自動給水系統(tǒng)設計

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--.自動給水統(tǒng)設計摘要單片機系統(tǒng)的開發(fā)應用給現(xiàn)代工業(yè)測控領域帶來了一次新的技術革命，自動化、智能化均離不開單片機的應用年來模糊控制在許多控制應用中都取得了成功糊控制應用于控制系統(tǒng)設計不需要知道被控對象精確的數(shù)學模型于許多無法建立精確數(shù)學模型的復雜系統(tǒng)能獲得較好的控制效果同時又能簡化系統(tǒng)的設計因此，在水箱水位自動控制系統(tǒng)中，模糊控制就成為較好的選擇。本文主要論述了應用模糊控制理論控制水箱水位系統(tǒng)先詳盡的介紹了模糊控制理論的相關知識此基礎上提出了用模糊理論實現(xiàn)對水箱水位進行控制的方案立了簡單的基于水箱水位的模糊控制器數(shù)學模型介紹了基于單片機的水位控制系統(tǒng)的設計及其相關內容系統(tǒng)屬于典型的基于單片機的大慣性環(huán)節(jié)的PID閉環(huán)控制裝置，通用性很強，在工業(yè)過程控制中有著廣泛的應用控制系統(tǒng)中引入單片機，可以充分利用單片機在對采集數(shù)據加以分析并根據所得結果做出邏輯判斷等方面的能力，編制出符合某種技術要求的控制程序、管理程序，實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制與管理用單片機對水位進行控制不僅具有控制方便單和靈活性大等優(yōu)點可以大幅度提高被控系統(tǒng)的技術指標，從而能夠大大的提高產品的質量。關鍵詞：水位控制MCS-8051EPROM744874LS164--總結資料

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--.AbstractThedevelopmentandapplicationofMCU(MicroControlUnit)havemadeagreatchangeinmanyfieldsofmodernindustrialdetectandcontrol.Becauseofthesmallscale,lowpriceandhighefficiencyofMCU,heprocessofproducing.Current,voltage,temperatureandpressureareusuallytheparametertobemonitored.ThedesignofwaterlevelcontrolsystembasedonMCUofisintroducedinthispaper.Astypicaldesigninlargeinertiacontrolsystem,thedesignneedstheknowledgeofautomationtheories,analoganddigitalelectronics.AdigitalPIDcontrollerisusedinthesystem,whichiscalledDDC(directdigitalcontrol)system.TheDDCsystemcannotonlyreplacetheanalogsystem,butalsocanrealizethemoreplicatedrulesofcontrolthroughchangingtheprogramofsoftware,notevenchangingaponentintheelectrocircuit.ItcanimprovereliabilityofthewholewaterlevelwhichcontrolledbytheMCUisnotonlyconvenient,advantagebutalsoraisetechnologyParameterofthesystemcontrolled,thusqualityoftheproductcouldraisegreatly.Keywords:

MCS-8051,EPROM7448,74LS164,waterlevelcontrol目錄摘要I目錄II--總結資料

--.前言11緒論21.1課題的提出及意義21.2單片機的概述及發(fā)展趨勢31.3水箱水位控制系統(tǒng)組成及原理41.3.1水箱水位控制系統(tǒng)組成41.3.2水箱水位控制系統(tǒng)的原理52系統(tǒng)硬件的選擇及其功能特性62.1MCS-51單片機的結構62.2MCS-51單片機的引腳及其功能82.3MCS-51單片機存儲器配置102.3.1MCS-51內部數(shù)據存儲器102.3.2對8051擴展的外部程序存儲器122.4MCS-51單片機的時序142.5LED發(fā)光二極管15

-2.6

水泵的介紹3硬件電路的設計20-

-總結資料

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--.3.1時鐘電路203.2復位電路223.3水位采集電路設計243.4報警電路設計263.5控制電機電路273.6看狗技術3.7系統(tǒng)總電路314軟件設計324.1概述324.2主程序設計框圖334.2.1主程序流程圖334.2.2源程序代碼34總結35致謝37參考文獻36-

-總結資料

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--.前言隨著集成電路技術的發(fā)展單片微型計算機的功能也不斷增強許多高性能的新型機種不斷涌現(xiàn)出來。單片機以其功能強、體積小、可靠性高造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點成為自動化和各個測控領域中廣泛應用的器件在工業(yè)生產中成為必不可少的器件尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。在水箱水位控制系統(tǒng)中，單片機更是起到了不可替代的核心作用。在工業(yè)生產中如：鍋爐、蒸汽機等，在日常生活中如:自動水位電熱水器,都用到以單機（小型（大型）作為主控芯片來實現(xiàn)自動控制水位的原理。隨著生產的發(fā)展，在工業(yè)中，上述設備對水位的控制要求越來越高隨著人們生活水平的提高對日常用品的自動化也提出了更高的要求，單片機的不斷更新?lián)Q代，滿足了上述的要求，達到自動控制的目的。水位控制系統(tǒng)在各個領域上都有廣泛應用然其結構簡單但由于控制過程具有多變量，大滯后，時變性等特點，且在控制過程中系統(tǒng)會受到各種不確定因素的影響，難于建立精確的數(shù)學模型。雖然自適應、自校正控制理論可以對缺乏數(shù)學模型的被控對象進行識別但這種遞推法復雜，實時性差。近年來模糊控制在許多控制應用中都取得了成功模糊控制應用于控制系統(tǒng)設計不需要知道被控對象精確的數(shù)學模型對于許多無法建立精確數(shù)學模型的復雜系統(tǒng)能獲得較好的控制效果同時又能簡化系統(tǒng)的設計因此在水箱水位自動控制系統(tǒng)中模糊控制就成為較好的選擇。本文主要論述了應用模糊控制理論控制水箱水位系統(tǒng)先詳盡的介紹了模糊控制理論的相關知識在此基礎上提出了用模糊理論實現(xiàn)對水箱水位進行控制的方案建立了簡單的基于水箱水位的模糊控制器數(shù)學模型。溫度、壓力，流量和液位是四種最常見的過程變量。其中液位是一個非常重要的過程變量。在機械控制系統(tǒng)尤為重要,液位控制不好就可能引起生產安全產品質量和產量等一系列問題目前在很多場合下，--總結資料

