魚缸自動增氧系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、. . . . 魚缸自動增氧控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：氧是魚類賴以生存和生長發(fā)育的必備條件之一，水中含氧量主要與自然溫度、濕度以與魚體的密度有關(guān)。如今家用魚缸在日常生活中越來越普與，但由于魚缸體積小，水溶氧量較小，特別是在炎熱的夏天，溶氧量的減少會使魚上浮水面吸氧，魚體能消耗大，長期后還可能導(dǎo)致魚的生病與死亡。超聲波增氧系統(tǒng)對魚類養(yǎng)殖有著積極意義，但目前僅發(fā)現(xiàn)少數(shù)國家將超聲波用于漁業(yè)上。超聲波增氧原理是利用超聲波的空化現(xiàn)象，將霧狀的氣泡噴入水中，使其有更長的時間與水充分混和,從而達到增氧目的。該系統(tǒng)是由超聲波傳感器構(gòu)成的魚缸自動增氧控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)魚兒的活動情況，自動檢測魚缸水中是否缺氧，從而開

2、啟/停止增氧裝置，以使魚缸水中的氧濃度保持在最佳狀態(tài)。關(guān)鍵詞：超聲波；自動增氧；魚類養(yǎng)殖；溶氧量The fish bowl increases the oxygen system design automaticallyAbstract：Oxygen isone of the necessary conditions for fish survival and growth.The oxygencontent in water is main of natural temperature, humidity and the density of the larvae concerned.Now

3、 household aquarium in daily life increasingly popular, but because of the small volume of the aquarium and the small dissolved oxygen in water, especially in hot summer,oxygen reduction will make fish up-floating surface oxygen,then fish can increasethe consumptionofoxygenand food,it will lead to f

4、ish death at last.The ultrasonic add oxygen system for fish breeding has positive significance,but currently only found a few countries on ultrasound for fishery.Ultrasonic add oxygen principle is to use ultrasonic cavitation phenomenon,make fog shape bubbles spray into the water,then make it a long

5、er time for water fully mixing,so as to achieve the goal that add oxygen.This is composed of by ultrasonic sensors increasing oxygen tank automatic control system,The system can according to the activities of fish to automatic detection the oxygen content in water,thus open/stop increasing oxygen de

6、vice and make the concentration of oxygen tank water remain in the best state all the time.Keywords：ultrasonic, automatic increasing oxygen, fish breeding, dissolved oxygen目 錄第1章 緒 論51.1 引言51.2 本文研究的目的和意義51.3 系統(tǒng)概況61.4 論文結(jié)構(gòu)6第2章 需求分析與總體設(shè)計72.1 魚缸自動增氧系統(tǒng)的需求分析72.1.1 傳統(tǒng)漁業(yè)增氧系統(tǒng)的弊端72.1.2 超聲波自動增氧系統(tǒng)的需求性72.1.3 功

7、能需求82.2 總體設(shè)計92.2.1 總體設(shè)計的一般原理92.2.2 功能模塊劃分92.2.3 系統(tǒng)環(huán)境11第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計123.1 超聲波控制電路選型設(shè)123.1.1 限幅整流二極管123.1.2 LM2576開關(guān)穩(wěn)壓芯片123.1.3 LMC555定時器133.1.4 PMOS管與CMOS153.2 超聲波發(fā)生電路選型設(shè)計163.2.1 超聲換能器工作原理163.2.2 超聲波發(fā)生電路分析203.3 增氧時間自動模塊選型設(shè)計213.3.1 AT89C51簡介213.3.2 AT89C51功能性概述223.3.3 自動計數(shù)控制電路273.3.4復(fù)位電路27第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計284.1

8、 主程序設(shè)計284.2 子程序設(shè)計294.3 軟硬件關(guān)聯(lián)分析29第5章 功能測試與系統(tǒng)安全性305.1 系統(tǒng)功能測試305.1.1硬件部分測試305.1.2軟件部分測試305.2 系統(tǒng)安全性分析30總 結(jié)31致 32參考文獻33附錄一：魚缸自動增氧系統(tǒng)原理圖34附錄二：魚缸自動增氧系統(tǒng)PCB圖35附錄三：魚缸自動增氧系統(tǒng)實物圖36第1章 緒 論1.1 引言隨著生活質(zhì)量的不斷提高，家養(yǎng)觀賞魚類已經(jīng)逐漸進入我們的生活。觀賞魚形態(tài)美觀靈動，但對外界環(huán)境適應(yīng)能力差，生命力脆弱，因此護養(yǎng)較為困難。在養(yǎng)殖過程中，溶解氧是養(yǎng)殖中最重要的水質(zhì)指標。魚類的呼吸依賴于水中的溶解氧，如果溶氧量過低魚將無法適應(yīng)。據(jù)調(diào)

9、查，主要養(yǎng)殖魚類正常生長發(fā)育所需要的溶氧量一般在45毫克/升以上，此時魚類攝食好，生長快，餌料利用率高；當溶氧低于此值時，魚類的攝食與生長將受到一定影響；當溶氧低于2毫克/升左右時，魚類基本停止攝食；當溶氧降至1毫克/升左右時就會浮頭；當溶氧進一步降至0.5毫克/升時即可窒息死亡；如果溶氧偏高一般對魚類沒有什么危害，但深度過飽和氧有時會引起氣泡病。由上文可知，水中溶氧量是保證魚類生存和繁殖的重要因素，它和外界自然溫度、濕度以與魚體密度有密切聯(lián)系。當水中含氧量較低時，魚呈現(xiàn)不同的浮頭情況。因此適當控制水中溶氧量，對于觀賞魚的養(yǎng)殖具有積極意義。1.2 本文研究的目的和意義養(yǎng)魚機械在淡水養(yǎng)魚中的應(yīng)用

