微機(jī)原理與接口課程設(shè)計(jì)鍋爐水位計(jì)

1、 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 微機(jī)原理與接口課程設(shè)計(jì)微機(jī)原理與接口課程設(shè)計(jì) 題目名稱： 鍋爐水位計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 計(jì)科 09 （2） 學(xué)生姓名： 王云龍 學(xué)生學(xué)號(hào)： 2009082215 指導(dǎo)教師： 裘祖旗 完成日期：2012-01 月 目錄目錄 1 緒論緒論.3 2 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).4 2.1 總體設(shè)計(jì)方案的確定總體設(shè)計(jì)方案的確定.4 2.1.1 設(shè)計(jì)方法 .4 2.2 硬件選擇硬件選擇.5 2.2.1 傳感器的選擇 .5 2.2.2 a/d 轉(zhuǎn)換器的選擇.6 2.2.3 控制芯片的選擇 .7 2.2.4 報(bào)警電路的設(shè)置 .7 2.2.5 控制電路的設(shè)計(jì) .8 2.2.6 顯示電路

2、的設(shè)計(jì) .8 3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì).9 3.1 程序模塊程序模塊.9 3.2 程序流程圖程序流程圖.9 3.3 a/d8089 轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換子程序.10 3.4 報(bào)警子程序報(bào)警子程序.12 3.5 總程序總程序.13 4 實(shí)驗(yàn)與調(diào)試實(shí)驗(yàn)與調(diào)試 .16 5 總結(jié)總結(jié).17 1 緒論緒論 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展，水位報(bào)警計(jì)已經(jīng)從普通型發(fā) 展到智能化，而且水位報(bào)警計(jì)的功能日益趨向于完善。 水位報(bào)警計(jì)是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是傳感器、硬件、軟件等幾項(xiàng) 技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，它的作用是觀測(cè)和控制容器內(nèi)的介質(zhì)多少量，通過液面 的高度來掌握體積的多少，從而達(dá)到防止超裝和掌握存液數(shù)量的目的

3、，可用于 很多地方進(jìn)行工業(yè)控制。本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)水塔，水庫(kù)等儲(chǔ)水設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢 測(cè)、自動(dòng)報(bào)警等功能，其主要任務(wù)是保證儲(chǔ)水設(shè)備的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行， 減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，由于我國(guó)水位報(bào)警操作水平落后，工作人員過多， 但是現(xiàn)在水位報(bào)警計(jì)為水位控制開辟了廣闊的前景。 對(duì)水位報(bào)警計(jì)研究，有利于滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)需求，通過將科學(xué)技 術(shù)應(yīng)用到水位控制上從而使得人們真正體會(huì)到科技的發(fā)展給自己的現(xiàn)實(shí)生活所 帶來的方便和舒適。 因儲(chǔ)水設(shè)備里的水位會(huì)不斷變化，水位過低或過高都會(huì)出現(xiàn)各種情況發(fā)生。 為了隨時(shí)了解儲(chǔ)水設(shè)備內(nèi)的水位，在儲(chǔ)水設(shè)備上都裝有水位計(jì)，水位計(jì)和儲(chǔ)水 設(shè)備構(gòu)成一個(gè)連通器。通過安裝在儲(chǔ)水設(shè)

4、備里面的傳感器和設(shè)計(jì)好的電路通過 報(bào)警和控制來調(diào)控儲(chǔ)水設(shè)備里面的水位。 目前國(guó)內(nèi)外液位計(jì)的種類很多，有雷達(dá)液位計(jì)、磁性浮子液位計(jì)、石英管 液位計(jì)、智能雷達(dá)液位計(jì)、彩色石英管液位計(jì)和超聲波液位計(jì)等等。而生產(chǎn)液 位計(jì)的公司有美國(guó)羅斯蒙特 rosemount、德國(guó) e+h、日本橫河 yokogawa、德國(guó) 西門子 siemens、瑞士 abb、德國(guó) vega 等等。這些只是常用而較熱門的品牌。 對(duì)水位報(bào)警計(jì)研究，有利于滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)需求，通過將科學(xué)技 術(shù)應(yīng)用到水位控制上從而使得人們真正體會(huì)到科技的發(fā)展給自己的現(xiàn)實(shí)生活所 帶來的方便和舒適。 2 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)方案的確定總體