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--.液位已成為非常關鍵的因素許多物理特性的變化都直接反映在液位的升降上因此對液位的監(jiān)測的意義越來越大單片機對水位的控制問題是一個工業(yè)生產中經常會遇到的問題。此次畢業(yè)實習畢業(yè)設計第一階段的主要工作是學習有關單片機水位控制系統(tǒng)的基本知識了解單片機水位控制系統(tǒng)的相關技術并在此基礎上選擇了使8051單片機作為核心設計，并學7448模擬電子技術等方面的知識。這是課題研究的基礎性內容。第二階段是在指導教師的指導下設計出具體的電路并確定滿足具體技術指標的軟件掌握電路中重要器件的使用方法以及編寫出水位檢測程序，延時子程序。通過教師的悉心指導和自己的努力，完成了畢業(yè)設計的各項任務，成功完成單片機水位控制系統(tǒng)的設計。1緒論1.1課的出意隨著自動化技術的迅速發(fā)展和人們生活水平及需要的不斷提高來越多的自動控制設備走入了大家的生活自動控制設備的設計技術要求也越來越高所以本次畢業(yè)設計選擇水箱水位控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的自動水位控制系統(tǒng)采用電子線路完成設計那樣存在布線非常麻煩而且由于線路多的原因統(tǒng)的穩(wěn)定性較差來由于單片機的發(fā)展迅速，幾乎所有的自動控制系統(tǒng)都可以通過單片機以及部分電子器件來設計。而單片機以其功能強體積小可靠性高造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，成為自動化和各個測控領域中廣泛應用的器件工業(yè)生產中成為必不可少的器件尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大因此課題采用單片機完成對水箱水位控制系統(tǒng)的控制中心的設計樣系統(tǒng)的設計就原來人工控制半自動控制轉變?yōu)槿詣涌刂茖⒂稍瓉韨鹘y(tǒng)的純硬件轉變?yōu)橛布c軟件的結合減輕了原來的布線難度而系統(tǒng)的穩(wěn)定性會更好。課題設定了水位的上限值，下限值，并對水位進行實時采集，--總結資料

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--.并通過串行口傳輸?shù)娇刂浦行?，以達到對水位進行控制的目的。1.2單機概及展勢單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)管他的大部分功能集成在一塊小芯片上是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音圖像網絡復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器(Microcontroller)由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中使計算機系統(tǒng)更小更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。單片機是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM接口和中斷系統(tǒng)集成于同一硅片的器件。單片機用于控制有利于實現(xiàn)系統(tǒng)控制的最小化和單片化，簡化一些專用接口電路如編程計數(shù)器鎖相（PLL擬開關A/D和D/A變換器、電壓比較器等組成的專用控制處理功能的單板式微系統(tǒng)。單片機是所有微處理機中性價比最高的一種，隨著種類的不斷全面，功能不斷完善，其應用領域也迅速擴大。單片機在智能儀表、實時控制、機電一體化、辦公機械、家用電器等方面都有相當?shù)膽妙I域。當前，位單片機主要用于工業(yè)控制，如溫度、壓力、流量、計量和機械加工的測量和控制場合；高效能的16位單片機（如MCS-96、MK-68200可用在更復雜的計算機網絡。可以說，微機測控技術的應用已滲透到國民經濟的各個部門機測控技術的應用是產品提高檔次和推陳出新的有效途徑?？v觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：1．低功耗CMOS化MCS-51系列的8051推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝--總結資料

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--.雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點適合于在要求低功耗像電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。2．微型單片化常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)隨機存取數(shù)據存儲(RAM)只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路時鐘電路集成在一塊單一的芯片上增強型的單片機集成了如A/D轉換器PMW(脈寬調制電路WDT(看門狗有些單片機將LCD(晶)驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。3．主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多各具特色但仍以MCS-51為核心的單片機占主流容其結構和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產品公司的產品和中國XX的WinBond系列單片機。以8051為核心的單片機占據了半壁江山，在一定的時期內，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。1.3水水控系組及理1.3.1箱位制統(tǒng)成單片機應用系統(tǒng)是以單片機為核心，配以輸入、輸出、顯示、控制等外圍電路和軟件能實現(xiàn)一種或多種功能的實用系統(tǒng)它除了有單片機芯片以外，還有許多的外圍電路如果再配一系列程序，便可以完成很多功能。所以說單片機應用系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的硬件是應用系統(tǒng)的基礎，軟件則在硬件的基礎上對其資源進行合理調配和使用，從而完成應用系統(tǒng)所要求的任務二者相互依賴缺一不可。單片機應用系統(tǒng)的組成如圖1.1所示。--總結資料