10、,促使養(yǎng)魚技術(shù)有了新的發(fā)展,養(yǎng)魚技術(shù)的發(fā)展又對養(yǎng)魚設(shè)備提出了更新更高的要求。例如,在魚塘,要提高單位面積產(chǎn)量,就必須增加魚苗的投放尾數(shù)。但是,魚苗多了,魚池的天然飼料不能滿足魚類生長的需要,就需要補充人工飼料。飼料充足了、合理了,魚類生長速度加快,但水中的含氧量是有限的,當水中氧氣含量不夠魚群正常生活時,就需要補充氧氣,于是要解決水體增氧設(shè)備。目前國的增氧機有多種類型葉輪式水車式、射流式、管式等等,遍與全國各大小水產(chǎn)養(yǎng)殖場，為水產(chǎn)養(yǎng)殖的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了有效的機具。上述各類型的增氧機都同樣基于一個原理，就是使水體與空氣的接觸面積盡可能地大,使空氣中的氧氣充分溶解于水中，從而達到增氧目的。但是否可以

11、另辟蹊徑從而能更快地達到增氧目的呢？是否可以利用超聲波的空化現(xiàn)象，將霧狀的氣泡噴入水中使其有更長的時間與水充分混和,從而達到增氧目的呢？通過查閱有關(guān)資料,僅發(fā)現(xiàn)少數(shù)國家將超聲波用于漁業(yè)上，如聯(lián)已設(shè)計制造出了超聲波增氧設(shè)備工作流程。從調(diào)查資料來看，國有關(guān)超聲波在增氧方面的報道與關(guān)于這方面研制工作的信息較少，因此，在該方面做一些探索性的工作顯得很有必要。1.3 系統(tǒng)概況魚缸自動增氧系統(tǒng)由以下幾個模塊組成：輸入限幅整流電路、濾波電路、開關(guān)穩(wěn)壓電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、超聲電源控制電路以與震蕩驅(qū)動回路。該系統(tǒng)經(jīng)魚嘴接觸單穩(wěn)觸發(fā)電路，使超聲波加氧電路啟動對魚缸水進行加氧，當水中溶氧量充足時，停止超聲波加氧電

12、路。當魚缸水中缺氧時，魚兒就會頻頻游于水面，并將嘴部探出水面以吸取空氣中的氧氣，當魚嘴碰觸到探頭時，電源正極通過探頭、魚唇和水將單穩(wěn)電路觸發(fā)。超聲波魚缸加氧器是一種以超聲波為能源,利用其在水里傳播的過程中可不斷產(chǎn)生運動的氣泡,并與空氣發(fā)生強烈的氣化作用,從而使空氣中的氧氣不斷地進入到水中,達到加氧的目的。該裝置結(jié)構(gòu)新穎,使用效果好,不產(chǎn)生噪聲,具有使用方便、節(jié)省電能等優(yōu)點。1.4 論文結(jié)構(gòu)本論文共分5章，各章容如下： 第1章為緒論，主要闡述了研究的背景、目的和意義，同時介紹了系統(tǒng)的概況與論文結(jié)構(gòu)。第2章是魚缸自動增氧系統(tǒng)的需求分析與總體設(shè)計，分析了傳統(tǒng)魚缸增氧系統(tǒng)的弊端，對超聲波魚缸增氧系統(tǒng)的

13、需求性和功能需求進行了闡述；對魚缸自動增氧系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)進行了總體的設(shè)計，確定了以超聲振動與單片機時間控制系統(tǒng)為主要模式的開發(fā)環(huán)境。第3章介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計流程，對超聲波控制電路、超聲波發(fā)生電路、自動增氧時間控制電路中如LM2576、LMC555等主要功能元件進行了較詳細的介紹。第4章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程，根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計的要求與功能模塊的劃分，對于增氧時間控制進行了主程序和子程序設(shè)計。 第5章為程序測試與系統(tǒng)安全性總結(jié)。最后的為結(jié)論，分析系統(tǒng)現(xiàn)有的不足，對所做設(shè)計的發(fā)展方向進行展望。36 / 36第2章 需求分析與總體設(shè)計2.1 魚缸自動增氧系統(tǒng)的需求分析2.1.1 傳統(tǒng)漁業(yè)增氧系統(tǒng)的弊端

14、當今在養(yǎng)魚水體中采用增氧技術(shù)，成為在漁業(yè)養(yǎng)殖中合理提高放養(yǎng)密度，增加魚類進食量，促使魚類生長，從而獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施。使用增氧設(shè)備不僅改善了魚類的生長環(huán)境，而且增加了魚塘負荷，使魚病減少，凈化池塘水質(zhì)，提高了飼料利用率。當前淡水養(yǎng)魚采用的增氧方式主要有以下三種：重力跌水式、充氣式和表面攪水式。重力疊水式是利用流水重力自然落差，或人工制造的水位落差，使水流落在濺水板上形成水花，擴大了水和空氣的接觸面積，使更多氧氣溶于水中。該種方式增氧效率低，增氧效果不明顯，漸為淘汰。充氣式增氧機是以人工制造的氧氣或空氣中的氧氣為氣源，鋪設(shè)水下儲氣與釋放裝置，使氧氣從水下以氣泡形式放出，從而增加氧氣與水體的接

