51單片機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

TOC\o"1-5"\h\z1主要芯片介紹2核心芯片8051單片機(jī)2ADC0809轉(zhuǎn)換芯片5ADC0809的邏輯結(jié)構(gòu)5ADC0809的通道選擇6ADC0809的引腳圖及各引腳作用6MC14499芯片8.MC14499的結(jié)構(gòu)及功能介紹8MC14499在單片機(jī)中的應(yīng)用1074LS373芯片13LED數(shù)碼管15LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)15LED數(shù)碼管顯示器的顯示段碼17LED顯示器的參數(shù)18X25045182系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)20系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和系統(tǒng)框圖21設(shè)計(jì)原理21系統(tǒng)框圖21液位傳感器設(shè)計(jì)22傳感器原理22傳感器的組成22測(cè)量原理23將電容轉(zhuǎn)化成電信號(hào)部分24電信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)25A/D0809模數(shù)轉(zhuǎn)換25顯示電路的設(shè)計(jì)27鍵盤電路29矩陣式鍵盤的工作原理30硬件電路設(shè)計(jì)及電路圖30繼電器控制水泵加水電路31報(bào)警電路32電源電路33直流電源電路33備用電源切換電路34看門狗電路353系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)38軟件設(shè)計(jì)流程圖38矩陣鍵盤程序設(shè)計(jì)40程序設(shè)計(jì)內(nèi)容40系統(tǒng)程序40ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖424結(jié)論45附錄A46附錄B47主要芯片介紹核心芯片8051單片機(jī)計(jì)算機(jī)芯片MCS-51是一個(gè)電腦晶片，它是在MCS-48系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的8位單片機(jī)。所出的系列產(chǎn)品有8051、8031、8751。其代表就是8051。其他系列的單片機(jī)都以它為核心,所以本設(shè)計(jì)采用的核心芯片是8051單片機(jī)。CPU^它的核心設(shè)備，從功能上看，CPU包括兩個(gè)部分：運(yùn)算器和控制器，它執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的分析和處理。整個(gè)系統(tǒng)電控部分以ATME公司的8051為核心芯片，控制信號(hào)采集、處理、輸出三個(gè)過程。這種芯片內(nèi)置4KEPROMS為系統(tǒng)要求控制線較多，如果采用8031外置EPROM1序控制結(jié)構(gòu)，則造成控制線不夠；而8051卻可以利用PRP2口作控制總線，大大簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制鍵盤參數(shù)輸入、LED數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高。系統(tǒng)的原理是采用電容式傳感器測(cè)量液體的液位值,通過單片機(jī)的轉(zhuǎn)換與分析在LEDh顯示及輸出控制；根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開關(guān)水泵,以及是否到達(dá)危險(xiǎn)高、低水位,需要關(guān)閉閥門。1PIOP00PllP01P12P02P13P03P14P04P15P05Pl?P06P17P07INTIP20INTOP21P22T1P23TOP24WVPP26P27MlX2RESETRXDTXD而ALE/PWEPSEN3923333?4非535634733S32J21122221523241425312627192S101891130d298051圖1-18051管腳圖上圖是8051的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPRO眇寫程序時(shí)，接+5V電源。Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。Pin18:時(shí)鐘XTAL2卻，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10PF-30PE另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路，外接晶振和電容組成振蕩器。輸入輸出(I/O)引腳：Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳，Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳。在對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)中，P0口作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口，且是擴(kuò)展并行輸入/輸出接口的接口，另外也作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸口，P2口為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口的高8位地址總線口，P1口為輸入/輸出口。Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESETS腳上出現(xiàn)2個(gè)時(shí)鐘周期以上的高平，系統(tǒng)

