商检技术专业毕业设计_基于单片机的水塔水位控制器设计

商检技术专业毕业设计_基于单片机的水塔水位控制器设计内容摘要：

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。 控制框图的设计系统 主要包括对 A/D0809 的数据采集，检测单通道、循环检测工作方式，温度的显示等，这几项功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。 此外还有复位电路，晶振电路，启动电路等。 故现场输入硬件有通道选择键、温度设置键、自动方式键、 A/D 转换芯片。 执行机构有 4位数码管、继电器等。 系统框图如图 22： 图 22 控制框图 3 单片机多通道温度 采集测控 ， 系统分析与设计的硬件 在硬件的设计前期，根据框图对电路中可能出现的电路，进行了模拟实验， 并根据实验结果对后期的硬件设计进行了合理化的修改完善。 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。 输入电路的设计 温度信号的采集电路。 放大电路输入口连接温度传感器 AD590 的两个引脚。 AD590 是一种具有良好温度特性的电压输入 /电流输出型温度传感器。 可以在55℃ ~150℃温度范围内正常工作。 当输入从 +4V～ +30V的宽范围电压时，将按1μ A/℃的比例输出反映当前温度的电流信 号。 如当感应温度为 0℃时，输出的电流为 273μ A。 本设计中给 AD590 提供了 12V的电压，以保证其能正常工作，温度监控范围可在 0℃～ 100℃范围内由控制部分自定义。 集成温度传感器 AD590 的简单介绍 集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的 be 结压降的不饱和值 VBE 与热力学温度 T 和通过发射极电流 I 的下述关系实现对温度的检测： 式中， K— 波尔兹常数； q— 电子电荷绝对值。 集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。 集成温度传感器的输 出形式分为电压输出和电流输出两种。 电压输出型的灵敏度一般为 10mV/K，温度 0℃时输出为 0，温度 25℃时输出。 电流输出型的灵敏度一般为 1mA/K。 AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。 它的主要特性如下： 流过器件的电流（ mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。 式中： — 流过器件（ AD590）的电流，单位 mA。 T— 热力学温度，单位为 K。 AD590 的测温范围为 55℃～ +150℃。 AD590 的电源电压范围为 4V～ 30V。 电源电压可在 4V~6V范围变化， 电流 变化 1mA，相当于温度变化 1K。 AD590 可以承受 44V正向电压和 20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 输出电阻为 710MW。 精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五档，其中 M 档精度最高，在 55℃～+150℃范围内，非线性误差为177。 ℃ AD590 测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。 由于 AD590 精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。 图 31 中的图 (a)是 AD590 的封装形式 ，图 (b) AD590 用于测量热力学温度的基本应用电路。 因为流过 AD590 的电流与热力学温度成正比，当电阻 R1和电位器 R2的电阻之和为 1k时，输入电压 V0 随温度的变化为 1mV/K。 但由于 AD590 的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。 调整的方法为：把 AD590放于冰水混合物中，调整电位器，使 V0=。 或在室温下 (25℃ )条件下调整电位器，使 V0=+25=(mV)。 但这样调整可保证在 0℃ 或 25℃ 附近有效高精度。 图 31 AD590 的封装形式与 基本应用电路 放大电路的设计 在许多需要 A/D 转换和数字采集的单片机系统中，很多情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足 A/D 转换器对输入信号电平的要求，这种情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。 仪表器的选型很多，在这里介绍一种用途非常广泛的仪表放大器，其实就是典型的差动放大器。 它只需三个廉价的普通运算放大器和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器。 广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量、医疗器械及其它数字采集的系统中。 电路原理并不 复杂。 要使电路满足平衡，则 R1=R R3=R R5=R6，因为每个运放的特性不可能完全一致，在 A 和 A2 的 Pin Pin8 增设了调零电位器 VR1和 VR2，这在实际的应用中是非常有用的。 假设 A A2 的失配、失调电压和电流均为零的情况下，其差模电压增益为： 整个电路采用正负两组电源供电，这样可对正或负输入电压进行放大。 电源电压一般可取177。 5— 177。 15V，但对其稳定度有一定的要求。 图 31中的电容 C用于除抖动和抗干扰，其取值应以实际的用途，根据放大的信号特性决定。 可选用的运算放大器相当多，如 OP07， OP725，如果要求不高，甚至可选价廉的 uA741 等通用运算放大器。 本设计的放大电路采用高精度集成运放 OP07 做放大元件。 OP07 的电源电压范围 3～ 18V，输入电压范围为 0～ 14V，其引线图如图 3 2。 OP07 是高精度低失调电压的精密运放集成电路，用于微弱信号的放大。 如果使用双电源，能达到最好的放大效果。 单通道，循环检测工作方式选择电路的设计 通道选择工作方式由独立式按键实现。 独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状不会影响其它输入线上的工作状态。 因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个健被按下了。 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。 但每个按键需占用一根输入口线，在按键数量多时，输入口浪费大，电路结构显得很繁杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的合。 用查询方式的独立式按键工作，按键直接与 AT89C51 的 I／ O 口线相接，通过读 I／ O 口，判定各 I／ O口线的电平状态，即可识别按下的按键。 独立式按键电路中，各按键开关均采用了上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各 I／ O 口线有确定的高电平，当然如输入口线内部已有上拉电阻，则外电路的上拉电阻 可省去。 对独立按键盘进行编程，采用软件消抖的方法，以查询工作方式检测各按键的状态。 当有且仅有一键按下时才予以识别，如有两个或多个键同时按下将不予以处理。 通道选择由按键选择，由 、 扫描实现。 A/D0809 与 AT89C51 接口电路的设计 ADC0809 是美国国家半导体公司（ National Semiconductor Corporation）产品。 是逐次逼近型芯片，片内带有锁存功能的 8路模拟多路开关，可对 8路 0~~5V 的输入模拟电压信号分时进行转换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较 器、 256R 电阻 T 型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器 SAR，控制与时序电路等。 输出具有 TTL三态锁存缓冲器，可直接连到单片机数据总线。 ADC0809是采样频率为 8位的、以逐次逼近原理进行模 — 数转换的器件。 其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。 1．主要特性 1） 8 路 8 位 A／ D 转换器，即分辨率 8 位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为 100μs 4）单个＋ 5V 电源供电 5）模拟输入电压范围 0～＋ 5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为 40～＋ 85 摄氏度 7）低功耗，约 15mW。 2．内部结构 ADC0809 是 CMOS单片型逐次逼近式 A／ D转换器，内部结构如图 13． 22所示，它由 8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、 8 位开关树型 D／A 转换器、逐次逼近 3．外部特性（引脚功能） 图 33 ADC0809 的内部结构及 引脚 图 ADC0809 芯片有 28条引脚，采用双列直插式封装，如图 33 所示 下面说明各引脚功能。 IN0～ IN7： 8 路模拟量输入端。 21～ 28： 8 位数字量输出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址输入线，用于选通 8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A／ D 转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC： A／ D 转换结束信号，输出，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。 REF（ +）、 REF（ ）：基准电压。 Vcc：电源，单一＋ 5V。 GND：地。 ADC0809 的工作过程是：首先输入 3位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。 此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。 START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。 下降沿启动 A／ D转换，之后 EOC输出信号变低，指示转换正在进行。 直到 A／ D 转换完成， EOC变为高电平，指示。