基于单片机的水位监控系统设计.doc

中 文 摘 要
摘 要
水资源已成为中国当前和未来发展重要资源，因此对水资源的合理利用有重要意义。在我国很多地方都需要水位监测，如工厂蓄水池、农田灌溉用的水库、江河水位等等，因此利用现代化的通信手段对水资源进行测控以及使用计算机管理系统来实现对水位监测点现场水位等数据的采集与监测，并可在水位信息管理平台上进行水位数据的存储、显示、查询等，将是对水资源实现科学管理的一个重要手段。本文从经济性和可靠性出发，在实验的基础上，设计了一种能够实现水位自动控制的装置。
单片机技术的测控系统以其体积小，可靠性高而被广泛采用。本文对该测控系统进行了分析设计。首先，设计针对系统所使用的单片机的性能和发展情况做了简单介绍；对超声波传感器的原理做了简单分析，对系统使用的模/数转换芯片ADC0809也做了性能方面的简单说明。
其次，论文重点对测控硬件、软件的组成进行了分项、模块化逐步分析设计。对各部分的电路一一进行了介绍，最终实现了该系统的硬件电路。绘制了电路原理图。
关键词：单片机、ADC0809、软件系统、硬件系统

Abstract

The water resources has become China's current and future development of the important resource,It has important significance for the rational utilization of water resources. In many places of our country need to water level monitoring, such as plant reservoir, reservoirs, irrigation water level and so on, therefore the use of modern means of communication to measure and control the water resources as well as the use of computer management system to realize the acquisition and monitoring of data level monitoring in field level, and water level data storage, in the water level information management platform display, query and so on, is an important means to realize the scientific management of water resources. This paper from the economic and reliability point of view, on the basis of experiment, a device which can realize automatic water level control is designed.
Control system of single chip microcomputer technology with its small size, high reliability and is widely used in. The paper analyzes the design of the measurement and control system. First of all, the performance and the development of the design used in the single chip microcomputer is introduced briefly; principle of the ultrasonic sensor to do a simple analysis, the system uses the analog-to-digital conversion chip ADC0809 haalso made the simple description of properties.
Secondly, the paper focuses on the measurement and control hardware composition, software for the breakdown, modular design analysis phase. On the part of the circuit one one is introduced, the final realization of the system hardware circuit. Drawing the circuit diagram

Keyword: MCU, ADC0809, software system, hardware system

第一章 引言

1.1 课题研究的意义及作用
中国水之源总量居世界第六位，人均占有水资源量仅为世界人均占有量的四分之一，并且在地域上分布很不平衡，长江以北的广大地区，特别是北方大、中城市大部分地区处于缺水状态，水资源短缺已成为制约我国经济发展的一个重要因素。合理的利用水资源已成为我国现在面临的一个重要问题。
为了达到水资源的合理利用，除了要在兴修水利工程和提高全民节水意识等方面努力提高。而更重要的是应用新的技术信息，实时准确的了解和掌握各种水情信息，以此根据做出正确的水资源调度和管理，做到防患于未然，尽可能减少水资源的浪费。再加上长久以来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。在现场可能无法靠近或 无需人力来监控时，我们就可以通过远程监控，坐在监控室里对着相关的仪器就能对现场进行监控，既方便又节省人力。
为了保证地区安全，需要对水库水位、拦污栅压差和尾水位进行监测。但是,由于实际情况的不同,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,在综合研究水库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,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。
本课题根据水库的水位测量需要,设计远程单片机水位监测系统，系统具有水位的自动检测，定时处理、数据GPRS 远程上传等功能。该监控系统的设计将会大大节省了人力物力，能够低功耗的实现24 小时连续监测和上传，为更好的适应现代水位测量的需求，为水库的大坝的安全、蓄水泄洪等提供依据。

