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1、吉林化工学院毕业设计说明书基于AT89C51智能饮料机控制系统设计Control System Design of Intelligent Beverage Machine Based on AT89C51学生学号： 08510114 学生姓名： 张向阳 专业班级： 自动0801 指导教师： 付 莉 职 称： 助 教 起止日期： 2012.2.282012.6.18 吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology摘 要灌装机设备种类繁多，应用范围也很广，有食品饮料，日用品，医药，工业等。目前灌装机设备走向自动化，灌装机设备在自动化操作下正在改
2、变着灌装过程的动作方式和灌装容器及材料的加工方法。实现自动控制的灌装系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显著消除灌装工序及印刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。本系统以89C51单片机为控制核心，由电源电路、单片机控制电路、称重传感器电路、信号放大电路、A/D转换电路、键盘控制电路、液晶显示电路、液体泵驱动电路、下位机与上位机通信电路以及声光报警电路等硬件接口电路组成。该灌装机采用称重式灌装方式对液体灌装，其中液体质量的定量由压力传感器量取。进行灌装时，称重传感器受压后，内部电阻值发生变化，输出信号随液体质量的增多而逐渐变化，由于该信号比较微弱，不便于传输，所以
3、要先对其进行放大，再通过A/D转换器将模拟量转变成数字量送入单片机的I/O口，由单片机进行识别，当液体重量达到预设定重量时，单片机发出信号使继电器开关断开，液体泵停止工作，并等待下一次灌装开始，同时报警电路会提示本次灌装结束。在灌装过程中，灌装液体的质量会显示在液晶显示屏上，并且会通过单片机串口送入PC机。在设计方法上，将软件工程的思想引用于单片机系统的设计，使系统的信息流向及整体功能设计简单明确、清晰。本系统具有成本低、体积小、集成度高、可靠性高等特点，易于广泛推广和普及，在现代化的各种灌装领域中一定能发挥它的最大效能。关键词：灌装；单片机；通信；称重AbstractFilling mach
4、ine 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 materials processin
5、g 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 and energy and re
6、source 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 machine and host compu
7、ter 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 is under pressure
8、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 I/O port to recogn
9、ize. 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 displayed on the LCD sc
10、reen, 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, high integration and
11、 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目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究意义11.2 国内外发展概况11.3 课题分析2第2章 系统总体方案设计32.1 方案的选择32.2 课题内容及要求32.3 系统整体框图与流程3第3章 系统