即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H,P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H,其它專用寄存器被清“0"。RESE礎(chǔ)高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。8051的初始態(tài)如下：表1-1寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)ACC00HB00HPSW00HSP07H07H00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIEOxOOOOOBTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCONOxxxxxxxB8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見圖1-2。止匕外,RESET/Vd是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM勺數(shù)據(jù)不丟失，此設(shè)計(jì)采用自動(dòng)復(fù)位電路|R2午10K上電自動(dòng)復(fù)位電路手動(dòng)復(fù)位|R2午10K上電自動(dòng)復(fù)位電路手動(dòng)復(fù)位圖1-2復(fù)位電路Pin30:ALE/P當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ALE（地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn),當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM在編程其間，prog將用于輸入編程脈沖。Pin29:PSEN當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU賣入并執(zhí)行。在編程時(shí)，EA/VPp腳還需加上21V的編程電壓。ADC0809轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的邏輯結(jié)構(gòu)ADC080弟典型的8位8通道逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，采用CMOS藝制造。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖1-3）。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)。端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。STCLKIN0IN1IN2IN3IN4IN5關(guān)IN6IN7VREF(+)A/D轉(zhuǎn)換輸出器鎖VREF(-)0EEOCD0STCLKIN0IN1IN2IN3IN4IN5關(guān)IN6IN7VREF(+)A/D轉(zhuǎn)換輸出器鎖VREF(-)0EEOCD0D1D2D3D4D5D6D7圖1-3ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809的通道選擇地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)AB、C訃地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道的選擇。通道選擇如表1-2所示表1-2ADC00809的通道選擇C(ADDC)B(ADDB)A(ADDA)選擇的通道000IN0001IN1010IN2111IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ADC0809的引腳圖及各引腳作用ADC0809E片為28引腳雙列直插式封裝，具引腳排列見圖1-4XIN-0rti5b2-l2-2IN*12-32-4IN-22-52-6IN-32-7lsb2-8IN-4EOCIN-5ADD-AIN-fiADD由ADD-CIN-7ALEreft)EHABLESTARTreft+)CLOCK<21272019%IEe115[4217132542452322IE912610ADC08W圖1-4AD0809的管腳圖⑴IN0—IN7:8條模擬量輸入通道。ADC080附輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0-5V,若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。⑵ADDAADDBADDC模擬通道地址線。這3根地址線用于對(duì)模擬通道進(jìn)行選擇，其譯碼關(guān)系如表所示，ADDAM氐位地址，ADD@高位地址。ALE:地址鎖存信號(hào)。對(duì)應(yīng)于ALE上跳沿時(shí)，ADDAADDBADDO址狀態(tài)送入地址鎖存器中。⑷START:轉(zhuǎn)換啟動(dòng)彳9號(hào)。在START言號(hào)上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清0;在STARTF跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換期間，START1號(hào)應(yīng)保持低電平。該信號(hào)可簡(jiǎn)寫為ST。⑸D0?D7:數(shù)據(jù)輸出線。該數(shù)據(jù)輸出線為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接相連。⑹OE:輸出允許信號(hào)。它用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。OE=0寸輸出數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài)；OE=1時(shí)輸出允許。⑺CLK:時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809勺內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，通常使用頻率為500kHz的時(shí)鐘信號(hào)。⑻EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。當(dāng)EOC=0寸，表示正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1寸，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。實(shí)際使用中該狀態(tài)信號(hào)既可以作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，還可以作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。⑼Vref:參考電壓。參考電壓作為逐次逼近的基準(zhǔn)，并用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=0)ADC080思帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及與微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯的CMOSS件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。在A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有一個(gè)高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，以及一個(gè)逐次逼近型寄存器。8路的模擬開關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在8個(gè)通道中任意訪問一個(gè)通道的模擬信號(hào)。由于多路開關(guān)的地址輸入部分能夠進(jìn)行鎖存和譯碼，而且三態(tài)TTL輸出也可以鎖存，所以它易于與微型計(jì)算機(jī)接口。MC14499芯片.MC14499的結(jié)構(gòu)及功能介紹串行輸入BC則-十進(jìn)制碼輸出的硬件譯碼驅(qū)動(dòng)器MC1449費(fèi)MOTOROLA]生產(chǎn)的一種叫新型的CMOS1成塊。一片MC1449同以直接驅(qū)動(dòng)和控制四塊LED八段顯示器，由于其顯示方式為動(dòng)態(tài)掃描，因此消耗功率較低，在單片機(jī)系統(tǒng)中，采用MC14499勾成的顯示器接口具有所需I/O口線占用數(shù)量少，單片控制顯示器多的特點(diǎn)，因而得到較廣泛的使用。LED譯碼驅(qū)動(dòng)器的管腳配置如圖1-5所示：vddTOC\o"1-5"\h\zDATAbOSCCLKIVEKB111IVSSIIMC14499圖1-5MC14499的管腳圖片內(nèi)主要包含有一個(gè)20位移位寄存器、一個(gè)鎖存器、一個(gè)多路輸出器及譯碼驅(qū)動(dòng)器和振蕩器。移位寄存器主要保存外部串行輸入的數(shù)據(jù)，鎖存器保存顯示器所需顯示的數(shù)據(jù)，兩者中的數(shù)據(jù)均為BCM的形式，多路輸出器輸出從鎖存器中取出的BC叩數(shù)據(jù)，經(jīng)段譯碼器譯碼后，換成點(diǎn)七段碼送至段驅(qū)動(dòng)器的a?g和小數(shù)點(diǎn)DP八只輸出腳上，而片內(nèi)振蕩器的振蕩信號(hào)，經(jīng)四分頻及位譯碼后提供四個(gè)位控信號(hào)，由位驅(qū)動(dòng)器分別送至四條位控制線(I,II,III,IV)，以供對(duì)顯示器的輪流掃描。芯片的主要控制信號(hào)有：⑴a?g,DR七段碼及小數(shù)點(diǎn)輸出；⑵I?IV:字位選擇輸出，用來產(chǎn)生LED選通信號(hào)；⑶D:申行數(shù)據(jù)接收端；⑷OSC振蕩器外接電容端，外接電容使片內(nèi)振蕩產(chǎn)生200?800Hz掃描信號(hào)，以防LED顯示器閃爍；⑸CLK:時(shí)鐘輸入端，用以提供串行接收的控制時(shí)鐘信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為250KHZ⑹ENB:使能端，為0時(shí)，MC14499fc許接收串行數(shù)據(jù)輸入；為1時(shí)，禁止接收串行數(shù)據(jù)，并將片內(nèi)移位寄存器的數(shù)據(jù)送入鎖存器中保存。MC1449的一次可接收20位串行輸入數(shù)據(jù)，在每次時(shí)鐘信號(hào)的下降沿，用行數(shù)據(jù)被送入片內(nèi)的移位寄存器。MC1449吶部接收數(shù)據(jù)的移位寄存器為20位，這20位數(shù)據(jù)可按圖4分為四組BCDK和一組小數(shù)點(diǎn)選擇位，提供給四個(gè)LED顯示器。20位數(shù)據(jù)中的前四位用于控制4個(gè)LED顯示器的小數(shù)點(diǎn)是否顯示，后16位是4個(gè)LED顯示器的BCCB輸入數(shù)據(jù)，BCD?與顯示器顯示字符的相應(yīng)關(guān)系如表1-3所示，若顯示器采用共陰型，則各小數(shù)點(diǎn)的相應(yīng)位為“1”時(shí)小數(shù)點(diǎn)顯示，為“0”時(shí)熄滅。

