基于單片機(jī)的液體密度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 引 言隨著電子技術(shù)，特別是隨大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類生活發(fā)生了根本性的改變。如果說微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可以毫不夸張地說，單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。目前，單片機(jī)以其體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高、高可靠性、高性能價(jià)格比、開發(fā)較為容易，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，并已走人家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響、汽車，到處都可見到單片機(jī)的蹤影。因此，單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。隨著社會(huì)的進(jìn)步，液體密度

2、測(cè)量技術(shù)越來越多的被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，在計(jì)量、科研和工業(yè)生產(chǎn)中有著重要意義。對(duì)密度測(cè)量研究及其應(yīng)用涉及國際間的科技交流與合作，是顯示一個(gè)國家現(xiàn)代計(jì)量水平的重要方面。所以，對(duì)于液體密度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)和完善有著重要的意義。液體密度測(cè)量不僅具有很重要的意義，而且用途非常廣泛，它涉及到日常生活、國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)等諸多領(lǐng)域，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要方面。對(duì)液體密度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)和完善，具有非常重要的意義。本設(shè)計(jì)精確度高、測(cè)量速度快、測(cè)量范圍廣、使用方便，具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。第1章 概述 密度的測(cè)量方法有很多種，如流體靜力稱量法、密度瓶法、浮計(jì)法、靜、動(dòng)壓法、以及振動(dòng)法等。本設(shè)計(jì)選用了振動(dòng)法，因?yàn)槠渌姆椒ú荒芨?/p>

3、簡單的實(shí)現(xiàn)密度與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。由于本設(shè)計(jì)是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上完成的，所以對(duì)于密度與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換是非常必要的。振動(dòng)法是利用振筒式液體密度傳感器將液體的密度參量轉(zhuǎn)換成振筒的固有頻率，再通過驅(qū)動(dòng)電路將該頻率轉(zhuǎn)化成頻率的電信號(hào)后，利用單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻和查表，最終顯示出液體的密度值。它結(jié)構(gòu)簡單，工作效率較高。但是在它的工作過程中，我們遇到了一些外界因素如環(huán)境溫度及外界壓力等對(duì)測(cè)量的干擾。為了解決這些問題，本設(shè)計(jì)采取了溫度補(bǔ)償措施，還對(duì)振筒的加工材料作了一定的要求。在軟件設(shè)計(jì)中采用了多次測(cè)量取平均值的方法減小了測(cè)量誤差。還對(duì)所測(cè)得的頻率值作了非線性處理，解決了所測(cè)值可能不能與對(duì)照表中的頻率值相

4、對(duì)應(yīng)的問題。本課題是利用描述性語言設(shè)計(jì)液體密度檢測(cè)系統(tǒng)及其在實(shí)際生活中的發(fā)展與應(yīng)用。 課程研究的內(nèi)容是一種在實(shí)際應(yīng)用中檢測(cè)液體密度系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方法和在其實(shí)現(xiàn)過程中需要注意的幾個(gè)問題具體設(shè)計(jì)內(nèi)容可設(shè)計(jì)為以單片機(jī)為主控制系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)為振筒式傳感器，收集信息端把從傳感器得到的信息輸給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)一系列處理后，把結(jié)果送給顯示器、控制系統(tǒng)。其主要工作過程如下圖所示控制監(jiān)測(cè)對(duì)象振筒式傳感器輸入接口單片機(jī)輸出接口顯示記錄設(shè)備圖 1-1 液體密度檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)要求的是以單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)為振筒式傳感器，在兩者之間通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，如何保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，如何對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)

5、行校驗(yàn)等。具體內(nèi)容如下：選擇一種最合適的單片機(jī)，通過硬件的設(shè)計(jì)使單片機(jī)和其他設(shè)備之間的信號(hào)電平、傳輸速率保持一致。 根據(jù)所選的單片機(jī)和傳感器編寫一定的測(cè)頻程序、查表程序和顯示程序，完成傳感器輸出頻率的測(cè)量和液體密度的顯示。第2章 液體密度傳感器2.1 液體密度傳感器的概述 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、進(jìn)步,測(cè)量方法也在不斷地進(jìn)步.液體密度通?？捎妹芏扔?jì)來測(cè)量,但是,近年來由于非電量電測(cè)法的迅速發(fā)展、各種傳感器的廣泛應(yīng)用,加上有時(shí)又要進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量或非接觸測(cè)量,這時(shí),電測(cè)法就顯示出極大的優(yōu)越性,因而廣泛應(yīng)用于非電量的測(cè)量和控制中.為此,我們?cè)O(shè)計(jì)、制作了液體密度傳感器1。2.2 振筒式液體密度傳感器振筒式液

6、體密度傳感器計(jì)是一種高精度的在線動(dòng)態(tài)測(cè)量液體密度的傳感器。它的敏感元件,即振動(dòng)子是中空薄壁彈性振筒。當(dāng)被測(cè)液體流經(jīng)它時(shí),振動(dòng)振筒的共振頻率發(fā)生變化,即振動(dòng)振筒的共振頻率由液體的密度所決定,液體密度不同,它所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)振筒的共振頻率也不同。因此,通過測(cè)定振動(dòng)振筒的共振頻率即可求出待測(cè)液體的密度。該密度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)可以安裝在振筒道上,連續(xù)進(jìn)行液體的密度測(cè)量;(2)測(cè)量精度可達(dá)005%以上;(3)輸出為頻率信號(hào),容易傳輸可以數(shù)字化顯示;(4)安裝簡便,故障率極低。由于具有以上優(yōu)點(diǎn),它可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中如:油田的原油密度及質(zhì)量計(jì)量;石化系統(tǒng)成品油的比重及質(zhì)量;在食品工業(yè)中用來做牛奶、咖啡精等

