【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 寵兒。所以本次設(shè)計(jì)采用的是壓阻式應(yīng)變壓力傳感器。 第二節(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換 當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)出水塔的液位高度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出時(shí)，此信號(hào)為模擬信號(hào)仍然不能直接送給單片機(jī)進(jìn)行分析比較，需要在送 單片機(jī)之前進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（ AD 轉(zhuǎn)換） ,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再傳送給單片機(jī)。 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 一、 AD 轉(zhuǎn)換器的分類 （ 1）按數(shù)字輸入方式可分為并行 AD轉(zhuǎn)換器和串行 AD 轉(zhuǎn)換器。 （ 2）按工作原理及特點(diǎn)可分為積分型、逐次逼近型、并行比較型 /串并行型、∑△調(diào)制型、 VF變換型等。 （ 3）按輸出極性可分為單極性和雙極性。 二、 串并行 AD 轉(zhuǎn)換器的選取 串行 AD轉(zhuǎn)換器比并行 AD 轉(zhuǎn)換器節(jié)約串口資源，沒有并行 8 位通道間的相互干擾，現(xiàn)在已被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)中，故本次設(shè)計(jì)選用的就是串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 三、 AD 轉(zhuǎn)換器芯片型號(hào)的選取 串行 AD轉(zhuǎn)換器的集成芯片也是種類繁多，其中 TLC0832 與 TLC0834 都是被廣泛應(yīng)用的芯片。 TLC0832 是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的串行控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，有兩個(gè)多路選擇的輸入通道，與單片機(jī)或控制器通過三線接口連接，具有 8 位分辨率， 5V單電源供電，輸入與輸出電平與 TTL 和 CMOS 兼容等特點(diǎn)。而 TLC0834 同樣是 8位分辨率， 5V 單電源供電，輸入輸出電平與 TTL 和 CMOS 兼容的串行逐次逼近型 AD 轉(zhuǎn)換器，但是 TLC0834 在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中采用光電隔離方式，使其具有較強(qiáng)的抗干擾性能，故本次 水塔水位智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的是 TLC0834芯片。 第三節(jié) 控制模塊 本文對(duì)水塔水位所設(shè)計(jì)控制模塊主要包括以單片機(jī)為核心的，通過繼電器控制的水泵的工作過程的設(shè)計(jì)。對(duì)水泵電機(jī)控制的設(shè)計(jì)雖然多種多樣，但是考慮繼電器的特點(diǎn)是小電流控制大電流，不僅是一種可以自動(dòng)控制的電器，而且對(duì)系統(tǒng)線路還兼有保護(hù)作用，同時(shí)，通過繼電器控制電機(jī)啟停技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于此類設(shè)計(jì)中，相對(duì)安全可靠，深受設(shè)計(jì)者喜愛。 一、 繼電器的介紹 繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件，在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中主要來(lái)做自動(dòng)控制作用，系統(tǒng)采用 +5V 的直流電來(lái)控制 220V 的交流電，以達(dá)到控制水泵的作用，因?yàn)槭窃谶@里是以一種弱電來(lái)控制強(qiáng)電，所以安裝和使用的過程當(dāng)中一定要注意用電安全注意事項(xiàng)。 磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反 作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。 常用的繼電器可分為電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器以及干簧繼電器等。 （ 1） 熱繼電器是一種通過電流簡(jiǎn)介反應(yīng)被控電器發(fā)熱狀態(tài)的防護(hù)器件。 （ 2）干簧繼電器是一種新型密封觸點(diǎn)的繼電器，它既能導(dǎo)磁又能導(dǎo)電，兼有普通電磁繼電器的觸點(diǎn)和磁 路系統(tǒng)的雙重作用，具備快速動(dòng)作、靈敏度高、穩(wěn)定可靠和消耗功率低等優(yōu)點(diǎn)。 （ 3）時(shí)間繼電器是在電路中對(duì)動(dòng)作時(shí)間起控制作用的繼電器。 （ 4）中間繼電器具有觸點(diǎn)多、觸點(diǎn)電流大和動(dòng)作靈敏等特點(diǎn)，常用于某一電器與被控電路之間，以擴(kuò)大電器的控制觸點(diǎn)數(shù)量和容量。 （ 5）電流繼電器和電壓繼電器屬于常用的電磁繼電器之一。如果繼電器是按通入線圈的電流的大小而動(dòng)作的，就是電流繼電器，電流繼電器是串聯(lián)在負(fù)載中使用的，其線圈匝數(shù)少、內(nèi)阻低，可以保護(hù)線路不因電流過大而收到損壞；如果繼電器是按照施加到線圈上的電壓大小來(lái)動(dòng)作的，就是電 壓繼電器，電壓繼電器與負(fù)載電路并聯(lián)工作，所以線圈匝數(shù)較多、阻抗較高。故本次對(duì)于水泵電機(jī)的控制選用的是電流繼電器。 第四節(jié) 顯示模塊 測(cè)控系統(tǒng)中常用的測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示器有發(fā)光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD）兩種。 一、 LED 顯示器 LED 顯示器通常是由多位 LED 數(shù)碼管排列而成，每位數(shù)碼管內(nèi)部有 8 個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中七個(gè)發(fā)光二極管擺成七筆字形“８”，還有一個(gè)發(fā)光二極管用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)。這種顯示塊有共陰極和共陽(yáng)極兩種，八個(gè)二極管的陰極并接成一個(gè)公共端稱為共陰極；八個(gè)二極管的陽(yáng)極并接成一個(gè)公共端，稱 為共陽(yáng)極。