水库液位自动监测报警系统概要

1、单位代码：10204吉林工程技术师范学院信息工程学院学士学位论文水库液位自动监测报警系统学生姓名：专 业：电子信息工程班 级：D0742学 号：论文起止日期:2011年4月至6月摘要水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、 水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员 全天候地对水位的变化进行监测，无论从人员、时间和资金上都将造成很大 的浪费。同时也容易出差错。本课题一种能自动检测水位，并根据水位变化 的情况自动调节的自动控制系统，把测量到的水位变化转换成相应的电信 号，主控台应用单片机或时基集成电路对接收到的信号进行数据处理，完成 相应的水位显示、

2、控制及故障报警等功能。本文介绍了水库液位自动监测报警系统的原理，系统中以MC51系列的单片机8051作核心控制器件CPU传感器主要是1B32压力传感器，数据 采集部分采用多路开关方式进行，利用压力传感器进行模拟数据采集，传感 器将非电量信号变为电信号，经放大器放大后送入8位串行模数转换器ADC0809当AT89C51单片机接到控制软件发出的通道采集指令，采集的信 号通过串行接口送入单片机，由显示芯片LED数码管进行现场显示。软件部分主要采用汇编语言编程进行了数据采集处理、数据显示、报警等程序的 设计。关键词A/D转换、报警、传感器、显示。AbsractAbstractWater level c

3、on trol in daily life and a wide range of in dustrial applicati ons in the field, such as water towers, groun dwater, hydropower and other water levelcontrol case. The previous level ofdetect ion is done by hand, on duty around the clock mon itori ng of water level cha nges, in terms of pers onn el,

4、 time and money will result in great waste. Also easy to go wrong. This topic can automatically detect a water level, and accordi ng to cha nging con diti ons automatically adjust the water level automatic con trol system, the measured water level cha nges into corresp onding electrical sig nals, or

5、 time-based con sole applicati on microc on troller in tegrated circuits for the received sig nal data process ing, complete the appropriate level display, con trol and fault alarm fun cti ons.This article describes the reservoir level the principleof automaticmon itori ng alarm system, the system t

6、o MCS-51 MCU 8051 series as the core control device CPU. Sen sors are 1B32 pressure sen sors, data acquisiti on part of the way multi-way switch, pressure sen sor using an alog data acquisiti on, sen sor sig nal into a non-power electrical signals, amplifiedby the amplifier into an 8-bit serial ADC

7、ADC0809When the AT89C51 microc on troller recei ving the con trol software instructionsissued by the channel acquisition,collectingthe signalinto the microc on troller through the serial in terface, LED digital display chip from the on-site display. Some of the major use ofAbstractassembly Ian guage

8、 software program for data acquisiti on and process ing, data display, alarm and other program desig n.Keywords : A / D conversion, alarm, sensor, display.ill目录目录目录I、八.刖 言I第一章绪论11.1目的和意义11.2国内外的发展概况11.3主要内容2第二章数据采集的硬件设计 32.1硬件电路原理及设计 32.2主机电路的设计 42.3 I/O 通道硬件电路的设计 42.4数据采集电路的设计 42.5控制执行电路的设计 5第三章硬件部

9、分63.1 MCS-51 单片机的硬件结构 63.1.1 MCS-51 的引脚及功能 73.1.2 MCS-51 存储器103.1.3 MCS-51 I/O 端口 113.1.4 MCS-51 的中断系统123.1.5 中断请求源133.2 A/D转换器接口 153.3单片机外围设备分析 183.3.1 8051 单片机的串行接口结构 183.3.2 串行口的四种工作方式 213.3.3波特率选择 22目录3.4时钟电路设计243.5 地址锁存器 74LS373简介253.6压力传感器1B32263.6.1 1B32 的主要技术性能与特点 263.6.2 1B32 的引脚功能263.7液位显示

10、电路27第四章软件部分304.1数据处理程序设计304.2报警程序设计33第五章总结I致 谢II参考文献 I附录I I1. A/D转换子程序I2. 动态扫描显示子程序 I3. 控制报警电路连续鸣音 30ms的控制子程序的清单 III附录n IVI大型的水利设施一水库，对防涝抗旱起到一定的调节作用，同时对库 区上游的航运提供了便利和保障。为了保证这些功能得以充分发挥，通常要 控制库区水位始终保持在一定的高度（即液位）。若液面高于某一设定高度， 则应报警提示并开大闸门放水。过去电动机的驱动靠继电接触控制或由半导体逻辑单元来实现，存在 着电路复杂、功耗大、噪声大、经济效益低等缺点。单片机由于体积小、

