【正文】 控電流源控制、 PWM 方法控制 等 [9]。設(shè)計中有三個按鍵， key1 是工作模式選擇， key key3 分別是數(shù)值增減。 圖 顯示部分電路圖 原理圖說明： 段 碼 從 P0 口輸出，位選由 74LS138 控制， 74LS138 的 ABC 輸入端分別和 、 、 相連。 共陰 LED 負端接地，正端直接 P 口，發(fā)光管亮的時候電流是從電源正 —— 上拉電阻—— LED —— 地。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。 第 17 頁 共 48 頁 （ a） 引腳分布 （ b） 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 4 位共陰數(shù)碼管 （ 2）數(shù)碼管的驅(qū)動方式 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。本設(shè)計以簡單、靈活為目標，設(shè)計出友好的用戶交互接口。 （ 2） AD0809 接口 電路設(shè)計 第 16 頁 共 48 頁 圖 ADC0809與 51單片機連接電路圖 原理圖說明： ADC0809 的通道 0 是液位傳感 器信號輸入，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過 P1 口傳給單片機。 不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序， A/D 轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 表 通道選擇表 C B A 被選擇的通道 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 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進行處理。 Vref —— 參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻； OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。 EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 CLK —— 時鐘信號。 A、 B、 C—— 地址線。 START —— 轉(zhuǎn)換啟動信號。 結(jié)合上述增益計算方法， 若 R3 取16kΩ ，則 可計算該放大電路的增益為 7 2 5( 1 0 0 k / 1 k )5 0 k / 1 6 k21 ???? ）（ （增益可調(diào)） …… ...（ 8） 單片機處理的數(shù)字信號，而信號調(diào)理電路輸出的為模擬量，單片機不能直接進行處理，中間需要數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。 若最大輸出電壓按照 7mV計算，那么放大倍數(shù)可以這樣計算： 第一級將輸入信號放大 7 倍 左右 ，第二級再對電壓放大 100倍。 儀表放大器的輸入失調(diào) ： 可以證明 ， 在前級的 A1 和 A2 參數(shù)匹配 ， 即它們的外部電路參數(shù)相同且其電氣特性 （ 包括失調(diào)參數(shù) ） 也相同的情況下 ， 兩個輸入端的失調(diào)所導(dǎo)致的輸出是互相抵消的 ， 尤其是在集成儀表放大器中 ， A1 和 A2用相同工藝制作 ， 所以集成的儀表放大器的輸入失調(diào)很小 。 儀表放大器由 3個運算放大器組成 ， 可將其分為兩級來進行分析 。 177。 表 OP07A主要性能參數(shù) 參數(shù)名稱 OP07A 輸 入失調(diào)電壓 10uV 輸入偏置電流 700pA 輸入失調(diào)電流 300pA 開環(huán)增益 Min： 150 Max： 1500 頻率響應(yīng)、截止頻率 轉(zhuǎn)換速率 第 11 頁 共 48 頁 表 （續(xù)） OP07A主要性能參數(shù) 參數(shù)名稱 OP07A 輸入阻抗 差模 共模 80MΩ 200GΩ 共模抑制比 CMRR 123dB 共模輸入電壓范圍 177。 13V）與高達 110dB 的共模抑制比和高輸入阻抗的結(jié)合，在同相電路阻態(tài)中提供了很高的精度，即使在很高的閉環(huán)增益下，也能保持極好的線性和增益精度。由于 OP07A 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（最大為 25μ V），所以 OP07A 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。從 5 腳和 2 腳輸入 5V電壓， 3 腳和 16 腳可作為信號的輸出。 %. 遲滯 177。F 存儲溫度 40— 125 ℃ 40176。