7、的密度控制等【1】。下面從該密度傳感器的測(cè)量原理、電路、設(shè)計(jì)及其應(yīng)用等方面作一介紹。2.2.1 測(cè)量原理液體密度傳感器是用低溫度系數(shù)的鎳鉻合金(3J58)制成的長度為L ,直徑為D的中空薄壁振筒,它的兩端被固定在基座上,如圖2-1所示。由激勵(lì)線圈、振動(dòng)振筒、檢測(cè)線圈、放大電路組成一個(gè)反饋振蕩系統(tǒng)。它利用振動(dòng)振筒的高品質(zhì)因數(shù),在振動(dòng)振筒的固有頻率上振動(dòng)。當(dāng)被測(cè)液體從振動(dòng)振筒內(nèi)流過時(shí),被測(cè)液體隨著振動(dòng)振筒一起振動(dòng),成為振動(dòng)質(zhì)量的有效部分,使振動(dòng)系統(tǒng)的總質(zhì)量生了變化,從而改變了系統(tǒng)的固有頻率。顯然,不同的液體密度將得到不同的系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率,檢測(cè)出系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率,即可確定被測(cè)液體的密度值1。2.

8、2.2 誤差因素1溫度影響被測(cè)液體與周圍環(huán)境的溫度變化會(huì)引起傳感器的幾何參數(shù)、彈性模量和材料密度的改變,導(dǎo)致振動(dòng)振筒諧振頻率的變化,給密度測(cè)量結(jié)果帶來一定誤差。溫度升高,振動(dòng)振筒的長度變長引起振動(dòng)周期增加,使測(cè)量結(jié)果增大;反之溫度降低,測(cè)量結(jié)果減小。為減小這種誤差,振動(dòng)振筒應(yīng)采用頻率溫度系數(shù)小的材料。本密度傳感器所采用的3J58型恒彈性鎳鉻合金具有較低的頻率溫度系數(shù)(110-5/C)。2壓力影響對(duì)振動(dòng)振筒來講,振筒壁越薄,壓力的影響越大,從這點(diǎn)來講,振筒壁應(yīng)厚一些;但振筒壁的增厚卻使傳感器的靈敏度降低,所以振筒壁的厚度應(yīng)取適當(dāng)。本液體密度傳感器振動(dòng)振筒的壁厚為1mm,能同時(shí)達(dá)到這種要求。3流量

9、影響液體在振動(dòng)振筒中流動(dòng)時(shí),作用于振筒壁的壓力等于靜壓力和動(dòng)壓力(速度壓力)之和。因振動(dòng)振筒的截面一定,所以當(dāng)被測(cè)液體的流量變化時(shí),必然引起其流速變化。當(dāng)流速較小時(shí),動(dòng)壓力可以忽略不計(jì)。當(dāng)流量增大使流速很大時(shí),作用于振筒壁上的動(dòng)壓力亦增大。所以流量的變化對(duì)振動(dòng)頻率的影響實(shí)質(zhì)是被測(cè)液體對(duì)振筒壁壓力變化所造成的,它的誤差性質(zhì)同壓力的影響相同,即流量增大,使振動(dòng)頻率減少,引起測(cè)量結(jié)果增大。但在一定范圍的流量內(nèi),可不考慮其影響。圖 2-1 液體密度計(jì)原理框圖4粘度影響由于液體的內(nèi)摩擦力的作用,使振筒壁受到一剪切力,會(huì)影響振動(dòng)振筒的振動(dòng)頻率變化。但是因液體大致與振動(dòng)振筒成一體而運(yùn)動(dòng),所以粘度的影響遠(yuǎn)比振

10、動(dòng)振筒作縱向振動(dòng)時(shí)為小,可忽略不計(jì)。5液體內(nèi)含有氣泡的影響液體內(nèi)含有氣泡,會(huì)使振動(dòng)振筒振動(dòng)減弱,周期增大,從而使被測(cè)液體的密度顯示增大。為了排除這一誤差,密度傳感器應(yīng)垂直安裝,使液體自下而上地流動(dòng),減少氣泡生成的機(jī)會(huì)。2.2.3 電路組成圖2-1所示為密度傳感器原理方塊圖。振動(dòng)振筒在外界電脈沖作用下,產(chǎn)生振動(dòng),通過檢測(cè)線圈的磁性耦合,將振動(dòng)的位移信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào),該電信號(hào)經(jīng)放大電路放大后加到激勵(lì)線圈上用來激勵(lì)振動(dòng)振筒,使振動(dòng)振筒長期穩(wěn)定地振動(dòng)。同時(shí)輸出相應(yīng)的脈沖頻率信號(hào),以供密度的檢測(cè)顯示之用。圖2-2所示為圖2-1中檢測(cè)、激勵(lì)部分的電路方框圖,它的作用是不斷地補(bǔ)充振動(dòng)振筒在振動(dòng)中的能量損失,使