1.2 课题研究的背景及发展现状
随着我国经济社会的发展，对水文信息不断提出新要求，水文观测内容不断
增加，对观测手段和方法以及水文监测技术的研发和应用提出了越来越高的要
求；现代电子技术、传感技术、通信技术、嵌入式技术和计算机技术的迅速发展和普及，为远程监控系统的实现提供了理想的平台，因此越来越多的水文站把基于无线通讯技术的嵌入式arm监控系统作为水利系统自动化管理的新手段。而随着水利自动化技术不断发展，水利系统的自动化水平也在逐步提高。水文监测是水文传感器技术与采集、存储、传输、处理技术的集成。其监测范围为：江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数。监测内容为：水位、流量、流速、降雨（雪）、蒸发、泥沙、冰凌、墒情、水质等。而本次设计所涉及的水库水位远程监测只是水文监测系统中的一部分，用来监测水库水位。
从水文传统的人工监测技术分析来看，主要存在以下问题：记录方式以模拟
方式为主，就是数字方式记录的也很难方便的输入计算机处理；据处理基本靠人
工处理判断，费时易错；水文信息的采集、传输、处理的实时性和准确性较差，
无法适应现代水文的需求 。
目前我国水文自动测报系统建设的三个阶段：初级阶段、发展阶段以及网络化阶段。上一世纪七十年代中期开始到八十年代中期为初级阶段。八十年代中后期开始的十余年为（小流域）水文自动测试系统建设的发展期。九十年代后期为适应防汛和水利调度现代化、信息化的要求，以及近代通信、嵌入式、计算机和网络技术高速发展的时代特点，水文自动测试系统的建设进入了网络化阶段。
近三十年的发展历史，水文自动测报系统的建设和技术有了巨大的进步。在
不同的历史时期，所建系统快速采集的数据，为防汛和水利调度的决策提供了依
据和参考，发挥了相当大的社会经济效益。不少系统除常规水雨情信息外，闸门
开度、大坝渗压渗流、灌区水位流量、土壤墒情、风向风速、温度湿度、地下水
位乃至在线水质监视参数陆续纳入遥测系统，使遥测系统的功能大为扩展，从而
可为防汛、水利调度、水环境管理等各应用服务提供了更多的实时数据。
水文自动测报系统运用的先进技术有：
·可靠的传感技术：各种类型的传感技术，声学、光学、力学和化学的传感技术。
系统的可自动监测的参数不断丰富。
·所有可利用的通信技术：有线和无线通信技术，自建和公共通信网等。系统的
实时传输越来越快捷、准确。
·计算机及电子技术：从单片机到个人电脑、服务器，从高可靠的RTU 到双机
冗余，系统功能和可靠性不断提高。
·网络技术：从局域网到广域网，从数据库到数据共享，为预报提供了更好的数
据基础。系统为地方乃至全国的防汛、水资源调度及时提供准确数据的能力越来
越强 。
现在用于自动化监测的水位传感器主要有浮子式水位计、压力式水位计、电子水尺和超声波水位计等。
（1）采用浮子感应原理。当水库水位变化时，浮子的移动通过钢丝绳、鼓
形轮使轴上的光电编码器发生相应的移动，从而将机械位移量转换成电子数字量
送给微机系统进行处理，实时显示水位信号。该测量方式是我国最早采用的一种
水位测量方式，技术相对成熟，比其其它水位测量方式，要多一套机械传动机构，
容易发生钢丝锈蚀、缠绕等故障，维护安装相对较繁杂，九十年代以后已不常采
用。
（2）采用压阻式液位变送器。水库水位变化时，压阻式液位变送器将水深
压力信号转换为电压信号，送给微机系统进行处理，实时显示水位信号。该水位
测量方式因无机械传动部分，维护安装方便，测量精度可靠性不断提高，是当今
用得较多的一种水位测量方式。
（3）超声波水位测量。超声波测量水位的原理是利用超声波的反射时间来
测距，传感装置向水面发射超声波，水面反射部分回波，反射波被装置探测，波
的运动时间与距离成正比，通过声速及所测时间即可求得水位。
水位测量方式比较结果：水位测量方式较多，有浮子式、压阻式、超声波、
激光、吹气式等。从发展前途出发，对于我们来说，选取超声波水位测量比较合适。