5、設(shè)計(jì)方案的確定 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)在硬件方面的工作主要是根據(jù)系統(tǒng)要求，合理選好個(gè) 單元器件及互相連接，以及完成輸入、輸出的設(shè)計(jì)。而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè) 計(jì)是根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，經(jīng)接口對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行控制；對(duì)模擬多路輸入通 道的選擇以保證選擇正確的通道；在正確的時(shí)刻取樣和保持以使 adc 能正確完 成轉(zhuǎn)換；對(duì)輸入的數(shù)字信息進(jìn)行運(yùn)算處理以及顯示、記錄和傳輸，對(duì)信息格式 可能還要做變換工作，這些基本上都是通過編程來實(shí)現(xiàn)。 基于上述的考慮本設(shè)計(jì)的整體思路如下:以 8086cpu 和 8255a 接口芯片為 核心開始設(shè)計(jì)，選用合適的液位傳感器對(duì)儲(chǔ)水設(shè)備中的液位參數(shù)進(jìn)行報(bào)警把檢 測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

6、。本次設(shè)計(jì)采用的是變送器，它可以直接把液位 信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，而不需要放大、整形、濾波等。對(duì)該電信號(hào)通過模 數(shù)轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器 a/d 與 8255a 相連，輸入到 8255a，由 8255a 對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。在控制電路的控制下，最后經(jīng)過輸出 端口與顯示電路相連通過所編的程序完成顯示功能。 2.1.1 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法 硬件電路的設(shè)計(jì)，對(duì)傳感器的選型，a/d 轉(zhuǎn)換器，接口芯片的選型。為顯 示的驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼管的選型。 硬件設(shè)計(jì)大體可以分為 4 步：用傳感器將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)， 而在設(shè)計(jì)中選用什么類型的傳感器，從經(jīng)濟(jì)性，可靠性和準(zhǔn)確性的方面考慮。 用模/

7、數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后傳送到 8255a 里。是控 制電路的設(shè)計(jì)，即對(duì)水位報(bào)警系統(tǒng)的控制。顯示、監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì)框圖，如圖 1 所示： 8255a 芯片 液位變送器 （傳感器） a/d 轉(zhuǎn)換器 報(bào)警電路 水位控制電 路 顯示電路 圖 1 2.2 硬件選擇硬件選擇 2.2.1 傳感器的選擇傳感器的選擇 首先要了解本次對(duì)于水位測(cè)量報(bào)警主要是位于水利方面的應(yīng)用，例如水庫(kù)， 水塔等儲(chǔ)水設(shè)備。所以選擇浮力式液位計(jì)，價(jià)格較低，簡(jiǎn)單易于操作，可用來 遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)。適合用上述所說的設(shè)備上面。 在本次設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)備選用液位傳感器為 jby 系列 l 形普通投入式液位變送 器。 作為此次設(shè)計(jì)

8、所使用的傳感器。 投入式靜壓式液位變送器是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原 理，采用外國(guó)先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件，利用壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。jyb 系列 l 形普通投 入式液位變送器適用于較多行業(yè)各種介質(zhì)的液位報(bào)警。精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的調(diào) 校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。 420ma、05v、010ma 等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出方式由用戶根據(jù)需要任選。 用途與特點(diǎn)： 可廣泛用于水廠，水庫(kù)，水罐等場(chǎng)所、抗過載能力強(qiáng)、防浪涌電壓，抗腐 蝕性能優(yōu)良，具有過壓過流保護(hù)，反向極性保護(hù)，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)， 實(shí)用性強(qiáng)，安裝簡(jiǎn)便。 2.2

9、.2 a/d 轉(zhuǎn)換器的選擇轉(zhuǎn)換器的選擇 a/d 轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，a/d 轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計(jì)思想和制造 技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測(cè)及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同，性 能不同的 a/d 轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)運(yùn)而生。 通過在轉(zhuǎn)換速度和抗干擾能力還有經(jīng)濟(jì)性等方面的比較，逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器比較適合。逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器的工作原理就是將輸入的模擬信號(hào)與 不同的參考電壓做多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上主次逼近輸入模擬 量的對(duì)應(yīng)值。 逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間與其位數(shù)和時(shí)鐘脈沖頻 率有關(guān)，位數(shù)

10、越少，時(shí)鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)間就越短。這種 a/d 轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn) 換速度快、精度高的特點(diǎn)。 常用的集成逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器有 adc0808/0809 系列（8）位、 adc0804(8 位)和 ad7810（10 位）等。本設(shè)計(jì)采用 a/d 轉(zhuǎn)換器 adc0809。 adc0809 是 cmos 單片型逐次逼近式 ad 轉(zhuǎn)換器，由于輸出級(jí)有 8 位三態(tài) 輸出鎖存器，因而 0809 的數(shù)據(jù)輸出端可以直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線連接。 adc0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 2 所示： 123456 a b c d 654321 d c b a t itle num ber

