【正文】 圖 316 L298 外部結(jié)構及引腳圖 L298N 可接受標準 TTL 邏輯電平信號 VSS，V SS可接 4．5～7 V 電壓?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N，引腳 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁如圖 316 所示 [17]。 工作原理 由 于 單 片 機 輸 出 的 電 流 、 電 壓 不 足 以 啟 動 電 機 并 維 持 其 運 行 ， 因 此 我 們 需 要額 外 增 加 一 個 電 機 驅(qū) 動 裝 置 ， 幫 助 單 片 機 來 控 制 水 泵 的 運 行 。隨著自動化、智能化程度的不斷提高，水泵需要一種能夠自動監(jiān)控工作狀態(tài)以及外界水位變化的裝置來控制，從而提高使用的可靠性并降低人工成本。電解電容內(nèi)部存在等效電阻和等效電感，對瞬變電壓響應不快，所以再并聯(lián)“普通電容”（瓷片、獨石等）來改善，容量一般在 103~104[8]。7805 輸入端應選用足夠大的電解電容，起主要的濾波平滑作用。 圖 315 電源電路原理圖 [12]在上面的電路設計中才用的 7805 是一個三端穩(wěn)壓集成電路，將輸入的 9V 電壓降到 5V。在本課題中，需要給單片機提供 5V 的電壓，而在控制系統(tǒng)中的小水泵的工作電壓是 9V。 在 本 次 課 題 設 計 中 正 是 使 用 了 這 一 特 性 ， 將 圖 312 多 諧 振 蕩 器 中 的 電 容C 用 我 們 自 制 的 可 以 根 據(jù) 水 位 變 化 輸 出 變 化 的 電 容 的 水 位 傳 感 器 替 換 如 圖 314所 示 ， 通 過 示 波 器 顯 示 的 3 引 腳 的 頻 率 即 可 計 算 出 對 應 的 水 位 的 值 。如此周而復始，于是，在電路的輸cv出端就得到一個周期性的矩形波電路的工作波形如圖 313，其震蕩頻率為 （3CRtfPHL)2(???4） 圖 312 基 于 555 的 多 諧 振 蕩 器 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 圖 313 多諧振蕩器工作波形 由 此 可 知 ， 555 定 時 器 組 成 的 多 諧 振 蕩 器 可 將 輸 入 的 三 角 波 以 方 波 的 形 式 輸出 ， 這 樣 我 們 就 可 以 很 容 易 的 從 示 波 器 上 讀 出 波 形 的 頻 率 。當 下降到 Vcc/3 時， 反轉(zhuǎn)為高電2Rcc 0v 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁平。 555 集 成 電 路 內(nèi) 部 有 幾 十 個 元 器 件 ， 有 分 壓 器 、 比 較 器 、基 本 RS 觸 發(fā) 器 、 放 電 管 以 及 緩 沖 器 等 ， 電 路 比 較 復 雜 ， 是 模 擬 電 路 和 數(shù) 字 電 路的 混 合 體 ， 如 圖 311 所 示 。555 集成電路是 8 引腳封裝，雙列直插型，各引腳具體功能如下：1 引 腳 ： 接 地 ； 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁2 引 腳 ： 觸 發(fā) 端 （ TR） ， 是 下 比 較 器 的 輸 入 ；3 引 腳 ： 信 號 輸 出 端 （ Vo） ， 它 有 0 和 1 兩 種 狀 態(tài) ；4 引 腳 ： 復 位 端 （ MR） ， 加 上 低 電 平 時 可 使 輸 出 為 低 電 平 ；5 引 腳 ： 控 制 電 壓 端 （ Vc） ， 可 以 改 變 上 下 觸 發(fā) 電 平 的 值 ；6 引 腳 ： 閾 值 端 （ TH） ， 是 上 比 較 器 的 輸 入 ；7 引 腳 ： 放 電 端 （ DIS） ， 是 內(nèi) 部 放 電 管 的 輸 出 ；8 引 腳 ： 電 源 ； 555 集 成 電 路 最 初 是 用 作 定 時 器 的 應 用 ， 經(jīng) 過 后 來 的 開 發(fā) ， 它 除 了 做 定 時 延時 控 制 外 ， 還 可 用 于 調(diào) 光 、 調(diào) 溫 、 調(diào) 壓 、 調(diào) 速 等 多 種 控 制 及 計 量 檢 測 。這樣我們就要想辦法將傳感器輸出的電容值轉(zhuǎn)換成單片機容易測量的物理量。