基于LabVIEW的液位测试处理系统设计毕业设计说明书(38页).docx

-基于LabVIEW的液位测试处理系统设计毕业设计说明书-第 37 页毕业设计说明书基于LabVIEW的液位测试处理系统设计毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘 要虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着数字化，智能化，模块化，网络化的方向发展。虚拟仪器系统利用了计算机系统的强大功能，大大突破了传统仪器在数据采集、处理、显示、存储等方面的限制，用户可以自由定义，自由组合计算机平台、 硬件、软件以及完成系统功能所需的附件，可以方便的对其进行维护、扩展、升级，“Soft is Instruments (软件就是仪器)的观念正逐步被人们接受。因此虚拟仪器VI（Visual Instrument）正在成为当今世界流行的一种仪器构成方案，它把计算机平台与具有标准接口的硬件模块及开发测试软件结合起来构成系统。本课题主要内容是研制以Lab VIEW为主控制平台，以单片机为控制的智能实时液位检测处理系统。该系统具有数据实时采集、采集数据实时显示、存储，并通过数据采集卡输出控制信号对液位信号实时控制等功能。本设计是虚拟仪器在测控领域的一次成功尝试。实践证明虚拟仪器是一种优秀的解决方案，能够高效的实现各种测控任务。关键字：虚拟仪器，液位控制，Lab VIEWAbstractVrtual instrument technology is now the computer system and instrumentation system combining the product of today's computer-aided testing is an important technology area. It advances towards the traditional digital instrumentation, intelligent, modular, network-based direction.Nowadays the Visual Instrument ( VI ) is becoming a popular scheme of instruments constitution. It combines the computer platform with standard interface hardware modules and develops testing software to form a system. Utilizing the powerful function of computer system, the visual instrument system has dramatically broken through the limitation of traditional instruments in data acquisition, processing, displaying, storage, etc. The user can not only freely define and combine the computer platform, hardware, software and the required accessories to complete system functions, but also make maintenance, expansion and upgrading. Therefore people gradually accept the conception that software is the instrument.The main topic is to develop a control platform based on Lab VIEW, and also a Intelligent real-time microcontroller for the control of liquid level detection processing system. This system has the functions of real-time data acquisition, real-time data displaying . Besides, it can output the control signal through the data-acquisition card to a real-time control of the liquid level, etc.This design is a successful attempt of the visual instruments in the testing and controlling field. Practice proves that the Visual Instrument is an excellent solution to efficiently fulfill various testing and controlling tasks.Key words: Visual instrument, Liquid-level control, Lab VIEW目录第一章 绪 论31.1 引言31.2 课题背景31.2.1 虚拟仪器技术的国外发展现状31.2.2 国内虚拟仪器的研究现状31.3 虚拟仪器的开发软件31.3.1 