15、觸面積與接觸時間，達到水體增氧目的。但該種方式成本較高，效率較低，且使用圍有較大局限性，僅用于室或魚苗養(yǎng)殖。表面攪水式增氧機，主要指葉輪式、水車式、噴水式、涌水式等多種在水體表面工作的增氧機械。這類增氧機主要依靠機械作用，增加表面水和空氣的接觸面積，使空氣中的氧溶于水，達到增氧目的。然而該類增氧機體積龐大，運輸困難，只適用于魚塘與大型漁業(yè)養(yǎng)殖場，不適用于小型居家觀賞魚增氧。2.1.2 超聲波自動增氧系統(tǒng)的需求性家養(yǎng)觀賞魚已成為眾多養(yǎng)魚愛好者的選擇，不僅因為其靈動美觀，而且能為生活增添絢麗色彩。每位養(yǎng)魚愛好者都希望自己的魚健康活潑，獨具特色，為其提供充足的氧氣對魚類健康成長大有裨益，不失為一個好

16、的選擇。市面上大多魚缸增氧器均采用增大氧氣與水接觸面積這一原理實現(xiàn)魚缸增氧的效果，但增氧效果并不明顯，并且何時需要增氧、何時無需增氧的控制監(jiān)測功能不健全，這些問題都會給魚友們造成不必要的麻煩。許多魚友期望能夠研發(fā)新型魚缸自動增氧器，能夠使增氧效果顯著，同時輕便易攜，便于操控。出于用戶的更高需求，我們?yōu)榇诉M行了超聲波魚缸自動增氧系統(tǒng)設(shè)計的研究。超聲波魚缸自動增氧系統(tǒng)的顯著作用，決定了新型便攜增氧機的必要性發(fā)展。超聲波魚缸自動增氧系統(tǒng)具有如下顯著的特點：（1） 高效溶氧。超聲波增氧的理論依據(jù)是：超聲波發(fā)生器的輻射面在液體中強烈振動時，會從振動面發(fā)出無數(shù)細小的氣泡，這種現(xiàn)象叫做超聲波空化。利用其空化

17、現(xiàn)象，將超聲波發(fā)生器的輻射面放入水中，并不斷沖入空氣，使輻射面上產(chǎn)生一個水氣兩相態(tài)，產(chǎn)生霧狀水氣泡，然后再噴入水中。超聲波在水中產(chǎn)生的微小氣泡存在時間短，但因表面力關(guān)系，其部壓強上升，因此，即使水中氣體呈過飽和狀態(tài)，氣體分子仍能向水中溶解，水氣泡逐漸消失。因此超聲波增氧能夠達到其他增氧設(shè)備無法達到的高效增氧效果。（2）噪聲最小化。超聲波是一種頻率高于20000Hz的聲波，不能引起人類聽覺器官的感覺。超聲波在傳播過程中，方向性強，能量易于集中，因此當超聲波振動增氧產(chǎn)生空化現(xiàn)象時，能夠保證魚缸環(huán)境噪聲最小化，從而保證魚類喜愛的低噪聲生活環(huán)境，使魚類更好地生長繁殖。同時，超聲波振動增氧對魚類無輻射類

18、傷害作用，對于確保觀賞魚的生命安全有著積極作用。（3）便攜易操作。1959年世界上出現(xiàn)第三代集成電路計算機，最初的計算機由約翰··諾依曼發(fā)明，有三間庫房那么大，后來逐步向著小型化、微型化、低功耗、智能化、系統(tǒng)化的方向更新?lián)Q代。面對市面上各種大型的漁業(yè)增氧機日益暴露的缺陷，小型化、低功耗、功能多樣化的漁業(yè)自動增氧系統(tǒng)將逐步取代粗獷型、高功耗的大型漁業(yè)增氧系統(tǒng)。此類小型家用魚缸增氧系統(tǒng)經(jīng)魚嘴接觸單穩(wěn)觸發(fā)電路，使超聲波加氧電路啟動對魚缸水進行加氧，當水中溶氧量充足時，停止超聲波加氧電路，具有體積小、功耗低、使用方便等優(yōu)點。2.1.3 功能需求本系統(tǒng)給用戶提供了一個解決家養(yǎng)觀賞魚類

19、缺氧問題的方案，用戶可以方便的對家養(yǎng)觀賞魚進行自動增氧以保證魚類健康安全。 （1）作為一個新型的超聲波魚缸自動增氧系統(tǒng)，首先要考慮超聲如何產(chǎn)生并達到理想的增氧效果，當魚類缺氧后，魚兒就會頻頻游于水面，并將嘴部探出水面以吸取空氣中的氧氣，當魚嘴碰觸到探頭時，電源正極通過探頭、魚唇和水將單穩(wěn)電路觸發(fā)。（2）對于水中溶氧量的控制，還需要通過限時電路進行分析，每一升水含氧量少于5mg時魚兒就會浮起貼著水面來吸氧，此時水面含氧量比水中充足。因此通過反復(fù)試驗觀察魚的浮頭情況持續(xù)的時間，就能夠推算出加氧時間所需最小值，與時開啟/關(guān)閉加氧電路，從而控制水中溶氧量保持在適度值。2.2 總體設(shè)計2.2.1 總體設(shè)

