基于单片机的水位监控系统设计(编辑修改稿)

基于单片机的水位监控系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

3口特殊功能 口管脚 备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） 中 文 摘 要 11 /INT1（外部中断 1） T0（ 定时 /计数器 0 外部输入） T1（ 定时 /计数器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3口 还接收一些用于 Flash 闪速存储器和程序校验的控制信号。 （ 2） MCS51 的寻址方式： （ 1） 、立即寻址 如： MOV A ， 40H （ 2） 、直接寻址 如： MOV A ， 3AH （ 3） 、寄存器寻址 如： MOV A ， Rn （ 4） 、寄存器间接寻址 如： MOV A ， @Rn （ 5）、基址加变址寻址 如： MOVC A ， @A+DPTR （ 6）、相对寻址 如： SJMP 08H （ 7） 、位寻址 MOV 20H ， C （ 3）指令： MOV ： 片内 RAM 传送 MOVX ： 片外 RAM 传送 MOVC ： ROM 传送 XCH ： 交换（和 A 交换） SWAP ： A 内半字节交换 ADD ：不带进位加 ADDC ：带 进位加 SUBB ：带进位减 INC ：加 1 DEC ：减 1 MUL ：乘法 DIV ：除法 DAA ：调整 （ 4）计数初值的计算 定时或计数方式下计数初值如何确定，定时器选择不同的工作方中 文 摘 要 12 式，不同的操作模式其计数值均不相同。 若设最大计数值为 M ，各操作模式下的 M 值为： 模式 0 ： M=2 13 =8192 模式 1 ： M=2 16 =65536 模式 2 ： M=2 8 =256 模式 3 ： M=256 ，定时器 T0 分成 2 个独立的 8 位计数器，所以 TH0 、 TL0 的 M 均为 256。 因为 AT89C51 的两个定时器均为加 1 计数器，当初到最大值（ 00H 或 0000H ）时产生溢出，将 TF 位置 1 ，可发出溢出中断，因此计数器初值 X 的计算式为： X=M 计数值式中的 M 由操作模式确定，不同的操作模式计数器的长不相同，故 M 值也不相同。 而式中的计数值与定时器的工作方式有关。 （ a） 计数工作方式 计数工作方式时，计数脉冲由外部引入，是对外部冲进行计数，因此计数值根据要求确定。 其计数初值： X=M 计 数值 例如：某工序要求对外部脉冲信号计 100 次， X=M100 (b)定时工作方式 定时工作方式时，因为计数脉冲由内部供给，是对机器周期进行计数，故计数脉冲频率为 f cont =f osc 1/12 (式11) 计数周期 T=1/f cont =12/f osc 定时工作方式的计数初值 X 等于： X=M计数值 =Mt/T=M （ f osc t ） /12 (式 12) 式中： fosc 为振荡器的振荡频率， t 为要求定时的时间。 定时器有两种工作方式 ：即定时和计数工作方式。 由 TMOD 的 D6 位和 D2 位选择，其中 D6 位选择 T1 的工作方式， D2 位选择 T0 的工作方式。 =0 工作在定时方式， =1 工作在计数方式。 并有四种操作模式： 1 、模式 0 ： 13 位计数器， TLi 只用低 5 位。 中 文 摘 要 13 2 、模式 1 ： 16 位计数器。 3 、模式 2 ： 8 位自动重装计数器， THi 的值在计数中不变， TLi 溢出时， THi 中的值自动装入 TLi 中。 4 、模式 3 ： T0 分成 2 个独立的 8 位计数器， T1 停止计数。 MCS51 有 5 个中断源，可分为 2 个中断优先级，即高优先级和低优先级，中断自然优先级： 外部中断 0 ；定时器 0 中断； 外部中断 1 ；定时器 1 中断 ； 串行口中断 ；定时器 2 中断 （ a）同级或高优先级的中断正在进行中； （ b）现在的机器周期还不是执行指令的最后一上机器周期，即正在执行的指令还没完成前不响应任何中断； （ c）正在执行的是中断返回指令 RET1 或是访问专用寄存器 IE 或 IP 的指令， 换而言之，在 RETI 或者读写 IE 或 IP 之后，不会马上响应中断请求，至少要在执行其它一要指令之扣才会响应。 (5)中断响应的条件 CPU 响应中断的条件有： （ a）有中断源发出中断请求； （ b）中断总允许位 EA=1 ，即 CPU 开中断； （ c）申请中断的中断源的中断允许位为 1 ，即没有被屏蔽。 (6)串行口工作方式及帧格式 MCS51 单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式： 方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又叫同步移位寄存器 输出方式。 在这种方式下，数据从 RXD 端串行输出或输入，同步信号从 TXD 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12。 该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。 方式 2 ：采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。 第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途，可以通过软件搂控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS51 单片机串行口适用于多机通信。 方式 2 的波特率固定，只有两种选 择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可中 文 摘 要 14 由 PCON 的最高位选择。 方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式 3 的小组特率是可变的。 而帧格式与方式 2 样为 11 位一帧。 所以方式 3 也适合于多机通信。 随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的 CPU 、RAM 、 ROM 、定时 /数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机。 (7) 掉电模式： 在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令 是最后一条被执行的指令，片内 RAM 和 特殊功能寄存器 SFR 的内容在终止 掉电模式前被冻结，退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部 特殊功能寄存器但不改变 RAM 中的内容，在 VCC 恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。 中 文 摘 要 15 第 3 章 单片机 水位监控 系统分析与设计的硬件 在第二章中已分析了系统并绘制了框图，下面将根据框图分别设计各部分电路。 水位监测电路的设计 由于 超声波 的穿透力很强， 且 不会影响到人们的正常工作 ，并且 他的 传播速度快 ，所以 本设计采用超声波测距原理来监测水位高度。 超声波测距电路主要包括超声波发射电路和超声波检测接收电路 两 部分。 使用单片机的 端口输出超声波 发射器 所需的 40kHz 的方波信号，利用外中断 0口监测超声波接收电路输出的返回信号。 超声波发射电路主要由 74LS00 和超声波发射 器 T40 构成，单片机 端口输出的 40kHz 的方波信号一路经一级 与非门 后送到超声波 发射 器的一个电极，另一路经两级 与非门 后送到超声波 发射器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。 压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。 超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。 当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个。