PAGE水位報(bào)警器畢業(yè)論文專業(yè)電子信息工程技術(shù)題目水位報(bào)警器的研究與設(shè)計(jì)PAGE2目錄1引言 11.1選題的目的意義 11.2應(yīng)解決的主要問題 11.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 22設(shè)計(jì)方案的確定 13硬件設(shè)計(jì) 13.1傳感器的選擇 13.1.1傳感器的概述 13.1.2傳感器類別的選擇 23.1.3傳感器型號(hào)的選擇 43.2A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 63.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 63.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的類別的選擇 73.2.3A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)的選擇 83.3單片機(jī)選擇 123.3.1單片機(jī)的簡介 123.3.28051芯片引腳 133.3.3存儲(chǔ)器 163.4復(fù)位電路和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 173.4.1復(fù)位電路設(shè)計(jì) 173.4.2 時(shí)鐘電路選擇 193.5報(bào)警電路設(shè)計(jì) 203.6控制電路的設(shè)計(jì) 203.7鍵盤顯示電路設(shè)計(jì) 213.7.1鍵盤電路簡介 213.7.2鍵盤電路的分類 223.7.38155的結(jié)構(gòu)與引腳 233.7.4矩陣式鍵盤電路簡介 243.8顯示電路設(shè)計(jì) 253.8.1顯示器件的選擇 253.8.2驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 253.8.3MC14499芯片簡介 263.8.4LED驅(qū)動(dòng)芯片MC14499 283.9集成穩(wěn)壓器電路 293.9.1集成穩(wěn)壓器電路簡介 293.9.2W7805芯片簡介 303.10電源監(jiān)控器件 314軟件設(shè)計(jì) 14.1程序模塊 14.2程序流程圖 14.2.1主程序流程圖 14.2.2A/D0809轉(zhuǎn)換程序流程 24.2.3鍵盤掃描子程序 24.2.4鍵盤顯示子程序的設(shè)計(jì) 4總結(jié) 1參考文獻(xiàn) 1致謝 1附錄A 1附錄B 21引言1.1選題的目的意義隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展，水位報(bào)警計(jì)已經(jīng)從普通型發(fā)展到智能化，而且水位報(bào)警計(jì)的功能日益趨向于完善，然而水位報(bào)警計(jì)的許多相關(guān)理論與技術(shù)仍在不斷發(fā)展。本次設(shè)計(jì)的就是針對鍋爐水位報(bào)警計(jì)研究的一個(gè)課題。因鍋爐里的水在高溫時(shí)汽化供暖，水和汽的損耗較大，要不斷地補(bǔ)充水，使鍋爐里的水位保持一定的高度，水位過低，鍋爐就有爆炸的危險(xiǎn)。為了隨時(shí)了解鍋爐內(nèi)的水位，在鍋爐上都裝有水位計(jì)，水位計(jì)和鍋爐構(gòu)成一個(gè)連通器。常用的有玻璃液位計(jì)、壓強(qiáng)液位計(jì)、浮標(biāo)液位計(jì)、電容液位計(jì)及電阻液位計(jì)等。在高溫和高壓下，也可采用同位素液位計(jì)。水位計(jì)產(chǎn)品多種多樣，其中以玻璃管液位計(jì)和玻璃板液位計(jì)使用的最多，玻璃管液位計(jì)又因材質(zhì)的不同分為普通玻璃管液位計(jì)和石英玻璃管液位計(jì)，二者是有區(qū)別的。本人之選題《水位報(bào)警計(jì)》，具有如下目的意義：①通過查閱資料可以了解當(dāng)前行業(yè)前沿的水位報(bào)警計(jì)技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展?fàn)顩r。②培養(yǎng)自己將所學(xué)的知識(shí)與現(xiàn)實(shí)相聯(lián)系的能力。③水位報(bào)警計(jì)，它的作用是觀測和控制容器內(nèi)的介質(zhì)多少量，通過液面的高度來掌握體積的多少，從而達(dá)到防止超裝和掌握存液數(shù)量的目的。④對水位報(bào)警計(jì)研究，有利于滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需求，通過將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到水位控制上從而使得人們真正體會(huì)到科技的發(fā)展給自己的現(xiàn)實(shí)生活所帶來的方便和舒適。1.2應(yīng)解決的主要問題本設(shè)計(jì)主要解決傳感器的選擇、硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)。其所能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為①可以對水罐水位信息進(jìn)行采集。②通過單片機(jī)控制，使水罐水位水位維持在正常的范圍內(nèi)。③具有鍵盤顯示功能。④具有報(bào)警功能當(dāng)水位超過上限或下限時(shí)，能及時(shí)報(bào)警。⑤對水位進(jìn)行控制的功能。⑥對整個(gè)電路有一個(gè)專門提供電源的基準(zhǔn)電壓回路。⑦對電源進(jìn)行監(jiān)控的電源監(jiān)控器件。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2009-2010年中國容器液位報(bào)警計(jì)產(chǎn)業(yè)專題調(diào)查分析報(bào)告中指出《中國容器液位報(bào)警計(jì)市場分析報(bào)告》立足于容器液位報(bào)警計(jì)市場發(fā)展現(xiàn)狀分析，通過對容器液位報(bào)警計(jì)行業(yè)環(huán)境、容器液位報(bào)警計(jì)產(chǎn)業(yè)鏈、容器液位報(bào)警計(jì)市場供需、容器液位報(bào)警計(jì)價(jià)格、容器液位報(bào)警計(jì)生產(chǎn)企業(yè)的詳盡分析，以使企業(yè)和投資者達(dá)到對容器液位報(bào)警計(jì)產(chǎn)品市場發(fā)展現(xiàn)狀的全面、深入掌握；同時(shí)為使企業(yè)和投資者把握容器液位報(bào)警計(jì)未來的市場發(fā)展趨勢，單位還對容器液位報(bào)警計(jì)行業(yè)未來發(fā)展趨勢和市場前景進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治雠c預(yù)測；另外在投資分析部分，針對企業(yè)投資決策依據(jù)進(jìn)行了重點(diǎn)分析，并綜合給出投資建議。目前國內(nèi)外液位計(jì)的種類很多，有雷達(dá)液位計(jì)、磁性浮子液位計(jì)、石英管液位計(jì)、智能雷達(dá)液位計(jì)、彩色石英管液位計(jì)和超聲波液位計(jì)等等。而生產(chǎn)液位計(jì)的公司有美國羅斯蒙特ROSEMOUNT、德國E+H、日本橫河YOKOGAWA、德國西門子SIEMENS、瑞士ABB、德國VEGA。這些只是常用而較熱門的品牌。2總體設(shè)計(jì)方案的確定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是指這樣的系統(tǒng)，它具有將模擬量（例如溫度、壓力、位移、語音、圖像等）變?yōu)閿?shù)字量，然后經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗螅倥湟燥@示、記錄等功能。典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如圖2.1所示，圖中各單元的功能如下：被測物理量被測物理量傳感器放大，整形，濾波A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)控制設(shè)備顯示設(shè)備報(bào)警設(shè)備變送器2.1典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖被測物理量：主要是指非電的物理量，例如工業(yè)控制中的溫度、壓力、流量、水位等。傳感器：將輸入的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的變換。傳感器的精度直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能，所以是系統(tǒng)中一個(gè)重要的部件。放大，整形，濾波：傳感器的輸出信號(hào)一般不適合直接去轉(zhuǎn)換數(shù)字量，通常要進(jìn)行放大，特性補(bǔ)償，濾波等環(huán)節(jié)的預(yù)處理來完成。A/D轉(zhuǎn)換器：實(shí)現(xiàn)將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，常用的是并行比較型、逐次逼近式、積分式等。單片機(jī)：目前的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能和性能日趨完善，因此主控部分一般都采用單片機(jī)。顯示設(shè)備：常用的顯示器有發(fā)光二極管、7段數(shù)碼管等。控制設(shè)備：一般有按鍵控制，具有設(shè)定，確定等功能。報(bào)警設(shè)備：當(dāng)所測的信號(hào)超出了設(shè)定值，應(yīng)該通知工作人員進(jìn)行處理的設(shè)備，一般有聲光報(bào)警等。綜上所述，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)在硬件方面的工作主要是根據(jù)系統(tǒng)要求，合理選好個(gè)單元器件及互相連接，以及完成輸入、輸出的設(shè)計(jì)。而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，經(jīng)接口對各個(gè)部分進(jìn)行控制；對模擬多路輸入通道的選擇以保證選擇正確的通道；在正確的時(shí)刻取樣和保持以使ADC能正確完成轉(zhuǎn)換；對輸入的數(shù)字信息進(jìn)行運(yùn)算處理以及顯示、記錄和傳輸，對信息格式可能還要做變換工作，這些基本上都是通過編程來實(shí)現(xiàn)。基于上述的考慮本設(shè)計(jì)的整體思路如下:以MCS-51系列單片機(jī)為核心開始設(shè)計(jì)，選用合適的液位傳感器對水罐中的液位參數(shù)進(jìn)行報(bào)警把檢測到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。本次設(shè)計(jì)采用的是變送器，它可以直接把液位信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，而不需要放大、整形、濾波等。