第3章 硬件设计
3.1 系统硬件设计
主站采用当前主流单片机AT89C52，串行通讯采用RS232串行通讯接口芯片实现主、从通讯，键盘控制输入设定从站滴速，接入显示器显示从站滴速，当从站滴速或液面出现不正常情况时，驱动声光报警发出声光报警。从站也是主要以AT89C52单片机为核心，在辅设一些外围电路，从站可以显示并输入设定滴速进行运行，出现异常情况发出声光报警，另外当主、从站通过通讯接口可相互传输和接收信号。主从站系统总体框图如图3.1所示。
a)
b)
图3.1 a)主站系统框图 b)从站系统框图
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3.2主站及通信网络的设计
3.2.1 主站硬件电路设计
1）MGLS12864液晶显示器
点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H～00FH的16字节的内容决定，当（000）=FFH时，则屏的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则显示屏的右下角显示一短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=FFH，（003H）=00H，?（00EH）=FFH，（00FH）=00H时，则在屏的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。
用LCD显示一个字符时比较复杂，应为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同的位为“1”，其他的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮，这样一来就组成某个字符。但对于内带字符发生器的控制器（如HD61202）来说，显示字符就比较简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。
MGLS12864液晶显示模块接口定义如表3.1所示。
表3.1 MGLS12864液晶显示模块接口定义
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 符号 GSA GSB GND VCC V0 D/I R/W E DB0 DB1 17
状态 输入 输入 － － － 输入 输入 输入 三态 三态 功能 片选A 片选B 电源地 逻辑电源正 液晶显示驱动电源 寄存器选择信号 读/写选择信号 使能信号 数据总线（最低位） 数据总线
11 12 13 14 15 16 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 三态 三态 三态 三态 三态 三态 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线（最高位） MGLS12864液晶显示接口信号中的两片选信号组合如表3.2所示
表3.2 MGLS12864液晶显示选信号组合
GSA 0 0 1 1 GSB 0 1 0 1 MGLS12864 禁止使用 左区 右区 未选 本系统采用P0口作为液晶显示器数据输入信号，P2.0～P2.2分别为寄存器选择信号、读/写选通信号、使能信号。片选信号未选。具体硬件接线图见附表C。
2）I/O扩展键盘
为了充分利用从站单片机的CPU，提高CPU的使用效率。在本设计中，键盘采用中断控制方式，即只有在按下某一个特定的按键（本设计中为“设定”键）时，才向单片机发送一个中断信号，使单片机产生中断，从而使单片机转向处理键盘中断子程序，对键盘进行动态扫描，接受外界输入的键值（包括数字键和“确定”键），当按下“确定”时，系统便退出键盘中断子程序，转向主程序进行滴速的检测与控制。也就是说在未按“设定”键以前，按数字键和“确定”是无效的。
在单片机应用系统中，通常应具有人机对话功能，能随时发出各种控制命令和数据输入以及报告应用系统的运行状态与运行结果。键盘可以分为独立式和矩阵式，每一类按其编码法又都分为编码及非编码两种类型。
独立式键盘是指直接利用I/O口线构成的单个按键电路。每个独立式按键占有一根I/O口线，每根I/O口线的工作状态不会影响其他I/O口线工作。独立式键盘接口电路配置灵活，软件结构简单，但每一个按键必须占一根I/O线，在键数较多时，I/O线浪费较大，因此，在本系统中，为了减少I/O口线的占有用，采用矩阵式键盘。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是用一个按键加以连接，但其结构要复杂一些，识别也要复杂一些。接线如图3.2所示。P1.0～P1.3作为输入线，P1.4～
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P1.7用为输出线。列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O作为输出端，而列线所接的I/O口作为输入端。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，输入线就会被拉低，这样，通过读输入线的状态就可得知是否有键被按下。
3）声光报警电路
设计要求系统发生故障时发出声光报警信号，可选择一只蜂鸣器来实现这一功能。压电式蜂鸣器工作时约需10mA的驱动电流，由于单片机输出信号不能直接驱动蜂鸣器，因此外接驱动电路，电路设计如图3.3所示。蜂鸣器作为三极管VT3的集电极负载，当VT3导通时，蜂鸣器发出鸣叫声；VT3截止时，蜂鸣器不发声，R是限流电阻。
将VT3的基极接到单片机的P2.7管脚上，P3.7作为输出口使用。当P2.7＝0时，VT3、VT2导通时，使蜂鸣器和LED1的两个管脚间获得将近5V的直流电压，蜂鸣器和故障灯中有电流通过，而产生蜂鸣和故障灯点亮；当P2.7＝1时，VT截止，故障灯和蜂鸣器的两管脚间的直流电压接近0V，故不工作，而正常灯两管脚间有接近5V电压而工作。
3.2.2 通信网络设计 RS232是目前被广泛使用的异步串行数字通信电气标准，由
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VT1LED2LED1R14SPEAKERP2.7R13100ΩVT2VT3LSVCC图3.2 I/O扩展键盘接线图 正常灯故障灯图3.3 声光报警电路 R15200Ω200Ω
电子工业协会EIA（Electronics Industry Association）制定。过去数十年中，RS232在低速数据通信领域出尽了风头。这种传输速度不快、传输距离也不远的接口能够在几乎所有民用通信设备中占据主要角色，一个原因是早期用户对通信速度和距离的要求不高（距离可以通过调制解调器加长）；另一个原因是它被所有PC、服务器认同为标准串行接口，成为计算机与桌面设备之间最简单、有效通用的联接通道之一。出于同样的原因，在多单片机之间的通信中RS232也占据着重要位置。
RS232标准推荐的物理联接器有25(DB-25)针型和新一代的9(DB-5)针型，它们在计算机和连接线上的位置和定义如图3.4和表3.3所示。
表3.3 RS232接口定义
DB-9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 信号名称 DCD RXD TXD DTR SG DSR RTS CTS RI 方向 输入 输入 输出 输出 - 输入 输出 输入 输入 含义 数据载波检测 数据接收端 数据发送端 数据终端准备就绪（计算机） 信号地 数据设备准备就绪 请求发送（计算机要求发送数据） 清除发送(Modem准备接收数据) 响铃指示 图3.4 RS232管脚 以上信号在通信过程之中可能会全部或部分使用，最简单的通信仅需TXD、RXD和SG即可完成，其它的握手信号可以做适当处理或者直接悬空，至于是否可以悬空，这根据通信程序而定，本系统中具体接线图如附图C所示。
MAX232系列芯片是把单片机输出的TTL电平转换为RS232标准电平（逻辑1：-15V～-5V;逻辑0：+5V～+15V）。图3.5为MAX232封装图。引脚说明如表3.4所示。
表3.4 MAX232引脚说明
VCC C+、C- 供电电压 外围电容 T1OUT 第一路RS-232电平输出 图3.5 MAX232管脚 T1IN 第一路TTL/COMS驱动电平输入 20