移位1234567891011121314151617181920IIIIIIIV編碼I編碼II編碼III編碼IVENBCLK圖1-6MC14499串行數(shù)據(jù)輸入的時(shí)序圖ENBCLK圖1-6MC14499串行數(shù)據(jù)輸入的時(shí)序圖圖1-7一幀串行輸入數(shù)據(jù)格式表1-3MC14499內(nèi)的BC加與顯示字符的關(guān)系BC加顯示器BC加顯示器00000100080001110019001021010n001131011101004110011010151101口011061110一011171111熄滅MC14499在單片機(jī)中的應(yīng)用由于MC14499T控制四個(gè)顯示器，顯示方式為動(dòng)態(tài)掃描，譯碼及動(dòng)態(tài)掃描由硬件管理，因此，采用LED譯碼驅(qū)動(dòng)器MC1449歐構(gòu)成單片應(yīng)用系統(tǒng)的顯示器接口，可以大大減少I/O□線的占用數(shù)量，減少耗電及占用CPU勺時(shí)間，并使得電路較為簡(jiǎn)單。實(shí)用中，MCS-51單片機(jī)與MC14499勺接口電品&有并行I/O口控制和串行I/O口控制兩種方式。A.并行I/O口控制方式此種方式可由MCS-51系列單片機(jī)的P1或P3口的三根I/O口線提供時(shí)鐘信號(hào)、串行數(shù)據(jù)和使能信號(hào)此種方式可由MCS-51系列單片機(jī)的P1或P3口的三根I/O口線提供時(shí)鐘信號(hào)、串行數(shù)據(jù)和使能信號(hào)接口電路如圖1-8所示:OC圖1-8MC14499并行I/O口控制方式與單片機(jī)的接口電路B.串行I/O口控制方式此種方式由MCS-5此種方式由MCS-5俾片機(jī)的RXD(P3.0)提供串行輸入的BCM顯示數(shù)據(jù),TXD(P3.1)提供時(shí)鐘信號(hào)，再由P1或P3口提供一根I/O線以輸出MC1449駛能端所需的信號(hào)，單片機(jī)用行口的工作方式為0方式，接口電路如圖1-9所示：此時(shí)應(yīng)注意：由于MCS-51單片機(jī)從用行口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送順序?yàn)閺臄?shù)據(jù)低位到高位，而MC14499等BCM數(shù)據(jù)譯為十進(jìn)制數(shù)時(shí)，卻是將原數(shù)據(jù)的低位作為高位處理的，如將某次數(shù)據(jù)的最后八位10000100B(84H)送入MC14499寸，從低位到高位被分布于其移位寄存器的13?20單元中，即最低位0在13單元，最高位1在20單元，MC14499s行譯碼時(shí)，卻是將0作為最高位，1作為最低位處理的，于是成為001000001B(21H),即段碼III數(shù)據(jù)為0010B,顯示器顯示“2”，段碼IV數(shù)據(jù)為0001B,顯示器顯示“1”，因此，必須將欲顯示的壓縮BCD?進(jìn)行循環(huán)位移(即將最低位移至最高位，第二位移至第七位，其余類推)后再送入MC14499以保證顯示的正確性。C1-9MC14499串行I/O口控制方式與單片機(jī)的接口電路74LS373芯片74ls373是常用的地址鎖存器芯片，它是一個(gè)三態(tài)8D觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中為了擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，通常需要74ls373芯片。Vcc07DZ06°60505SLE□ILdLJ山山山LJEILd也J0E0(}0()01。1。20203。3GN。圖1-1074LS373引腳圖引出端符號(hào)⑴D0?D7：數(shù)據(jù)輸入端⑵OE:三態(tài)允許控制端（低電平有效）⑶LE:鎖存允許端⑷O0?O7:數(shù)據(jù)輸出端當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，O0?O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，OAO7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，0被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mM?00?????Di口3Di口3口7LATCH。一

LATCH。一

Q

GD.IGI?—4c>Oy斤kk?—4c>Oy斤kk可阡rf邙OoI：01I02|o3|04|0§|(圖1-1174LS373邏輯圖表1-474LS373真值表DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXH*Z從以上的結(jié)構(gòu)分析我們可以看出，741s373最基本的功能是鎖存數(shù)據(jù)。在單片機(jī)的接口中741s373的作用是分離P0口的低8位地址和數(shù)據(jù)總線。由于MCS-51單片機(jī)的P0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線。因此在進(jìn)行I/O接口擴(kuò)展和存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，可以利用地址鎖存器將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線中分離出來，以實(shí)現(xiàn)總線的分時(shí)復(fù)用，741S373是最常用的鎖存器之一。LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)LED顯示器是一種由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。單片機(jī)系統(tǒng)中通常使用8段LED數(shù)碼顯示器，其外形及引腳如圖1-12(a)所示，由圖可見8段LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。其中7個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)

