【文章內(nèi)容簡介】 流　　量：最大 22m3/h 環(huán)境溫度：最高+160℃ 液體溫度：50℃～120℃ 工作電壓：220V/380V 工作壓力：安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 3 硬件電路設(shè)計(jì) 主控單片機(jī) AT89S51 芯片介紹AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，AT89S51 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 AT89S51 單片機(jī)引腳圖如圖 所示。 圖 AT89S51 引腳圖 主要性能特點(diǎn)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8(1) AT89S51 主要功能如下： 8 位單芯片。（ROM 為 4KB） 。（RAM 為 128B） 。（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 。 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制。 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器。 個(gè)中斷向量源。 AT89S51 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 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)FIASH 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 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 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，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)。 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 門安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9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 口除了作為普通 I/O 口，還有第二功能： /RXD（串行輸入口） /TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） /T0（記時(shí)器 0 外部輸入） /T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 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)。 I/O 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。89C51 的 P0、PPP3 口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。除了 P1 口外P0、PP3 口都還有其他的功能。 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。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)。安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 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：來自反向振蕩器的輸出。 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)指的是由最基本的電路元件組成的，外接部分簡單的電路就能獨(dú)立成一定的工作任務(wù)的單片機(jī)系統(tǒng)。51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、電源、時(shí)鐘電路、和復(fù)位電路組成，如圖 所示。安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 最小單片機(jī)系統(tǒng) 時(shí)鐘電路AT89S51 的時(shí)鐘可由內(nèi)部產(chǎn)生也可以由外部產(chǎn)生。在這個(gè)設(shè)計(jì)中只是用了內(nèi)部產(chǎn)生。利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 XTAL1，XTAL2（18，19 腳）的引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩，用示波器便可觀察到 XTAL2 輸出的正弦波，定時(shí)元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，它與單片機(jī)的接法的如圖 32 所示。晶體可以在 ~12MHz 之間所選，電容可以在 20~60pF 之間所選，通常選擇 33pF 左右，電容 C6，C7 的大小對(duì)振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)作用。在設(shè)計(jì)印制板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器可靠工作，一般采用瓷片電容。 復(fù)位電路單片機(jī)上電后，在其 9 腳（RESET）出現(xiàn) 24 個(gè)振蕩周期以上的高電平后，單片機(jī)內(nèi)部初始復(fù)位。為了確保單片機(jī)正常復(fù)位，必需使其第 9 腳上出現(xiàn)的高電平保持2μs 以上。復(fù)位電路與單片機(jī)接法如圖 所示。 系統(tǒng)的復(fù)位電路是由 RC 電路組成，外加一個(gè)手動(dòng)復(fù)位按鈕。