居民小區(qū)水箱自能控制系統(tǒng)

1、畢 業(yè) 論 文 題 目 居民小區(qū)水箱自能控制系統(tǒng) 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 答辯日期 摘摘 要要 大型水箱是很多公司生產(chǎn)過程中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的 優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過去，大量 的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來了很大的弊端， 比如水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽， 或者簡(jiǎn)易的監(jiān)則器件損壞，將帶來無法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人 員的人身安全等。所以，對(duì)水箱控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按 照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能

2、節(jié) 省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。 本單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)，以 8051 單片機(jī)為核心控 制水箱的水位，并實(shí)現(xiàn)了報(bào)警和手動(dòng)、自動(dòng)切換功能。該系統(tǒng)操作方便、性能 良好，比較符合生產(chǎn)用水系統(tǒng)控制的需要。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；水位；控制；報(bào)警 Abstract Large water tanks are a lot of companies essential to the production process of parts, its performance and the quality of work not only on production of the fine ha

3、s enormous influence, but also the safety of production. In the past, many of the tanks are operated by the staff to operate, so that artificial means a lot of drawbacks, such as the water level control, water tanks at all times to monitor the environment, and so on the night of monitoring, the oper

4、ator slightly negligence, or damage to the Summary of the monitoring device will bring irreparable damage will be even more serious crisis in production, such as the personal safety of staff. Therefore, control of water tanks, if the use of sophisticated and can totally be run in strict accordance w

5、ith the provisions of the automated production system that can maximize the chances of avoiding accidents, but also save resources and can effectively improve the efficiency of production. The purpose of single-chip system design is the application of single-chip control technology, to 8051 as the c

6、ore to control the water level in water tanks, and implementation of the alarm and manual, automatic switching function. The system is easy to operate, good performance, more in line with the power to control the production of the necessary water system. Keywords: Single-chip;level;Control;Alarm 目 錄

7、 摘摘 要要.1 1 第一章第一章 緒論緒論.5 5 1.1 水箱控制系統(tǒng)的研究意義.5 1.2 水箱控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 .5 第二章第二章 80C5180C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)原理單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)原理 .7 7 2.1 水箱給水設(shè)備系統(tǒng)原理 .7 2.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理 .7 2.2.1 80C51 單片機(jī)控制部分結(jié)構(gòu)說明 .7 2.2.2 80C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)工作原理 .8 第三章第三章 80C5180C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).9 9 3.1 80C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 .9 3.1.1 數(shù)據(jù)采集及處理模塊.9 3.1.2

8、光電隔離簡(jiǎn)介 .14 3.1.3 給水泵電機(jī)主控回路介紹 .14 3.2 80C51 水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案 .15 3.2.1 80C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明 .15 3.2.2 74LS373 芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明 .15 3.2.3 EPROM2764 芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明 .17 第四章第四章 80C5180C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) .2020 4.1 程序概要設(shè)計(jì) .20 4.2 系統(tǒng)程序原理.20 4.2.1 系統(tǒng)主程序原理以及流程框圖.20 4.2.2 自動(dòng)模式子程序原理以及流程框圖.20 4.2.3 手動(dòng)模式子程序原理框圖以及流程框

9、圖.22 第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.2525 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2626 致致 謝謝.2727 第 1 章 緒論 1.1 水箱控制系統(tǒng)的研究意義 大型水箱是很多公司生產(chǎn)過程中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的 優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過去，大量 的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來了很大的弊端， 比如水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽， 或者簡(jiǎn)易的監(jiān)則器件損壞，將帶來無法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人 員的人身安全等。所以，對(duì)水箱控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按 照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng)