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 圖 310 漆包線制作電容式傳感器 信號處理模塊 由傳感器輸出的信號有時可能不能直接測量，或者信號微弱不方便測量，這樣就需要一個信號處理模塊對有用電量進行放大、轉(zhuǎn)換等處理，輸出方便測量的信號。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 圖 39 傳感器結(jié)構圖 這樣就形成了電容器的兩個極，當燒杯中的水位發(fā)生變化時導致電容值發(fā)生變化，通過對電容的測試可以間接測量水位值。 方案三：用漆包線制作電容式數(shù)位傳感器。并且考慮到，就算是當時涂滿了阻焊漆，但是在水中時間長了會不會導致阻焊漆脫落呢。并且，到了中高水位后電容的輸出就是斷斷續(xù)續(xù)，時而又時而沒有，也沒有明顯的變化規(guī)律。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 圖 38 覆銅板制作電容式傳感器 但是，經(jīng)過測試，這樣的作品并沒有達到我的目的。這樣就是以水為介質(zhì)，覆銅板的兩個面形成了電容的兩個極。分別用雙面覆銅板的兩面來做成電容的兩個極。因為我們要測量的是水位的變化，那么我們就可以根據(jù)上面介紹的原理，將水位的變化看成是介質(zhì)的變化，制作一個電容器，使其在水中的極距和有效作用面積不變。 ③介質(zhì)變化型電容傳感器的極距、有效作用面積不變，被測量的變化使其極板之間的介質(zhì)情況發(fā)生變化。兩個極板中，一個是固定不動的，稱為定極板，另一個是可移動的，稱為動極板。 圖 37 水位探測傳感器結(jié)構圖電容式傳感器的工作原理：由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應，其電容量為 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 （3dAC??1）保持其中兩個參數(shù)不變，僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。其優(yōu)點在于，結(jié)構簡單、分辨率高、可非接觸測量，并能在高溫、輻射和強烈震動等惡劣條件下工作。綜合各方面因素考慮，本課題采用電容式傳感器。C 線為高水位控制線，當它導通時，表示水已經(jīng)為高水位。方案一：水位探測式傳感器水位探測式傳感器簡單易做，經(jīng)濟實惠，其外形結(jié)構圖如圖 37 所示。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 傳感器的制作通過搜集各種資料對傳感器的研究發(fā)現(xiàn)，水位傳感器有連通器式、吹泡式、差壓式、電容式等，測量物位的有超聲波物位計和放射性物位計等。 ③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。常將傳感器的功能與人類 5 大感覺器官相比擬： 光敏傳感器——視覺 聲敏傳感器——聽覺 氣敏傳感器——嗅覺 化學傳感器——味覺 壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺　 敏感元件的分類： ①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。對物性型傳感器而言，其敏感元件集敏感、轉(zhuǎn)換功能于一身，即可實現(xiàn)被測非電量到有用電量的直接轉(zhuǎn)換。隨著傳感材料和物理效應的開發(fā)和發(fā)現(xiàn)，具有不同功能、結(jié)構、特性和用途的各種傳感器必將大量涌現(xiàn)。其典型組成及功能框圖如圖 36 所示，其中敏感元件是傳感器的核心。傳感器對系統(tǒng)的功能起決定性作用，因此，國內(nèi)外都將傳感器列為尖端技術。傳感器不但在測試技術中，而且在現(xiàn)代信息工程，自動控制、儀器儀表和自動化系統(tǒng)中也有重要的作用。 它 是 實 現(xiàn) 自 動 檢 測 和 自 動 控 制 的 首 要 環(huán) 節(jié) 傳感器的原理 [5]在工程測試中，傳感器是測試系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，它把諸如溫度、壓力、流量、 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁應變、位移、速度、加速度等信號轉(zhuǎn)換成電的能量信號(如電流、電壓)或電的參數(shù)信號(如電阻、電容、電感等)，然后通過轉(zhuǎn)換、傳輸進行記錄或顯示。