剛上電時(shí)或者觸動(dòng)按鈕后 C5 兩端的電壓為 0，這時(shí) RST 為高電平，而其高電平保持時(shí)間是由 R 和 C的時(shí)間常數(shù)決定，由公式(31)可知，C 充電的時(shí)間常數(shù) τ 等于 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2μs，即使 RST 高電平的時(shí)間保持 2μs 以上，確保了單片機(jī)正常復(fù)位。 τ＝R*C (31) 溫度控制電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用繼電器進(jìn)行對(duì)燃燒器工作方式控制，從而鍋爐控制溫度。當(dāng) P 口輸出高電平時(shí)，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器 7406 變?yōu)榈碗娖剑拱l(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三極管導(dǎo)通，進(jìn)而使 Q3 導(dǎo)通，因而繼電器的線圈通電 ,接通鍋爐燃燒器。本部分電路與單片機(jī)的接口如圖 所示。 輸出低電平時(shí)，燃燒器斷電，不進(jìn)行加熱處理。安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 輸出高電平時(shí)，燃燒器通電，進(jìn)行加熱處理。 圖 溫度控制電路 按鍵電路設(shè)計(jì)為符合本系統(tǒng)的實(shí)際要求，進(jìn)入系統(tǒng)之前首先對(duì)溫度報(bào)警值的設(shè)置。本系統(tǒng)有三個(gè)按鍵分別為 K1,K2,K3. 如圖 所示。(1) K1 設(shè)置鍋爐溫度報(bào)警值的溫度值增加按鍵。 K1 每按下一次，溫度報(bào)警值顯示比上一次值增加一度。(2) K2 設(shè)置鍋爐溫度報(bào)警值的溫度值減少按鍵。 K2 每按下一次，溫度報(bào)警值顯示比上一次值減少一度。 (3) K3 溫度報(bào)警值確定值。 圖 按鍵電路設(shè)計(jì) 水位檢測電路設(shè)計(jì)安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 鍋爐在正常加溫工作情況下，同時(shí)對(duì)鍋爐液位檢測。當(dāng)鍋爐的水位滿足條件時(shí)開始工作。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用普通水的導(dǎo)電性質(zhì)，采用不繡鋼管作為測量液位的器件，放于鍋爐上下限的金屬棒是否正在導(dǎo)電的情況判斷鍋爐的水位是不是在上下限范圍之間，單片機(jī)通過采集的水位變化的信號(hào)，發(fā)出對(duì)給水泵控制的命令，控制鍋爐內(nèi)水位符合條件。 ，金屬棒1放于水位上限位置，金屬棒2放于水位下限位置，金屬棒3放于水位以下比較遠(yuǎn)點(diǎn)的位置。其中金屬棒1和金屬棒2用限流電阻分別與單片機(jī)相連接，金屬棒3接+5v的電源。的電平情況。圖 水位檢測電路(1)＝＝高電平時(shí)，即實(shí)際水位在水位上限以上的位置，這時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警命令,系統(tǒng)停止工作。(2)＝＝低電平時(shí)，即實(shí)際水位在下限以下的位置，這時(shí)系統(tǒng)控制給水泵工作，鍋爐開始加水，并報(bào)警。(3)＝＝低電平時(shí)，即實(shí)際水位在水位上限和水位下限之間的位置，單片機(jī)不進(jìn)行處理，即保持給水泵的狀態(tài)不變。安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 集成穩(wěn)壓電源又稱三端集成穩(wěn)壓器，它是指將功率調(diào)整管、取樣電阻、基準(zhǔn)電壓、誤差放大、啟動(dòng)及保護(hù)電路等全部集成在一塊芯片上，具有特定輸出電壓的穩(wěn)壓集成電路。三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和公共接地端。三端 IC 穩(wěn)壓器按性能與用途可分為固定輸出正穩(wěn)壓器、固定輸出負(fù)穩(wěn)壓器、可調(diào)輸出正穩(wěn)壓器、可調(diào)輸出負(fù)穩(wěn)壓器 4 類。這類穩(wěn)壓器的輸出為固定電壓。國內(nèi)外廠家均將此系列穩(wěn)壓器命名為 78系列，如 7807812 等。其中“78”后面的數(shù)字代表該穩(wěn)壓器輸出的正電壓數(shù)值，以伏特為單位。例如 7805 即表示穩(wěn)壓輸出為 5V，7812 表示穩(wěn)壓輸出為 12V 等。有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)型號(hào) 78前面和后面還有一個(gè)或幾個(gè)英文字母，如W7AN7L78CV 等。前面的字母稱“前綴”，一般是各生產(chǎn)廠（公司）的代號(hào)；后面的字母稱“后綴”用以表示輸出電壓容差和封裝外殼的類型。78系列穩(wěn)壓器按輸出電壓共分為 9 種。分別為780780780787817817817824。按其最大輸出電流又可分為78L、78M和 783 個(gè)分系列。78L系列最大輸出電流為100mA，78M系列最大輸出電流為 500mA ，78系列最大輸出電流為 。由于單片機(jī)工作電壓為+5V，在此選用 7805。 圖 三端集成穩(wěn)壓器圖 所示為三端集成穩(wěn)壓器 7805，78 系列三端穩(wěn)壓器是最長見的集成穩(wěn)壓器件。具有過熱，過流，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)功能。性能優(yōu)良，可靠性高。同時(shí)又由于器件只有三個(gè)引腳，所以使用簡單方便，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 穩(wěn)壓電源電路 穩(wěn)壓電源電路如圖 所