10、，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能節(jié) 省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。 從水資源節(jié)約方面考慮，以往的人工控制在很多情況下，造成資源不必要 的浪費(fèi)，大部分原因是水箱內(nèi)部水位沒有及時(shí)的反饋信息到操作員，從而使控 制上有一定的延遲，從而造成了水量過多或者沒能及時(shí)補(bǔ)水而導(dǎo)致資源的浪費(fèi) 或生產(chǎn)出現(xiàn)異常。而對(duì)水箱水位的監(jiān)控以及自動(dòng)化的引入可以很好的改善補(bǔ)水 過多和及時(shí)補(bǔ)水的情況，可以很好的節(jié)約資源有效的降低成本。 單片機(jī)，一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分，它的誕生 使眾多自動(dòng)化控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。80C51 以它功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造廉價(jià)， 支持指令集較多。所以應(yīng)用到眾多嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中

11、。 因此，基于 80C51 單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)研究有著重要的意義。 1.2 水箱控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 目前，水箱控制系統(tǒng)已不僅僅局限于大型的電廠、煤炭、鋼鐵等大型企業(yè) 領(lǐng)域，它以自身的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)慢慢深入到一些民用水箱 產(chǎn)品。但是目前階段，它的成本還很高。比如把一臺(tái)純手工家用水箱設(shè)計(jì)成自 動(dòng)化控制的水箱，從硬件的設(shè)計(jì)和鋪設(shè)，對(duì)于民用化產(chǎn)品實(shí)施的性價(jià)比較高。 因此大規(guī)模的使用仍受到經(jīng)濟(jì)上的限制。 但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著自動(dòng)化技術(shù)的改進(jìn)和硬件成本的降低，以及人們 對(duì)資源浪費(fèi)的重視。水箱控制系統(tǒng)仍然有大規(guī)模推廣的前景。 我國(guó)仍然處于生產(chǎn)型發(fā)展中國(guó)家，所有幾乎在能源相關(guān)的所有領(lǐng)域中，水

12、 箱是比不可少的部件，即使是發(fā)達(dá)國(guó)家也不例外。它性能的優(yōu)良與否關(guān)系直接 關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)安全和效益。隨著我國(guó)嵌入式技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)控制系統(tǒng)技 術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平，但是在中小型企業(yè)以及民用產(chǎn)品，大量的水箱控制任然 通過專職的人員進(jìn)行控制。隨著我國(guó)單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的逐漸成熟，以及單片機(jī) 生產(chǎn)成本的下降，基于單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)應(yīng)用到中小型以及民用產(chǎn)品有著 交大的發(fā)展空間。而且越來越多的水箱生產(chǎn)廠商開始聘用單片機(jī)開發(fā)人員和電 路設(shè)計(jì)人員，將控制系統(tǒng)成為水箱設(shè)計(jì)的一部分，以提高自身產(chǎn)品的安全性能 和科技含量來提高產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。 第 2 章 80C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)原理 2.1 水箱給水設(shè)備

13、系統(tǒng)原理 水箱給水設(shè)備系統(tǒng)由兩臺(tái)給水泵機(jī)組、水箱和三只浮球開關(guān)組成，其系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)如圖 2-1： 圖 2-1 水箱給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 其中 M1、M2 為給水泵機(jī)組，LG、LD、LDD 分別為水位高、水位低、水位低 低浮球開關(guān)，當(dāng)水位高（大于 90 開度）時(shí)，LG 閉合，當(dāng)水位低（小于 75 開度） 時(shí)，LD 閉合，當(dāng)水位低低（小于 50 開度）時(shí)，LDD 閉合。 2.2 80C51 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理 2.2.1 80C51 單片機(jī)控制部分結(jié)構(gòu)說明 本系統(tǒng)采用 8051 單片機(jī)，引腳具體控制1 1如下： P1 口和 P3 口為輸入輸出檢則信號(hào)和控制信號(hào)。 下面是 8051 芯片引腳具體分配： P1.