20、計的一般原理經(jīng)過需求分析階段的工作，系統(tǒng)必須“做什么”已經(jīng)清楚了，現(xiàn)在是決定“怎樣做”的時候了?？傮w設(shè)計的基本目的就是回答“概括的說，系統(tǒng)應(yīng)該如何實現(xiàn)？”因此，總體設(shè)計的工作將劃分出組成系統(tǒng)的模塊元素觸發(fā)、控制、超聲振蕩、加氧時間等等，但是每個系統(tǒng)元素仍然處于黑盒子級，這些黑盒子里的具體容將在以后仔細設(shè)計。2.2.2 功能模塊劃分超聲波魚缸自動增氧系統(tǒng)主要是利用超聲波空化現(xiàn)象對水體進行加氧。因此，系統(tǒng)模塊主要分為三大部分：超聲波控制電路、超聲波發(fā)生電路以與增氧時間自動控制電路。超聲波控制電路主要實現(xiàn)單穩(wěn)觸發(fā)過程，對水中溶氧量的缺失程度進行判斷；超聲波發(fā)生電路主要引用超聲加濕器的振蕩回路原理，高

21、平電流震蕩通過換能器把電流轉(zhuǎn)化為超聲波，將水打碎成為水霧，使空氣溶入水中；增氧時間自動控制電路主要利用AT89C51單片機進行時間計數(shù)處理，當?shù)竭_一定時間時，啟動繼電器，由繼電器控制超聲波振蕩驅(qū)動回路的開啟或關(guān)閉。通過系統(tǒng)三大模塊，共同配合實現(xiàn)超聲波自動增氧功能。 1、超聲波控制電路設(shè)計（1）輸入限幅整流電路：該整流電路作用是把220V交流電轉(zhuǎn)化為直流電信號，利用二極管單向?qū)ㄔ?，使得該模塊上部一直保持正電平，下部一直保持負電平狀態(tài)。 （2）濾波模塊：由于輸入電路中含有50HZ工頻干擾，該濾波電路由大小兩個濾波電容組成，大電容能夠濾除電路中的低頻干擾，小電容能夠濾除電路中的高頻干擾，從而達到

22、濾除電路中干擾信號的作用。（3）開關(guān)穩(wěn)壓電路：該模塊套用LM2576基本功能電路，實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓功能。LM2576具有可調(diào)節(jié)輸出型號輸出電壓圍、TTL關(guān)斷能力、低功耗待機模式、熱關(guān)斷與電流限制保護等優(yōu)點。（4）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路：該電路采用具有低電流功耗優(yōu)點的LM555作為主體芯片，當電極懸在水面，正極在上，負極在水下時，魚嘴接觸使電路導(dǎo)通，2號引腳拉低電平，破壞穩(wěn)態(tài)，此時3號引腳輸出為1，電阻R對電路右側(cè)電容充電。（5）超聲電源控制電路：當輸入端輸入信號為低電平時，8050NPN三極管不導(dǎo)通不工作，PMOS管在上拉電阻R的幫助下截止，該模塊為關(guān)閉狀態(tài)；當輸入端信號為高電平時，該管導(dǎo)通，PMOS管正

23、常工作，該模塊為開啟狀態(tài)。 2、超聲波發(fā)生電路設(shè)計該模塊引用超聲加濕器的振蕩回路原理，其中超聲換能器可看作晶振，高平電流震蕩通過換能器把電流轉(zhuǎn)化為超聲波，將水打碎成為水霧，使空氣溶入水中，從而達到魚缸自動增氧效果。3、 增氧時間自動控制模塊設(shè)計該模塊為程序控制模塊，經(jīng)對比研究適合采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機AT89C51，片含8Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），功能強大，適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。單片機增氧時間控制的動作利用時間計時處理來做秒計數(shù)，當所設(shè)置的時間到了，則發(fā)出一陣聲響，啟動

24、繼電器，由繼電器可以控制超聲波振蕩驅(qū)動回路的開啟或關(guān)閉。單片機定時器負責(zé)定時的計數(shù)，不會因為按鍵處理而中斷時間秒數(shù)的增加，時、分、秒數(shù)據(jù)是存在變量并寫入七段顯示器的緩沖區(qū)，而由顯示器掃描程序中定時掃描而顯示出時間。4、 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)框圖超聲波魚缸自動增氧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下所示：該系統(tǒng)接收由信號源發(fā)出的交流電信號，經(jīng)過整流二極管電路進行限幅整流，輸出直流電信號；進而通過濾波電路除去信號中的高頻和低頻噪聲，經(jīng)過以LM2576單片集成為主的開關(guān)穩(wěn)壓電路將電壓穩(wěn)定在合適的固定值；通過魚嘴與電極的接觸將單穩(wěn)觸發(fā)電路觸發(fā)輸出高電平信號，從而控制超聲電源電路的開關(guān)；高頻電流震蕩通過超聲換能器把電流轉(zhuǎn)化為超聲波