虚拟仪器的开发语言31.3.2 图形化虚拟仪器开发平台Labview31.3.3 基于Labview平台的虚拟仪器程序设计31.4 本设计所做的工作3第二章 系统设计理论及硬件平台32.1 数据采集理论32.1.1 数据采集技术概论32.2 核心芯片的选择及简介32.2.1 核心芯片的选择32.2.2 AT89S52简介32.2.3 ADC08038芯片简介32.3 控制系统的总体实现32.3.1 控制系统的总体模块划分32.3.2 控制系统的各个模块功能及作用32.4 控制系统各模块的具体实现32.4.1 热敏电阻简介及调理电路的设计32.4.2 电流互感器简介及调理电路的设计32.4.3 AT89S52与ADC08038的接口电路设计32.4.4 AT89S52与振荡电路的接口设计32.4.5 AT89S52与键盘、数码管显示的接口设计32.4.6 风扇和蜂鸣器控制模块的设计32.5 本章小结3第三章 系统软件设计33.1 程序模块化设计概述33.1.1 软件系统的模块化设计原则33.1.2 本设计的软件系统模块划分33.2 系统各模块应用程序33.2.1 数据采集与显示程序33.2.2 数据保存程序33.2.3 历史数据读取程序33.2.4 报警模块33.2.5 参数设置模块3第四章 系统软件的具体实现34.1 系统监控界面34.2 实验步骤及其调试结果34.3 历史数据读取3第五章 总 结3参 考 文 献3致 谢3第一章 绪 论1.1 引言在人们生产生活的过程中越来越多的涉及到液位控制和处理的问题。比如，在饮品生产、食品加工、化工生产、污水净化等各个领域，都会使用蓄液池，而对于蓄液池内液体的高度控制要求也越来越精准。水量过多会导致不必要的浪费，水量过少达不到标准而无法满足要求，在很多情况下，即使是很小的测量相对误差也会造成较大的经济损失。因此，为了保证生产的效益和产品质量，必须要有合适的控制器自动调节储液池内液体的流量，从而使液位保持在正常水平。这些不同背景的实际问题我们都可以把他们简化为某种水箱的液位控制和处理问题。在工业控制过程中，液位是一个很重要的参数。特别是在动态的状态下，采用合适的方法对液位进行检测与控制，能起到很好的生产效果。测控技术与仪器实验室有5套液位控制实验装置，但这些控制装置目前都是用传统模拟仪表进行控制。为了在这些实验装置上进行开展研究性实验，必须先将这些实验装置改造为由计算机进行液位检测和控制。虚拟仪器VI（Visual Instrument）正在成为当今世界流行的一种一起构成方案，它把计算机平台与具有标准接口的硬件模块及开发测试软件结合起来构成系统。工业液位控制中, 常常用到液位控制。在这些控制中，最重要的参数是液位，因此有必要对液位控制进行自动的、 实时的监控。 过去通用的方法是由工作人员分班定时监测液位计的指示值, 将指示值与规定液位数值比较, 并算出两者的差值, 根据液位变化大小作出判断、控制阀门的开度大小。其弊端是定时查看缺乏实时性, 不能对系统中的突发事件进行及时地处理; 不能排除人为发生错误的因素, 如记录时的误读和误记等2。所以, 本毕业设计要设计一套实时、自动的液位控制监控系统，并充分引入虚拟仪器的概念, 使所设计的监控系统结构清晰、概念简单。1.2 课题背景1.2.1 虚拟仪器技术的国外发展现状虚拟仪器技术目前在国外发展很快，以美国国家仪器公司（NI公司）为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言，已作为各大学理工科学生的一门必修课程。美国的斯福坦大学的机械工程系要求三、四年级的学生在实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。最早和最具有影响力的开发软件，是NI公司的LABVIEW软件和Lab windows/CVI开发软件。LABVIEW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。Lab windows/CVI是为熟悉C语言的开发人员准备的、在windows 环境下的标准ANSI C开发环境，除了上述优秀的开发软件之外，美国HP公司的HP-VEE和HPTIG平台软件，美国Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS软件，以及美国的HEM Data公司的Snap-Master平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。当今虚拟仪器的系统开发采用的总线包括传统的RS232串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线，以及已经被PC机广泛采用的USB串行总线和IEEE1394总线（即Fire wire，也叫做火线）。世界各国的公司，特别是美国NI公司，为使虚拟仪器能够适应上述各种总线的配置，开发了大量的软件以及适应要求的硬件（插件），可以灵活的组建不同复杂程度的虚拟仪器自动检测系统。虚拟仪器开发商不仅注意使虚拟仪器能够适应各种通用计算机总线系统，使之为虚拟仪器服务，而且也注意建立各种仪器专用的总线系统。美国NI公司在1997年9月1日推出模块化仪器的主流平台PXI，这是与Compact PCI 完全兼容的系统。这种虚拟仪器模块化主流平台PXI/Compact PCI的传输速度已经达到100Mb/s。是目前已经发布的最高传输速度。1.2.2 国内虚拟仪器的研究现状目前主流的虚拟仪器主要是VXI.PX各种计算机总线和总线标准的各种插卡和仪器模块间或有其它总线式的仪器模块，工作方式多是插入各种总线机箱内或直接插入计算机机箱内，少数情况下是独立模块以接口形式接入计算机。