對該電信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D與單片機(jī)相連，由I/O端口輸入到單片機(jī)，由單片機(jī)對其進(jìn)行監(jiān)測和控制。在控制電路的控制下，最后經(jīng)過輸出端口單片機(jī)與顯示電路相連通過所編的程序完成顯示功能。設(shè)計(jì)方法從整體上把它分成兩塊：第一塊為硬件電路的設(shè)計(jì)，對傳感器的選型，A/D轉(zhuǎn)換器，接口芯片的選型。為顯示的驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼管的選型。第二塊為軟件的設(shè)計(jì)，采用匯編語言編程，這里面包含定時(shí)對檢測電路數(shù)據(jù)采集，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示等。3硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)大體可以分為5步：①用傳感器將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)，而在設(shè)計(jì)中選用什么類型的傳感器，從經(jīng)濟(jì)性，可靠性和準(zhǔn)確性的方面考慮。②用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后傳送到單片機(jī)里。③是控制電路的設(shè)計(jì)，即鍵盤、按鈕等對水位報(bào)警系統(tǒng)的控制。④顯示、監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)。⑤對電壓基準(zhǔn)電路和電源監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖如圖3.1所示。單單片機(jī)液位變送器時(shí)鐘電路復(fù)位電路操作鍵盤LED顯示驅(qū)動(dòng)電路報(bào)警電路電壓基準(zhǔn)回路電源監(jiān)控電路LED顯示電路A/D轉(zhuǎn)換器水位控制電路3.1硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖3.1傳感器的選擇3.1.1傳感器的概述傳感器是一種能將與待報(bào)警的能量形式，轉(zhuǎn)化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。信號(hào)處理電路用于處理信息，而輸出器件是一種利用已處理過的信號(hào)的裝置、顯示或動(dòng)作。傳感器不但對被測信號(hào)敏感，而且具有把它對被測變量的響應(yīng)送出去的功能。也就是說，傳感器不是一般的敏感元件，它的輸出響應(yīng)還必須易于傳送的物理量。例如彈性膜盒的輸出響應(yīng)是形變，是微小的幾何量（位移）不便于遠(yuǎn)距離傳送。如果把膜盒中心的位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙輼O板的間隙變化，就稱為輸出響應(yīng)是電容量的壓力傳感器。倘若，再通過適當(dāng)?shù)碾娐肥闺娙萘康拇笮檎袷庮l率的高低，就演變成輸出響應(yīng)是頻率值的壓力傳感器。某些敏感元件的輸出響應(yīng)本來就能夠傳送到別處報(bào)警，例如，鉑電阻應(yīng)變電阻的阻值，熱電偶的電動(dòng)勢等，把這些敏感元件稱為傳感器也未嘗不可。由于電信號(hào)便于遠(yuǎn)距離傳送，所以絕大多數(shù)傳感器的輸出是電量的形式，如電壓、電流、電阻、電感、電容、頻率等。也有利用壓縮空氣的壓力大小傳送信息的這種方法在抗電磁干擾和防報(bào)安全方面比電傳送要優(yōu)越，但氣源和線路上的投資較大，而且傳送速度較低。近年來利用光纖傳送信號(hào)信息的傳感器正在發(fā)展，其抗干擾、防爆、快速性都有突出的優(yōu)點(diǎn)。總之，傳感器的輸出物理量不拘一格，其數(shù)值范圍也沒有一定的范圍限制。3.1.2傳感器類別的選擇常用于報(bào)警液位的液位計(jì)有連通器式、吹泡式、差壓式、電容式等，報(bào)警物位的有超聲波物位計(jì)和放射性物位計(jì)等。其報(bào)警原理和特點(diǎn)如下：①連通器式就是應(yīng)用最普通的玻璃液位計(jì)，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉、直觀，適于現(xiàn)場使用，但易破損，內(nèi)表面沾污，造成讀數(shù)困難，不便于遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)。②浮力式液位計(jì)包括恒浮力式和變浮力式兩類。1）恒浮力式液位計(jì)。恒浮力式液位計(jì)是依靠浮標(biāo)或浮子浮在液體中隨液面變化而升降，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格較低，適于各種貯罐的報(bào)警；2）變浮力式液位計(jì)。變浮力式亦稱沉筒式液位計(jì)，當(dāng)液面不同時(shí)，沉筒浸泡于液體內(nèi)的體積不同，因而所受浮力不同而產(chǎn)生位移，通過機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為角位移來報(bào)警液位。此類儀表能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和自動(dòng)調(diào)節(jié)。③吹泡式液位計(jì)是應(yīng)用靜壓原理報(bào)警敞口容器液位。壓縮空氣經(jīng)過過濾減壓閥后，再經(jīng)定值器輸出一定的壓力，經(jīng)節(jié)流元件后分兩路：1）一路進(jìn)到安裝在容器內(nèi)的導(dǎo)管，由容器底部吹出；2）另一路進(jìn)入壓力計(jì)進(jìn)行指示。當(dāng)液位最低時(shí)，氣泡吹出沒有阻力，背壓力零，壓力計(jì)指零；當(dāng)液位增高時(shí)，氣泡吹出要克服液柱的靜壓力，背壓增加，壓力指示增大。因此，背壓即壓力計(jì)指示的壓力大小，就反映了液面的高低。吹泡式液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉，適用于報(bào)警具有腐蝕性、粘度大和含有懸浮顆粒的敞口容器的液位，但精度較低。④差壓式液位計(jì)有氣相和液相兩個(gè)取壓口。氣相取壓點(diǎn)處壓力為設(shè)備內(nèi)氣相壓力；液相取壓點(diǎn)處壓力除受氣相壓力作用外，還受液柱靜壓力的作用，液相和氣相壓力之差，就是液柱所產(chǎn)生的靜壓力。這類儀表包括氣動(dòng)、電動(dòng)差壓變送器及法蘭式液位變送器，安裝方便，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和自動(dòng)調(diào)節(jié)，工業(yè)上應(yīng)用較多。⑤電容式液位計(jì)是采用報(bào)警電容的變化來報(bào)警液面的高低的。它是一根金屬棒插入盛液容器內(nèi)，金屬棒作為電容的一個(gè)極，容器壁作為電容的另一極。兩電極間的介質(zhì)即為液體及其上面的氣體。由于液體的介電常數(shù)ε1和液面上的介電常數(shù)ε2不同，比如：ε1>ε2，則當(dāng)液位升高時(shí)，兩電極間總的介電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之當(dāng)液位下降，ε值減小，電容量也減小。所以，可通過兩電極間的電容量的變化來報(bào)警液位的高低。電容液位計(jì)的靈敏度主要取決于兩種介電常數(shù)的差值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保證液位報(bào)警準(zhǔn)確，因被測介質(zhì)具有導(dǎo)電性，所以金屬棒電極都有絕緣層覆蓋。電容液位計(jì)體積小，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)，適用于具有腐蝕性和高壓的介質(zhì)的液位報(bào)警。接下來來分析一下本設(shè)計(jì)到底用哪一種液位傳感器更為合適，首先，應(yīng)該明確一下，本設(shè)計(jì)是水位報(bào)警計(jì)，因此有很多種，如石油、化工、環(huán)保和水利等。本次所選的是一個(gè)大型水罐，但類似于水塔。根據(jù)下面的信息來確定應(yīng)該用何種傳感器。①連通式傳感器，俗稱直讀液位計(jì)，由于它易于破損，不便于遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)。所以它不適合用在大型水罐上；②浮力式液位計(jì)，價(jià)格較低，簡單易于操作，可用來遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)。適合用在大型水罐上；③吹泡式液位計(jì)簡單價(jià)廉，但精度較低，不適合用在大型水罐上；④差壓是液位計(jì)，主要用表報(bào)警粘稠、有沉淀、有腐蝕或易凍結(jié)的液體，一般不會(huì)用在大型水罐上；⑤電容液位計(jì)體積小，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)，適用于具有高腐蝕性和高壓液位報(bào)警，因此不適合用在大型水罐上；從上面分析中，可以看出浮子式液位計(jì)和應(yīng)變式傳感器都適合作為大型水罐的液位傳感器。在本設(shè)計(jì)中選擇應(yīng)變式液位計(jì)作為液位傳感器。3.1.3傳感器型號(hào)的選擇在本次設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)備選用液位傳感器為JBY系列L形普通投入式液位變送器。作為此次設(shè)計(jì)所使用的傳感器。簡介：投入式靜壓式液位變送器是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用外國先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件，利用壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為4～20mA）。JYB系列L形普通投入式液位變送器適用于石油、化工、冶金、電力、制藥、環(huán)保等行邪惡各種介質(zhì)的液位報(bào)警。精巧的結(jié)構(gòu)，簡單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。4～20mA、0～5V、0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出方式由用戶根據(jù)需要任選。用途與特點(diǎn)：可廣泛用于水廠、污水處理廠、城市供水、高樓水池、水井、礦井、工業(yè)水池、水罐、水文地質(zhì)、水庫、河道、海洋等場所、抗過載能力強(qiáng)、防浪涌電壓，抗腐蝕性能優(yōu)良，具有過壓過流保護(hù)，反向極性保護(hù)，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)用性強(qiáng)，安裝簡便。