电容式智能液位测量仪设计
对于汇编语言而言，即使是功能完全相同的一段程序，对于不同的单片机，必须采用不同的汇编语言来编写。这时因为汇编语言完全依赖于单片机硬件。C语言是通过编译来得到可执行代码的，本身不依赖机器硬件系统，用C语言编写的程序基本上不用修改或者进行简单的修改，既可方便的一直到另一种结构类型的单片机上。
C语言具有直接访问单片机物理地址的能力，可以直接访问片内或者片外存储器，还可以进行各种操作。
总之，用C语言进行单片机程序设计师单片机开发与应用的必然趋势，我们一旦学会使用C语言之后，就会对它爱不释手，尤其是进行大型单片机应用程序开发，C语言几乎是唯一的选择。 2.5 PL2303简介
STC89C52型号的单片机和编写程序的计算机允许通过串口装置来进行通信。所谓串口通信是指计算机和外部设备之间，通过控制线、信号线、地线按位来进行数据输送的数据交换方式。此通信方式具有使用数据线少，节省成本，便于远距离传输数据，缺点是传输速度低。在本系统设计中采用的是PL2303串口转换装置，其功能是实现计算机与单片机的串口通信。图2.5所示为PL2303串口转换装置。
图2.5 PL2303串口转换装置
2.5 本章小结
本章系统的介绍了城市交通灯模拟与控制系统的组成及需要的器件以及对编程语言的选择等等。主要介绍的是STC89C52单片机的内部结构以及外部引脚的功能。对锁存器72HC573的介绍主要是其功能，外部引脚以及使用逻辑。该章对为什么选用C语言作为编程语言做了详细的介绍。对PL2303串口转换装置主要介绍的是其使用方法和功能。
第3章 系统硬件电路设计
3.1 系统硬件电路设计简介
系统的硬件电路模块包括：单片机最小系统模块，按键模块，数码管模块和
发光二极管模块。其中单片机最小系统模块又具体细分为复位电路子模块和晶振电路子模块。这些电路模块均是根据自身所要完成的功能以及彼此之间的联系方式所设计的。单片机最小系统模块就是为了完成程序下达的指令，给后续电路提
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+5V按键模块式为了根据不同的情况设置不同的状态使系统更加供相应的电平信号，40协调的工作，数码管模块式就是为了显示所需要显示的数据，二极管模块可以根Vcc3130pF19据指令完成相应二极管的点亮与熄灭。整个系统的硬件能够完成城市交通灯模拟与控制系统的硬件要求。 C1XTAL1Y130pF3.2 STC89C52单片机最小系统电路 18EAXTAL2C2 能让单片机正常工作所需要连接最少器件的电路称为单片机最小系统电路。STC89C52单片机能够正常工作所必须的外部电路有，5V电源电路，由晶振、电
+5V容、电阻组成的单片机时钟电路、由电阻和常开开关组成的单片机复位电路。 复位3.2.1 STC89C52单片机最小系统简介 C310μF9 STC89C52单片机最小系统是指以RSTSTC89C52单片机为核心，连接复位电按键路，时钟电路，和电源电路，能按照已经下载的程序指令正常工作的单片机最小R110KΩ系统。其原理结构图如图3.1所示。 20VssSTC89C52
图3.1 STC89C52最小系统
3.2.2 复位电路设计
单片机的初始化操作即为复位，复位的主要功能是使控制装置从头也就是0000H单元重新读取并执行程序，这个过程相当于电脑的重启。除了在系统正常工作的时候可以使用，当程序运行出现错误或者由于操作上的原因导致系统不能正常工作，例如程序跑飞或者程序停走，这时候都可以用复位来使系统恢复零初始状态。STC89C52单片机的复位电路如图3.2所示。
图3.2 复位电路图