25、，將水打碎為水霧，使空氣溶入水中，達到增氧效果；同時單片機AT89C51自動控制模塊利用單片機時間計數(shù)功能對加氧時間進行自動控制，從而達到魚缸自動增氧控制效果。圖2-1系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)框圖2.2.3系統(tǒng)環(huán)境魚缸設(shè)置增氧系統(tǒng)能增加水中氧氣，促使水質(zhì)清潔干凈，改善魚類的生活環(huán)境與生長條件。該自動增氧系統(tǒng)使用限幅整流電路，使電壓與電流值圍控制在魚類能夠安全生存的指標之；同時使用安全性能較高的AT89C51單片機進行自動控制，對水體充氧時間進行合理調(diào)控，使魚類的生活環(huán)境保持在最佳狀態(tài)。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1超聲波控制電路選型設(shè)超聲波控制電路主要實現(xiàn)單穩(wěn)觸發(fā)過程，對水中溶氧量的缺失程度進行判斷，它具體包

26、括以下幾部分：限幅整流電路、濾波、開關(guān)穩(wěn)壓電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路以與超聲電源控制電路。具體選型設(shè)計如下：3.1.1限幅整流二極管就原理而言，從輸入交流中得到輸出的直流即是整流。以整流電流的大?。?00mA）為界線，通常把輸出電流大于100mA的叫整流。整流二極管主要分類如下： 硅半導(dǎo)體整流二極管2CZ型； 硅橋式整流器QL型； 用于電視機高壓硅堆工作頻率近100KHz的2CLG型。根據(jù)系統(tǒng)具體情況，選擇1N4007二極管較為合適，它具有較強的正向浪涌承受能力，最大正向平均整流電流能達到1A，工作溫度圍較大，因此相比較下適用于整流電路。圖3-1 限幅整流電路圖大多數(shù)二極管能作為限幅使用，也有象保護

27、儀表用和高頻齊納管類似的專用限幅二極管。為了使這些二極管具有特別強的限制尖銳振幅的作用，通常使用硅材料制造的二極管。有時也依據(jù)限制電壓需要，把若干個必要的整流二極管串聯(lián)起來形成一個整體。利用二極管單向?qū)ㄔ?，使得該模塊上部一直保持正電平，下部一直保持負電平狀態(tài)。該電路中，電阻R起到分壓降壓的作用。3.1.2LM2576開關(guān)穩(wěn)壓芯片LM2576的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的各種功能，能驅(qū)動3A的負載，有優(yōu)異的線性和負載調(diào)整能力。它的部含有頻率補償器和一個固定頻率振蕩器，將外部元件的數(shù)目減到最少，使用方便。LM2576的效率比流行的三段線性穩(wěn)壓器要高得多，是理想的替代。一般情況下

28、不需要或者只要很小尺寸的外加散熱片。它具有可調(diào)節(jié)輸出型號輸出電壓圍、TTL關(guān)斷能力、低功耗待機模式熱關(guān)斷與電流限制保護等優(yōu)點。LM2576部結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3-2LM2576部結(jié)構(gòu)圖該模塊套用LM2576基本功能電路，實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓功能。其中，1號引腳為輸入端，2號引腳為輸出端，3號為接地端，4號為反饋端，可根據(jù)反饋值調(diào)整電壓幅值從而得到穩(wěn)定電壓值。圖3-3LM2576工作指標開關(guān)穩(wěn)壓電路如下圖：圖3-4 開關(guān)穩(wěn)壓電路圖3.1.3 LMC555定時器LMC555是的CMOS版本的行業(yè)標準通用系列555定時器。LMC555能夠產(chǎn)生精確的時間延遲和頻率，LM555具有低電流功耗的優(yōu)點，且在5V輸出

29、時完全兼容TTL和CMOS電路，圖3-5LMC555結(jié)構(gòu)簡圖Pin-for-pin兼容555一系列的定時器。該定時器由分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)電路、放電BJT以與緩沖器組成。其電路簡化原理圖如圖4-1所示：其中，分壓器由3個5k電阻組成，它為兩個比較器提供基準點評。如5號腳懸空，則比較器C1和C2的基準電平分別為2/3Vcc和1/3Vcc。改變5號引腳的接法可改變C1和C2的基準電平。比較器C1和C2是兩個結(jié)構(gòu)完全一樣的高精度電壓比較器，其輸出直接控制基本RS觸發(fā)器的動作。當v11>2/3Vcc，v12>1/3Vcc時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，

30、BJT導(dǎo)通，輸出端v0為低電平；當v11<2/3Vcc，v12<1/3Vcc時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，BJT截止，輸出端v0為高電平；當v11<2/3Vcc，v12>1/3Vcc時，基本RS觸發(fā)器R=1，S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路也保持原來狀態(tài)不變。RD是專門設(shè)置的可從外部進行置0的復(fù)位端，當RD=0時，經(jīng)反相后將或非門封鎖，輸出為0。在正常工作時，應(yīng)將此腳接高電平。緩沖器由兩級反相器構(gòu)成，反相器的設(shè)計考慮了有較大的電流驅(qū)動能力。同時，緩沖器還起隔離負載對定時器影響的作用。當電極懸在水面，正極在上，負極在水下時，魚嘴接觸使電路導(dǎo)通，2號