主要性能指標(biāo)如表3.2所示：表3.2:量程/m0～100內(nèi)各量程，最小量程0.5遲滯性與可重復(fù)性/%FS≤0.1長期穩(wěn)定性/（%FS/年）≤0.1介質(zhì)溫度/℃-20～+70熱力零點(diǎn)漂移/（%FS/℃）≤0.03環(huán)境溫度/℃-10～+60相應(yīng)時(shí)間/ms﹤30供電電壓/VDC＞100，12～32（通常24）最大工作壓力2倍量程輸出信號(hào)電流輸出型≤600電壓輸出型≥3000電氣連接電纜連接外部零件的材料普通不銹鋼/316不銹鋼負(fù)載特性/0～10mA/4～20mA0～5VDC/1～5VDC殼體材料普通不銹鋼/316不銹鋼/鑄鋁外殼報(bào)警介質(zhì)油，水，氣體及其他與316不銹鋼兼容介質(zhì)絕緣電阻/M﹥100準(zhǔn)確度/%FSA級(jí)：0.25B級(jí)：0.5防護(hù)等級(jí)IP68非線性/%FS﹤0.2本質(zhì)安全防爆ExiaⅡ生產(chǎn)廠家：北京昆侖海岸傳感技術(shù)中心3.2A/D轉(zhuǎn)換器的選擇3.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)A/D轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計(jì)思想和制造技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同，性能不同的A/D轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)運(yùn)而生。①轉(zhuǎn)換精度 單片集成A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述的。1）分辨率：它說明A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號(hào)的分辨能力。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)表示。從理論上講，n位輸出的A/D轉(zhuǎn)換器能區(qū)分個(gè)不同等級(jí)的輸入模擬電壓，能區(qū)分輸入電壓的最小值為滿量程輸入的1/。在最大輸入電壓一定時(shí)，輸出位數(shù)越多，量化單位越小，分辨率越高。例如A/D轉(zhuǎn)換器輸出8位二進(jìn)制數(shù)，輸入信號(hào)最大值為5V，那么這個(gè)轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入信號(hào)的最小電壓為19.53mV。2）轉(zhuǎn)換誤差：表示A/D轉(zhuǎn)換器是輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。例如給出相對誤差LSB/2，這就表明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個(gè)字。②轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)。其中并行比較A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高，8位二進(jìn)制輸出的單片集成A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)間可達(dá)50ms以內(nèi)。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器次之，轉(zhuǎn)換速度較慢，一般在10s～50s之間，也有達(dá)幾百納秒的。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間大都在幾十毫秒至幾百毫秒之間。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總位數(shù)、精度要求、輸入模擬信號(hào)的范圍及輸入信號(hào)極性等方面綜合考慮選用何種A/D轉(zhuǎn)換器。3.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的類別的選擇常用的A/D轉(zhuǎn)換器可分為并行比較型、逐次比較型和雙積分型等幾種。①并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器并行A/D轉(zhuǎn)換器具有如下特點(diǎn)。1）由于轉(zhuǎn)換是并行的，其轉(zhuǎn)換時(shí)間只受比較器，觸發(fā)器和編碼電路延遲時(shí)間的限制，因此轉(zhuǎn)換精度較快。使用這種含有寄存器的并行A/D轉(zhuǎn)換電路時(shí)，可以不用附加取樣-保持電路，因?yàn)楸容^器和寄存器這兩部分兼有取樣-保持功能。隨著分辨率的提高，元件數(shù)目要按幾何級(jí)數(shù)增加，一個(gè)n位轉(zhuǎn)換器，所用的比較器個(gè)數(shù)為-1，如8位的并行A/D轉(zhuǎn)換器需要-1=255個(gè)比較器。位數(shù)越多，電路越復(fù)雜，因此要得到分辨率較高的集成并行A/D轉(zhuǎn)換器，需要很復(fù)雜的電路，這也是并行A/D轉(zhuǎn)換器最大的缺點(diǎn)。②逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物體質(zhì)量的過程非常相似。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理就是將輸入的模擬信號(hào)與不同的參考電壓做多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上主次逼近輸入模擬量的對應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間與其位數(shù)和時(shí)鐘脈沖頻率有關(guān)，位數(shù)越少，時(shí)鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)間就越短。這種A/D轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換速度快、精度高的特點(diǎn)。常用的集成逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器有ADC0808/0809系列（8）位、ADC0804(8位)和AD7810（10位）等。③雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是，對輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值轉(zhuǎn)換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測出此時(shí)間間隔，進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出。由于該轉(zhuǎn)換電路是對輸入電壓的平均值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以它具有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力，在報(bào)警中得到廣泛應(yīng)用。由于雙積分A/D轉(zhuǎn)換器在T1時(shí)間內(nèi)采用的是輸入電壓的平均值，因此具有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力。從理論上來說，尤其對周期等于T1或幾分之一T1的對稱干擾（所謂對稱干擾是指整個(gè)周期內(nèi)平均值為零的干擾），有無窮大的抑制能力。即使在工頻干擾幅度大于被測直流信號(hào)，使輸入信號(hào)正負(fù)變化時(shí)，仍有良好的抑制能力。在工業(yè)系統(tǒng)中經(jīng)常碰到的是工頻（50Hz）或工頻的倍頻干擾，故通常選定采樣時(shí)間T1總是等于工頻電源周期的倍數(shù)，如20ms或40ms等。另一方面，由于在轉(zhuǎn)換過程中，前后兩次積分所采用的是同一積分器，因此，在兩次積分期間（一般在幾十至數(shù)百毫秒之間），R、C和脈沖源等元件參數(shù)的變化對轉(zhuǎn)換精度的影響均可以忽略。常用的A/D轉(zhuǎn)換器可分為并行比較型、逐次比較型和雙積分型等幾種，不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)。其中并行比較A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高，8位二進(jìn)制輸出的單片集成A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)間可達(dá)50ms以內(nèi)。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器次之，轉(zhuǎn)換速度較慢，一般在10s～50s之間，也有達(dá)幾百納秒的。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間大都在幾十毫秒至幾百毫秒之間。而且雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器很強(qiáng)的抗工頻干擾能力，再從經(jīng)濟(jì)性方面綜合考慮，逐次比較型是最適合應(yīng)用在設(shè)計(jì)中的A/D轉(zhuǎn)換器。3.2.3A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)的選擇本設(shè)計(jì)采用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，由于輸出級(jí)有8位三態(tài)輸出鎖存器，因而0809的數(shù)據(jù)輸出端可以直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線連接。ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3.2所示。圖3.2ADC0809引腳圖ADC0809各引腳功能如下：IN7～I(xiàn)N0:8路模擬量輸入端，即內(nèi)部8選1多路開關(guān)的輸入端。D7～D0:A/D轉(zhuǎn)換輸出端，輸出信號(hào)與TTL電平兼容，可直接至微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線。ADDA、ADDB、ADDC為多路地址選擇端，用于切換A/D通道，其取值與A/D轉(zhuǎn)換通道的對應(yīng)關(guān)系如3.4表所示。ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC與A/D轉(zhuǎn)換通道的對應(yīng)關(guān)系表3.4：多路開關(guān)地址線被選中的輸入通道對應(yīng)通道的入口地址ADDCADDBADDA000IN000001IN101010IN202011IN303100IN404101IN505110IN606111IN707ALE：地址鎖存信號(hào)輸入線。