它们多数属于中低频范围，主要是工程应用类仪器设备。我国VXI总线技术是反映我国目前虚拟仪器水平的一个方面，互联网已经使数据共享进入新阶段，加速了虚拟仪器的新网络技术及远程计算机技术的发展，而这些技术是传统仪器不可能实现的，虚拟仪器很好的利用了互联网的功能，因此可以把来自测量和设计的数据直接发布到网上。国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统，上海复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学、华中理工大学、四川联合大学等。近一、两年来这些学校在原有的基础上，又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。其中，华中理工大学机械学院工程测试实验室将其开发成果在网上公开展示。四川联合大学的教师基于虚拟仪器的设计思想，研制了“航空电台二线综合测试仪”将8台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统，使用方便、灵活。清华大学利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验。主要检测发动机的功率特性、负荷特性等。一台发动机检测完后，就可打印出完整的检测报告。此外，国内已有几家企业在研制PC虚拟仪器，哈工大仪器王电子有限责任公司就是其中之一，它的产品已达到一定的批量。其主要产品有数字存储示波器系列、任意波形发生器及频率计系列、多通道大容量波形记录系列。国内专家预测：未来几年内，我国将有50%的仪器为虚拟仪器。国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。随着微型计算机的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。虚拟仪器技术的提出和发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测试仪器领域技术发展的一个重要方向虚拟仪器技术发展趋势虚拟仪器是微电子、通信、计算机等现代科学技术高速发展的产物。自从1785年库仑发明静电扭秤，1834年哈里斯提出静电电表结构以来，电测仪表和电子仪器随相关技术的进步、仪器仪表元器件质量的提高和测量理论方法的改进得到飞速发展。有一种较普遍地说法将测量仪器的发展分为五个阶段，如图1.1所示。图1. 1测量技术的发展从十九世纪初到二十世纪末，测量仪器经历了模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器等阶段，发展到现在的虚拟仪器。模拟仪器主要有模拟式电压表、电流表等，这些仪表解决了当时对某些量的测量的需求。从二十世纪初到五十年代左右，测量仪器的材料性能得到改善出现了电子管，同时测量理论和方法与电子技术、控制技术相结合，出现了以记录仪和示波器为代表的电子仪表五十年代以后随着晶体管和集成电路的出现以及应用电子技术的发展将数字技术成功地应用到测量仪器。这时电子控制集成电路和计算机技术开始融为一体成为测量仪器的主要特征。七十年代初第一片微处理器问世，微型计算机技术从此发展迅猛，在其影响下测量仪器呈现出新的活力并取得了长足进步。伴随微电子技术、计算机技术、网络技术的迅速发展及在电工电子测量技术领域的应用，测量仪器也不断进步和发展，出现了智能仪器。智能仪器是将微机置于仪器内部，使仪器具有控制、存储、运算、逻辑判断及自动操作等智能特点，并在测量准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用能力及解决测量技术问题的深度和广度等方面都有明显的进步。这种内置微处理器的仪器，既能进行自动测试又能完成数据处理，可取代部分的脑力劳动。随着电子技术、微计算机技术的发展，智能仪器的智能水平不断提高。但是在数字化仪器、智能仪器阶段基本上没有摆脱传统仪器那种独立使用、手动操作的模式，难以胜任更复杂、多任务的测量需求。为解决这样的问题，总线式仪器与系统应运而生。人们发明制造出CAMAC、RS-232和GPIB等多种仪器通讯接口总线，用于将多台智能仪器连在一起，以构成更复杂的测试系统。1982年美国西北仪器公司总裁德·伯克提出了微机化仪器的概念，也就是人们现在常提到的卡式仪器。卡式仪器是虚拟仪器的雏形，是将传统独立式仪器的测量电路部分与接口部分集合在一起制成仪器功能卡，将其插入微机的内部插槽或外部插件箱中形成的仪器。PC总线仪器系统是卡式仪器的一种，它是利用PC机内部的总线，把若干块仪器卡插在PC机内部或外部扩展机箱内而组成的。插卡总线机箱与PC机间的通信，可利用RS-232、GPIB接口总线或以太网电缆等进行。虽然许多厂家通过定义新的仪器总线，不断对卡式仪器进行改进，但其大多是在微机内总线的插槽上进行开发，没有统一标准，且各厂家生产的插卡尺寸大小不一，设备兼容性较差。在这种情况下，用户自然会提出标准化的要求。1987年，美国的惠普和泰克等5家公司在VME总线的基础上，联合提出了一种新型总线系统-VXI(VME eXtension For Instrumentation)总线，即由微机总线VME扩展而成的微机化仪器专用总线。1997年美国NI公司推出了一种新的仪器总线标准PXI总线标准。制定PXI规范的目的是为了将PC的性能价格比优势和PCI总线面向仪器领域的必要扩展结合起来，以期形成一种主流的虚拟仪器测试平台。相对VXI仪器，按PXI总线标准制成的PXI仪器具有成本低、便于组成便携式测试系统等优点2。