1、吉林化工學院畢業設計說明書基于at89c51智能飲料機控制系統設計control system design of intelligent beverage machine based on at89c51學生學號： 08510114 學生姓名： 張向陽 專業班級： 自動0801 指導教師： 付 莉 職 稱： 助 教 起止日期： 2012.2.282012.6.18 吉 林 化 工 學 院jilin institute of chemical technology吉林化工學院畢業設計說明書摘 要灌裝機設備種類繁多，應用范圍也很廣，有食品飲料，日用品，醫藥，工業等。目前灌裝機設備走向自動化，灌裝

2、機設備在自動化操作下正在改變著灌裝過程的動作方式和灌裝容器及材料的加工方法。實現自動控制的灌裝系統能夠極大地提高生產效率和產品質量，顯著消除灌裝工序及印刷貼標等造成的誤差，有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。本系統以89c51單片機為控制核心，由電源電路、單片機控制電路、稱重傳感器電路、信號放大電路、a/d轉換電路、鍵盤控制電路、液晶顯示電路、液體泵驅動電路、下位機與上位機通信電路以及聲光報警電路等硬件接口電路組成。該灌裝機采用稱重式灌裝方式對液體灌裝，其中液體質量的定量由壓力傳感器量取。進行灌裝時，稱重傳感器受壓后，內部電阻值發生變化，輸出信號隨液體質量的增多而逐漸變化，由于該信號

3、比較微弱，不便于傳輸，所以要先對其進行放大，再通過a/d轉換器將模擬量轉變成數字量送入單片機的i/o口，由單片機進行識別，當液體重量達到預設定重量時，單片機發出信號使繼電器開關斷開，液體泵停止工作，并等待下一次灌裝開始，同時報警電路會提示本次灌裝結束。在灌裝過程中，灌裝液體的質量會顯示在液晶顯示屏上，并且會通過單片機串口送入pc機。在設計方法上，將軟件工程的思想引用于單片機系統的設計，使系統的信息流向及整體功能設計簡單明確、清晰。本系統具有成本低、體積小、集成度高、可靠性高等特點，易于廣泛推廣和普及，在現代化的各種灌裝領域中一定能發揮它的最大效能。關鍵詞：灌裝；單片機；通信；稱重- i -ab

4、stractfilling machine equipment has many types. it is widely used in food and drink, daily necessities, medicine, industry, etc. the current filling machine equipment is in the way of automation. filling machine equipment is changing the way of the action filling process and filling containers and m

5、aterials processing methods under the automation. to achieve automatic control of the filling system can greatly improve production efficiency and quality that significantly eliminate the error and filling process is caused by labeling and printing, effectively reduces the labor intensity of workers

6、 and energy and resource consumption.the control system is 89c51 mcu. they are made of the power circuit, mcu control circuit, the load cell circuit, signal amplifier, a/d conversion circuit, keyboard control circuit, lcd display circuit and the liquid pump drive circuit. it also includes lower mach

7、ine and host computer communication circuit and the sound and light alarm circuitthe filling machine uses the method of weighing filling to achieve the filling of liquid. the quality of the quantitative amount of liquid is taken from the pressure sensor implementation. in the filling, the load cell

8、is under pressure to change the internal resistance. the output signals gradually change through increase the quality of liquid. because the signal is weak and not easy to transport, so it must be enlarged first. the analog converted into digital through the a/d converter. then it is send to mcu of

9、i/o port to recognize. when the liquid of weight reaches pre-set weight, the mcu switches off the relay signal. liquid pump stop working and wait for the next start filling. the alarm circuit will be prompted to fill the end of this. in the filling process, the quality of the liquid filling is displ

10、ayed on the lcd screen, and will through the microcontroller serial port into pc.in the method of the design, the software engineering is applied to the design of mcu system. the system of information flow and the overall functional design is simple and clear. the system has low cost, small size, hi

11、gh integration and high reliability. and easy-to-wide promotion and popularization of various filling in the field of modern surely play its maximum effectiveness. key words： filling; mcu; communication; weigh- 37 -目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 研究意義11.2 國內外發展概況11.3 課題分析2第2章 系統總體方案設計32.1 方案的選擇32.2 課題內容

12、及要求32.3 系統整體框圖與流程3第3章 系統硬件設計53.1 直流穩壓電源的設計53.1.1 功能要求及方案確定53.1.2 主要元器件的選擇53.1.3 電路的設計63.2 單片機最小系統設計73.2.1 單片機的選擇73.2.2 電路的設計83.3 稱重傳感器的選擇93.4 微弱信號放大電路的設計103.4.1 ad620芯片介紹103.4.2 ad620的應用電路113.5 a/d轉換電路的設計113.5.1 tlc2543芯片介紹113.5.2 電路設計123.6 液體泵驅動電路的設計123.7 聲光報警電路的設計143.8 鍵盤及顯示電路的設計143.8.1 鍵盤電路的設計143

