【文章內(nèi)容簡介】 。7) 15條可編程I／O線。8) 2個16位定時器／計數(shù)器。9) 5個中斷源。10) 可編程串行通道。11) 可直接驅(qū)動LED。12) 有片內(nèi)精密模擬比較器，具備低功耗的閑置與掉電模式。(3) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳2051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖33所示，引腳分布如圖31所示。引腳功能說明如下： Vcc —— 供電電源。 GND —— 電路地。 P1口 —— 為雙向8位I／O端口?！琛］斎攵撕拓撦斎攵?，與片內(nèi)精密模擬比較器相連。P1口輸出緩沖器能吸收20mA灌入電流并可直接驅(qū)動LED顯示器。當向端口P1寫入電平“1”時，可作為輸入引腳。～，此時若有外電路作為輸入，引腳會向外灌電流（I IL） 。P1口在快閃編程與校驗功能中還承擔數(shù)據(jù)代碼接收任務(wù)。P3口 —— ～（內(nèi)部上拉電路） 。，無外部引腳。2051無RD和WR控制信號，／O線。P3口輸出緩沖器能吸收20mA灌入電流，當向端口P3寫入電平“1”時，可用作輸入端口。因為內(nèi)部上拉作用當P3口有外部低電平做輸入時，引腳向外產(chǎn)生灌電流（ IIL） 。P3口也提供2051的第二功能，如表22所示。P3在快閃編程與校驗功能中還可接收某些控制信號。表31 P3口提供的第二功能P3 口線 第二功能 RXD(串口輸入) TXD(串口輸出) INT0(外部中斷 0) INT1(外部中斷 1) T0(外部定時輸入 0) T1(外部定時輸入 1) RST —— 復(fù)位輸入端。振蕩器工作時，該引腳上兩個機器周期的高電平可復(fù)位2051。每個機器周期為12個振蕩周期（或稱時鐘周期） 。 XTAL1 —— 振蕩器反相放大器內(nèi)部工作時鐘電路輸入端。XTAL2 —— 振蕩器反相放大器的輸出端。AT89C2051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖33所示：圖33 AT89C2051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2. 方案二：選用8031作為我們的控制芯片。(1) 8031是INTER公司MCS51系列單片機中最基本的產(chǎn)品，它采用INTER公司可靠地CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準MCS51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，標準MCS51單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。8031內(nèi)置中央處理器單元、128字節(jié)內(nèi)部存數(shù)據(jù)儲器RAM、32個雙向輸入/輸出（I/O）口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷機構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路，是一個集成度很高的微型計算機芯片，但8031片內(nèi)并無程序存儲器，需外接ROM。8031單片機的 引腳圖如圖34所示：圖34 8031引腳圖3. 比較以上兩種方案，均可以滿足設(shè)計要求，并且都是以單片機為核心的系統(tǒng)。方案一采用AT89C2051，它是一種高性能低價格單片機。引腳(20個)和指令系統(tǒng)與8031單片機完全兼容。片內(nèi)有2 K字節(jié)的閃速程序存儲器(采用電擦除編程, 可重復(fù)編程1000次,數(shù)據(jù)可保10年),除沒有P0口、P2口外,具有8031所有功能結(jié)構(gòu),即一片AT89C2051相當于803373 、2716 組成的最小系統(tǒng)。用它構(gòu)成的測量、控制系統(tǒng)具有電路簡單、可靠性好、體積小和成本低等優(yōu)點。AT89C2051 的P1 口為八位雙向I/ O 口, ～有內(nèi)部上拉電阻, 。 分別作為片內(nèi)精密比較器的同相、反相輸入端。P1 口輸出驅(qū)動器能提供20mA 的灌電流驅(qū)動能力, 其鎖存器寫1 時可作為輸入口。AT89C2051 的P3 口為七位雙向I/ O 口, 有內(nèi)部上拉電阻, P3 口輸出驅(qū)動器能提供20mA 灌電流驅(qū)動能力, 其鎖存器寫1 時可作輸入口。片內(nèi)精密比較器輸出端在片內(nèi)相連, 故無引出線, 但可讀該位的值。～ P3 口相應(yīng)口線的第二功能完全相同。綜上所述, P1 和P3 口中的各口線可直接驅(qū)動發(fā)光二極管, 不用再配置發(fā)光二極管驅(qū)動電路, 不用再配置比較器, 從而簡化了控制電路的結(jié)構(gòu)。所以，本設(shè)計及制作采用了方案一的設(shè)計思想。 最小系統(tǒng)電路1. 單片機時鐘電路通常有兩種形式：內(nèi)部振蕩方式、外部振蕩方式。(1) 內(nèi)部振蕩方式：MCS51 單片機內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激震蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。(2) 外部振蕩方式：外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。本設(shè)計所采用的是內(nèi)部振蕩方式，晶振選擇為 12MHz，電容 C1，C2 大小選擇為 33PF，其接線圖如圖 34 所示：圖 34 時鐘電路2. 基本復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。復(fù)位電路的連接方式有三種：一、上電復(fù)位——單片機接通電源時產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機的啟動，確定單片機的起始工作狀態(tài)。如圖 35 所示。二、手動復(fù)位——手動按鍵產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機啟動，確定單片機的初始狀態(tài)。通常在單片機工作出現(xiàn)混亂或者‘死機’時，使用手動復(fù)位可實現(xiàn)單片機的‘重啟’ 。如圖 36 所示。