基于单片机的智能潜水泵保护器设计研究(编辑修改稿)

基于单片机的智能潜水泵保护器设计研究(编辑修改稿)内容摘要：

T89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。 它是一个功能强大的单片机，具有 20个引脚， 15个双向输入 /输出（ I/O）端口，其中 P1是一个完整的 8位双向 I/O 口，两个外中断口，两个 16位可编程定时计数器 ,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。 同时 AT89C51的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有 RAM、定时 /计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。 省电模式中，片内 RAM 将被湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 9 冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。 因为 AT89C51 是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。 AT89C51 具有下列主要性能 :4KB 可改编程序 Flash 存储器 (可经受 1， 000次的写入 /擦除周期 )。 全静态工作 :OHz~24MHz。 三级程序存储器保密。 128B 字节内部RAM。 32 条可编程 I/O 线。 2 个 16 位定时器 /计数器。 6 个中断源。 可编程串行通道。 片内时钟振荡器等。 它有 40 个引脚， DPI 封装的集成电路芯片。 随着半导体工艺的成熟和生产的工 业化，使它的价格越来越低，是经济型系统首选机型。 AT89C51 具有丰富的 I/O 接口，内置定时计数器和中断系统。 的宽工作电压范围 ,时钟频率 024MHz，可直接驱动 LED，两级加密位 ， 内置一个模拟比较放大器，可编程 UARL 通道。 AT89C51 的带负载能力有限，我们还给 P1 口增加了上拉电阻（虽然 P1 口内部已经接有上拉电阻输出电流有 20MA 左右），增强它的带负载能力。 AT89C51的引脚描述 CHMOS 制造工艺的 AT89C51 单片机采用 40 引脚的双列直插封装（ DIP 方式），在单片机的 40 条引脚中有 2 条专用于主电源的引脚， 2 条外接晶体的引脚， 4 条控制与其它电源复用的引脚， 32 条输入 /输出（ I/O）引脚。 下面按其引脚功能为四部分叙述这 40 条引脚功能。 (1)电源引脚 VCC 和 VSS。 单片机能够工作，需要电能，就少不了通过一个引脚给单片机提供电源。 单片机使用的是 +5V 电源，在本系统中，有专门的辅助电源，产生 +5V 电压，从 31 脚 VCC接入，一般要接 +5V 电源，加引脚（ VSS） 是一个接地引脚。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 10 图 35 控制器引脚 (2)接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2。 XTAL1 接外部晶体的一个引脚。 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。 当采用外部振荡器时，对 CHMOS 单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2 接外部晶体的另一端。 在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。 采用外部振荡器时，对 CHMOS 单片机，该引脚悬浮。 (3)控制或与其他电源复用引脚 RST/VPD、 ALE/PROG、 PSEN 和 EA/VPP。 ST/VPD：当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 推荐在此引脚与 VSS 引脚接一个约 5K 的下 拉电阻，与 VCC 引脚之间连接一个约 10uf 的电容，以保证可靠地复位。 (4)VCC 掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部 RAM 的数据不丢失。 当VCC 主电源下掉到低于规定的电平，而 VPD 在其规定的电压范围内， VPD 就向内部RAM 提供备用电源。 (5)ALE/PROG：当访问外部存储器时， ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。 即使不访问外部存储器， ALE 端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。 然而要注意的是，每当访问外部 数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 ALE 端可以湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 11 驱动（吸收或输出电流） 8 个 LS 型的 TTL 输入电路。 对于 EPROM 型的单片机，在EPROM 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（ PROG）。 (6)RSEN：此脚的输出是外部程序存储器的读写选通信号。 在从外部程序存储器取令（或常数）期间，每个机器周期两次 PESN 有效。 但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现， PSEN 同样可以驱动（吸收或输出）8 个 LS 型的 TTL 输入。 (7)EA/VPP：当 EA 端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在 PC（程序计数器）值超过 0FFFH 时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序，当 EA 保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器，对于常用的 80C51 来说，无内部程序存储器，所以 EA 脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。 对于EPROM 型单片机，在 EPROM 编程期间，此引脚也用于施加 21 伏的编程电源（ VPP）。 输入 /输出 I/O 引脚 P0、 P P P3 共 32 根。 a)P0 口：是双向 8 位三态 I/O 口，外接存储器时，与地址总线的低 8 位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动 8 个 LSTTL 负载。 b)P1 口：是 8 位准双向 I/O 口由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能琐存，故不是 真正的 I/O 口。 门口能驱动（吸收或输出电流） 4 个 LSTTL 负载，对 8058032， T2定时 /计数器的外部输入， T2EX捕捉、重装触发，即 T2 的外部控制端。 