11、价 格便宜、性能优越、可靠性高，已广泛渗透到社会生产服务的各种领域。本 设计就实现了对整个系统的单片机的自动控制，保证了系统的稳定安全，提 高了设备效率，它可以对整个系统实行检测控制，实现了集中监视和操作， 电路比较简单。通过对液位、液位高度变化、到库区液位极限值时间的8位LED显示可以很容易地得知流量的变化情况，这些值对于充分发挥水库的作 用具有十分重要的参考价值。另外，本设计改善了电机驱动电路，系统在电 机强电控制部分采用了交流接触器的无声运行电路与固体继电器，无触点电子开关，减小了噪声，增加了运行的可靠性。本设计重点探讨了单片机在液位的自动测控方面的应用措施，是单片 机应用的一个尝试。因

12、本人水平有限，有疏漏和错误之处，还望各位老师批 评指正。I吉林工程技术师范学院第一章绪论1.1目的和意义水情水位测量一直是水文、水利部门的重要课题。为及时发现事故苗头， 防患于未来，经济实用、可靠的水位无线监测系统将会发挥巨大的作用。水 位是水库大坝安全、水利排灌调度、蓄水、泄洪的重要参数之一。水位的自 动化监测、传输和处理为水库现代化建设提供了良好的基础资料。在工农业 生产的许多领域都需要对水位进行监控，可能现场无法靠近或现场无需人力 来监控。我们就可以通过远程监控，坐在仪器前就能对现场进行监控，既方 便又节省人力。为了保证水利发电站的安全生产，提高发电效率，水电站生产 过程需要对水库水位、

13、拦污栅压差和尾水位进行监测。但是，由于不同电站有着不同的实际情况，因此就有着不同的技术要求，而且水位参数的测量方 法和测量位置不同，对监测设备的要求亦有所不同。这样往往造成监测系统 设备专用化程度高，品种多,互换性差,不利于设备维护，亦增加了设备设计、 生产、安装的复杂性。因此，在综合研究水电站水位监测的实际情况以及特 点的基础上，利用现代电子技术，特别是单片机技术和不挥发存储器技术，设 计开发一种通用性好，可靠性高，维护方便，可适用于多种监测环境的多模式 水位自动监测系统具有重要的实际意义。1.2国内外的发展概况传感器是实现测量及控制的首要环节， 一般传感器有模拟式和数字式两 类，模拟式传感

14、器，在和计算机及数字化仪器相连的时候必须采用A/D转换器把模拟量转换为数字量，且易受电磁干扰，不利于远距离传输。数字式传 感器直接将待测量转换为数字量输出，其输出信号抗干扰能力强，功耗小，3第一章绪论可与数字设备直接连接。数字式传感器的这些特点，特别适合应用于水情遥 测系统中。但限于成本控制本设计依然采用模拟传感器。本文多路水位监测系统特点：1能够灵活适应测量库水位、拦污栅压差、尾水位等变化缓慢或剧烈的水位的需要。2. 系统工作体制采用轮询方式，实时性好。3. 采用无线/有线双通道传输方式，提高了传输的可靠性。4. 水位采集站工作模式可灵活编程设定，以适应不同的监测环境。5. 监测分中心提供微

15、波接口和 RS-485接口，为上级监控中心提供监测 数据。1.3主要内容本次所设计的水位自动监测系统主要包括以下几个内容：1. 多点水位数据采集：具有自动检测水位等功能，可根据需要进行定时检 测、选点检测和巡回检测；2. 水位数据分析：通过单片机进行数据分析，然后将数据传输到LED和报警器，进行数据显示或报警；3. 水位数据显示：根据传回的数据通过 LED显示；4. 水位预警：根据水位实测值与人工设定的超限制或相关数据模型进行对 比分析，若实测值超过设定的范围，则报警。第二章数据采集的硬件设计2.1硬件电路原理及设计硬件电路主要由模拟和数字两大部分组成。 从功能模块上来分有：主机 电路、显示电

16、路、控制执行电路以报警电路，图2-1为硬件部分连接框图。数据采集V显示电路 单4高度检测片机4越限报警保护电路控制部分图2-1硬件连接框图该设计利用液压控制原理，采用 MCS-51作为系统的CPU, ADC0809 作为A/D转换器，74LS373作为地址锁存器，单片机能根据现场状态自动控 制水泵电机的驱动和停转同时根据采集的数据，自动显示水塔液面的高度， 设所需供水高度为H米，贝U水位H所对应的压力为F= p水gH,当F作用在 压力传感器上时，输出电压假定为4V,满足A/D转换的电平要求，原始实际 信号V传经A/D转换，所给到显示部分的同时输入到微机系统，在上、下限 水位里进行比较，当低于下