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--.單片系統(tǒng)單片機

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接口電路及外設等

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軟件硬件圖1.1單片機應用系統(tǒng)的組成由此可見片機應用系統(tǒng)的設計人員必須從硬件和軟件兩個角度來深入了解單片機并能夠將二者有機結合起來才能形成具有特定功能的應用系統(tǒng)或整機產品。1.3.2水箱水位制系統(tǒng)原理該控制系統(tǒng)在水箱內的三個不同水位高度安裝了三根金屬棒圖1.2所示，其中A棒處于下限水位以下，C棒處于上限水位，B棒在下限水位處。棒+5V電源棒通過一個電阻接地。水箱由電機帶動水泵供水，單片機控制電機轉動以達到控制水位的目的。供水時，水位上升。當達到上限時，由于水的導電作用、C棒連通了5V。因此b、c兩端高電平（1狀態(tài)時應使電機停止，不再給水箱供水。當水位下降到下限時，都能與A棒導通，因此、c兩端狀態(tài)為0。這時應啟動電機給水箱供水。當水位處于上下限之間時棒與棒導通b端為1狀態(tài)而C棒不能與A棒導通C端為0狀態(tài)這時，無論電機是運轉狀態(tài)還是停止狀態(tài)都應維持原狀態(tài)不變。作為一個--總結資料

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--.整體的系統(tǒng)來說，僅僅有圖所示的框圖是不夠的，它只是系統(tǒng)的一部分。整體的系統(tǒng)還應包括系統(tǒng)的工作軟件串口程序，對單片機的控制程序等要實現(xiàn)這部分內容必須設計出相應的程序本論文的后續(xù)章節(jié)所要論述的就是系統(tǒng)的硬件電路的設計。圖1.2水箱水位控制原理圖2系統(tǒng)件的擇及其能特2.1MCS-51單機結當今時代，單片機使用最為廣泛為MCS-51單片機。即：8051單片機，其基本組成（參見圖中央處理器、程序存儲器ROM)、數(shù)據存儲器(RAM)、定/數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據總線、地址總線和控制總線等三大總線。1．中央處理器（CPU）中央處理器是單片機的核心，完成運算和控制功能。中央處理器--總結資料

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--.是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據或代碼CPU責控制指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。2．內部數(shù)據存儲器（內部RAM）8051芯片中共有256個RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元用于存放可讀寫的數(shù)據，簡稱內部RAM。電路

計數(shù)器

統(tǒng)P1P2P3TXDRXDINT0圖2.1MCS-51單片機結構框圖3．外部程序存儲器（外部ROM8051內部無程序存儲器須外接程序存儲器題中選用了7448用于存放程序、原始數(shù)據或表格。4．定時/計數(shù)器8051共有兩個16位的定時/計數(shù)器以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能并以其定時或計數(shù)結果對計算機進行控制。5．并行I/O口MCS-51有4個8位的I/O口（P0、P2、P3實現(xiàn)外部數(shù)據的并行輸入/輸出。在實訓中我們已經使用了P1口，通過P1口連接8個發(fā)光二極管。6．串行口MCS-51片機有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機和其它設備--總結資料

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--.之間的串行數(shù)據傳送該串行口功能較強既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。7．中斷控制系統(tǒng)MCS-51片機的中斷功能較強以滿足控制應用的需要8051共有5個中斷源，即外中斷兩個，定時計數(shù)中斷兩個，串行中斷一個。全部中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別。8．時鐘電路MCS-51片的內部有時鐘電路，但石英晶體和微調電容需外接。時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6MHz和12MHz。從上述內容可以看出，MCS-51雖然是一個單片機芯片，但作為計算機應該具有的基本部件它都包括因此實際上它已是一個簡單的微型計算機系統(tǒng)了。2.2MCS-51單機引及功MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請參見圖2.21．信號引腳介紹MCS-51系列單片機中的8031及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。輸入輸出(I/O)腳P0.0～P0.7：P0口8位雙向口線。P1.0～P1.7：P1口8位雙向口線。P2.0～P2.7：P2口8位雙向口線。P3.0～P3.7：P3口8位雙向口線。--總結資料

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-1234567891011121314151617181920

-.P1.0P1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5MCSP0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RST/VpdP0.7EA/VpTXD/P3.1ALE/PROG2PSENINT1/P3.P2.7P2.6P2.5P3.6P2.4RD/P3.P2.3P2.2P2.1P2.0圖2.2單機的引腳

4039383736353433323130292827262524232221ALE：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴展時用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據的隔離。：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外ROM時，有效（低電平以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。EA：訪問程序存儲控制信號。當信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；當信號為高電平時，對ROM的讀操作是從內部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。RST：復位信號。當輸入的復位信號延續(xù)兩個機器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。VSS地線，VCC：+5V電源。2．信號引腳的第二功腳由于工藝及標準化等原因芯片的引腳數(shù)目是有限制的但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)此就出現(xiàn)了需要與可能的矛盾，給一些信號引腳賦以雙重功能。除了第一功能根據需要再定義它的第二功能。下面介紹一些信號引腳的第二功能。(1)P3口線的第二功能P3的8條口線都定義有第二功能，詳見表2.1。(2)EPROM存儲器程序固化所需要的信號。有內部EPROM的單片機芯片（例如8751寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳以第二功能的形式提供的，即：--總結資料