14、0：水位低低輸入信號(hào)。（低 0，高 1） P1.1：水位低輸入信號(hào)。（低 0，高 1） P1.2：水位高輸入信號(hào)。（高 1，低 0） P1.3：手動(dòng)與自動(dòng)轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)。（手動(dòng) 1，自動(dòng) 0） P1.4：M1 起動(dòng) KM1 控制輸出信號(hào)。（手動(dòng) 1，自動(dòng) 0） P1.5：M2 起動(dòng) KM1 控制輸出信號(hào)。（手動(dòng) 1，自動(dòng) 0） P1.6：M1 開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開 0，關(guān) 1） P1.7：M2 開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開 0，關(guān) 1） P3.0：水位低低報(bào)警輸出信號(hào)。 P3.1：水位低報(bào)警輸出信號(hào)。 P3.2：水位高報(bào)警輸出信號(hào)。 P3.4：手動(dòng)起動(dòng) M1 輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作。 P3.5：手

15、動(dòng)起動(dòng) M2 輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作。 P3.6：手動(dòng)停 M1 輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作。 P3.7：手動(dòng)停 M2 輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作。 2.2.2 80C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)工作原理 當(dāng)水箱水位低時(shí)，起動(dòng) M1、M2 給水，水位上升到 90%，停 M1； 當(dāng)水箱水位低低（小于 50%）時(shí)，同時(shí)起動(dòng) M1、M2； 當(dāng)水位上升到 50%以上 70%以下時(shí)，停 M2，M1 繼續(xù)運(yùn)行到水位上升到 90% 以上才停止工作。 經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)2 2，得到以下數(shù)據(jù)： 水位從 50%-70%，兩臺(tái)泵運(yùn)行需要約 10 分鐘； 水位從 70%-90%，一臺(tái)泵運(yùn)行需要約 15 分鐘。 水箱的水位一般保持在

16、 70%-90%。 報(bào)警控制如下： 當(dāng)水位高與 90 開度的時(shí)候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號(hào)，LG 閉合，系統(tǒng) 水位高報(bào)警。 當(dāng)水位低于 75 開度的時(shí)候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號(hào)，LD 閉合，系統(tǒng) 水位低報(bào)警。 當(dāng)水位低與 50 開度的時(shí)候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號(hào)，LDD 閉合，系統(tǒng) 水位低低報(bào)警。 手動(dòng)/自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換控制如下： 全自動(dòng)模式下，系統(tǒng)自動(dòng)判斷水位的狀況，選擇不同的工作狀態(tài)。 手動(dòng)的模式下，兩臺(tái)給水泵的運(yùn)行控制可由人工自己操作。 第 3 章 80C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 80C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 3.1.1 數(shù)據(jù)采集及處理模塊 單片機(jī)是則量系統(tǒng)數(shù)據(jù)

17、交換的中心，該系統(tǒng)采用的是 80C51 單片機(jī)7 7，全 靜態(tài)工作時(shí)振蕩器頻率為 012MHz。 目前，8051 單片機(jī)在工業(yè)檢則控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可 以在許多單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種外部設(shè)備，完成工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。 89C51 是 Intel 公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算 機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括：一個(gè) 8 位的微型處理器 CPU；一個(gè) 256K 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM；四個(gè) 8 位并行的 I/O 接口 P0-P3；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工 UART 的 串行 I/O 口；片內(nèi)振

18、蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。 最高允許振蕩頻率是 12MHZ。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡(jiǎn)單介 紹下其各個(gè)部分的功能。 中央處理器 CPU 是單片微型計(jì)算機(jī)的指揮、執(zhí)行中心，由它讀人用戶程序， 并逐條執(zhí)行指令，它是由 8 位算術(shù)邏輯運(yùn)算部件(簡(jiǎn)稱 ALu)、定時(shí)控制部 件，若干寄存器 A、B、B5w、5P 以及 16 位程序計(jì)數(shù)器(Pc)和數(shù)據(jù)指針寄存器 (DM)等主要部件組成。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機(jī)相似。它具有對(duì) 8 位信息進(jìn)行+、-、x、/ 四則運(yùn)算和邏輯與、或、異或、取反、清“0”等運(yùn) 算，并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能，此外還提供存放中間結(jié)