點(diǎn)用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括A?F在內(nèi)的部分英文字母和DPY7-SEGDP共陽極八段數(shù)碼府顯示鑄+Wcom共陽極八段數(shù)碼府顯示鑄+Wcoma數(shù)碼管引腳排列abcdeIgdp人人一人—人人人L人人bLED顯示器兩種不同的接法圖1-12LED數(shù)碼管顯示器LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起構(gòu)成共陽極，使用時(shí)共陽極接+5V,每個(gè)發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)不點(diǎn)亮。這稱為共陽極LED顯示器；另一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起構(gòu)成共陰極，使用時(shí)共陰極接地，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時(shí)不點(diǎn)亮。這稱為共陰極LED顯示器。如圖1-12(b)所示。LED數(shù)碼管顯示器的顯示段碼為了顯示字符，要為L(zhǎng)ED顯示器提供顯示段碼(或稱字形代碼)，組成一個(gè)“8”字形字符的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給LED顯示器的顯示段碼為1個(gè)字節(jié)。各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1-5:表1-5段碼位與顯示段的對(duì)應(yīng)關(guān)系段碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfedcba用LED顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)和空白字符與P的顯示段碼如表1-6所示:表1-6十六進(jìn)制數(shù)和空白字符與P的顯示段碼字型0共陽極段碼C0H共陰極段碼3FH字型9共陽極段碼90H共陰極段碼6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6卜d39H499H66HDA1HT5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFHT00H880H7FHP8c卜d73H共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的，當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合從而顯示各種字符。8個(gè)筆劃段dp、g、f、e、d、c、b、a對(duì)應(yīng)于1B（8位）的D7D6DSD4D3D22D1、D0于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對(duì)于共陰極LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極dpgfedcba各段為01110011時(shí)，顯示器顯示"P'字符，即對(duì)于共陰極LED顯示器，"P'字符的字形碼是0X73。如果是共陽極LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示"P'字符的字形代碼應(yīng)為10001100（0x8C）。LED顯示器的參數(shù)由于LED顯示器是以LED為基礎(chǔ)的，所以它的光、電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二極管的相同。但由于LED顯示器內(nèi)含多個(gè)發(fā)光二極管，所以需有如下特殊參數(shù)：⑴發(fā)光強(qiáng)度比由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，各段正向電流不相同，所以各段發(fā)光強(qiáng)度不同。所有段的發(fā)光強(qiáng)度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強(qiáng)度比。比值可以在1.5?2.3問，最大不能超過2.5。⑵脈沖正向電流若筆畫顯示器每段典型正向直流工作電流為IF,則在脈沖下，正向電流可以遠(yuǎn)大于IFo脈沖占空比越小，脈沖正向電流可以越大。1.6X25045X25045是8腳集成電路，它將EEPRQM看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。X25045引腳如圖1-13所示。0CSVccSORESET2WPSCKV?SL㈱邛圖1-13X25045引腳圖其引腳功能如下：⑴CS：片選擇輸入；⑵SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出；⑶SI:串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入X25045;⑷SCK:串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出；⑸WP:寫保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止；⑹Vss:地；⑺Vcc：電源電壓；⑻RESET復(fù)位輸出。X25045在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表1-7所示表1-7X25045的指令及其含義指令名指令格式操作WREN00000110設(shè)置寫使能鎖存器（允許寫操作）WRDI00000100復(fù)位寫使能鎖存器（禁止寫操作）RDSR00000101讀狀態(tài)寄存器

WRSR00000001寫狀態(tài)寄存器READ0000A8011把開始于所選地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀出WRITE0000A8010把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址的存儲(chǔ)器2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)原理本設(shè)計(jì)采用筒式電容傳感器采集液位的高度。主要利用其兩電極的覆蓋面積隨被測(cè)液體液位的變化而變化，從而引起對(duì)應(yīng)電容量變化的關(guān)系進(jìn)行液位測(cè)量。由于從傳感器得出的電壓一般在0?30m叱問，太小不易測(cè)量，所以要通過放大電路進(jìn)行放大。從放大電路出來的是模擬量，送入ADC0809^換成數(shù)字量，ADC0809連接于單片機(jī)，把信號(hào)送入單片機(jī)。通過單片機(jī)控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。顯示電路連接于單片機(jī)用于顯示水位的高度。該顯示接口用一片MC14499口單片機(jī)連接以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。系統(tǒng)框圖圖2-1系統(tǒng)框圖⑴被測(cè)物理量：主要是指非電的物理量，在這里為水位。⑵電容式傳感器：將輸入的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的變換。傳感器的精度直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能，所以是系統(tǒng)中一個(gè)重要的部件。⑶放大，整形，濾波：傳感器的輸出信號(hào)一般不適合直接去轉(zhuǎn)換數(shù)字量，通常要進(jìn)行放大，濾波等環(huán)節(jié)的預(yù)處理來完成。⑷A/D轉(zhuǎn)換器：實(shí)現(xiàn)將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，常用的是并行比較型、逐次逼近式、積分式等。在此用到逐次逼近式。⑸單片機(jī)：目前的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能和性能日趨完善，因此主控部分一般都采用單片機(jī)。(6)顯示設(shè)備：在此用到8段數(shù)碼管。⑺控制設(shè)備：控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行或關(guān)閉。由上圖可觀察到傳感器通過對(duì)液面進(jìn)行測(cè)量，輸出模擬信號(hào)，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過8051單片機(jī)的運(yùn)算控制，再通過LED進(jìn)行顯示,通過報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警顯示之后再通過對(duì)閥門的開啟實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,閥門的驅(qū)動(dòng)設(shè)備是電動(dòng)機(jī)。液位傳感器設(shè)計(jì)在液體液位控制系統(tǒng)中,傳感器的選擇是非常重要的,傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量,并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,它的性能直接影響到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)檢測(cè)精確度起著重要的作用。傳感器的種類很多,有溫度傳感器,加速度傳感器,光學(xué)傳感器,壓力傳感器的,本設(shè)計(jì)主要采用電容式液位傳感器進(jìn)行控制，再把檢測(cè)的電信號(hào)通過ADC0809俞入到單片機(jī)進(jìn)彳T分析，再由LED進(jìn)行顯示和鍵盤控制，實(shí)行對(duì)液位的報(bào)警。傳感器原理電容式液位傳感器系統(tǒng)，通過傳感器測(cè)量電路將液位高度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓脈沖寬度變化,再由單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的液位高度進(jìn)行顯示,該系統(tǒng)對(duì)液位深度具有測(cè)量、顯示與設(shè)定功能,并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。傳感器的組成圖2-2為傳感器部分的結(jié)構(gòu)原理圖。它主要是由細(xì)長(zhǎng)的不銹鋼管（半徑為R1）、同軸絕緣導(dǎo)線（半徑為R0）以及其被測(cè)液體共同構(gòu)成的金屬圓柱形電容器構(gòu)成。該傳感器主要利用其兩電極的覆蓋面積隨被測(cè)液體液位的變化而變化,從而引起對(duì)應(yīng)電容量變化的關(guān)系進(jìn)行液位測(cè)量。