13、.8.2 液晶顯示電路的設計153.9 通信電路的設計173.9.1 數據通信方式選擇173.9.2 rs-232c標準接口總線173.9.3 max232芯片介紹183.9.4 通信接口電路19第4章 系統軟件開發環境214.1 軟件結構總體設計214.2 下位機程序的設計214.2.1 初始化模塊的設計224.2.2 讀取預設定值（鍵盤掃描）模塊的設計224.2.3 灌裝程序模塊的設計224.2.4 顯示程序模塊的設計224.2.5 通信程序的設計224.3 上位機軟件的設計224.3.1 visual basic的特點224.3.2 vb通信控件的介紹224.3.3 軟件的界面設計22第

14、5章 系統測試與仿真225.1 硬件系統的測試225.1.1 直流穩壓電源的調試225.1.2 微弱信號放大電路的仿真及調試225.1.3 液體泵驅動電路的測試225.1.4 聲光報警電路的測試225.2 軟件系統的調試22結 論22參考文獻22致 謝22第1章 緒論1.1 研究意義在現代工業生產過程中，尤其是在石油、化工、醫療、食品飲料等生產領域中都需要大量液體的存儲和轉移，因此液體灌裝系統在這些領域中的作用就不能被忽視。我國飲料酒（不含果露酒、發酵酒精）總產量已達2878萬千升，同比增長8.2%。有關專家指出，我國飲料行業是高成長性的行業，成熟飲品增長穩定，新的熱點和增長點不斷涌現，新興飲

15、品的增長更快。同時，中國包裝機械已發展成世界液態食品行業中有重大影響和極大市場占有率行業。為了提高產品質量，縮短生產周期，適應產品迅速更新換代的要求，產品生產正在向縮短生產周期、降低成本、提高生產質量等方向發展。在飲料、牛奶、煉油、化工、制藥等行業中，液體灌裝是必不可少的工序，而且也是其生產過程中十分重要的組成部分。但由于這些行業中多為有毒有腐蝕性的介質，以致現場工作環境惡劣，不適合人工現場操作。另外，生產要求該系統具有灌裝精確、控制可靠等特點，這也是人工操作和半自動化控制所難以實現的。所以為了幫組相關行業，特別是其中的中小型企業實現多種液體混合的自動控制，從而達到液體混合的目的，液體混合自動

16、配料勢必是擺在我們眼前的一大課題。如何應用at89c51在飲料灌裝中實現控制功能，在相關的研究文獻報道中用基于at89c51的控制系統對灌裝進行控制的研究尚不成熟，以致人們難以根據它的具體情況，正確選用參數進行系統控制也就難以滿足提高質量和效率、降低成本的要求，本設計就是基于以上問題進行的一些探索。1.2 國內外發展概況灌裝機主要是包裝機中的一小類產品,根據我國國情，包裝機械工業發展的趨勢是： 1引進、消化、吸收國外先進技術，建立一批包裝機械骨干企業，包括個別中外合資企業。2大多數企業要重點發展中、小型包裝機械。3在包裝機械生產中，大量引入高新技術，使包裝機械產品設計先進、使用可靠，使其性能指

17、標、工藝水平、“三化”（多功能化、高速化、自動化）水平高，向機電結合、主輔機結合、成套聯線方向發展。 4以滿足重點商品的包裝為出發點，發展包裝機械新品種。國外飲料灌裝設備新動向： 在飲料灌裝機設備方面，美國、德國、日本、意大利和英國的制造水平相對較高。我們可以通過這些國家的飲料灌裝機的新趨勢來確定我們國家與他們之間的差別應該向哪個方面發展才能縮小之間的差別，使我國的灌裝機盡快擠進世界先進行業之列。1.多功能：一臺設備，可進行茶飲料、咖啡飲料、豆乳飲料和果汁飲料等多種飲料的冷熱灌裝；均可進行玻璃瓶與塑料瓶的灌裝；2.高速度、高產量：碳酸飲料灌裝機的灌裝速度最高達2000灌/分，德國h&k

18、公司、sen公司、krones公司，其灌裝機的灌裝閥分別達到165頭、144頭、178頭。非碳酸飲料灌裝機的灌裝閥50-100頭，灌裝速度最高達1500灌/分；3.技術含量高、可靠性高：全線的自控水平高和全線效率高。在線監測裝置和計量裝置配套完備，能自動檢測各項參數、計量精確。集機、電、氣、光、磁為一體的高新技術產品不斷涌現。1.3 課題分析單片機控制系統有微機和工業生產對象兩大部分組成，其中包括硬件電路和軟件程序，整個控制系統是通過接口將計算機和生產過程聯系起來實現計算機對生產過程的數據處理和控制。硬件電路主要包括：電源電路、單片機控制電路、稱重傳感器電路、信號放大電路、a/d轉換電路、鍵盤

