1 總體構成

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)過整形后的標準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 硬件線路設計

2.1 資源分配

AT89C52 芯片是基于MCS-51結構的高集成度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型串口和一個增/減定時器計數(shù)器，專門適用于控制應用。選用89C52的另外一個重要原因就是在芯片上實現(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，不必再另外擴展隨機存儲器，節(jié)約了硬件資源。

2.2 串行顯示設計

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，也可采用并行擴展口構成顯示電路，通常，需要擴展器件管腳的較多，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)器的設計

在物位測量儀表中，當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。而在本設計中，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。通過軟件設計，每路開辟存貯單元(利用片內(nèi)RAM)，當P0口有電平跳變時，相應的計數(shù)單元計數(shù)加1，通過軟件設置定時器，當定時時間到時，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 軟件設計

3.1 128字節(jié)內(nèi)存分配

本測量儀設計的另一大特點就是充分利用了128字節(jié)的片內(nèi)RAM，無外部擴展存儲芯片。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 為各種標志位， 42H~5BH為與各路計數(shù)有關的計數(shù)存儲處理單元，5CH~63H為物位報警域值對應的計數(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 結束語

本設計的創(chuàng)新點在于充分利用了AT89C52的硬件資源，實現(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，與軟件編程相結合，大大節(jié)約了硬件資源，減少了通用的單片機擴展芯片，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)濟效益約60萬元(按每套儀表利潤0.8萬元計)。

參考文獻：

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)動器及應用，電子技術應用，1996，6

3 劉志壯　洪添勝等 一種智能液位檢測儀的設計 微計算機信息 2007年第2-1期 P156-157

4 史源平 于京生等 基于工控機的多路核子秤 微計算機信息 2008年第2-1期