基于單片機的水箱控制系統(tǒng)設(shè)計

1、目錄：摘要3引言4第一章 AT89C51單片機系統(tǒng)簡介51.1 AT89C51單片機說明51.2時序61.3引腳極其功能8第二章水箱給水設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成122.1外部硬件結(jié)構(gòu)122.2本系統(tǒng)采用8051單片機控制部分結(jié)構(gòu)13第三章本系統(tǒng)的工作原理153.1工作原理153.2 主程序框圖153.3 自動模式子程序：163.4 手動模式子程序：17總結(jié)18致謝19參考文獻:19附錄：20本系統(tǒng)程序清單20系統(tǒng)電路示意圖22摘要本單片機系統(tǒng)設(shè)計的目的是應(yīng)用單片機控制技術(shù)，以AT89C51單片機為核心控制工廠的水箱的水位，并實現(xiàn)了報警和手動、自動切換功能。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合工廠生廠用水系

2、統(tǒng)控制的需要。本畢業(yè)論文還詳細的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了該匯編語言程序。關(guān)鍵詞:單片機 系統(tǒng)控制核心精度ABSTRACTThe purpose of single-chip system design is the application of single-chip control technology, to AT89C51 as the core to control the water level in water tank factory, and the realization of the alarm and manual, automatic switchin

3、g function. The system is easy to operate, good performance, more in line with Health Works plant needs water system control. This article also gives a detailed diagram of the related hardware and software flow chart, and the preparation of the assembly language program.KEYWORDS:MCU、systemcontrol 、c

4、oer、precision引言漫步在繁華的現(xiàn)代化的大都市的大街上，隨時都可以看到街上有很多可以用卡取錢的機器(ATM自動柜員機)，十字路口的交通燈。我們的手機，我們家里數(shù)碼電視機、數(shù)碼音響、遙控器、空調(diào)、智能玩具.隨著我國的國民經(jīng)濟與生活水平的發(fā)展，工廠對自動化的需求也日益增加，為減少污染、節(jié)約能源，單片機控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)里，很多都用到大水箱，水箱里的水位控制就是問題了，以前有專門的人看著，既浪費人力，又不能準確的判斷水位高低。所以單片機控制水箱水位就在工廠得到廣泛的應(yīng)用。一般工業(yè)里用到的水箱，體積都比較大，所以對水位的控制需求就相應(yīng)的大了，工廠里對水位的控制精度要求也高。

5、第一章AT89C51單片機系統(tǒng)簡介1.1AT89C51單片機說明目前，8051單片機在工業(yè)檢測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。89C51是Intel公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個256K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；片內(nèi)程序存儲器ROM；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時

6、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。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能。中央處理器CPU是單片微型計算機的指揮、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)邏輯運算部件(簡稱ALu)、定時控制部件，若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序計數(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)與典型微型機相似。它具有對8位信息進行+、-、x、/ 四則運算和邏輯與、或、異或、取反、清“0”等運算，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)果及常用數(shù)據(jù)寄存器?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫?、

7、程序計數(shù)器Pc、定時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，從程序存儲器中取來經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，送到存儲器、運算器或Io接口電路，完成指令功能。程序計數(shù)器Pc 程序計數(shù)器Pc用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共16位可對以K字節(jié)的程序存儲器直接尋址c指令執(zhí)行結(jié)束后，Pc計數(shù)器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。 CPU功能，總的來說是以不同的方式，執(zhí)行各種指令。不同的指令其功自略異。有的指令涉及到枷各寄存器之間的關(guān)系；有的指令涉及到單片機核心電路內(nèi)部各功能部件的關(guān)系；有的則與外部器件如外部程序存儲器發(fā)生聯(lián)系。事實上，cRJ是通過復(fù)

8、雜的時序電路完成不同的指令功能。所謂cRJ的時序是指控制器控照指今功能發(fā)出一系列在時間上有一定次序的信號，控制和啟動一部分邏輯電路，完成某種操作。1.2時序時鐘電路 M田51片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(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，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在使用外部時鐘時，XTAL2用來輸入外部時鐘信號，而XTALI接地。1.2.2時序 MGL5l單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個接蕩周期，分為P1和P2兩

9、個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(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。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時完成指令操作。多數(shù)Mcs51指令周期為12個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內(nèi)

10、從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。下面是51單片機的振蕩電路圖：圖1-1振蕩電路圖1.3引腳極其功能MCS51系列單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復(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個部分敘述個引腳的功能。電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）：接+5V電源正端。1.3.2 外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶

11、體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接?？刂菩盘柣蚺c其它電源復(fù)用引腳 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（A）RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護端。

12、當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。當VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，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。（B）ALE/ P （30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（C）PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。（D）EA/Vpp（31腳

13、）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當EA端保持高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當EA端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，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(A).P0口（39腳22腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。它分時

14、提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，當EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)，而當檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。(B).P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O接口使用。對于MCS52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。(C).P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準雙向I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2

15、口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。(D).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功能見表1-1引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（部中斷0請求輸入端，低電平有效）P3.3INT1（中斷1請求輸入端，低電平有效）P3.4T0（時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖端）P3.5T1（時器/計數(shù)器1數(shù)脈沖端）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲

16、器寫選通信號輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）表1-1第2功能表綜上所述，MCS51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。89C51的管腳圖 圖1-289C51的管腳圖第二章水箱給水設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成2.1外部硬件結(jié)構(gòu)水箱由兩臺給水泵機組、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系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其中M1、M2為給水泵機組，LG、LD、LDD分別為水位高、水位低、水位低低浮球開關(guān)，當水位高（大于90%）

17、時，LG閉合，當水位低（小于75%）時，LD閉合，當水位低低（小于50%）時，LDD閉合。水箱的控制器由8051系統(tǒng)構(gòu)成。為避免電機的起停和電源波動時對電路的影響，輸入輸出均采用光電隔離。輸出通過繼電器，控制水泵機組的起停和報警，其電路圖2-2：圖2-2起停和報警給水泵電機主控回路圖：圖2-3主控回路圖2.2本系統(tǒng)采用8051單片機控制部分結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用8051單片機，引腳具體控制如下：P1口和P3口為輸入輸出檢測信號和控制信號。下面是8051芯片引腳具體分配：P1.0：水位低低輸入信號。（低0 高1）P1.1：水位低輸入信號。（低0 高1）P1.2：水位高輸入信號。（高1，低0）P1.3：手

18、動與自動轉(zhuǎn)換輸入信號。（手動1，自動0）P1.4：M1起動KM1控制輸出信號。（手動1，自動0）P1.5：M2起動KM1控制輸出信號。（手動1，自動0）P1.6：M1開關(guān)狀態(tài)輸入信號。（開0，關(guān)1）P1.7：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號。（開0，關(guān)1）P3.0：水位低低報警輸出信號。P3.1：水位低報警輸出信號。P3.2：水位高報警輸出信號。P3.4：手動起動M1輸入信號，低電頻有效動作。P3.5：手動起動M2輸入信號，低電頻有效動作。P3.6：手動停M1輸入信號，低電頻有效動作。P3.7：手動停M2輸入信號，低電頻有效動作。第三章 本系統(tǒng)的工作原理3.1工作原理當水箱水位低時，起動M1、M2給水，水

19、位上升到90%，停M1。當水箱水位低低（小于50%）時，同時起動M1、M2，當水位上升到50%以上70%以下時，停M2，M1繼續(xù)運行到水位上升到90%以上才停止工作。經(jīng)過調(diào)試系統(tǒng)，測得以下數(shù)據(jù)：水位從50%-70%，兩臺泵運行需要約10分鐘；水位從70%-90%，一臺泵運行需要約15分鐘。水箱的水位一般保持在70%-90%。報警控制如下：當水位高于90%的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，浮球LG閉合，系統(tǒng)水位高報警。當水位低于75%的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，浮球LD閉合，系統(tǒng)水位低報警。當水位低與50%的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，浮球LDD閉合，系統(tǒng)水位低低報警。手動/自動模式轉(zhuǎn)

20、換控制如下：全自動模式下，系統(tǒng)自動判斷水位的狀況，選擇不同的工作狀態(tài)。在手動的模式下，兩臺給水泵的運行控制可由人工操作。3.2 主程序框圖 圖3-1 主程序框圖3.3 自動模式子程序：圖3-2自動模式子框圖3.4 手動模式子程序： 圖3-3手動模式框圖致謝本畢業(yè)論文是老師的精心指導(dǎo)下完成的。在整個課題的設(shè)計、編寫過程中，王海峰老師和尹海昌老師給予了細致的指導(dǎo)和幫助，使我能夠點面結(jié)合，設(shè)計過程環(huán)環(huán)相扣。在此，謹對他們致以衷心的感謝。同時也對本畢業(yè)論文做出認真審閱的老師們給以深深的敬意！參考文獻:1林立,張俊亮,劉得軍.單片機原理及應(yīng)用M.電子工業(yè)出版社2陶希平.模擬電子技術(shù)第二版 M.化學(xué)工業(yè)出

21、版社3劉勇.數(shù)字電路M.機械工業(yè)出版社4陳忠.電子制作M.電子制作雜志社5楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)M.高等教育出版社.6胡宴如.模擬電子技術(shù)M.高等教育出版社.7王秀珍，姜林.電子技術(shù)基礎(chǔ)M.中國電力出版社8韓偉.數(shù)字電子技術(shù)及其應(yīng)用M.國防工業(yè)出版社附錄：本系統(tǒng)程序清單主程序：ORG 0000HAJMP MAINORG 0060HMAIN: MOV P1, #FFH; P1 P3口初始化置1MOV P3，#FFHJNB P1.3 ， AVT ； 若手動在自動位置，跳到自動模式子程序AJMP MEN ；否則轉(zhuǎn)到手動模式子程序ENDAUT： NOP（空命令）JNB P1.2 , LG ;水位高LGJB P1.1 LD ， ；水位沒低-LDCLR P3.1 ；水位低報警JB P1.0, LDD ；水位未低低-LDDCLR P3.0 ；水位低低報警JNB 3.1 P1.6, Y1 ；M1已啟動Y1CLR P1.4 ；否則啟動M1Y1:JNB P1.7 ,Y2 ； M2已啟動-Y2 CLR P1.5 ；否則啟動M2Y2:ACALL DELAY ；延時1分鐘 AJMP AUT ；返回自動模式LDD: JNB P1.6 ,Y