19、控制電路、液晶顯示電路、液體泵驅動電路、通信電路、聲光報警。軟件程序主要是在visual basic 6.0環境下開發完成的。第2章 系統總體方案設計2.1 最優方案的選擇灌裝系統在灌裝過程中起著關鍵性作用，為了能簡單實現灌裝系統的設計，將設定的液體送入容器中并提示灌裝結束，設計方案如下： 方案1：通過傳感器感受到液體重量，降低自身的阻值，來增加電流，并且驅動聲光報警器報警。電路簡單、可靠但是靈活性和實用性差。方案2：可以通過傳感器感知信號多級放大電路，并用電位器調節得到固定的電壓值，當得到液體重量信號時，電阻值立刻變小、放大器的放大倍數增加，電壓也就隨著增加，驅動三極管導通報警電路。該方案有

20、一定的靈活性和可執性，但是電路比較復雜，智能性差。方案3 ：通過51系列單片機作為主控單元，并且能夠通過傳感器把模擬信號通過a/d信號轉換為數字信號，并且讀取和顯示出來。鍵盤可以通過不同的應用場合和針對液體做出不同的重量設定，并且儲存報警的上限和報警時間，方便查詢和日后的工作調查。兼于方案三有成本低、體積小、集成度高、可靠性高、靈活性好等特點，易于廣泛推廣和普及，因此本設計選擇方案三。2.2 課題內容及要求設計一種基于at89c51灌裝機，能夠實現對大量液體的存儲和轉移等功能的控制，具體要求如下：1輸出信號：一定范圍電壓信號。2輸入信號：+5v和+12v的直流電壓。3模擬量輸出功能：具有重量設

21、置功能。4具有顯示功能。5供電電源：220vac±10%。6系統的最小分辨率為0.01kg。2.3 系統整體框圖與流程經過分析，該稱重式液體灌裝機主要應該由電源電路、單片機控制電路、稱重傳感器電路、信號放大電路、a/d轉換電路、鍵盤控制電路、液晶顯示電路、液體泵驅動電路、下位機與上位機通信電路以及聲光報警電路等硬件接口電路組成，系統整體功能框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統總體設計框圖在液體灌裝過程中，液體泵將液體從容器a中抽取出來后注入到容器b中，同時稱重傳感器受到容器b中液體質量的壓力后，其內部電阻值立刻變小、電壓也隨著增加、輸出信號也隨容器b中液體質量的增多而逐漸變大，由于該信

22、號比較微弱，不便于傳輸，所以還要對其進行放大。另外，傳感器輸出的電壓是模擬量，單片機不能正常識別，所以還要通過a/d轉換器將模擬量轉變成數字量，再送入單片機的i/o口，由單片機進行識別。當容器b中液體質量達到預設定質量時，單片機發出信號使繼電器開關斷開，液體泵停止工作，并等待下一次灌裝開始，同時報警電路會提示本次灌裝結束。在灌裝過程中，灌裝液體的質量會顯示在液晶顯示屏上，并且會通過單片機串口送入pc機中，通過上位機編程統計年、月、日的灌裝情況。灌裝液體的預設定值是通過鍵盤設置的。本系統為了實現稱重、計算、補償、標定、鍵盤輸入、顯示、匯總等功能，除了連接硬件接口電路外，還要通過上位機和下位機編程

23、。通過程序使各部分電路能夠相互協調工作達到系統要求的功能及性能。第3章 系統硬件設計3.1 直流穩壓電源的設計電源的設計是電子電路設計的重要環節，在某種意義上可以說電源電路的性能指標直接關系到設計的成敗。電源電路的設計，因系統供電形式、系統對電源的要求等具體情況的不同其構成原理、設計方案也有所不同。直流穩壓電源的種類繁多，但幾乎都是將市電網交流電作為輸入電源，再經過轉換電路轉換成所需參數的直流電，其中這類ac-dc穩壓電源從原理的角度來看可分為線性穩壓電源和開關穩壓電源兩類。對于單片機數字控制的電路系統，通常采用基于pwm控制的開關電源。而對于放大器的模擬放大系統，采用線性穩壓電源則更具有優勢

24、。因此，針對電荷放大器的需要，本文提出了一種基于集成穩壓器的多輸出線性直流穩壓電源的設計。線性穩壓電源具有穩壓和濾波的雙重作用，產生的干擾很小，并且采用工業變壓器與市電網隔離，所以既不會引入電網中的干擾，也不會將干擾串入電網中。另外，線性穩壓電源同開關型電源相比，穩定度及負載調整率較高，輸出波紋電壓小，瞬態響應速度快，線路結構簡單，便于維修，更重要的是工作可靠，故障率低，具有明顯優點，并且經濟成本也較低。而開關穩壓電源雖然功耗小，效率高，但存在著較為嚴重的開關干擾，會影響電路中其他元器件的性能，從而不能使整個系統工作正常。考慮到本次設計的系統性能，最終決定使用線性穩壓電源作為灌裝計的供電電源2