这些以PC为核心、由测量功能软件支持，具有虚拟控制面板、必要仪器硬件和通信能力的PC仪器或VXI仪器就是虚拟仪器。虚拟仪器技术的出现，使得用户可以自己定义仪器，灵活地设计仪器系统，满足多种多样的实际需求。随着虚拟仪器软件开发平台及硬件的发展，基于虚拟仪器的仪器系统的开发周期更短，费用更低，测量速度、准确度及可复用性提高，且更便于相应仪器系统的维护和扩展3。基于虚拟仪器技术的数据采集系统的提出在一定程度上解决了传统数据采集所面临的问题，虚拟仪器数据采集系统成为当今数据采集系统发展的重要方向。本文正是在虚拟仪器技术的基础上对多通道数据采集系统进行了设计，实现多路信号的采集，并对实验数据进行实时显示、记录、分析处理。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新趋势和新方向，并且是信息技术的重要领域扩充，对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。1.3 虚拟仪器的开发软件1.3.1 虚拟仪器的开发语言虚拟仪器系统的开发语言有：标准C，Visual C+ ，Visual Basic等通用程序开发语言。但直接由这些语言开发虚拟仪器系统，是有相当难度的。除了通用程序开发语言以外，还有一些专用的虚拟仪器开发语言和软件，其中有影响的开发软件有：NI公司的Labview，LabWindows/CVI。Labview采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。LabWindows/CVI是为熟悉C语言的开发人员准备的，是在Windows环境下的标准ANSIC开发环境。除此以外还有HP公司的HP-VEE ，HP-TIG开发平台，美国Tektronix公司的Ez-Test ，Tek-TNS平台软件，这些都是国际上公认的优秀的虚拟仪器开发软件平台11。1.3.2 图形化虚拟仪器开发平台LabviewLabview(Laboratory Visual Instrument Engineering)是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。Labview集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/PI、ActiveX等软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都更加形象化。目前，在以PC机为基础的测试和工控软件中，Labview的市场普及率仅次于C+/C语言。Labview具有一系列无与伦比的优点：首先，Labview作为图形化语言编程，采用流程图式的编程，运用的设备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似；同时，Labview提供了丰富的VI库和仪器面板素材库，近600种设备的驱动程序(可扩充)如GPIB设备控制、VXI总线控制、串行口设备控制、以及数据分析、显示和存储；并且Labview还提供了专门用于程序开发的工具箱，使得用户能够设置断点，调试过程中可以使用数据探针和动态执行程序来观察数据的传输过程，更加便于程序的调试。因此，Labview受到越来越多工程师、科学家的普遍青睐。利用Labview ，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32编译器。像许多通用的软件一样，Labview提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh OS等多种版本12。1.3.3 基于Labview平台的虚拟仪器程序设计所有的Labview应用程序，即虚拟仪器(VI)，它包括前面板(Front Panel)、流程图(Block Diagram)以及图标/连结器(Icon/Connector)三部分。1）前面板：前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制和显示对象。但并非画出两个控件后程序就可以运行，在前面板后还有一个与之对应的流程图。2）流程图：流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。如果将VI与传统仪器相比较，那么前面板上的控件对应的就是传统仪器上的按钮、显示屏等控件，而流程图上的连线端子相当于传统仪器箱内的硬件电路。这种设计思想的优点体现在两方面： 类似流程图的设计思想，很容易被工程人员接受和掌握，特别是那些没有很多程序设计经验的工程人员。 设计的思路和运行过程清晰而且直观。如通过使用数据探针、高亮执行调试等多种方法，程序以较慢的速度运行，使没有执行的代码显示灰色，执行后的代码会高亮显示，同时在线显示数据流线上的数据值，完全跟踪数据流的运行。这为程序的调试和参数的设定带来诸多的方便。3）图标/连接设计：这部分的设计突出体现了虚拟仪器模块化程序设计的思想。在设计大型自动检测系统时一步完成一个复杂系统的设计是相当有难度的。而在Labview中提供的图标/连接工具正是为实现模块化设计而准备的。设计者可把一个复杂自动检测系统分为多个子系统，每一个都可完成一定的功能。这样设计的优点体现在如下几方面： 把一个复杂自动检测系统分为多个子系统，程序设计思路清晰，给设计者调试程序带来了诸多的方便。同时也对于将来系统的维护提供了便利。 一个复杂自动检测系统分为多个子系统，每一个子系统都是一个完整的功能模块，这样把测试功能细节化，便于实现软件复用，大大节省软件研发周期，提高系统设计的可靠性。 