12、硬件设计53.1 直流稳压电源的设计53.1.1 功能要求及方案确定53.1.2 主要元器件的选择53.1.3 电路的设计63.2 单片机最小系统设计73.2.1 单片机的选择73.2.2 电路的设计83.3 称重传感器的选择93.4 微弱信号放大电路的设计103.4.1 AD620芯片介绍103.4.2 AD620的应用电路113.5 A/D转换电路的设计113.5.1 TLC2543芯片介绍113.5.2 电路设计123.6 液体泵驱动电路的设计123.7 声光报警电路的设计143.8 键盘及显示电路的设计143.8.1 键盘电路的设计143.8.2 液晶显示电路的设计153.9 通信电路
13、的设计173.9.1 数据通信方式选择173.9.2 RS-232C标准接口总线173.9.3 MAX232芯片介绍183.9.4 通信接口电路19第4章 系统软件开发环境214.1 软件结构总体设计214.2 下位机程序的设计214.2.1 初始化模块的设计224.2.2 读取预设定值（键盘扫描）模块的设计224.2.3 灌装程序模块的设计224.2.4 显示程序模块的设计224.2.5 通信程序的设计224.3 上位机软件的设计224.3.1 Visual Basic的特点224.3.2 VB通信控件的介绍224.3.3 软件的界面设计22第5章 系统测试与仿真225.1 硬件系统的测试2
14、25.1.1 直流稳压电源的调试225.1.2 微弱信号放大电路的仿真及调试225.1.3 液体泵驱动电路的测试225.1.4 声光报警电路的测试225.2 软件系统的调试22结 论22参考文献22致 谢22第1章 绪论1.1 研究意义在现代工业生产过程中，尤其是在石油、化工、医疗、食品饮料等生产领域中都需要大量液体的存储和转移，因此液体灌装系统在这些领域中的作用就不能被忽视。我国饮料酒（不含果露酒、发酵酒精）总产量已达2878万千升，同比增长8.2%。有关专家指出，我国饮料行业是高成长性的行业，成熟饮品增长稳定，新的热点和增长点不断涌现，新兴饮品的增长更快。同时，中国包装机械已发展成世界液态
15、食品行业中有重大影响和极大市场占有率行业。为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。在饮料、牛奶、炼油、化工、制药等行业中，液体灌装是必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为有毒有腐蚀性的介质，以致现场工作环境恶劣，不适合人工现场操作。另外，生产要求该系统具有灌装精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮组相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制，从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必是摆在我们眼前的一大课题。如何应用AT8
16、9C51在饮料灌装中实现控制功能，在相关的研究文献报道中用基于AT89C51的控制系统对灌装进行控制的研究尚不成熟，以致人们难以根据它的具体情况，正确选用参数进行系统控制也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探索。1.2 国内外发展概况灌装机主要是包装机中的一小类产品,根据我国国情，包装机械工业发展的趋势是： 1引进、消化、吸收国外先进技术，建立一批包装机械骨干企业，包括个别中外合资企业。2大多数企业要重点发展中、小型包装机械。3在包装机械生产中，大量引入高新技术，使包装机械产品设计先进、使用可靠，使其性能指标、工艺水平、“三化”（多功能化、高速化、自动化
17、）水平高，向机电结合、主辅机结合、成套联线方向发展。 4以满足重点商品的包装为出发点，发展包装机械新品种。国外饮料灌装设备新动向： 在饮料灌装机设备方面，美国、德国、日本、意大利和英国的制造水平相对较高。我们可以通过这些国家的饮料灌装机的新趋势来确定我们国家与他们之间的差别应该向哪个方面发展才能缩小之间的差别，使我国的灌装机尽快挤进世界先进行业之列。1.多功能：一台设备，可进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳饮料和果汁饮料等多种饮料的冷热灌装；均可进行玻璃瓶与塑料瓶的灌装；2.高速度、高产量：碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达2000灌/分，德国H&K公司、SEN公司、KRONES公司，其灌装机的灌装阀分别