11、振動(dòng)振筒能長期穩(wěn)定地振動(dòng)并把頻率信號(hào)輸出。作為密度顯示的依據(jù)。首先分析振動(dòng)振筒振動(dòng)過程中的受力情況。振動(dòng)振筒在振動(dòng)過程中,除了受彈性力的作用外, 還受慣性力、阻尼力的作用,若用X表示振動(dòng)振筒的位移,則彈性力F彈=KX (K為彈性系數(shù))與X反相,慣性力F慣與X同相,阻尼力F阻與速度相反。前置放大器移相器整形電路功放單 穩(wěn)電 路輸出檢測(cè)激勵(lì)圖 2-2 電路方框圖這里位移與時(shí)間的關(guān)系為X =sint ,其速度X=cost顯然速度超前位移2,阻尼力滯后位移/2,也即與速度X相反。它們的關(guān)系如圖2-3所示。F彈F慣F阻XX圖 2-3 振動(dòng)管受力情況在諧振時(shí),彈性力、慣性力大小相等方向相反,若要使振動(dòng)持續(xù)

12、下去,必須外加一個(gè)與阻尼力大小相等但方向相反的激勵(lì)力F激,其相位超前/2。F激與流過線圈的電流I有關(guān),而電流I又與檢測(cè)線圈感應(yīng)電勢(shì)e有關(guān)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電勢(shì)和磁通變化率成正比,且反向。因?yàn)闄z測(cè)線圈的磁通是變化的,而且與位移矢量X同相,所以e與X反相。在忽略其它條件下,放大器相位移應(yīng)是=2n-,(n=1,2)即可,再根據(jù)功率要求,加上功放級(jí),就可以維持振動(dòng)振筒的穩(wěn)定振動(dòng)?？晒┟芏鹊臋z測(cè)使用。振動(dòng)振筒式密度計(jì)的振動(dòng)頻率與被測(cè)介質(zhì)密度的關(guān)系可用下式來表示D =K2T2+K1T+K0 （2-1）式中T =1/f振動(dòng)振筒式密度計(jì)的振動(dòng)周期(等于振動(dòng)頻率的倒數(shù))D被測(cè)介質(zhì)液體的密度K0、K1、K2

13、振動(dòng)振筒式密度計(jì)的標(biāo)定常數(shù)2.3 振筒式傳感器的驅(qū)動(dòng)電路1圖2-4 振筒式傳感器的驅(qū)動(dòng)電路下面來看看正弦波振蕩的起振條件：在正弦波振蕩電路中，一要反饋信號(hào)能夠取代輸入信號(hào)，而若要如此，電路中必須引入正反饋；二要有外加的選頻網(wǎng)絡(luò)，用以確定振蕩頻率。正弦波振蕩電路是在沒有外加輸入信號(hào)的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。正弦波振蕩的平衡條件為： （2-2）幅度平衡條件： （2-3）相位平衡條件： （2-4）正弦波振蕩的起振條件為： （2-5） 如圖2-3所示的振筒式傳感器的驅(qū)動(dòng)電路，它是一個(gè)正反饋閉環(huán)系統(tǒng)。欲使振蕩電路能自行建立振蕩，就必須滿足條件： （2-6） 即： （2-7）

14、（2-8） 這樣，在接通電源后振蕩電路就有可能自行起振，最后趨于穩(wěn)態(tài)平衡。從上面可以看出，自動(dòng)增益調(diào)節(jié)和相位調(diào)節(jié)成為維持振蕩的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本電路的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)還可以按下列方案設(shè)計(jì)：1自動(dòng)增益調(diào)節(jié)采用負(fù)反饋來實(shí)現(xiàn)諧振系統(tǒng)增益的自動(dòng)調(diào)節(jié)。方法是利用輸入信號(hào)本身的幅值大小作為控制信號(hào)來控制可調(diào)增益放大器的增益變化。2帶通濾波為了提高精度，消除環(huán)境對(duì)于信號(hào)的干擾，濾波器也成為諧振電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于儀器對(duì)于低通濾波的要求不高，用放大器搭成普通的2階的無限增益多路反饋低通濾波器即可。2.4 溫度補(bǔ)償電路振動(dòng)筒的固有振動(dòng)頻率不僅與振動(dòng)筒的固有屬性有關(guān)，還與外界環(huán)境因素如溫度等有一定的關(guān)系，無法消除

15、這些因素的影響，但是可以對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償處理，盡量使外界因素對(duì)固有振動(dòng)頻率的影響減到最低1。2.4.1 AD590溫度傳感器AD590溫度傳感器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測(cè)器，它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流，集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過發(fā)射極電流I的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時(shí)輸出為0，溫度25時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。它的主要特

16、如下： 1流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：I=T式中：I流過器件（AD590）的電流，單位為mA； T熱力學(xué)溫度，單位為K。 2AD590的測(cè)溫范圍為-55+150。 3AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流 變化1mA， 相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 4輸出電壓為710mV。 5 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為0.3。AD590的元件符號(hào)如圖2-5所示：AD590的輸出電流值說明如下：

17、其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（-273）為基準(zhǔn)，每增加1，它會(huì)增加1A輸出電流，因此在室溫25時(shí)，其輸出電流為 （2-9） 圖2-5 AD590的元件符號(hào)圖圖2-6所示電路是AD590的基本應(yīng)用電路：圖2-6 AD590基本應(yīng)用電路 注意：1. Vo的值為Io乘上10K，以室溫25而言，輸出值為10K298A=2.98V2. 測(cè)量Vo時(shí)，不可分出任何電流，否則測(cè)量值會(huì)不準(zhǔn)。2.4.2 LM324四運(yùn)放集成電路LM324是四運(yùn)放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器,除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖2-7所示的符號(hào)來表示,它有5個(gè)引出