便于实现“测试集成”和虚拟仪器库的思想。同时为实现虚拟仪器设计的灵活性提供了前提。1.4 本设计所做的工作本课题研究的主要内容是研制以Lab VIEW为主控制平台，以单片机为控制的智能实时液位检测处理系统，主要研究内容有：第一， 单片机系统开发及智能检测仪表的研制。（1） 硬件设计：液位数据的显示电路、键盘输入及接口电路设计。（2） 软件开发：硬件电路的相关程序，给定实际液位高度和广电脉冲信号的算法关系等。（3） 与总线系统的接口设计调试。第二， 在Lab VIEW平台下编制程序，实现对液位的实时监测监控。（1） 现场信息采集及控制：在Lab VIEW下编制串口程序，接受下位机传输给PC机的数据信号，实现对液位的检测控制。（2） 上位机检测控制画面设计：直观形象的显示液位高度数值，使用户能够实时观测液位数据，并能够对液位数据进行存储和显示。第二章 系统设计理论及硬件平台2.1 数据采集理论该部分主要包括数据采集技术概述，传感器，输入信号的分析、调理以及测量系统的选择，下面分别予以说明。2.1.1 数据采集技术概论在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。假设现在对一个模拟信号x(t)每隔t时间采样一次。时间间隔t被称为采样间隔或者采样周期。它的倒数l/t被称为采样频率，单位是采样数/每秒。t0，t，2t，3t等等，x(t)的数值就被称为采样值。所有x(0)，x(t)，x(2t)都是采样值。这样信号x(t)可以用一组分散的采样值来表示：x(0)，x(t)，x(2t)，x(3t)，x(kt)，图2.1显示了一个模拟信号和它采样后的采样值。采样间隔是t，注意，采样点在时域上是离散的。图2. 1模拟信号采样图如果对信号x(t)采集N个采样点，那么x(t)就可以用下面这个数列表示：X=x0，xl，x2，x3，xNl这个数列被称为信号x(t)的数字化显示或者采样显示。这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率(或t)的信息。所以如果只知道该信号的采样值，并不能知道它的采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号x(t)的频率。根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率的一半。如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。图2.2和图2.3显示了一个信号分别用合适的采样率和过低的采样率进行采样的结果。图2. 2合适采样率采样波形图2. 3采样率过低采样波形采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混叠。出现的混频偏差是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。为了避免这种情况的发生，通常在信号被采集(A/D)之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于奈奎斯特频率的信号成分滤去。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的2倍就够了，但实际上工程中选用5-10倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。本章首先介绍了本控制系统中的核心器件单片机和AD采集芯片，然后给出了控制系统的总体设计和总体框图，最后详细地给出了各个模块的具体硬件实现。本章主要的设计内容是控制系统的硬件电路设计。2.2 核心芯片的选择及简介2.2.1 核心芯片的选择 本控制系统中的核心芯片包括单片机、AD采集芯片、振荡芯片和驱动芯片等。在这里只以单片机和AD采集芯片的选择为例进行说明。市场上的芯片种类繁多，功能特性各异，选择芯片的原则是针对自己所设计系统的功能需求对芯片的价格，封装，性能，型号等等因素做综合考虑。1、单片机的选择本设计系统对内部存储器要求不高，对中断源、IO口等各方面的要求也不高， 对其它性能也没有什么特别的要求，所以选择最普通的单片机即可。考虑到AT89S52可以在线编程，且价格等各方面都满足我们的设计需求，所以单片机就选择了Atmel公司的AT89S52。2、AD采集芯片的选择AD采集芯片的选择所要考虑的因素包括：采集精度，采集通道数，是否内部带有多路开关，是否内部有基准电源，使用是否方便，数据是串行还是并行等等。本设计系统中，需要采集的通道数不超过8路，精度要求不是很高，这两个条件ADC08038芯片完全合适，而且该芯片内部集成了多路开关，所以我们选择了ADC08038作为本系统的AD采集芯片。实践证明，我们对以上芯片的采用完全能够达到系统设计的要求，说明选择是合理的，下面对这两个芯片做详细的说明。2.2.2 AT89S52简介AT89S52是一种低功耗低电压、高性能的8位单片机，片内带有一个8K字节的Flash，它采用了CMOST艺和ATIVIEL公司的高密度非易失性存储器(NURAM) 技术，而且其输出引脚和指令系统都与Meg一51兼容。片内的Flash存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此，AT89S52是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便地应用于各种控制领域。