--.編程脈沖：30腳（ALE/）編程電壓（25V腳（）表2-1P3口各引腳與第二功能表

-引腳P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

端口TXDT0T1

第二功能串行數(shù)據接收串行數(shù)據發(fā)送外部中斷0申外部中斷1申定時/數(shù)器0外部輸入定時/數(shù)器1外部輸入外部RAM寫選通外部RAM讀選通2.3MCS-51單機儲配部據儲MCS-51單片機的芯片內部有RAM和ROM兩類存儲器，即所謂的內部RAM和內部ROM首先分析內部RAM。1．內部數(shù)據存儲器低128個單元8051的內部RAM共有256個單元，通常把這256個單元按其功能劃分為兩部分：低128單元（單元地址00H～7FH）和高128單元（單元地址80H～FFH2.2所示為低128單元的配置圖。表2.2片RAM配置30H~7FH20H~2FH18H~1FH10H~17H08H~0FH00H~07H

數(shù)據緩沖區(qū)位尋址區(qū)（）工作寄存器3區(qū)（R7~R0）工作寄存器2區(qū)（R7~R0）工作寄存器1區(qū)（R7~R0）工作寄存器0區(qū)（R7~R0）低128單元是單片機的真正RAM存儲器，按其用途劃分為寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)三個區(qū)域。(1)寄存器區(qū)8051共有4組寄存器組8個寄存單各為8以R0～--總結資料

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--.R7作寄存單元編號，占據內部RAM的00H～1FH單元地址。(2)位尋址區(qū)內部RAM的單元，既可作為一般RAM單元使用，對單元中每一位進行位操作此稱之為位尋址區(qū)址區(qū)共有16個單元，計128位，地址為00H～7FH。(3)用戶RAM區(qū)在內部RAM低128單元中通用寄存器占去32個單元位尋址區(qū)占去16個單元，剩下80個單元，這就是供用戶使用的RAM區(qū)，其單元地址為30H～7FH2．內部數(shù)據存儲器高128單元內部RAM的高128單元是供給專用寄存器使用的，其單元地址為80H。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（SpecialFunctionRegister可稱為特殊功能寄存器。(1)專用寄存器（SFR）簡介8051共有21個專用寄存器，現(xiàn)把其中部分寄存器簡單介紹如下：1)程序計數(shù)—ProgramCounter一個16位的計數(shù)器，自動加1功能，用來控制程序的執(zhí)行順序；PC沒有地址，是不可尋址的，用戶無法對它進行讀寫，但可以通過轉移、調用、返回等指令改變其內容，以實現(xiàn)程序的轉移。2)累加器（ACC—Accumulator加器為8位寄存器，是最常用的專用寄存器，功能較多，地位重要。它既可用于存放操作數(shù)，也可用來存放運算的中間結果。3)B存器。寄存器是一個8位寄存器，主要用于乘除運算。乘法運算時，存數(shù)。乘法操作后，乘積的高8位存于B中，除法運算時，B存除數(shù)。除法操作后，余數(shù)存于B中。4)程序狀態(tài)（PSWProgramStatus狀態(tài)字是一個8位寄存器，用于存放程序運行中的各種狀態(tài)信息。PSW各位定義如下：表2.3PSW的地定義PSW位址字節(jié)址

D7HCY

D6HAC

D5HF0

D4HRS1

D3HRS0

D2HOV

D1HF1

D0HP除PSW.1位保留未用外，其余各位的定義及使用如下：CY（PSW.7）—進位標志位。CY是PSW中最常用的標志位，其--總結資料

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--.功能是存放算術運算的進位標志，進行加或減運算。（PSW.6輔助進位標志位戶標志位和（，PSW.3——寄存器組選擇位它們被用于選擇CPU前使用的通用寄存器組共有4組。單片機上電或復位后，RS1RS0=00。OV（PSW.2）—出標志位。5)數(shù)據指針（DPTR據指針為16位寄存器。編程時，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個8位寄存器分開使用。6)堆棧指針SPStackPointer棧是一個特殊的存儲區(qū)，用來暫存數(shù)據和地址，它是按“先進后出”的原則存取數(shù)據的。(2)專用寄存器中的字節(jié)尋址和位地址MCS-51系列單片機有21個可尋址的專用寄存器，其中有11個專用寄存器是可以位尋址的。對此問題作如下說明：1)21個可字節(jié)尋址的專用寄存器是不連續(xù)地分散在內部RAM高128單元之中，盡管還余有許多空閑地址，但用戶并不能使用。2)程序計數(shù)器PC不占據RAM單元，它在物理上是獨立的，因此是不可尋址的寄存器。3)對專用寄存器只能使用直接尋址方式，書寫時既可使用寄存器符號，也可使用寄存器。2.3.28051擴的部序儲7448是一種4kx8位紫外線擦除電可編程只讀存儲器，數(shù)據存儲器空間地址為0000H～0FFFH，片外最多可擴至64KBROM/EPROM，其地址為1000H～FFFFH，可以從0000H開始編址。2732管腳排列如圖下所示。--總結資料