18、腳,其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端,“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi-（-）為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列如圖2-8所示 圖2-7 運(yùn)算放大器 圖2-8 LM324的引腳排列圖由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中1。2.4.3 溫度補(bǔ)償電路 前面我們已經(jīng)介紹了溫度傳感器AD590和LM324運(yùn)算放大器的一些工作特性，那么在本設(shè)計(jì)中是如何實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)哪?？?/p>

19、圖2-9。首先，AD590溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，并將溫度系數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再通過LM324運(yùn)算放大器對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大后，輸出送給單片機(jī)進(jìn)行處理，具體的處理過程比較復(fù)雜，這里就不作介紹了。單片機(jī)對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行處理后，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)液體密度的測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)償。圖2-9所示溫度補(bǔ)償電路可以完成下列轉(zhuǎn)換： 1 （2-10） 將此電壓送入單片機(jī)，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液體密度傳感器的溫度補(bǔ)償。圖2-9 溫度補(bǔ)償電路2.5 正弦波整形電路圖2-10所示電路為正弦波整形電路。它利用施密特觸發(fā)器在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只

20、要幅度大于VT+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。 從傳感器得到的矩形脈沖信號(hào)經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時(shí)，波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號(hào)通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)時(shí)，信號(hào)上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的VT+和VT-設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果4。圖2-10 正弦波整形電路2.6 頻率信號(hào)處理部分的電路原理圖通過上面幾節(jié)內(nèi)容的介紹

21、，已經(jīng)知道了液體密度傳感器的各部分組成和工作原理了，下面來把它們連接起來構(gòu)成一個(gè)較為完整的電路。振筒驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)的只是對(duì)振筒的驅(qū)動(dòng)以及選出振動(dòng)筒的固有頻率的作用，它不能完成對(duì)頻率信號(hào)的處理。因此驅(qū)動(dòng)電路輸出的信號(hào)還需要進(jìn)行再處理才能更方便的被測(cè)出頻率8。圖2-11所示為頻率信號(hào)處理部分的電路原理圖：圖2-11 頻率信號(hào)處理部分的電路原理圖2.7 傳感器設(shè)計(jì)中所遇到的問題及解決方案在上面的內(nèi)容中已經(jīng)介紹了振筒式液體密度傳感器的各部分組成及其工作原理。下面就振筒式液體密度傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作些說明。振筒式液體密度傳感器是利用機(jī)械的振動(dòng)與被測(cè)液體密度的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量的，其敏感元件是彈性振動(dòng)體，振動(dòng)體的固

22、有振動(dòng)頻率隨流經(jīng)的液體密度變化而變化，當(dāng)被測(cè)液體流過傳感器時(shí)，受激振和拾振器件作用的振動(dòng)敏感元件的共振頻率隨液體密度變化而變化，可以通過測(cè)量振動(dòng)體的共振頻率獲得被測(cè)液體的密度。傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括振動(dòng)筒、拾振線圈和激振線圈、信號(hào)處理電路三個(gè)部分。其中振動(dòng)筒是傳感器的敏感元件。拾振線圈和激振線圈與振動(dòng)筒一起置于被測(cè)液體中，通過支撐結(jié)構(gòu)固定在振動(dòng)筒的兩側(cè)。激振線圈與拾振線圈中間裝有磁芯以加強(qiáng)激勵(lì)效果。信號(hào)處理電路系統(tǒng)包括諧振電路與單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理電路。振動(dòng)筒是傳感器的核心部件，振動(dòng)筒結(jié)構(gòu)性能直接影響傳感器的性能參數(shù)。通過有限元計(jì)算，選定圓筒諧振子的尺寸參數(shù)：有效長度40mm,外半徑10mm，壁厚0

23、.10mm，空氣中諧振頻率為3126Hz。下面來看看在振動(dòng)筒設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題：首先，溫度變化會(huì)引起材料的幾何參數(shù)、彈性模變、材料密度等發(fā)生變化，從而引起振動(dòng)頻率變化。為減少溫度誤差，振動(dòng)筒應(yīng)該選擇合適的材料。其次，外界壓力變化會(huì)引起振動(dòng)筒變形，影響振動(dòng)筒振動(dòng)頻率。采取的措施是選擇對(duì)壓力變化不敏感的振型，同時(shí)將振筒浸入液體中，振筒內(nèi)外壓力相抵，減少對(duì)振筒振動(dòng)頻率的影響。還有就是黏度的影響，由于摩擦力的作用使筒壁受到剪切力，會(huì)影響震動(dòng)筒振動(dòng)頻率。但是如果流體流速很低，并同振動(dòng)筒一起運(yùn)動(dòng)，黏度的影響將大大減小。1材料的選擇材料在寬溫度范圍內(nèi)要具有極穩(wěn)定的彈性模量和極小的尺寸變化，本設(shè)計(jì)選用恒彈性

