发布时间 : 星期四 文章基于单片机的水塔水位控制系统设计及仿真更新完毕开始阅读7bcfa6f1f80f76c66137ee06eff9aef8941e484d
佳木斯大学学士学位论文
2.1 硬件电路工作原理
第2章 硬件电路设计
该系统以AT89C51作为核心控制部件，外加传感器，一片A/D转换芯片和数码管来完成系统的预期任务，即液位的检测、显示和超限报警。传感器实现液位信号到电压信号的转换，再由8位A/D转换芯片ADC0809将模拟信号转换为数字信号，实现液位信息的输入，AT89C51从ADC0809读取液位信息后进行数据处理和超限判断，随后将处理过的数据输出到数码管显示，设置最高液位和最低液位，若液位超限则由单片机报警[1]。
2.2 硬件电路设计
2.2.1 系统总体设计框图
电源 AT89C51 报警 传感器
数码转换 图2—1 系统总体设计框图
3 A/D驱动 LED管
图2-1各部分功能：
（1） 电源部分提供+5V电压供系统各部分使用。 （2） LM传感器实现液位信息到电压信号的转换。
（3）ADC0809将传感器输出的电压信号经A/D转换后送到单片机。
（4）AT89C51为处理器，实现液位信息的接收、数据处理、和输出到数码管。 （5）蜂鸣器部分在单片机检测到液位超限是由单片机驱动LED灯亮灭报警。 （6）单片机对液位数据处理后输出，数码管显示。
2.2.2 核心芯片的介绍
（1）单片机AT89C51
单片机应用系统的基本构成：
佳木斯大学信息电子技术学学院
佳木斯大学学士学位论文
EPROM RAM I/O RAM ROM
I/O 扩展
图2—2 单片机应用系统的基本构成
AT89C51主要参数：
表2—1 AT89C51主要参数
型号 E2PROM 89C51 存储器 ROM 4K RAM 128 定时I/O 器 2 32 口 1 6 串行中断 H） 24 低电压 速度（M其他特点 AT89C51含 E2PROM电可编闪速存储器。有两级或三级程序存储器保密系统，防止E2PROM中的程序被非法复制。不用紫外线擦除，提高了编程效率。程序存储器E2PROM容量可达20K字节。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[2]。 ? AT89C51主要特性：
与MCS-51兼容，4K字节可编程闪烁存储器，寿命：1000写/擦循环，全静态工作：0HZ-24HZ，三级程序存储器锁定8位CPU；振荡频率1.2-12MHz;128个字节的片内数据存储器（片内RAM）;21个专用寄存器；4KB的片内程序存储器；8位并行I/O口P0,P1,P2,P3;一个全双工串行I/O口；2个16位定时器/计数器；5个中断源，分为2个优先级。 ? I/O口引脚：
4
佳木斯大学信息电子技术学学院 佳木斯大学学士学位论文
P0口，双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用； P1口，8位准双向I/O口
P2口，8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用； P3口，8位准双向I/O口，双功能复用。 （2）A/D转换器ADC0809
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。A/D转换芯片ADC0809为8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右。 ADC0809的内部结构：
图2—3 ADC0809的内部逻辑结构图
图2-3中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，
5
佳木斯大学信息电子技术学学院 佳木斯大学学士学位论文
图2—4 ADC0809的通道选择表 图2—5ADC0809引脚图
ADC0809功能介绍：
分辨率为8位；最大不可调误差小于?1LSB；单一+5V供电，模拟输入范围0~5V；具有锁存控制的8路模拟开关；可锁存三态输出，输出与TTL兼容；功耗为15mw；不必进行零点和满度调整；转换速度取决芯片的始终频率，它的时钟为10kHZ~1.2MHZ.当时钟为500KHZ，转换速度为100us。 ADC0809的原理
ADC0809是一款8位AD转换器，数据获取的关键部分是它的8位模/数转换器。这个部分主要由N位逐次逼近寄存器SAR,D/A转换器，比较器，置数选择电路组成。转换过程如下：
选选置数电路置SAR的最高位为“1”，其余位为“0”，经D/A转换器转换成的模拟电压Uo与输入模拟电压Ui在电压比较器进行比较，若Ui大于等于Uo,则保留最高位“1”，若Ui小于Uo，则最高位为“0”。
置次高位为“1”，低位全为“0”，按上述步骤进行转换，比较，判断。 重复此过程，直到确定SAR的最低位的值取“1”，还是“0”为止。此时，SAR内容就是对应的输入模拟电压转换后的数字量。 （3）LM型液压传感器
LM系列液压传感器采用316L不锈钢膜片及PVC塑料螺纹头相结合，可测量水、其它液体及气体液位。LM系列液压传感器采用拥有专利技术的低成本不锈钢传感器安装在PVC塑料过程接头内。该设计可使传感器具有多种外形，方便客户应用于需要高性能、小尺寸的压力和真空系统。传感器标准输出为0.5～4.5V，供电为5V。
特点：螺纹接口式，-20～85℃工作温度范围，±0.1%非线性，±3.0%总误差，固态结构
6
佳木斯大学信息电子技术学学院