畢業(yè)設(shè)計10超聲波液位控制系統(tǒng)89C51單片機(jī)

1 目 錄 1緒論 2硬件結(jié)構(gòu) 2.1 核心元件 單片機(jī) 2.2超聲波探頭結(jié) 構(gòu)與測距原理 3.課題設(shè)計過程 3.1課題分析 3.2方法論證 3.2.1 鍵盤模塊論證 3.2.2 發(fā)射、接受模塊論證 3.2.3 驅(qū)動和動態(tài)顯示模塊論證 3.2.4 驅(qū)動水泵模塊論證 3.2.5 單片機(jī)模塊論證 3.3方案實現(xiàn) 3.3.1 鍵盤模塊設(shè)計 3.3.2 發(fā)射、接受模塊設(shè)計 3.3.3 驅(qū)動和動態(tài)顯示模塊設(shè)計 3.3.4 驅(qū)動水泵模塊設(shè)計 3.4調(diào)式 3.4.1硬件電路調(diào)試 3.4.2系統(tǒng)軟件調(diào)試 3.4.3系統(tǒng)綜合調(diào)試 4.總結(jié) 4.1提出常遇到的問題 4.2如何解決問題 結(jié)論 謝辭 參考文獻(xiàn) 附錄 附錄 附錄 C 2 超聲波液位控制系統(tǒng) 摘要： 本設(shè)計利用超聲波指向性強(qiáng)，能力消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離較遠(yuǎn)，利用超聲波檢測往往速度比較快，方便、計算簡單、精度高、性能強(qiáng)、易于做到實時控制。本超聲波液位控制系統(tǒng)采用了 89C51單片機(jī)為核心，利用它直接產(chǎn)生 40Khz的超聲波振蕩，經(jīng)三極管放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射器，由接收放大電路放大，送 89C51 檢測回波，計算收發(fā)的時間差，算出距離，處理后送顯示電路顯示液位高 度，同時控制繼電器驅(qū)動泵電路，從而驅(qū)動水泵，使液位得到合適的位置。本超聲波液位控制系統(tǒng)還有個最大的特點，能可以用鍵盤來設(shè)置你所要的高度，而且體積小、重量輕、拆裝方便，可以適應(yīng)各種各樣的場合。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ;超聲波 ;液位控制 3 1.緒 論 在這個高科技、高信息的時代里，科技是主流，信息是源泉。為了能適宜這個社會，高科技的產(chǎn)品就不斷誕生。因此要大量的人才，去開發(fā)和創(chuàng)造高科技產(chǎn)品。 隨著時代的不斷進(jìn)步， 液位控制系統(tǒng)也 迅速地得到應(yīng)用和提高，在目前也基本完善，大到工業(yè)、農(nóng) 業(yè)，小到小區(qū)、家庭。超聲波液位控制系統(tǒng)解決了以往做不到的事，節(jié)省了大量的時間，節(jié)約了寶貴資源，保證了國家財產(chǎn)，如水庫、水塔、煉油等應(yīng)用領(lǐng)域。為了讓更多的人掌握和應(yīng)用該系統(tǒng)，本課題提出以基礎(chǔ)為準(zhǔn)，單片機(jī)為核心內(nèi)容，掌握超聲波的測距原理和超聲波內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過超聲波測距原理，在深入掌握液位控制系統(tǒng)，最后綜合整個液位控制系統(tǒng)，熟練掌握超聲波液位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與設(shè)置。 2.硬件結(jié)構(gòu) 2.1 核心元件 單片機(jī) 整個的電路都由單片機(jī)來控制實現(xiàn)。 所謂單片機(jī)就是單片微型計算機(jī)，是將微機(jī)的主要組成部分（包括中央處理器 CPU、一定容量的存儲器 RAM和 ROM，以及輸入輸出 I/O接口電路等）集成在一塊芯片上的計算機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C51具有下列主要性能 ： 。 4KB可改編程序 Flash存儲器 （可經(jīng)受 1， 000次的寫入 /擦除周期） 。全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 。三級程序存儲保密 。 128*8字節(jié)內(nèi)部 RAM 。 32條可編程 I/O線 。 2個 16位定時器 /計時器 。 6個中斷源 ?？删幊檀型ǖ?。片內(nèi)時鐘振蕩器 另外， AT89C51是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的其工作頻率可下降到 0Hz,并提供兩種可用軟件來先擇的省電方式 空閑方式（ Idle Mode）和掉電方式（ Power Down Mode）。