17、限水位时，微机系统发出一个电信号，控制电机 转动开始供水，当水供高于上限水位时，显示的同时输入一个电信号，8051产生中断，报警器自动报警，实现对水库水位的自动控制。第二章数据采集的硬件设计2.2主机电路的设计主机选用In tel公司的MCS 51系列单片机AT89C51来实现，利用单片 机软件编程灵活、自由度大的特点，力求用软件完善各种控制算法和逻辑控 制。本系统选用的AT89C51芯片时钟可达12MHz，运算速度快，控制功能 完善。其内部具有128RAM，而且内部含有4KB的EPROM，不需要外扩展 存储器，可使系统整体结构更为简单、实用。系统硬件电路如图2-2图1-2系统硬件电路2.3

18、I/O 通道硬件电路的设计就本系统来说，需要实时采集高度数据，然后经过A/D转换为数字信号，送入单片机中的特定单元，然后一部分送去显示；另一部分与设定值比 较，通过PID算法得到控制量并经由单片机输出去控制电机的转动2.4数据采集电路的设计数据的采集主要是靠输入电压的高低来获取的。吉林工程技术师范学院2.5控制执行电路的设计由单片机输出来并控制LED显示器及电机的转动，来实现显示水位及 报警。29第三章硬件部分3.1MCS-51单片机的硬件结构MCS5是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单 片机包括了好些品种，如 8031，8051，8751，8032，8052，8752

19、等，其中 8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS5係列单片机。中央处理器（CPU、数据存储器（RAM、程序存储器（ROM/EPRO） I/O 口（ P0 口、P1 口、P2 口、P 口）、串行口、定时器 /计数器、中断 系统及功能寄存器（SFR）。它们都是通过片内单一中线连接而成，其 基本结构依然是采用CPU加上外围芯片 MCS-51单片机的硬件结构如图所示。如果按功能划分，它有8个部件组成，既微处理器的传统结构模式。但是各种功能部件控制功能是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。图3-1是MC

20、S-51单片机片内结构图。若图中的程序存储器 部件为ROM则为8051单片机：如为 EPROM则为8751单片机；无程 序存储器，则为 8031单片机。图3-1 MCS-51单片机片内结构下面对个功能部件作进一步的说明：1、数据存储器（RAM：片内为128个字节（单元）片外最多可外扩至 64K。2、程序存储器（ROM/EPROM 8051为4KROM片外最多可外扩至 字节。3、中断系统：具有 5个中断源，2级中断优先权。4、定时器/计数器：2个16为的顶时器，具有四种工作方式。5、串行口： 1个全双工的串行口，具有四种工作方式。6、P1 口、P2 口、P3 口、P0；为四个并行 8 位 I/O

21、 口。7、特殊功能寄存器（SFR）:共有21个，用于对片内各功能模块进行 管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区。8、微处理器（CPU：为8位的CPU不仅可处理字节数据，还可以进 行位变量的处理。3.1.1 MCS-51的引脚及功能掌握MCS-51单片机，应首先理解MCS-51的引脚的功能。图64K3-2为AT89C51的引脚图。19帀I14(3I.ZZZXTM1PO.OCAEWhXTAL2PU. Li AD I IRXTPD.2i(AD2iSLXU P3.0PU.3AD3lTXD P3.IRD.-KAWiINTBOPIJpn.SADS)INTR1P3J

22、PD.fi(AD6iT1MEROP3.4PO.7CAD7)TIMER 1 P35ALEPPAOGWRP3.6PSENRDP17AP1.0腔ENPl.lP2.6CAI41PI.2片2$AP13P2.4(AIZ)MJ贮.3( All)Pl.5P2.2(AI0)f-l.fiP2.|AV)F1JPZD(AH)三3o旦丁 Inr2右TT24zT图3-2 MCS-51 的引脚40只引脚按功能分为三个主要部分,图3-3为引脚功能分类用户I/OUPl 0 P2地址总线（AB）s总駕CDB）图3-3引脚功能分类1、 电源及时钟引脚：VCC vss, XTAL1, XTAL2。2、 控制弓I脚： PSEN ALE