ADC0809完成一次A/D轉(zhuǎn)換的典型時(shí)間為120S，為保證轉(zhuǎn)換結(jié)果正確，轉(zhuǎn)換期間要保證不進(jìn)行通道切換，ALE信號(hào)下降沿將啟動(dòng)A/D時(shí)的ADDA、ADDB、ADDC信號(hào)鎖存入芯片內(nèi)部地址鎖存器。START：啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入引腳，其上升沿清除上一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，其下降沿用以啟動(dòng)內(nèi)部控制邏輯，是A/D轉(zhuǎn)換器開始工作。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，其上升沿表示A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以讀取結(jié)果。OE:輸出允許控制端，高電平有效。信號(hào)有效時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果送到D0～D7數(shù)據(jù)線上。CLOCK：轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘信號(hào)輸入端。它的頻率決定了A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。但該頻率不得高于640kHz,其對應(yīng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100S。和：ADC0809內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的參考電壓輸入引腳。不能為負(fù)值，不能超過，且應(yīng)滿足如下關(guān)系：/2-/2和GND：ADC0809的電源引腳，它采用+5V電源供電。主要特性：①8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。②具有轉(zhuǎn)換起停控制端。③轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。④單個(gè)＋5V電源供電。⑤模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。⑥工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度。⑦低功耗，約15mW。在本設(shè)計(jì)中使用到74LS373。74LS373是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，其引腳如圖3.3所示。圖3.3鎖存器74LS373的引腳其引腳的功能如下：D7～D0：8位數(shù)據(jù)輸入線Q7～Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)，高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高電平的時(shí)候，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為低電平的時(shí)候，三態(tài)門打開，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號(hào)為高電平的時(shí)候，輸出線為高阻態(tài)。74LS373的功能表如表3.5所示。表3.5：GDQ0111010000×不變1××高阻態(tài)ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上.ADC0809轉(zhuǎn)換是采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的，由單一的+5V供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選一的模擬開關(guān)，由A，B，C引腳的編碼來確定所選通道。0809完成一次轉(zhuǎn)換需要100us左右，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到MCS-51的數(shù)據(jù)總線上，通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?809可對0-5V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如上所說，ADC0809與單片機(jī)的接口電路如圖3.4所示。圖3.4ADC0809與單片機(jī)的接口電路3.3單片機(jī)選擇3.3.1單片機(jī)的簡介單片機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器（CPU），存儲(chǔ)器和各種輸入，輸出接口，這樣一塊集成電路芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性，因而被稱為單片機(jī)微型機(jī)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。MCS是Intel公司生產(chǎn)的單片機(jī)的系列符號(hào)，例如Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCCS-96系列單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型8031，8051，8751。MCS-51由如下幾個(gè)功能部件組成：①微處理器②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器③程序存儲(chǔ)器④4個(gè)8位并行I/O口⑤一個(gè)串行口⑥2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器⑦中斷系統(tǒng)⑧特殊功能寄存器。MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)，特別值得一提的是MCS-51CPU中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的1位微機(jī)算機(jī)。這個(gè)1位計(jì)算機(jī)有自己的CPU，位寄存器，I/O口和指令集。1位機(jī)在開關(guān)決策，邏輯電路仿真，工業(yè)控制方面非常有效：而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長處。MCS-51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相成，它是計(jì)算機(jī)的技術(shù)上的一個(gè)突破，本設(shè)計(jì)采用8051單片機(jī)。MCS-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)鐘ROM定時(shí)/計(jì)數(shù)器串行I/O并行I/ORAMCPU外部時(shí)鐘復(fù)位中斷電源圖3.5MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3.3.28051芯片引腳8051是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳圖如圖3.6所示：圖3.68051引腳圖其引腳功能如下：P0.0～P0.7P0口8位雙向口線（在引腳的39～32號(hào)端子）。P1.0～P1.7P1口8位雙向口線（在引腳的1～8號(hào)端子）。P2.0～P2.7P2口8位雙向口線（在引腳的21～28號(hào)端子）。P3.0～P3.7P2口8位雙向口線（在引腳的10～17號(hào)端子）。P0口有三個(gè)功能：1）外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0～D7為數(shù)據(jù)總線接口）2）外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（如圖1中的A0～A7為地址總線接口）3）不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個(gè)功能：①擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用②做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；1)ALE/PROG地址鎖存控制信號(hào)在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。8051擴(kuò)展EEPROM電路，ALE與74LS373鎖存器的G相連接，當(dāng)CPU對外部進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。ALE有可能是高電平也有可能是低電平，當(dāng)ALE是高電平時(shí)，允許地址鎖存信號(hào)，當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)負(fù)跳變（即由正變負(fù)）將P0口上低8位地址信號(hào)送入鎖存器。當(dāng)ALE是低電平時(shí)，P0口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。

在沒有訪問外部存儲(chǔ)器期間，ALE以1/6振蕩周期頻率輸出（即6分頻），當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器以1/12振蕩周期輸出（12分頻）。從這里可以看到，當(dāng)系統(tǒng)沒有進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)ALE會(huì)以1/6振蕩周期的固定頻率輸出，因此可以做為外部時(shí)鐘，或者外部定時(shí)脈沖使用。

2)PORG為編程脈沖的輸入端在單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成中，8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)4KB或8KB的程序存儲(chǔ)器（ROM），ROM的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序的，實(shí)際上是通過編程脈沖輸入才能寫進(jìn)去的，這個(gè)脈沖的輸入端口就是PROG。