第二章 单片机水位监控系统的分析与设计

2.1 系统实现方案
水库水位监控系统主要又CPU（89C51），水位监测接口电路，液晶显示电路，报警电路，复位电路，时钟电路等部分组成。如下图所示。
2.2 AT89C51单片机的性能及应用
单片机是早期Single Chip Microcomputer的直译，它反映了早期单片机的形态和本质。然后，按照面向对象，突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设接口，突破了传统意义上的计算机结构，发展成microcontroller的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU（Microcontroller Unit）。鉴于它完全作嵌入应用，故又称为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。
大多数单片机采用哈佛（Harvard）结构体系，即数据存储空间与程序存储空间相互独立的结构体系。它不同于一般通用计算机系统结构，即程序和数据共用一个空间的冯诺伊曼(Von Neumann)结构。
AT89C51单片机温度测控仪采用Atmel公司的AT89C51单片机，采用双列直插封装（DIP），有40个引脚。该单片机采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术制造，与美国Intel公司生产的MCS—51系列单片机的指令和引脚设置兼容。其主要特征如下：
○8位CPU
○内置4K字节可重复编程Flash，可重复擦写1000次
○完全静态操作：0Hz~24Hz，可输出时钟信号
○三级加密程序存储器
○128B×8的片内数据存储器(RAM)
○32根可编程I/O线
○2个16位定时/计数器
○中断系统有6个中断源，可编为两个优先级
○一个全双工可编程串行通道
○可编程串行UART通道
○具有两种节能模式：闲置模式和掉电模式
（1）单片机的基本组成  
它由 CPU 、存储器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定时 / 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。  
输入 / 输出引脚 P0、P1、P2、P3的功能：
图2-1为AT89C51的引脚图：

图2-1 AT89C51的引脚图
P0 口（P0.0-P0.7）：P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在EPROM 编程时，由 P0 输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL 负载。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1口（P1.0-P1.7（1-8脚））: P1口是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。  
在AT89C51 中， P1. 0 还相当于专用功能端 T2 ，即定时器的计数触发输入端； P1. 1 还相当于专用功能端T2EX ，即定时器 T2 的外部控制端。
Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
P2口（P2.0-P2.7（21-28脚））：P2也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平。在访问外部存储器时，由它输出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时，由它输入高 8 位地址。 P２驱动4个 LSTTL 负载。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器SFR区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。
P3口（P3.0-P3.7（10-17脚））：P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。 
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表1-1所示：

