基于mcs-51单片机的液位控制电路设计

基于mcs-51单片机的液位控制电路设计内容摘要：

1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7I N 0I N 1I N 2I N 3I N 4I N 5I N 6I N 7I N 0I N 1I N 2I N 3I N 4I N 5I N 6I N 71Y11A21B32Y42A52B6G N D73A83B93Y104A114B124Y13V C C14I C 1 7 2L S 0 2P 2. 6P 2. 6G N DG N DG N DP 2. 7E O CE O CE O C+ 5V+ 5V+ 5VC L KC L KA L EA L E+ 5V+ 5VG N DG N DG N D+ 5VG N D+ 5VR1R E S 111223344K1 SW+ 5VG N DY1C R Y S T A LC13 0P FC23 0P FG N DR2P R 1+ 5VG N DC3E L E C T R O 211223344K2 SW11223344K3 SW11223344K4 SWP 2. 4P 2. 5P 2. 6P 2. 4P 2. 5G N DG N DG N D12J 1 7C O N 2G N D+ 5V+ 5V+ 5V+ 5VP 2. 3P 2. 3P 2. 7G N DG N DG N DV C CU?O P T O I S O 1U?O P T O I S O 1U?O P T O I S O 1U?O P T O I S O 1K?R E L A Y S P D TK?R E L A Y S P D TK?R E L A Y S P D TK?R E L A Y S P D TQ?N P NQ?N P NQ?N P NQ?N P NG N D+ 5V+ 5V+ 5V+ 5VG N DR?R E S 2R?R E S 2R?R E S 2R?R E S 2R?R E S 2R?R E S 2R?R E S 2R?R E S 2C4C1C2C312345678H E A D E R 8Z I F 1Z I F 2Z I F 3Z I F 4Z I F 5Z I F 6Z I F 7Z I F 8Z I F 1Z I F 2Z I F 3Z I F 4Z I F 5Z I F 6Z I F 7Z I F 8U?B E L LD?L E DR?R E S 2R?R E S 2Q?N P N+ 5VG N D G N DC0 89C51 的基本系统原理 (1) 电路 最小系统 此最小系统应包括一片 89C51CPU 芯片 ,一片 AD0809 芯片。 其具体如下： ① AT89C51 是一种低功耗、高性能的片内含有 4KB 快闪可编程 /擦除只读存储器的 8 位 CMOS 微控制器 ,主要性能 ： 片内有 4KB 可在线重复编程的快闪擦写存储器。 宽工作电压范围： Vcc 可为 到 6V。 128*8 位内部RAM。 两个 16 位定时器 /计数器。 中断结构具有 5 个中断源和 2 个优先级。 空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。 如下图所示： AT89C51 芯片图 ② ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。 三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 其原理、事物图如下图所示： AD0809 原理、事物图 广西工业职业技术学院 第 12 页 共 47 页 (2) 键盘控制电路 采用三个按键控制电路的增减及预制数字。 方案采用独立键盘式与单片机相连分别以 S S S3 键与单片机进行数据的交换，如下图所示。 键盘显示 电路 (3) 显示电路部分 显示模块采用 LCD1602 液晶显示，它是一个独立的显示模块，分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，其背光在应用无差别 LCD1602主要技术参数：显示容量： 16 2 个字符；芯片工作电压： ；工作电流 ：()；模块最佳工作电压：。 如图示： 广西工业职业技术学院 第 13 页 共 47 页 LCD1602 结构图 液位测试部分 容器上的 WMY 型 液位变送器的输出为 4— 20mA 模拟信号，首先要将 传感器 测得的 液位模拟量变为数字量。 然后送 入 单片机进行相应的处理，模数转换的部分采用 ADC0809 芯片。 该芯片的输入量为 0— 5V的电压量。 因此需先将液位变送器的输出电流信号转换为电压信号。 即在芯片采集信号端加入 — 个 250欧的 转换电阻 ，将电流转换为 1～ 5V 的电压值。 该电压值在 ADC0809 的输入范围内。 这里用 AT89C51 的 P3． 7 口作为 A／ D 转换的启动信号 ，其 原理图如下： 液位检测、报警系统原理图 控制驱动电路部分 控制驱动电路主要 电动机、继电器及相应的元件构成，它根据电路的实际需要来控制电机的启动、停止，从而能自动地控制液位的高度。 广西工业职业技术学院 第 14 页 共 47 页 控制驱动电路原理图 电路板的制作 (1) 原理图的绘制 利用 Protel99SE 软件来进行原理图的绘制 ,先将原理图做出 ,然后将其转化成相应的 PCB 图 ,在绘制过程中要注意 布置线要求 : ① 当铜箔厚度为 、宽度为 1~ 时 ， 通过 2A 的电流，温度不会高于 3℃ ，因此导线宽度为 （ 60mil）可满足要求。 