18、达到165头、144头、178头。非碳酸饮料灌装机的灌装阀50-100头，灌装速度最高达1500灌/分；3.技术含量高、可靠性高：全线的自控水平高和全线效率高。在线监测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数、计量精确。集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品不断涌现。1.3 课题分析单片机控制系统有微机和工业生产对象两大部分组成，其中包括硬件电路和软件程序，整个控制系统是通过接口将计算机和生产过程联系起来实现计算机对生产过程的数据处理和控制。硬件电路主要包括：电源电路、单片机控制电路、称重传感器电路、信号放大电路、A/D转换电路、键盘控制电路、液晶显示电路、液体泵驱动电路、通信电路、声光报
19、警。软件程序主要是在Visual Basic 6.0环境下开发完成的。第2章 系统总体方案设计2.1 最优方案的选择灌装系统在灌装过程中起着关键性作用，为了能简单实现灌装系统的设计，将设定的液体送入容器中并提示灌装结束，设计方案如下： 方案1：通过传感器感受到液体重量，降低自身的阻值，来增加电流，并且驱动声光报警器报警。电路简单、可靠但是灵活性和实用性差。方案2：可以通过传感器感知信号多级放大电路，并用电位器调节得到固定的电压值，当得到液体重量信号时，电阻值立刻变小、放大器的放大倍数增加，电压也就随着增加，驱动三极管导通报警电路。该方案有一定的灵活性和可执性，但是电路比较复杂，智能性差。方案3
20、 ：通过51系列单片机作为主控单元，并且能够通过传感器把模拟信号通过A/D信号转换为数字信号，并且读取和显示出来。键盘可以通过不同的应用场合和针对液体做出不同的重量设定，并且储存报警的上限和报警时间，方便查询和日后的工作调查。兼于方案三有成本低、体积小、集成度高、可靠性高、灵活性好等特点，易于广泛推广和普及，因此本设计选择方案三。2.2 课题内容及要求设计一种基于AT89C51灌装机，能够实现对大量液体的存储和转移等功能的控制，具体要求如下：1输出信号：一定范围电压信号。2输入信号：+5V和+12V的直流电压。3模拟量输出功能：具有重量设置功能。4具有显示功能。5供电电源：220VAC10%。
21、6系统的最小分辨率为0.01Kg。2.3 系统整体框图与流程经过分析，该称重式液体灌装机主要应该由电源电路、单片机控制电路、称重传感器电路、信号放大电路、A/D转换电路、键盘控制电路、液晶显示电路、液体泵驱动电路、下位机与上位机通信电路以及声光报警电路等硬件接口电路组成，系统整体功能框图如图2-1所示。图2-1 系统总体设计框图在液体灌装过程中，液体泵将液体从容器A中抽取出来后注入到容器B中，同时称重传感器受到容器B中液体质量的压力后，其内部电阻值立刻变小、电压也随着增加、输出信号也随容器B中液体质量的增多而逐渐变大，由于该信号比较微弱，不便于传输，所以还要对其进行放大。另外，传感器输出的电压
22、是模拟量，单片机不能正常识别，所以还要通过A/D转换器将模拟量转变成数字量，再送入单片机的I/O口，由单片机进行识别。当容器B中液体质量达到预设定质量时，单片机发出信号使继电器开关断开，液体泵停止工作，并等待下一次灌装开始，同时报警电路会提示本次灌装结束。在灌装过程中，灌装液体的质量会显示在液晶显示屏上，并且会通过单片机串口送入PC机中，通过上位机编程统计年、月、日的灌装情况。灌装液体的预设定值是通过键盘设置的。本系统为了实现称重、计算、补偿、标定、键盘输入、显示、汇总等功能，除了连接硬件接口电路外，还要通过上位机和下位机编程。通过程序使各部分电路能够相互协调工作达到系统要求的功能及性能。第3
23、章 系统硬件设计3.1 直流稳压电源的设计电源的设计是电子电路设计的重要环节，在某种意义上可以说电源电路的性能指标直接关系到设计的成败。电源电路的设计，因系统供电形式、系统对电源的要求等具体情况的不同其构成原理、设计方案也有所不同。直流稳压电源的种类繁多，但几乎都是将市电网交流电作为输入电源，再经过转换电路转换成所需参数的直流电，其中这类AC-DC稳压电源从原理的角度来看可分为线性稳压电源和开关稳压电源两类。对于单片机数字控制的电路系统，通常采用基于PWM控制的开关电源。而对于放大器的模拟放大系统，采用线性稳压电源则更具有优势。因此，针对电荷放大器的需要，本文提出了一种基于集成稳压器的多输出线