表1-1 AT89C51的P3口特殊功能
口管脚
备选功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
/INT0（外部中断0）
P3.3
/INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时/计数器0外部输入）
P3.5
T1（定时/计数器1外部输入）
P3.6
/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
/RD（外部数据存储器读选通）
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器和程序校验的控制信号。
（2）MCS-51 的寻址方式：
（1） 、立即寻址 如： MOV A ， #40H  
（2） 、直接寻址 如： MOV A ， 3AH  
（3） 、寄存器寻址 如： MOV A ， Rn  
（4） 、寄存器间接寻址 如： MOV A ， @Rn 
（5）、基址加变址寻址 如： MOVC A ， @A+DPTR  
（6）、相对寻址 如： SJMP 08H  
（7） 、位寻址 MOV 20H ， C  
（3）指令：  
MOV ： 片内 RAM 传送 
MOVX ： 片外 RAM 传送  
MOVC ： ROM 传送  
XCH ： 交换（和 A 交换）  
SWAP ： A 内半字节交换  
ADD ：不带进位加  
ADDC ：带进位加  
SUBB ：带进位减  
INC ：加 1  
DEC ：减 1  
MUL ：乘法  
DIV ：除法  
DAA ：调整  
（4）计数初值的计算 
定时或计数方式下计数初值如何确定，定时器选择不同的工作方式，不同的操作模式其计数值均不相同。若设最大计数值为 M ，各操作模式下的 M 值为：  
模式 0 ： M=2 13 =8192  
模式 1 ： M=2 16 =65536  
模式 2 ： M=2 8 =256  
模式 3 ： M=256 ，定时器 T0 分成 2 个独立的 8 位计数器，所以 TH0 、 TL0 的 M 均为 256 。  
因为 AT89C51 的两个定时器均为加 1 计数器，当初到最大值（ 00H 或 0000H ）时产生溢出，将 TF 位置 1 ，可发出溢出中断，因此计数器初值 X 的计算式为： X=M- 计数值式中的 M 由操作模式确定，不同的操作模式计数器的长不相同，故M值也不相同。而式中的计数值与定时器的工作方式有关。 
（a）计数工作方式  
计数工作方式时，计数脉冲由外部引入，是对外部冲进行计数，因此计数值根据要求确定。其计数初值： X=M- 计数值  
例如：某工序要求对外部脉冲信号计 100 次， X=M-100  
(b)定时工作方式 
定时工作方式时，因为计数脉冲由内部供给，是对机器周期进行计数，故计数脉冲频率为 
f cont =f osc × 1/12  (式1-1)
计数周期 T=1/f cont =12/f osc 定时工作方式的计数初值 X 等于：  
X=M-计数值 =M-t/T=M- （ f osc × t ） /12   (式1-2)
式中： fosc 为振荡器的振荡频率， t 为要求定时的时间。  
定时器有两种工作方式 ：即定时和计数工作方式。由 TMOD 的 D6 位和 D2 位选择，其中 D6 位选择 T1 的工作方式， D2 位选择 T0 的工作方式。 =0 工作在定时方式， =1 工作在计数方式。并有四种操作模式：  
1 、模式 0 ： 13 位计数器， TLi 只用低 5 位。 
2 、模式 1 ： 16 位计数器。  
3 、模式 2 ： 8 位自动重装计数器， THi 的值在计数中不变， TLi 溢出时， THi 中的值自动装入 TLi 中。  
4 、模式 3 ： T0 分成 2 个独立的 8 位计数器， T1 停止计数。 
MCS-51 有 5 个中断源，可分为 2 个中断优先级，即高优先级和低优先级，中断自然优先级：  
外部中断 0 ；定时器 0 中断； 外部中断 1 ；定时器 1 中断 ； 
串行口中断 ；定时器 2 中断 
（a）同级或高优先级的中断正在进行中； 
（b）现在的机器周期还不是执行指令的最后一上机器周期，即正在执行的指令还没完成前不响应任何中断； 
（c）正在执行的是中断返回指令 RET1 或是访问专用寄存器 IE 或 IP 的指令，换而言之，在 RETI 或者读写 IE 或 IP 之后，不会马上响应中断请求，至少要在执行其它一要指令之扣才会响应。  
(5)中断响应的条件  
CPU 响应中断的条件有：  
（a）有中断源发出中断请求；  
（b）中断总允许位 EA=1 ，即 CPU 开中断；
（c）申请中断的中断源的中断允许位为 1 ，即没有被屏蔽。  
(6)串行口工作方式及帧格式 
MCS-51 单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式：  
方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又叫同步移位寄存器输出方式。在这种方式下，数据从 RXD 端串行输出或输入，同步信号从 TXD 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。 
方式 2 ：采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途，可以通过软件搂控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 单片机串行口适用于多机通信。方式 2 的波特率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位选择。  
方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式 3 的小组特率是可变的。而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。  
随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。 
(7) 掉电模式：
在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器SFR的内容在终止掉电模式前被冻结，退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。

第3章 单片机水位监控系统分析与设计的硬件

在第二章中已分析了系统并绘制了框图，下面将根据框图分别设计各部分电路。

3.1 水位监测电路的设计
由于超声波的穿透力很强，且不会影响到人们的正常工作，并且他的传播速度快，所以本设计采用超声波测距原理来监测水位高度。
超声波测距电路主要包括超声波发射电路和超声波检测接收电路两部分。使用单片机的P1.0端口输出超声波发射器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。超声波发射电路主要由74LS00和超声波发射器T-40构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级与非门后送到超声波发射器的一个电极，另一路经两级与非门后送到超声波发射器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。
超声波检测接收电路主要是由集成电路CX20106A组成，它是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。