3)PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。內(nèi)部ROM讀取時(shí)，PSEN不動(dòng)作；外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次；外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)PSEN脈沖被跳過不會(huì)輸出；外接ROM時(shí)，與ROM的OE腳相接。4)EA/VPP訪問和序存儲(chǔ)器控制信號(hào)接高電平時(shí)：CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）。擴(kuò)展外部ROM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過0FFFH（8051）1FFFH（8052）時(shí)自動(dòng)讀取外部ROM。接低電平時(shí)：CPU讀取外部程序存儲(chǔ)器（ROM）。8031單片機(jī)內(nèi)部是沒有ROM的，那么在應(yīng)用8031單片機(jī)時(shí)，這個(gè)腳是一直接低電平的。5)RST復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的信號(hào)連續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作，當(dāng)復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC=0000H，即復(fù)位后將從程序存儲(chǔ)器的0000H單元讀取第一條指令碼。6)XTAL1和XTAL2外接晶振引腳。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。

7)VCC：電源+5V輸入8)VSS：GND接地。3.3.3存儲(chǔ)器MCS-51單片機(jī)在物理結(jié)構(gòu)上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：①片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。②片外程序存儲(chǔ)器。③片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。④片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但在邏輯上，即從用戶的角度上，8051單片機(jī)有三個(gè)存儲(chǔ)空間：①片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64K的程序存儲(chǔ)器地址空間(MOVC)。②256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間(MOV)。③以及64K片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間(MOVX)。在訪問三個(gè)不同的邏輯空間時(shí)，應(yīng)采用不同形式的指令,以產(chǎn)生不同的存儲(chǔ)器空間的選通信號(hào)。8051單片機(jī)存儲(chǔ)器的空間結(jié)構(gòu)圖如圖3.7所示。圖3.78051單片機(jī)存儲(chǔ)器的空間結(jié)構(gòu)圖①程序存儲(chǔ)器它是用于存放用戶程序。數(shù)據(jù)和表格等信息。對于內(nèi)部無ROM的8031單片機(jī)，它的程序存儲(chǔ)器必須外接，空間地址為64kB,此時(shí)單片機(jī)的端必須接地。強(qiáng)制CPU從外部程序存儲(chǔ)器讀取程序。對于內(nèi)部有ROM的8051等單片機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)，則需接高電平，使CPU先從內(nèi)部的一個(gè)微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)，除了它們強(qiáng)大的硬件外，還需要它們運(yùn)行的軟件，其實(shí)微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預(yù)先編寫的程序而執(zhí)行之。那么設(shè)計(jì)人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲(chǔ)器中，俗稱只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)。程序相當(dāng)于給微處理器處理問題的一系列命令。其實(shí)程序和數(shù)據(jù)一樣，都是由機(jī)器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲(chǔ)器中。MCS-51具有64kB程序存儲(chǔ)器尋址空間，程序存儲(chǔ)中讀取程序，當(dāng)PC值超過內(nèi)部ROM的容量時(shí)，才會(huì)轉(zhuǎn)向外部的程序存儲(chǔ)器讀取程序。當(dāng)=1時(shí)，程序從片內(nèi)ROM開始執(zhí)行，當(dāng)PC值超過片內(nèi)ROM容量時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部ROM空間。當(dāng)=0時(shí)，程序從外部存儲(chǔ)器開始執(zhí)行，例如前面提到的片內(nèi)無ROM的8031單片機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中就要把8031的引腳接為低電平。②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也稱為隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。MCS-51內(nèi)部RAM有128或256個(gè)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(不同的型號(hào)有分別),片外最多可擴(kuò)展64KB的RAM,構(gòu)成兩個(gè)地址空間，訪問片內(nèi)RAM用“MOV”指令，訪問片外RAM用“MOVX”指令。它們是用于存放執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的。MCS-51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可讀寫，部分單元還可以位尋址。8051單片機(jī)片內(nèi)RAM共有256個(gè)單元(00H-FFH),這256個(gè)單元共分為兩部分。其一是地址從00H—7FH單元(共128個(gè)字節(jié))為用戶數(shù)據(jù)RAM。從80H—FFH地址單元(也是128個(gè)字節(jié))為特殊寄存器(SFR)單元。3.4復(fù)位電路和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)3.4.1復(fù)位電路設(shè)計(jì)MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種形式。①上電自動(dòng)復(fù)位上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。MCS-51單片機(jī)的上電自動(dòng)復(fù)位電路如圖3.8所示，在時(shí)鐘電路工作后，在RST端連續(xù)給出兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可完成復(fù)位操作。圖中給出了復(fù)位電路參數(shù)。圖3.8MCS-51單片機(jī)的上電自動(dòng)復(fù)位電路②上電加按鍵手動(dòng)復(fù)位MCS-51單片機(jī)的上電加按鍵手動(dòng)復(fù)位電路如圖3.9所示。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端通過51的小電阻與+5V電源接通，電容迅速放電，使RST引腳為高電平；當(dāng)復(fù)位按鍵彈起后，+5V電源通過2k電阻對22F電容重新充電，RST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。其持續(xù)時(shí)間取決于RC電路的時(shí)間常數(shù)。圖3.9MCS-51單片機(jī)的上電加按鍵手動(dòng)復(fù)位復(fù)位時(shí)，ALE和成復(fù)位狀態(tài)，即ALE==1時(shí)，片內(nèi)RAM不受復(fù)位影響。復(fù)位后，P0～P3口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將07H寫入堆棧指針SP，同時(shí)將PC和其余特殊功能寄存器清零。此時(shí)，單片機(jī)從起始地址0000H開始重新執(zhí)行程序。所以，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可使其復(fù)位后重新運(yùn)行。在本次設(shè)計(jì)中使用復(fù)位電路上電加按鍵手動(dòng)復(fù)位電路。時(shí)鐘電路選擇MCS-51單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另外一種為外部時(shí)鐘方式。①內(nèi)部時(shí)鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后再引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接接送人內(nèi)部時(shí)鐘電路，外接晶振時(shí)，C1和C2的值通常選擇為30pf左右；C1和C2對頻率有微調(diào)作用，對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶振的頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.2～12MHZ之間選擇。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2靠近。單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路如圖3.10所示。圖3.10單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路②外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號(hào)，常用于多片MCS-51單片機(jī)同時(shí)工作，以便于多片單片機(jī)之間的同步，一般低于12MHz的方波。如圖3.11所示。圖3.11單片機(jī)外部時(shí)鐘電路在本設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。3.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)測控系統(tǒng)發(fā)生故障或處于某種緊急狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)能發(fā)出提醒人們警覺的報(bào)警信號(hào)或者提示信號(hào)，常見的報(bào)警信號(hào)為聲音報(bào)警。