24、性直流稳压电源的设计。线性稳压电源具有稳压和滤波的双重作用，产生的干扰很小，并且采用工业变压器与市电网隔离，所以既不会引入电网中的干扰，也不会将干扰串入电网中。另外，线性稳压电源同开关型电源相比，稳定度及负载调整率较高，输出波纹电压小，瞬态响应速度快，线路结构简单，便于维修，更重要的是工作可靠，故障率低，具有明显优点，并且经济成本也较低。而开关稳压电源虽然功耗小，效率高，但存在着较为严重的开关干扰，会影响电路中其他元器件的性能，从而不能使整个系统工作正常。考虑到本次设计的系统性能，最终决定使用线性稳压电源作为灌装计的供电电源2。3.1.1 功能要求及方案确定本次设计的灌装机需要用到+5V和+1
25、2V的直流电压，因此要求该电源的输入为220V/50Hz单相交流电，输出为+5V和+12V的直流电。图3-1 线性直流稳压电源原理框图3.1.2 主要元器件的选择变压器的选择：选择单相交流220V输入，+12V输出的大功率变压器，交流电输入处的保险丝选用0.8A。滤波电容的选择：选用1000F/50V和470F/25V的电解电容，0.1F瓷片电容。整流桥的选择：可以选用四支型号为1N4007的二极管连接而成。三端集成稳压器的介绍：LM78XX系列集成稳压器是最普通也是使用最多的固定输出集成稳压器件，几乎覆盖低压直流的所有输出值，包括7805、7806、7808、7809、7812、7815、7
26、824等。LM78XX系列的集成稳压器特点是外围电路简单，输出电流最大可达1.5A1。在该电源电路的设计中，我们采用了LM7805和LM7812集成稳压器用于稳压。其三端依次为：输入端、接地端和输出端，如图3-2所示。图3-2 LM7812/LM7805封装图3.1.3 电路的设计根据系统的要求，该电源的电路图如图3-3所示。图3-3 系统电源电路变压器输入端为单相交流220V，经降压后，输出为交流+12V。将电容C1、C2跨接到整流桥的输出端，可起到有效滤波的作用。稳压电路主要是指三端集成稳压器LM7L812CK，Vin为输入端，Vout为输出端，GND为公共地。LM78L12CK的输出端为
27、较稳定的+12V直流电压，经电容C3、C4去耦后即可接入系统中。由于该液体灌装系统中还要用到+5V直流电，而选用的变压器只有+12V的输出，已经用于产生+12V的直流电压，所以可以采用“二级电源”，即将+12V的直流输出端再经过降压，稳压等过程产生+5V直流电。要将+12V直流电变换成+5V直流电，需要三端集成稳压器7805，如图3-3中已选用LM78L05CK。但由+12V降到+5V差值比较大，不能将+12V输出端直接与稳压器相连，所以要在二者之间串联一个大功率电阻。3.2 单片机最小系统设计3.2.1 单片机的选择单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcompute
28、r），它是将计算机的基本部件如CPU、ROM、RAM、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线微型化并集成到一块芯片上的微型计算机。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家电等许多领域中得到日益广泛的应用。根据本次设计的灌装机系统的特性，可以选择Atmel公司的AT89C51单片机。AT89C51单片机是一个低电压、高性能的COMS型8位单片机，片内含4KB的可反复擦写的Flash只读存储器和128B的随机存取数据存储器（RAM）。器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容
29、标准MCS-51指令系统，单片机内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。共有40个有效引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时器/计数器，2个全双工串行通信口3-4。AT89C51有PDIP、PLCC、TQFP三种封装形式，本次设计选用PDIP封装形式的AT89C51，其引脚图如图3-4所示。图3-4 AT89C51单片机引脚图AT89C51单片机性能参数：1兼容MCS- 51系列产品指令；2系统内的4K字节可编程的 Flash存储器；31000次擦写周期；4时钟频率范围：0 Hz至24 MHz；5三级加密程序存储器；61288字节内部RAM
