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1、 課程設(shè)計(jì)說明書 題 目： 水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 馬存祥 學(xué) 號(hào)： 1000407014 指 導(dǎo) 教 師： 段廣云、俞學(xué)蘭 專 業(yè) 年 級(jí)： 10級(jí)機(jī)電（1）班 所在學(xué)院和系： 機(jī)械工程學(xué)院 完 成 日 期：

2、 2013年06月20日 課程 名 稱： 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 1緒論 2 1.1背景和意義 2 1.2設(shè)計(jì)要求 2 2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1方案設(shè)計(jì) 3 2.2方案論證 3 2.2.1.處理器論證與選擇 3 2.2.2.傳感器模塊論證與選擇 4 2.2.3.模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊論證與選擇 4 2.2.4.報(bào)警模塊論證與選擇 4 2.2.5.顯示模塊論證與選擇 4 2.3芯片選擇 5 3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 8 3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 3.1.1.時(shí)鐘電路 8 3.1.2.復(fù)位電路 8

3、 3.1.3.單片機(jī)最小系統(tǒng) 8 3.2傳感檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 9 3.3顯示電路設(shè)計(jì) 10 3.5模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 11 3.6系統(tǒng)整體電路原理圖設(shè)計(jì) 12 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 14 4.2顯示子程序設(shè)計(jì) 14 4.3報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 15 4.4系統(tǒng)仿真 15 4.4.1. 仿真 （proteus仿真） 15 5總結(jié) 17 附錄 18 參考文獻(xiàn) 21 1緒論 1.1背景和意義 單片機(jī)應(yīng)用發(fā)展迅速而廣泛。在過程控制中，單片機(jī)既可作為主計(jì)算機(jī)，又可作為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的前端機(jī)，完成模擬量的采

4、集和開關(guān)量的輸入、處理和控制計(jì)算，然后輸出控制信號(hào)。單片機(jī)廣泛用于儀器儀表中，與不同類型的傳感器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、流量、速度、厚度、壓力、溫度等物理量的測(cè)量；在家用電器設(shè)備中，單片機(jī)已廣泛用于電視機(jī)、錄音機(jī)、電冰箱、電飯鍋、微波爐、洗衣、高級(jí)電子玩具、家用防盜報(bào)警等各種家電設(shè)備中。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信、醫(yī)用設(shè)備、工商、金融、科研、教育、國防、航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，液位測(cè)量技術(shù)趨于智能化、微型化、可視化。本設(shè)計(jì)思想是用單片機(jī)做下位機(jī)，PC機(jī)做上位機(jī)，單片機(jī)和PC機(jī)相結(jié)合對(duì)水箱液位進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控。該設(shè)計(jì)要求具有一定的智能化，可操作性和穩(wěn)定性好 在

5、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常需要測(cè)量液體液位。隨著國家工業(yè)的迅速發(fā)展，液位測(cè)量技術(shù)被廣泛應(yīng)用到石油、化工、醫(yī)藥、食品等各行各業(yè)中。低溫液體（液氧、液氮、液氬、液化天然氣及液體二氧化碳等）得到廣泛的應(yīng)用，作為貯存低溫液體的容器要保證能承受其載荷；在發(fā)電廠、煉鋼廠中，保持正常的鍋爐汽包水位、除氧器水位、汽輪機(jī)凝氣器水位、高、低壓加熱器水位等，是設(shè)備安全運(yùn)行的保證；在教學(xué)與科學(xué)研究中，也經(jīng)常碰到需要進(jìn)行液位控制的實(shí)驗(yàn)裝置。 1.2設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)為水位監(jiān)測(cè)報(bào)警,設(shè)計(jì)要求和任務(wù)如下: 設(shè)計(jì)要求：監(jiān)測(cè)范圍：0~1m；測(cè)量精度：0.005m； 設(shè)有上、下限報(bào)警； 數(shù)碼顯示；設(shè)計(jì)任務(wù)：硬件設(shè)計(jì)（元器件選擇、電

6、路原理圖與電路板圖繪制等）、軟件設(shè)計(jì)； 2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)傳感器測(cè)得的電壓信號(hào),再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89C52把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的I/O接口，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算控制，輸出數(shù)字信號(hào)，輸出接口接LED進(jìn)行顯示,實(shí)現(xiàn)水位的報(bào)警控制；如圖1. 處理器 顯示模塊 模數(shù)轉(zhuǎn)換 傳感器 報(bào)警模塊 圖1 由上圖可觀察到傳感器輸出模擬信號(hào)，再通過模