23、、EA、RESET （既 RST）。3、 I/O 口引脚：PO、P1、P2、P3为4个8位I/O 口的外部引脚。这些引脚构成了典型的三总形式，既地址总线（AB）、数据总线（DB）、控制总线（CB。电源及时钟引脚的功能：1、 电源引脚。电源引脚接入单片机的工作电源。VCC（ 40脚）：接+5V 电源；VSS （20脚）：接地。2、时钟引脚 XTAL1、XTAL2。时钟引脚外接晶体与片内的反想放大器构成了一个震荡器，他提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可以外接晶体震荡器。XTAL1 （19脚）：接外部晶体的一个引脚。再单片机内部，它是一个反 相放大器的输入端。这个放大器构成了片内震荡器。当采用外

24、接晶体震荡器 时，此引脚应接地。XTAL2 （18脚）:接外部晶体的另一端，单片机内部接至内部反相放大器的输出端。当采用外部震荡器时，该引脚接收震荡器的信号， 既把信号直接接到内部时钟发生器的输入端。控制引脚提供控制信号， 有的还具有复用功能。RST/VPD（ 9脚）：当震荡器运行时，在此引脚外加上个机器周期的 高电平将使单片机复位（RST）。推荐此引脚与 VSS引脚之间连接一个曰8.2K的下拉电阻，与引脚之间连接一个10UF的电容，以保证可靠的复位。在单片机正常时工作时，此脚应为0。5V低电平。ALE/PROG（ 30脚）：当访问单片机外部存储器时，ALE （地址锁存器）输出脉冲的负跳沿用于

25、16位地址的低8位的锁存信号。即使不访问外部锁存器，ALE端应有正脉冲信号输出，次频率为时钟频率的1/6。但是，每当访问外部数据存储器时（既从程序存储器取来MOV类指令），在两个机器周期中 ALE只出现一次，既丢失一个ALE脉冲。因此，严格来说，用户不能用 ALE作时钟源或定时。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个TTL负载。PSEN（29脚）：此引脚的输出是单片机访问外部程序存储器的读选 通信号。在由外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期 PSEN两次有效。单在此期间，每当访问外部数据存储（既从程序存储 器取来得指令 MOVXfe指令），这两次有效的 PSEN信号将不出现。PSE

26、N 可以驱动（吸收或输出电流）8个LSTTL负载。EA/VPP（ 31脚）:当EA端保持高电平时，单片机访问外部程序存 储器，单在 PC （程序计数器）值超过 OFFFH时（对于8051来说），将 自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平是 4，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存器。3.1.2 MCS-51 存储器MCS-51的存储器可划分为五类：1、程序存储器。一个微机系统之所以能够按照一定的次序进行工 作，主要在于内部存在着程序，程序实际上是有用户程序形成的一串 二进制码存在程序存储器之中。2、 内部数据存储器。 MCS-51单片机内部有128个字节的随机存取 存储器

27、RAM作为用户的数据寄存器，它能满足大多数控制应用场合的 需要，用做处理问题的数据缓冲器。3、 特殊功能寄存器（SFR-SPECIAL FUNCTION REGISER。特殊功能寄存器反映了 MCS-51的状态，实际上是MCS-51的状态字控制字寄3.1.3 MCS-51 I/O 端口MCS-51单片机有 4个双向的 8位并行I/O 口； P0-P3，每一个口 都有一个8位的寄存器，复位后它们的初态为全“1 “。P0 口是三态双向口，称为数据总线，因为只能直接用于对外部存储器的读/写数据操作。P1 口是专门供用户使用的I/O 口，是准双向口。P2 口也是准双向口。它是供系统扩展输出高8位地址。

28、如果没有系统扩展，P2 口也可以作为用户I/O 口线使用。P3 口是双功能口，也是准双向口。该口的每一个位均可独立地定 义为第一 I/O 口功能或第二I/O 口功能。作为第一功能使用时，口的 结构与操作与 P1 口相同，如表 3-1 :表3-1 I/O 端口的引脚接口引脚第二功能P3.0RXD （串行输入口）P3.1TXD （串行输出口）P3.2INTO （外部中断 0）P3.3NT1 （外部中断 1）P3.4T0 （定时器0外部中断）P3.5P3.6P3.7T1 （定时器1夕卜部中断）WR外部数据存储器写选通）R（外部数据存储器读选通）3.1.4 MCS-51的中断系统中断系统在计算机系统中