在空閑方式中， CPU停止工作，而 RAM、定時器 /計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作，在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被 “凍結(jié) ”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi) RAM中的內(nèi)容，真到下次硬件復(fù)位為止。 引腳說明 如圖 2.1 EA/ VP31X119X218R ES ET9RD17WR16IN T012IN T113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P SEN29A LE/P30TXD11R XD10 4 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：分時復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總線 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P2口：地址總線。 P3口：雙功能總線即地址總線和控制總線。 在 AT89C51中， P3端口還用于一些專門功能，這些兼用功能見表一。 表 2.1 端口引腳 兼用功能 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0(外部中斷 0) INT1(外部中斷 1) T0(定時器 0的外部 輸入 ) T1(定時器 1的外部輸入 ) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選項 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 在對 Flash編程或程序驗證時， P3還接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 2.2 超聲波探頭結(jié)構(gòu)與測距原理 2.2.1 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波 ,人們已經(jīng)設(shè)計和制造了許多超聲波發(fā)生器。總體上講 ,超聲波發(fā)生器可以分兩類 :一類是用電氣方式和產(chǎn)生超聲波 ,另一類是用機(jī)械產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。他們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常見的是壓電式超聲波發(fā)生器。 2.2.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理 壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，它有兩個壓電晶體片和一個共振 板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶體片的固有振動頻率時，壓電晶體片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶體片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號，這時它就成為超聲波接收器了 5 2.2.3 超聲波測距原理 超聲波發(fā)生器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停 止計時。超聲波在空氣中傳播速度為 340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以算出發(fā)射點的距障礙物的距離（ s），即 s=340t/2，這 就是所謂的時間測距法。（渡越時間法 ） 3.系統(tǒng)設(shè)計 3.1 課題分析 本課題主要的核心是單片機(jī)，根據(jù)超聲波測距的原理，再加上一些外部元件和相應(yīng)的程序即可實現(xiàn)。見框圖 4.1和原理圖 4.2 圖 4.1 超聲波液位控制系統(tǒng)框圖 單片機(jī) 鍵盤 接收 發(fā)射 驅(qū)動顯示 驅(qū)動水泵 6 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1 A HD12D23D34D45D56D67D78D89Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712Q811E11E219U37 4 L S 5 4 1R 1 01 0 0R 1 11 0 0R 1 21 0 0R 1 31 0 0R 1 41 0 0R 1 51 0 0R91 0 0abfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 2R E D C AabfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 3R E D C AabfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 1R E D C AS1S W - P BS2S W - P BS3S W - P BS4S W - P BS9S W - P BS5S W - P BS6S W - P BS7S W - P BS8S W - P BS 1 2S W - P BS 1 1S W - P BS 1 0S W - P BS 1 3S W - P BS 1 4S W - P BS 1 5S W - P BS 1 6S W - P BY12 4 MC13 3 PC23 3 PQ19 0 1 3Q29 0 1 3K1R E L A Y - S P D TV C CR 1 71K+ C31 0 uR 1 62 0 0S 1 7S W - P BV C C1 2U 2 A7 4 F 0 41110U 2 E7 4 F 0 41312U 2 F7 4 F 0 43 4U 2 B7 4 F 0 456U 2 C7 4 F 0 498U 2 D7 4 F 0 4R 1 91 0 0 KR 2 01 0 0 KR 2 11KR 2 21KR 2 32 0 KR 2 41 0 KV C C1234J1C O N 4C4 1 0 0 0 u F1 32V VG N DIN O U TU47 8 L 0 5C71 0 0 u FV C CD0D1D2D3D4D5D6D0D1D2D3D4D5D6R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7D7 D7R81 0 K x 8V C CC94 7 u FC84 7 u FR 1 86 8 0D11 N 4 0 0 1D31 N 4 0 0 1D51 N 4 0 0 1D41 N 4 0 0 1D21 N 4 0 0 1D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7123J4C O N 3C50 .1 u FC60 .1 u F11221122C 1 04 7 u F圖 4.2 超聲波液位控制系統(tǒng)原理圖 3.2 方案論證 通過圖 4.1 所示分析該電路有鍵盤、發(fā)射、接 受、單片機(jī)、驅(qū)動顯示、驅(qū)動水泵等 6 個模塊組成超聲波液位控制系統(tǒng)，各部分的功能分析如下。 3.2.1 鍵盤模塊論證 鍵盤的任務(wù)是用來設(shè)定液位的最高點和最低點的值。如果不用鍵盤設(shè)置固定參數(shù)，那么就談不上是液位控制了。所以說鍵盤設(shè)置絕定整個系統(tǒng)好壞的關(guān)鍵。設(shè)高了，那就等于沒設(shè)，等液體到最高的時候就漏出了；設(shè)低了，當(dāng)液體排泄完了還不能準(zhǔn)確的給容器罐水。那如何準(zhǔn)確的設(shè)定呢？其實要看容器高低了，還要看你所需的高度，不能超過容器的高度。用 16個按鍵組成來實現(xiàn)鍵盤。見圖 4.3所示 3.2.2 發(fā)射、接受模塊論證 它們是整個系統(tǒng)中的眼睛，能準(zhǔn)確無誤的看出液位的高度。發(fā)射模塊任務(wù)是發(fā)出 40KHZ頻率的超聲波；接收模塊任務(wù)是接收發(fā)來的超聲波，一般采用壓電式超聲波發(fā)生器。可以選一對 UCM40T UCM40R配對超聲波發(fā)生器在加上非門來實現(xiàn)。接收模塊還采用了三級放大電路，能夠放大 1000倍，使微弱的信號得到放大，來符合單片機(jī)要求的信號。見圖 4.4所示 3.2.3 驅(qū)動和動態(tài)顯示論證 它可是一個不普通的鏡子，可以照出最后的結(jié)果，能讓人直接醒目的看到他的結(jié)果，這就是它的任務(wù)。它采用了驅(qū)動集成塊 74HC54和 3個數(shù)碼管來實現(xiàn)。他顯示的最大值、最小值不會超過鍵盤設(shè) 7 置的最大值、最小值。這里還要要特別主要數(shù)碼管是共陰，還是共陽。見圖 4.5 所示 3.2.4 驅(qū)動水泵論證 他的任務(wù)是驅(qū)動水泵開關(guān)，是容器里的液體得到平衡狀態(tài)。它可是整個系統(tǒng)中的手足，采用一個繼電器和一個三級管來實現(xiàn)，這里的續(xù)流二級管要特別注意，它是來保護(hù)繼電器，消除浪涌電流。如圖 4.6所示。 其接口電路是把所有顯示器的 8個筆劃段 a-h同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極 COM是各自獨立地受 I/O線控制。 CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接 收到相同的字形碼，但究竟是那個顯示器亮，則取決于 COM端，而這一端是由 I/O控制的，所以我們就可以自行決定何時顯示哪一位了。