24、鎳鉻彈性鋼3J53作為振動(dòng)筒材料。其彈性模量為195GPa，密度為8,工作溫度為-40+80，溫度范圍內(nèi)頻率溫度系數(shù)為/，滿足寬溫度范圍的震動(dòng)筒應(yīng)用要求。2加工工藝的選擇為了滿足傳感器的使用要求，對(duì)振動(dòng)筒的加工工藝提出了很高的要求，包括優(yōu)良的音頻特性、光潔度、壁厚的均勻度、內(nèi)外壁的同軸度、圓度，以及整體尺寸的精確度。鑒于3J53良好的高溫?zé)崴苄?，?duì)振動(dòng)筒采用了分體式工藝，對(duì)中間振動(dòng)部位采用熱拔工藝，然后對(duì)其進(jìn)行熱處理，使其性能達(dá)到所需要求。由于分體式振動(dòng)筒的中間薄壁部件與上帽底座的剛性連接是薄壁與壁厚的連接，普通的焊接方法會(huì)使薄壁件產(chǎn)生熱變形，而且長時(shí)間的熱狀態(tài)會(huì)破壞振動(dòng)部位的金屬彈性性能，使

25、振動(dòng)筒失效，為此，選用了YAG激光焊接機(jī)進(jìn)行焊接。激光加工為脈沖能量，激光焊接可以使緊密配合的兩部件瞬間融合，將脈沖頻率調(diào)節(jié)到最佳，使脈沖點(diǎn)疊加，可以瞬間融化金屬使之結(jié)合，不會(huì)改變金屬的物理特性，能做到較好的連續(xù)焊接。分體式結(jié)構(gòu)的上帽與底座采用的振動(dòng)部位材質(zhì)性能相近的不銹鋼1Cr18Ni9Ti,在振動(dòng)部位結(jié)合處是緊密配合。經(jīng)過YAG激光焊接機(jī)焊接得到的振動(dòng)筒，表面無縫隙、無偏軌、光滑、牢固、可靠、音頻特性良好。通過上面的方案解決所遇到的問題后，可以得到下面的一些技術(shù)指標(biāo)8。液體密度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)如下：精度： 0.05%FS溫度遲滯： 0.015%FS溫度系數(shù)： 0.015%FS/長期穩(wěn)定性

26、： 0.03% FS/12個(gè)月工作溫度范圍： 040供電電壓 ： +5V0.2V DC功耗： 150mW測(cè)量介質(zhì)： 液體測(cè)量密度類型： 絕對(duì)密度第3章 硬件部分設(shè)計(jì)前面已經(jīng)介紹了密度傳感器的相關(guān)內(nèi)容，密度傳感器只能實(shí)現(xiàn)密度與頻率信號(hào)之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換，它不能直接讀出液體的密度值，要想得到密度值還需要單片機(jī)系統(tǒng)的再次關(guān)系轉(zhuǎn)換，只不過，這次是通過對(duì)頻率的測(cè)量后，找到該頻率所對(duì)應(yīng)的密度值，單片機(jī)所要實(shí)現(xiàn)的也就是測(cè)頻和查表功能了。下面是單片機(jī)系統(tǒng)的一些主要部件的功能和結(jié)構(gòu)原理圖的簡介。3.1 AT89C51簡介下面我們來看看AT89C51的相關(guān)引腳的功能：1VCC（40）：電源端，為+5V。2VSS（20

27、）：接地端。3XTL1（19）和XTL2（18）：接外部晶振和微調(diào)電容。單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào)才能工作，在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需在XTL2上加外部時(shí)鐘信號(hào)。 4.RST/VPD（9）：RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效，當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。5P0口：8位準(zhǔn)雙向I/O口。每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載，P0口可作為一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出；在CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口為分時(shí)復(fù)用的低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線。6P1口：8位準(zhǔn)雙向I

28、/O端口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載4。3.2 LED顯示器簡介LED顯示器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。連同小數(shù)點(diǎn)在內(nèi)，一共是8個(gè)LED。點(diǎn)亮適當(dāng)?shù)淖侄?，即能顯示09的數(shù)字和某些字符、符號(hào)。這種顯示器有兩種形式：一種是發(fā)光二極管的陰極連在一起的共陰極顯示器，另一種是陽極連在一起的共陽極顯示器。7段顯示器的字符形狀有些失真，能顯示的字符數(shù)量較少，但控制簡單，使用方便，故在數(shù)字顯示和控制儀器中得到了廣泛應(yīng)用gabcfed圖3-1 顯示器結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)中用的是動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是輪流點(diǎn)亮各位顯示器，該方法只需一個(gè)8位斷碼輸出口和一個(gè)8位掃描輸出口（顯示位數(shù)小于8時(shí)），后者的作用是依次接通各位LED

29、。動(dòng)態(tài)顯示小需要較大的驅(qū)動(dòng)電流，故在輸出口之后尚需加驅(qū)動(dòng)器。顯示器的亮度既同驅(qū)動(dòng)電流有關(guān)，也同點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高且較穩(wěn)定的顯示。圖3-2 LED動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路由于所有的LED模塊公用了驅(qū)動(dòng)端，所以其驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法需要采用分時(shí)掃描（也稱動(dòng)態(tài)掃描）方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)所有LED的顯示驅(qū)動(dòng)，其原理如下（以圖3-2為例）：1.將A0設(shè)置為高電平，也即允許第一組LED顯示，同時(shí)將A1設(shè)置為低電平，也即關(guān)閉該陰極所對(duì)應(yīng)的LED組的顯示；2.在P0口輸出A0組對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)，如字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，7段碼對(duì)應(yīng)的數(shù)字的數(shù)據(jù)等，該數(shù)據(jù)可以通過ROM表的形式來預(yù)先定義；3.保持一定