絕綠存線被測(cè)液體一二圖2-2傳感器原理圖絕綠存線被測(cè)液體一二圖2-2傳感器原理圖測(cè)量原理由圖2-2可知，當(dāng)可測(cè)量液位H=0時(shí)，傳感器處于空載狀態(tài)，此時(shí)電容量為最小。不銹鋼管與同軸絕緣導(dǎo)線構(gòu)成的金屬圓柱形電容器之間存在電容7，此時(shí)得到電容量為：(2-1)2二；0L(2-1)ln(R1/R0)式中，Co為電容量，單位為F;%為絕對(duì)介電常數(shù)（約為8.85Xl0,2F/m）；L為液位最大高度；R1為不銹鋼管半徑；R斷絕緣導(dǎo)線半徑，單位為m。當(dāng)可測(cè)量液位為H時(shí)，傳感器處于滿載狀態(tài)，此時(shí)電容量為最大，即：C二———Lxln(R1/R0)式中，名為被測(cè)液體的相對(duì)介電常數(shù)，單位為F/m。當(dāng)0<H<L時(shí)，傳感器的電容量為:2n2二；CH0H0(L-H)CHln(R1/R0)ln(R1/R0)因此，當(dāng)傳感器內(nèi)液位由零增加到H時(shí)，其電容的變化量AC可由式（2-1）和式（2-2）得

2二；0(一1)C=CH-C0=—0H(2-3)ln(R1/R0)由式可知，參數(shù)—1，R1,R0都是定值。所以電容的變化量AC與液位變化量H呈近似線性關(guān)系?？梢?，傳感器的電容量值Ch的大小與電容器浸入液體的深度H成線性關(guān)系。由此，只要測(cè)出電容值便能計(jì)算出水位。將電容轉(zhuǎn)化成電信號(hào)部分采用運(yùn)算法測(cè)量電路來轉(zhuǎn)化。該電路由傳感器Cx和固定的標(biāo)準(zhǔn)電容Co以及運(yùn)算放大器NE5532&成，如圖2-3所示，其中U為信號(hào)源電壓，U0為輸出電壓。圖2-3運(yùn)算放大器測(cè)量電路原理圖運(yùn)算放大器的反饋原理可知，當(dāng)運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高、增益也很大時(shí)，則可以認(rèn)為運(yùn)算放大器的輸入電流I=0,U=0,并且Z0=^^,Zx，得jC0jCX出下列公式Cx(2-5)UZCx(2-5)UZxC0于是可得

UoCXCo(2-6)在液位測(cè)量中，將電容Cx變化量代入式UoCXCo(2-6)在液位測(cè)量中，將電容Cx變化量代入式（2-6）得到Uo與液位H成正比關(guān)系，即2二；0(.一。口Uo=-Hln(R1/RO)Co(2-7)式（2-7）結(jié)果是在假設(shè)運(yùn)算放大器的開環(huán)增益At8的條件下得出來的。實(shí)際上，運(yùn)算放大器的一般不會(huì)滿足上述條件，所以信號(hào)輸出仍然有一定的非線性誤差。但是，當(dāng)增益和輸入阻抗足夠大時(shí)，這種誤差就會(huì)相當(dāng)小。2.2.5電信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)由于從傳感器得出的電壓一般在0?30mv之間，太小不易測(cè)量，所以要通過放大電路進(jìn)行放大，如圖2-4所示，采用最基本的反相比例運(yùn)算放大電路。圖2-4比例放大電路根據(jù)反相比例運(yùn)算放大電路的公式Uo=-（R2/R1）Ui,于是第一個(gè)運(yùn)放選擇R1=3KR2=5ooKR4=R1//R2。R3=R5=1KR6=R3//R5,可知第二個(gè)運(yùn)放是一個(gè)反相器，把第一個(gè)運(yùn)放得到的電壓反相成正的。于是將3omVfe壓放大成5V。A/Do8o9模數(shù)轉(zhuǎn)換本設(shè)計(jì)采用A/D專換器ADC0809ADC080弟CMOS片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，由于輸出級(jí)有8位三態(tài)輸出鎖存器，因而ADC0809數(shù)據(jù)輸出端可以直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線連接。ADC080的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOCJ出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EO改為高電平，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE俞入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上.ADC0809^換是采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的，由單一的+5VK電，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選一的模擬開關(guān)，由A,B,C引腳的編碼來確定所選通道。ADC080盅成一次轉(zhuǎn)換需要100us左右，輸出具有TTL態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到MCS-51勺數(shù)據(jù)總線上，通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚珹DC08097寸0-5V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC0809f單片機(jī)的接口電路如圖2-5所示，其中D觸發(fā)器對(duì)單片機(jī)的頻率進(jìn)行分頻作用，74ls373將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線中分離出來，以實(shí)現(xiàn)總線的分時(shí)復(fù)用