31、引腳拉低電平，破壞穩(wěn)態(tài)，此時3號引腳輸出為1，電阻R對電路右側(cè)電容充電。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路原理圖如下：圖3-6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路3.1.4 PMOS管與CMOS金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類，P溝道硅MOS場效應(yīng)晶體管在N型硅襯底上有兩個P+區(qū)，分別叫做源極和漏極，兩極之間不通導(dǎo)，柵極上加有足夠的負電壓(源極接地)時，柵極下的N型硅表面呈現(xiàn)P型反型層，成為連接源極和漏極的溝道。改變柵壓可以改變溝道中的電子密度，從而改變溝道的電阻。這種MOS場效應(yīng)晶體管稱為P溝道增強型場效應(yīng)晶體管。如果N型硅襯底表面不加?xùn)艍壕鸵汛嬖赑型反型層溝道，加上適當?shù)钠珘?，可使溝道的電阻增大?/p>

32、減小。這樣的MOS場效應(yīng)晶體管稱為P溝道耗盡型場效應(yīng)晶體管。統(tǒng)稱為PMOS晶體管。 P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低,因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導(dǎo)小于N溝道MOS晶體管。此外，P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對值一般偏高，要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性,與雙極型晶體管晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大，充電放電過程長，加之器件跨導(dǎo)小，所以工作速度更低，在NMOS電路(見N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路)出現(xiàn)之后，多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡單,價格便宜，有些中規(guī)模和小規(guī)模數(shù)字控制電路仍采用PMO

33、S電路技術(shù)。在此魚缸自動增氧系統(tǒng)中，該模塊為超聲開關(guān)控制電路，其中Q17為PMOS管，為低電平導(dǎo)通；8050為NPN三極管。當輸入端輸入信號為低電平時，該管不導(dǎo)通不工作，Q17在上拉電阻R的幫助下截止，該模塊為關(guān)閉狀態(tài)；當輸入端信號為高電平時，該管導(dǎo)通，Q17正常工作，該模塊為開啟狀態(tài)。3.2 超聲波發(fā)生電路選型設(shè)計該模塊引用超聲加濕器的振蕩回路原理，其中超聲換能器可看作晶振，高平電流震蕩通過換能器把電流轉(zhuǎn)化為超聲波，將水打碎成為水霧，使空氣溶入水中，從而達到魚缸自動增氧效果。3.2.1 超聲換能器工作原理在工程檢測技術(shù)中所講的換能器，是特指能夠從一個系統(tǒng)接收信號而向另一系統(tǒng)輸出信號，接收信號

34、與輸出信號屬于不同的能量形式，但輸出信號能表現(xiàn)輸入信號某些特征的器件。因此，作為一個換能器系統(tǒng)，通常需要包含一個儲能元件，在它工作時，儲能元件將一種形式的能量儲存起來并轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量輸出。在實際應(yīng)用中，要求換能器能把某種不容易或不便測試與處理的能量轉(zhuǎn)換成另一種容易進一步處理或便于測試的能量，從而有可能對原來的輸入能量進行評定或分析研究。例如測定環(huán)境噪聲用的聲級計，它可以把一定程度的環(huán)境噪聲轉(zhuǎn)換成一定大小的電信號，從而可以進一步定量地顯示出環(huán)境噪聲的強度大小。又如利用漏磁特性的無損檢測技術(shù)中應(yīng)用的換能器（探頭），可以把被充磁工件上有缺陷存在處的漏磁通轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)處理后可以顯示缺陷的存

35、在和評定缺陷的大小。在利用渦流特性的無損檢測技術(shù)中，由儀器產(chǎn)生的交變電流激勵探頭產(chǎn)生交變磁場，從而在導(dǎo)電工件上感生渦電流（渦流），工件上有缺陷存在處的渦流大小會發(fā)生變化，使反作用于探頭的磁場發(fā)生變化，由于該磁場的變化將引起探頭中檢測線圈的感應(yīng)電流變化，從而可以根據(jù)這種變化判斷缺陷的存在與大小。超聲換能器種類較多，如壓電式換能器、磁致伸縮式換能器、電動式換能器、電磁式換能器、電磁-聲換能器、電容式換能器等。某些多晶材料中存在有自發(fā)形成的分子集團，即所謂“電疇”，它具有一定的極化，并且沿極化方向的長度往往與其他方向的長度不同。當有外加電場作用時，電疇會發(fā)生轉(zhuǎn)動，使其極化方向與外加電場方向趨于一致，

36、從而使該材料沿外加電場方向的長度將發(fā)生變化，表現(xiàn)為彈性應(yīng)變。這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)。在超聲檢測技術(shù)中，對壓電材料施加交變電場，該材料將沿電場方向發(fā)生交變應(yīng)變，從而能在與它緊密接觸的介質(zhì)中激發(fā)出機械振動波-超聲波。利用電致伸縮效應(yīng)現(xiàn)象的壓電換能器常用壓電瓷，如鋯鈦酸鉛（PZT）、鈦酸鋇（BaTiO3）、鈮酸鉛（PbNb2O3）等。壓電式換能器的主要特點是電聲轉(zhuǎn)換效率高，特別是接收靈敏度高，但其機械強度較低（脆性大），因而在大功率應(yīng)用上受到限制（不過目達到數(shù)百瓦到上千瓦的聲輻射功率）。此外，某些單晶材料容易溶于水而失效（水解）。磁致伸縮式換能器主要用于低頻大功率的場合，這與其頻率受限制和受磁性材