蜂鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需要購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS-51的一根口線經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。本設(shè)計(jì)采用蜂鳴報(bào)警裝置，如圖3.12所示圖3.12蜂鳴報(bào)警電路3.6控制電路的設(shè)計(jì)控制電路在這里起到非常重要的作用，在水位報(bào)警中報(bào)警到水罐中水位的高度，當(dāng)水位高于警戒水位時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，水泵停止對水罐供水；當(dāng)水位低于警戒水位時(shí)，電動(dòng)機(jī)起轉(zhuǎn)，水泵開始對水罐供水。其電路圖如圖3.13所示。3.13控制電路電路圖3.7鍵盤顯示電路設(shè)計(jì)3.7.1鍵盤電路簡介單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是單片機(jī)的工作內(nèi)容之一。單片機(jī)在忙于各種工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式鍵盤工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU工作的繁忙情況而定，其原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時(shí)間。鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，操作人員一般都是通過鍵盤向單片機(jī)系統(tǒng)輸入命令、地址和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。鍵盤實(shí)際上式一組按鍵開關(guān)的集合，平均按鍵開關(guān)總是處于斷開狀態(tài)，當(dāng)按下鍵時(shí)它才閉合。當(dāng)按鍵開關(guān)未按下時(shí)，開關(guān)處于斷開狀態(tài)，輸出為高電平；當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)，開關(guān)處于閉合狀態(tài)，輸出為低電平。通常按鍵開關(guān)為機(jī)械式開關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，斷開時(shí)也不會(huì)馬上斷開，因而在閉合和斷開的瞬間都會(huì)伴隨著一串的抖動(dòng)，如圖所。抖動(dòng)時(shí)間的長短由按鍵開關(guān)的機(jī)械特性決定，一般為5～10ms，這種抖動(dòng)對于人來說是感覺不到的，但對于單片機(jī)來說，則是完全可以感應(yīng)到的。鍵盤的處理主要涉及2個(gè)方面的內(nèi)容：①按鍵的識(shí)別由于鍵位未按下，輸出為高電平，鍵位按下，輸出為低電平，因此可以通過檢測輸出線上的高/低來判斷鍵位有無按下。如果檢測到位高電平，說明沒有按下；如果檢測到為低電平，則說明該線路上的鍵位已按下。②抖動(dòng)的消除按鍵時(shí)，無論按下鍵位還是放開鍵位都會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，按下鍵位時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)成為前沿抖動(dòng)，松開鍵位時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)成為后沿抖動(dòng)。如果對抖動(dòng)不作處理，必須會(huì)出現(xiàn)暗一次鍵輸入多次，為確保按一次鍵只確認(rèn)一次，必須消除按鍵抖動(dòng)。消除按鍵抖動(dòng)通常有兩種方法：硬件消抖和軟件消抖。硬件消抖是通過在按鍵輸出電路上加一定的硬件線路來消除抖動(dòng)，一般采用R-S出發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路。經(jīng)過圖中的R-S觸發(fā)器消抖后，輸出端的信號(hào)就為標(biāo)準(zhǔn)的矩形波。軟件消抖是利用延時(shí)來跳過抖動(dòng)過程，當(dāng)判斷有鍵按下后，先執(zhí)行一段大于10ms的延時(shí)程序后再去判斷按下的鍵位是哪一個(gè)，從而消除前沿抖動(dòng)的影響。對于后沿抖動(dòng)，只需在接受一個(gè)鍵位后，經(jīng)過一定時(shí)間再去檢測有無按鍵，這樣就自然跳過后抖動(dòng)時(shí)間而消除后沿抖動(dòng)了，鍵盤處理過程往往是采用這樣的方式。3.7.2鍵盤電路的分類鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。①獨(dú)立式鍵盤與單片機(jī)的接口獨(dú)立式鍵盤就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根I/O接口線，每根I/O接口線上的按鍵都不會(huì)影響其他的I/O接口線。因此，通過檢測I/O接口線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷出哪個(gè)按鍵被按下了。獨(dú)立式鍵盤的電路配置靈活，軟件簡單。但每個(gè)按鍵要占用一根I/O接口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O接口線浪費(fèi)很大。故在按鍵數(shù)量不多時(shí)，常采用這種形式。②矩陣式鍵盤與單片機(jī)的接口矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O接口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行、列的交點(diǎn)上。例如44的行、列結(jié)構(gòu)可組成16個(gè)鍵的鍵盤，比一個(gè)鍵位用一根I/O接口線的獨(dú)立式鍵盤少了一般的I/O接口線。而且鍵位越多，情況越明顯。因此，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，往往采用矩陣式鍵盤。行列式鍵盤適用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上。很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場，行列式鍵盤與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口線。對于獨(dú)立式鍵盤，由于按鍵的數(shù)目比較少，可根據(jù)需要靈活編碼。對于行列式鍵盤，按鍵的位置有行號(hào)和列號(hào)唯一確定，所以常常采用依次排列鍵號(hào)的方式對鍵盤進(jìn)行編碼。在本設(shè)計(jì)中由于按鍵較多，所以采用矩陣式鍵盤。它是采用8155并行擴(kuò)展接口構(gòu)成的鍵盤顯示接口電路。下面簡要介紹的8155的結(jié)構(gòu)與引腳。3.7.38155的結(jié)構(gòu)與引腳8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6―12(b)所示。它含有1個(gè)256字節(jié)的RAM、1個(gè)14位定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及3個(gè)并行I/O口,其中A口、B口均為8位,C口為6位。A口、B口既可作為基本I/O口,也可作為選通I/O口；C口除可作為基本I/O口外,還可用作A口、B口的應(yīng)答控制聯(lián)絡(luò)信號(hào)線。此外,8155內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器組,用來存放控制命令字。8155引腳圖如圖3.14所示。圖3.148155的引腳圖8155引腳功能8155為40引腳雙列直插式封裝芯片。現(xiàn)將其各引腳的功能簡介如下：AD0～AD7：地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線。它與8031單片機(jī)的P0口直接相連。8155和CPU之間的地址、數(shù)據(jù)、命令及狀態(tài)信號(hào)都通過這組信號(hào)線傳送。：片選信號(hào),輸入,低電平有效。：RAM和I/O口選擇線。當(dāng)=1時(shí),選中I/O口；當(dāng)=0時(shí),選中RAM。ALE：地址鎖存信號(hào)。：讀選通信號(hào),輸入,低電平有效。：寫選通信號(hào),輸入,低電平有效。TIMERIN：定時(shí)器輸入。它是8155片內(nèi)定時(shí)器的脈沖信號(hào)輸入端。TIMEROUT：定時(shí)器輸出。通過它可以輸出矩形波或脈沖波。PA0～PA7：A口通用的輸入/輸出線。由編程來決定是輸入還是輸出。PB0～PB7：B口通用的輸入/輸出線。由編程來決定是輸入還是輸出。PC0～PC5：C口的輸入/輸出或控制信號(hào)線。3.7.4矩陣式鍵盤電路簡介行列式鍵盤工作原理:按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。無按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。其鍵盤顯示電路如圖3.15所示。圖3.15鍵盤顯示電路水位控制系統(tǒng)的水位顯示和水位的設(shè)定直接采用電路在一塊。當(dāng)水位低于設(shè)定的最低水位值時(shí)，也采用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。用0#、1#鍵作為水位最高限、最低限的設(shè)定功能鍵；2#、3#鍵作為水位值設(shè)定的增加和減小功能鍵。0#鍵：作為最高水位的設(shè)定功能鍵。按一次進(jìn)入最高水位設(shè)定狀態(tài)，選擇最高限水位值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。1#鍵：作為最低水位的設(shè)定功能鍵。按一次進(jìn)入最低水位設(shè)定狀態(tài)，選擇最低限水位值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。2#鍵：+1功能鍵，每一次將溫度值加1，范圍為1～99m。3#鍵：-1功能鍵，每一次將溫度值減1，范圍為99～1m。3.8顯示電路設(shè)計(jì)3.8.1顯示器件的選擇①LED顯示器件單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常用到LED數(shù)碼管作為顯示輸出設(shè)備。LED數(shù)碼管顯示器雖然顯示信息簡單，但它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長、與單片機(jī)接口方便等特點(diǎn)，基本上能滿足單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，所以在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常用到。