基于電化學的飲水機水質監測報警器設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 給定的比較電壓時會想單片機AT89C2051發送信號。實驗方案：模擬純凈水的水質變化，逐步的向燒杯中加入食鹽，以達到水中離子濃度增加。電極全部侵入到溶液中，以比便測量信號的不準確。通過測量電路的測試得出在給定電壓為5V的情況下水中的電導率變化比較大，電源的電壓為5V額定電流為1A，當加入食鹽以模擬污染環境。電位器電源萬用表水杯 測量信號電路原理圖15879134分NPT5 電極尺寸參數LM339 信號采集原理是示意圖 信號分析及輸出系統信號比較這里采用了LM339型電壓比較器，這是一款四電壓比較器的集成電路，該電路的特點有，工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電壓均可工作，單電源2~36V，雙電源177。1~177。18V，消耗電流小，Icc=，輸入失調電壓小，V=177。2mA共模輸入電壓范圍寬， Vic=0～；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；采用雙列直插14 腳塑料封裝（DIP14）和微形的雙列14 腳塑料封裝（SOP14） LM339管腳封裝圖LM393/339是高增益,寬頻帶器件,像大多數比較器一樣,如果輸出端到輸入端有寄生電容而產生耦合,標準PC板的設計對減小輸入—,而且增加甚至很小的正反饋量(~10mV)能導致快速轉換,否則直接插入IC并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉換周期內振蕩,如果輸入信號是脈沖波形,并且上升和下降時間相當快,~。,發射極接地的NPN輸出晶體管,(當不用負載電阻沒被運用),(16mA)時, 的γSAT限制。當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調電壓()允許輸出箝位在零電平。LM339類似于增益不可調的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態可靠地轉換到另一種狀態，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選315K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 下圖為基礎的比較電路 LM339基本比較電路 中心控制裝置分析部分選擇了AT89C2051，AT89C2051是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS8位單片機，片內含2k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C2051是一帶有2K字節閃速可編程可擦除只讀存儲器（EEPROM）的低電壓，高性能8位CMOS微處理器。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術制造并和工業標準MCS51指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPLI和閃速存儲器，ATMEL的AT89C2051是一強勁的微型處理器，它對許多嵌入式控制應用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。AT89C2051提供以下標準功能：2K字節閃速存儲器，128字節RAM，15根I/O口，兩個16位定時器，一個五向量兩級中斷結構，一個全雙工串行口，一個精密模擬比較器以及兩種可選 的軟件節電工作方式。空閑方停止CPU工作但允許RAM、定時器/計數器、串行工作口和中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM內容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個硬件復位。電子計算機的發展經理了從電子管、晶體管、集成電路到大規模集成電路共四個階段，即通常所是說的第一代、第二代、第三代和第四代計算機。現在廣泛使用的微型計算機是大規模集成電路技術的產物，因此它屬于第四代計算機，而單片機則是微型計算機的一個分支。從1971年微型計算機問世以來，由于實際應用的需要，微型計算機向著兩個不同的方向發展：一個是向高速度、大容量、高性能的高檔微機方向發展；而另一個則是想穩定可靠、體積小和價格廉的單片機方向發展。