25、。3.1.1 功能要求及方案確定本次設計的灌裝機需要用到+5v和+12v的直流電壓，因此要求該電源的輸入為220v/50hz單相交流電，輸出為+5v和+12v的直流電。圖3-1 線性直流穩壓電源原理框圖3.1.2 主要元器件的選擇變壓器的選擇：選擇單相交流220v輸入，+12v輸出的大功率變壓器，交流電輸入處的保險絲選用0.8a。濾波電容的選擇：選用1000f/50v和470f/25v的電解電容，0.1f瓷片電容。整流橋的選擇：可以選用四支型號為1n4007的二極管連接而成。三端集成穩壓器的介紹：lm78xx系列集成穩壓器是最普通也是使用最多的固定輸出集成穩壓器件，幾乎覆蓋低壓直流的所有輸出值

26、，包括7805、7806、7808、7809、7812、7815、7824等。lm78xx系列的集成穩壓器特點是外圍電路簡單，輸出電流最大可達1.5a1。在該電源電路的設計中，我們采用了lm7805和lm7812集成穩壓器用于穩壓。其三端依次為：輸入端、接地端和輸出端，如圖3-2所示。圖3-2 lm7812/lm7805封裝圖3.1.3 電路的設計根據系統的要求，該電源的電路圖如圖3-3所示。圖3-3 系統電源電路變壓器輸入端為單相交流220v，經降壓后，輸出為交流+12v。將電容c1、c2跨接到整流橋的輸出端，可起到有效濾波的作用。穩壓電路主要是指三端集成穩壓器lm7l812ck，vin為輸

27、入端，vout為輸出端，gnd為公共地。lm78l12ck的輸出端為較穩定的+12v直流電壓，經電容c3、c4去耦后即可接入系統中。由于該液體灌裝系統中還要用到+5v直流電，而選用的變壓器只有+12v的輸出，已經用于產生+12v的直流電壓，所以可以采用“二級電源”，即將+12v的直流輸出端再經過降壓，穩壓等過程產生+5v直流電。要將+12v直流電變換成+5v直流電，需要三端集成穩壓器7805，如圖3-3中已選用lm78l05ck。但由+12v降到+5v差值比較大，不能將+12v輸出端直接與穩壓器相連，所以要在二者之間串聯一個大功率電阻。3.2 單片機最小系統設計3.2.1 單片機的選擇單片機全

28、稱為單片微型計算機（single chip microcomputer），它是將計算機的基本部件如cpu、rom、ram、并行i/o口、串行i/o口、定時器/計數器、中斷控制、系統時鐘及系統總線微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機。單片機有著體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應用等優點，在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家電等許多領域中得到日益廣泛的應用。根據本次設計的灌裝機系統的特性，可以選擇atmel公司的at89c51單片機。at89c51單片機是一個低電壓、高性能的coms型8位單片機，片內含4kb的可反復擦寫的flash只讀存儲器和128b的隨機存取數據存儲器（

29、ram）。器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準mcs-51指令系統，單片機內置通用8位中央處理器和flash存儲單元。共有40個有效引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時器/計數器，2個全雙工串行通信口3-4。at89c51有pdip、plcc、tqfp三種封裝形式，本次設計選用pdip封裝形式的at89c51，其引腳圖如圖3-4所示。圖3-4 at89c51單片機引腳圖at89c51單片機性能參數：1兼容mcs- 51系列產品指令；2系統內的4k字節可編程的 flash存儲器；31000次擦寫周期；4時鐘頻率范圍：0

30、 hz至24 mhz；5三級加密程序存儲器；6128×8字節內部ram；732個可編程i/ o口線；8兩個16位定時器/計數器；96個中斷源；10可編程串行通道；11低功耗空閑和掉電模式5。3.2.2 電路的設計對于該單片機的最小系統設計主要是設計復位電路以及外部晶體振蕩電路，所以除了at89c51單片機外還要選擇晶振、電容、電阻等元件。at89c51單片機最小系統電路圖如圖3-5所示。c1為100f的電解電容，r1為10k的電阻，二者與單片機的第9腳（rst）相連，起到上電復位的作用。c2、c3為30pf的瓷片電容，串聯后與11.0592mhz的晶振y1并聯跨接到單片機的xtal1

31、 、xtal2端用于為單片機提供時鐘頻率。其中vcc為+5v直流電壓。圖3-5 at89c51單片機最小系統電路圖3.3 稱重傳感器的選擇在實際應用中稱重傳感器的種類多種多樣，考慮到本次設計的商用灌裝機為稱重式灌裝，而且精度要求很高，因此選擇rl-c04 s式拉壓力傳感器。該稱重傳感器適用于指定的標準稱量，如平臺秤、料斗稱量系統等，尤其適用于一些要求精度高的工業稱量系統。該稱重傳感器采用高度可靠性及密封設計，即使在惡劣環境下，仍能長時間工作。rl-c04 s式拉壓力傳感器外觀如圖3-6所示。rl-c04 s式拉壓力傳感器具有以下技術特點。1高精度，低漂移；2量程范圍寬，適用范圍廣；3具有很強的

