综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。
2.2.2 单片机的选取
如图2.2所示为MCS-51
图2.2 8051单片机框图
它包括了下列几个部件: (1)一个8位中央处理器CPU； (2)一个片内振荡器和时序电路； (3)4KB程序存储器ROM； (4)128字节数据存储器RAM；
(5)两个16位可编程的定时器/计数器； (6) 1个可编程的全双工串行口；
(7) 4个8位可编程并行I/O端口,即P0口,P1口P2口,P3口；
(8)64KB片外程存储器ROM和64KB片外数据存储器RAM的扩展控制电路； (9)两个优先级嵌套中断结构,5个中断源.以上各部分通过内部总线相连接。 8051系列微处理器采用基于简化的嵌入式控制系统结构，被广泛应用于从军事到自
动控制再到PC 机的各种应用系统上。51系列单片机最大的优势在于低廉的价格。但随着各种控制及应用程序的发展，它的一个先天缺陷非常明显地暴露了出来。那就是它的寻址空间只有64kB，这是它的指令集决定的。
MCS-2051适合于家用电器控制，分布式测控网络，I/O量不足不是很大的应用系统。MCS-2051在内部I/O控制上继承了MCS51的特性：5路2级优待中断，串等口，2路定时器/计数器
对于一些不大复杂的控制电路我们就可以增加少量元件来实现，例如，对温度的控制，过压的控制等。
本文之所以使用了MCS-2051单片机，是因为本文只是简单的测量水位的几个状态,不需要太复杂的单片机。
第3章 系统结构原理
3.1水位测量控制的系统结构概述
LED单片机复位
主控制 显示 报警点按键调整
器时钟振荡
器水位传感
设计基于单片机，利用水的导电性，使用电极作为水位敏感元件检测水位变化的
系统，实现水位显示及报警等功能。在水位超过或低于正常水位时蜂鸣报警器会发出警报。检测探头系在一根均匀的金属导线上，导线的另一端连接到检测电路。平时探头处于测位管管口的部位，检测电路输出一低电平信号，需检测水位时，单片机控制电路扫描水位的情况。当水面下降接触到探头时，检测电路输出的低电平变为高电平，单片机检测到电路的输出变为高电平时，控制报警电路使蜂鸣器发出响应。然后控制复位电路使单片机复位，一次检测工作完毕。检测水位完成后，通过串行接口将检测的水位数据发送回主机。如图3.1所示。如图3.2可以看出,水位传感器是在一根探棒上等间隔布置5 个电极,电极与一个电阻网络(R6～R9) 相连,它们一起构成分压电路,设计时要恰当地选择这些电阻的阻值,使得探棒悬空时有一个恰当的电压值。探棒深入水中时,每淹没一个电极,由于水电阻的作用, 的电压值都会发生变化。不同的电压值代表了被水淹没的不同的电极。R3、R4 将其转换为适于单片机MCS-2051工作的电压值,该电压代表了水位的高低。把它接入MCS-2051 的P1.6。3. 4. 5点如同2点一样，它们分别与P1.7，P1.4 P1.5 相连。它们代表了：2点 超高
3点
高
水位传感器按如图3.1所示的过程来执行操作。
试音S2+5V12蜂鸣器+5V+12VCN1R1U3A213D41U2A16D3R210K5131416R11.5KA1A0A2123加水U3B4674LS02MC1413C6CN274LS021113+5V122U3DU2B15L7L6J1B1B0B2123停炉74LS02C11+5VMC1413U2C103132015J2加水停炉+12V6MC1233P145236789RSTVCC33PU1(AIN0)P1.0(AIN1)P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.612131415161718191167U3C89R210K2S11OSC2OSC1P3.0(RXD)P3.1(TXD)P3.2(INT0)P3.3(INT1)P3.4/T0P3.5/T174LS02MC141317R439KGND10+5VAT89C2051R310K212消音10R36208+5V+12VU5A45R510KC8OLC17104R910K+5VLM3393L1L2L3L4L5R310K17+5VU5B6LC16104R810KCN312345U?123ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097超高上限正常下限超低R310KLM339U5D1011+5V456E1E2E3OHC14104R710K1374LS138LM339+5VR310K149U5C8HC13104R610KLM339
3.2 主控制器的特性
它有以下一些特点:
●2. 7～6V 工作电压范围;
●1k (或2k) 字节可编程闪烁存储器,编程次数可达1000 次, 同时数据可保存10 年以上;
●64 ×8 (AT89CMCS-2051 为128 ×8) 字节SRAM ; ●15 个可编程I/ O 口线;
● 1 个16 位定时器/ 计数器(AT89CMCS-2051 为2 个) ; ●I/ O 口线可直接驱动LED 显示器; ●与MCS - 51 产品完全兼容; ●全静态操作,工作频率为0～24MHz ; ●两级程序加密防盗; ●片内含一模拟比较器; ●具有空闲和掉电工作模式;
●三个(AT89CMCS-2051 为五个) 中断源,二级中断优先级;
●全双工串行口( 只有AT89CMCS-2051 具有) , 内部结构管脚图框图如图2.1 所示, 主要由算术逻辑运算单元(ALU) 、各种寄存器单元、端口锁存器及驱动器和闪烁存储器等组成。各引脚功能为:
(1) RST :复位端,高电平复位,复位后所有I/ O 口均为高电平,除SP 为07 外,其余寄存器均清零。
(2) XATL1 , XTAL2 : 分别为片内振荡器中反相放大器的输入和输出端, 接晶体振荡器和陶瓷振荡器均可以, 连接方式如图2.2 所示。采用晶体振荡器时, C1 , C2 值可选用30p F ±10p F ,采用陶瓷振荡器时, C1 , C2 值可选用40p F ±10p F。当外接时钟信号时,可直接连至XTAL1 端,并将XTAL2 悬空。
(3) P1 口: 8 位双向I/ O 口, P1. 2～P1. 7 均有内部上拉电阻, 而P1. 0、P1. 1 因具有第二功能,分别作为片内精密比较器的同相、反相输入端, 内部没有上拉电阻。P1 在闪烁存储器编程、校验时,接收和输出数据用。
(4) P3 口: P3. 0～P3. 5 和P3. 7 是7 位双向I/ O 口, 均有内部上拉电阻,同P1 口一样, 能提供20mA 的驱动吸收电流。P3. 6 口为内部比较器的输出端, 没有硬件输出引线, 其中P3. 0～P3. 5 还具有第二功能,如表1 所示。P3口在闪烁存储器编程和校验时主要作控制信号用。为了增加对模拟量的输入功能，MCS-2051在内部构造了一
1个模拟信号比较器，其输入端连到P1.0和P1.1口，比较结果存入P3.6对应寄存器，（P3.62345在MCS-2051外部无引脚），原理见上图。 3.3 水位测量电路 +12VR439K+5V+12VR3P1.410K2U5A45R510K12C8OLC17104R910K+5VLM3393R3P1.510K1U5B67LC16104R810KCN312345+5VLM339R3P1.610K13U5D1011OHC14104R710KLM339+5VR3P1.710K14U5C89HC13104R610KLM339 水位测量电路图如图3.4所示的是利用水的导电性, 设置上限位、下限位电极, 当水位浸没上限位电极, 上、下电极导通而引起继电器动作，电压为正，所以为高电平；当Title水位浸没上上限位电极时，电位如上；当水位低于下限位电极时，上、下电极不导通而SizeB1Number引起继电器动作，电压为负，所以为低电平；当水位低于下限位电极时，电位如上。 2345Date:File:26-May-2007D:\\PROGRAM FILES\\DES3.4 水位状态的显示