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間是極為短暫的（約 1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。 3.2.5 單片機(jī)模塊論證 它是整個系統(tǒng)中的核心，也是整個系統(tǒng)的大腦。他是 處理整個系統(tǒng)的所以問題，前面的什么眼睛、手足等都是受它支配的，它用儲存和運算、控制功能。采用一塊 MCS-51 單片機(jī)來實現(xiàn)。見圖2.1所示 3.3 方案實現(xiàn) 3.3.1 鍵盤程序設(shè)計 鍵盤的結(jié)構(gòu)有行列式、獨立式兩種。見圖 4.3 鍵盤電路采用的是行列式。鍵盤怎樣去鍵值的呢？鍵值 =列值 *行值 如 0=11101110 1=11011110 2=10111110 程序如下： MOV P1， #0FOH MOV A， P1 MOV 50H， A MOV P1， #0FH MOV A， P1 ORL A， 50H MOV R0， #16 MOV R1， #00 MOV 50H， A MOV A， #0 MOV DPTR， #L1 L2： MOVC A， A+DPTR E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1 A HS1S W - P BS2S W - P BS3S W - P BS4S W - P BS9S W - P BS5S W - P BS6S W - P BS7S W - P BS8S W - P BS 1 2S W - P BS 1 1S W - P BS 1 0S W - P BS 1 3S W - P BS 1 4S W - P BS 1 5S W - P BS 1 6S W - P B 8 CJNE A， 50H， L1 MOV A， R1 RET L1： INC R1 MOV A， R1 DJNZ R0， L2 RET 3.3.2 發(fā)射、接受程序設(shè)計 超聲波 頻率為 40kHz 左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳；同時，為了方便處理，發(fā)射的超聲 波 被調(diào)制成 40kHz 左右、具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。 該測距系統(tǒng) 見 圖 4.3 所示。由圖 可見，測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)送、接收、時間計測 三 個部分組成。 超聲波發(fā)送脈沖如圖 2 所示。 40kHz 的超聲波發(fā)送脈沖信號由單片機(jī) MCS-51 的 P2.5 口送出，其脈沖寬度及脈沖間隔均由軟件控制。脈沖寬度約為 125s 200s，即在一個調(diào)制脈沖內(nèi)包 5 8個 40kHz 的方波 。 超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離（ s） ,即 s=340t/2。圖 4.4 就是超聲波測距電路，設(shè) L為容器的高， Z為容器底到液位的高度，也就是 Z=L-S 超聲波接收有三級管和非門組的放大電路，因為 聲的回波很弱，因而轉(zhuǎn)換為電信號的 幅值也較小，為此要求將信號放大 1000 倍左右。采有三級放大 ，將放大的信號轉(zhuǎn)化為電信號給單片機(jī) P2.7口，在這時候，單片機(jī)停止計時，這樣不斷的循環(huán)，當(dāng)液位到達(dá)最高或最低時，停止工作。見圖 .所示 9 超過波從發(fā)射到接收的間隔時間的測定是由單片機(jī)內(nèi)部的計數(shù)器 T1 來完成的。在調(diào)試過程中出現(xiàn)的發(fā)送部分與接收部分的直接串?dāng)_問題是由于換能器之間的距離不大，有部分聲波未經(jīng)被測物就 直接繞射到接收換能器上。從發(fā)射開始一直到 “虛假反射波 ”結(jié)束這段時間，通 過控制觸發(fā)器 (74LS74) 不能觸發(fā)，從而不會發(fā)中斷申請，可有效躲避干擾，但也會形成所謂的 “盲區(qū) ”。本系統(tǒng)的盲區(qū)約為20cm 左右。 系統(tǒng)最大測距誤差在 8cm 左右，測距的盲區(qū)為 20cm。測距誤差主要來源于以下幾個方面 。 超聲波波束對探測目標(biāo)的入射角的影響； 超聲波回波聲強(qiáng)與待測距離的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系，所以實際測量時，不一定是第 一 回波的過零點觸發(fā)； 超聲波傳播速度對測距的影響。穩(wěn)定準(zhǔn)確的超聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件，波的傳播速度取決于傳播媒質(zhì)的特性。