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--.圖2.3管排列其中：～A11——12位地址線，可尋址4k字節(jié)；D0～D7——位數(shù)據線；——片選信號；OE——輸出允許信號；V——編程電源；PPV——電源（＋5VCCGND——地。需要說明的是：1．計算機的工作是按照事先編制好的程序命令條條循序執(zhí)行的，程序存儲器就是用來存放這些已編好的程序和表格常數(shù)由只讀存儲器ROM或EPROM組成。2．單片機使用程序計數(shù)器PC（ProgramCounter作為程序存儲器的地址指針，且PC總是指向將要執(zhí)行的下一條指令所在的程序存儲器單元地址。3實際應用時程序存儲器的容量分別是0000H單元是系統(tǒng)的起始地址，0003H、0013H、001BH和0023H應5種中斷源的中斷服務入口地址。程序存儲器中的復位和中斷源共6個固定的入口地址見表2.4。--總結資料

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--.表2.4MCS51單機復位、中斷入口地址操作復位外部中斷定時器計數(shù)器0溢外部中斷定時器計數(shù)器1溢串行口中斷定時器計數(shù)器2溢或T2EX端負跳變2.4MCS-51單機時

入口地址0000H0003H000BH0013H001BH0023H002BH時序是用定時單位來說明的。MCS-51的時序定時單位共有4個，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機器周期和指令周期。下面分別加以說明。1．節(jié)拍與狀態(tài)把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍（用P表示蕩脈沖經過二分頻后，就是單片機的時鐘信號的周期，其定義為狀態(tài)（S表示樣，一個狀態(tài)就包含兩個節(jié)拍，具前半周期對應的拍節(jié)叫節(jié)拍1(P1)，后半周期對應的節(jié)拍叫節(jié)拍2(P2)。2．機器周期MCS-51采用定時控制方式,因此它有固定的機器周期。規(guī)定一個機器周期的寬度為6個狀態(tài)，并依次表示為S1～S6。3．指令周期指令周期是最大的時序定時單位行一條指令所需要的時間稱為指令周期它一般由若干個機器周期組成單片機執(zhí)行任何一條指令時都可以分為取指令階段和執(zhí)行指令階段。MCS-51的取指/執(zhí)行時序：(a)字節(jié)單周期指令；(b)字節(jié)單周期指令；(c)單字節(jié)雙周期指令由圖2.4可示，ALE引腳上出現(xiàn)的信號是周期性的，在每個機器周期內出現(xiàn)兩次高電平。第一次出現(xiàn)在S1P2和S2P1期間，第二次出現(xiàn)在S4P2和S5P1間。--總結資料

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--.T時鐘ALE讀操作碼

讀操作碼無效)

讀下一條令S1S2S3S4S5S6a讀操作碼

讀第二字

讀下一條令S1S2S3S4S5S6b讀操作碼

讀操作碼(無效)S1S2S3S4S5S6c

S1S2S3S4S5S6圖2.4MCS-51單機的取/執(zhí)行時序圖2.4(a)，(b)所示分別給出了單字節(jié)單周期和雙字節(jié)單周期指令的時序。單周期指令的執(zhí)行始于S1P2，這時操作碼被鎖存到指令寄存器內。圖2.4(c)給出了單字節(jié)雙周期指令的時序，兩個機器周期內進行4次讀操作碼操作，其為單字節(jié)指令，后三次讀操作都是無效的。2.5LED發(fā)二管發(fā)光二極管（lightemittingdiode一塊電致發(fā)光的半導體材料，其核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為結。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就是發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。--總結資料

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--.鑒于LED發(fā)光二極管用得較為普遍報價較低所以設計中選用它發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純綠藍光等。由于用在報警電路，所以選擇紅色的。模擬水位高度由15個雙色發(fā)光二極管（LED）來完成，共分為4組。在某一特定時刻，每組LED與一個數(shù)碼管一起被選通4組LED對應4個數(shù)碼管個8位的移位寄存器74LS164級聯(lián)，將單片機送出的2個字節(jié)串行數(shù)據轉化為16位并行數(shù)據，分別送選通的LED和數(shù)碼管在不同時刻系統(tǒng)對4組LED和數(shù)碼管快速地循環(huán)掃描就完成了面板顯示的功能。用7448可以直接驅動共陰極的半導體數(shù)碼管圖3.3.3—7448輸出端可以看到，當輸出管截止輸出為高電平時流過發(fā)光二極管的電流是由Vcc2k歐上拉電阻提供的當Vcc=5V時這個電流只有2mA左右。如果數(shù)碼管需要的電流大于這個數(shù)值時，則應在2k歐的上拉電阻上在并聯(lián)適當?shù)碾娮?。?448驅動半導體數(shù)碼管的連接方式如圖3.3.3—數(shù)碼顯示所示。--總結資料

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--.2.5水的紹水泵是每個家庭必不可少的生活工具，雖然大多數(shù)人并沒有認識到這一點，但這確是事實。很多人對水泵一無所知。1．水泵的分類水泵一般多以泵的結構和作用原理來分類時根據需要也按使用部門、用途、動力類型和泵的水力性能等進行分類。(2)按使用部門分有農業(yè)用泵（農用泵）、工作用泵（工業(yè)泵）和特殊用泵等。(2)按用途分有水泵、砂泵、泥漿泵、污水泵、污物泵、井用泵、潛水電泵、噴灌泵、家用泵、消防泵等。(2)按動力類型分有手動泵、畜力泵、腳踏泵、風力泵、太陽能水泵、電動泵、機動泵、水輪泵、內燃水泵、水錘泵等。--總結資料