32、抗偏、抗側能力；4可選擇模擬量輸出：05v，010ma；5經濟實用。圖3-6 rl-c04 s式拉壓力傳感器該傳感器有4條引線，其中紅色和黃色引線為工作電壓輸入，藍色和白色引線為傳感器信號輸出。工作電壓為+12v，信號輸出端與信號放大電路相連。灌裝過程中，傳感器的輸出信號電壓會隨液體質量的變化而相應地發生變化。3.4 微弱信號放大電路的設計3.4.1 ad620芯片介紹ad620儀表放大器使用說明:在一般訊號放大的應用通常只要透過差動放大電路即可滿足需求，然而基本的差動放大電路精密度較差，且差動放大電路變更放大增益時，必須調整兩個電阻，影響整個訊號放大精確度的變因就更加復雜。儀表放大電路則無上

33、述的缺點。在一般信號放大的應用中通常只要普通差動放大電路即可滿足要求，然而基本的差動放大電路精確度較差，而且差動放大電路需要改變放大增益時，必須調整兩個電阻，應用起來很不方便。儀表放大器則無以上缺點，因此本次設計中的放大器選用ad公司生產的儀表放大器ad620。ad620的引腳圖如圖3-7所示。圖3-7 ad620的引腳圖引腳功能：1、8：外接增益調節電阻；2：反向輸入端；3：同向輸入端；4：負電源；5：基準電壓；6：信號輸出端；7：正電源。3.4.2 ad620的應用電路本系統的信號放大電路如圖3-8所示。圖3-8 系統信號放大電路計算r選用阻值為470的精密電阻，經計算，放大倍數約為106

34、。使用精密電阻主要是因為其電阻阻值受溫度的影響比較小，從而使放大倍數較穩定。由于本次設計的商用灌裝計只需對正電壓放大，因此4腳接地，7腳接+12v直流電壓。2、3腳接壓力傳感器的輸出端，用于輸入液體質量信號，該信號經放大后從6腳輸出。5腳接公共地，表示6腳的輸出即為與地之間的相對電壓。3.5 a/d轉換電路的設計3.5.1 tlc2543芯片介紹由于單片機所能識別的信號為數字信號，而稱重傳感器的輸出信號經過放大后仍為模擬量，所以要將其轉換為數字量，這就要用到a/d轉換器。本次設計所用到的a/d轉換器采用ti公司生產的tlc2543芯片，它具有三個控制輸入端，采用簡單的3線spi串行接口可方便地

35、與微機進行連接，是12位數據采集系統的最佳選擇器件之一。tlc2543的主要特性如下：111個模擬輸入通道；266ksps的采樣速率；3最大轉換時間為10s；4spi串行接口；5線性度誤差最大為±1lsb；6低供電電流（1ma典型值）；7掉電模式電流為4a2。3.5.2 電路設計本次設計的商用灌裝系統的a/d轉換電路如圖3-9所示。其中選擇ain6作為模擬信號的輸入通道，i/o clock，data input，dataout， 端分別與單片機i/o口相連，i/o clock，data input，信號均由單片機送入。tlc2543對模擬輸入信號進行采樣，并在單片機控制下，由data

36、out將轉換后的數字信號送入單片機。 圖3-9 a/d轉換電路這個圖用visio重新畫3.6 液體泵驅動電路的設計在該液體灌裝系統中，主要使用液體泵來完成液體的灌裝過程，其主要工作是將原容器中的液體，抽取到欲灌裝容器中。液體泵抽取液體的開始及停止要由單片機發出命令信號進行控制。考慮到實際應用中要進行大量液體的灌裝，因此這一過程需要選擇用交流220v電壓供電的大功率液體泵完成，對于單片機來說就要選擇合適的開關設備來完成對泵的控制。而在實際工業應用中，繼電器經常作為較小電流控制較大電流的一種自動開關使用，所以在該液體泵驅動電路中，選擇了繼電器作為這樣一種開關設備。hjr-3ff-s-z型電磁繼電器

37、廣泛應用于電子設備中，也同樣適用于本電路中。該繼電器共有5條引腳，如圖3-10所示。其中有腳1、2為繼電器的線圈輸出線，另外3條可作為開關使用，在線圈不通電情況下，觸點3通與觸點5呈閉合狀態，觸點3與觸點4斷開，當給1、2腳接通工作電壓時，觸點3與觸點5斷開，與觸點4閉合。圖3-10 hjr-3ff-s-z型繼電器引腳圖液體泵驅動電路的原理圖如圖3-11所示。圖3-11 液體泵驅動電路原理圖在該電路中，使用單片機的i/o口發出信號來控制繼電器的工作狀態，從而使液體泵工作。上拉電阻r12用來增強單片機i/o口的驅動能力，繼電器選擇+12v工作電壓，其開關觸點與液體泵串聯并與交流220v市網電壓連