29、起着十分重要的作用，一个很强的中断系统，能大大提高计算机处理外界事件的能力。MCS-51单片机的中断系统，是8位单片机中功能较强的一种，可以提供5个中断请求源，具有两个中断优先级，可实现两级中断服务程序嵌套。用户可以用关 中断指令（或复位）来屏蔽所有的中断请求，也可以用开中断指令使 CPU接受中断申请；每一个中断源可以用软件独立为开中断或关中断状 态；每一个中断级别均可用软件设置。图3-4为MCS-51的中断系统结构弓1 1优 itttljk百僵fiJil-7理杵責询ICON1E0TCm S-3 中断岳统图3-4 MCS-51的中断系统结构PCscow iffi朮许总允洋忧光統 屮斯标总ffi

30、堀psi询求叶INTO nn-irrt-crn-o intTitj-pfT低* %中3.1.5 中断请求源MCS-51提供三类共五个中断请求源，其中两个为外部中断源，由INTO, INT1引脚输入；TCON为定时器/计数器的控制寄存器，TCON用于保护外部中断请求及定时器的计时溢出。寄存器地址88H,位地址8FH-88H，其格式如表 3-2所示：表3-2 TCON位地址格式：D7D6D5D4D3D2D1DOTCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H各位的功能如下：IT0和IT1-外中断请求触发方式控制位IT0 :选择外部中断请

31、求INTO为边沿触发方式或电平触发方式的控制位。但INTO为0时，为电平触发方式，INTO低电平有效；当IT0 为1时，INT0为边沿触发方式，INT0输入脚上的电平从高到低的负跳 变有效。IT1 :选择外部中断请求1为边沿触发方式或电平触发方式的控制位，其意义和IT0类似.IE0和IE1外中断请求标志IE0 :外部中断 0的中断申请标志IE1 :外部中断请求1为中断申请标志位，其意义和IE0类似。TF0和TF1-计数溢出标志位TFO: MCS-51片内定时器/计数器TO溢出中断申请标志位。TF1: MCS-51片内的定时/计数器T1的溢出中断申请标志位。SCON为串行口控制寄存器，寄存器地址

32、为98H,位地址 9FH-98H,SCON勺低二位锁存串行口的接受中断和发送中断申请，其格式如表3-3所示：表3-3 SCON位地址格式D7D6D5D4D3D2D1D0SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H各位的功能如下:TI : MCS-51串行口的发送中断标志位，TI=1表示串行口发送正在向CPU申请中断。RI :串行口接受中断标志位，RI=1时，表示串行口接收器正在向CPU申请中断。3.1.6中断控制中断屏蔽：MCS-51的CPU对中断源的开放或屏蔽，是由片内的中 断允许寄存器IE控制的，字节地址为 A8H, EA :

33、: MCS-51的CPU开放 中断标志位。EA=1，CPU开放中断；EA=0,屏蔽所有的中断申请。ES:串行口中断允许位。ET1:定时器/计数器T1的溢出中断允许位。EX1 :外部中断1中断允许位。ETO:定时器/计数器TO的溢出中断允许位。EX0:外部中断 0中断允许位。 EX=1允许TO中断；EX=1禁止TO 中断。MCS-51复位以后，IE被清0,由用户程序置“ 1”或清“ 0” EI的 相应位，实现允许或禁止中断源的中断申请。MCS-51的片内有一个中断优先级寄存器 IP，其字节地址为 B8H, 只要用程序改变其内容，即可进行各中断源中断级别的设置，IP寄存器格式如表3-4所示：表3-

34、4 IP寄存器位地址格式D4D3D2D1D0IPPSPT1PX1PT0PX0位地址BCHBBHBAHB9HB8HPS:串行口中断优先级控制位。PT1:定时器T1中断优先级控制位。PX1外部中断1中断优先级控制位。PT0:定时器T0中断优先级控制位。PX0:外部中断 0中断优先级控制位。3.2 A/D转换器接口A/D转换器用于实现模拟量到数字量的转换，ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMO工艺，可实现8路模拟信号的分时采集， 片内有8路模拟选通开关触发，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为100US A/D转换器的功能是将模拟量电信号转换成数字量。A/D转换芯片

35、ADC0809主要性能：1、8位逐次逼近型A/D转换器，所有引脚的逻辑电平与 TTL兼容；2、带有锁存功能的8路模拟量转换开关，可对8路05V模拟量进行分时 转换；3、输出具有三态锁存/缓冲功能；4、分辨率：8位，转换时间：100us；5、不可调误差：土 1LSB功耗：15mW6、工作电压：+5V,参考电压标准值+5V;7、片内无时钟，一般需外加640KHZ以下且不低于100KHZ的时钟信号。ADC080啲内部结构与引脚功能：1、内部结构：有模拟电路转换开关和 A/D两大部分。模拟多路转换开关由8 路模拟开关和3位地址锁存与译码器组成，地址锁存允许信号ALE将三位地 址信号ADDC ADD百口