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--.(2)工作原理分有離心泵、混流泵、軸流泵、旋渦泵、射流泵、積泵（螺桿泵、活塞泵、隔膜泵）、鏈條泵、電磁泵、液環(huán)泵、脈沖泵等。2．選擇水泵的主要參數(shù)水泵參數(shù)是指泵工作性能的主要技術數(shù)據包括流量揚程轉速、效率和比轉數(shù)等。(1)流量（泵的流量是指單位時間內所排出的液體的數(shù)量。通常泵的流量用體積計算，以Q表示，單位為米3/（m3/h3/秒（/秒（1/s可用重量計，以G表示，單位為噸/（t/h/秒（t/s千克/秒（kg/sG與Q的關系：G=r×Qr-液體重度（千克/3）因水的重量近似1000千克/米3，故1升/=3.6米3/時=3.6噸/(2)揚程（泵的揚程是指單位重量的液體通過泵所增加的能量以H表示質上就是水泵能夠揚水的高度又叫總揚程或全揚程單位為米液柱高度，習慣上省去“液柱”，以米（m表示。泵的總揚程由吸水揚程與出水揚程兩部分組成，因此總揚程=吸水揚程=出水揚程但由于水流經過管路時受到各種阻力而減少了泵的吸水揚程和出水揚程，因此：吸水揚程=實際吸水揚程+吸水損失揚程出水揚程=實際出水揚程+出水損失揚程損失揚程=吸水損失揚程+出水損失揚程總揚程=實際揚程+損失揚程由于水泵銘牌上標明的揚程是上述水泵的總揚程此不能誤認為銘牌上的揚程是實際揚程數(shù)值泵的實際揚程都比水泵銘牌上的揚程數(shù)值小。因此在確定水泵揚程時，這一點要特別注意。否則，如果只按實際揚程來確定水泵的揚程訂購來的水泵揚程就低了那可能會降低水泵的效率至打不上水來失揚程與管路上的水管和附件種低閥、閘閥、逆止閥、直管、彎管量、水管內徑、管長、水管內壁粗糙程度以及水泵流量等都有密切關系一點在管路設計和選配水管和附件時也應注意。--總結資料

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--.(3)允許吸上真空高度（）允許吸上真空高度是指真空表讀數(shù)吸水揚程就是泵的吸水揚程（簡稱泵的吸程際吸水揚程與吸水損失揚程之和Hs表示，單位為米（m允許吸上真空高度是安裝水泵高度的重要參數(shù)安裝水泵時應使水泵的吸水揚程小于允許吸上真空高度值否則安裝過高就吸不上水或生產氣蝕現(xiàn)象。如生產氣蝕不僅水泵性能變壞，而且也可能使葉輪損壞。(4)轉速（）轉速是指泵葉輪每分鐘的轉數(shù)，以n表示，單位為轉/分（r/min每臺泵都有一定的轉速不能隨意提高或降低這個固定的轉素稱為額定轉速泵銘牌上標定的轉速即為額定轉速運轉超過額定轉速，不但會引起動力機超載或轉不動而且泵的零部件也容易損壞轉速降低，泵的效率就會降低，影響水泵的正常工作。(5)比轉數(shù)（ns）在前述水泵型號中有些型號的組成部分有比轉數(shù)這個參數(shù)比轉數(shù)與轉速是兩個概念，水泵的比轉數(shù)，簡稱比速，常用符號為ns。水泵的比轉數(shù)是指一個假想的所謂標準水泵葉輪的轉數(shù)個假想的水泵與真實水泵的葉輪各部分都幾何相似，而在消耗功率為0.735瓦、揚程為1米流量為0.075立方米/秒時所具有的轉數(shù)葉輪形狀相同或相似的水泵比轉數(shù)相同，葉輪形狀不相同或不相似的水泵比轉數(shù)不相同。如軸流泵比轉數(shù)比混流泵大流泵比轉數(shù)也是反映水泵特性的綜合性指標。此外，要注意比轉數(shù)大的水泵，其轉速不一定高；比轉數(shù)小的，轉速不一定低。大流量、低揚程的水泵，比轉數(shù)大，反之則小。一般比轉數(shù)較低的離心泵，其流量小、揚程高；而比轉數(shù)較高的軸流泵，其流量大、揚程低。--總結資料

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--.3硬件路的計電路的原理以及設計中所用的器件都在前已經作了詳細的敘述,本章就直接圍繞圖3.1介紹電路的具體設計。水位

4KEPROM單地址鎖存復位

片報警機時鐘控制圖3.1電原理3.1時電1．時鐘信號的產生在MCS-51芯片內部有一個高增益反相放大器輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器這就是單片機的時鐘電路，如圖3.2所示。時鐘電路產生的振蕩脈沖經過觸發(fā)器進行二分頻之后成為單片機的時鐘脈沖信號讀者特別注意時鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關系，否則會造成概念上的錯誤。一般地，電容C1和C2取30PF左--總結資料

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--.右，晶體的振蕩頻率X圍是1.2～12MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的圖3.2內時鐘和外部時鐘時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快8051的時鐘有兩種方式，一種是片內時鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體2-12MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接地，外部時鐘信號從XTAL2輸入。--總結資料