7、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AT89C52單片機(jī)的運(yùn)算控制，在通過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) 2.2方案論證 2.2.1.處理器論證與選擇 方案一：采用51單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，能滿足題目要求。 方案二：采用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列）作為系統(tǒng)的控制核心。由于FPGA具有強(qiáng)大的資源，使用方便靈活，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展，并且可應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于

8、進(jìn)行功能擴(kuò)展。但其成本偏高，引腳較多，硬件電路布線復(fù)雜。 根據(jù)以上具體分析選擇方案一。 2.2.2.傳感器模塊論證與選擇 水位測(cè)量是液位測(cè)量的一種，由于水位測(cè)量涵蓋水利、氣象、地址、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。所以水位測(cè)量與一般液位測(cè)量相比又具有一定特殊性。 方案一：靜壓投入式液位變送器（液位計(jì)）適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量。精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。4～20mA、 0～5v、 0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出方式由用戶根據(jù)需要任選。利用流體靜力學(xué)原理測(cè)量液位，是壓力傳感器的一項(xiàng)重要應(yīng)用。采用特種的中間帶有通氣

9、導(dǎo)管的電纜及專門的密封技術(shù)，既保證了傳感器的水密性，又使得參考?jí)毫η慌c環(huán)境壓力相通，從而保證了測(cè)量的高精度和高穩(wěn)定性。 方案二：超聲波傳感器測(cè)距是一種非接觸測(cè)量，無需水位井，但是由于聲波傳在空氣中的傳播速度受溫度、濕度、氣壓等因素的影響，水位參數(shù)漂移嚴(yán)重；電源功耗大；價(jià)格高。 根據(jù)以上具體分析選擇方案一。 2.2.3.模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊論證與選擇 模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考

10、模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。根據(jù)題目要求測(cè)量范圍（0~1m）和測(cè)量精度（0.005m）選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的位，2^n>=1/0.005=200,故取8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換即可達(dá)到。 2.2.4.報(bào)警模塊論證與選擇 采用LED燈控制。本系統(tǒng)中可以通過LED燈的亮滅來顯示是否超出上下限測(cè)量范圍，操作簡(jiǎn)便，程序簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)控制。 2.2.5.顯示模塊論證與選擇 數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化，對(duì)外界環(huán)境要求較低。同時(shí)數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。 根據(jù)題目要求，采用四位

11、七段數(shù)碼，可以通過數(shù)碼管的位選和段選將數(shù)碼管的各段進(jìn)行顯示。顯示管分別顯示光水位的個(gè)、十分位、百分位、千分位。 2.3芯片選擇 (1)AT89C52為8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo) PDIP封裝的AT89C52引腳圖 準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸

12、出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（32~39 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 P0 口

13、 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)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的 方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0 寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在Flash編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 口 P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯 門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平

14、，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉 電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。 與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）， 參見表1。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低8 位地址。 表.P1.0和P1.1的第二功能 引腳號(hào) 功能特性 P1.0 T2，時(shí)鐘輸出 P1.1 T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2） P2口 P2口 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯 門電路。

15、對(duì)端口P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR 指令）時(shí)，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(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX @RI 指令）時(shí)，P2 口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào) P3 口 P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏 輯門電路。對(duì)P3 口寫

16、入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。 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 P3 口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG 當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

17、時(shí)將跳過一個(gè)ALE 脈沖。 對(duì)Flash存儲(chǔ)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(duì)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(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無效。 PSEN 程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù) 據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。 EA/VPP 外部訪

18、問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)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(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。 如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 XTAL1 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端。 (2) A/D轉(zhuǎn)換器：采用8位的并行輸出ADC0832芯片 A/D轉(zhuǎn)換模塊是系統(tǒng)中較為重要的一部分，由于涉及到模擬部分，A/

19、D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。 （3）采用LED顯示 (4) 采用MPX4115壓力傳感器 3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1.1.時(shí)鐘電路 圖3.時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路

20、是為單片機(jī)提供精確定時(shí)的內(nèi)置電路，主要用于計(jì)時(shí)、通訊時(shí)鐘發(fā)生器、時(shí)間中斷源等等。電路概是外部的電路，實(shí)際上就是提供一個(gè)符合單片機(jī)要求的脈沖寬度和電平范圍的復(fù)位信號(hào)，以使單片機(jī)回到初始狀態(tài)重新開始，在有些電路中也同時(shí)將外圍電路復(fù)位。 3.1.2.復(fù)位電路 圖4.復(fù)位電路 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可

21、以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位 3.1.3.單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)由主控器AT89C52、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三部分組成，如圖5： 22 圖5.單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.2傳感檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 傳感器是一種能感受被測(cè)物體物理量并將其轉(zhuǎn)化為便于傳輸或處理的電信號(hào)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。本設(shè)計(jì)當(dāng)中我們采用的靜壓傳感器簡(jiǎn)單易做，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。其外形輪廓如下：