但兩者在原理和技術上是緊密聯系的。根據控制應用的需要，可以將單片機分為通用型和專用行。通用型單片機是一種基本芯片，它的內部資源比較豐富，性能全面且適用性強，能覆蓋多種應用需求。用戶可以根據需要設計成各種不同應用的控制系統，即通用單片機有一個再設計過程，通過用戶的進一步設計，才能組建成一個以單片機為核心再配以其他外圍電路的應用控制系統。專用型的單片機主要是應用在專門針對某個特定產品的，例如電鍍表和IC卡讀寫器上的單片機等。這種應用的最大特點是針對性強而且數量巨大。本電路所使用的是通用型的單片機AT89C205189系列單片機有AT89C系列的標準型及抵擋型，還有AT89S系列的高檔型。AT89C單片機的結構圖如下。它主要由下面幾部分組成：1個8位中央處理器、片內RAM、4個8位的雙向可尋址I/O口、1個全雙工UART（通用異步接收發送器）的串行接口、2個16位的定時器/計數器、多個優先級的嵌套中斷結構，以及一個片內振蕩器和時鐘電路。 在AT89C單片機結構中，最顯著的特點是內部含有FLASH存儲器，而在其他方面的結構，則和INTEL公司的8051的結構沒有太大的區別。AT89C2051是一帶有2KBFLASH可編程、可檫除只讀存儲器的低壓、高性能8位CMOS微型計算機，它采用ATMEL的高密非易失存儲器技術制造，不并和工業標準MCS51指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和FLASH存儲器，使AT89C2051成為一強勁的微型計算機。AT89C2051提供以下標準功能：2KBFLASH存儲器；128字節RAM；15條I/O口引線；2個16位定時器/計數器；1個5向量2級中斷結構；1個全雙工串行口；1個精密模擬比較器以及片內振蕩器和時鐘電路。此外，AT89C2051是用可降到0頻率的靜態邏輯操作設計的，并自持兩種可選的軟件節電工作方式。掉電方式保存RAM內容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一個硬件復位。 主要性能：和MCS51產品兼容2KB可重編程FLASH存儲器耐久性：1000次寫/檫除。全靜態操作：0HZ24MHZ AT89C2051管腳封裝圖2級加密程序存儲器128*8位內部RAM 15條可編程I/O引線2個16位定時器/計數器6個中斷源可編程串行UART通道直接LED驅動輸出片內模擬比較低功耗空載和掉電方式。 單片機內部結構圖 引腳功能說明VCC: 電源電壓GND：地P1口：P1口是一組8位雙向I/O口，，主要是考慮它們分別是內部精密比較器的同相輸入端（AIN0）和反相輸入端（AIN1），如果需要應在外部接上拉電阻。P1口輸出緩沖器可吸入20mA電流可直接驅動LED。當p1口引腳寫入“1”時可作輸入端，它們將因內部的上拉電阻而輸出電流。P1口還在Flash閃速變成及程序校驗時接收代碼數據。P3口：、。，他作為一個通用I/O口但不可訪問，但可作為固定輸入片內比較器的輸出信號，P3口緩沖器可吸入20mA電流。當P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。做輸入時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。RST引腳一旦變成兩個機器周期以上高電平，所有的I/O口都將復位到“1”狀態，當振蕩器政治工作時，持續兩個機器周期以上的高電平便可完成復位，每個機器周期為12個振蕩時鐘周期。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相發黨旗的輸出端。 振蕩器特征：XTALXTAL2為片內振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，如下圖所示。可采用石英警惕或陶瓷振蕩器組成時鐘振蕩器，如需從外部輸入時鐘驅動AT89C2051，時鐘信號從XTAL1輸入，XTAL2應懸空。由于輸入靠內部電路是經過一個2分頻觸發器，所以輸入的外部時鐘信號無需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時序規范。 晶振震蕩電路 特殊功能寄存器：片內特殊功能寄存器（SFR）空間存儲區的影象圖如下表所示。并非存儲區中所有的地址單元都被占用，未占用的地址單元亦不能使用，如果對其進行讀訪問一般返回為隨機數，寫訪問也不確定。這些單元是為了以后利用這些未使用的地址單元擴展新功能而設置。