19、果及常用數(shù) 據(jù)寄存器?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫?、程序計(jì)數(shù)器 Pc、定時(shí)與控制電路等組 成的。指令寄存器中存放指令代碼。枷執(zhí)行指令時(shí)，從程序存儲(chǔ)器中取來經(jīng)譯 碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，送到存儲(chǔ) 器、運(yùn)算器或 Io 接口電路，完成指令功能。程序計(jì)數(shù)器 Pc 程序計(jì)數(shù)器 Pc 用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共 16 位可對(duì)以 K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器直接尋 址 c 指令執(zhí)行結(jié)束后，Pc 計(jì)數(shù)器自動(dòng)增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，RAM，片內(nèi)為 128B,片外最多可外擴(kuò) 64KB。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來存儲(chǔ) 單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、

20、標(biāo)志位等。 片內(nèi)的 128B 的 RAM，以高速 RAM 的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)運(yùn)行 的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 RAM 還可以降低功耗。 程序存儲(chǔ)器，ROM，用來存儲(chǔ)程序，80C51 為 4KB ROM。如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ) 器的容量不夠，則需要用擴(kuò)展片只讀存儲(chǔ)器，片外最多可以擴(kuò)展到 64KB。 中斷系統(tǒng)，具有 5 個(gè)中斷源，2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有 4 種工作方式。 在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)，因而需在 單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器部件。 串行口，1 個(gè)全雙工的串行口，具有 4 中工作方式?？捎?/p>

21、來進(jìn)行串行通信，擴(kuò) 展并行 I/O 口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更 強(qiáng)且應(yīng)用更廣。 特殊功能寄存器，SFR，共有 21 個(gè)，用于 CPU 對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、 控制、監(jiān)視。 單片機(jī)的時(shí)序功能： 時(shí)鐘電路 80C51 片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，XTALI 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。 時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。采用內(nèi)部方式時(shí)，在 C1 和 C2 引腳上接石英晶體和微調(diào)電容可以構(gòu)成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍為 1212MHZ 在使用外部時(shí)鐘時(shí)，XTAL2 用來輸入外部時(shí)鐘信號(hào)，而 XTALI 接地。 時(shí)序 80C5

22、1 單片機(jī)的一個(gè)執(zhí)器周期由 6 個(gè)狀態(tài)(s1s6)組成，每個(gè) 狀態(tài)又持續(xù) 2 個(gè)接蕩周期，分為 P1 和 P2 兩個(gè)節(jié)拍。這樣，一個(gè)機(jī)器周期由 12 個(gè)振蕩周期組成。 若采用 12MHz 的晶體振蕩器，則每個(gè)機(jī)器周期為 1us，每個(gè)狀態(tài)周期為 16us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在 N 期間，而內(nèi)部寄存器到寄存 器的傳輸發(fā)生在 P2 期間。 對(duì)于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時(shí)，使從 S1P28 8開始執(zhí)行 指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的 s4 讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié) 指令，則在 51 期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計(jì)數(shù)據(jù)也 不加 1。在加結(jié)束時(shí)完

23、成指令操作。 多數(shù) Mcs51 指令周期為 12 個(gè)機(jī)器周期，只有乘法和除法指令需要兩個(gè) 以上機(jī)器周期的指令，它們需 4 個(gè)機(jī)器周期。 對(duì)于雙字節(jié)單機(jī)器指令，通常是 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器中讀人兩個(gè)字節(jié)，但 Movx 指令例外，Movx 指 令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行 Movx 指令期間，外 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問且被選通時(shí)跳過兩次取指操作。下面是 80C51 單片機(jī)的振 蕩電路6 6圖如圖 3-1： 圖 3-1 80C51 震蕩電路原理圖 引腳及其功能說明： 80C51 單片機(jī)的 40 個(gè)引腳7 7中有 2 個(gè)專用于主電源引腳，2 個(gè)外接晶振的 引腳，4 個(gè)控制或

24、與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。 下面按引腳功能分為 4 個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能： 電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc（40 腳）：接+5V 電源正端； Vss（20 腳）：接+5V 電源正端； 外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（19 腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相 放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，該引腳 接地；對(duì)于 CHOMS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 XTAL2（18 腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器 的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，