36、 ADDA进行锁存，然后由译码电路选通其中一路摸信号 加到A/D转换部分进行转换。A/D转换部分包括比较器、逐次逼近寄存器SAR 256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等，另外具有三态输出锁存 缓冲器，图3-5为ADC0809原理框图。启动时哲REF -）辅出允许VCC GUT REF C + )图3-5 ADC0809原理框图2、引脚功能：D7D0: 8位数据输出线；IN7INO: 8路模拟信号输入；ADDC、ADDB、ADDA : 8路模拟信号输入通道的地址选择线；ALE地址锁存允许，其正跳变锁存地址选择线状态，经译码选通对应的模 拟输入信号，其引脚图见图3-6所示。START:启

37、动信号，上升沿使片内所有寄存器清零，下降沿启动A/D转 换；EOC:转换结束，转换开始后，此引脚变为低电平，转换一结束，此引脚变 为高电平；OE:输出允许，此引脚为高电平有效，当有效时，芯片内部三态数据 输出锁存缓冲器被打开，转换结果送到 D7DO ；CLOCK :时钟，最高可达1280KHZ，由外部提供；REF (+ )、REF (-):参考电压正极、负极，通常 REF (+ )接Vcc,REF(-)接 GND ；Vcc:电源，+5V，GND :地线。模拟输入与数字量输出的关系为 N=( VIN-VREF (- )X 256/ ( VREF(+) -VREF(-),当 VREF( +)= +

38、5V, VREF(- )= 0V,若输入模拟电压 为2.5V，则转换后的数字量 N= 128，即10000000BIN31飙IH5IWEIW7STARTMCD30ECLOCKVccREF(+JQNBDI1Z27e25斷23ADDOSOg?22e21傭也19】1121733141SINIINDADDA- ADDCALED7D6DOV2图3-6 ADC0809引脚图3.3单片机外围设备分析3.3.1 8051单片机的串行接口结构8051串行接口是一个可编程的全双工串行通讯接口。它可用作异步通 讯方式(UART，与串行传送信息的外部设备相连接，或用于通过标准异步 通讯协议进行全双工的8051多机系统

39、也可以通过同步方式，使用TTL或CMOS 移位寄存器来扩充I/O 口。8051单片机通过引脚RX（ P3.0，串行数据接收端）和引脚TXD（ P3.1 , 串行数据发送端）与外界通讯。SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存器 和接收寄存器。它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为它们两 个一个只能被CPU卖出数据，一个只能被CPU写入数据。串行口的控制与状态寄存器1、口控制寄存器SCON它用于定义串行口的工作方式及实施接收和发送控制。字节地址为98H,其各位定义如下表3-5 :表3-5串行口各位的定义D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0 S

40、M1串行口工作方式选择位，其定义如下表 3-6 :表3-6串行口工作方式选择位SM0 SM1工作方式功能描述波特率0 0方式08位移位寄存器Fosc/120 1方式110 位 UART可变1 0方式211 位 UARTFosc/6 或 fosc/321 1方式311 位 UART可变SM0 SM1工作方式功能描述波特率SM2多机通讯控制位。在方式 0时，SM2-定要等于0。在方式1中, 当（SM2 =1则只有接收到有效停止位时，RI才置1。在方式2或方式3当(SM2 =1且接收到的第九位数据 RB8=0寸，RI才置1,其中fosc为晶振频 率。REN接收允许控制位。由软件置位以允许接收，又由软

41、件清0来禁止接收。TB8:是要发送数据的第9位。在方式2或方式3中，要发送的第9位 数据，根据需要由软件置1或清0。例如，可约定作为奇偶校验位，或在多 机通讯中作为区别地址帧或数据帧的标志位。RB8接收到的数据的第9位。在方式0中不使用RB8在方式1中， 若(SM2 =0, RB8为接收到的停止位。在方式 2或方式3中，RB8为接收到 的第9位数据。TI :发送中断标志。在方式0中，第8位发送结束时，由硬件置位。 在其它方式的发送停止位前，由硬件置位。TI置位既表示一帧信息发送结束， 同时也是申请中断，可根据需要，用软件查询的方法获得数据已发送完毕的 信息，或用中断的方式来发送下一个数据。TI