所以用戶軟件不要對它們寫“1”，在這種情況下，新位的復位或不激活值總為“0”。某些指令的約束條件：AT89C2051是經濟型低價位的微控制器，它含有2K字節的Flash閃速程序存儲器，指令系統與MCS51完全兼容，可使用MCS51指令系統對其進行編程。但是在使用某些有關指令進行編程時，需要注意一些事項。和跳轉或分支有關的指令有一定的空間約束，使目的地址能安全在AT89C2051的2K字節的物理程序存儲器空間內，必須注意這一點。對于2K字節存儲器的AT89C2051來說，LJMP 7E0H是一條有效指令，而LJMP 900H則為無效指令。分支指令:對于LCALL、LJMP、ACALL、AJMP、SJMP、JMP@A+DPTR等指令，只要記住這些分支指令的目的地址在程序存儲器大小的物理范圍內（AT89C2051程序空間為：000H7FFH單元），這些無條件分支指令就會正確執行，超出物理空間的限制會出現不可預知的程序錯誤。CJNE[….]、DJNZ[….]、JB、JNB、JC、JNC、JBC、JZ、JNZ等這些條件轉移指令的使用與上述原則一樣，同樣，超出物理空間的限制引起不可預知的程序錯誤。至于中斷的使用，80C51系列硬件結構中已保留標準中斷服務子程序的地址。與MOVX相關的指令，數據存儲器 AT89C2051包含128字節內部數據存儲器，這樣，AT89C2051的堆棧深度局限與內部RAM128字節范圍內，它既不支持外部數據存儲器的訪問，也不支持外部程序存儲器的執行，因此程序中不應有MOVX[….]指令。程序存儲器的加密：AT89C2051使用對芯片上的兩個加密進行編程或不編程來得到如下表所示的功能： 編程或編程對照表空閑模式：在空閑模式下，CPU保持睡眠狀態而所有片內的外設仍保持激活狀態，這種方式由軟件產生。此時，片內RAM和所有特殊功能寄存器的內容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。“0”，或者在使用上拉電阻的情況下設置為“1”。應注意的是：在用硬件復位終止空閑模式時，AT89C2051通常從程序停止一直到內部復位獲得控制之前的兩個機器周期處恢復程序執行。在這種情況下片內硬件禁止對內部RAM的讀寫，但允許對端口的訪問，要消除硬件復位終止空閑模式對端口意外寫入的可能，原則上進入空閑模式指令的下一條指令不 應對端口引腳或外部存儲器進行訪問。Flash閃速存儲器的編程：AT89C2051是在擦除狀態下（也即所有單元內容均為FFH時）用2K字節內PEROM代碼存儲陣列進行封裝微控制器，其程序存儲器是可反復編程的。代碼存儲陣列依次編程一個字節，一旦陣列被編程，如需要新變成一非空（空為：FFH）字節，必須對整個存儲器陣列進行點擦除。AT89C2051內FLASH閃存儲器的編程和校驗如圖。內部地址計數器：AT89C2051內部包含一個PEROM編程地址計數器，它總在RST上升沿來時復位到00H，并在XTAL1引腳上出現正跳變脈沖時進行加1計數。編程方法：要對AT89C2051進行編程，使用以下方法。上電次序：在VCC和GND引腳之間加上電源。設置RST和XTAL1為GND電平。其它引腳置空，等待至少10Ms以上。置RST引腳為高電平。 、“H” 或低“L”電平可對PEROM進行編程操作。 AT89C2051 FLASH閃存編程方式 編程和校驗方法如下：4．。5．置RST端為+12V，激活編程。6．，寫字節周期是自身定時的。 7．當校驗已編程的數據，使RST從+12V降到邏輯電平“H”。8．對下一地址單元編程字節，使XTAL1引腳正脈沖跳變依次使地址計數器加1，在P1口輸入新的書字節。9．重復5至8，可對整個2K字節陣列全部編程，直到目標文件結束。10．下電次序： 置XTAL1為低“L”電平 置RST為“L”電平 置空所有其它I/O引腳 關閉VCC電源數據查詢：AT89C2051具有寫周期結束的數據查詢功能，在寫周期期間。當寫周期完成，全部輸出端的真實數據有效，同時下一個周期開始，數據查詢可在寫周期被初始化的任一時刻開始。Ready/busy:字節編程的進度通過“RDY/BSY輸出信號監測，編程期間，“H”后被拉低來指“BSY”，“H”來指示“RDY”。程序校驗：如果加密位LBLB2沒有進行編程，則代碼數據可通過校驗數據線讀取：使RST從“L”變為“H”，復位內部的地址計數器為000H。對代碼數據加上正確的控制信號即可在P1口引腳上讀取數據。XTAL1引腳跳變一次使內部地址計數器加1。從P1口讀取下一個代碼字節。重復3到4步驟，即可將全部單元的數據讀取。加密位不可直接校驗，加密位的校驗可通過對存儲器的校驗和寫入