STC89C52的第RST引脚是复位引脚，即第9引脚是复位引脚，复位信号从该引脚输入。复位信号时高电平有效，只有当RST引脚即第9引脚处于高电平的时间连续超过两个机器周期也就是24个脉冲振荡周期之后，才能使系统复位。正常情况下，为了能够保证系统复位，复位电路的设计应该能使RST引脚保持至少0.01S的高电平。在STC89C52单片机的第9引脚一直处与高电平状态时，系统就会一直处于复位状态。当RST引脚的高电平信号消失时，STC89C52会推出复位状态，重新读取程序存储器的0000H的数据，即从头执行程序。
复位操作有两种方式，一种是上电复位，一种是手动复位。
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由图2.9知道，此复位电路所用电的电阻式10KΩ，所用到的电容式10μF。根据计算公式可以计数得出电容在充电过程中电压升至电源电压的百分之七十（STC89C52单片机的电源供电电压时5V，通过计算可得出此时电容的充电电压为3.5V），所需要的时间为0.1S。这就是说在单片机从刚开始供电到供电到0.1
10μF*10kΩ=0.1S
这个过程中，电容两侧电压从0V逐渐升至3.5V，由于电容两侧的电压值和电阻两侧的电压值之和等于5V，所以在这个过程中电阻两侧的电压从5V逐渐降至1.5V。对于STC89C52型号单片机来说，其判断各端口是高电平还是低电平的标准是：该引脚目前的电压值是否大于1.5V。结合上面的计算可以得出，在单片机的开机上电过程，STC89C52的第九引脚相当于接受了一个时常0.1秒的高电平，这个时间足以使单片机进入复位状态，这就是所谓的上电复位。简单的说上电复位就是在系统加电的过程中，复位电路通过电容的特性，给第9引脚加了一个时长为0.1秒的高电平信号，使系统复位。RST端的高电平时间是由电容大小决定的，这时因为电容的大小决定了充放电时间，电容越大充放电时间越短，电容越小充放电时间约长。
手动复位需要人为在复位输入端RST上加入一个高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间加一个常开的复位开关，当按下该按钮时，电阻的电压会瞬间升至+5V，此时RST引脚的电压为+5V，保持一段时间搞电平即可完成复位。由于是人在按复位按钮开关，所以即使按下按钮的动作很快，也会使按钮保持接通时间超过10mS30pF，即能够满足复位动作的时间要求。
3.2.3 晶振电路设计
C1Y119XTAL1 晶振电路又叫时钟电路，其功能是产生时钟信号，STC89C52型号单片机就30pF18XTAL2其本质来说，可以称其为一个相对比较复杂的时序同步的电路，为了保证单片机C2能够正常工作，STC89C52单片机最小系统必不可少的要有时钟电路，即晶振电路。晶振电流如图3.3所示。
图3.3 晶振电路图
在STC89C52单片机内部有一个输入端与单片机引脚XTAL1相连接的高增益反相放大器，其输出引脚与XTAL2相连接。单片机的外部通过这两个引脚外界
STC89C5217
一个晶振还有两个对称电容，形成一个闭合回路，这个闭合回路就称为自己振荡器也就是晶振电路。在这个电路中对电容的要求不是太苛刻，正常情况下，如果选用的晶振为高质的晶振，那么无论所选用晶振的频率为多少，一般都会选用大小为30pF的一对电容。针对于正常的单片机最小系统来说，选用晶振的频率越高，系统程序运行越快，消耗功率也就随之越大。针对于城市交通灯模拟与控制系统，所选用的STC89C52单片机最小系统晶振频率为11.0592MHz。
在本系统中采用的晶振为石英晶体振荡器。所谓石英晶体振荡器是指具有高稳定性和高精度的一种振荡器，它的使用范围非常广泛小到计算机、遥控器大到火车、轮船都离不开这种晶体振荡器。在通信系统中它所起主要是频率发生器的作为，在数据处理设备中它主要起的是为设备产生时钟信号和基准信号的作用。石英晶振是一种谐振器件，它是利用二氧化硅结晶体即石英晶体的压电效应制成的。它的制作制作过程并不复杂，简单的说就是从一块二氧化硅晶体上按照一定的规则切下来一个薄片，此薄片又称晶片，可以是矩形，圆形，正方形等，然后在它的两个对立面镀上一层银，然后再分别接一根导线，封装加上外壳即可。