11、revisionsize b date:14-may-2010sheet of file:f:proteladc0809概概.ddbdrawn by: in 2 28 in 1 27 in 0 26 adda 25 addb 24 addc 23 ale 22 d7 21 d6 20 d5 19 d4 18 d0 17 v ref(-) 16 d2 15 d1 14 gnd 13 v ref(+) 12 v cc 11 clock 10 oe 9 d3 8 eoc 7 st art 6 in 7 5 in 6 4 in 5 3 in 4 2 in 3 1 u? adc0809 圖 2 在本設(shè)計(jì)

12、中使用到 74ls373。74ls373 是一種帶有三態(tài)門的 8d 鎖存器，其 引腳如圖 3 所示： 123456 a b c d 654321 d c b a t itle num berrevisionsize b date:18-may-2010sheet of file:f:protel74ls373.ddbdrawn by: d0 3 q0 2 d1 4 q1 5 d2 7 q2 6 d3 8 q3 9 d4 13 q4 12 d5 14 q5 15 d6 17 q6 16 d7 18 q7 19 oe 1 le 11 u? 74ls373 圖 3 2.2.3 控制芯片的選擇控制芯片

13、的選擇 本次設(shè)計(jì)才用 8255a 芯片，8255a 為可編程芯片，可用程序設(shè)定或改變其 工作狀態(tài)，可直接與外設(shè)相連。 其引腳圖如圖 4 示 pa3 1 pa2 2 pa1 3 pa0 4 rd 5 cs 6 gnd 7 a1 8 a0 9 pc7 10 pc6 11 pc5 12 pc4 13 pc3 14 pc2 15 pc1 16 pc0 17 pb0 18 pb1 19 pb2 20 pb3 40 pb4 39 pb5 38 pb6 37 pb7 36 vcc 35 d7 34 d6 33 d5 32 d4 31 d3 30 d2 29 d1 28 d0 27 reset 26 wr 2

14、5 pa7 24 pa6 23 pa5 22 pa4 21 8255a 8255a 圖 4 2.2.4 報(bào)警電路的設(shè)置報(bào)警電路的設(shè)置 在儲(chǔ)水設(shè)備系統(tǒng)發(fā)生故障或處于某種緊急狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)能發(fā)出提醒人們警 覺的報(bào)警信號(hào)或者提示信號(hào)，常見的報(bào)警信號(hào)為聲音報(bào)警。 具體電路設(shè)置如圖 5 所示： 圖 5 2.2.5 控制電路的設(shè)計(jì)控制電路的設(shè)計(jì) 控制電路在這里起到非常重要的作用，在水位報(bào)警中報(bào)警到水罐中水位的 高度，當(dāng)水位高于警戒水位時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，水泵停止對(duì)水罐供水；當(dāng)水位低 于警戒水位時(shí)，電動(dòng)機(jī)起轉(zhuǎn)，水泵開始對(duì)水罐供水。 具體電路設(shè)置如圖 6 所示： 圖 6 2.2.6 顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì) 系

15、統(tǒng)中經(jīng)常用到 led 數(shù)碼管作為顯示輸出設(shè)備。led 數(shù)碼管顯示器雖然顯 示信息簡(jiǎn)單，但它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)、接口方便等 特點(diǎn)，基本上能滿足單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，所以在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常用 到。 在設(shè)計(jì)中，所設(shè)計(jì)的液位報(bào)警計(jì)，顯示電路是對(duì)液位和報(bào)警等的顯示，它 所需的精度要求不是很高，而且從價(jià)格上綜合考慮，應(yīng)選用 led 數(shù)碼管和 led 燈作為輸出設(shè)備。 3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 3.1 程序模塊程序模塊 軟件的設(shè)計(jì)，采用匯編語(yǔ)言編程，這里面包含定時(shí)對(duì)檢測(cè)電路數(shù)據(jù)采集， 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示等。 水位系統(tǒng)采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，可以分成以下程序模塊： 系統(tǒng)初始化程序主程序

16、main顯示子程序 display 3.2 程序流程圖程序流程圖 如圖 7 所示： 開始 程序初始化 水位過高嗎 y n 顯示正常水位燈 報(bào)警燈亮 蜂鳴器響 水位控制 圖 7 3.3 a/d8089 轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換子程序 把傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)入 ad 轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) ;- a/d 轉(zhuǎn)換- code segment assume cs:code,ds:code,es:code org 3390h ad: jmp start zxk equ 0ffdch zwk equ 0ffddh led db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80