对 EPROM 编程和程序验证时，它的接收低 8位地址。 c)P2 口（ 21 脚～ 28 脚）：是 8 位准双向 I/O 口。 在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高 8 位地址总线送出高 8 位地址，在对 EPROM 编程和程序验证期间，它的接收高 8 位地 址。 P2 可以驱动（吸收或输出电流） 4 个 LSTTL 负载。 d)P3 口（ 10 脚～ 17 脚）：是 8 位准双向 I/O 口，在 80c51 中，这 8 个引脚还用于专门功能，是复用双功能口， P3 能驱动（吸收或输出电流） 4 个 LSTTL 负载。 作为第一功能用时，就作为普通的 I/O 口用，功能和操作方法与 P1 口相同。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 12 表 31 值得强调的是， P3 口的每一条引脚都可以独立定义第一功能的输入输出或第二功能。 (8)外接晶体振荡器的引脚 单片机是一种时序电路，只有在提供脉冲信号的作用 下，才能正常工作。 因为不同用户对单片机的速度要求的不一样，因此在单片机的内部，并没有集成晶体振荡器，而由用户根据具体的控制情况和要求选择外接。 但外接的晶体振荡器的振荡信号，还不足以驱动单片机内部的时钟电路，因此，在 AT89C51 的内部，都设计一个高增益的放大器将外接的晶体振荡器产生的信号放大。 在原理图的 18 和 19 引脚， X1 和 X2 就分别是放大器的输出和输入端。 单片机各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。 如 、 分别是 WR、 RD 信号，当单片机外接 RAM 或有外部 I/O 口时，它们被用作第二 功能，它们就自动充当着传输 “写 ”或 “读 ”信号的作用，不能作为通用 I/O 口时，也就是说，只要 CPU 执行到 MOVX 指令，就会有相应的信号从 或 送出，不需要事先用指令说明 . P3 口的第二功能信号都是单片机的重要控制信号 .因此在实际使用时，都是按需要选用其第二功能信号，剩下的才以第一功能的身份做数据 I/O 口使用 . 三极管的背景 在中国的抗战时期，一只三极管（电子管）胜比千军万马。 八路军要搞到一只三极管比搞到军火、药品还难。 因为有了它，才能有千里耳 ——电台。 直到当今社会，大到宇宙飞船，小到家 用电器都是基于三极管及其原理来工作的。 三极管对世人来说，的确是一件最为重要又神秘的器件。 本文将用通俗的手法，让你轻松简易的进入三极管世界。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 13 三极管的分类 三极管最大的分类为电子三极管和晶体三极管两类。 1904 年，英国物理学家弗莱明发明了世界上第一只电子管，世界从此进入了电子时代。 如图 36，电子管的外形是只玻璃瓶。 图 36 玻璃瓶三极管 早期的电台、电视机、收音机、扩音机等电子产品都是用电子管制作的。 近年来逐渐被晶体管和集成电路所取代，但目前在一些高保真音响器材中，仍 然使用电子管作为音频功率放大器件。 现在我们所接触到的一般都是晶体三极管。 如图 37所示： 图 37 晶体三极管 晶体三极管的分类很多： 可按制作材料分为：锗管、硅管； 可按功率大小分为：大功率、中功率、小功率； 可按截止频率分为：高频、低频；还有按结构、封装、噪音等等进行分类。 例我们常用的 901 901 8050、 8550 都是属于低频、小功率、硅管； 9018 是属于高频、小功率、硅管； 9014 是属于低噪声、低频、小功率、硅管。 晶体三极管的工作原理 三极管可以看 作是由两个二极管合成的，其内部有两个 PN 结。 在通常状态，电流只能从 P 流向 N。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 14 图 38 三极管内部结构 三极管在电路图中的符号如图 39所示，三个引脚分别叫做：基极 b（基本控制用）、集电极 c（被控制）、发射极 e（基极电流电子发射）。 图 39 三极管的符号 放大作用是三极管的灵魂，我们用 NPN 型三极管，来说明三极管的电流关系（电流放大作用）。 按照 PN 结的特性，电流可以三极管的 b 极流向 e 极，也可以从 b 极流向 c极。 但不能从 c 极流向 e 极，也不能从 e 极流向 c 极。 因 为这时电流都会被一个反向的 PN 结所阻断。 然而，当我们给 be 通一个电流（ Ib）的同时，集电极 c和发射极 e 就能导通了，而且这时的 ce 电流 Ic 可以比 Ib 大的多（几百倍）。 这就是三极管的放大和开关作用。 要正确使用三极管，必须熟悉三极管的三个工作状态。 （ 1）截止状态（ Ib=0、 Ic=0）：如图 310，当电位器从最下端慢慢向上调节， B 点的电位（和 0V 基准点间的电压）从 0V 变到约 的过程中，基 极电流 Ib 都为 0。 这时的集电极电流 Ic 自然也为 0， C 到 E 之间截止（无电流不导通）， C 点的电位等于 A 点的电位（ 6V）。 （ 2）放大状态（ ΔIc = βΔIb）：当电位器继续向上调节， B 点的电位继续变高，这时发射结开始导通，基极电流 Ib 产生，集电极电流 Ic 也出现，并且可以是 Ib 的上百倍。 在这过程中，随着 Ib 变大， Ic 将会上百倍的随之变大。 C点的电位相应随之变低， A、C 点之间的电压变大。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 15 （ 3）饱和状态 (Ic 恒定 =（ ） / Rc)：基极电流 Ib 不断变大， C点的电位变低到 三极管的饱和导通电压（约 ）时， C 点的电位就不能再变低了。 这时 Ib 不管怎么变大， Ic 都不会再变了。 图 310 截止状态 固态继电器 固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与 电磁继电器 一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止 臭氧 污染方面的性能也极佳，输入功率小，灵敏度高，控制功率小， 电磁兼容性 好，噪声低和工作频率高等特点。 固态继电器专用的固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。 固态继电器目前已广泛应用于计算机外围接口设备、恒温系统、调温、电炉加温控制、 电机 控制、数控机械，遥控系统、工业自动化装置；信号灯、调光、闪烁器、照明舞台灯光控制系统；仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机；自动消防，保安系统，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等，另外在化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有大量使用。 它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相 SSR 为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或 脉冲信号 到一定电流值后， 输出端就能从。