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--.圖3.3時電路3.2復電單片機的復位功能也非常重要謂復位即是使單片機內部的各個寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作。單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。51系列單片機在時鐘電路工作以后，在RST端持續(xù)給2個機器周期的高電平就可以完成復位操（一般復位正脈沖寬度大于10ms機復位分為上電復位（PowerOnReset）和外部復位兩種方式。單片機復位的條件是：必須使RST/VPD或RST引(9)加上持續(xù)兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平。單片機常見的復位電路如圖3.4(a)所示。--總結資料

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--.圖2.7(a)為上電復位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。在接電瞬間RESET端電位與VCC相同，隨著充電電流的減少RESET的電位逐漸下降。只要保證RESET為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復位。VCCVCC221k

VCCMCS-51VSS

22R1200R2

VCCMCS-RESETVSS(a)(b)圖3.4片常見的復位電路(a)上電復位電路；(b)按鍵復位電路如：圖3.4為按鍵復位電路。該電路除上電復位功能外，若要復位，只需按圖3.4(b)RESET鍵，此時電源VCC經電阻、R2分壓，在RESET端產生一個復位高電平。在上電瞬間RST端與VCC有相同的電壓，隨著電容上電壓的逐漸上升RST端電位將逐漸下降上電復位所需的最短時間是振蕩器振蕩建立時間加2個機器周期。復位電路的阻容參數(shù)通常由實驗調整決定。譬如在如下所示的上電復位電路中如取電路參數(shù)C為22uF，R取1K即可在RST端提供足夠的高電平脈沖，使得單片機能夠可靠的實現(xiàn)上電自動復位。單片機復位期間不產生ALE和PSEN信號，即ALE=1和=1。這表明單片機復位期間不會有任何取指操作復位后內部各專用寄存器狀態(tài)如下：PC：0000HTMODACC00HTCON：00H：00H：00HPSW：00HTL0：00HSP：07HTH1：00HDPTR0000H：00H--總結資料

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--.P0~P3：FFHSCON：00HIP：***00000BSBUF：不定IE：0**00000B：0***0000其中，*表示無關位。(1)復位后PC值為0000H，表明復位后程序從開始執(zhí)行，這一點在實訓中已介紹。(2)SP值為07H，表明堆棧底部在07H。一般需重新設置SP值。(3)P0~P3口值為FFH口用作輸入口時，必須先寫入“單片機在復位后已使P0~P3口每一端線“1些端線用作輸入口做好了準備。3.3水采電設1．水位檢測傳感器的選用傳感器是一種能感受被測物體物理量并將其轉化為便于傳輸或處理的電信號的裝置在現(xiàn)代科技領域中傳感器得到了廣泛應用，各種信息的采集離不了各種傳感器感器的基本功能在于能感受外界的各種“刺激”并作出迅速反映設計當中我們采用的水位探測傳感器簡單易做，經濟實惠。其外形輪廓如下：--總結資料

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--.+5vA圖3水位探測傳感器外觀圖A為接+5V電源的線與水一直保持連通，B線為低水位控制線，當水位到達低水位的時候它不導通，水在正常X圍內時，它導通C線為高水位控制線，當它導通時，表示水已經為高水位。本設計中采用了細銅線作為我們的傳感器的材料。主要考慮了(1)細銅線的電阻率比較低樣就可以避免由于電阻過大而使輸出的電平過低，以致不能很好地驅動單片機工作(2)電性能比較好，傳電速率比較快，也就是說靈敏性非常好。(3)細銅線便宜易找。本傳感器的尺寸是A線是30CM，B線是20CM，C線是15CM，銅線直徑是15MM。水位采集電路如圖3.4。b，c端的兩個水位信號通過P1.0和P1.1輸入單片機,這兩個信號共有4種組合，見表3.1。C(P1.1)0011總結資料

表3.1水位采集信號的4種合b(P1.0)0101--

操作電機運轉維持原狀故障報警電機停轉

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--.其中第三種組合（b=1,c=0）正常情況是不可能發(fā)生的，但是設計中還是要考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。圖3.5水采集電路3.4報電設本設計采用LED發(fā)光二極管作為報警器的工作原理已經在第2章中詳細介紹了，這里就不在重述。報警電路如圖3.6所示,從P13輸出報警信號，驅動發(fā)光二極管進行光報警。--總結資料

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--.3圖3.6報警電路3.5控電電設1．電機驅動設計電感線圈是一種感性負載流過線圈的電流發(fā)生變化時線圈會發(fā)生很大的反電動勢，這個反電動勢有可能損壞驅動器中的輸出晶體管。因此，為了防止驅動器損壞，線圈兩端必須加箝位二極管。圖3.3.4為采用SN75467驅動交流繼電器的電路圖。當AT89C51在P2.0上輸出低電平時SN75467相應的輸出晶體管導通，繼電器線圈中有電流流過，繼電器吸合；當AT89C51在P2.0上輸出高電平時，驅動器相應輸出晶體管截止，繼電器線圈中無電流流過，繼電器不吸合，觸電常開。在圖3.3.4中，二極管用于箝位線圈兩端可能出現(xiàn)的反電動勢。--總結資料