37、料特性參數(shù)限制的因素有關(guān)，它特別是在功率超聲應(yīng)用領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用，其特點主要是機械強度高，性能穩(wěn)定，水密要求低（不會水解）。但是，它的渦流和磁滯損耗較大，電聲轉(zhuǎn)換效率不如壓電式換能器，而且通常需要有較大的激勵電能以用于大功率場合。需要注意的是，在施以交變磁場時，由于趨膚效應(yīng)的影響會使透入深度受到限制，因此這種磁致伸縮效應(yīng)所波與的圍僅限于材料表面。在產(chǎn)生超聲波時，超聲波的強弱取決于材料表層交變磁場的強度，此外，傳聲介質(zhì)與材料表面接觸的緊密程度（聲耦合）也極為重要。該系統(tǒng)中超聲換能器可用普通壓電瓷片代替，當電壓作用于壓電瓷時，就會隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機械變形。另一方面，當振動壓電瓷時，則會產(chǎn)生

38、一個電荷。利用這一原理，當給由兩片壓電瓷或一片壓電瓷和一個金屬片構(gòu)成的振動器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個電信號時，就會因彎曲振動發(fā)射出超聲波。相反，當向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產(chǎn)生一個電信號?；谝陨献饔?，便可以將壓電瓷用作超聲波傳感器。3.2.2 超聲波發(fā)生電路分析該系統(tǒng)的超聲波發(fā)生電路中，超聲波振蕩驅(qū)動回路模塊為主要模塊，為此經(jīng)過查閱相關(guān)資料有以下兩種設(shè)計方案：方案一：采用電容三點式振蕩電路該種超聲波震蕩驅(qū)動回路由振蕩器、換能器和水位控制電路等組成，它為考畢茲電路的微變型，其中電感由超聲霧化片代替。該電路原理為：當超聲霧化片的諧振頻率接近電路振蕩頻率時顯示極大的電感性，另兩個

39、電容串聯(lián)后的諧振頻率電容值與超聲霧化片靜電容值均為1600pF時，電容三點式振蕩電路振蕩產(chǎn)生正弦波。電路中的振蕩器是一種由高頻壓電瓷片TD(超聲換能器)組成的工作振蕩器，其振蕩頻率為1.65MHz(決定于選定的TD)。晶體三極管BG1和電容器C1、C2等構(gòu)成電容三點式振蕩器電路。C1和電感L1等效并聯(lián)的諧振頻率比工作頻率低，其作用是決定工作振蕩器的振蕩幅度；C2和電感L2等效串聯(lián)的諧振頻率比工作頻率高，其作用是決定工作振蕩器的反饋量，以保證振蕩器起振和維持電路的可靠振蕩。壓電瓷片TD具有很大的等效電感，它除決定電路的工作頻率外，同時又是霧化器的工作負載。若更換壓電瓷片TD，無需調(diào)整電路其他參數(shù)

40、，其振蕩器頻率也能自動跟蹤新的壓電瓷片的頻率而工作。水位控制和偏置電路電路中的超聲換能器TD(又稱霧化頭)和其上安裝的兩根水位控制觸針，他們是浸沒在淺水水溶液中工作的。若長期霧化，一旦液面降低而使霧化頭的水位控制觸針露出水面時，振蕩器會自動停止工作，這也避免了霧化頭因發(fā)熱而損壞。該電路中的BG2、BG3管、觸針A、B以與相關(guān)的電阻，共同組成水位控制電路。電路工作時，電源通過觸針A、B和水溶液給BG3的射極提供電源。BG3管導(dǎo)通工作。BG2管起開關(guān)作用。當BG3工作時，BG2管也導(dǎo)通，電源通過BG3、BG2、R3、L3向BG1管提供偏置電流，使BG1管振蕩工作。一旦液面降低、控制觸針露出水面，電

41、源到BG3管的通路被切斷，BG3管截止，BG2開關(guān)也斷開，此時BG1因無偏置電流而迅速停止振蕩。調(diào)整電阻R3的阻值，可以直接改變BG1管的偏置電流，所以振蕩器的調(diào)試十分簡單和方便。方案二：采用三門振蕩器該電路由CD4069與外圍元件組成振蕩器，F(xiàn)I-F3三門振蕩器在F3的輸出為20kHz一40kHz方波，工作頻率主要由C1，R1和RP決定，用RP(可調(diào)電阻)調(diào)節(jié)振蕩頻率。F3輸出至激勵變壓器T1的一端和反向器F4，F(xiàn)4輸出至激勵變壓器T1的另一端，因此，加入F4使激勵電壓提高了一倍電容c3、c2平衡F3和F4的輸出，使波形穩(wěn)定。T1的次級接換能器B。AC220V電源經(jīng)變壓器T2變?yōu)锳C12V,