3.3放大电路的设计
在许多需要A/D转换和数字采集的单片机系统中，很多情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，这种情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。仪表器的选型很多，在这里介绍一种用途非常广泛的仪表放大器，其实就是典型的差动放大器。它只需三个廉价的普通运算放大器和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器。广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量、医疗器械及其它数字采集的系统中。
电路原理并不复杂。要使电路满足平衡，则R1=R2、R3=R4、R5=R6，因为每个运放的特性不可能完全一致，在A和A2的Pin1、Pin8增设了调零电位器VR1和VR2，这在实际的应用中是非常有用的。假设A1、A2的失配、失调电压和电流均为零的情况下，其差模电压增益为： 整个电路采用正负两组电源供电，这样可对正或负输入电压进行放大。电源电压一般可取±5—±15V，但对其稳定度有一定的要求。图3-1中的电容C用于除抖动和抗干扰，其取值应以实际的用途，根据放大的信号特性决定。
可选用的运算放大器相当多，如OP-07，OP-725，如果要求不高，甚至可选价廉的uA741等通用运算放大器。
本设计的放大电路采用高精度集成运放OP-07做放大元件,OP-07为一种具有低失调电压、低失调电流和低温漂的超低失调运算放大器，其广泛地应用于稳定积分、精密加法、比较、阖值电压检测、微弱信号精确放大等场合，是一种通用性极强的运算放大器。
OP-07的电源电压范围 3～ 18V，输入电压范围为0～ 14V，其引线图如图3- 2。
OP07是高精度低失调电压的精密运放集成电路，用于微弱信号的放大。如果使用双电源，能达到最好的放大效果。
OP07的主要参数
1) 低的输入噪声电压幅度—0.35 μVP-P (0.1Hz ～ 10Hz)
2) 极低的输入失调电压—10 μV
3) 极低的输入失调电压温漂—0.2 μV/ ℃
4) 具有长期的稳定性—0.2 μV/MO
5) 低的输入偏置电流—± 1nA
6) 高的共模抑制比—126dB
7) 宽的共模输入电压范围—±14V
8) 宽的电源电压范围—± 3V ～± 22V
9) 可替代725、108A、741、AD510 等电路

3.4 ADC0809与AT89C51接口电路的设计

ADC0809是美国国家半导体公司（National Semiconductor Corporation）产品。是逐次逼近型芯片，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路0~~5V的输入模拟电压信号分时进行转换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器、256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器SAR，控制与时序电路等。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到单片机数据总线。
ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。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。
1．主要特性
1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs
4）单个＋5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度
7）低功耗，约15mW。
2．内部结构
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图13．22所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近
3．外部特性（引脚功能）
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图3-3所示。

图3-3 ADC0809的内部结构及引脚图
下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
2-1～2-8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START： A／D转换启动信号，输入，高电平有效。
EOC： A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
REF（+）、REF（-）：基准电压。
Vcc：电源，单一＋5V。
GND：地。
ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
不必进行零点和满刻度调整，外部时钟频率范围为10KHz~~1280KHz, ADC0809和
AT89C51的硬件接口有三种方式：查询方式，中断方式，等待延时方式。此测量仪采用中断方式。虽然ADC0809走过了自己的辉煌时期，已经不是目前功能最好的模数转换器件，但是他的廉价和品质在许多领域被广泛使用。

A∕D转换器ADC0809与单片机的连接如图3-4所示。
ADC0809的8个模拟量输入都用了，分别连接温度传感器的测量和放大电路的输出。ADC0809的时钟由AT89C51的ALE图3-4 ADC0809与AT89C51的接口线路
信号提供，根据ACD0809对工作时钟的要求和控制器对漏电和短路信号的反应速度的要求，ADC0809时钟频率通过4024分频器分频，这样，若A∕D转换的时间为0．1ms，则控制器循环采样完8个仿真输入信号需要0．8ms时间。这样的采样速度足够满足漏电和短路的保护要求。