30、；732个可编程I/ O口线；8两个16位定时器/计数器；96个中断源；10可编程串行通道；11低功耗空闲和掉电模式5。3.2.2 电路的设计对于该单片机的最小系统设计主要是设计复位电路以及外部晶体振荡电路，所以除了AT89C51单片机外还要选择晶振、电容、电阻等元件。AT89C51单片机最小系统电路图如图3-5所示。C1为100F的电解电容，R1为10K的电阻，二者与单片机的第9脚（RST）相连，起到上电复位的作用。C2、C3为30pF的瓷片电容，串联后与11.0592MHz的晶振Y1并联跨接到单片机的XTAL1 、XTAL2端用于为单片机提供时钟频率。其中VCC为+5V直流电压。图3-5
31、AT89C51单片机最小系统电路图3.3 称重传感器的选择在实际应用中称重传感器的种类多种多样，考虑到本次设计的商用灌装机为称重式灌装，而且精度要求很高，因此选择RL-C04 S式拉压力传感器。该称重传感器适用于指定的标准称量，如平台秤、料斗称量系统等，尤其适用于一些要求精度高的工业称量系统。该称重传感器采用高度可靠性及密封设计，即使在恶劣环境下，仍能长时间工作。RL-C04 S式拉压力传感器外观如图3-6所示。RL-C04 S式拉压力传感器具有以下技术特点。1高精度，低漂移；2量程范围宽，适用范围广；3具有很强的抗偏、抗侧能力；4可选择模拟量输出：05V，010mA；5经济实用。图3-6 R
32、L-C04 S式拉压力传感器该传感器有4条引线，其中红色和黄色引线为工作电压输入，蓝色和白色引线为传感器信号输出。工作电压为+12V，信号输出端与信号放大电路相连。灌装过程中，传感器的输出信号电压会随液体质量的变化而相应地发生变化。3.4 微弱信号放大电路的设计3.4.1 AD620芯片介绍AD620仪表放大器使用说明:在一般讯号放大的应用通常只要透过差动放大电路即可满足需求，然而基本的差动放大电路精密度较差，且差动放大电路变更放大增益时，必须调整两个电阻，影响整个讯号放大精确度的变因就更加复杂。仪表放大电路则无上述的缺点。在一般信号放大的应用中通常只要普通差动放大电路即可满足要求，然而基本的
33、差动放大电路精确度较差，而且差动放大电路需要改变放大增益时，必须调整两个电阻，应用起来很不方便。仪表放大器则无以上缺点，因此本次设计中的放大器选用AD公司生产的仪表放大器AD620。AD620的引脚图如图3-7所示。图3-7 AD620的引脚图引脚功能：1、8：外接增益调节电阻；2：反向输入端；3：同向输入端；4：负电源；5：基准电压；6：信号输出端；7：正电源。3.4.2 AD620的应用电路本系统的信号放大电路如图3-8所示。图3-8 系统信号放大电路计算R选用阻值为470的精密电阻，经计算，放大倍数约为106。使用精密电阻主要是因为其电阻阻值受温度的影响比较小，从而使放大倍数较稳定。由于
34、本次设计的商用灌装计只需对正电压放大，因此4脚接地，7脚接+12V直流电压。2、3脚接压力传感器的输出端，用于输入液体质量信号，该信号经放大后从6脚输出。5脚接公共地，表示6脚的输出即为与地之间的相对电压。3.5 A/D转换电路的设计3.5.1 TLC2543芯片介绍由于单片机所能识别的信号为数字信号，而称重传感器的输出信号经过放大后仍为模拟量，所以要将其转换为数字量，这就要用到A/D转换器。本次设计所用到的A/D转换器采用TI公司生产的TLC2543芯片，它具有三个控制输入端，采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微机进行连接，是12位数据采集系统的最佳选择器件之一。TLC2543的主要特性
35、如下：111个模拟输入通道；266ksps的采样速率；3最大转换时间为10s；4SPI串行接口；5线性度误差最大为1LSB；6低供电电流（1mA典型值）；7掉电模式电流为4A2。3.5.2 电路设计本次设计的商用灌装系统的A/D转换电路如图3-9所示。其中选择AIN6作为模拟信号的输入通道，I/O CLOCK，DATA INPUT，DATAOUT， 端分别与单片机I/O口相连，I/O CLOCK，DATA INPUT，信号均由单片机送入。TLC2543对模拟输入信号进行采样，并在单片机控制下，由DATAOUT将转换后的数字信号送入单片机。 图3-9 A/D转换电路这个图用visio重新画3.6