22、 圖6.傳感器電路 3.3顯示電路設(shè)計(jì) 圖7.顯示器電路 LED顯示屏（LED panel），是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕 通過發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)?？蓸?gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)。由這些發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)可以組成數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管共稱筆畫顯示器，而把筆畫顯示器和矩陣管統(tǒng)稱為字符顯示器。 LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯

23、示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、耗電省、2、使用壽命長(zhǎng)、3、成本低、4、亮度高、5、視角大、6、可視距離遠(yuǎn)、7、規(guī)格品種多。 LED又稱為數(shù)碼管，它主要由8段發(fā)光二極管組成的不同組合，可以顯示a～g為數(shù)字和字符顯示段，h段為小數(shù)點(diǎn)顯示，通過a～g為7個(gè)發(fā)光段的不同組合，可以顯示0～9和A～F共16個(gè)數(shù)字和字母。LED可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用共陰極結(jié)構(gòu)，即把8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。這種裝入數(shù)碼管中顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼，又稱段選碼。 本設(shè)計(jì)用到的是LED顯示器靜態(tài)顯示方式，其中段選端A、B、C、D、E、F、G、DP接AT89C52的P0口，位選端1、2

24、、3、4分別接P2.0、P2.1、P2.2、P2.3，其電路如圖7所示。3.4報(bào)警電路設(shè)計(jì) 圖8.報(bào)警電路 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(jī)理是當(dāng)在PN結(jié)兩端注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子（電子－空穴對(duì)）在擴(kuò)散過程中復(fù)合發(fā)光，這種發(fā)射過程主要對(duì)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?fù)诫s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(dāng)給

25、PN結(jié)加以正向電壓時(shí)，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)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(shí)，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(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度Eg。 本電路采用發(fā)光二極管亮滅，顯示是否超出測(cè)量范圍，本設(shè)計(jì)采用的發(fā)光二極管為共陽極接法，下限二極管接AT89C52的P3.0，上限二極管接AT89C52的P3.1，在超出測(cè)量范圍時(shí)，輸入變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)上限或下限的二極管點(diǎn)亮，如圖8. 3.5模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片為ADC0832，8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性

26、價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。如圖9. 圖9.轉(zhuǎn)換器電路 3.6系統(tǒng)整體電路原理圖設(shè)計(jì) 綜合以上電路設(shè)計(jì)，按照以上電路的連接將各個(gè)模塊進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)出整體電路原理，如圖10. 圖10. 整體電路原理圖 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 首先初始化LED數(shù)碼管參數(shù)和報(bào)警燈，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換子程序循環(huán)讀取傳感器的電壓信號(hào)，并把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后傳送給處理器，判斷數(shù)據(jù)的范圍來調(diào)用報(bào)警子程序或顯示子程序，顯示子程序?qū)⑺恢翟跀?shù)碼管上顯示出來，報(bào)警子程序顯示超出上限或下限

27、。程序流程如圖11所示。 開始 系統(tǒng)初始化 A/D轉(zhuǎn)換器 報(bào)警子程序 數(shù)據(jù)處理 顯示子程序 結(jié)束 圖11 4.2顯示子程序設(shè)計(jì) 首先初始化數(shù)碼管，數(shù)碼管不顯示，判斷處

28、理后的數(shù)據(jù)，在測(cè)量范圍內(nèi)數(shù)碼管正常顯示；在超出上限時(shí)數(shù)碼管顯示四個(gè)1；在超出下限時(shí)數(shù)碼管顯示四個(gè)0。程序流程如圖12所示。 初始化 判斷結(jié)果 >1 <1 顯示四個(gè)0 顯示四個(gè)1 正常顯示 結(jié)束 圖12 4.3報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 初始化上下限LED燈，使燈初始為滅，在測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)上下限燈均不亮；在超出上限時(shí)，上限燈亮

29、而下限燈滅；在超出下限時(shí)，下限燈亮而上限燈滅。程序流程如圖13. H>1初始化 上限LED亮 下限LED 判斷數(shù)據(jù) H<0 圖13 4.4系統(tǒng)仿真 4.4.1. 仿真 （proteus仿真） Proteus是一個(gè)很強(qiáng)悍的仿真軟件，可以仿真模擬電路，數(shù)字電路，單片機(jī)，8086