按鍵按下時，電容通過 1k 電阻放電，按鍵松開后 類似于上電的過程， 電容又經(jīng)歷一個 10ms 充電過程，使得 RST 引腳維持了 10ms 的高電平，單片機復(fù)位。振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由晶振的頻率組成 ， 電容 C1和 C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用（ C C2變大， f變小），其典型值為 30pF，電路圖如下所示 。 中斷響應(yīng)的過程 —— 單片機一旦響應(yīng)中斷，首先對相應(yīng)的優(yōu)先級有效觸發(fā)器置位。這樣，在每個機器周期內(nèi)，單片機對所有中斷源都進行順序檢測，并可在任 1 個周期的 S6 期間，找到所有有效的中斷請求，還對其優(yōu)先級進行排隊。由此可見， “ 中斷 ” 已成為現(xiàn)代計算機的 1種重要功能，而中斷系統(tǒng)功能的強弱已稱為衡量 1臺計算機功能完善與否的重要標志之一。 表 P3 口 第二功能 引腳 第 2功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷） INT1（外部中斷） T0（ TIMER0的外部輸入腳） T1（ TIMER1的外部輸入腳） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入控制信號） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取控制信號） (2)STC89C52RC單片機的中斷系統(tǒng) 計算機暫時中止正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，并在中斷服務(wù)程序完了之后能自動回到原主程序處繼續(xù)執(zhí)行，這個過程叫做 “ 中斷 ” 。 P3 口與其它 I／ O口有較大區(qū)別，每個引腳還具有專門功能 ,除了作 第 7 頁 共 48 頁 為 I/O口使用外（內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置。 P2口有兩個功能： ①擴充外部存儲器時，當作地址總線（ A8~A15）使用。 P1 的每一位能驅(qū)動 4個 LS型 TTL 負載。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8個 LS 型 TTL 負載。當?shù)刂烦?4KB 時，將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時， 這兩次有效 PSEN 信號不出現(xiàn)。 PSEN 端同樣可驅(qū)動 8個 LSTTL 負載。 c)控制信號或與其它電源復(fù)用引腳 RST（ 9 腳） : 單片機剛接上電源時，其內(nèi)部各寄存器處于隨機狀態(tài)，在該腳輸入24 個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機復(fù)位（ RESET） 。在采用外部時鐘 時，對于 HMOS 單片機，該端引腳必須接地；對于 CHMOS 單片機，此引腳作為驅(qū)動端 。 2個外接晶振 的引腳， 4個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。 STC89C52 單片機功能簡介 STC89C52 是 INTEL 公司 MCS51 系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用 宏晶科技 公司可靠的 CMOS 工藝技術(shù)制造的高性能 8 位單片機，屬于標準的 MCS51的 HCMOS 產(chǎn)品。 單片機是將微處理器、存 儲器和外圍設(shè)備集成到一塊芯片上形成的。 圖 系統(tǒng)功能模塊框圖 本章小結(jié) 本章主要介紹了水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計背景、發(fā)展趨勢和設(shè)計意義，以及根據(jù)任務(wù)書的設(shè)計 要求，確定了各模塊設(shè)計方案和最終的總體設(shè)計方案。由于 P0 口的拉電流能力有限，必須在 P0 口接上拉電阻才能使數(shù)碼管正常工作。從 DC 12V 經(jīng) LM7805 降壓之后獲得 DC 5V 電源，供給單片機和信號采集電路工作電壓。 優(yōu)點：能實現(xiàn)精確控制，反應(yīng)速度快 。 （ 4） 末級執(zhí)行單元的方案選擇 方案一：采用繼電器控制水閥的通斷 。 方案二：采用 STC89C52 芯片 。 優(yōu)點：該芯片為 16 位機器，是 TI 公司推出的低功耗產(chǎn)品。 c)偏置電流 Ib 足夠?。皇д{(diào)電壓 Vos 要足夠?。粶仄霸肼曄禂?shù)要盡量小。 水下壓強 傳感器放置于水箱底部，隨著水位的變化底部壓強相 應(yīng)變化，壓力元件將壓強信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由 AD 轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳進單片機。