25、對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，該引腳作為外 部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于 CHMOS 芯片，該引腳懸空不接。 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有： RST/VPD、ALE/P、PSEN 和 EA/VPP等 4 種形式 （1）RST/VPD（9 腳）：RST 即為 RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片 機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè) 機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。 當(dāng) VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源 VPD（+5V）為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 （2）ALE/ P （30

26、腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信 號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0口的低 （3）PSEN(29 腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外 部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期 PESN 兩次有效，以通過數(shù)據(jù) 總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PESN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 （4）EA/Vpp（31 腳）： EA 為訪問外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。 當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 4KB（MS52 子系列 為 8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。 當(dāng) EA 端保持低電平時(shí)，無論片內(nèi)有

27、無程序存儲(chǔ)器，均只訪問外部程序存 儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，該引腳用于接 21V 的編程電源 Vpp。 輸入/輸出（I/O）引腳 P0 口、P1 口、P2 口及 P3 口： (1).P0口（39 腳22 腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為 P0口。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與 不擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向 8 位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ) 器或擴(kuò)展 I/O 口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供 8 位雙向數(shù)據(jù)總 線。 對(duì)于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機(jī)，當(dāng) EPROM 編程時(shí)，從 P0口輸入指令字節(jié)， 而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。 (2

28、).P1口（1 腳8 腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為 P1口，可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口 使用。對(duì)于 MCS52 子系列單片機(jī)，P1.0和 P1.1 還有第 2 功能：P1.0口用作定 時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的計(jì)數(shù)脈沖輸入端 T2；P1.1用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部控制端 T2EX。對(duì)于 EPROM 編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P0口接收輸入的低 8 位地址。 (3).P2口（21 腳28 腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為 P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個(gè)字節(jié) 時(shí)，P2口用于高 8 位地址總線送出高 8 位地址。對(duì)于 EPROM 編

29、程和進(jìn)行程序校 驗(yàn)時(shí)，P2口接收輸入的 8 位地址。 (4).P3口（10 腳17 腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為 P3口。它為雙功能口，可以 作為一般的準(zhǔn)雙向 I/O 接口，也可以將每 1 位用于第 2 功能，而且 P3口的每一 條引腳均可獨(dú)立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2 功能。 P3口的第 2 功能見下表 3-1 單片機(jī) P3.0 管腳含義 表 1-1 單片機(jī) P3.0 管腳含義 綜上所述，MCS51 系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)： (1).單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第 2 功能； (2).單片機(jī)對(duì)外呈 3 總線形式，由 P2、P0口組成 16 位地址總線；由

30、P0口分時(shí) 復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。 80C51 結(jié)構(gòu)圖如圖 3-2 下： 引 腳 第 2 功能 P3. 0 RXD（串行口輸入端 0） P3. 1 TXD（串行口輸出端） P3. 2 INT0（部中斷 0 請(qǐng)求輸入端，低電平有效） P3. 3 INT1（中斷 1 請(qǐng)求輸入端，低電平有效） P3. 4 T0（時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)脈沖端） P3. 5 T1（時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 數(shù)脈沖端） P3. 6 WR（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效） P3. 7 RD（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效） 圖 3-2 80C51 結(jié)構(gòu)圖 3.1.2 光電隔離簡(jiǎn)介 水箱的控制器由 8051 系統(tǒng)構(gòu)成