1P10P0(P11P0-P12P02P13P03P14P04P15P051P10P0(P11P0-P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P2(INT0P2-P22T1P23T0P24DO￡39~T~38~T"374,365,356347.33T-'32，總、21?22金15:241425252631P2、EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXDRDALE/WRpseF19:2810)-=—189l口1130p烏N298051T?d1——^~D2^~D3^-D544D17D2■18d3\13D4T卜14D5\J17D()\H8D-713D470。x8D?D0Q0.D1Q1.2D2Q2.3D3Q3.4D4Q46D5Q57D6Q6D7Q7-OELE69122574LS37326IN-0msb2D021)-1—J27IN-12-22-3,D120/D219;2-428IN-22-5￡48J2-62-7lsb2嗎1IN-3,D6147D8/2IN-4EOC-73IN-5ADDADDADD-A.254IN-6B24C235IN-7ALt2216ref(-)ENABSTAILE9RT612ref(+)CLO?10ADC0809NOT圖2-5ADC0809與單片機(jī)的接口電路顯示電路的設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)需要3位的LED足可滿足本設(shè)計(jì)白顯示精度要求，為了減少所需的I/O數(shù)量，降低成本，采用動(dòng)態(tài)顯示控制方式。通過對(duì)顯示接口電路的綜合分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)距儀利用串行輸入BCD3一十進(jìn)制譯碼驅(qū)動(dòng)顯示器件MC1449家完成與單片機(jī)系統(tǒng)的顯示接口較為簡(jiǎn)單可靠。用MC1449毀計(jì)的LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示接口電路如圖2-6所示。用MCS-51系列單片機(jī)作為控制核心的水位測(cè)量計(jì)，其數(shù)據(jù)輸出既可以通過單片機(jī)的通用I/O口輸出，也可以通過單片機(jī)的串口用串行方式輸出。這里使用的單片機(jī)是8051,單片機(jī)的P3口為數(shù)據(jù)輸出口，顯示器采用共陰極8段LED,顯示位數(shù)為3位，由于一片MC14499可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LEE?示器，因此該顯示接口只需用一

片MC14499單片機(jī)連接。圖是該動(dòng)態(tài)顯示接口的原理圖。P3.0用來同MC14499發(fā)送數(shù)據(jù)，P3.1用來向MC1449發(fā)送時(shí)鐘脈沖，P3.4用于控制單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)向MC1449串行輸入（當(dāng)P3.4=0時(shí),允許MC1449蜿入數(shù)據(jù)）。反相器74LS06乍為顯示器的位驅(qū)動(dòng)，8個(gè)470Q的電阻是LED的限流電阻，使單片機(jī)8051輸出電平與MC1449蜿入電平相兼容。由于MC14499具有輸入自動(dòng)鎖存功能，而串行輸入一幀數(shù)據(jù)又需要一定的時(shí)間，所以LED1示的數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。470QX8A0印C40.015F(1A3A2A1A0RCDMC14499\A19\A4\A5Bl/7406DPYaddcp\4E3\5國\6E5\7BB8B7DPY7-EGDPcdpgmdpoaDPYb7406DPY7-EGDP\1B0C40.015F(1A3A2A1A0RCDMC14499\A19\A4\A5Bl/7406DPYaddcp\4E3\5國\6E5\7BB8B7DPY7-EGDPcdpgmdpoaDPYb7406DPY7-EGDP\1B0\2B1\3B2^45<5B4卜6B57B6\8B7fgdpDPYdpA7406圖2-6MC14499與單片機(jī)的動(dòng)態(tài)顯示電路鍵盤電路鍵盤的作用有兩個(gè)，其一輸入數(shù)據(jù)，比如：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這些數(shù)字。其二是功能操作，比如：數(shù)據(jù)的輸入輸出，功能設(shè)置?；诖?，有很多種方案實(shí)現(xiàn)這一操作。方案一、采用直接式獨(dú)立按鍵操作。這種方案的操作過程，就是直接從單片機(jī)I/O口引出通上拉電阻，接一按鍵，當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)該端口為“0”，單片機(jī)通過對(duì)此端口邏輯“0”判斷，來完成按鍵的識(shí)別，達(dá)到數(shù)據(jù)的輸入，功能的實(shí)現(xiàn)。從這一過程可知，完成任務(wù)需要單片機(jī)很多I/O口，花費(fèi)了很多CPU資源，此種方案不可取。方案二、矩陣鍵盤。矩陣鍵盤，這里采用4X4矩陣鍵盤，一共有16組情況，實(shí)現(xiàn)的方法也是利用單片機(jī)的I/O口，通過上拉電阻相接，4X4正好用到了單片機(jī)一個(gè)端口。采用這種方案既節(jié)約資源又方便，而且能夠滿足本設(shè)計(jì)的需要。綜上所述，在本設(shè)計(jì)中我們采用方案二。這里采用的是矩陣鍵盤，鍵盤中對(duì)應(yīng)按鍵的序號(hào)排列如圖2-7圖2-7矩陣鍵盤序號(hào)圖矩陣鍵盤的實(shí)現(xiàn)可采用查詢的辦法，也可以采用中斷的方法。4X4的意思即:4根列線，4根行線，列線通上拉電阻接到電源上，因此無按鍵按下時(shí)，各列線均為高電平。當(dāng)行線分別輸出低電平時(shí)，有健按下，相應(yīng)的列線上會(huì)出現(xiàn)低電平。根據(jù)此原理，CPU寸整個(gè)鍵盤進(jìn)行掃描。所謂掃描，即CP懷斷輪流對(duì)行線置低電平，然后檢查列線輸入狀態(tài)，確定按鍵情況。矩陣式鍵盤的工作原理(1)CPU先使行線P1.4線為低，其余行線P1.5-P1.7為高，即P1.4所在的行線為“0”狀態(tài)，其余行為“1'狀態(tài)。⑵CPU讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，以確定哪條列線為“0”狀態(tài)，此時(shí)，若P1.0為“0”狀態(tài)，則為0鍵按下；若P1.1為“0”狀態(tài)，則為“1”鍵按下；以此類推。⑶若輸入緩沖器的狀態(tài)全部為“1”狀態(tài)，則CPU1續(xù)使行線P1.5為低，其余行線為高。再讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，以確定哪條列線為“0”狀態(tài)，從而判斷是哪個(gè)鍵按下。⑷判斷出哪個(gè)鍵按下之后，程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序硬件電路設(shè)計(jì)及電路圖硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖2-8所示。把單片機(jī)的P1.0—P1.7端口連接至I“4X4行列式鍵盤”，其中P1.0-P1.3作為列線，P1.4-P1.7作為行線，把單片機(jī)的P0.0-P0.7端口連接到共陰極”靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中對(duì)應(yīng)的a—g端口上；系統(tǒng)首先通過CP5t全部鍵盤進(jìn)行掃描，即把第一根行線置為“0”狀態(tài)，其余行線置于“1”狀態(tài)，讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，若其狀態(tài)全為“1”表明該行無鍵按下，再將第二根行線置為“0”狀態(tài)，同樣讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，如其狀態(tài)也全為“1”，則將第三根行線置為“0”狀態(tài)，以此類推。如讀入輸入緩沖器的狀態(tài)不全為“1”，確定哪一根列線為“0”狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)鍵的行線和列線都為“0”狀態(tài)時(shí)，表明該鍵按下。最后通過顯示程序?qū)⒃撴I的序號(hào)顯示出來。

