【正文】 (60KB)的外部程序存儲器。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動 (吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。 Flash 編程和程序校驗期間 P 1 接收低 8 位地址。 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12 V的編程電壓 Vpp。 （ 2）控制線引腳 (4 個 ) 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間； 4/8KB ROM 或 EPROM； 51 單片機具有開發(fā)技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，尤其是在 ATMEL 公司將 Flash 存儲技術(shù)應(yīng)用到單片機產(chǎn)品中，將 Flash 存儲技術(shù)與 Intel 公司的 MCS51 核心技術(shù)相結(jié)合，形成 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 10 頁 共 36 頁 了 AT89 系列單片機。 圖 超聲波液位儀原理圖 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 9 頁 共 36 頁 4 超聲波測液位系統(tǒng)硬件設(shè)計 整體系統(tǒng)方案 為了設(shè)計出價格便宜，可靠性較高，方便實用的超聲波液位儀，本設(shè)計采用 AT89C51 為核心的單片機電路，同時使用雙探頭的方式發(fā)射和接收超聲波，基于超聲波測距的 原理，算出液位的高度，選用數(shù)碼管顯示液位的高度，以及具有鍵盤輸入設(shè)置功能的檢測裝置，設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 其原理為：超聲波發(fā)生器 T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。利用常規(guī)雙壓電芯片組件振動器的彎曲振動，在頻率高于70kHz 的情況下，是不可能達到此目的。因此這項技術(shù)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面以這種檢測手段，必須發(fā)射超聲波和接收超聲波。 超聲衰減測量顧名思義就是超聲波在被測介質(zhì)中的衰減量隨距離變化，根據(jù)接收信號和發(fā)射信號間的衰減量變化測量液位。 超聲波傳感器的分類 超聲波傳感器按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中以壓電式最為常用。 利用超聲波來感知或檢測物體，有非破 壞性、遙控性、實時性、可穿透性等優(yōu)點，在許多方面體現(xiàn)了獨到之處。 總而言之，超聲波的特點是它能在各種媒質(zhì)中傳播，波長短，因而分辨率很 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 5 頁 共 36 頁 好；聲束尖銳，聲能集中；在不同物質(zhì)界面上會有反射、折射、散射等現(xiàn)象；可獲得較高聲強。 （ 2） 反射 要探測某個物體是否存在，超聲波應(yīng)能夠在該物體上得到反射，由于金屬、木材、混凝土、橡膠和紙等可以反射近乎 100﹪ 的超聲波，因此我們可以很容易地探測到這些物體。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 4 頁 共 36 頁 2 超聲波傳感器 超聲波 超聲的定義：聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象。目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在機械制造、電子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工業(yè)領(lǐng)域。 經(jīng)過不斷的努力和探索，科技工作者己開發(fā)出了種類繁多、各具特色的液位儀。目前液位儀的功能和價格，不同的廠家和不同的型號之間，相差較大。目前國內(nèi)高精度超聲液位測量儀表的發(fā)展主要采用引進加吸收等手段，還有許多合資企業(yè)代理國外相應(yīng)產(chǎn)品。而且超聲波具有很好的指向性和束射特性，人耳聽不見，一般不會對人體造成傷害艟測工程方便、迅速、易做到實時控制。超聲波液位儀具非接觸，精度較高，實時測量，可靠性強等優(yōu)點。 在國際上，把超聲波技術(shù)用于液位測量己有較長時間，我國從 20 世紀(jì) 90年代開始發(fā)展，將超聲測距技術(shù)應(yīng)用到河流、湖泊、水、渠等水體的水位測量中，以及油、漿等液體的液位測量中。 隨著智能儀器概念的提出，在電子和微控制芯片發(fā)展的基礎(chǔ)上 ，液位儀器也經(jīng)歷著日新月異的變化。在工程技術(shù)領(lǐng)域中，由于超聲檢測靈敏度和精度較高，且費用低廉，被廣泛應(yīng)用。 近些年來，隨著超聲技術(shù)研究的不斷深入，再加上其具有的高精度、無損、非接觸等優(yōu)點，超聲的應(yīng)用變得越來越普及。 (4)以數(shù)字的形式顯示測量距離。正是由于這種較高的分辨率特性，才使我們有可能在進行測量時獲得很高的精確度。 上述四個基本特性使超聲波在媒體中導(dǎo)致如下五種效應(yīng)：力學(xué)效應(yīng)、熱學(xué)效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、電學(xué)效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng) 。 在超聲波測距系統(tǒng)中利用超聲波傳感器產(chǎn)生和接收超聲波，利用超聲波的特性進行數(shù)據(jù)測量。 （ 6）價格適中。 頻差法就是讓超聲探頭發(fā)出調(diào)頻的超聲波，超聲波的頻率隨傳播距離 的不同而不同，根據(jù)接收信號和發(fā)射信號間的頻差可得到從發(fā)射到接收的時間。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射，從而形成反射回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。 對應(yīng)用于工業(yè)的超聲波探頭而言，要求其精確度要達到 1mm，并且具有 較強的超聲波輻射。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 8 頁 共 36 頁 3 超聲波測液位原理 超聲波測距的方法 本設(shè)計采用的是超聲波往返時間檢測法。其中 L=1/2VT 同時 S為已知，所以就可以計算出液位高度。 DSP 器件在工控領(lǐng)域的應(yīng)用，從長遠看是一個必然的趨勢，但目前 DSP 器件的使用偏重于高端應(yīng)用領(lǐng)域，對于智能儀表所開發(fā)的功能得不到充分利用，不能很好的體現(xiàn)器件優(yōu)勢。 