②LCD顯示器件液晶顯示器簡稱LCD顯示器，它是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線的傳播方向的特性實(shí)現(xiàn)顯示信息的。液晶顯示器具有體積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。液晶顯示器按其功能可分為三類：筆段式液晶顯示器、字符點(diǎn)陣式液晶顯示器和圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器。前兩種可顯示數(shù)字、字符和符號(hào)等，而圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器還可以顯示漢字和任意圖形，達(dá)到圖文并茂的效果。LED和LCD是完全不一樣的概念，LED是發(fā)光二極管屬于二極管的一種，LCD是液晶顯示器，兩者相差太多，但是用LED的點(diǎn)陣也能組成顯示器，適用于戶外大屏幕顯示，分辨率較低。在設(shè)計(jì)中，所設(shè)計(jì)的液位報(bào)警計(jì)，顯示電路是對液位進(jìn)行顯示，它所需的精度要求不是很高，而且從價(jià)格上綜合考慮，應(yīng)選用LED數(shù)碼管作為輸出設(shè)備。3.8.2驅(qū)動(dòng)芯片的選擇從資料上查得：LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片有ICM7218和MC14499。①LED驅(qū)動(dòng)芯片ICM7218。ICM7218是有Maxim公司生產(chǎn)的LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片，它能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)七段LED顯示。ICM7218A和ICM7218B何以接受串行數(shù)據(jù)，并且驅(qū)動(dòng)LED進(jìn)行顯示。ICM7218C和ICM7218D則可以接收并行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)LED進(jìn)行顯示。ICM7218可以廣泛應(yīng)用于儀器、測試設(shè)備以及一次而手持設(shè)備中，以驅(qū)動(dòng)各種輸出顯示。②LED驅(qū)動(dòng)芯片MC14499。MC14499是有摩托羅拉公司生產(chǎn)的LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片，它能夠驅(qū)動(dòng)5個(gè)七段LED顯示器，它通過同步串行口與微處理器通信。它內(nèi)部具有數(shù)據(jù)鎖存、譯碼和掃描電路，可以直接驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管及發(fā)光二極管，減少了處理器在顯示方面的開支，并簡化了單片機(jī)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。MC14499芯片可以廣泛應(yīng)用于儀器、測試設(shè)備以及一些手持設(shè)備中，可以驅(qū)動(dòng)各種輸出顯示。根據(jù)題目的要求，在現(xiàn)有條件下，用一個(gè)能夠驅(qū)動(dòng)5個(gè)七段LED顯示器就可以滿足設(shè)計(jì)的要求，本著節(jié)約和價(jià)格等各方面綜合考慮，本次設(shè)計(jì)中選用MC14499芯片作為LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片。3.8.3MC14499芯片簡介①主要性能MC14499的主要性能如下。高電流驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)4為LED顯示。供電電源為4.5V～6V。工作溫度為0℃～+70℃。18針DIP封裝。20針SOG封裝。②工作特性1）供電電源為4.5V～6V。2）工作溫度為0℃～+70℃。③MC14499是一個(gè)BCD-鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器,雙列直插式18腳封裝,其引腳排列如圖3.16所示。各引腳的功能如下:圖3.16MC14499引腳圖a～g:7段顯示輸出,用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED顯示。I～I(xiàn)V:4個(gè)位選通輸出,用于片選顯示位。D:串行數(shù)據(jù)輸入端。dp:小數(shù)點(diǎn)顯示輸入端。CLK:時(shí)鐘輸入端,用作串行數(shù)據(jù)輸入的同步信號(hào)。EN:使能端。為時(shí),允許接收串行數(shù)據(jù)輸入；為1時(shí),片內(nèi)移位寄存器將數(shù)據(jù)送入鎖存器中鎖存。OSC:晶體輸入,只需在此引腳與地之間接上電容,使片內(nèi)產(chǎn)生200Hz～800Hz的掃描信號(hào),以防顯示器閃爍。MC14499在接收串行數(shù)據(jù)的同時(shí),就決定了各顯示位的小數(shù)點(diǎn)是否顯示,其工作過程如下:MC14499每次接收20個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)(稱為一幀數(shù)據(jù)),1～20個(gè)數(shù)據(jù)依次串行輸入,最先進(jìn)入的4個(gè)數(shù)據(jù)規(guī)定了隨后串行輸入的4位BCD碼(后16個(gè)數(shù)據(jù))的小數(shù)點(diǎn)是否顯示,如先進(jìn)入的4個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)為0001,則第4位LED顯示小數(shù)點(diǎn)；如先進(jìn)入的4個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)為1000,則第1位LED顯示小數(shù)點(diǎn)。即先輸入的4個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)中為“1”的位顯示小數(shù)點(diǎn),為“0”的位則不顯示小數(shù)點(diǎn)。一幀串行輸入數(shù)據(jù)的格式如表3.6所示。表3.6：一幀串行輸入數(shù)據(jù)格式——時(shí)間2019181716151413121110987654321——移位LSBMSBLSBMSBLSBMSBLSBMSB第Ⅳ位BCD碼第Ⅲ位BCD碼第Ⅱ位BCD碼第Ⅰ位BCD碼小數(shù)點(diǎn)選擇MC14499具有輸入鎖存功能,一幀數(shù)據(jù)輸入之后,就被鎖存起來,直至下一幀數(shù)據(jù)輸入為止。一幀串行數(shù)據(jù)輸入之后,MC14499就自動(dòng)開始動(dòng)態(tài)掃描,MC14499設(shè)計(jì)的LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示接口電路實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。在應(yīng)用中要注意一下三點(diǎn)：①OSC端接一個(gè)電容接地，以提供顯示掃描脈沖，電容的容值一般為0.015F；②7段顯示驅(qū)動(dòng)輸入要經(jīng)過一個(gè)電阻接到LED輸入端，電阻的阻值一般為36～82；③要將LED驅(qū)動(dòng)選擇端Ⅰ端、Ⅱ端、Ⅲ端、Ⅳ端分別接到一只三極管上以增強(qiáng)其驅(qū)動(dòng)能力。3.8.4LED驅(qū)動(dòng)芯片MC14499發(fā)現(xiàn)通常只需要4位的LED即可滿足大多數(shù)的顯示精度要求,為了減少所需的I/O數(shù)量,降低成本,采用動(dòng)態(tài)顯示控制方式。通過對顯示接口電路的綜合分析,發(fā)現(xiàn)測距儀利用串行輸入BCD碼—十進(jìn)制譯碼驅(qū)動(dòng)顯示器件MC14499來完成與單片機(jī)系統(tǒng)的顯示接口較為簡單可靠。用MC14499設(shè)計(jì)的LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示接口電路如圖3.17所示。圖1.17MC14499設(shè)計(jì)的LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示接口電路用MCS-51系列單片機(jī)作為控制核心的水位報(bào)警計(jì),其數(shù)據(jù)輸出既可以通過單片機(jī)的通用I/O口輸出,也可以通過單片機(jī)的串口用串行方式輸出。這里假設(shè)使用的單片機(jī)是8051,單片機(jī)的P1口為數(shù)據(jù)輸出口,顯示器采用共陰極7段LED,顯示位數(shù)為4位,由于一片MC14499可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED顯示器,因此該顯示接口只需用一片MC14499和單片機(jī)連接。圖是該動(dòng)態(tài)顯示接口的原理圖。P1.0用來向MC14499發(fā)送數(shù)據(jù),P1.1用來向MC14499發(fā)送時(shí)鐘脈沖,P1.2用于控制單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)向MC14499串行輸入(當(dāng)P1.2=0時(shí),允許MC14499輸入數(shù)據(jù))。反相器74LS06作為顯示器的位驅(qū)動(dòng),8個(gè)47Ω的電阻是LED的限流電阻,3個(gè)5.1kΩ的電阻是上拉電阻,使單片機(jī)8031輸出電平與MC14499輸入電平相兼容。由于MC14499具有輸入自動(dòng)鎖存功能,而串行輸入一幀數(shù)據(jù)又需要一定的時(shí)間,所以LED顯示的數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。3.9集成穩(wěn)壓器電路3.9.1集成穩(wěn)壓器電路簡介圖3.18W7800引腳圖如圖3.18所示，從外形上看，集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個(gè)引腳，分別為輸入端、輸出端和公共端（或調(diào)整端），因而成為三端穩(wěn)壓器。按功能可分為固定式穩(wěn)壓電路和可調(diào)式穩(wěn)壓電路；前者的輸出電壓不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，為固定值；后者可通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。W7800三端穩(wěn)壓器輸出電壓和輸出電流。W7800系列三端穩(wěn)壓器的輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V七個(gè)檔次，型號(hào)后面的兩個(gè)數(shù)字表示輸出電壓值。