17、h,90h db 88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffh,0ch,0deh,0f3h buf db ?,?,?,?,?,? adport equ 0ffe0h start: mov buf,00h ;display 0809 00 mov buf+1,08h mov buf+2,00h mov buf+3,09h ;display 0809 00 mov buf+4,00h mov buf+5,00h p5: mov al,00h ;in0 mov dx,adport out dx,al call dis mov dx,adport in al,dx mov dx,0ff

18、e4h ;new add - 138 y1 not al ;new add out dx,al ;new add not al ;new add call ads jmp p5 ads: mov ah,al and al,0fh mov buf+5,al and ah,0f0h mov cl,4 shr ah,cl mov buf+4,ah ret ;- dis: mov cl,20h mov bx,offset buf dis1: mov al,bx push bx mov bx,offset led xlat pop bx mov dx,zxk out dx,al mov al,cl mo

19、v dx,zwk out dx,al push cx mov cx,0100h delay: loop $ pop cx cmp cl,01h jz exit inc bx shr cl,1 jmp dis1 exit: mov al,00h mov dx,zwk out dx,al ret - code ends end ad 3.4 報(bào)警子程序報(bào)警子程序 當(dāng)水位過低或者過高的時(shí)候進(jìn)行報(bào)警，應(yīng)對(duì)水位進(jìn)行控制，使得其水位一 直處于一個(gè)正常的水平。 ;-報(bào)警子程序- code segment assume cs:code,ds:code org 3490h start: mov dx,0ffdb

20、h mov al,88h out dx,al mov al,00h mov dx,0ffdah out dx,al waite: in al,dx test al,80h jz l2 mov al,01h out dx,al ;輸出 pc0=1 l1:mov cx,0ffffh loop l1 l2: in al,dx test al,40h jz waite mov al,02h out dx,al jmp waite code ends end start 3.5 總程序總程序 實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量，當(dāng)過高或者過低的時(shí)候進(jìn)行報(bào)警。 code segment assume cs:code,ds:co

21、de org 3390h start: mov dx,0ffdbh mov al,80h out dx,al ads: mov dx,adport mov al,00h out dx,al mov cx,20 loop $ in al,dx mov ah,al push ax and al,0fh lea bx,table xlat mov dx,zxk out dx,al mov dx,zwk mov al,01h out dx,al mov cx,0100h loop $ mov cl,04h shr ah,cl mov al,ah xlat mov dx,zxk out dx,al mo

22、v dx,zwk mov al,02h out dx,al pop ax cmp al,0ffh jae alert cmp al,00h jbe alert mov dx,0ffd8h mov al,0fdh out dx,al back: jmp ads alert: mov dx,0ffd8h mov al,0feh out dx,al call delay mov al,0ffh out dx,al call delay mov dx,0ffdbh mov al,00h out dx,al mov cx,0ffffh loop $ inc al out dx,al mov cx,0ff

23、ffh loop $ jmp back delay proc mov cx,0ffffh loop $ ret delay endp table db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h db 88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffh,0ch,0deh,0f3h zxk equ 0ffdch zwk equ 0ffddh adport equ 0ffe0h code ends end start 4 實(shí)驗(yàn)與調(diào)試實(shí)驗(yàn)與調(diào)試 現(xiàn)有微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)儀器箱及電腦一臺(tái)，用其中的 ad 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用作傳 感器的轉(zhuǎn)換，其中的數(shù)碼顯示管來

24、顯示現(xiàn)在的水位，用其中的音頻驅(qū)動(dòng)單元來 代替報(bào)警器，用其中的 led 燈來代表正常水位的及非正常水位。通過試驗(yàn)箱中 的 8086 與 8255a 連接起來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)電路圖如圖 7 所示： gnd 1 ad14 2 ad13 3 ad12 4 ad11 5 ad10 6 ad9 7 ad8 8 ad7 9 ad6 10 ad5 11 ad4 12 ad3 13 ad2 14 ad1 15 ad0 16 nm i 17 titr 18 clk 19 gnd 20 vcc 40 a15 39 a16/s3 38 a17/s4 37 a18/s5 36 a19/s6 35 bhe/s7 34 m n/m x 33 rd 32 hold(rd/gt0) 31 hlda(rq/gt1) 30 wr(lock) 29 m /io(s2) 28 dt/r(s1) 27 den(s0) 26 ale(qs0) 25 inta(qs1) 24 text 23 ready 22 reset 21 8086 8086 pa3 1 pa2 2 pa1 3 pa0 4 rd 5 cs 6 gnd 7 a1 8 a0 9 pc7 10 pc6 11 pc5 12 pc4 13 pc3 14 pc2 15 pc1 16 pc0 17 pb0 18 pb1 19 pb2 20 pb3