模拟自动出水龙头控制系统设计与实现

模拟自动出水龙头控制系统设计与实现

3 系统硬件设计

3.1控制电路设计

控制电路主要进行数据的处理、信号的转换、逻辑控制。控制电路主要包括：单

片机的选择、时钟电路、复位电路、电源稳压电路。

3.1.1 单片机的选择

国内流行的8位单片机主要是51系列，8051是早期的经典产品，以后的51单片机都是据此发展起来的，这里选用的是AT89C51单片机，其外形及引脚排列如图所示。

19XTAL118XTAL29RSTP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDAT89C51393837363534333221222324252627281011121314151617293031PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7 图7 51单片机

各引脚接口功能说明如下：

XTAL1 ：接外部晶体的一个引脚。

XTAL2 : 该引脚接外部晶体和微调电容的另一端。 Ucc ：该引脚接5V电源正端。 Uss ：该引脚接5V电源地端。

RST : 复位信号输入端，高电平有效。当单片机正常工作时，该引脚保持两个机器周期的高电平就会使单片机复位；在上电时，由于振荡需要一定的起振时间，该引脚上的高电平必须保持10秒以上才能保证有效复位。

8

模拟自动出水龙头控制系统设计与实现

ALE ： 地址所存信号，每个机器周期输出两个正脉冲。在访问片外存储器时，下降沿用于控制外接的地址锁存器，锁存从P0口输出的低8位地址；在没有接外部存储器时，可以将该引脚的输出作为时钟信号使用。若要检查单片机是否工作，可以使用示波器查看该引脚是否有脉冲信号输出。

PSEN ：片外程序存储器读选通信号输出端，每个机器周期输出两个负脉冲，低电平有效，在访问片外数据存储器时，该信号不出现。

EA/VPP : EA为片外程序存储器选择输入端，该引脚为低电平时，使用片外程序存储器，外高电平时；使用片内程序存储器 。VPP为片内程序存储器编程电压输入端。其电压值与片内可编程ROM类型有关。

P0口 ： 是一个8位漏极开路的I/O口。当CPU以总线方式访问片外存储器时，P0口分时的输出低8位地址、读入指令和输入/输出数据，此时P0口可以驱动8个LS型TTL负载。当P0口作为一般的I/O口时，为准双向口，并且输出时必须接上拉电阻，此时P0口可以驱动4个LS型TTL负载。

P1口 ： 是一个内部有上拉的8位准双向I/O口，作为一般I/O口使用。

P2口 ： 是一个内部有上拉的8位I/O口。当CPU以总线方式昂问片外存储器时，P2口输出高8位地址。作为一般I/O口使用时，为准双向I/O口，可以驱动4个LS型TTL负载。

P3口 ： 也是一个内部有上拉的8位I/O口，还是一个双功能口。个引脚第二功能如表1所示。

表1 P3口各引脚第二功能定义

引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能 RXD:串行口输入 TXD:串行口输出 INT0:外部中断0请求输入 INT1:外部中断1请求输入 T0：定时器/计数器0外部计数脉冲输入 T1：定时器/计数器1外部计数脉冲输入 WR：外部数据存储器写控制信号输出 RD：外部数据存储器读控制信号输出 由于MCS51单片机内部具有产生总线的结构，所以很容易对外提供三总线：

地址总线（AB)：地址总线宽度为16位，寻址范围为64KB。当CPU访问片外存储器时，P0口分时地输出低8位地址，经地址锁存器锁存后形成稳定的低8位地址A0--A7，P2口则提供高8位地址A8--A15.

数据总线（DB）：P0口分时地直接提供数据总线D0--D7,与读写控制信号相配合，

9

模拟自动出水龙头控制系统设计与实现

完成数据传输。

控制总线（CB）：对单片机读写操作有直接作用的控制信号主要有：ALE、PSEN、WR、RD和EA这5个信号。 3.1.2 稳压电源电路

在稳压电源电路中，由电压变压器、桥式整流器电路、滤波电容和固定式三端稳压器LM7812、LM7805搭建而成。220V交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路和滤波电容的整流及滤波，输出并不稳定的DC15V，三端稳压器LM7812经过滤波后输出DC12V,用于继电器的输入电压，最终由LM7805的稳压和电容的滤波及消除干扰后在VO和GND两端输出一个精度高、稳定性好的电压DC5V,电流1.5A[7]。该模块稳压电源电路如图8所示。

变压器C42C31000uF/25vC6GNDC5VOVI13GND2104110uF100uFVO直流 5 V3VI输入交流220v整流桥U27805DC12VU17812FU11A 图8 稳压电源电路 常见的三段集成稳压电路有正电压输出的78XX和负电压输出的79XX系列。在方

案中采用78XX系列正电压输出，三端稳压器LM7805的外形如图所示[8]：

图9 LM358

10

模拟自动出水龙头控制系统设计与实现

图中的引脚1为最高电位，2脚为最低电位。这种三端集成稳压电路是指只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端及输出端，其外形是普通的三极管，使用T0-220的标准封装，也有9013样子的T0-92封装，用78、79系列三段稳压IC来组成稳压电源锁需要的外围元件较少，其内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠方便而且价格便宜，该系列集成稳压型号中78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7812表示输出电压为DC12V，7805表示输出电压为DC5V。在实际的应用中为防止稳压管温度过高时稳压性能变差，可在三端稳压电路上安装足够大的散热器在大功率的条件下使用。 3.1.3 时钟电路

51单片机内部有产生振荡信号的放大电路，可以用两种方式产生单片机需要的时钟，一种是内部方式，另一种是外部方式。

（1）内部方式 利用单片机内部的放大电路，外接晶振等器件构成的振荡电路.单片机内部有一个放大器，放大器的输入端位XTAL1，输出端为XTAL2，两端接晶振及两个电容，就可以构成稳定的自激振荡器，如图5所示电容C1和C2通常去30pF左右，可稳定频率并对频率有微调作用。对89C51系列，其振荡频率一般为f=0--24MHz，有的甚至更高。

（2）外部方式 使用片外的时钟信号，接到XTAL1或XTAL2引脚上，给单片机提供基本振荡信号。

19XTAL1C222pF18XTAL212Mz9RSTP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDAT89C51393837363534333221222324252627281011121314151617C922pF293031PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7 图10 时钟电路

11