30、的時(shí)間T，該時(shí)間即為所設(shè)定定時(shí)器的中斷時(shí)間；4.將A0口設(shè)置為低電平，關(guān)閉A0組LED的顯示；5.將A1設(shè)置為高電平，A0設(shè)置為低電平，開啟A1組對(duì)應(yīng)的LED的顯示；6.在P0口輸出A1組對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)；7.重復(fù)以上步驟，直到所有組被掃描一遍，然后又從A0組開始下一個(gè)循環(huán)，如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)所有LED的動(dòng)態(tài)顯示24。3.3 硬件電路原理圖圖3-3所示為硬件電路原理圖。前面我們已經(jīng)介紹了單片機(jī)AT89C51的相關(guān)引腳功能和LED顯示器的工作原理。在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)輸入信號(hào)送到單片機(jī)后，單片機(jī)即對(duì)該信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻，然后通過非線性處理經(jīng)查表后輸出顯示出液體的密度值。具體的工作過程在第4章里有詳細(xì)的說明，這

31、里就不作具體的介紹了。圖3-3 硬件電路原理圖第4章 軟件部分設(shè)計(jì)在前面已經(jīng)介紹了基于單片機(jī)系統(tǒng)的液體密度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)的硬件部分設(shè)計(jì)，它主要是由密度傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)組成的。密度傳感器可以實(shí)現(xiàn)將液體密度轉(zhuǎn)換為信號(hào)頻率，單片機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)頻率的測(cè)量以及將頻率換算成密度值輸出顯示。然而光靠這些硬件是無法得到最終結(jié)果的，它還需要軟件部分的內(nèi)容來輔助完成。4.1 主程序流程圖 圖4-1所示為本設(shè)計(jì)的主程序流程圖本設(shè)計(jì)的程序所要實(shí)現(xiàn)的主要功能就是測(cè)頻和查表，但是在實(shí)現(xiàn)該功能的過程中還附帶了許多輔助功能。首先，初始化是必不可少的，之后便是中斷服務(wù)，中斷部分所測(cè)出來的多組頻率值還需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理如

32、均值濾波，非線性處理等。才能得到較為準(zhǔn)確的與頻率密度對(duì)照表相對(duì)應(yīng)的頻率值，從而得到密度值輸出顯示。 開始定義堆棧區(qū)顯示緩存單元清T0計(jì)數(shù)，T1定時(shí)開中斷放置循環(huán)次數(shù)均值濾波查表BCD變換調(diào)用顯示子程序等待定時(shí)中斷請(qǐng)求圖4-1 主程序流程圖設(shè)計(jì)中設(shè)定一次測(cè)量時(shí)間為1S，閘門時(shí)間為100mS，所以要進(jìn)行10次測(cè)量計(jì)數(shù)。由于采用的是12MHz晶振，所以必須把T0的初始值設(shè)定為3CB0H。另外還設(shè)定8次測(cè)量。4.2 中斷子程序流程圖中斷子程序?qū)嶋H上就是測(cè)頻的程序，它完成的功能是對(duì)1S進(jìn)行10次分割，然后測(cè)量出在這1S的時(shí)間里輸入的方波信號(hào)有多少個(gè)周期，將所得到的數(shù)值存進(jìn)30H和31H。如此進(jìn)行8次測(cè)量

33、后，將得到8個(gè)數(shù)值，然后進(jìn)入到均值濾波階段。圖4-2所示為中斷子程序流程圖進(jìn)入均值濾波程序8次測(cè)量減1計(jì)數(shù)是否返回8次是否到？計(jì)數(shù)值送30H、31H1S定時(shí)開始/計(jì)數(shù)開始中斷開始1S到圖4-2 中斷子程序流程圖4.3 均值濾波子程序流程圖在進(jìn)行測(cè)量過程中，因?yàn)橛兄T多因素的影響，一次測(cè)量是不能讀出較為準(zhǔn)確的頻率值的。只有進(jìn)行多次測(cè)量求得的平均值才是最為接近真值的。在本設(shè)計(jì)中，采用的是8次測(cè)量，除去最大值和最小值再對(duì)剩下的6個(gè)數(shù)求平均值，最后得出需要的頻率值。圖4-3所示為均值濾波子程序流程圖。均值濾波開始找出最大值找出最小值求其余六數(shù)的平均值進(jìn)入非線性處理程序圖4-3 均值濾波子程序流程圖4.4

34、 非線性處理子程序流程圖圖4-4所示為非線性處理子程序流程圖非線性處理過程實(shí)際上就是對(duì)得出的頻率值進(jìn)行處理的一個(gè)過程。因?yàn)樗o出的頻率密度對(duì)照表是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，表中并不是包括所有可能讀出的頻率值。那么如果得到頻率值在表中找不到對(duì)應(yīng)的值，該怎么辦？就必須對(duì)它進(jìn)行一次非線性處理，使得到的頻率值向表中最為接近的頻率值靠近，并選定該值。實(shí)際上也就是將定值對(duì)照改成了范圍對(duì)照了。因?yàn)轭l率密度對(duì)照表是經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)得出來的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。它也不是絕對(duì)的準(zhǔn)確，它也有一個(gè)波動(dòng)范圍的，所以可以把該波動(dòng)范圍內(nèi)的頻率值所對(duì)應(yīng)的密度值都認(rèn)定為它所對(duì)應(yīng)的密度值。通過上面的操作，就不會(huì)因?yàn)樵趯?duì)照表中找不到讀出來的頻率值而不知所措