傳播媒質(zhì)的溫度、壓力、密度對聲速都將產(chǎn)生 直接的影響。因此需對聲速加以修正。對于測距而言，引起聲速變化的主要原因是媒質(zhì)溫度的變化。本文采用聲速預(yù)置和媒質(zhì)溫度測量結(jié)合的方法對聲速進(jìn)行修正，可有效地消除溫度變化對精度的影響 。 影響測量誤差的因素很多，還包括現(xiàn)場環(huán)境干擾、時基脈沖頻率等 。 本系統(tǒng)硬件簡單、容易實現(xiàn)、測距范圍比較大、測量誤差可以控制在 4cm 左右。超聲測距系統(tǒng)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集相互獨立，可以同時進(jìn)行，保證了測距數(shù)據(jù)的實時性。 本系統(tǒng) 軟件分兩部分：主程序和中斷服務(wù)程序 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1 A HQ29 0 1 31 2U 2 A7 4 F 0 41110U 2 E7 4 F 0 41312U 2 F7 4 F 0 43 4U 2 B7 4 F 0 456U 2 C7 4 F 0 498U 2 D7 4 F 0 4R 1 91 0 0 KR 2 01 0 0 KR 2 11KR 2 21KR 2 32 0 KR 2 41 0 KV C CC94 7 u FC84 7 u F11221122C 1 04 7 u F 10 發(fā)射超聲波程序 ： SETB P2.6 NOP ACALL CSB NOP CLR P2.6 NOP CSB: NOP NOP NOP NOP L1: NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP CPL TX NOP DJNZ R0,L1 NOP RET NOP NOP NOP NOP 超聲波接受信號是由以下程序執(zhí)行的： RECEIVE:CLR TR1 11 MOV 36H,TH1 MOV 37H,TL1 MOV A,37H SUBB A,0F0H JC LL LL: MOV 3EH,99H RET 3.3.3 驅(qū)動和動態(tài)顯示設(shè)計 驅(qū)動有 74HC54集成塊實現(xiàn)， D1 D8 跟單片機(jī) P0口連，每個腳加上一個 上拉電阻， Q1 Q7 通過電阻 100分別接到每個數(shù)碼管相應(yīng)的腳上。見圖 4.5所示 。顯示數(shù)字采用查表方式 。本設(shè)計采用的是動態(tài)顯示 采用 3個數(shù)碼管，可以存放 3個 BCD碼， BCD碼顯示存放在 30H。 程序如下： ORG 30H MOV A， 30H DISP: MOV DPTR， #TAB MOVC A， A+DPTR MOV P0， A SETB P2.4 ACALL D0.2S CLR P2.4 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P2.3 ACALL D0.2S CLR P2.3 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P2.2 ACALL D0.2S CLR P2.2 D0.2S: PUS MOV R0,#200 L1: MOV R1,125 L2: DJNZ R1,L2 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1 A HD12D23D34D45D56D67D78D89Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712Q811E11E219U37 4 L S 5 4 1R 1 01 0 0R 1 11 0 0R 1 21 0 0R 1 31 0 0R 1 41 0 0R 1 51 0 0R91 0 0abfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 2R E D C AabfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 3R E D C AabfcgdeV C C1234567abcdefg8dpdp9D S 1R E D C AD0D1D2D3D4D5D6D0D1D2D3D4D5D6R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7D7 D7R81 0 K x 8V C CD1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7 12 DJNZ R0,L1 POP RET TAB: DB COH,F9H,A4H,B0H,99H,92H,82H,F8H,80H DB 90H,88H,83H,C6H,A1H,86H,8EH,89H,FFH 3.3.4 驅(qū)動水泵設(shè)計 如圖 .