其主要是通過這些發(fā)光二級(jí)管的亮滅來(lái)顯示字符。 為了在 LED 上顯示數(shù)字，必須將要顯示的數(shù)字轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼，這可通過硬件譯碼或軟件譯碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件譯碼電路由鎖存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器組成，鎖存器用于所存每位要顯示數(shù)字的四位二進(jìn)制代碼或 BCD 碼，譯碼器通過驅(qū)動(dòng)器與 LED 顯示器的 8個(gè)發(fā)光二極管相連，使相應(yīng)段的二極管點(diǎn)亮，顯示出數(shù)字或字符。 二、 LCD 顯示器 液晶顯示品種多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，字符型液晶顯示電路板有兩種點(diǎn)陣顯示字符： 5 7 和 5 10；每種點(diǎn)陣又分為 1 行、 2 行和 4行三類，沒行有 1 80 等多種字符位長(zhǎng)度， LCD 液晶顯示器主要是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 態(tài)的晶體，它兼有液體的流動(dòng)性和晶體的光學(xué)特性，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生顯示畫面。 LCD 顯示器具有低壓功耗小，顯示信息量大，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 LCD顯示器的缺點(diǎn) 缺點(diǎn) 一：可視偏轉(zhuǎn)角度小。 缺點(diǎn)二：容易產(chǎn)生影像拖尾現(xiàn)象 (例如鼠標(biāo)指針快速晃動(dòng) )，這是由于普通液晶屏多為 60Hz(每秒顯示 60幀 )，而 CRT 多為 85Hz(每秒 85 幀 )。不過這個(gè)問題主要出現(xiàn)在液晶顯示器剛流行時(shí)的游戲中（即 “ 畫面撕裂 ” ），之后已經(jīng)基本解決，如果仍然出現(xiàn)可利用 垂直同步 解決。 缺點(diǎn)三： 液晶顯示 器 的亮度和對(duì)比度不是很好。 缺點(diǎn)四： 液晶 “ 壞點(diǎn) ” 問題。 缺點(diǎn)五：壽命有限 [2]。 缺點(diǎn)六：當(dāng)分辨率低于顯示器的默認(rèn)分辨率時(shí)，畫面模糊會(huì)非常明顯，而CRT即使當(dāng)前分辨率低于默認(rèn) 1倍也不會(huì)十分明顯。 缺點(diǎn)七：當(dāng)分辨率大于顯示器的默認(rèn)分辨率時(shí)（需要軟件強(qiáng)制設(shè)定），細(xì)節(jié)處的色彩會(huì)丟失，而 CRT 是屏幕閃爍嚴(yán)重且畫面明顯模糊。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。 體積小、重量輕 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 功耗低 相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 所以本次設(shè)計(jì)針對(duì)水塔水位高度的顯示選用了 LCD 顯示器。此次顯示水位用的是5 7 點(diǎn)陣 2行 16位字符長(zhǎng)度的 1602 液晶顯示器。 第 三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第一節(jié) 單片機(jī) AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器 （ FPEROM— Flash Programmable and 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位 微處理器 ，俗稱 單片機(jī) 。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié) 閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的 單片機(jī) 。 單 片機(jī) 的可擦除 只讀存儲(chǔ)器 可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器 制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU 和閃速 存儲(chǔ)器 組合在單個(gè)芯片 中。 一、 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí) 程序存儲(chǔ)器 鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè) 中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 二、 特性概述 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k字節(jié) Flash閃速存儲(chǔ)器 ， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工 串行通信 口，片內(nèi)振蕩器及 時(shí)鐘電路 。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種 軟件 可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 串行通信 口及 中斷系統(tǒng) 繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 三、 管腳說明 AT89C51 單片機(jī)管腳如圖 31 所示 。 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 31AT89C51單片機(jī)管腳圖 VCC：供電電源 GND：接地 P0口： P0 口為一個(gè) 8位漏極開路雙向 I/O 口，每個(gè)引腳可吸收 8 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。 P1口管腳寫 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收 高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 P3口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能 ，如 表 31所示 。 表 31 P3口線的 特殊功能 P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于 天津科技大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自 反向振蕩器的輸出。 四、 內(nèi)部結(jié)構(gòu)