[導讀] 本文根據系統的技術要求，主要提出了系統硬件結構設計方案并論述設計原理詳細的論述了信號采集電路、LCD顯示電路，4～20mA標準電流輸出電路、打印機電路、鍵盤電路和RS-232接口電路的設計思想。采用了一些抗干擾措施，提高了系統的工作穩定性和測量精度。
1 引言
本系統主要用于對城市及工業排污水流量的監測，為國家的宏觀管理提供信息。其主要技術參數和功能有：
① 水位測量范圍：0.030m~1000m，水位分辨率為0.001m；水位測量誤差：±0.003m；流量測量范圍：10 m3/h~1500 m3/h；流量測量誤差：±3%。
② 實時按小時存儲流量數據，存儲時間為5個月；查詢和打印歷史數據；實時顯示實測數據；
③ 自動顯示運行狀態和操作信息；
④ 通過鍵盤操作，設置系統時鐘和巴歇爾槽的類型。
⑤ 提供RS~232接口功能；輸出4~20mA標準電流信號。
2 系統硬件結構的組成
系統硬件結構圖略，可向作者索取。單片機使用AT89C55WD，該芯片的主要特點是內部集成ROM為20K字節，其它性能與52系列相同。這樣既免去外部ROM的擴展，又提高了系統的可靠性和抗干擾能力。74LS373作為地址鎖存器，將單片機轉換為標準的三總線結構。74LS244驅動器用于提高單片機控制信號的帶載能力，以提高系統工作的可靠性。74LS138譯碼器的高電平使能端E3用P2.7控制，兩個低電平使能端E1、E2直接接地，C、B、A分別連接P2.6、P2.5、P2.4，這樣每個譯碼輸出信號控制的地址范圍為4K字節，共計32K字節且為高地址段、低32K字節的地址段被內部帶有鋰電池的DS1320Y非易失性SRAM芯片占用，地址為0000H ~ 7FFFH。主要用于存放歷史數據，作為數據緩沖區和C51高級語言的運行環境。它的片選信號直接接地，即默認為P2.7為低電平時選通，這樣可減少連線和發生故障的概率。
3 主要模塊功能及其設計
3.1 信號調理電路、數據采集電路
調理電路是將壓差傳感器輸出的微弱電壓信號經放大后，再經具有調零、調滿的后級放大電路，通過低通濾波器輸出0~5V 的電壓信號送至A/D轉換電路MAX197進行采集，由單片機檢測并進行相應的數據處理。該電路應用12位A/D轉換芯片MAX197，共有8個模擬輸入通道，工作方式和通道號在同一字節寫入芯片便可啟動轉換，轉換結束信號為有效電平時，分別讀出低8位和高4位，數字化的值為0~4905，對應著壓力即水的深度h為0~1000mm，將此值代入公式Q＝K×Hn，可計算出瞬時流量Q，式中K和指數n由用戶使用的巴歇爾槽的類型來確定。MAX197可編程芯片的工作方式在啟動前可根據需要設置。
3 鍵盤電路和微型打印機電路
鍵盤接口電路使用8255可編程并行芯片，片選信號的地址為E000H，PA口連接的是操作鍵。PB口連接著功能鍵并用中斷的方式向系統反映用戶的擊鍵信息，它們通過中斷源擴展電路合用單片機的同一中斷源，單片機響應中斷后，利用查詢的方法再進一步的識別具體的中斷源信號，進行相應的操作。操作鍵是配合功能鍵使用的，在不同的功能鍵下完成不同的操作，以減少系統的空間占用和配線。中斷源擴展電路是通過74LS08與門邏輯電路實現的。鍵盤防抖動和防重復鍵是通過軟件實現的。
8255的PC口是連接微型打印機數據線與單片機的接口電路，打印機的BUSY信號使用P14進行查詢訪問，選通信號用P1.5控制。打印機的型號為WH4008A/T，每行點數為240，內部配有全部字符集及所有國標一、二級漢字。用戶可自選使用并行接口或串行接口，本系統選擇使用前者。它提供了眾多的打印機控制命令，有漢字的旋轉，放大，字間距調整，打印條形碼和圖形等，編程靈活方便。
3.3 液晶（LCD）顯示電路
系統使用SED1335彩色液晶顯示器，有效顯示點陣為320X240，顯示顏色為4色；內藏字符發生器CGROM；可工作在文本顯示模式或圖形顯示模式；其最大特點是MPU訪問SED1335不需判其“BUSY”，SED1335隨時準備接收MPU的訪問并在內部時序下及時地把MPU發來的指令、數據傳輸就位。與單片機以總線的形式連接，主要信號有：片選信號地址為0xB000，8Bit數據線接P0口、寫入控制線WR、數據/命令選擇信號線接A8。
3.4 實時時鐘電路
為節省系統的軟件開銷，使其具有良好的實時性，系統采用硬件DS12887實時時鐘電路。DS12887是內部帶有非遺失性RAM的實時時鐘集成電路。24腳雙列直插封裝組件，在一個組件內有石英晶體、鋰電池和一個集成電路。集成電路內包括振蕩器、日歷時鐘、總線接口、寫保護電路、計數器等部件，寄存器A、B、C、D以及114字節的用戶RAM。占用系統地址：0C000H0C00DH依次是秒、秒報警、分、分報警、時、時報警、周、日、月、年寄存器，A、B、C和D控制寄存器；0C00EH~0C07FH為用戶RAM區。
3.5 RS232接D電路
使用兩片MAX232集成電路芯片完成E1A 信號電平標準與TTL信號電平標準之間的轉換，該芯片使用單+5V電源供電，內部具有電壓提升電路。避免了使用其它需用±（12~15）V供電的集成電路芯片所帶來的不便。提供與通信設備硬件握手信號R1、CD、DTR和RTS。
3.6 輸出4~20mA電路
電路結構如圖1。兩片8位雙緩沖DAC0832數摸轉換芯片組成一個16位的DAC。輸出時先將數字信號的高8位輸出到DAC0832（1）輸人緩沖器，片選信號為CSH（地址9000H），這時輸出電流不發生變化。當輸出數字信號低8位輸出時，片選信號CSL（地址A000H）使其進入DAC0832（2）的輸入緩沖器，接著Xfer、WRZ信號有效使得輸出的16位數字信號進入DAC0832（2）（1）的輸出緩沖器，輸出電流作相應的變化。放大器A1是將DAC0832輸出的電流信號轉換為電壓信號。調節電位器RW1使得DAC0832（1）的1LSB對輸出的貢獻是DAC832（2）的1LSB的256倍；放大器A2電路部分用于調節其輸出電壓的滿量程值，AD694的功能是將電壓信號0~2V（或0~10V）轉換為4~20mA（或0~20mA）電流信號。
4 系統的抗干擾措施
采用合理的接地技術先將數字地和模擬地分別連接并各集中于一點，最后兩者在同一點匯聚；對于PCB板的傳感器輸入信號處理電路部分使用鋪地技術；在軟件上使用數字濾波技術——平均值濾波法，以提高系統的測量精度。
5 結束語
本系統經過一段時間的調試、運行，符合系統的技術要求，不久將投放市場。