I'——00VCC?T500QX4P10P00P11P01P12P02P13P03P14P04I'——00VCC?T500QX4P10P00P11P01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INT0P21P22T1P23T0P24P25EA/VPP26P27X1X2RESETFXDTXDRDALE7PWrPSENU?5319土151918123467880513938373635343332212223242526272810113029圖2-8鍵盤與單片機(jī)的接口電路鍵盤接口電路用P1口接成4X4結(jié)構(gòu)，共16個(gè)鍵。其中數(shù)字鍵10個(gè)，功能鍵6個(gè)，功能鍵有啟動(dòng)鍵、停止鍵、消除報(bào)警鍵、刪除鍵、加一鍵、減一鍵。繼電器控制水泵加水電路圖2-9繼電器控制水泵加水的電路該電路由繼電器和閉合開關(guān)、光電耦合器、電動(dòng)機(jī)、R2、R3R4以及D1、Q4等組成。當(dāng)水位在低水位或高水位時(shí)單片機(jī)給P2.5送一個(gè)低電平導(dǎo)通光電耦合器然后光電耦合器驅(qū)動(dòng)Q4#致繼電器15合從而讓220V的交流電接通使水泵加水。其中光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏三極管。繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件，在我們?cè)O(shè)計(jì)當(dāng)中主要來做自動(dòng)控制作用，我們采用+5V的直流電來控制220V的交流電，以達(dá)到控制水泵的作用，因?yàn)槭窃谶@里是以一種弱電來控制強(qiáng)電所以安裝和使用的過程當(dāng)中我們一定要注意用電安全注意事項(xiàng)。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。報(bào)警電路圖2-10報(bào)警電路當(dāng)給P2.6口一個(gè)低電平時(shí)，管腳1為高電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，二極管導(dǎo)通發(fā)光。電源電路2.8.12.8.1圖2-11電源電路在各種電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設(shè)備唯一的能量來源，穩(wěn)壓電源的主要任務(wù)是將50Hz的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓和電流，從而滿足負(fù)載的需要，直流穩(wěn)壓電源一般由整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的元器件都可以使用+12V或是+5V的電源來驅(qū)動(dòng)，所以我制作的穩(wěn)壓電源電路如圖2-11所示。本裝置的電源是通過整流橋整流后經(jīng)C5,C8濾波后由7805穩(wěn)定后提供穩(wěn)定的5V電壓。其中，變壓器將交流電源(220V/50Hz)變換為符合整流電路所需要的交流電壓；整流電路是具有單方向?qū)щ娦阅艿恼髌骷?，將交流電壓整流成單方向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動(dòng)直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負(fù)載平滑的直流電壓，其中極性電容C5和C8起到濾波電容的作用，非極性電容C6和C7則可以改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作；穩(wěn)壓電路是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，通過此電路使直流輸出電壓穩(wěn)定。2.8.2備用電源切換電路備用電源切換電路由四個(gè)電阻及電壓比較器構(gòu)成電壓比較，正常情況下，V+<V-輸出低電平，達(dá)林頓管不工作，常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)斷開，此時(shí)單片機(jī)電源與直流電源VCC1相連；當(dāng)市電因停電而斷開的時(shí)候，V+>V-輸出高電平，由兩個(gè)晶體管構(gòu)成的達(dá)林頓管，使繼電器開啟，繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，此時(shí)單片機(jī)電源與電池相連，從而實(shí)現(xiàn)市電和蓄電池供電的切換，保證電路的正常工作。如圖2-12所示。圖2-12備用電源切換電路看門狗電路在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門狗”。看門狗電路的應(yīng)用，使單片機(jī)可以在無人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是：看門狗芯片和單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳相連，該I/O引腳通過程序控制它定時(shí)地往看門狗的這個(gè)引腳上送入高電平（或低電平），一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段不進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行，這個(gè)時(shí)候，看門狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來的信號(hào)，便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)＞10ms的正脈沖，此脈沖即為復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開始執(zhí)行，這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位.采用89C51單片機(jī)和X25045組成的看門狗電路，X25045硬件連接圖如圖2-13所示。X25045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則X25045將從RESET輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過微分電路CIOR3輸出一個(gè)正脈沖，使CPU?位。圖22電路中，CPU的復(fù)位信號(hào)共有3個(gè)：上電復(fù)位（C9、R13）,人工復(fù)位（S、R12R13）和Watchdog復(fù)位（C10、R14）,通過或門綜合后加到RESETS。C10R14的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí)CPUI勺振蕩器已經(jīng)在工作。