由于 鎳鉻 合金電阻率較高，所以微小的液位變化會引起較大的電阻值的變化，提高了傳感器的靈敏度 。但是超聲波模塊價格昂貴，不適合投入到生產(chǎn)中去，故將其舍棄。 方案論證 （ 1） 液位測量方案的選擇 水箱液位的測量方式有多種，經(jīng)過查閱相關(guān)資料，大致實現(xiàn)方式如下所述 。 同時，能起動 進水閥 或 排水閥進行自動調(diào)節(jié) 。 研究內(nèi)容： 詳細分析課題任務(wù)，設(shè)計電源電路，鍵盤電路，單片機系統(tǒng)，顯示電路，執(zhí)行器電路，報警電路，復(fù) 位電路，時鐘電路， A/D 轉(zhuǎn)換電路等系統(tǒng)。所以，發(fā)展先進的液位控制技術(shù)是我們必須重視的趨勢。 反觀我國，雖然液位控制系統(tǒng)在國內(nèi)生產(chǎn)生活的應(yīng)用十分廣泛，但國內(nèi)的液位控制器的發(fā)展水平仍然不如先進國家，差距仍然很大。使用液位控制系統(tǒng)來自動維持液位高度，工作人員可以輕易在操作室獲如某個設(shè)備的儲水狀況，大大減低工作人員工作的危險性，同時更提高了工作的效率及簡便性 [2]。開發(fā)出低成本、智能 化的水箱液位控制器必定會受到廣大消費者的歡迎 [1]。傳統(tǒng)的 液位控制多采用包含手動控制方式的單回路控制，同時采用傳統(tǒng)的指針式機械儀表來顯示液位的當前值。 本設(shè)計采用單片機 作中央處理單元 ，易于實現(xiàn)水箱液位的控制，而且有造價低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作、維修方便等優(yōu)點。 學(xué)號： 0000000 XXX 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） （ 2020 屆 ） 題 目 基于單片機的液位控制器 的 設(shè)計 學(xué) 生 XXX 學(xué) 院 XXXXX學(xué)院 專 業(yè) 班 級 XXXX 校內(nèi)指導(dǎo)教師 XXXX 專業(yè)技術(shù)職務(wù) XXX 校外指導(dǎo)老師 XXX 專業(yè)技術(shù)職務(wù) XXXXX 二 ○ 一二 年 五 月 I 基于單片機的液位控制器 的 設(shè)計 摘要 ： 在日常生活中的很多地方需要液位控制，一個性能良好的液位控制系統(tǒng)可以給生活帶來很多方便，設(shè)計出一個優(yōu)良的液位控制系統(tǒng)具有極其重要的意義。 軟件部分使用 C 語言作程序開發(fā)，易于編寫和升級維護，使得作品性能更優(yōu)良。如家庭蓄水池、熱水器水箱、飲水機和熱水儲蓄箱等等?；谏鲜鎏攸c，本文設(shè)計了以單片機為控制核心的多功能液位控制系統(tǒng)，它完成對整個系統(tǒng)的液位的控制及顯示功能。 近幾十年來，控制系統(tǒng)己被廣泛使用，在研究和發(fā)展上也己趨于完備，控制的概念更是應(yīng)用在許多生活周圍的事物，液位控制系統(tǒng)已 經(jīng) 是一般工業(yè)界所不可缺少 的，例如蓄水槽、污水處理廠等都需要液位的控制。這些先進的控制器不僅能實現(xiàn)各種復(fù)雜環(huán)境下的液位控制系統(tǒng)的控制，而且運用先進的算法，采用自適應(yīng)控制、自 校正控制、模糊控制、人工智能及計算機技術(shù)，使液位控制器的適用范圍 更加廣。我 國相關(guān)控制器大量依靠國外的成熟技術(shù)，這些都是必須正視的現(xiàn)實。通過對液位的檢測，能將水箱中 的液位控制在設(shè)定的范圍內(nèi)，并且當液位過高或者過低時能對水閥 進行控制。 （ 2）能設(shè)定報警的液位上下限值，當水 箱 水位降到或升到設(shè)定的報 警水位時，能發(fā)出聲光報警 。 （ 5）對水位的控制可以采用自動控制和手動控制兩種。超聲波模塊測距有很多優(yōu)點，測量范圍為 2cm—— 4m；精確度為 1cm，可以非 常精確地測量出液位高度；溫度特性非常好，幾乎不受溫度的影響；由于水位高度不會影響到超聲波模塊的元器件，所以線性度非常好；它是數(shù)字器件，操作簡單等等。其工作原理為，液面以下的金屬棒相當于有一個固定阻值的電阻將它們相連，該電阻是由水產(chǎn)生的，露出水面的部分會隨著水位發(fā)生變化，從而改變接入放大電路的電 阻，完成液位的檢測。 第 3 頁 共 48 頁 (a) 原理圖 （ b） 等效電路圖 圖 鎳鉻探針式 液位檢測 器的結(jié)構(gòu) 方案 三 ： 采用水下壓強 傳感器實現(xiàn)水位數(shù)據(jù)的采集。 b)噪聲和漂移要小于被測信號電流，即信噪比要高，否則輸出的噪聲電壓或漂移電壓將使輸出的信號電壓淹沒或使輸出信號 難以辨別 。 （ 3） 主控制器的選擇 由于本設(shè)計對采樣數(shù)據(jù)的處理速度和對執(zhí)行單元的控制速度要求不高，