38、接。d3為續流二極管1n4148，與繼電器線圈并聯，由于線圈斷電后會產生很大的回流，該二極管的作用就是減少回流對整個電路的影響。當與電路連接的單片機p2.0口發出高電平時，npn型三極管9013的集電極與發射極被導通，從而繼電器線圈被導通，開關觸點3與觸點4閉合，液體泵與220v交流電接通開始抽取液體。當單片機的p2.0口為低電平時，三極管的集電極與發射極被截止，繼電器開關斷開，液體泵停止工作。3.7 聲光報警電路的設計當灌裝完畢后會顯示并提醒本次灌裝完成，電路圖如圖3-12所示。該電路可由單片機i/o口直接控制，當單片機p2.1、p2.2口為低電平時，發光二極管d4被點亮，pnp型三極管90

39、12的集電極和發射極被導通，蜂鳴器ls2發聲。電阻r9、r10用于限流。圖3-12 聲光報警電路圖3.8 鍵盤及顯示電路的設計3.8.1 鍵盤電路的設計系統在實施灌裝動作前，要預先設定灌裝液體的質量值，這一過程可由鍵盤完成。本系統的鍵盤采用3個獨立按鍵：按鍵1用于設置灌裝動作的開始與停止，按鍵2用于使灌裝質量值增加，按鍵3用于使灌裝質量值減少。按鍵與單片機的接口電路如圖3-13所示。3個按鍵分別與單片機的3個i/o口連接，當按鍵按下時，相對應的單片機i/o口接收到的為低電平，在程序控制下完成相應動作。圖3-13 鍵盤與單片機接口電路圖3.8.2 液晶顯示電路的設計液晶顯示器（lcd）具有顯示信

40、息豐富、功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優點,近幾年來被廣泛用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產品中，lcd可分為段位式lcd、字符式lcd和點陣式lcd，其中，段位式lcd和字符式lcd只能用于字符和數字的簡單顯示,不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點陣式lcd不僅可以顯示字符、數字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現屏幕上下左右滾動、動畫、分區開窗口、反轉、閃爍等功能，用途十分廣泛。本系統的設計選用點陣式液晶顯示器tm240128a。tm240128a是內藏t6963c控制器的240×128點陣圖形液晶顯示模塊，帶el黃綠色背光。在lcd

41、板中還有行列驅動器，8kb隨機存儲器，控制電路和時序電路等。通過對t6963c的編程，可以實現點陣式lcd的各種應用。tm240128a還具有以下特點：1本模塊可直接適配于8080mpu和z80mpu的接口信號；2可以設置字符方式與圖形方式的合成顯示（即字符顯示的內容和圖形顯示區的內容通過模塊式設置同時顯示在屏幕上）；3允許mou隨機訪問顯示緩沖區，甚至可以進行位操作；4顯示字符的字體可以分為6× 8點陣和8× 8點陣；5對模塊的操作都進行狀態字的判斷；6復位信號將把行、列計數器和顯示寄存器清零，并且關顯示。復位后可用開顯示指令完整地恢復顯示屏幕上的畫面內容。每次上電后，有

42、必要進行一次軟件復位；7顯示窗口長度（列）已由硬件設置為40（字符數），即列數數據個數的最大值（超出屏幕部分不顯示）；8顯示窗口寬度（行）已由硬件設置為128行；9本模塊內建128種字符，并允許用戶在顯示緩沖區內任意設置一個區域作為外擴的字符發生器cgrom；10顯示緩沖區可分為文本顯示區，圖形顯示區和cgrom區；11光標可在字符方式下啟用，此時光標與所在位的字符通過“或”顯示；12文本特征方式只能在文本模式中（此時文本區和圖像區都必須打開）；13本模塊的控制指令有的需要參數，參數的輸入在指令代碼之前8。tm240128a引腳如表3-1所示。表3-1 tm240128a引腳引腳號引腳名稱功能

43、說明1fg框架地（連接金屬框架）2vss地3vdd電源正電壓4vo電源負電壓5wr寫數據（低電平有效）6rd讀數據（低電平有效）7ce片選信號8c/d命令/數據選擇9reset控制復位1017db0db7數據線18fs字形選擇19aled背光的陽極20kled背光的陰極tm240128a液晶顯示器與單片機接口電路如圖3-16所示。單片機利用數據總線與控制信號直接采用i/o設備訪問形式控制該液晶顯示模塊。at89c51的數據口p0直接與液晶顯示模塊的數據口相連，at89c51的rd、wr作為液晶顯示模塊的讀、寫控制信號；液晶顯示模塊的reset掛在+5v的電源上。電路中，tm240128a的ce

44、，c/d兩個信號分別與at89c51的p2.7和p2.6相連。圖3-14中，r11是阻值為10k的電位器，與lcd的v0引腳相連，當調節電位器、改變電位器接入電路中的阻值時，v0端的電壓也隨之改變，從而可以改變顯示屏字符、圖形的灰度值，一般該v0端的電壓調到-10v左右。圖3-14 tm240128a與單片機接口電路圖液晶顯示器的硬件電路接口設計完畢后還要通過軟件編程來實現其顯示的內容以及顯示的方法，具體實現過程將在第4章中進行闡述。3.9 通信電路的設計隨著單片機應用系統對前沿單片機、現場電路進行遠程控制的需要，單片機與上位機之間實現通信就顯得尤為重要。3.9.1 數據通信方式選擇數據通信方

