算机控制技术课程设计-储水罐液位计算机控制系统设计(编辑修改稿)

算机控制技术课程设计-储水罐液位计算机控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

放大集成电路。 主要技术要求如表 31 所示。 表 31 PT500500 液体压力传感器技术参数 技术参数 参数值 被测介质 气体、液体及蒸气 量程 100KPa20Kpa～ 60 Mpa～ 150 Mpa 间任意可选 输出 0～ 20mA（二线制） 综合精度 177。 %FS（量程 60MPa 以上）、 177。 %FS、 177。 %FS 供电 12～ 36V DC 绝缘电阻 ≥1000 MΩ/100VDC 负载电阻 最大 800Ω 介质温度 20～ 85℃ 、 20～ 150℃ 、 20～ 200℃ 、 20～ 300℃ （可选） 环境温度 20～ 85℃ 相对湿度 0～ 95% RH 过载能力 150%FS 响应时间 ≤10mS 电气连接 不锈钢防水密封端子、四芯航空接插件、赫丝曼接头等 此液体压力传感器完全可以满足控制的要求，选择此传感器主要因为：供电要求 12～36V DC，电压范围广，输出 0～ 20mA 标准电信号，方便 A/D 采集。 水泵选择 此设计中应用了 TPH2T6K 离心式单相交流水泵，其技术参数如表 32。 此水泵采用单相交流电，易于控制，流量 50 3m /H= 3m /min，在两分钟内可以达到要求。 表 32 TPH2T6K 离心式单相交流水泵技术参数 技术参数 参数值 工作电压 220V 工作频率 50HZ 流量 50m3/H 扬程 55m 进出口径 25cm 马达转速 2900RPM 徐州工程学院课程设计 第 7 页 共 29 页 微控制器的选择 此设计采用 ATMEL80C51 作为控制芯片。 它是在 MCS48 系列的基础上发展的高性能的8位单片机。 所出的系 列产品有 805 803 8751。 其代表就是 8051。 其他系列的单片机都以它为核心 ,所以本设计采用的核心芯片是 8051 单片机。 CPU 是它的核心设备 ,从功能上看 ,CPU包括两个部分 :运算器和控制器 ,它执行对输入信号的分析和处理。 每片 80C51包括：一个 8位的微型处理器 CPU； 128B 的片内数据存储器 RAM； 4KB 片内程序存储器 ROM；四个8位并行的 I/O 接口 P0P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器 /记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 UART 的串行 I/O 口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。 最高允许振荡频率是 12MHZ。 以上各个部分通过内部总线相连接。 整个系统电控部分以 ATMEL 公司的 8051 为核心芯片，控制信号采集、处理、输出三个过程。 这种芯片内置 4KROM，因为系统要求控制线较多，如果采用 8031 外置 EPROM 程序控制结构，则造成控制线不够，而 8051 却可以利用 P0、 P2 口作控制总线，大大简化了硬件结构，并可以直接控制 LED 数据显示，方便现场调试和维护，使整个系统的通用性和智能化得到了很大的提高。 现在介绍下在此设计中用到的引脚 ,引脚图如图 31所示。 单片 机的 40 个引脚大致可分为 4类：电源、时钟、控制和 I/O 引脚。 80C51 电源 VCC 芯片电源，接 +5V； VSS 接地端； 80C51 时钟 XTAL XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 80C51 控制线  ALE/PROG:地址锁存允许 /片内 EPROM 编程脉冲 ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。  PSEN:外 ROM 读选通信号。  RST/VPD:复位 /备用电源。 RST（ Reset）功能：复位信号输入端。 徐州工程学院课程设计 第 8 页 共 29 页 VPD 功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。  EA/Vpp:内外 ROM 选择 /片内 EPROM 编程电源。 EA 功能：内外 ROM 选择端。 Vpp 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源 Vpp。 80C51 I/O 接口  P0 口（ 39 脚～ 32 脚）： ～ 统称为 P0 口。 