文献综述

何谓单片机：
单片机（single chip microcomputer）主要用于控制方面，所以也被称为微控制器（microcontroller）。

单片机就是将微计算机的结构安置于同一个芯片而成的微计算机。

换句话说，单片机就是把微计算机的结构制造在同一个IC内而形成的微计算机。

功能较强的单片机，内部除了CPU、存储器和I/O口等基本结构外，更将定时、计数器、串行传输接口、A/D转换器和D/A转换器等都制作在内部，真可谓麻雀虽小，五脏俱全，已足可满足大部分应用上的需求。

各大IC制造厂为适合不同用途而设计出来的单片机非常多，但由于微计算机是由Intel 公司最早开发成功的，所以目前市面上也以Intel公司的MCS系列最为普遍。

它共有3大系列：1、MCS-48系列2、MCS-51系列3、MCS-96系列。

参考文献：蔡朝洋，《单片机控制实习与专题制作》，北京航空航天大学，2006年本书以MSC-51系列单片机为基本，由浅入深，软硬结合，系统地介绍了MCS-51单片机的内部结构和功能，各种接口与功能单元应用的硬件设计思想和MCS-51指令集，以及如何编译程序、如何执行和测试程序。

MCS-51系列单片机的特性：
（1）由HMOS或CMOS制程开发完成。

（2）内部有两个定时/计数器。

（3）两级中断优先等级。

（4）32个I/O引脚，分成4个8位控制端口。

（5）64KB的程序储存空间，Inter称此段空间为程序空间（Program Memory）
（6）64KB的数据储存空间，这个空间是可以写入并读取的，Inter称此段空间为数据空间（Data Memory）
（7）8751和8752单片机另外提供数据保护功能（Security Feature），可以防止程序内容遭到恶意的拷贝。

（8）所有系列单片机都可以进行单一位的布尔运算（Boolean Processor），这是传统CPU最弱的一个环节。

（9）提供位寻址数据区（Bit Addressable RAM）。

（10）可编程全双工串行传输接口（Full Duplex Serial Channel），可以同时进行发送与接收的串行通信。

（11）共有111个指令，其中有64个指令可以在一个机器周期内执行完毕，若系统使用12MHz的石英振荡晶体时，单独一个机器周期只1us的时间，较MCS-51系
列的前身8048/8049系列单片机快了2-10倍。

8051的芯片中的功能：
1、振荡及时序单元
2、内部数据存储器
3、内部程序存储器
4、定时/计数器
5、串行接口
6、并行输入/输出端口
7、控制总线
8、8051运算处理单元
9、程序状态字
10、累加器
11、B寄存器
12、IPC中断优先顺序控制寄存器
13、IEC中断使能控制寄存器
14、SBUF串行输入/输出缓冲寄存器
15、SCON串行通信控制寄存器
16、TH1/TL1和TH0/TL0定时/计数寄存器
17、TMOD定时/计数模式设置寄存器
18、TCON定时/计数控制寄存器
19、DPH和DPL数据指针寄存器
20、SP堆栈指针寄存器
21、Port3、Port2、Port1和Port0
22、特殊功能寄存区
23、内部程序储存器
24、内部数据存储器
汇编语言的基本架构：
典型的8051汇编程序包括下列各项：
LABEL MNEMONIC OPERAND ；COMMENT
TEST: MOV A,#A5H ；把Acc=A5H ,可用中文做注释
标记助记符操作数；注释
LABEL（标记部分）可有可无。

这是提供程序进入、跳转或分支的记号，程序经过汇编程序翻译后，所有的标记都变成真正的地址值。

在某些场合中，加上标记可以让程序更容易阅读和分析。

MNEMONIC（助记符）则是一个操作指令，每种CPU的助记符都不同，以8051为例，MOV代表数据传送，CPL代表数据反相，我们必须完全了解各个CPU的助记符后，写程序才会得心应手。

OPERAND(操作数)则提供必要的数据给CPU，以便数据处理时有所依据。

例如，我们要累加器增加10H ，即10进位的16，这时的写法就成为ADD A ，#10H，其中的#10H就是操作数。

COMMENT(注释部分)则是对此指令的用意做必要的说明，注释前一定会加上“；”记号，这是告知汇编程序不必理会“；”后的任何信息，继续编译下一行汇编语言，我们所写的程序中若有注释说明，经过汇编程序编译后产生的机器码中是不含任何注释的。

8051程序的执行是不需要任何注释的。

8051的指令区分：
（1）跟算数运算有关的指令。

ADD,ADC 加法
SUBB 减法
INC,DEC 加1及减1
MUL,DIV 乘法与除法
DAA 十进制调整
（2）跟逻辑运算有关的指令。

AND,ORI,XRL 逻辑上的AND,OR与异或
CLR,CPL 清除与反相
RL,RLC 左移
RR,RRC 右移
SWAP 累加器的位7--位4与位3—位0互换
（3）跟数据传送有关的指令。