36、 液体泵驱动电路的设计在该液体灌装系统中，主要使用液体泵来完成液体的灌装过程，其主要工作是将原容器中的液体，抽取到欲灌装容器中。液体泵抽取液体的开始及停止要由单片机发出命令信号进行控制。考虑到实际应用中要进行大量液体的灌装，因此这一过程需要选择用交流220V电压供电的大功率液体泵完成，对于单片机来说就要选择合适的开关设备来完成对泵的控制。而在实际工业应用中，继电器经常作为较小电流控制较大电流的一种自动开关使用，所以在该液体泵驱动电路中，选择了继电器作为这样一种开关设备。HJR-3FF-S-Z型电磁继电器广泛应用于电子设备中，也同样适用于本电路中。该继电器共有5条引脚，如图3-10所示。其中有脚
37、1、2为继电器的线圈输出线，另外3条可作为开关使用，在线圈不通电情况下，触点3通与触点5呈闭合状态，触点3与触点4断开，当给1、2脚接通工作电压时，触点3与触点5断开，与触点4闭合。图3-10 HJR-3FF-S-Z型继电器引脚图液体泵驱动电路的原理图如图3-11所示。图3-11 液体泵驱动电路原理图在该电路中，使用单片机的I/O口发出信号来控制继电器的工作状态，从而使液体泵工作。上拉电阻R12用来增强单片机I/O口的驱动能力，继电器选择+12V工作电压，其开关触点与液体泵串联并与交流220V市网电压连接。D3为续流二极管1N4148，与继电器线圈并联，由于线圈断电后会产生很大的回流，该二极管
38、的作用就是减少回流对整个电路的影响。当与电路连接的单片机P2.0口发出高电平时，NPN型三极管9013的集电极与发射极被导通，从而继电器线圈被导通，开关触点3与触点4闭合，液体泵与220V交流电接通开始抽取液体。当单片机的P2.0口为低电平时，三极管的集电极与发射极被截止，继电器开关断开，液体泵停止工作。3.7 声光报警电路的设计当灌装完毕后会显示并提醒本次灌装完成，电路图如图3-12所示。该电路可由单片机I/O口直接控制，当单片机P2.1、P2.2口为低电平时，发光二极管D4被点亮，PNP型三极管9012的集电极和发射极被导通，蜂鸣器LS2发声。电阻R9、R10用于限流。图3-12 声光报警
39、电路图3.8 键盘及显示电路的设计3.8.1 键盘电路的设计系统在实施灌装动作前，要预先设定灌装液体的质量值，这一过程可由键盘完成。本系统的键盘采用3个独立按键：按键1用于设置灌装动作的开始与停止，按键2用于使灌装质量值增加，按键3用于使灌装质量值减少。按键与单片机的接口电路如图3-13所示。3个按键分别与单片机的3个I/O口连接，当按键按下时，相对应的单片机I/O口接收到的为低电平，在程序控制下完成相应动作。图3-13 键盘与单片机接口电路图3.8.2 液晶显示电路的设计液晶显示器（LCD）具有显示信息丰富、功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比拟的优点,近几年来被广泛用于单片机
40、控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中，LCD可分为段位式LCD、字符式LCD和点阵式LCD，其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和数字的简单显示,不能满足图形曲线和汉字显示的要求；而点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动、动画、分区开窗口、反转、闪烁等功能，用途十分广泛。本系统的设计选用点阵式液晶显示器TM240128A。TM240128A是内藏T6963C控制器的240128点阵图形液晶显示模块，带EL黄绿色背光。在LCD板中还有行列驱动器，8KB随机存储器，控制电路和时序电路等。通过对T6963C的编程，可以实现点阵式LC
41、D的各种应用。TM240128A还具有以下特点：1本模块可直接适配于8080MPU和Z80MPU的接口信号；2可以设置字符方式与图形方式的合成显示（即字符显示的内容和图形显示区的内容通过模块式设置同时显示在屏幕上）；3允许MOU随机访问显示缓冲区，甚至可以进行位操作；4显示字符的字体可以分为6 8点阵和8 8点阵；5对模块的操作都进行状态字的判断；6复位信号将把行、列计数器和显示寄存器清零，并且关显示。复位后可用开显示指令完整地恢复显示屏幕上的画面内容。每次上电后，有必要进行一次软件复位；7显示窗口长度（列）已由硬件设置为40（字符数），即列数数据个数的最大值（超出屏幕部分不显示）；8显示窗口