35、了。開始查頻率表查系數(shù)表查密度表進(jìn)入顯示程序圖4-4所示為非線性處理子程序流程圖4.5 顯示子程序流程圖數(shù)碼顯示器最后顯示的是十進(jìn)制數(shù)，而單片機(jī)進(jìn)行的都是十六進(jìn)制操作，那么就需要一個(gè)程序?qū)⑹M(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)顯示。那么如何進(jìn)行這一轉(zhuǎn)化關(guān)系操作呢？圖4-5所示為顯示子程序流程圖開始初始化查段碼表送段碼延時(shí)送位選返回圖4-5 顯示子程序流程圖結(jié)論與展望隨著社會(huì)的進(jìn)步，液體密度測(cè)量技術(shù)越來越多的被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，在計(jì)量、科研和工業(yè)生產(chǎn)中有著重要意義。對(duì)密度測(cè)量研究及其應(yīng)用涉及國際間的科技交流與合作，是顯示一個(gè)國家現(xiàn)代計(jì)量水平的重要方面。所以，對(duì)于液體密度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)和完善有著重要的意義。本設(shè)計(jì)通

36、過對(duì)液體密度傳感器的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電路、溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī)硬件部分以及單片機(jī)軟件部分的設(shè)計(jì)。最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)液體密度的測(cè)量。它具有精確度高、測(cè)量速度快、測(cè)量范圍廣、使用方便等特性。具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)選用了振動(dòng)法，因?yàn)槠渌姆椒ú荒芨唵蔚膶?shí)現(xiàn)密度與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。由于本設(shè)計(jì)是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上完成的，所以對(duì)于密度與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換是非常必要的。振動(dòng)法是利用振筒式液體密度傳感器將液體的密度參量轉(zhuǎn)換成振筒的固有頻率，再通過驅(qū)動(dòng)電路將該頻率轉(zhuǎn)化成頻率的電信號(hào)后，利用單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻和查表，最終顯示出液體的密度值。它結(jié)構(gòu)簡單，工作效率較高。但是在它的工作過程中，我們遇到了一些外界因素如環(huán)

37、境溫度及外界壓力等對(duì)測(cè)量的干擾。為了解決這些問題，本設(shè)計(jì)采取了溫度補(bǔ)償措施，還對(duì)振筒的加工材料作了一定的要求。在軟件設(shè)計(jì)中采用了多次測(cè)量取平均值的方法減小了測(cè)量誤差。還對(duì)所測(cè)得的頻率值作了非線性處理，解決了所測(cè)值可能不能與對(duì)照表中的頻率值相對(duì)應(yīng)的問題。本設(shè)計(jì)中采用了查表程序，由于測(cè)得的頻率值并不能都與頻率密度對(duì)照表中的頻率值相同，所以采用了非線性處理，因而就會(huì)存在一定的誤差。而且一些外界因素也會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。盡管采用了一些補(bǔ)償措施以減小誤差，但是不能從根本的解決問題。液體密度測(cè)量不僅具有很重要的意義，而且用途非常廣泛，它涉及到日常生活、國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)等諸多領(lǐng)域，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要方面。

38、對(duì)液體密度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)和完善，具有非常重要的意義。本設(shè)計(jì)精確度高、測(cè)量速度快、測(cè)量范圍廣、使用方便，具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。致 謝本設(shè)計(jì)是在李炳榮老師的悉心指導(dǎo)下完成的。李老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)、孜孜不倦的敬業(yè)精神、循循善誘的教學(xué)風(fēng)格和正直坦蕩的為人風(fēng)范使我受益匪淺，并將成為學(xué)生未來人生道路上的一盞明燈，謹(jǐn)此向李老師致以崇高的敬意和最衷心的感謝!借此機(jī)會(huì)也向給予我無私幫助的院校的各位老師和同學(xué)們表示最衷心的感謝。感謝08級(jí)同窗好友的熱情幫助!衷心感謝評(píng)審論文的各位專家、教授為本設(shè)計(jì)提出寶貴的意見。感謝我的父母，正是他們默默地給我支持，深深地為我祝福，用無私的關(guān)愛和理解陪伴我走過人生的每一個(gè)站。能夠和父

39、母一起分享成功的喜悅我最大的快樂。感謝所有關(guān)心我的人。謝謝! 作者： 2008年6月5日 參考文獻(xiàn) 1 賈伯年,俞樸.傳感器技術(shù)M.南京:東南大學(xué)出版社,2000 2 求是科技.PIC單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航M.北京:人民郵電出版社,1999 3 蔣敦斌,李文英.非電量測(cè)量與傳感器應(yīng)用M.北京:國防工業(yè)出版社,19994 宋浩,田豐.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,20005 陳潤泰,許昆.檢測(cè)技術(shù)與智能儀表M.長沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,19946 黃賢武.傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)M.成都:電子科技大學(xué)出版社,19977 余永權(quán),汪明慧,黃英.單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用M.北京:電子工