当不接外部存储器与不扩展 I/O 接口时，它可作为准双向 8 位输入 /输出接口。 当接有外部程序存储器或扩展 I/O 口时 ， P0口为地址 /数据分时复用口。 它分时提供 8 位双向数据总线。  P1 口（ 1 脚～ 8 脚）： ～ 统称为 P1 口，可作为准双向 I/O 接口使用。 对于 MCS— 52 子系列单片机， 和 还有第 2 功能： 口用作定时器 /计数器 2 的计数脉冲输入端 T2； 用作定时器 /计数器 2 的外部控制端 T2EX。 对于 EPROM 编程和进行程序校验时， P0 口接收输入的低 8 位地址。  P2 口（ 21 脚～ 28 脚）： ～ 统称为 P2 口，一般可作为准双向 I/O 接口。 当接有外部程序存储器或扩展 I/O 接口且寻址范围超过 256 个字节时， P2 口用于高 8 位地址总线送出高 8 位地址。 对于 EPROM 编程和进行程序校验时， P2 口接收输入的 8 位地址。  P3 口（ 10 脚～ 17 脚）： ～ 统称为 P3 口。 它为双功能口，可以作为一般的准双向 I/O 接口，也可以将每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第 1 功能的输入输出或第 2 功能。 图 31 80C51 单片机引脚图 图 32 ADC0808 引脚图 A/D 转换器选择 徐州工程学院课程设计 第 9 页 共 29 页 本设计采用 ADC0808 作为 A/D 转换 器， ADC0808 是带有 8 位 A/D 转换器、 8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。 它是逐次逼近式 A/D 转换器，可以和单片机直接接口。 ADC0808 转换器引脚图如图 32 所示 ADC0808 转换器引脚介绍：  IN0~IN7： 8 路模拟量输入端。  OUT1~OUT8： 8 位数字量输出端。  AL： :地址锁存允许信号，输入，高电平有效。  START： A／ D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使 0808 复位，下降沿启动 A/D 转换）。  EOC： A／ D 转换结束信号 ，当 A／ D 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。  OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。 当 A／ D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。  CLK： 时钟脉冲 输入端。 要求时钟频率不高于 640KHZ。  VREF（ +）和 VREF（ ）：参考电压输入端。  Vcc：主电源输入端 5V。  GND： 接 地。  ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路 ，通道选择表如表 33 所示。  注意事项：输出端 out8 为最低位 out1 为最高位， 与单片机连接是要 注意。 表 33 通道选择 ADDC ADDB ADDA 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 徐州工程学院课程设计 第 10 页 共 29 页 80C51 单片机外围电路设计 时钟电路 80C51 用内部振荡电路，这时需要 XTAL XTAL2 来外接石英晶振和微调电容，如图 41 所示。 外接石英晶振为 12MHZ，两个电容为 30PF 为起振电容。 图 41 80C51 外部时钟电路 复位电路 80C51 单片机有一个复位引脚 RST，高电平有效。 在时钟电路工作以后，当外部电路使得 RST 端出现两个机器周期（ 24 个时钟周期）以上的高电平，系统内部复位。 复位方式有两种：上电复位和按钮复位。 本设计选用按钮复位，因为遇到特殊情况系统出错，可以及 时复位保证系统损失减到最低。 复位电路如图 42 所示。 图 42 80C51 按钮复位电路 水泵驱动电路设计 徐州工程学院课程设计 第 11 页 共 29 页 继电器电路 因为本设计中用到的是单相交流水泵用的 220V 交流电属于强电范围，不能直接与单片机连接所以采用了继电器来充当开关。 继电器电路如图 43 所示。 继电器的触发电路应用了光耦隔离，当单片机的 口输出控制低电平时，光耦输入端导通，使得光耦内部三极管导通，经过 R4， R3 电阻分压后使得 Q1 基极电压变高，使得 Q1 导通， 从而使得继电器工作。