輸出電流有1.5A（W7800）、0.5A（W78M00）和0.1A(W78L00)三個(gè)檔次。例如，W7805表示輸出電壓為5V、最大輸出電流為1.5A，W78M05表示輸出電壓為5V、最大輸出電流為0.5AW78L05表示輸出電壓為5V、最大輸出電流為0.1A，其他類推。它因性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉而得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用W7805集成穩(wěn)壓器3.9.2W7805芯片簡介主要參數(shù)：在溫度為25℃條件下W7805的主要參數(shù)如表3.7所示。表3.7：W7805的主要參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)測試條件單位W7805（典型值）輸入電壓V10輸出電壓=500mAV5最小輸入電壓1.5AV7電壓調(diào)整率=500mA8V18VmV7電流調(diào)整率10mA1.5AmV25輸出電壓溫度變化率=5mAmV/℃1輸出噪聲電壓10Hzf100kHzV40從表中參數(shù)可知，W7805輸入端和輸出端之間的電壓允許值為3～13V；輸出交流噪聲很小，溫度穩(wěn)定性好。其構(gòu)成的如圖3.19所示。圖3.19電壓基準(zhǔn)電路3.10電源監(jiān)控器件MAX705/706/813L是一組CMOS監(jiān)控電路，能夠監(jiān)控電源電壓、電池故障、微處理器（MPU或Mp)或微控制器（MCU或Mc)的工作狀態(tài)。它將常用的多項(xiàng)功能集成到一片8腳封裝的小芯片內(nèi)，與采用分立元件或單一功能芯片組合的電路相比，大大減小了系統(tǒng)電路的復(fù)雜性和元件的數(shù)量，顯著提高了系統(tǒng)可靠性和精確度。該器件在電源低于4.65V時(shí)，產(chǎn)生一路復(fù)位信號(hào)使微控制器復(fù)位，保證了微控制器的電壓安全。該器件主要應(yīng)用于微處理器和微控制器系統(tǒng)、嵌入式控制器系統(tǒng)、電池供電系統(tǒng)、智能儀表系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、尋呼機(jī)、蜂窩移動(dòng)電話機(jī)、手持設(shè)備、個(gè)人數(shù)字處理（PDA）、電腦電話機(jī)和無繩電話機(jī)等設(shè)備中。本設(shè)計(jì)中采用MAX705。其引腳如圖3.20所示。圖3.20MAX705引腳圖MAX705的主要性能如下。①微型封裝，最小只有8針。②準(zhǔn)確的電壓監(jiān)控功能。③對于MAX705/707/813為4.65V，對于MAX706/MAX708為4.40V。④200ms的復(fù)位脈沖寬度，能保證大多數(shù)微控制器可靠復(fù)位。⑤TTL/CMOS兼容。⑥獨(dú)立的看門狗定時(shí)器。4軟件設(shè)計(jì)4.1程序模塊水位系統(tǒng)采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，可以分成以下程序模塊：①系統(tǒng)初始化程序：首先完成變量的設(shè)定、中斷入口的設(shè)定、堆棧、輸入輸出口及外部的初始化工作。②主程序MAIN：完成鍵盤掃描、溫度值采集及轉(zhuǎn)換、水位的顯示。當(dāng)水位值高于設(shè)定最高限時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，水泵停止動(dòng)作；當(dāng)水位值低于設(shè)定最低限時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，水泵動(dòng)作。③鍵盤掃描程序KEYSCAN:完成鍵盤的掃描并根據(jù)確定的鍵盤值執(zhí)行相應(yīng)的功能，主要完成最高水位、低水位的設(shè)定。④鍵盤顯示子程序DISPLAY：顯示實(shí)時(shí)水位及設(shè)定水位值。4.2程序流程圖4.2.1主程序流程圖YY程序初始化開始有鍵輸入碼？采集溫度值將采集到的值轉(zhuǎn)化為壓縮BCD碼顯示溫度值執(zhí)行相應(yīng)鍵的功能N圖4.1主程序流程圖4.2.2A/D0809轉(zhuǎn)換程序流程啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換開始A/D轉(zhuǎn)換完畢？讀入狀態(tài)信息數(shù)據(jù)輸出顯示YN圖4.2A/D0809轉(zhuǎn)換程序流程4.2.3鍵盤掃描子程序是S1嗎?是S1嗎?RET#0FEH-PORTA是在設(shè)置狀態(tài)嗎？是第一次輸入嗎？減到0了嗎？保存設(shè)定值N=N-1設(shè)置最低水位值顯示“L-”是S2嗎?是S3嗎?是S4嗎?是第一次輸入嗎？設(shè)置最高水位值顯示“H-”保存設(shè)定值滿99了嗎？是在設(shè)置狀態(tài)嗎？N=N+1顯示“XX”顯示“XX”是否有鍵輸入？開始YYNNNNYNYYNYNYYYNNYNYY圖4.3鍵盤掃描子程序流程圖4.2.4鍵盤顯示子程序的設(shè)計(jì)開始開始置顯示緩沖區(qū)首位置置位選碼初值指向下一顯示緩沖區(qū)地址段碼PC口延時(shí)位選碼PA口8155初始化查段碼表4位顯示完否？返回調(diào)整位選碼YNYN圖4.4鍵盤顯示子程序流程圖總結(jié)整個(gè)設(shè)計(jì)報(bào)告共分為四章，其中前兩章主要講述了本設(shè)計(jì)的主要方案和國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r；第三章講述了水位報(bào)警計(jì)的硬件設(shè)計(jì)，第四章主要講述了水位報(bào)警計(jì)的所有軟件設(shè)計(jì)。水位報(bào)警計(jì)的設(shè)計(jì)首先應(yīng)該從選用傳感器的類型入手，可以說，水位傳感器的選材是整個(gè)設(shè)計(jì)中比較重要的，在查閱資料時(shí)，可以知道水位報(bào)警計(jì)的傳感器有很多種，到底選用哪一種最適合對本設(shè)計(jì)報(bào)警水位，這就需要認(rèn)真的分析，從水位傳感器類別的選擇到傳感器類型的選擇，都要仔細(xì)。最終在本設(shè)計(jì)中選擇了JBY系列L形普通投入式液位變送器作為本設(shè)計(jì)所使用的液位傳感器。其次在硬件設(shè)計(jì)方面也需要下大工夫，從A/D轉(zhuǎn)換器到報(bào)警電路的選型都要慎重，使其性價(jià)比達(dá)到最佳水平。最后就是軟件方面的設(shè)計(jì)，對于編程是非常復(fù)雜的，對于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法有順序結(jié)構(gòu)程序、分支結(jié)構(gòu)程序和循環(huán)結(jié)構(gòu)程序等。本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行調(diào)用子程序，使其運(yùn)行方式一目了然，在鍵盤掃描程序中就應(yīng)用到了分支結(jié)構(gòu)程序，使編程井井有條。在編程的時(shí)候還有一點(diǎn)就是要先畫出程序流程圖，這樣在編程的時(shí)候就會(huì)事半功倍。參考文獻(xiàn)[1]王家?guī)蹩〗埽畟鞲衅髋c變送器．北京：清華大學(xué)出版社．1996[2]王俊杰．檢測技術(shù)與儀表．武漢：武漢理工大學(xué)出版社．2008[3]張國忠，趙家貴．檢測技術(shù)．北京：中國計(jì)量出版社．1998[4]胡健，劉玉斌．單片機(jī)與接口技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2005[5]張永楓．單片機(jī)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教程．西安：西安電子科技大學(xué)出版社．2005[6]蔡朝洋單片機(jī)控制實(shí)習(xí)與專題制作．北京：北京航空航天大學(xué)出版社．2006[7]牛意光．單片機(jī)原理．北京:電子工業(yè)出版社．2009[8]華成英，童詩白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社．2006[9]蔣志海．單片機(jī)原理及應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社．2005[10]謝維成，楊加國．單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)．北京：清華大學(xué)出版社．2006[11]求是科技．單片機(jī)典型外圍器件及應(yīng)用實(shí)例．北京：人民郵電出版社．2006[12]李光飛．單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社．2005[13]蔡菲娜．單片微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用．杭州：杭州大學(xué)出版社．1995[14]王建校，楊建國．51系列單片機(jī)及C51程序設(shè)計(jì)．北京：科學(xué)出版社．2002致謝經(jīng)歷了兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這短暫的時(shí)間里，它不僅僅使我學(xué)到了寶貴的專業(yè)知識(shí)，更重要的是它使我學(xué)到了怎樣去獨(dú)立思考問題，解決問題，大大提高了我自己的動(dòng)手能力和操作能力，為我今后的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這次們設(shè)計(jì)的課題為——水位報(bào)警計(jì)的設(shè)計(jì)，它不僅是必須完成的課目，其真正的目的是我對整個(gè)大學(xué)的學(xué)習(xí)情況做一個(gè)總結(jié)，檢驗(yàn)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)的掌握程度。可以說這絕對是一個(gè)展望自我，實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的好機(jī)會(huì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我特別感謝我的指導(dǎo)老師宋老師的耐心幫助和各位同學(xué)大力支持。在這次編寫設(shè)計(jì)報(bào)告中，由于時(shí)間的緊促和編寫者的專業(yè)知識(shí)的有限，再加上我們?nèi)鄙賹?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對使得所寫的畢業(yè)論文的知識(shí)覆蓋面有很大的局限性，而且報(bào)告中難免有不妥之處，所以我懇請各位指導(dǎo)老師能夠給予批評(píng)指正。附錄A硬件電路原理接線圖硬件電路原理接線圖基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的