總線控制邏輯 (2) 存儲器 系統(tǒng) 64KB 外部程序存儲器尋址空間； XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 如 EA 端為高電平 (接 Vcc端 )， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。其輸入 /輸出引腳有： 作輸入口使用時， 因 為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (In)。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 程序存儲器 如果 EA引腳接地 (GND)，全部程序均執(zhí)行外部存儲器。 定時器 /計數(shù)器 0和 定時器 /計數(shù)器 1 定時器 0 和 1 都是一個 16位定時 /計數(shù)器。 單片機的最小系統(tǒng)如圖 所示。 復(fù)位也是使單片機退出低功耗工作方式而進入正常狀態(tài)的一種操作。 圖 電源電路設(shè)計框圖 變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 17 頁 共 36 頁 直流電源的輸入為 220V 的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因 而需要通過電源變壓降壓后，再對交流電壓進行處理。二個引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。將外部時鐘電路跟晶振放在同一個封裝里面，一般都有 4 個引腳，兩條電源線為里面的時鐘電路提供電源，又叫做有源晶振，時鐘振蕩器，或簡稱鐘振。非編碼鍵盤是靠軟件來識別鍵盤的閉合鍵，由此計算出編碼。目前常用的顯示器有數(shù)碼管顯示器 (LED 顯示器 )，液晶顯示器（ LCD顯示器）以及 CRT 顯示器等。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 20 頁 共 36 頁 (a) (b) (C) 圖 LED結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)某一個二極管導(dǎo)通時， 相應(yīng)的字段就發(fā)亮。 表 顯示七段碼表 D7 h D6 g D5 f D4 e D3 d D2 c D1 b D0 a 共陰七段碼 共陽七段碼 顯示字符 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH C0H 0 0 0 1 0 0 1 1 0 06H F9H 1 0 1 1 1 1 0 1 1 5BH A4H 2 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH B0H 3 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 99H 4 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 92H 5 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 82H 6 0 0 0 0 0 1 0 1 07H F8H 7 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 80H 8 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 21 頁 共 36 頁 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 90H 9 0 1 1 1 0 1 1 1 77H 88H A 0 1 1 1 1 1 0 0 7CH 83H B 0 0 1 1 1 0 0 1 39H C6H C 0 1 0 0 0 1 1 1 5EH A1H D 0 1 1 1 1 0 0 1 79H 86H E 0 1 1 1 0 0 1 1 71H 8EH F 0 1 1 1 0 0 1 1 73H 8CH P 0 1 1 1 0 1 1 0 76H 89H H 在單片機系統(tǒng)中， LED顯示器的顯示方法有二種 ： 靜態(tài)顯示法和動態(tài)掃描法。 超聲波接收電路 超聲波接收電路原理圖如圖 示。 CX20216A 時紅外線遙控接收前置放大雙極型集成電路，內(nèi)部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路（ ABLC）、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和波形整形電路等組成。 圖 CX20216A引腳圖 表 CX20216A 引腳符號及功能 引腳號 符號 功 能 1 IN 遙控信號輸入端（此腳與地之間接紅外線接收二極管 0 2 C1 前置放大器頻率特性和增益設(shè)定（此腳與地之間接 RC串聯(lián) 電路） 3 C2 接檢波電容 4 GND 接地 5 F0 設(shè)定帶通濾波器的中心頻率（此腳與電源間接電阻） 6 C3 外接積分電容 7 OUT 遙控指令輸出端 8 VCC 外接電源 (3)邏輯框圖 CX20216A 邏輯框 如圖 所示。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 26 頁 共 36 頁 圖 單片機及顯示系統(tǒng)電路圖 系統(tǒng)整體電路圖 系統(tǒng)整體電路圖如圖 。 5． 2 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送二個左右的超聲波脈沖信號（頻率約為 40KHz 的方波），脈沖寬度為 12us 左右，同時把計數(shù)器 T0 打開進行計時。 ５． 3 程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit st=P1^1。TL0=0x18。TL0=0x18。 TR0=1。 qi=i。 P2=w[1]。 delay(1)。 （ 2） 在仿真的過程中， 出現(xiàn)了很多的問題，如在顯示時老出現(xiàn)斷碼和亂顯示，經(jīng)過幾次的修改，這些問題也一一解決，使得程序能正常的工作。顯示電路采用簡單實用的 4位共陽 LED數(shù)碼管，段碼用74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。 超聲波檢測接收電路 主要是由 集成電路 CX20216A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0溢出中斷將外中斷 0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2以表示此次測距不成功。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會正常工作