30、和8088，ARM7,PLD/FPGA,以及電子管（不是晶體管）。雙擊AT89C52芯片，將編譯生成的HEX文件加載到芯片中，點(diǎn)擊全速運(yùn)行按鍵可得到圖14所示的結(jié)果，超出測(cè)量范圍時(shí)報(bào)警電路會(huì)發(fā)出報(bào)警，在測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)數(shù)碼管正常顯示并且報(bào)警二極管不亮。 圖14.仿真 5總結(jié) 作為一名機(jī)電的大三學(xué)生，通過做這次課程設(shè)計(jì)是很有意義的，而且也是必要的。在做這次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)資料了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，查閱這方面的實(shí)際資料是十分必要的，也是必不可少的 在我們平時(shí)的學(xué)習(xí)期間，我們所學(xué)的知識(shí)都是書本上的一些不大靈活的東西,而且學(xué)習(xí)期間的這種考核是單科進(jìn)行，主

31、要是考查我們對(duì)本門學(xué)科所學(xué)知識(shí)的記憶程度和理解程度。但我認(rèn)為這種實(shí)踐性課程設(shè)計(jì)則不同，它不是單一地對(duì)我們進(jìn)行某一學(xué)科已學(xué)知識(shí)的考核，而是著重考查我們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)某一問題進(jìn)行探討和研究的能力。 整個(gè)設(shè)計(jì)的過程，同時(shí)也是專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程，而且是更生動(dòng)、更切實(shí)、更深入的專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。首先，一個(gè)設(shè)計(jì)是結(jié)合科研課題，把學(xué)過的專業(yè)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際，在理論和實(shí)際結(jié)合過程中進(jìn)一步消化、加深和鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，并把所學(xué)的專業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)化為分析和解決問題的能力。其次，在搜集材料、調(diào)查研究、接觸實(shí)際的過程中，既可以印證學(xué)過的書本知識(shí)，又可以學(xué)到許多課堂和書本里學(xué)不到的活生生的新知識(shí)。此外，我們?cè)谶@種自己動(dòng)手的設(shè)

32、計(jì)中，對(duì)所學(xué)專業(yè)的某一側(cè)面和專題作了較為深入的分析。在此我感謝老師對(duì)我的幫助和鼓勵(lì)！ 在這次的課程設(shè)計(jì)中，我真正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常寫與讀的過程中才能提高，這就是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲。 總之，這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我來說說是一個(gè)很好鍛煉自己的機(jī)會(huì)！ 附錄 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define acc P1

33、 sbit wr=P3^6; sbit rd=P3^7; sbit D1=P3^0; sbit D2=P3^1; uint temp,vary; float press,h; uchar code table1[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; uchar code table[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; uchar code table_d[16]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xf

34、d,0x87,0xff,0xef,0xf7,0xfc,0xb9,0xde,0xf9,0xf1}; unsigned char dispbuf[4]; void delay(uint z) { uint x; while(z--) for(x=110;x>0;x--); } void delay_1ms(void) //12mhz delay 1.01ms { unsigned char x,y; x=3; while(x--) { y=40; while(y--); } }

35、void start() { wr=1; wr=0; wr=1; } uint zhhuan() { uint a; acc=0xff; delay(10); rd=0; a=P1; delay(5); rd=1; delay(5); return a; } void display(void) //數(shù)碼管顯示函數(shù) { uchar k; for(k=0;k<4;k++) { P2=table1[k]; P0=table[dispbuf[

36、k]]; if(k==0) //加上數(shù)碼管的dp小數(shù)點(diǎn) P0=table_d[dispbuf[k]]; delay_1ms(); } } void display0(void) //數(shù)碼管顯示函數(shù) { uchar k; for(k=0;k<4;k++) { P2=table1[k]; P0=table[0]; delay_1ms(); } } void display1(void) //數(shù)碼管顯示函數(shù) { uchar k; for(k=0;k<4;k++)

37、 { P2=table1[k]; P0=table[1]; delay_1ms(); } } void xianshi() { if(h<0) { D1=0; display0(); } if(h>1) { D2=0; display1(); } if(h>=0&&h<=1) { D1=1; D2=1; temp=(int)(h*1000); dispbuf[0

38、]=temp/1000; dispbuf[1]=(temp%1000)/100; dispbuf[2]=((temp%1000)%100)/10; dispbuf[3]=((temp%1000)%100)%10; display(); } } void main() { P2=0; while(1) { start(); temp=zhhuan(); if(100

39、 vary=temp; press=((10.0/23.0)*vary)+9.3; h=(press-101)/9.8; xianshi(); } } } 參考文獻(xiàn) [1] 孫余凱編.傳感器應(yīng)用電路300例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008 [2] 賈民平、張洪亭主編.測(cè)試技術(shù).第2版[M].北京：高等教育出版社， 2009　 [3] 張毅剛主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003 [4] 鐘富昭等.8051單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2007. [5]何立民. MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社 [6]夏繼強(qiáng). 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2001