45、式有兩種，即并行數據通信和串行數據通信。并行通信傳輸速度快，硬件開銷大，而串行通信只需要一對傳輸線進行傳送信息，而且成本低。按照串行數據的同步方式，串行通信可以分為同步通信和異步通信兩類。在異步通信中，數據通常是以字符為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發送端一幀一幀地發送，通過傳輸線被接收設備一幀一幀地接收。發送端可以有各自的時鐘來控制數據的發送和接收，這兩個時鐘彼此獨立。同步通信是一種連續串行傳輸數據的通信方式，一次通信只能傳送一幀信息。同步通信中，同步字符可以采用同一標準格式，也可以由用戶約定。數據的傳輸速率較高，但同步通信要求發送時鐘和接收時鐘保持嚴格同步，在硬件的實現上比較復雜，系統成本

46、高。因此，在本設計中選擇串行異步通信方式。按照數據傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工方式。本設計采用半雙工方式來實現下位機（mcu）和上位機（pc）間的通信9。3.9.2 rs-232c標準接口總線在實現計算機與計算機、計算機與外設間的串行通信時，通常采用標準的通信接口。常用的標準異步串行通信接口有以下幾類：120ma電流環；2usb通用接口；3rs-232c；4rs-422,rs-423和rs-485。rs-232c接口較為常用，它已被內置于每一臺pc機及很多與它們相連的設備中。它是實現通信的最簡便易行的方法，鑒于本系統的實際性能要求，采用rs-232c標準接口，不僅能夠達到通信的

47、目的，而且線路簡單易行。rs-232c是美國電子工業協會（eia）于1962年正式頒布的，在異步串行通信中應用最廣的總線標準。該標準適用于數據通信設備dce和數據終端設備dte間的串行二進制通信，最高數據傳送速率可達19.2kbps，最大傳輸距離為15m。圖3-15 rs-232c總線標準接口的9引腳排列圖從電器特性來看，rs-232c總線的邏輯電平與ttl電平完全不兼容，總線中的任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系，邏輯“0”規定為+5v+15v之間，邏輯“1”規定為-5v-15v之間，噪聲容限為2v。即要求接收器能識別低至+3v的信號作為邏輯“0”，高到-3v的信號作為邏輯“1”。就機械特性

48、而言，rs-232c包括標準的25引腳及其簡化的9引腳排列。實際上，rs-232c的25條引腳中有許多是很少使用的，在計算機與終端通信中一般只使用39條引腳8。rs-232c的9引腳排列如圖3-15所示。各引腳的信號功能如表3-2所示。表3-3 rs-232c總線標準的9引腳功能引腳號引腳名稱功能1dcd載波信號監測2txd發送3rxd接收4dtrdte準備就緒5gnd信號地6dsrdce準備就緒7rtsdte請求發送數據8ctsdce清除發送9ri振鈴指示3.9.3 max232芯片介紹由于rs-232c規定的電平和一般微處理器的邏輯電平不一致，所以必須進行電平轉換，在本系統中可以采用max

49、232轉換芯片。max232產品是由maxim公司推出的一款兼容rs232標準的芯片。該器件包含2驅動器、2接收器和一個電壓發生器電路提供tia/eia-232-f電平，可以把輸入的+5v電壓變換為rs-232c輸出電平所需的-10v+10v電壓。所以采用此芯片接口串行通信系統只需單一的+5v電源就可以了。另外，該芯片價格適中，硬件接口電路簡單，因此被廣泛應用。引腳t1in、t2in、r1out、r2out為接ttl/cmos電平的引腳。t1out、t2out、r1in、r2in為接rs-232c電平的引腳8-11。因此ttl/cmos電平的t1in、t2in引腳應接at89c51的串行發送引

50、腳txd；r1out、r2out應接at89c51的串行接收引腳rxd。與之對應的rs-232c電平的t1out、t2out應接pc機的接收端rd；r1in、r2in應接pc機的發送端td。max232芯片的引腳結構如圖3-16所示。圖3-16 max232芯片引腳圖第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和-12v兩個電源，提供給rs-232串口電平的需要。 第二部分是數據轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數據通道。 其中13腳（r1in）、12腳（r1out）、11腳（t1in）、14腳（t1out）為第一數據通道。 8