31、。為避免電機(jī)的起停和電源波動(dòng)時(shí)對(duì)電路的 影響，輸入輸出均采用光電隔離8 8。 光電隔離是半導(dǎo)體管敏感器件和發(fā)光二極管組成的一種新器件，它主要功 能是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳送。輸入與輸出絕緣隔離，信號(hào)單向傳輸，無反饋影響。 抗干擾性強(qiáng)，響應(yīng)速度快。 工作時(shí)，把輸入信號(hào)加到輸入端，使發(fā)光管發(fā)光，光敏器件在磁光輻射下 輸出光電流，從而實(shí)現(xiàn)電光點(diǎn)的兩次轉(zhuǎn)換。 繼電器隔離是用電信號(hào)控制繼電器的機(jī)械觸電來實(shí)現(xiàn)隔離控制。 輸出通過繼電器，控制水泵機(jī)組的起停和報(bào)警，其電路圖如圖 3-3： 圖 3-3 系統(tǒng)控制電路原理圖 3.1.3 給水泵電機(jī)主控回路介紹 給水泵電機(jī)主控回路9 9圖 3-4 如下： 圖 3-4 水泵電

32、機(jī)控制電路原理圖 3.2 80C51 水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案 該系統(tǒng)硬件主要由一個(gè) 80C51 單片機(jī)，一個(gè) 74LS373 和一個(gè) EPROM2764 芯片構(gòu)成。其原理圖如下圖 3-5: 圖 3-5 80C51 水箱控制系統(tǒng)主控原理 3.2.1 80C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明 80C51 為數(shù)據(jù)采集及處理模塊核心，它主要完成系統(tǒng)對(duì)水位高低信號(hào)是否 滿足指標(biāo)的信息采集，對(duì)采集到的水位信號(hào)通過系統(tǒng)程序進(jìn)行對(duì)信號(hào)的判斷等 處理，根據(jù)采集信號(hào)的不同，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)信號(hào)對(duì)應(yīng)功能的引腳來實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱水位 的控制。 3.2.2 74LS373 芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明 74LS37311 11是一種帶輸出三

33、態(tài)門的 8D 鎖存器，其結(jié)構(gòu)如圖 3-6 所示。 圖 3-6 74LS373 結(jié)構(gòu)示意圖 引腳功能介紹： D0D7 為 8 個(gè)輸入端； Q0Q7 為 8 個(gè)輸出端； G 為數(shù)據(jù)鎖存控制端； 當(dāng) G 為“1”時(shí)，鎖存器輸出端同輸入端；當(dāng) G 由“1”變“0”時(shí)，數(shù)據(jù)輸 入鎖存器中。 OE 為輸出允許端； 當(dāng) OE 為“0”時(shí)，三態(tài)門打開； 當(dāng) OE 為“1”時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，輸出呈高阻狀態(tài)。 在該基于 80C51 單片機(jī)水箱控制統(tǒng)中，采用 74LS373 作為 I/O 接口驅(qū)動(dòng)使 用，具體引腳連接如下： 其與 80C51 連接方法如下 80C51 74LS373 P0.0(32)-D0 (3) P

34、0.1(33)-D1 (4) P0.2(34)-D2 (7) P0.3(35)-D3 (8) P0.4(36)-D4 (13) P0.5(37)-D5 (14) P0.6(38)-D6 (17) P0.7(39)-D7 (18) ALE (30)-LE (11) /OE(1 )、GND(10)接地 VCC(20)接+5V 注：括號(hào)內(nèi)位引腳編號(hào) 實(shí)際連接請(qǐng)參考圖 3-8 所示。 其中輸入端 D0D7 接至單片機(jī)的 P0 口，輸出端提供的是低 8 位地址，G 端 接至單片機(jī)的地址鎖存允許信號(hào) ALE。輸出允許端 OE 接地，表示輸出三態(tài)門一 直打開。 3.2.3 EPROM2764 芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功

35、能說明 EPROM276411 11芯片是 8K*8 字節(jié)的紫外線擦出、可編程只讀存儲(chǔ)器，單一 +5V 供電，工作電流為 75mA，維持為 35mA,讀出時(shí)間最大為 250nS,封裝為 28 引 腳的雙列直插式封裝。如圖 3-7 所示： 圖 3-7 2764 結(jié)構(gòu)圖 各引腳含義為： A0-A12 為 13 根地址線，可尋址 8K 字節(jié)； D0-D7 為數(shù)據(jù)輸出線； CE 為片選線； OE 為數(shù)據(jù)輸出通線； PGM 為編程脈沖輸入端； Vpp 是編程電影院； Vcc 是住電源。 正常工作(只讀)時(shí)，Vpp=Vcc=+5V，/PGM=+5V。 編程時(shí)，Vpp=+25V（高壓）,/PGM 端加入寬度