MOV,MOVC 数据传送
MOVX 外部数据传送
PUSH,POP 堆栈数据传送
XCH,XCHD 寄存器数据互换
（4）跟布尔变量有关的指令。

CLR,SETB 清除或设置
CPL,ANL,ORL 逻辑上的反相，AND与OR
MOV 直接设置该位
JC,JNC 判断是否有Carry后做跳转
JB,JNB,JBC 判断该位状态后做跳转
（5）跟程序分支有关的指令。

ACALL,LCALL,RET,RETI 调用与返回
AJMP,LJMP,SJMP,JMP 跳转
JZ,JNZ,CJNZ,DJNZ 判断是否为0的跳转
还有一个跟程序没有关系但却很重要的指令：NOP。

这个指令被用在进行时间延迟或补偿上。

参考文献：林伸茂，《8051单片机彻底研究基础篇》，中国电力出版社，2007
MCS-51单片机应用系统设计的内容：
1、前向通道接口电路设计
这是单片机应用系统与被检测、被控制对象相互联系的输入通道。

2、后向通道接口电路设计
这是单片机应用系统与被检测、被控制对象相互联系的输出通道。

3、人机对话接口电路设计
单片机应用系统必须满足人机交互要求。

4、通信功能接口电路设计
一个单片机应用系统中，可能有多个单片机，而系统又需要与上位机进行通信，根据单片机应用系统与上位机通信距离的不同，又分为近程通信和远程通信。

5、低功耗及可靠性设计
应用系统为了适应不同的环境，满足不同的要求，长期稳定地工作，必须要有很高的可靠性；某些产品为了便捷要求或受使用场合限制，必须降低功能。

单片机应用系统设计的方法与步骤：
1、系统的总体方案设计
第一步是明确单片机控制对象或过程的技术指标。

2、硬件设计
确定系统扩展所需的存储器、I/O接口电路、A/D和D/A电路以及相关的外围电路，然后设计电路原理图。

3、软件设计
根据应用系统总体设计方案的要求和硬件结构，设计出能够实现系统要求的各种功能的控制程序。

4、系统仿真调试
在系统硬件和软件的初步完成后可以进行系统的仿真调试。

5、系统安装运行
这时要重点调试复位、振荡和“看门狗”等电路，直到单片机运行正常，整个系统的开
发完毕。

电路抗干扰措施：
1、电源抗干扰措施
（1）采用滤波和屏蔽的供电电源
（2）采用串联开关式稳压电源
（3）采用集成电路块单独供电
（4）采用高抗干扰电压电源和干扰抑制器
2、接地问题
（1）一点接地和多点接地的应用
（2）数字地和模拟地的连接原则
（3）PCB板的地线分布问题
3、输入/输出通道的抗干扰措施
（1）采用数字传感器
（2）对输入/输出通道进行电气隔离
（3）模拟量的输入，可采用V/F、F/V转换器。

（4）对开关量得输入，一般使用电流传输的方法，因为它比电压传输抗干扰能力强。

4、传输线的抗干扰措施
（1）一定要把模拟信号线、数字线以及电源线分开。

（2）信号线尽量使用双绞线或屏蔽线，而且屏蔽线一定要使屏蔽层良好接地
（3）信号线的敷设要尽量远离干扰源，以防止电磁干扰。

参考文献：宋浩田丰，《单片机原理及应用》，清华大学出版社，2005.1
1.1，点滴速度的测量
使用红外对管发射接收。

采用断续式工作方式,在点滴落下时阻挡了接收管接收红外线,产生高电平的脉冲信号。

由于对管的口径比较小,单光束发射,液滴相对红外装置正交落下时,产生的信号很强,很容易检测处理。

同时红外线传感器有很多优点:尺寸小,质量轻,安装在漏斗上比较简单,对辅助电路要求较小,在近距可以直接用直流发射,电路简单,性能稳定。

这个方案有效而简单,很容易实现。

1.2，液面高度的检测
仍用红外检测传感器。

让红外发射和接收管正对放置在瓶子两边，警戒线的高度，由于有水和没水时接收到信号强度不同，而在液面处对红外线的反应也与有水和没水不一样。

根据接收信号强弱不同，用比较器处理可得到水位到临界线时引起的较大的电信号差异，由此判断水位到警戒线，单片机发出报警信号。

1.3，控制调节滴速
要控制液滴滴下的速度，有两个方法。

一是调节低速夹，一是用电机调节滴斗的高度改变出口与液面处的压强，从而调节滴速。

滴速夹可以大范围调节滴速，但难以控制，只能用于粗调。

相对来说用永磁电机调节滴速，采用实时检测，实时调节让单片机给出信号，控制电机的通断和正转反转，实现高度调节。

如果采用合理的算法，仍能达到很高的精度。

参考文献：果莉中国科技信息2005 年第17 期。