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--.2．控制電機電路電路如圖3.7，控制信號由P12端出,去控制電機。為了提高可靠性，使用光耦合隔離。本設計選用ZSN4系列直流電動機，其工作原理是根據電磁感應和通電導體在磁場中受力旋轉給直流電機的電樞繞組通入電流載流導體在磁場中將受電磁力的作用由于換向器的換向作用，導體進入異極磁極時導體中的電流也相應改變，從而保證了電磁轉矩的方向不變使直流電機能連續(xù)旋轉把直流電能轉換成機械能輸出。這里只是需要在電機上加一個水泵就可以實現(xiàn)，當電機工作時，水泵自動抽水。利用脈寬調制(PWM)式實現(xiàn)調光/調速的好處是電源的能量能得到充分利用，電路的效率高。例如：當輸出為50％的方波時，脈寬調制(PWM)電路消耗的電源能量也為50幾乎所有的能量都轉換為負載功率輸出而采用常見的電阻降壓調速時要使負載獲得電源最大輸出功率50％的功率，電源必須提供71％以上的輸出功率，這其中消耗在電阻的壓降及熱耗上。有時電路的轉換效率是非常重要的。此外采用脈寬調制(PWM)式可以使負載在工作時得到滿電源電壓，這樣有利于克服電機內在的線圈電阻而使電機產生更大的力矩。控制電機電路如圖3.7--總結資料

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--.圖3.7控電機電路3.6看狗術在由單片機構成的微型計算機系統(tǒng)中,由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾,造成程序的跑飛,而陷入死循環(huán),程序的正常運行被打斷,由單片機控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作,會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài),生不可預料的后果,以出于對單片機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測的考慮,便產生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行狀態(tài)的芯片,稱"看門狗"(watchdog)看門狗電路的應用，使單片機可以在無人狀態(tài)下實現(xiàn)連續(xù)工作,其工作原理是:看門狗芯片和單片機的一個I/O引腳相連,I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平(或低電平),這一程序語句是分散地放在單片機其他控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進入死循環(huán)狀態(tài)時,寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行,這個時候,看門狗電路就--總結資料

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--.會由于得不到單片機送來的信號,便在它和單片機復位引腳相連的引腳上送出一個復位信號,使單片機發(fā)生復位,程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行,這樣便實現(xiàn)了單片機的自動復位.看門狗,叫watchdogtimer,一個定時器電路,般有一個輸入,叫喂狗(kickingthedogorservicethedog),一個輸出到MCU的RST端,MCU正常工作的時候,每隔一端時間輸出一個信號到喂狗端,給WDT清零,果超過規(guī)定的時間不喂狗一般在程序跑飛時),WDT定時超過,回給出一個復位信號到MCU,是MCU復位。防止MCU死機.看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。工作原理：在系統(tǒng)運行以后也就啟動了看門狗的計數(shù)器，看門狗就開始自動計數(shù)，如果到了一定的時間還不去清看門狗，那么看門狗計數(shù)器就會溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復位。所以在使用有看門狗的芯片時要注意清看門狗。系統(tǒng)軟件"門狗"的設計思路：(1)看門狗定時器T0的設置。在初始化程序塊中設置T0的工作方式，并開啟中斷和計數(shù)功能。系統(tǒng)Fosc=12MHz，T0為16位計數(shù)器，最大計數(shù)值為(2的16次方535，T0輸入計數(shù)頻率是。Fosc/12溢出周期為(65535+1)／1=65536(s)。(2)計算主控程序循環(huán)一次的耗時?？紤]系統(tǒng)各功能模塊及其循環(huán)次數(shù)，本系統(tǒng)主控制程序的運行時間約為16ms。系統(tǒng)設置"看門狗"時器T0定時30ms(T0的初值為65536-30000=35536)。主控程序的每次循環(huán)都將刷新T0的初值。如程序進入"死循環(huán)"而T0的初值在30ms內未被刷新，這時"門狗"時器T0將溢出并申請中斷。(3)設計T0溢出所對應的中斷服務程序。此子程序只須一條指令，即在T0對應的中斷向量地址(000BH)寫入"條件轉移"命令，把計算機拖回整個程序的第一行，對單片機重新進行初始化并獲得正確的執(zhí)行順序--總結資料

CDD-CDD

--.U4

07-02-01

1k+5V1kU24

41

+5V

6723

MS1MS2MR1MR2

129811

0.01uF

12

UIAAYB7432

3

RESET6

RCTRIGX

DIS

51

10K

14

7490

3

CVoltN

THR

2

NE556

R4

7

47uF

0.01uF圖8看門狗電路3.7系總路水位控制系統(tǒng)的完整電路，如圖3.8。它的作用已經在第一章的原理中做了詳細的敘述的各個模塊電路及作用也已經在本章的前一部分作了介紹，所以下面就只給出它的電路圖。--總結資料

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--.圖3.8水水位系統(tǒng)電路4軟件計4.1概本設計的水位控制系統(tǒng)是基于8051單片機為核心模塊的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的數(shù)字或模擬電子線路設計只需要實現(xiàn)硬件電路上的電器連接，然后再進行實驗驗證即可本設計中引入了單片機，將硬件與軟件結合在一起通過硬件電路與軟件編程來實現(xiàn)課題減輕了基于傳統(tǒng)的水位控制系統(tǒng)的布線難度。--總結資料

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--.4.2主序計圖開始初始化自動報警

手動圖4.1主程序框圖4.2.1程流圖--