42、再經(jīng)u橋式整流、c4濾波、VD穩(wěn)壓后，為電路提供DC9V的工作電源。電路中超聲波壓電換能器B選用普通壓電瓷片即可，T1為普通半導(dǎo)體收音機中的輸入變壓器。反向器F1F4用CC4069六反向器中的四個反向器，剩余兩個不用(輸入端應(yīng)接地)。T2可選用功率為5W的小型電源變壓器。U為1A的橋式整流器，也可用四只1N4001代替。VD為9v穩(wěn)壓二極管。圖3-7 超聲波發(fā)生電路圖基于上述理論分析，為此進行了實驗電路設(shè)計。但在實踐中未購得相應(yīng)芯片，介于施密特觸發(fā)器有類似功效，于是將非門換為施密特觸發(fā)器。它是一種閾值開關(guān)電路，具有突變輸入輸出特性的門電路。這種電路被設(shè)計成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值

43、）而引起的輸出電壓的改變。用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于vt+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。當輸入電壓由低向高增加，到達V+時，輸出電壓發(fā)生突變，而輸入電壓Vi由高變低，到達V-，輸出電壓發(fā)生突變，因而出現(xiàn)輸出電壓變化滯后的現(xiàn)象，可以看出對于要求一定延遲啟動的電路，它是特別適用的。從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當傳輸線上的電容較大時，波形的上升沿將明顯變壞；當傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當其他脈沖

44、信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的vt+和vt-設(shè)置得合適，均能收到滿意的整形效果。但實踐證明，由于已買芯片是壓電瓷換能片，它具有本身的固定振蕩頻率，使用施密特觸發(fā)器電路，芯片工作時發(fā)熱嚴重，無法達到理想的工作頻率。綜上所述，基于理論分析與實踐證明，該系統(tǒng)選用第一種設(shè)計方案，即使用電容三點式振蕩電路作為超聲波發(fā)生電路的核心模塊。3.3增氧時間自動模塊選型設(shè)計該模塊為魚缸自動增氧時間控制電路，可采用單片機進行控制。當今單片機廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性

45、能各異。常用的單片機有很多種：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、Winbond(華邦)W78系列、荷蘭Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、國三星公司的KS57C系列4位單片機、義隆的EM-78系列等。最終選用ATMEL公司的AT89C51單片機。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片含4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、

46、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)產(chǎn)品引腳兼容，片置通用4位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，功能強大AT89C51單片機適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。3.3.1 AT89C51簡介特點：1) 與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容2) 4K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存3) 1000次擦寫周期4) 全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz5) 三級加密程序存儲器6) 128X8字節(jié)部RAM7) 32個可編程I/O口線8) 2個16位定時/計數(shù)器9) 6個中斷源10) 可編程串行UART通道11) 低功耗空閑和掉電模式3.3.2 AT89C51功能性概述AT89C51提供以下標準功能：

47、4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片振蕩器與時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持圖3-8AT89C51引腳圖兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口與中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。AT89C52的芯片管腳圖如圖3-4。AT89C51引腳功能說明如下：VCC電源電壓；GND地；P0口P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用

48、口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口P1口是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。FLASH編程和程序校驗期間，P

49、1接收低8位地址。P2口P2是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVXRI指令）時，P2口線上的容，在整個訪問期間不改變。FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口P3口是一組帶有部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸

50、出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時/計數(shù)器0)P3.5T1(定時/計數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)圖3-9P3口第二功能表此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST復(fù)位輸入。

51、當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。ALE/PROG當訪問外部程存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置

52、ALE禁止位無效。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTA

53、L1振蕩器反相放大器與部時鐘的輸入端。XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。時鐘振蕩器AT89C51中有一個用于構(gòu)成部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外界石英晶體（或瓷諧振器）與電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序與溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，則推薦使用30pF±10pF，而如使用瓷諧振器建議選40pF±10pF。用戶也

54、可以選擇外部時鐘，這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求?？臻e節(jié)電模式AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（即電源控制寄存器）中的PD（PCON.1）和IDL(PCON.0)位來實現(xiàn)的。PD是掉電模式，當PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當IDL=1，激活空閑工作模式，單片機

55、進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作模式，即PD和IDL同時為1，則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時，片RAM和所有特殊功能寄存器的容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。AT89C52的極限工作參數(shù)如下：圖3-10AT89C51極限工作參數(shù)圖 終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL（PCON.0）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。程序會首先響應(yīng)中斷，進入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入空閑模式那條指

56、令后面的一條指令。其二是通過硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當由硬件復(fù)位來終止空閑工作模式時，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個機器周期（24個時鐘周期）有效，在這種情況下，部禁止CPU訪問片RAM，而允許訪問其它端口。為了避免可能對端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。掉電模式在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片RAM和特殊功能寄存器的容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊

57、功能寄存器但不改變RAM中的容，在VCC恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。3.3.3自動計數(shù)控制電路單片機自動增氧時間控制的動作利用時間計時處理來做秒計數(shù)，當所設(shè)置的時間到了，則發(fā)出一陣聲響，啟動繼電器，由繼電器可以控制增氧電路開啟或關(guān)閉。單片圖3-11AT89C51上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位機定時器負責(zé)定時的計數(shù)，不會因為按鍵處理而中斷時間秒數(shù)的增加，時，分，秒數(shù)據(jù)是存在變量并寫入七段顯示器的緩沖區(qū)，而由顯示器掃描程序中定時掃描而顯示出時間。3.3.4復(fù)位電路當MCS-5l系列單片機的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如圖3-7(a)中左圖所示。圖中電容C1和電阻R1對電源十5V來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機的等效電阻的作用，不