单片机的薄膜谐振式水位传感器的高度测量用频率计的设计与制作

摘 要

本文介绍了一种以单片机(AT89C51)为核心与薄膜谐振式水位传感器配套使用的液位高度测量用频率计的设计与制作。还介绍了谐振式水位传感器的新型传感原理,传感器的结构,数字振荡电路的特点，阐述了水位与频率的对应关系。薄膜谐振式水位传感器内置三点式水位传感器振荡电路，该振荡电路的固有频率随水位的变化而变化，通过检测该振荡电路的固有频率来判定水位的高低。

该频率计直接利用单片机内部的计数器对薄膜谐振式水位传感器的频率脉冲信号进行计数，然后利用单片机的定时功能实现对频率的检测，最后通过LED动态显示电路显示数值。在设计中应用了单片机的运算和控制功能，满足测量的精度要求，该频率测量仪器测量误差小于±10Hz测频性能稳定可靠，可单独使用，也可方便嵌入系统中。

该频率计具有结构简单、价格低、精度高、操作简单、并且降低产品的成本,有利于新产品的设计与研制、等特点。随着单片机应用技术的发展，越来越多的测量仪器都采用单片机作为系统进行设计，应用单片机进行系统设计时系统结构简单、控制方便、硬件设计需要外围器件较少，软件设计可采用汇编语言编程，汇编语言具有编程方便、运算效率高、占用内存少等优点。

关键词： 液位检测；频率测量；传感器；单片机

Abstract

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目 录

1 绪论.1

1.1选题的目的及意义 1

1.2 频率测量仪器的现状及发展 1

1.3 频率计的设计内容及要求 2

2 薄膜谐振式水位传感器应用.3

2.1 薄膜谐振式水位传感器概述 3

2.1.1 薄膜谐振式水位传感器的结构 3

2.1.2水位传感器的工作原理 3

2.2薄膜谐振式水位传感器的功能简介 4

2.2.1水位检测 4

2.2.2水位与频率关系的对应 4

3 频率计总体方案设计.6

3.1方案论证与比较 6

3.1.1 方案一 6

3.1.2 方案二 7

3.2 方案选择 7

4 频率计硬件分析与设计.8

4.1频率计系统的组成与基本工作原理 8

4.1.1  系统组成 8

4.1.2  系统设计原理 8

4.1.3  测频原理 9

4.2 AT89C51单片机在本系统中的应用 9

4.2.1  AT89C51简介 9

4.2.2  AT89C51器件的基本结构 11

4.2.3  AT89C51的定时器/计数器 13

4.2.4  AT89C51外围电路设计 14

4.3 地址锁存器74LS373介绍 14

4.4 八路反相缓冲器74LS240应用 15

4.5 显示电路 16

4.5.1显示电路设计 16

4.5.2单片机驱动数码管原理 17

4.6 硬件总电路图 17

5  软件设计.18

5.1主程序设计 18

5.2 中断服务子程序设计 19

5.3 显示子程序设计 20

6 运行与调试21

6.1硬件调试 21

6.2 软件程序调试 22

6.2.1 MedWin仿真软件简介 22

6.2.2 汇编语言程序的仿真调试 22

6.3系统联调 23

7 结论与展望25

7.1 结论 25

7.2 展望 25

谢辞26

参考文献27

附录 128

程序清单 28

附录 233

硬件总电路图 33