所示，使繼電器觸頂導(dǎo)通，必須三級管的基極為高電平，所以 P3.7口輸出高電平，水泵就打開；當(dāng) P3.7 口輸出為低電平，三級管截止，繼電器觸點斷開，水泵關(guān)閉。要打開和關(guān)閉水泵的前提， P2.6口必須有動作，還要看 P1口，如果當(dāng)顯示到達(dá)設(shè)定的最大值，水泵要關(guān)閉，當(dāng) 顯示到達(dá)設(shè)定的最小值，水泵要打開了 。 30H是顯示內(nèi)容 程序如下： ORG 000H LOOR： SETB P2.6 MOV P1， 30H MOV 30H,MAX CJNE 30H,P1,LOOP CLR P3.7 LOOP: JC LOOP1 CLR P3.7 LOOP1: SETB P3.7 MOV P1,30H CLR P3.7 MOV 30H,MIN CJNZ 30H,P1,LOOP2 SJMP LOOP1 LOOP2: JNC LOOP1 CLR P3.7 CLR P2.6 CLR P3.7 SJMP LOOR 3.4 調(diào)試 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件初步設(shè)計完成的基礎(chǔ)上，我們這次親手焊制了電動機(jī)轉(zhuǎn)速的微機(jī)測量系統(tǒng)的電路實物，及編制系統(tǒng)控制程序，并進(jìn)行了此次調(diào)試。在調(diào)試的時候我們把功能互相Q19 0 1 3K1R E L A Y - S P D TV C CR 1 86 8 0D11 N 4 0 0 1 13 獨立的的模塊一部分一部分調(diào)試成功之后再將它們組合起來調(diào)試。下面就將硬件調(diào)試和軟件調(diào)試分別進(jìn)行介紹。 3.4.1 硬件電路調(diào)式 對于系統(tǒng)硬件電路的焊接是有所復(fù)雜的，在電路板的焊接過程中讓我們學(xué)會了很多新的東西，雖然焊接電路板的過程是十分艱難的，但終于完成了硬件電路的焊接，開始了對硬件調(diào)試。硬件調(diào)試是利用各種測試器件 ,檢查系統(tǒng)硬件中存 在的故障。 對硬件電路的調(diào)試過程及其基本步驟如下： 檢查系統(tǒng)原理圖連接是否正確。 檢查焊接板圖與原理圖是否一致。 在安裝元器件的時候?qū)υ骷欠駬p壞以及性能是不是符合系統(tǒng)的要求，檢查電解電容、二極管及其它芯片的極性是否有極性反接的情況。 檢查原理圖與器件的 DATASHEET上引腳是否一致。 對焊接好的電路板先進(jìn)行目測，然后進(jìn)行仔細(xì)的檢查，看焊接電路板的時候是否存在連線錯誤、開路 、短路現(xiàn)象，尤其對電路板是否存在短路問題進(jìn)行了認(rèn)真的檢查。在設(shè)計電路板的時候我們還考慮到可靠性問題如 器件的負(fù)載問題、電源電壓的濾波問題、走線和布局是否合理。 完成檢測后，先空載上電，檢測電路板各引腳及插件上的電位是否正常，特別是單片機(jī)引腳上的各點電位，若一切正常將芯片插入各管座，再通電檢查各點電壓是否達(dá)到要求，邏輯電平是否符合電路或器件的邏輯關(guān)系。 3.4.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試 系統(tǒng)軟件調(diào)試是在偉福 6000軟件模擬器上先通過單步調(diào)試然后進(jìn)行連續(xù)調(diào)試完成的，通過單步調(diào)試了解被調(diào)試程序中每條指令的執(zhí)行情況，通過分析指令的運行結(jié)果判斷該指令執(zhí)行的正確性，并進(jìn)一步確定是由于硬件電路錯誤、數(shù)據(jù)錯誤還是程序設(shè) 計錯誤等引起的指令的執(zhí)行錯誤，從而發(fā)現(xiàn)排除錯誤。 最后當(dāng)系統(tǒng)軟件調(diào)試完成后 ,將程序固化到芯片中 。 3.4.3 系統(tǒng)綜合調(diào)試 綜合調(diào)試就是讓用戶系統(tǒng)的軟件在其硬件上實際運行，軟件與硬件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，從中發(fā)現(xiàn)硬件故障或軟硬件錯誤。系統(tǒng)綜合調(diào)試組要解決的問題： 軟硬件是否按預(yù)定要求正常工作。 系統(tǒng)運行中是否有潛在的設(shè)計時難以預(yù)料的錯誤，例如硬件延時過長，布線不合理、時序不符合要求等。 系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求。 LED顯示部分調(diào)試及性能分析 : 經(jīng)調(diào)試，我們此系統(tǒng)中所用的 LED 顯示屏硬件電路硬件質(zhì)量可靠，引腳焊接正確，工作正常。軟件部分需要調(diào)試的主要有顯示屏刷新頻率及顯示效果兩部分。顯示屏刷新頻率由定時器 T0的溢出率和單片機(jī)的晶振頻率決定。