36、為 50ms 的負(fù)脈沖。 在本系統(tǒng)中，EPROM2764 芯片實(shí)現(xiàn)的是可編程 I/O 接口電路的擴(kuò)展功能,具 體引腳連接如下： 2764 與 80C51 引腳連線如下： 80C51 2764 P0.0(32)-D0 (11) P0.1(33)-D1 (12) P0.2(34)-D2 (13) P0.3(35)-D3 (15) P0.4(36)-D4 (16) P0.5(37)-D5 (17) P0.6(38)-D6 (18) P0.7(39)-D7 (19) P2.0(21)-A8 (25) P2.1(22)-A9 (24) P2.2(23)-A10(21) P2.3(24)-A11(23)

37、P2.4(25)-A12( 2) /PSEN(29)-/OE(22) /CE (20)接地 VCC、PGM、VPP 接+5V 74LS373 與 2764 引腳連接如下： 74LS373 2764 Q0(2) -A0 (10) Q1(5) -A1 (9) Q2(6) -A2 (8) Q3(9) -A3 (7) Q4(12) -A4 (6) Q5(15) -A5 (5) Q6(14) -A6 (4) Q7(19) -A7 (3) 注：括號(hào)內(nèi)位引腳編號(hào) 實(shí)際電路連接圖如圖 3-8 圖 3-8 基于 80C51 單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)電路圖 第 4 章 80C51 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 4.1

38、程序概要設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)程序開發(fā)，使用的語言給匯編語言。程序?qū)崿F(xiàn)當(dāng)水位處于 LH(高)、 LD(低)或 LDD(低低)時(shí)，報(bào)警信號(hào)輸出，判斷泵水方式(自動(dòng)或手動(dòng))。當(dāng)水位 到達(dá)規(guī)定容量時(shí)，停止泵水。在次程序中，低電平為有效(即 0 為有效),高電平 為無效(即 1 為無效)。 4.24.2 系統(tǒng)程序原理 4.2.1 系統(tǒng)主程序原理以及流程框圖 主程序要實(shí)現(xiàn)的是，對(duì)數(shù)據(jù)的初始化，并且判斷用戶是使用自動(dòng)模式還是 手動(dòng)模式，根據(jù)用戶的具體需求： 若用戶選擇自動(dòng)模式，則程序調(diào)用自動(dòng)化子程序； 若用戶選擇手動(dòng)模式，則程序調(diào)用手動(dòng)子程序。 主程序原理框圖如下圖 4-1 開始 初始化 自動(dòng)？ 轉(zhuǎn)自動(dòng) 轉(zhuǎn)手動(dòng) 圖

39、 4-1 主程序原理框圖 4.2.2 自動(dòng)模式子程序原理以及流程框圖 自動(dòng)模式子程序運(yùn)行的前置條件是，系統(tǒng)開始運(yùn)行，并且用戶選擇使用 自動(dòng)化控制模式。 自動(dòng)模式子程序首先判斷水位是否高 LG，若水位高于指標(biāo)，則運(yùn)行 “水位高報(bào)警”程序，并返回主程序。若水位不高，則判斷水位是否低 LD，若 水位低，則試運(yùn)行“水位低報(bào)警”程序。然后判斷水位是否低低 LDD： 若水位沒有達(dá)到 LDD 的指標(biāo)，則試判斷“M1 是否開啟”，若沒有開啟，則 開啟 M1;若“M1 開啟”則判斷“M2 是否開啟”，若“M2 開啟”，則程序運(yùn)行 “停止 M2”程序；若“M2 沒有開啟”，則試程序運(yùn)行“延遲 1 分鐘”， 一分