國 家 標 準 GB766587 對 傳 感 器 下 的 定 義 是 ： “能 感 受 規(guī) 定 的 被 測 量 并 按 照一 定 的 規(guī) 律 轉(zhuǎn) 換 成 可 用 信 號 的 器 件 或 裝 置 ， 通 常 由 敏 感 元 件 和 轉(zhuǎn) 換 元 件 組 成 ”。輸入端 XTAL1 應接地，由于 XTAL2 端的邏輯電平不是 TTL 的故最好外接一個上拉電阻。電路圖如下所示：、 圖 35 單片機內(nèi)部時鐘電路外部時鐘 與內(nèi)部時鐘方式相反，外部時鐘方式采用外部振蕩器。晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在 ～12MHZ 之間選擇。引腳 XTAL1和 XTAL2 分別為此放大器的輸入端和輸出端。對于這一點 AT89 系列單片機和其他 51 單片機是一樣的。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現(xiàn)，因而，復位電路是整個電路板的重要組成部分，他具有重要的作用。 復位電路和時鐘電路的設計 復位電路的設計復位是單片機的初始化操作，其基本功能是系統(tǒng)上電是提供復位信號，直到系統(tǒng)穩(wěn)定后撤銷復位信號。 TCON 中，低 4 位用于控制外部中斷，與定時/計數(shù)器無關。 IE0：外部中斷 0 請求標志。 IE1：外部中斷 1 請求標志。 TR0：定時器 0 運行控制位。 TF0：定時器 0 溢出標志。由軟件清“0”關閉定時器 1。進入中斷服務程序后，由硬件自動清“0”，在查詢方式下用軟件清“0”。 各位定義如下： TF1：定時器 1 溢出標志位。GATE=0，以運行控制位 TR 啟動定時器；GSTE=1，以外中斷請求信號 INT0 或 INTI 啟動定時器。C/T=0，定時工作方式（計數(shù)在 T0 或 T1 端的負跳變）；C/T=1，計數(shù)工作方式（計機器周期）。 MM0 為工作方式選擇位，定時/計數(shù)器具有 4 種工作方式，由 M1M0 位來定義，如列表 31 所列。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 圖 33 定時/計數(shù)器結(jié)構圖控制和管理定時器/計數(shù)器 T0、T1 有 2 個寄存器，即工作方式寄存器 TMOD 和控制寄存器 TCON。一般標準型 AT89 單片機的定時/計數(shù)器部件由定時器 T0、定時器 T定時器方式寄存器 TMOD 和寄存器控制寄存器 TCON 組成。即在引腳 T0 或 T1 上出現(xiàn)由高電平到下一個機器周期變?yōu)榈碗娖降呢撎兠}沖時，則計數(shù)器加 1 進行計數(shù)，主機在每個機器周期的 S5P2 狀態(tài)下盡享端口信號采樣，當前一個機器周期采樣為高電平、后一個機器周期為采樣低電平時，計數(shù)器加 1 計數(shù)。每個機器周期等于 12 個振蕩器周期，故計數(shù)頻率為振蕩器頻率的 1/12。而本課題使用的 AT89C52 單片機則有三個定時/計數(shù)器，多了定時器 設計中主要使用到的就是定時計數(shù)器 T2.定時/計數(shù)器的功能顧名思義就是為單片機系統(tǒng)提供定時和計數(shù)功能。 7)VCC：電源+5V 輸入 8)VSS：GND 接地。6)XTAL1 和 XTAL2 外接晶振引腳。8031 單片機內(nèi)部是沒有 ROM 的，那么在應用8031 單片機時，這個腳是一直接低電平的。擴展外部 ROM：當讀取內(nèi)部程序存儲器超過 0FFFH（8051）1FFFH（8052）時自動讀取外部 ROM。 內(nèi)部 ROM讀取時，PSEN 不動作； 外部 ROM 讀取時，在每個機器周期會動作兩次； 外部 RAM 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁讀取時，兩個 PSEN 脈沖被跳過不會輸出； 外接 ROM 時，與 ROM 的 OE 腳相接。 2)PORG 為編程脈沖的輸入端 [10]在單片機的內(nèi)部結(jié)構及其組成中，8051 單片機內(nèi)部有一個 4KB 或 8KB 的程序存儲器（ROM），ROM 的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序的，實際上是通過編程脈沖輸入才能寫進去的，這個脈沖的輸入端口就是 PROG。 在沒有訪問外部存儲器期間，ALE 以 1/6 振蕩周期頻率輸出（即 6 分頻），當訪問外部存儲器以 1/12 振蕩周期輸出（12 分頻）。ALE有可能是