对于集成电路，尤其是数字电路，通常选 ~(~12mil)导线宽度。 当然，只要允许，还是尽可能用宽线．尤其是电源线和地线。 导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿 电压决定。 对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距 至 5~8mm。 广西工业职业技术学院 第 15 页 共 47 页 ② 印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。 此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则．长时间受热时，易发生铜箔膨胀 和脱落现象。 必须用大面积铜箔时，最好用栅格状 .这样有利于排除铜箔与基板间粘 合剂受热产生的挥发性气体。 ③ 焊盘：焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。 焊盘太大易形成虚焊。 焊盘外径 D 一般不小于 (d+)mm，其中 d 为引线孔径。 对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取 (d+)mm。 (2) PCB 板图设计 印刷电路板 (简称 PCB),它是以一定尺寸的绝缘板为基材 ,以铜箔为导线 ,经特定工艺加工 ,用一层或若干层导电图形以及布置好的孔来实现元件间的电气连接 ,它就像在纸上印刷上去似的 ,故得名印刷电路板或称印刷线路板。 一般电源、地线一般可选 1mm 宽度 ,使电源、地线宽度尽量大些。 其 PCB 图如 下： PCB 印制板图 (3) 元件清单 抗干扰、远程控制方面措施 (1) 在做电路时尽量是 铜膜线的拐弯处应为圆角或斜角（因为高频时直角或者尖角的拐弯会影响电气性能） ， 双面板两面的导线应互相垂直、斜交或者弯曲走线，尽量避免平行走线， 以 减小寄生耦合。 (2) 电源的干扰及抑制。 直流电路与交流电路的电路不能在同一电路板上。 (3) 磁场干扰抑制。 弱信号线要短；区分强弱信号线，且 弱信号线要与其它线平行，若实在绕不开时，要在强、弱信号线中间夹一地线。 (4) 热干扰抑制。 敏感元件要远离热源（晶体管），易发热要注意散热。 (5) 在远程控制时，先要将单片机（接收终端）输出的模拟量转化为数字量器材 /元件 数量 器材 /元件 数量 AT89C51 芯片 1 块 晶振 12MHz 1 个 万用表 1 个 极性电容 1 个 剪线钳 1 把 无极性电容 30PF 2 个 螺丝刀 2 把 发光二极管 1 个 开关 11 个 NPN 三极管 5 个 LCD 显示器 1 个 排阻 9 脚 4 个 5V 电源 1 个 插针 9 脚 1 个 10K 电阻 5 个 A/D0809 集成块 1 个 继电器 4 个 1K 电阻 5 个 接触器 2 个 74LS74 集成 块 1 个 电磁阀 1 个 74LS02 集成块 1 个 电动机 1 台 滑动电阻 1 个 蜂鸣器 1 个 510 欧电阻 1 个 光耦 4 个 广西工业职业技术学院 第 18 页 共 47 页 来进行传输，然后再在接收终端（单片机）再将数字量转化为模拟量等来进行控制。 这样可以有效地减少传输过程中的干扰。 软件设计部分 (1) 分析题意，确定算法或算法思想。 算法是指解决问题的方法和步骤。 比如现有的一些计算方法和日常生活中解决问题的逻辑思维推理方法等。 (2) 根据算法画出流程图，简单 的情况也可不画。 画出描述算法的流程图，可以首先从图上检验算法的正确性，减少出错的可能，使得动手编写程序时的思路更加清晰。 其流程图如下： 软件流程图 (3) 分配存储空间和工作单元，合理地使用寄存器。 分配存储空间和工作单元，是指存储空间的分段和数据定义。 另外，由于寄存器的数量有限，编写程序时经常会感到寄存器不够用。 因此，对于字节数据，要尽量使用 8 位寄存器。 而采用适当的寻址方式，也会达到节省寄存器的目的。 (4) 根据流程图 编写程序。 开始 程序定义 主程序初始化 主程序主体结束 结束 子程序群 广西工业职业技术学院 第 19 页 共 47 页 这是编制汇编语言程序最为重要的一步。 可以参照流程图按照一般的汇编步骤进行，即定义，程序开始，程序初始化，主程序，中断程序，子程序，程序结束等。 其详细程序见附录。 (5) 上机调试运行程序。 通过汇编的源程序，只能说明它里面不存在语法错误。 但是它是否能达到算法所要求的预期效果，还必须经过上机调试， 软件的仿真， 用一些实验数据来测试，才能够真正地得出结论。 软件仿真部分 仿真软件的应用 对于汇编语言可用伟福、 Keil 软件来仿真测试 ,下面对 Keil 软件 的应用过程做一个详细的了解。 (1) 建立一个新工程。 (2) 然后选择要保存的路径，输入工程文件名字，比如保存到 MCS51 目录里，工程文件名字为 text,然后保存。 (3) 选择所用的单片机 AT89C51。 (4) 单击文件菜单，在下拉菜单中单击“新建”选项。 其中文件的扩展名应改为 .ASM，然后保存。 (5) 在编辑界面，单击“ Target1”前面的“ +”号，然后在“ Source Group1”上单击右键即可。 (6) 写入源程序，单击“ P 工程”菜单，再在下拉菜单中单击“ B 构造目标”，开。