42、必须用软件清0。RI:接收中断标志位。在方式0，当接收完第8位数据后，由硬件置 位。RI置位表示一帧数据接收完毕，可用查询的方法获知或者用中断的方法 获知。输出 串行数据从RXD引脚输出，TXD引脚输出移位脉冲。CPU各数据 写入发送寄存器时，立即启动发送，将 8位数据以fos/12的固定波特率从 RXD俞出，低位在前，软件清0。2、功能寄存器PCONPCOI是为了在CHMO的80C51单片机上实现电源控制而附加的。其中最高位是SMOD3.3.2串行口的四种工作方式1、0为移位寄存器输入/输出方式。可外接移位寄存器以扩展I/O 口， 也可以外接同步输入/输出设备。8位串行数据者是从RXD输入或

43、输出，TXD 用来输出同步脉冲。高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志TI由硬件置位。输入：当串行口以方式 0接收时，先置位允许接收控制位 REN此 时，RXD为串行数据输入端，TXD仍为同步脉冲移位输出端。当（RI）=0和（REN =1同时满足时，开始接收。当接收到第 8位数据时，将数据移入接 收寄存器，并由硬件置位RI，图3-7是方式0扩展输出和输入的接线图。图3-7输出和输入的接线图2、式1为波特率可变的10位异步通讯接口方式。发送或接收一帧信息， 包括1个起始位0，8个数据位和1个停止位1。输出：当CPU执行一条指令将数据写入发送缓冲 SBUF时，就启动发送。 串行数据从TXD引脚输

44、出，发送完一帧数据后，就由硬件置位 TI。输入：在（REN =1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变时， 确认是开始位0,就开始接收一帧数据。只有当（RI）=0且停止位为1或者 （SM2 =0时，停止位才进入RB8 8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI;否则信息丢失。所以在方式1接收时，应先用软件清零RI和SM2标志。3、2为固定波特率的11位UART方式。它比方式1增加了一位可程控为 1或0的第9位数据。输出：发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位，附加的第9位 来自SCON寄存器的TB8位，用软件置位或复位。它可作为多机通讯中地址 / 数据信息的标志位，也可

45、以作为数据的奇偶校验位。当 CPU执行一条数据写 入SUBF勺指令时，就启动发送器发送。发送一帧信息后，置位中断标志TI。输入：在（REN =1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变 时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后， 当（RI） =0或者（SM2 =0时，第9位数据才进入RB8 8位数据才能进入 接收寄存器，并由硬件置位中断标志 RI;否则信息丢失。且不置位 RI。再 过一位时间后，不管上述条件时否满足，接收电路即行复位，并重新检测RXD 上从1到0的跳变。4、式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外，其余与方式 2 相同。3.3.3波特率选

46、择如前所述，在串行通讯中，收发双方的数据传送率（波特率）要有一定 的约定。在8051串行口的四种工作方式中，方式 0和2的波特率是固定的， 而方式1和3的波特率是可变的，由定时器 T1的溢出率控制。方式0的波特率固定为主振频率的1/12。方式2的波特率由PCON中的选择位SMO来决定，可由下式表示：波特率=2的SMO次方除以64再乘一个fosc，也就是当SMOD=时，波特率 为 1/32fosc，当 SMODM，波特率为 1/64fosc方式1和方式3:定时器T1作为波特率发生器，其公式如下：s mod波特率二定时器T1溢出率(2-1)32T1溢出率=T1计数率/产生溢出所需的周期数(2-2)

47、公式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作 于定时器状态时，T1计数率为fosc/12;当工作于计数器状态时，T1计数率 为外部输入频率，此频率应小于fosc/24。产生溢出所需周期与定时器 T1 的工作方式、T1的预置值有关。定时器T1工作于方式0:溢出所需周期数=8192-x定时器T1工作于方式1:溢出所需周期数=65536-x定时器T1工作于方式2:溢出所需周期数=256-x因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式，所以用它来 做波特率发生器最恰当。其波特率及初值见表3-7所示。当时钟频率选用11.0592MHZ寸，取易获得标准的波特率，所以很多单片机系统选

48、用这个看起 来“怪”的晶振就是这个道理。表3-7定时器T1工作于方式2常用波特率及初值常用波特率Fosc(MHZ)SMODTH1初值1920011.05921FDH960011.05920FDH480011.05920FAH240011.05920F4h120011.05920E8h3.4时钟电路设计AT89C51的时钟可以有两种方式产生，一种是内部方式，利用芯片内部 的振荡电路；另一种方式为外部方式。AT89C51内部有一个用于构成片内振 荡器的高增高反向放大器，引脚XTAL1和 XTAL2分别是此放大器的输入端和 输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构 成一个自