AT89S52具有以下主要性能： 18KB在线可编程(ISP)Flash存储器(可经受1000次的擦写) 2-与MCS一51系列兼容34.0V55V工作电压范围4全静态时钟：0Hz33MHz 5三级程序存储器加密6256×8bit内部RAM 732个可编程IO口线 83个16位定时器计数器 98个中断源10全双工uART串行通信11片内时钟振荡器12具有看门狗定时器图4-1 AT89S52的引脚分配图AT89S52的引脚情况如图4-1所示，其引脚功能描述如下： 1Vcc：电源端。2GND：接地端。3XTALl、XTAL2：外接晶体引脚。4RST：复位输入端。当该引脚上出现两个机器周期的高电平时单片机将复位。5 ALE：当访问外部存储器时，ALE(地址锁存允许信号)的输出用于锁存地址的低位字节。在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲。6PSEN ：程序存储允许(丽)输出信号是外部程序存储器的读选通信号。当AT89s52由外部程序存储器取指令(或常数)时，每个机器周期PSEN两次有效(即输出2个脉冲)。7EAVpp：外部访问允许端。当EA端保持高电平(接Vcc端)时，cpu则 执行内部程序存储器中的程序。在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V 的编程允许电源Vpp(如果选用12V编程)。8P0端口(P0OP07)：P0口是个8位漏极开路型双向Io端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个Tn，输入，对端口写高电平“1”时， 又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址(低8位)数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在Flash编程时， PO端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。在验证程序时，要求外接上拉电阻。9Pl端口(P10P17)：P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I0端口。Pl的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个m输入。对端口写高电平“1” 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(IIL)。在对Flash编程和程序验证时，Pl口接收低8位地址。10P2端口(P2OP27)：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向T0端口。P2的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4-I"TTL输入。对端口写高电平“1” 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器时，P213输出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的电平在整个访问周期中不改变。11P3端口(P3。OP37)：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向T0端口。P3的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写高电平“1” 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(IIL)。12P30RXD串行通信接收端。13P31TXD：串行通信发送端。14P32INT0：外部中断0。15P3，3INTl：外部中断1。16P34T0：定时计数器O的外部输入。17P35T1：定时计数器1的外部输入。18P11T2EX：定时计数器2的外部输入。19P36WR：外部数据存储器写选通。20P37RD：外部数据存储器读选通。21Pl，5MOSI：ISP的“主出从入”。22P16MIS0：ISP的“主入从出”。23P17SCK：ISP的同步脉冲。24Nc：No Connect，未用的引脚。图4-2 ADC08038的引脚分配图2.2.3 ADC08038芯片简介ADC08038是具有多路选通、内部参考电压和采样保持的8位高速串行I0口AD 转换器。该芯片具有8路可选的通道，通过写DI脚的数来决定是否开通哪个通道进行采集。经过AD采集到的数据可以在时钟的控制下从DO脚输出。其主要特征为： 1单5V供电的O5V模拟信号输入。28通道可选择的多路开关。3TTLcMoS输入输出兼容。48位精度。ADC08038的引脚图如图42所示。其引脚功能描述如下： 1CH0CH7：8个模拟信号输入端。2VCC：电源供电端。3AGND、DGND：模拟地和数字地。4COM：公共输入端。5VREFIN、X'REFO'O'i"：外部参考电压输入端和输出端。6DI、DO：通道选通数据输入端和采集数据输出端。7CS：芯片使能端。8SE：数据移动使能标志位。9eLK：时钟信号输入端。2.3 控制系统的总体实现2.3.1 控制系统的总体模块划分根据各个模块的功能分类，控制系统可分为热敏电阻及调理电路模块，AD采集模块，振荡电路模块，键盘模块，显示及驱动模块，指示灯模块，蜂呜器及驱动电路模块和风扇及驱动电路模块。它们之间的关系如下图所示：图4-3控制系统的总体模块图2.3.2