從理論上來說， 50Hz以上的刷新率就能看到連續(xù)穩(wěn)定的顯示，刷新率越高，顯示越穩(wěn)定，同時刷新率越高，顯示驅(qū)動程序占用的 CPU 時間也越多。試驗證明，在目測條 14 件下刷新率 40Hz 以下的畫面看起來閃爍較嚴(yán)重，刷新率 50Hz 以上的已基本覺察不出畫面閃爍，刷新率達(dá)到 85Hz以上時再增加畫面閃爍沒有 明顯改善。 顯示效果處理程序的內(nèi)容及方法非常廣泛，其調(diào)試過程在此不作具體討論，讀者可對照源程序自行分析。 在此次調(diào)試中，可能由于焊制的系統(tǒng)實物圖是用手工焊制，所以在焊制過程中可能出現(xiàn)焊點的 接觸不良，或短路現(xiàn)象的出現(xiàn)，以及編制程序的經(jīng)驗的不足，調(diào)試經(jīng)驗的不足。導(dǎo)致了不少可以避 免的問題而出現(xiàn)了。不過經(jīng)努力分析讓我們解決了這道問題。 4 總 結(jié) 4.1 提出常遇到的問題 在本次課題設(shè)計中遇到一些問題，比如元器件的誤差，受環(huán)境的影響，溫度的影響，人為操作 不良導(dǎo)致的誤差，軟件導(dǎo)致的誤差，布線造成的誤差，總 體起來分為三類。下面我來具體分析： 元器件本身誤差，最容易造成誤差的是超聲波發(fā)生器，選一個精確高的超聲波發(fā)生器也不是一個容易的事。當(dāng)本身參數(shù)不準(zhǔn)時，發(fā)射出超聲波頻率在受外界干擾，接收來頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不準(zhǔn)。 環(huán)境、溫度造成誤差，任何一個元件都有自己的技術(shù)指標(biāo)和最大限制參數(shù)，如果當(dāng)溫度升高時，在加上元件本身工作溫度，兩者相加的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最大限制溫度，元件就很容易偏離正常的要求，甚至損害。所以一般耐溫差的都要配個散熱片。 人為造成的誤差，往往是我們的經(jīng)驗不足和知識的缺乏。因為超聲波是高頻信號 ，很容易引起自激現(xiàn)象，所以在布線時，高頻元件之間的連線越短越好，重量太大的元件應(yīng)要支架 固定，不宜安裝在電路上，還要注意發(fā)熱的元件不能跟熱敏元件放在一起 ；銅膜線應(yīng)該盡量短，拐彎處應(yīng)圓腳或斜腳，避免兩線相互平行，以減少寄生偶合。還有整個系統(tǒng)是靠軟件 來發(fā)揮的，編寫軟件直接影響了精確度，因為我們的能力還有限，但愿以后的努力。 4.2 如何解決問題 元件本身的誤差是解決不了的，也只能找一個性能好的；環(huán)境、溫度造成的誤差也是一個比較難的解決問題，我們只能加散熱片或者加風(fēng)扇來降溫；主要我 們要解決的問題是人物造成誤差，上面也說了我們經(jīng)驗的不足和知識的缺乏，解決這類問題不是一件很難的事，大家都知道萬事接頭難，只要有恒心，有報復(fù)，一切都有希望。 結(jié)論 通過本次課題設(shè)計，我對超聲波有了一定的掌握，運用了單片機(jī)的技術(shù)，兩著結(jié)合得到很好的效果，更深入的掌握單片機(jī)編程，在這里老師的幫助也是很大的。總提上來講這次設(shè)計很成功，效 15 果也不錯，但是還有很多不足之處，這是沒辦法的，畢竟經(jīng)驗和知識的缺乏，我今后還會更加努力，來完成今日的不足，讓這次課程有個完美的結(jié)局。 謝 辭 能成功的完成本次課題設(shè) 計，多虧指導(dǎo)老師的幫助和指導(dǎo)。 你的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)和淵博知識使本人受益匪淺，在此表示誠摯的敬意和由衷的感謝，同時要感謝系領(lǐng)導(dǎo)和老師給我們提供了良好的環(huán)境和熱心指導(dǎo)。 在一次感謝各位領(lǐng)導(dǎo)和系老師在百忙中評閱我的論文，希望老師多多賜教。 最后感謝母校能給我這樣一次機(jī)會。 參 考 文 獻(xiàn) 、 沈德金 、 陳粵初等 . MCS-51單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?.北京航空航天大學(xué)出版社 .1990.4 、 超聲波探 頭 原理及應(yīng)用 . 機(jī)械工業(yè)出版社 . 