A/D转换器被启动切在 WR 上升沿后 100模数完成转换， 第三章 水位测量与显示模块的设计 i 转换结果存入数据锁存器，同时， INTR 自动变为低电平，表示本次转换已结束。 如 CS、RD 同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在 RD 高电平到来后三态门处于高阻状态。 （ 2）零点和满刻度调节。 ADC0804 的零点无须调整。 满刻度调整时，先给输入端加入电压，使满刻度所对应的电压值是，其次是输入电压的最大值，是输入电压的最小值。 当输入电压与值相当时，调整端电 压值使输出码为 FEH 或 FFH。 （ 3）参考电压的调节 在使用 A/D 转换器时，为保证其转换精度，要求输入电压满量程使用。 如输入电压动态范围较小，则可调节参考电压，以保证小信号输入时 ADC0804 芯片 8 位的转换精度。 （ 4）接地 模数、数模转换电路中要特别注意到地线的正确连接，否则干扰很严重，以至影响转换结果的准确性。 A/D、 D/A 及取样保持芯片上都提供了独立的模拟地（ AGND）和数字地（ DGND）的引脚。 在线路设计中，必须将所有的器件的模拟地和数字地分别连接，然后将模拟地与数字地仅在一点上相连。 图 ADC0804 部分电路连接图 LCD 液晶显示模块电路设计 在单片机的人机交流界面中，一般的输出有以下几种：发光管、 LED 数码管、液晶 第三章 水位测量与显示模块的设计 i 显示器。 本设计采用的显示屏是 LCD1602液晶显示屏， 1602液晶也叫 1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。 它由若干个 5X7 或者5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用 1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字 符液晶模块（显示字符和数字）。 图 LCD1602 实物图 LCD1602 各引脚的定义如下所示： LCD1602 各引脚的定义如下所示： 引脚 符号 功能说明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接电源（ +5V） 3 V0 液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度）。 4 RS RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。 5 R/W R/W 为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 6 E E(或 EN)端为使能 (enable)端，写操作时，下降沿使能。 读操作时， E 高电平有效 7 DB0 低 4 位三态、 双向数据总线 0 位（最低位） 8 DB1 低 4 位三态、 双向数据总线 1 位 9 DB2 低 4 位三态、 双向数据总线 2 位 10 DB3 低 4 位三态、 双向数据总线 3 位 11 DB4 高 4 位三态、 双向数据总线 4 位 12 DB5 高 4 位三态、 双向数据总线 5 位 第三章 水位测量与显示模块的设计 i 13 DB6 高 4 位三态、 双向数据总线 6 位 14 DB7 高 4 位三态、 双向数据总线 7 位（最高位）（也是 busy flag） 15 BLA 背光电源正极 16 BLK 背光 电源负极 在实际电路中将滑动变阻器与液晶显示屏连接来调节液晶显示屏的对比度以及液晶显示屏幕背光灯的亮度。 图 LCD 电路连接 报警电路的设计 本系统的报警电路使用两个红绿发光二级管作为报警灯 [8]，当水位达到上限时红色的发光二极管亮提醒注意排水，当水位达到下限时绿色的发光二极管亮提醒注意加水，报警电路的连接如图 所示。 第三章 水位测量与显示模块的设计 i 图 报警电路 当水高于或低于设定的最高和最低水位时，发光二级管导通，提醒工作人员注意。 控制电路的设计 通过电机的控制芯片试使电机与单片机连通，通过反馈信息来控制电机的转向，以实现水位高时排水，水位低时加水的控制，实现自动化管理。 本文不涉及电机电路部分，故不对电机的控制芯片及其反馈作出介绍。 第三章 水位测量与显示模块的设计 i 第四章 软件的设计 i 第四章 软件的设计 软件的整体结构设计 本系统包括液压的采集、 LCD 液晶显示、 A/D 转换、报警模块、控制模块等几部分。 在系统的硬件确定以后，功能完善的软件能够很好的指导和协调硬件的工作，可使系统发 挥其最大的功效。 一个完整的系统离不开对系统状态的监控。 开机后，系统经过LCD 初始化，显示启动界面；对系统进行初值的设定，设定最高水位和最小水位，当测量的水位高于最高水位或低于最低水位时，系统报警，同时控制系统加水或排水 [9]。 程 序 复 位初 始 化 L E D显 示 启 动 界 面初 始 化 数 据初 始 化 压 力 传 感 器高 度 与 默 认值 比 较报 警 器 报 警 ， 发光 二 级 管 发 光高 于 报 警 器 报 警 ， 发光 二 级 管 发 光排 水 加 水显 示 水 位 高 度低 于等 于 图 主程序流程序 LCD 液晶显示程序设计 LCD1602 的基本操作时序 1. 读操作顺序（如图 所示） 第四章 软件的设计 i 图 读操作时序 2．写操作时序（如图 所示） 图 写操作时序 的指令说明及时序 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 所示： 表 LCD1602 指令 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 第四章 软件的设计 i 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到 CGRAM或 DDRAM） 1 0 要写的数据内容 11 从 CGRAM或 DDRAM读数 1 1 读出的数据内容 1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明：1 为高电平、 0 为低电平） 指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示5x10 的点阵字符。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8： DDRAM 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 1602LCD 的一般初始化（复位）过程 延时 15ms 写指令 38H（不检测忙信号） 延时 5ms 写指令 38H（不检测忙信号） 延时 5ms 写指令 38H（不检测忙信号） 第四章 软件的设计 i 以后每次写指令、读 /写数据操作均需要检测忙信号 写指令 38H：显示模式设置 写指令 08H：显示关闭 写指令 01H：显示清屏 写指令 06H：显示光标移动设置 写指令 0CH：显示开及光标设置 LCD1602 的初始化过程 开 电 源延 时 4 0 m s ， X R E S E T 低 高延 时 1 0 0 u s功 能 设 定 控 制 字 3 0 H延 时 3 7 u s显 示 开 关 控 制 字 0 C 0 H 延 时 1 0 0 u s 清 除 屏 幕。