49、激振荡器，振荡电路的连接方法如图3-8所示。GND图3-8振荡器连接图图中，外接石英晶体（或陶瓷谐振器）以及电容C1和C2构成并联谐振 电路，接到放大器的反馈回路中。对外接电容 C1和C2的值虽然没有严格的 要求，但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振 的快速性和温度稳定性。外接石英晶体时，C1和C2一般取（30pF土 10pF）;另外陶瓷谐振器时，C1和C2 一般取（40pF 10pF）o用户也可以采用外部振 荡器。采用外部振荡器的连接方法见图 3-9所示。ELIYaa图3-9外部振荡器电路通常XTAL1接地，XTAL2接外部时钟，由于XTAL2的逻辑电平不是TTL 的

50、，故外接一个4.7K10K的上拉电阻。3.5 地址锁存器74LS373简介TTL电路，MOS电路锁存器或三态门电路等都可以做为 MCS-51扩展的 I/O 口，在有些场合可以降低成本、缩小体积和提高可靠性。 741S373扩展 一个八位并行输入口。74LS373是一个带三态门的锁存器，它可以作为外部一 个扩展接口。接口电路的工作原理：当外设把数据准备好后，发出一个控制信号XT加到373的G端，即锁存控制端，使输入数据在373中锁存。同时，XT信号 加到8051单片机的中断请求INTO （非）端，单片机响应中断，在中断服务 程序中执行下面程序：MOV DPT,R#OBFFHMOV A DPTR在

51、执行上面的第二条指令时，P2.6=0, RD（非）有效，通过或门后加到 373的端，即373的三态门控制端，使三态门畅通，锁存的数据读入到累加 器A中。在用TTL电路来扩展I/O 口时，必须注意P0-P3 口的负载能力问题。3.6压力传感器1B323.6.1 1B32的主要技术性能与特点1B32是美国ADI公司生产的一种桥式传感器信号调理电路，适合作为 应变式传感器、压阻式传感器等微弱信号源的信号调理器。1B32的增益范围为1005000;温度漂移及失调电压为土 0. 07uV/C； 当环境温度为+25C、增益设定为1000倍时，1B32的最大失调电压为土 40uV; 采用三阶低通滤波器，上限

52、截止频率 fc=4Hz;电源电压为土 12+18V,电 流消耗为4nA1mA3.6.2 1B32的引脚功能1B32采用小型DIP 一 28封装，引脚端功能如表3-8所列表3-8 1B32引脚功能PINFUNCTIONPINFUNCTION1+INPUT15-Vs2-INPUT16COMM3INPUT PFFSET ADJ17+Vs4NC18+Vs REG5NC19REF OUT6NC20REF IN7NC21EXC ADJ8SIGNAL COMM22NC9EXT GAIN SET23NC10333.3GAIN24NC11500 GAIN25NC12GAIN SENSE26SENSE LOW13

53、GAIN COMM27SENSE HIGH14Vout28Vexc Out1B32芯片内部主要包括零点校正电路、可编程斩波放大器、薄膜电阻 网络、振荡器、低通滤波器、可编程电桥激励源和基准电压源。可编程斩 波放大器具有线性度好，温漂低等优点，能对桥式传感器的输出信号进行线 牲放大，其增益可通过外部电阻来设定，设定范围为1005000倍。利用内部薄膜电阻网络能将放大器的增益设定为 500倍或333.3，适配灵敏度分别 为2 mV/ V或3 mV/V的压力传感器。该放大器还具有很强的抑制零点漂移 的能力，很容易与D/A转换器相连接。外部连接图见3-10所示。1832采用三阶低通滤波器来滤除高频干扰

54、。可编程电桥激励源能驱动120Q或更高电阻值的压力传感器。激励电压的默认值为十10 V,并可利用外部电阻在+4+15 V范围内调节。图3-10压力传感器外部连接图3.7液位显示电路LED显示器是单片机应用系统中常见的输出器件，如果需要显示的内容 只有数码和某些字母，使用 LED数码管是一和较好的选择。LED数码管显示 清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。LED数码管作为显示字段的数码型显示器件，它是由若干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮，控制不同组 合的二极管导通，就能显示出各种字符，常用的 LED数码管有7段和“米” 字段之分。这种显示器有共阳极和共阴两种。共阴极 LED显示器的发光二极 管的阴极连在一起，通常此共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平