40、鐘后程序“返回主程序”。 若水位達(dá)到水位 LDD 的指標(biāo)，則運(yùn)行“水位低低報(bào)警”，然后程序判斷 “M1 是否開啟”，若“M1 未開啟”則運(yùn)行“M1 開啟”程序；若“M1 開啟”則 程序判斷“M2 是否開啟”，若“M2 未開啟”則運(yùn)行“M2 開啟”程序，若“M2 開啟”，則運(yùn)行“延遲一分鐘”，一分鐘后程序“返回主程序”。 自動(dòng)模式子程序原理框圖如圖 4-2： 開始 水位 高？ 水位 低？ M2 是 否開 M2 是 否開 水位低 低? 水位低 報(bào)警 開 M1 水位低低報(bào)警 開 M2 水位高報(bào)警 返回主程序 M1 是 否開 開 M1 M1 是 否開 延遲 1 分鐘 N Y N Yes Ye s N

41、no N o 停 M2 Y Y N Y Y N o 返回主程序 圖 4-2 自動(dòng)模式子程序原理框圖 4.2.3 手動(dòng)模式子程序原理框圖以及流程框圖 手動(dòng)模式子程序運(yùn)行的前置條件是，系統(tǒng)開始運(yùn)行，并且用戶選擇使用自 手動(dòng)控制模式。 手動(dòng)模式子程序中判斷語句的條件是依據(jù)用戶的具體操作。 手動(dòng)模式子程序首先判斷“水位是否 LG” ，若水位 LG 達(dá)到指標(biāo)，則程序 返回主程序；若水位 LG 未達(dá)到指標(biāo)，則程序運(yùn)行“判斷有無鍵合”： 若“判斷沒有鍵合”則子程序進(jìn)行循環(huán)； 若“判斷鍵合”，則程序判斷“M1 是否鍵合”。 若用戶操作“M1 鍵合”，則程序運(yùn)行“判斷 M1 是否開啟”： 若“M1 開啟”則子程

42、序進(jìn)行循環(huán)； 若“判斷 M1 未開啟”，則程序運(yùn)行“開啟 M1”。 若用戶操作“M1 不鍵合”，則程序判斷“M2 是否鍵合”： 若用戶操作“M2 鍵合”，則程序運(yùn)行“判斷 M2 是否開啟”； 若“M2 開啟”則子程序進(jìn)行循環(huán)； 若“判斷 M2 未開啟”，則程序運(yùn)行“開啟 M2”。 若程序判斷用戶均未進(jìn)行“M1、M2 鍵合”，則程序要判斷“是否停止 M1 鍵合”：若用戶操作“M1 停止鍵合”，則程序判斷“M1 是否停止”； 若“M1 停止”，則子程序循環(huán)； 若“M1 沒有停止”，則程序運(yùn)行“停止 M1”。 若用戶不操作“M1 停止鍵合”，則程序判斷“是否停止 M2 鍵合”： 若用戶操作“M2 停

43、止鍵合”，則程序判斷“M2 是否停止”，若“M2 停止” ，則子程序循環(huán)； 若“M2 沒有停止”，則程序運(yùn)行“停止 M2”。 手動(dòng)模式子程序原理框圖如圖 4-3： 開始 水位 高？ 有無鍵 合？ M1 鍵合？ M2 鍵合？ N N N yes 開 M2 Y N N 停 M1 鍵 合？ 停 M2 鍵 合？ yes M1 開著？ 開 M1 N M1 開著？ N 開 M2 N yes M1 停著？ N Y Y Y M2 停著？ yes 停 M2 N yes返回主程序 Y 圖 4-3 手動(dòng)模式子程序原理框圖 第 5 章 總結(jié)與展望 縱觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的 控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù) 處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能 IC 卡、電子寵物等，這些都離不開 單片機(jī)。以前沒有單片機(jī)時(shí)，這些東西也能做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路， 然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長(zhǎng)期使用，元器件 不斷老化，控制的精度自然也會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制 這些東西變?yōu)橹悄芑?/p>