3.5 显示电路的设计
3.4.1 四位LED数码管驱动电路的设计

在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称LED(Light Emitting Diode)，液晶显示器，简称LCD(Liquid Crystal Display)；荧光管显示器。近年来也开始使用简易的CRT接口，显示一些汉字及图形。前三种显示器都有两种显示结构；段显示(7段，“米”字型等)和点阵显示(5X?，5X8，8X8点阵等)。而发光二极管显示又分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分等。
三种显示器中，以荧光管显示器亮度最高，发光二极管次之，而液晶显示器最弱，为被动显示器，必须有外光源。
LED显示块是由发光二极管显示字段组成的显示器，有8字段和“米”字段之分。显示块都有dp显示段，用于显示小数点。7段LED的字型码，由于只有7个段发光二极管，所以字型码为一个字节。“米”字段LED的字型码由于有15个段发光二极管，所以字型码为两个字节。这种显示块有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳板LED显示块的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压。
由N片LED显示块可拼接成N位LED显示器。本设计是4位LED显示器的结构。
N位LED显示器有N根位选线和8XN(或16XN)根段选线。根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不相同。段选线控制显示字符的字型，而位选线则控制显示位的亮、暗；
LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式，一是LED静态显示方式、二是动态显示。 ‘
LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极(或共阳极)连接在一起并接地(或+5v)，每位的段选线(a～dp)分别与一8位的锁存输出相连。之所以称为静态显示，是由于显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。也正因为如此，静态显示器的亮度都较高。本设计用的是阳极驱动。
图3-5所示为一个四位动态态LED显示器电路。该电路各位可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。由于各位分别由一个8位输出口控制段选码，故在同一时间里，每一位显示的字符可以各不相同。这种显示方式接口，编程容易，管理也简单，付出的代价是占用口线资源较多。如图3-4电路所示，若用I/O口线接口，则要占用4个8位I/O口，若用锁存器(如74LS244)接口，则要用1片74LS244芯片。而如果用“米”字段的LED显示器，则静态显示方式需要更多的硬件资源。如果显示器位数增多，则静态显示方式更是无法适应。因此在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。

3.4.2 报警电路的设计

声音是由震动所产生的， 一定频率的震动就产生了一定频率的声音。这个实验是喇叭里发出滴答一长一短的报警声音,送出的端口是p2.7，输出1khz,2khz变频信号报警,每一秒交换一次。
接线方法： 用一根1PIN数据线一端插入CPU部分JP53（P2口）的P2.7另外一端插入小喇叭部分的输入端JP16。

3.5 电源的设计实现

电源要对单片机和各种芯片提供5V,要对运放及传感器提供正负12V。本设计采用太阳能电池供电

第4章 单片机水位监测系统的软件设计

第5章 结束语
多通道温度采集测控系统实用性强，结构较为简单，成本低，外接元件少，适用范围广泛，也可以作为智能控制系统的一部分，与其它设备协同工作。并且系统移植性强，只需改变前端测量用的传感器类型，可在此基础上修改为其他非电量参数的测量系统。
5.2 总结
2009年9月，我满怀快乐和一份深藏心底的希望来到了山东理工大学电气与电子工程学院，开始了一次漫长的奋斗。2013年7月我是怎样的心情离开呢？开始一个新的征程。
再回首，走过的路很值得回味和反思，是成是败，我们都必须忘记这段过去开始新的奋斗，因此，我必须做一个全面的总结。
首先，对大学三年中每一年的思想状态，想做的和做过的事情来个快照吧！大一，还没明确大学该怎么学习，需要学些什么，但是时间抓得很紧，努力去做了些事情。最开始我给自己三年定了一个目标：成为一名优秀的电子工程师，大一下学期后确定要做一个学习一般般，动手能力强的人；大二和大三参加了校内外的勤工助学活动很多很多，能维持自己的生活费用，在管理学的启发下开始考虑重新构筑自己的大学生活。
“谋事在人，成事在天”这句古谚包含着深刻的道理，我不能控制别人，但是我可以把握自己。应该说三年来我很好的把握了自己，没有随风逐流，始终在大多数时间里做着自