51、腳（r2in）、9腳（r2out）、10腳（t2in）、7腳（t2out）為第二數據通道。第三部分是供電。15腳gnd、16腳vcc（+5v）。3.9.4 通信接口電路圖3-17 通信接口電路圖本系統的通信接口電路如圖3-17所示。t2in與at89c51單片機的串行發送引腳txd連接，r2out與at89c51的串行接收引腳rxd連接，r2in連接至pc機的發送端td，t2out連接至pc機的接收端rd。c16、c17、c18、c19為內部電源轉換所需的1f/25v電解電容。電路連接后還要通過軟件程序來完成數據的傳輸和處理。第4章 系統軟件開發環境4.1 軟件結構總體設計軟件設計是系統設計中

52、最關鍵的工作。單片機應用系統的開發不僅要進行硬件接口電路的設計，還要進行軟件的設計，二者相輔相成，缺一不可。在進行總體設計時，要考慮單片機系統的硬件和軟件之前的關系，使軟件能很好的服務于硬件，是總體設計更合理，軟件設計更合理。根據系統總體要實現的功能及性能要求，以及為了便于分析和調試，該液體灌裝系統的應用程序采用結構化程序模塊設計，該系統的軟件程序可分為二個主要部分：下位機程序部分和上位機程序部分。系統軟件總體程序結構如圖4-1所示。圖4-1 系統軟件程序總體結構圖對于51單片機，目前基本上有三種語言支持它的編程，即匯編、pl/m和c語言其中常用的是匯編語言和c語言。匯編語言直接操作系統的硬件

53、資源，要熟練使用它，必須精確掌握每條指令的功能級內部微觀操作過程。采用匯編語言進行程序設計時，會降低軟件開發的效率，因此多數情況下系統的設計者都會采用c語言來編寫程序。對于本次設計的液體灌裝系統的下位機程序我們采用c語言進行編寫，因為c語言代碼的可讀性、可維護性、和可移植性均要優于匯編語言，而上位機程序可以在visual basic 6.0環境下采用vb語言編寫。4.2 下位機程序的設計下位機程序可分成以下各功能模塊：系統初始化模塊、讀取預設定值（鍵盤掃描）模塊、灌裝程序模塊、液晶顯示程序模塊等，其基本結構如圖 4-2所示。圖4-2 下位機程序模塊框圖根據你的論文題目需要重新改畫此圖4.2.1

54、 初始化模塊的設計 初始化模塊主要是對下位機程序各動作子模塊執行前進行總體說明，是程序設計過程當中不可缺少的部分，主要包括對各端口的定義、所使用函數的聲明、液晶顯示初始化、單片機串口初始化等。其基本結構如圖4-3所示。圖4-3 下位機程序初始化結構框圖端口定義主要是對本次系統設計中使用的單片機端口（特別是i/o口）進行明確定義。如在硬件接口電路的設計中使用了at89c51單片機的p0口，因此就要在該模塊中對其進行定義。只有這樣，才能在程序運行的過程當中把單片機各端口要實現的功能體現出來，并且把各模塊的功能有條不紊地銜接起來，使系統正常運行。函數聲明部分用來對整個下位機程序中要使用的各個被調用函

55、數進行聲明，即向編譯系統聲明將要調用此函數，并將有關信息通知編譯系統，聲明的作用是把函數的名字、函數類型以及形參的類型、個數和順序通知編譯系統，以便在調用該函數時系統按此進行對照檢查。按照系統設計的功能，當系統上電后，液晶顯示器就要顯示一些文本信息，例如要在顯示屏幕的上方顯示“液體灌裝系統”，這些信息的顯示要通過液晶顯示的初始化來實現。液晶顯示的初始化主要完成以下工作：設置文本顯示區域首地址、設置文本顯示區域寬度、設置圖形顯示區域首地址、設置圖形顯示區域寬度、光標形式設置、顯示方式設置、顯示開關設置等。單片機串口初始化主要是對單片機串口的工作方式、格式以及波特率等進行設置。4.2.2 讀取預設

56、定值（鍵盤掃描）模塊的設計 該系統鍵盤為3個獨立按鍵s1、s2、s3，分別代表“開始/停止”、“設定值加”、“設定值減”。實現的功能為當按動一下“設定值加”，預設定值會累加10，當按動一下“設定值減”，預設定值會減10，當預設定值設置完成后，按動一下“開始/停止”鍵，灌裝過程開始，在灌裝過程中如果按動“開始/停止”鍵，則灌裝過程會暫停，等待下一步指令，此時可以改變預設定值，再按動該鍵，系統會按新的預設定值灌裝。該模塊的程序結構框圖如圖4-4所示。通常情況下，鍵盤的按鍵在按下或抬起的過程中都會存在按鍵的機械抖動現象，為了使單片機能夠正確識別按鍵的指令，就要想辦法克服這種現象對系統的影響。最常用的方法是通過延時程序來避免機械抖動對系統的影響，其具體方法是當判別出鍵盤上有鍵閉合后，延遲一段時間再判別該按鍵的狀態，若該按鍵仍閉合，則認為該按鍵處于閉合期，否則認為是按鍵的抖動，不執行任何動作。圖4-4 讀取預設定值程序結構框圖重新畫4.2.3 灌裝程序模塊的設計