基于89C52單片機(jī)的實(shí)用八路物位測量儀
本測量儀的信號采樣通過P0口的八根輸入線可接受八路經(jīng)過整形后的標(biāo)準(zhǔn)TTL電平。
因此可測量不同傳感器傳來的脈沖型物位采樣信號,只要在原始信號基礎(chǔ)上加以整形處理即可,每來一個脈沖均被P0口捕捉到并可以通過軟件編制使脈沖計數(shù)增一,定時讀取計數(shù)和便可以換算成相應(yīng)的物位情況。通過P3.3~P3.5三條線與串行顯示驅(qū)動器Max7219的連接加以軟件編程可完成八位數(shù)碼管顯示驅(qū)動,利用P1.3~P1.6四條口線接入四個按鍵,完成按鍵操作,利用P2口作為八路輸出控制,可驅(qū)動八路固態(tài)繼電器。具體組成見圖1。
2硬件線路設(shè)計
2.1 資源分配
AT89C52 芯片是基于MCS-51結(jié)構(gòu)的高集成度8位微控制器,其主要特性是具有一個用于多處理器通訊的增強(qiáng)型串口和一個增/減定時器計數(shù)器,專門適用于控制應(yīng)用。選用89C52的另外一個重要原因就是在芯片上實(shí)現(xiàn)了256字節(jié)的RAM,高端128字節(jié)的地址和特殊功能寄存器(SFR)的地址相同,但可以通過不同尋址方式區(qū)分,因此解決了測量儀的軟件編程所用的RAM空間,不必再另外擴(kuò)展隨機(jī)存儲器,節(jié)約了硬件資源。
2.2 串行顯示設(shè)計
多位LED顯示時,常將所有位的段選線并聯(lián)在一起,由一個8位I/O口控制,也可采用并行擴(kuò)展口構(gòu)成顯示電路,通常,需要擴(kuò)展器件管腳的較多,價格較高。在本測量儀中,為了節(jié)約I/O口資源,采用了由Max7219芯片構(gòu)成的串行顯示方式。Max7219是串行輸入,輸出共陰極顯示驅(qū)動電路,可直接與單片機(jī)的3條I/O線接口,特別適用于I/O口線少的系統(tǒng),并且可以程序控制數(shù)碼管的亮度。在本設(shè)計中,采用P3.3~P3.4三條線經(jīng)74LS273鎖存后與Max7219相連接,P3.3、P3.4鎖存后分別作為7219串行數(shù)據(jù)輸入信號DIN和時鐘信號 CLK,P3.5輸出口鎖存作為LOAD信號。具體硬件線路圖見圖2。
圖2 主要硬件連接圖
2.3 軟件計數(shù)器的設(shè)計
在物位測量儀表中,當(dāng)傳感器書送來的信號為脈沖量時,通常需要通過專門計數(shù)器芯片如8254等來完成脈沖的計數(shù),CPU將此變化的計數(shù)信號處理后使傳感器送來的脈沖的個數(shù)與物位信號相對應(yīng)。而在本設(shè)計中,巧妙利用了89C52的P0口資源,將脈沖量整形后直接送至P0口的8條數(shù)據(jù)線,此時P0口作為數(shù)據(jù)輸入口使用。通過軟件設(shè)計,每路開辟存貯單元(利用片內(nèi)RAM),當(dāng)P0口有電平跳變時,相應(yīng)的計數(shù)單元計數(shù)加1,通過軟件設(shè)置定時器,當(dāng)定時時間到時,讀取存儲單元數(shù)值并清零,這樣就完成了軟件計數(shù)器的功能,節(jié)約了硬件資源,降低了硬件成本。
3軟件設(shè)計
3.1 128字節(jié)內(nèi)存分配
本測量儀設(shè)計的另一大特點(diǎn)就是充分利用了128字節(jié)的片內(nèi)RAM,無外部擴(kuò)展存儲芯片。CPU內(nèi)部地址從15H開始算起,直到0C5H全部被開辟作標(biāo)志或存儲單元。具體分配為:15H~1CH為各路采樣時間, 09H~0FH 為各種標(biāo)志位, 42H~5BH為與各路計數(shù)有關(guān)的計數(shù)存儲處理單元,5CH~63H為物位報警域值對應(yīng)的計數(shù)存儲單元,64H~6FH和 3cH~3FH位報警類別等存儲單元。通過合理分配,盡管只有128字節(jié)RAM,可以滿足8路物位測量的數(shù)據(jù)處理要求。
3.2 串行顯示子程序
Max7219驅(qū)動的顯示部分程序放在DISP顯示子程序中,在程序開始完成Max7219的初始化工作,將每次待顯示的數(shù)據(jù)放置于從20H~27H開始的顯示緩沖區(qū)地址中,每路需要送顯時,直接調(diào)用顯示子程序即可。
其中顯示部分程序如下:
DISP: MOV R0,#20H ;R0指向顯示緩沖區(qū)首地址
MOV R1,#01H
MOV R3,#08H
LOOP3: MOV a,@R0
MOV R4,A ;顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)送R4
MOV A,R1
lCALL WRITE ;數(shù)據(jù)鎖存到273
INC R1
INC R0
DJNZ R3,LOOP3
3.3 采樣處理子程序
調(diào)試過的部分源代碼如下:
LOOP: MOV A,#0FH ;主程序循環(huán)開始
MOV P0,A ;先查詢P0口,讀取射線計數(shù)
MOV A,P0
XCH A,PQ
XRL A,PQ
MOV B,A
JB B.0,JIA1 ;第1路有計數(shù),跳至加1程序
JIA10:JB B.1,JIA2 ;第2路有計數(shù),跳至加1程序
JIA20:JB B.2,JIA3 ;…..
JIA30:JB B.3,JIA4
JIA40:JB B.4,JIA5
JIA50:JB B.5,JIA6
JIA60:JB B.6,JIA7
JIA70:JB B.7,JIA8 ;第8路有計數(shù),跳至加1程序
LJMP LOOP01 ;接著處理鍵盤的查詢
3.4主程序部分流程圖
主程序流程圖見圖3
圖3 主程序流程圖
4結(jié)束語
本設(shè)計的創(chuàng)新點(diǎn)在于充分利用了AT89C52的硬件資源,實(shí)現(xiàn)了軟件計數(shù)器,能夠?qū)γ}沖量信號所反映的物位信號通過數(shù)碼管來顯示,顯示部分的處理采用Max7219顯示驅(qū)動器,與軟件編程相結(jié)合,大大節(jié)約了硬件資源,減少了通用的單片機(jī)擴(kuò)展芯片,降低了成本。本儀表投入生產(chǎn)后成本比用其它方式組成的系統(tǒng)節(jié)約直接硬件成本每臺約300元,投產(chǎn)后產(chǎn)生年經(jīng)濟(jì)效益約60萬元(按每套儀表利潤0.8萬元計)。
參考文獻(xiàn):
1 吳玉平譯 MCS51微控制器系列用戶指南 電子工業(yè)出版社 1995
2 王建萍 Max7219串行LED顯示驅(qū)動器及應(yīng)用,電子技術(shù)應(yīng)用,1996,6
3 劉志壯 洪添勝等 一種智能液位檢測儀的設(shè)計 微計算機(jī)信息 2007年第2-1期 P156-157
4 史源平 于京生等 基于工控機(jī)的多路核子秤 微計算機(jī)信息 2008年第2-1期