【文章內容簡介】 L1 —— 振蕩器反相放大器內部工作時鐘電路輸入端。 XTAL2 —— 振蕩器反相放大器的輸出端 。 AT89C2051的內部結構圖 如 圖 33所示： 圖 33 AT89C2051的內部結構圖 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品，它采用 INTER公司可靠地 CHMOS工藝技術制造的高性能 8位單片機，屬于標準 MCS51的 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 13 HCMOS產品。它結合了 HMOS的高速和高密度技術及 CHMOS的低功耗特 征，標準 MCS51單片機的體系結構和指令系統(tǒng)。 8031內置中央處理器單元 、 128字節(jié)內部存數據儲器 RAM、 32個雙向輸入 /輸出（ I/O）口 、 2個 16位定時 /計數器和 5個兩 級中斷機構，一個全雙工串行 通信口，片內時鐘振蕩電路，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。片內有 2 K字節(jié)的閃速程序存儲器 (采用電擦除編程 , 可重復編程 1000次 ,數據可保 10年 ),除沒有 P0口、 P2口外 ,具 有 8031所有功能結構 ,即一片 AT89C2051相當于 803 373 、 2716 組成的最小系統(tǒng)。用它構成的測量、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 , ～ 有內部上拉電阻 , 。 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 14 分別作為片內精密比較器的同相、反相輸入端。 P1 口輸出驅動器能提供 20mA 的灌電流驅動能力 , 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 , 有內部上拉電阻 , P3 口輸出驅動器能提供20mA 灌電流驅動能力 , 其鎖存器寫 1 時可作輸入口。 片內精密比較器輸出端在片內相連 , 故無引出線 , 但可讀該位的值?！? 8031 P3 口相應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動發(fā)光二極管 , 不用再配置發(fā)光二極管驅動電路 , , 不用再配置 比較器 , 從而簡化了控制電路的結構 。所以，本設計及制作采用了方案一的設計思想。 最小系統(tǒng)電路 1. 單片機時鐘電路通常有兩種形式： 內部振蕩方式、外部振蕩方式。 (1) 內部振蕩方式： MCS51 單片機內有一個用于構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，就構成了內部自激震蕩器 并產生振蕩時鐘脈沖。 (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。 本設計所采用的是內部振蕩方式，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 ： 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 15 圖 34 時鐘電路 2. 基本 復位 電路 復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復位。 復位電路的連接方式有 三 種：一、上電復位 —— 單片機接通電源時產生復位信號，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、手動復位 —— 手動按鍵產生復位信號，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混亂或者‘死機 ’ 時，使用手動復位可實現單片機的‘重啟’。 如圖 36所示。三、復合復位電路 —— 將上電復位電路和手動復位電路結合到一起構成，通常使用的都是這種混合復位電路。如圖 37 所示。本設計采用混合復位電路。 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 16 圖 35 上電 復位電路 圖 36 手動復位 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 17 圖 37 復合復位 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： 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 18 R S T1( R X D ) P 3 . 02( T X D ) P 3 . 13X T A L 24X T A L 15( I N T 0 ) P 3 . 26( I N T 1 ) P 3 . 37( T 0 ) P 3 . 48( T 1 ) P 3 . 59GND10V C C20P 1 . 719P 1 . 618P 1 . 517P 1 . 416P 1 . 315P 1 . 214P 1 . 1 ( A I N 1 )13P 1 . 0 ( A I N 0 )12P 3 . 711U1A T 8 9 C 2 0 5 1+ 5 VR11KC31 0 u FS W P BY11 2 M H ZC23 3 p FC13 3 p F+ 5 V 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化為便于傳輸或處理的電信號的裝置，在現代科技領域中，傳感器得到了廣泛應用，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：本設計當中我們采用的水位探測傳感器簡單易做，經濟實惠。其外形輪廓如 圖 39所示 ： 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 19 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通，水在正常范圍內時，它導通。 C線為高水位控制線，當它導通時，表示水已經為高水位。 我們經過反復思考與實驗，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，它的內部含有一個壓力傳感器和相應的放大電路。壓力傳感器是美國 SM公司生產的 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（ ）； 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 20 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，引起軟管內氣壓變化，然后把氣壓轉換成電壓信號，輸送到 A/D轉換器。 圖 310 SY9411LD型變送器 引腳結構圖 3. 對以上兩種方案進行比較論證 。方案一結構簡單 ，成本低廉，反應靈敏，系統(tǒng)也簡單易行，易于推廣，適合本設計的要求。方案二精度較高，但成本較高，且需要 A/D轉換器，系統(tǒng)較復雜。 綜合比較之選擇后，選擇方案一。 穩(wěn)壓電路的設計 我設計的穩(wěn)壓電路如 圖 311所示 ： 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 21 Q5N P NQ4N P NR 1 31 0 0 KR 1 21 0 0R 1 12KD3D I O D EP 1 . 0 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 R1 Q D Q4 導通把低于 的低電平穩(wěn)定地送給單片機。如果是低電平送給 R12 則 R1 Q D Q4 均不能導通 ,于 是 R13 導通將把高于 的高電平穩(wěn)定的送給單片機。 我們查找了相關資料以及我們自己在設計過程當中免去此穩(wěn)定電路 ,發(fā)現有時候也能實現我們的設計目的 ,但是也有很多時候發(fā)生水位誤判的情況 ,產生不穩(wěn)定現象 ,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）是用半導體材料制作的正向偏置的 PN結二極管。其發(fā)光機 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 22 理是當在 PN結兩端注 入正向電流時，注入的非平衡載流子（電子－空穴對）在擴散過程中復合發(fā)光，這種發(fā)射過程主要對應光的自發(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結的能帶結構來解釋。制作半導體發(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結阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復合。，而當給 PN結加以正向電壓時，溝區(qū)導帶中的電子則可逃過 PN結的勢壘進入到 P區(qū)一側。于是在 PN結附近稍偏于 P區(qū)一邊的地方，處于高能 態(tài)的電子與空穴相遇時，便產生發(fā)光復合。這種發(fā)光復合所發(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所示是本設計采用的光電報警電路： D 1 0Y E L L O WD9G R E E DD8R E DR 1 61KR 1 41KR 1 51K+ 5 VP 1 . 4P 1 . 3P 1 . 2 圖 312 光報警電路的原理圖 本電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來表示不同的水位情況。即紅燈亮，其他兩燈不亮表示是低水位狀態(tài)，此時需要啟動水泵加水；綠燈亮，其他兩燈不亮表示在正常的水位線內；黃燈發(fā)亮，其他兩燈不亮為高水位狀態(tài)，水泵停止加水， 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計 （論文） 23 三燈閃爍表示系統(tǒng)出現故障 。 此電路采用的是共陽極的，所以只有當單片機給發(fā)光二極管為低電平時才能推動發(fā)光 二極管點亮。其中 R1 R1 R16為上拉電阻起限壓控流作用 。 繼電器控制水泵加水電路 功率驅動電路中的光電隔離 在微機控制系統(tǒng)中，大量應用的是開關量的控制，這些開關量一般經過微機的 I／ O輸出，而 I／ O的驅動能力有限，一般不足以驅動一些點磁執(zhí)行器件，需加