本系统中所使用的晶振如图3.4所示。
图3.4 石英晶振
3.23 单片机的工作电源 STC89C52单片机的第20引脚要接地，第40引脚要接5V电压，这样单片机才P0.0k1能正常工作。STC89C52单片机内部有存储程序的存储器，所以，要使其正常工作还应使单片机的第31引脚接k25V电源。 3.3 按键电路设计
STC89C52P0.1P0.2单片k3机 本系统是城市交通灯模拟与控制系统，系统设计要求能够实现时间调节和P0.3模式转换。时间调节和模式转换就需要用到按键电路的介入，因此在本系统中根k4据设计要求设计了有四个按键的按键电路。具体电路图如图3.5所示。
图3.5按键电路原理图
由图2.12以看出P0.0接的是k1，P0.1接的是k2，P0.2接的是k3，P0.3接的是k4。要实现时间调节，就必须有一个时间加按键和一个时间减按键，在本系统中所设计的k1为时间加按键，每按一次k1，时间会加1秒，设计的时间减按键式k2，每按一次k2，时间会减1秒。进入时间调节的按键式k3，当系统正常工作时，程
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序没运行一次都会扫描一次k3，如果k3被按下会进入时间调节状态。按一次切换一个路口，按路口1，路口2，路口3，路口4进行切换。工作模式切换按键为k4，本系统设计了夜间模式，紧急情况模式。夜间模式是根据实际的交通情况，一般夜间车流量比较少，可以没有红绿灯，全黄灯对驾驶员进行路口提醒即可，按一下k4按键系统便可自动进入夜间模式状态。紧急情况状态为，如果出现大雾，或者发生突发事件情况，需要将路口封闭时，可以让交通灯工作在全红状态，以此告诉司机此时为紧急情况，要停车，紧急情况模式是在夜间模式的基础上再按一下k4键即可调节成紧急模式。再按一下k4键即可跳出紧急模式工作在正常红绿灯倒计时状态。 3.4 数码管显示电路设计
数码管显示电路模块为城市交通灯模拟与控制系统的一个核心硬件模块。数码管在该系统中起的是时间指示的作用。它可以显示两类数据，第一种是正常的倒计时剩余时间，还有就是在调节时间的时候可以显示出该路口的绿灯通行时间。和真实的城市交通灯数据显示装置相比，城市交通灯模拟与控制系统的数码管显示装置只是在大小上不及真实的大，但是功能都是一样的。 3.4.1 数码管选定
agfebc 本系统采用的LED数码管是共阴极的双位显示数码管。LED是发光二极管的简称，其PN结是用某些特殊的半导体材料（如磷砷化镓）做成的。当外加正向电压时，可以将电能转换成光能，从而发出清晰悦目的光线。如果将多个LED管排列好并封装在一起，就成为LED数码管。本系统所使用的LED数码管结构示意图如图3.6所示。
hd图3.6 数码管结构示意图
由图可以看出，LED数码管内部只有8个发光二极管a，b，c，d，e，f，g，h。它们是发光二极管的段位。除了h被做成了圆形，其它的7个发光二极管都是条形的，被做成了上图所示的形状用来显示数据。每个发光二极管都有一根电极引导外部引脚上，而另外的一根电极全部连接在一起，引到外引脚，称为公共端（COM）。LED数码管分为共阴极和共阳极两种，共阳极就是把LED数码管的各个发光二极管的阳极都连接在一起，从COM端引出，阴极分别从其他8根引脚引出。使用时，公共极接+5V电压，这样，阴极端输入低电平的发光二极管就会被导通点亮，而输入高电平的数码管则不会点亮。共阴极LED数码管是把各
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