三、復(fù)合復(fù)位電路——將上電復(fù)位電路和手動復(fù)位電路結(jié)合到一起構(gòu)成，通常使用的都是這種混合復(fù)位電路。如圖 37 所示。本設(shè)計采用混合復(fù)位電路。 圖 35 上電復(fù)位電路 圖 36 手動復(fù)位 圖 37 復(fù)合復(fù)位3. 最小系統(tǒng)電路要使單片機工作起來最基本的電路構(gòu)成為(1) 電源電路：向單片機供電；(2) 時鐘電路：單片機工作的時間基準，決定單片機的工作速度；(3) 復(fù)位電路：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。最小系統(tǒng)電路如圖 38 所示：RST1(RXD)(TXD)XTAL24XTAL15(INT0)(INT1)(T0)(T1)GND10VCC 20 19 18 17 16 15 14(AIN1) 13(AIN0) 12 11U1AT89C2051+5VR11KC310uFSWPBY112MHZC233pFC133pF+5V圖 38 最小系統(tǒng)電路圖 傳感器的選擇傳感器是一種能感受被測物體物理量并將其轉(zhuǎn)化為便于傳輸或處理的電信號的裝置，在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中，傳感器得到了廣泛應(yīng)用，各種信息的采集離不了各種傳感器，傳感器的基本功能在于能感受外界的各種“刺激”并作出迅速反映。1. 方案一：本設(shè)計當中我們采用的水位探測傳感器簡單易做，經(jīng)濟實惠。其外形輪廓如圖39所示： 圖 39 水位探測傳感器外觀圖A為接+5V電源的線與水一直保持連通，B線為低水位控制線，當水位到達低水位的時候它不導(dǎo)通，水在正常范圍內(nèi)時，它導(dǎo)通。C線為高水位控制線，當它導(dǎo)通時，表示水已經(jīng)為高水位。我們經(jīng)過反復(fù)思考與實驗，采用了細銅線作為我們的傳感器制作材料。主要考慮了(1)細銅線的電阻率比較低，這樣就可以避免由于電阻過大而使輸出的電平過低，以致不能很好地驅(qū)動單片機工作(2)傳電性能比較好，傳電速率比較快，也就是說靈敏性非常好。(3)細銅線經(jīng)濟容易尋找，對我們在實驗室做模型來說十分方便。在制作的過程當中我們用PVC塑料管包扎起來，在外部不要露出銅線，而是采用插針的辦法接到PCB版上去。這樣做有幾個好處主要是(1)非常美觀漂亮，讓線路隱藏。(2)能夠讓各線路緊湊，不會互相產(chǎn)生干擾，接觸的地方都讓絕緣膠布包扎好了。本傳感器的尺寸是A線是100CM，B線80CM，C線是20CM，銅線直徑是15MM。2. 方案二：傳感器使用SY9411LD型變送器。SY9411LD型變送器，它的內(nèi)部含有一個壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路。壓力傳感器是美國SM公司生產(chǎn)的5552型OEM壓阻式壓力傳感器，其有全溫度補償及標定（0~70℃） ，傳感器經(jīng)過特殊加工處理，用堅固的耐高溫塑料外殼封裝。其引腳分布如圖310所示。1腳為信號輸出（） ；2腳為信號輸出（） ；3腳為激勵電壓；4腳為地；5腳為信號輸出（+） ；6腳為信號輸出（+） 。在水箱底部安裝1根直徑為5mm的軟管，一端安裝在水箱底部；另一端與傳感器連接。水箱水位高度發(fā)生變化時，引起軟管內(nèi)氣壓變化，然后把氣壓轉(zhuǎn)換成電壓信號，輸送到A/D轉(zhuǎn)換器。 圖310 SY9411LD型變送器引腳結(jié)構(gòu)圖3. 對以上兩種方案進行比較論證。方案一結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，反應(yīng)靈敏，系統(tǒng)也簡單易行，易于推廣，適合本設(shè)計的要求。方案二精度較高，但成本較高，且需要A/D轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)較復(fù)雜。綜合比較之選擇后，選擇方案一。 穩(wěn)壓電路的設(shè)計我設(shè)計的穩(wěn)壓電路如圖311所示：Q5NPNQ4NPNR13100KR12100R112KD3DIODE圖 311 穩(wěn)壓電路原理圖本電路的主要作用是使從傳感器輸出的電平能夠穩(wěn)定地輸入單片機中，主要由三極管的兩極放大穩(wěn)定電路組成，其工作過程是水位探測傳感器把探測到的電信號送給 R12,如果送入的是高電平則 R1QDQ4 導(dǎo)通把低于 的低電平穩(wěn)定地送給單片機。如果是低電平送給 R12 則 R1QDQ4 均不能導(dǎo)通,于是 R13 導(dǎo)通將把高于 的高電平穩(wěn)定的送給單片機。我們查找了相關(guān)資料以及我們自己在設(shè)計過程當中免去此穩(wěn)定電路,發(fā)現(xiàn)有時候也能實現(xiàn)我們的設(shè)計目的,但是也有很多時候發(fā)生水位誤判的情況,產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象,所以我們認為此電路是不可缺少的。既然是控制系統(tǒng),當然就要控制精確。 光報警顯示電路發(fā)光二極管（LED）是用半導(dǎo)體材料制作的正向偏置的PN結(jié)二極管。其發(fā)光機理是當在PN結(jié)兩端注入正向電流時，注入的非平衡載流子（電子－空穴對）在擴散過程中復(fù)合發(fā)光，這種發(fā)射過程主要對應(yīng)光的自發(fā)發(fā)射過程。按光輸出的位置不同，發(fā)光二極管可分為面發(fā)射型和邊發(fā)射型。發(fā)光二極管的發(fā)光原理同樣可以用PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)來解釋。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重摻雜的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。 ，而當給PN結(jié)加以正向電壓時，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過PN結(jié)的勢壘進入到P區(qū)一側(cè)。于是在PN結(jié)附近稍偏于P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時，便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長決定于材料的禁帶寬度Eg。如圖312 所示是本設(shè)計采用的光電報警電路