王 芳

(河南廣播電視大學，河南 鄭州 450008)

1 方案論證

此次設計主要是對數(shù)字電路，模擬電路和單片機的綜合運用。其過程是檢測壓力，模數(shù)轉(zhuǎn)換，顯示壓力。檢測壓力時的信號是模擬量，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字量才能用數(shù)碼管來顯示，其工藝流程如圖所示。

下面是對此次設計方案的描述及論證：

第一部分檢測壓力：檢測壓力是由傳感器感應并送入A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。壓力傳感器是檢測氣體，液體，固體等所有物質(zhì)間作用能量的總稱。

第二部分模數(shù)轉(zhuǎn)換：由于模擬信號在時間和量值上是連續(xù)的無法用數(shù)碼管顯示。因此我們要把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這就需要用到轉(zhuǎn)換器在選用轉(zhuǎn)換器時根據(jù)需要，選用了逐漸逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。

第三部分顯示：轉(zhuǎn)換器通過單片機與數(shù)碼管相聯(lián)，單片機我選用了80C51。和8031相比，80C51在片內(nèi)有4KB ROM存儲器，當其不夠時，還可以在擴展。

在實際運用過程中因為8051端口不夠用，因此需要擴展端口。根據(jù)需要和實際情況在擴展端口。選用了一種連接十分簡單，并不需要鎖存器的有鎖存功能的8155與單片機相連。

LED顯示器的選擇LED發(fā)光二極管顯示器是一種當外加電壓加在發(fā)光二極管上可產(chǎn)生可見光的器件，具有體積小、重量輕、工作電壓低、穩(wěn)定、壽命長、響應時間短(一般不超過0.1us)、發(fā)光均勻、清晰、亮度高等優(yōu)點。在本設計中，選擇3位共陽極LED顯示器。至此本次設計的方案已介紹結束。

2 工作原理

2.1 測試原理

該儀器的測試原理是：在規(guī)定的水力梯度和接觸材料條件下，改變法向壓力，測量在土工布及其有關產(chǎn)品平面內(nèi)的水流量儀器應滿足國家標準規(guī)定的測試要求。基于單片機的土工布滲透率控制系統(tǒng)程序設計的設計任務是根據(jù)國家有關標準制定出基于單片機的土工布控制系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)方法，包括儀器主體的設計和控制，按照平面內(nèi)水流量的測定方法工藝要求，確定控制系統(tǒng)的電路硬件設計等。

2.2 儀器硬件的組成及主要技術特征

本儀器由兩大部分組成透水儀主機部分和智能測試裝置。透水儀主機包括進水槽、出水槽、試樣框、集水器、加壓部分和箱體等。智能測試裝置以MCS—51系列單片機80C51為核心，配置有只讀存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器、8個功能鍵按鈕、3位LED數(shù)字顯示板等，可以對土工布的測試狀態(tài)進行設定(梯度、試樣數(shù))，對壓力、集水時間、試樣厚度進行測定，具有數(shù)據(jù)采集與運算處理功能，并能對壓力、厚度、集水時間、水力梯度有選擇地進行數(shù)字顯示，水滿信號來時，能測試滲透率結果。土工布壓力檢測環(huán)節(jié)采用應變式壓力傳感器，厚度采用差動位移傳感器。因信號微弱易受干擾，采集時進行了濾波、放大處理后送入A/D轉(zhuǎn)換器。同時軟件設計了抗干擾程序，減小了測量誤差。由于測試時間較長，為避免因停電造成數(shù)據(jù)丟失，設計了掉電保護及鋰電池供電電路。掉電時使測試狀態(tài)數(shù)據(jù)保存在耗電極小的81C55內(nèi)的RAM中，提高了測試的可靠性。由于采用微機系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集和計時，不需要人為干預，能自動地測試，從根本上避免了人為因素的影響，實現(xiàn)了智能化。

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 80C51系列單片機簡介與特點

單片機的概念：據(jù)有運算，控制，存儲數(shù)據(jù)等功能并用智能化產(chǎn)品的芯片簡稱為單片機，又稱為微處理器。

(1)運算器。運算器以算術邏輯單元ALU為核心，加上累加器ACC、暫存寄存器TMP和程序狀態(tài)字寄存器PSW等所組成

(2)控制器。控制器包括程序計數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、緩沖器以及定時與控制電路等。

(3)存儲器。外部程序存儲器擴展一般采用EPROM、EEPROM芯片。數(shù)據(jù)存儲器擴展通常使用的典型器件有半導體靜態(tài)存儲器SRAM、EEPROM和Flash ROM存儲器芯片。

3.2 量的輸入輸出

量的輸入輸出：被控對象的一些開關狀態(tài)可以經(jīng)過開關兩輸入輸入到單片機系統(tǒng)，如電磁鐵的吸和斷開，電器的啟動于停止，但這些開關控制量一般都不能直接接入單片機。單片機測試系統(tǒng)的設計過程中，被測試對象信號的隔離對整個系統(tǒng)的正常工作具有重要作用。

3.3 A/D轉(zhuǎn)換部分

本部分采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809芯片。ADC0809是一種典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。8路模擬量開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，地址鎖存與譯碼電路完成對ADDA、ADDB和ADDC三個地址位的鎖存和譯碼，譯碼輸出用于8路模擬通道的選擇，三態(tài)輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量。

3.4 I/O擴展

擴展I/O端口的方法主要有3種：一種用數(shù)據(jù)緩沖器或數(shù)據(jù)鎖存器構成簡單的并行I/O接口;另一種是利用專用芯片如8255或8155擴展I/O接口;第三種是使用串行口同步移位寄存器方式擴展I/O接口。本次是利用8155擴展I/O接口。

3.5 LED顯示器接口

LED顯示器結構上有兩種不同形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED顯示器;另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED顯示器。本次采共陰極LED顯示器

4 結束語

至此，基于單片機的土工布滲透率控制系統(tǒng)的硬件電路已設計完成。此次設計，器件的選擇與比較，控制系統(tǒng)制作以及電路的設計與連接等，都是經(jīng)過參閱資料和多次實驗連接完成。系統(tǒng)最終實現(xiàn)了對土工布平面水流量壓力指標和時間的測試。此次設計存在很多不足，有待進行改正。

［1］徐惠民，安德寧。單片機微型計算機原理，接口應用。［M］北京：北京郵電大學出版社，2003年