单片机某型微反应实验装置控制系统设计(3)
信号控制和处理模块的核心是单片机。单片机就是在一块硅片上集成了微处理器、存储器及各种I/O接口的芯片，它具有计算机的属性，在工业控制领域应用广泛。单片机分为三大类：51单片机、AVR单片机和基于ARM框架的单片机。不同的单片机特点不同，可根据实际情况进行单片机的选型。
单片机可通过控制引脚电平变化或从引脚输出PWM调制波实现对执行元件的控制。引脚电平变化可控制执行元件与供电电源的开断，从而控制执行元件的动作；引脚输出PWM调制波时，通过改变PWM调制波的占空比可控制执行元件的动作频率[3]。
1.2.2 控制系统软件
控制系统软件分为下位机软件和上位机软件两大部分。
（1）下位机软件
本系统的下位机是单片机，对于单片机的编程有两种语言可以选择：汇编语言和C语言。汇编语言编写代码实时性好，能够直接控制硬件的工作状态，但是汇编语言针对不同的操作平台或微控制器，指令是完全不同的，因此不具有可移植性，修改和文护困难。C语言属于高级语言，C语言程序本身不依赖于硬件，可移植性好。C语言提供了很多数学函数，同时支持浮点运算，开发效率高，能极大地缩短开发时间，使程序的可文护性和可读性增加。本系统单片机采用C语言编程。
（2）上位机软件
本系统的上位机是PC。虚拟仪器的软件开发环境主要有Visual Basic、Visual C++、NI公司的Lab VIEW和Lab Windows/CVI[4]。Visual C++是微软公司推出的可视化集成开发环境，Visual C++6.0源代码编辑器功能强大，它提供了语句自动完成功能，同时其采用Microsoft的代码优化技术，使生成的目标代码更精炼，程序运行速度更快[5]。本系统上位机控制界面采用Visual C++6.0进行开发和编程。
1.3 本文主要内容
根据该型微反应实验装置各组成部分的具体要求，经过分析，比较等环节，结合自身的知识水平，本控制系统决定使用单片机作为控制核心，配以相应功能的外围电路和控制算法，使得系统实现对微反应装置中特定点处的温度、压力和液位的检测、显示和控制。
采用Atmel公司的AVR单片机Atmega128[6]或STC公司的51系列单片机STC89C54 RD+[7]构建控制系统平台。单片机通过串口与PC进行通信，PC控制界面则实现温度、压力、液位的设定和显示。实际温度、压力、液位信号的采集由传感器完成，采集的信号经过变送器处理变成与采集值成比例的标准电压信号。输出的标准电压信号经过A/D转换成数字信号供单片机处理，单片机通过执行相应指令，计算出测量值并控制相应执行元件动作，实现对温度和压力的控制。测量值则通过串口发送给PC并在控制界面的对应位置显示出来。
本文分为以下几个章节对控制系统的设计方案进行说明：
微反应实验装置控制系统总体方案设计
微反应实验装置控制系统硬件设计
微反应实验装置控制系统软件设计
微反应实验装置控制系统调试、仿真和演示
1.4 本设计的工程意义
本文设计的某型微反应实验装置控制系统的硬件电路和控制软件，更多地是从原理上给出了一个可行性方案，若要用到实际工程中还需要一定的改进和完善，但是对于该型微反应实验装置的工程研制还是具有一定的意义。
2. 微反应实验装置控制系统总体方案设计
微反应实验装置控制系统总体设计方案主要由硬件电路部分和软件部分组成。硬件电路部分主要涉及中央处理器、检测元件（传感器和变送器）、A/D转换器、执行元件（控制温度，压力）等，软件部分则主要涉及系统初始化程序、单片机与PC的串口通信程序、A/D转换程序和执行元件控制程序。本章根据该型微反应实验装置各组成单元的实际要求，将系统划分为硬件电路模块和软件模块，提出了控制系统硬件电路和软件的具体设计方案。