看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過X25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表2-1所示，X25045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1WD序口看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM工作設(shè)置有關(guān)。表2-1X25045狀態(tài)寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0WD1WD0BL1BL0WELWIPWD1WD0BL1BL0WELWIPWD10,WD0=0預(yù)置時(shí)間為1.4s。WD10,WD0=1預(yù)置時(shí)間為0.6s。WD11,WD0=0預(yù)置時(shí)間為0.2s。WD11,WD0=1禁止看門狗工作?？撮T狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不會(huì)復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時(shí)，則看門狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。3系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)流程圖本軟件流程圖設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易合理，方便易于操控，能夠針對(duì)水位的不同狀態(tài)和不同外界條件進(jìn)行控制，水位運(yùn)行穩(wěn)定、控制品質(zhì)良好、控制效果明顯改善；同時(shí)大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力，保證了工業(yè)水體液位方面作業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行。下圖即為水位檢測(cè)主程序流程圖NNY顯示液位高度圖3-1水位檢測(cè)流程圖矩陣鍵盤程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)內(nèi)容運(yùn)用80C51芯片編寫程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的矩陣式鍵盤。通過對(duì)矩陣鍵盤的硬件電路的設(shè)計(jì)及對(duì)其進(jìn)行程序匯編和運(yùn)行，通過單片機(jī)的內(nèi)部控制實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)4X4矩陣鍵盤的識(shí)別。用單片機(jī)的并行P1口連接4X4矩陣鍵盤，并以單片機(jī)的P1.0—P1.3口作鍵盤輸入的列線，以單片機(jī)的P1.4-P1.7口作為鍵盤輸入的行線，然后用P0.0-P0.7作輸出線，通過上拉電阻在顯示器上顯示液位。在硬件電路的基礎(chǔ)上加上軟件程序的控制來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。具程序編寫的內(nèi)容是：⑴4X4矩陣鍵盤識(shí)別處理。⑵每個(gè)按鍵都有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU!信。鍵盤的一端（列線）通過電阻接VCC而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，鍵的功能是什么？還要消除按鍵在閉合或斷開時(shí)的抖動(dòng)。兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地；另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。系統(tǒng)程序該圖是一個(gè)總的系統(tǒng)框圖，首先CPUW入初始狀態(tài)，CPUfe讓某一行線為低，其他行線為高，同時(shí)列線都為高，通過對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，也就是通過按鍵后判斷列線是否為0來判斷是否有鍵按下，如果有就繼續(xù)執(zhí)行程序識(shí)別判斷是哪個(gè)鍵按下，然后通過P0口查詢顯示該數(shù)符，如果沒有按鍵按下就返回程序繼續(xù)掃描直到有鍵按下時(shí)才停止掃描。

A顯小程序⑴說明：判斷有鍵按下并且識(shí)別出是哪個(gè)鍵按下時(shí)，接著就通過顯示程序?qū)⑵渫ㄟ^數(shù)碼管顯示出來。該實(shí)驗(yàn)用的是查表程序來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)鍵的顯示的。將定義字偽指令地址賦給DPTR通過指令MOV(A,@A+DPT查到對(duì)應(yīng)字符白顯示碼送給A,再由A送給P0,最后由顯小器顯小出來。顯示器字形與字段的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：表3-1顯示器字形與字段對(duì)應(yīng)關(guān)系表字形D7D6D5D4D3D2D1D0編碼hgfedcba0001111113F10000011062010110115B3010011114F401100110665011010016D6011110017D70000011178011111117F9011011116FA0111011177B011111007CC0011100139D010111105EE0111100179F0111000171B延時(shí)程序說明：為防止抖動(dòng)，使鍵盤識(shí)別失誤，于是我們運(yùn)用一個(gè)10ms的延時(shí)程序使之產(chǎn)生10ms的定時(shí)，對(duì)鍵盤再一次進(jìn)行掃描，檢查鍵盤的狀態(tài)，當(dāng)兩次掃描到鍵位上有鍵按下時(shí)CPU才做處理。此延時(shí)程序是通過雙重循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)延時(shí)的。具匯編程序如下：DELAY10ms:MOVR6,#10D1:MOVR7,#248DJNZR7,$DJNZR6,D1RET其延時(shí)的時(shí)間計(jì)算過程為：設(shè)其晶振頻率為6MHZ則其機(jī)器周期為2us,又上述指令均為雙周期指令，因而，T=4+(4+10X4)X248+4=10920u-10msADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖ADC0809應(yīng)用說明如下:(1)ADC080吶部帶有輸出鎖存器，可以與單片機(jī)直接相連(2)初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。(3)送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。(4)在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的負(fù)脈沖信號(hào)。(5)是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOCJ號(hào)來判斷。(6)當(dāng)EO嘎為高電平時(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。程序設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：(1)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，采用查詢EOC勺標(biāo)志信號(hào)來檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換是否完畢，若完畢則把數(shù)據(jù)通過P0端口讀入，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后在數(shù)碼管上顯示。(2)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，要啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方法：ABC=000,選才？第0通道ST=0產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的負(fù)脈沖信號(hào)圖3-3模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖4結(jié)論本次設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)，主要介紹了以8051芯片為核心，由鍵盤、數(shù)碼管顯示、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換、電容傳感器測(cè)液位等組成的控制系統(tǒng)。另外介紹了ADC0809的工作原理，MC14499芯片的功能及在單片機(jī)中的應(yīng)用,74LS373芯片的功能及使用，LED數(shù)碼管介紹，X25045芯片的功能及使用方法。本文采用的是基于運(yùn)算法的電容式液位檢測(cè)傳感器，此傳感器通過傳感器測(cè)量電路將液位高度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓脈沖寬度變化,又由于ADC0809是輸入模擬量信號(hào)單極性，電壓范圍是0-5V,若信號(hào)太小，不易測(cè)量，必須進(jìn)行放大；而傳感器得出的電壓一般在0?30mv之間，所以要通過反相比例運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大。把模擬信號(hào)送到ADC0809真擬轉(zhuǎn)換器中變換成數(shù)字量送到單片機(jī)的P0口，通過741s373地址鎖存器將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線中分離出來，以實(shí)現(xiàn)總線的分時(shí)復(fù)用。由單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行處理，根據(jù)設(shè)定要求控制輸出，同時(shí)數(shù)碼管顯示液位高度。通過鍵盤設(shè)