42、宽度（行）已由硬件设置为128行；9本模块内建128种字符，并允许用户在显示缓冲区内任意设置一个区域作为外扩的字符发生器CGROM；10显示缓冲区可分为文本显示区，图形显示区和CGROM区；11光标可在字符方式下启用，此时光标与所在位的字符通过“或”显示；12文本特征方式只能在文本模式中（此时文本区和图像区都必须打开）；13本模块的控制指令有的需要参数，参数的输入在指令代码之前8。TM240128A引脚如表3-1所示。表3-1 TM240128A引脚引脚号引脚名称功能说明1FG框架地（连接金属框架）2VSS地3VDD电源正电压4VO电源负电压5WR写数据（低电平有效）6RD读数据（低电平有效）
43、7CE片选信号8C/D命令/数据选择9RESET控制复位1017DB0DB7数据线18FS字形选择19ALED背光的阳极20KLED背光的阴极TM240128A液晶显示器与单片机接口电路如图3-16所示。单片机利用数据总线与控制信号直接采用I/O设备访问形式控制该液晶显示模块。AT89C51的数据口P0直接与液晶显示模块的数据口相连，AT89C51的RD、WR作为液晶显示模块的读、写控制信号；液晶显示模块的RESET挂在+5V的电源上。电路中，TM240128A的CE，C/D两个信号分别与AT89C51的P2.7和P2.6相连。图3-14中，R11是阻值为10K的电位器，与LCD的V0引脚相连
44、，当调节电位器、改变电位器接入电路中的阻值时，V0端的电压也随之改变，从而可以改变显示屏字符、图形的灰度值，一般该V0端的电压调到-10V左右。图3-14 TM240128A与单片机接口电路图液晶显示器的硬件电路接口设计完毕后还要通过软件编程来实现其显示的内容以及显示的方法，具体实现过程将在第4章中进行阐述。3.9 通信电路的设计随着单片机应用系统对前沿单片机、现场电路进行远程控制的需要，单片机与上位机之间实现通信就显得尤为重要。3.9.1 数据通信方式选择数据通信方式有两种，即并行数据通信和串行数据通信。并行通信传输速度快，硬件开销大，而串行通信只需要一对传输线进行传送信息，而且成本低。按照
45、串行数据的同步方式，串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。在异步通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，通过传输线被接收设备一帧一帧地接收。发送端可以有各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立。同步通信是一种连续串行传输数据的通信方式，一次通信只能传送一帧信息。同步通信中，同步字符可以采用同一标准格式，也可以由用户约定。数据的传输速率较高，但同步通信要求发送时钟和接收时钟保持严格同步，在硬件的实现上比较复杂，系统成本高。因此，在本设计中选择串行异步通信方式。按照数据传送方向，串行通信可分为单工、半双工和全双工方式。本设计采用半双工方式来实现下
46、位机（MCU）和上位机（PC）间的通信9。3.9.2 RS-232C标准接口总线在实现计算机与计算机、计算机与外设间的串行通信时，通常采用标准的通信接口。常用的标准异步串行通信接口有以下几类：120mA电流环；2USB通用接口；3RS-232C；4RS-422,RS-423和RS-485。RS-232C接口较为常用，它已被内置于每一台PC机及很多与它们相连的设备中。它是实现通信的最简便易行的方法，鉴于本系统的实际性能要求，采用RS-232C标准接口，不仅能够达到通信的目的，而且线路简单易行。RS-232C是美国电子工业协会（EIA）于1962年正式颁布的，在异步串行通信中应用最广的总线标准。该标准适用于数据通信设备DCE和数据终端设备DTE间的串行二进制通信，最高数据传送速率可达19.2Kbps，最大传输距离为15m。图3-15 RS-232C总线标准接口的9引脚排列图从电器特性来看，RS-232C总线的逻辑电平与TTL电平完全不兼容，总线中的任何一条信号线的电压均为负逻辑关系，逻辑“0”规定为+5V+15V之间，逻辑“1”规定为-5V-15V之间，噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-