1995.6 、 付曉光單片機(jī)原理與實用技術(shù)北方交通大學(xué)出版社 2004.10 16 、石宗義電路原理圖與電路板設(shè)計教程北京北京希望電子出版社 2002.6 附錄 A： 元 件 清 單 序號 元 件 名 稱 元 件 編 號 型號規(guī)格 數(shù) 量 備注 超 聲 波 K2， K3 UCM40T， UCM40R 2 電 阻 R1 R8 10K 8 R9 R15 100 7 17 R16 200 1 R17， R21， R22 1K 3 R18 680 1 R19,R20 100K 2 R23 20K 1 R24 10K 1 電 容 C1， C2 33P 2 C3 10u 1 C4 1000u 1 C5， C6 0.1 u 2 C7 100 u 1 C8， C9， C10 47 u 3 三 極 管 Q1， Q2 9013 2 按 鍵 S1 S17 SW-PB 17 單 片 機(jī) U1 MCS-51 1 六相輸入輸出非門 U2 74F04 1 顯示驅(qū)動 U3 74LS541 1 集成穩(wěn)壓塊 U4 78L05 1 數(shù) 碼 管 DS1 DS3 REDCA 3 晶體振蕩器 Y1 24M 1 繼 電 器 K1 RELAY-SPDT 1 二 極 管 D1 D5 1N4001 5 附錄 B 電 路 原 理 圖 18 附錄 C 電 路 印 刷 板 123456ABCD654321D C B ATitleNumberRevisionSizeBDate:19-May-2006SheetofFile:F:EDA1111.ddbDrawnBy:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1 8051AHD12D23D34D45D56D67D78D89Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712Q811E11E219U3 74LS541R10100R11100R12100R13100R14100R15100R9 100abfcgdeVCC1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp9DS2REDCAabfcgdeVCC1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp9DS3REDCAabfcgdeVCC1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp9DS1REDCAS1 SW-PBS2 SW-PBS3 SW-PBS4 SW-PBS9 SW-PBS5 SW-PBS6 SW-PBS7 SW-PBS8 SW-PBS12SW-PBS11SW-PBS10SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PBY1 24MC1 33PC2 33PQ1 9013Q2 9013K1RELAY-SPDTVCCR171K+C3 10uR16200S17SW-PBVCC12U2A74F041110U2E74F041312U2F74F0434U2B74F0456U2C74F0498U2D74F04R19100KR20100KR211K R221KR2320KR2410KVCC1234J1 CON4C41000uF132VVGNDINOUTU4 78L05C7 100uFVCCD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6R1R2R3R4R5R6R7D7D7R810Kx8VCCC947uFC8 47uFR18680D1 1N4001D31N4001D51N4001D4 1N4001D2 1N4001D1D2D3D4D5D6D7D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7123J4 CON3C5 0.1uFC6 0.1uF11221122C1047uF 19 20 單片機(jī)液位測量程序 ORG 0000H AJMP START ORG 0003H ;定義 70H-7DH為緩沖寄存區(qū) ;/主程序 / START: CLR ST; 關(guān)水泵 MOV SP,#40H MOV SETUP1,#00H; 預(yù)設(shè)高水位為 450MM MOV SETUP2,#05H MOV SETUP3,#04H MOV SETUP1_1,#00H; 預(yù)設(shè)高水位為 450MM MOV SETUP1_2,#00H MOV SETUP1_3,#05H MOV SETDW1,#00H; 預(yù)設(shè)低水位為 50MM MOV SETDW2,#05H MOV SETDW3,#00H MOV FLAG,#00H MOV COUNT2,#00H MOV TMOD,#01H; 設(shè)置定時模式及時間 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV R7,#00H ;控制定時時間 MOV R5,#00H MOV DPTR,#0BFFFH MOV P2,#0FH MOV A,#00H BEGIN:MOVX DPTR,A;初始化顯示 0-9,延時時間根據(jù)需要調(diào)整 LCALL DL1S LCALL DL1S LCALL DL1S LCALL DL1S ADD A,#01H MOVX DPTR,A LCALL DL1S LCALL DL1S LCALL DL1S 21 LCALL