40、業(yè)出社,2003.108 陳躍東.DS18B20集成溫度傳感器原理及其應(yīng)用N.安徽工程科技學(xué)院報(bào),2002.4.22-269 琚雪梅,王玉斌,張巍,盧崇考. 電容式高分子濕敏元件敏感材料的選擇J傳感器技術(shù), 2003,(02).31-34 10 AT89C52的智能濕度控制器的設(shè)計(jì),卞金洪,鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 2007年 03期.16-1911 濕度傳感器的新進(jìn)展,駱如枋, 化學(xué)傳感器, Chemical Sensors, 編輯部郵箱 1993年 04期17-19 . 12 周志剛. 化學(xué)傳感器的新進(jìn)展J傳感器世界, 1997,(02).27-29 13 電容式濕度傳感器性能測(cè)試方法

41、分析,劉兆東,許言, 信息技術(shù),編輯部郵箱 2007年 02期26-2814 陳步月.基于單片機(jī)的測(cè)試技術(shù)原理與應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,200715 聞穎梅,任民峰.心電圖入門M.北京：人民衛(wèi)生出版社,198016 顧文榮,丁序.心電圖快速學(xué)習(xí)法M.武漢：人民衛(wèi)生出版社,198417 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,200218 辛友順,胡永生.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M.福建：福建科學(xué)技術(shù)出版社，200519 蔡振江.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社,200620 王元慶.新型傳感器原理及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,200621 黃志偉.心

42、電信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)與臨床應(yīng)用.中國測(cè)試技術(shù)2005 22 李文芳.基于心電信號(hào)ADS7825的心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.中國醫(yī)療器械信息,2006,(03).12-1423 賈伯年主編. 傳感器技術(shù) (修訂版)M. 南京：東南大學(xué)出版社,200424 程得福,林君編著.智能儀器M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200525 姚偉,張國雄,樊玉銘,任俊峰,陳衛(wèi)東.振動(dòng)筒式液體密度傳感器的電路設(shè)計(jì)J.傳感器技術(shù),2006.29（4）: 161-16226 李廣弟，朱月秀，王秀山編著.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，200127 Tam ancestral roots. Pressure mea

43、surement instrumentsM, Beijing: Machinery Industry Press, 198128 tycoon. Thermal process instrumentationJ, Beijing China Power Press, 199729 附錄A 總設(shè)計(jì)圖附錄B 引用的外文文獻(xiàn)及其譯文The Introduction of The AT89C51258-bit Microcontroller with 4K Bytes In-System Programmable Flash,ATMEL： Features Compatible with MCS-51

44、 Products 4 Kbytes of In-System Reprogrammable Flash MemoryEndurance: 1,000 Write/Erase Cycles Fully Static Operation: 0 Hz to 24 MHz Three-Level Program Memory Lock 128 x 8-Bit Internal RAM 32 Programmable I/O Lines Two 16-Bit Timer/Counters Six Interrupt Sources Programmable Serial Channel Low Pow

45、er Idle and Power Down ModesDescriptionThe AT89C51 is a low-power, high-performance CMOS 8-bit microcomputer with 4 Kbytes of Flash Programmable and Erasable Read Only Memory (PEROM). The device is manufactured using Atmels high density nonvolatile memory technology and is compatible with the indust

46、ry standard MCS-51 instruction set and pinout. The on-chip Flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory programmer.By combining a versatile 8-bit CPU with Flash on a monolithic chip, the Atmel AT89C51is a powerful microcomputer which provides a

47、 highly flexible and cost effective solution tomany embedded control applications.The AT89C51 provides the following standard features: 4 Kbytes of Flash, 128 bytes ofRAM, 32 I/O lines, two 16-bit timer/counters, a five vector two-level interrupt architecture, afull duplex serial port, on-chip oscil

48、lator and clock circuitry. In addition, the AT89C51 is designed with static logic for operation down to zero frequencyand supports two software selectable power saving modes. The Idle Mode stops the CPU while allowing the RAM, timer/counters,serial port and interrupt system to continue functioning.

49、The Power Down Mode saves the RAM contents but freezes the oscillator disabling all other chip functions until the next hardware reset.Pin DescriptionVCCSupply voltage.GNDGround.Port 0:Port 0 is an 8-bit open drain bidirectional I/O port. As an output port each pin can sink eight TTL inputs. When 1s

50、 are written to port 0 pins, the pins can be used as high-impedance inputs. Port 0 may also be configured to be the multiplexed low-order address/data bus during accesses to external program and data memory. In this mode P0 has internal pullups.Port 0 also receives the code bytes during Flash progra

51、mming,and outputs the code bytes during program verification. External pullups are required during program verification.Port 1:Port 1 is an 8-bit bidirectional I/O port with internal pullups. The Port 1 output buffers can sink/source four TTL inputs. When 1s are written to Port 1 pins they are pulle

52、d high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs, Port 1 pins that are externally being pulled low will source current (IIL) because of the internal pullups.Port 1 also receives the low-order address bytes during Flash programming and program verification.Port 2 :Port 2 is an 8-bi

53、t bidirectional I/O port with internal pullups. The Port 2 output buffers can sink/source four TTL inputs. When 1s are written to Port 2 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs, Port 2 pins that are externally being pulled low will source current (IIL) because of the internal pullups. Port 2 emits the high-order address byte during fetches from external program memory and during accesses to external data memory that use 16-bit addresses (MOVX DPTR). In this applic