微控制器課程設(shè)計(jì)論文

1、鄭 州 輕 工 業(yè) 學(xué) 院微控制器應(yīng)用設(shè)計(jì)題目：水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名： 院 （系）： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 時(shí)間：2013年 12月 16日至 2013年 12月 30日摘 要水位控制器主要用于工廠及家庭的自備水泵、水井及貯水池的水位自動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)了智能化控制，免去了人工看管的麻煩。自動(dòng)化控制對(duì)水位的控制精確、及時(shí)、節(jié)省人力資源，優(yōu)于人工控制。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MCS-51系列單片機(jī)為核心，組成一個(gè)水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)位式進(jìn)水, 六區(qū)間式水位顯示, 滿水、低水水位報(bào)警, 水位傳感器故障自檢及報(bào)警提示等功能。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，

2、本文還詳細(xì)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(yǔ)言程序。ABSTRACTWater Level Controller is mainly used in factories and family-owned pumps, wells and cisterns for water level control. Realization of intelligent control, eliminating the need for artificial custody trouble. Automation and control accurate and timely contro

3、l of the water level, saving human resources, better than manual control. The purpose of this design is the application of SCM system MCU control technology to MCS-51 series microcontroller core, consisting of a water level automatic control system, and to achieve automatic-position water, six water

4、 level display range, full of water, low water level alarm , the water level sensor fault detection and alarm functions. The system is easy to operate, good performance, this paper also gives a detailed block diagram of related hardware and software flow chart, and the preparation of the assembly la

5、nguage program.第1章 水位控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)概述1.1 水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景介紹 由于自動(dòng)化技術(shù)在工礦企業(yè)的廣泛運(yùn)用，水位自動(dòng)控制技術(shù)越來(lái)越頻繁地進(jìn)入到自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的視線。傳統(tǒng)的水位控制系統(tǒng)雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但功能單一無(wú)法實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互且通用性差。如今隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品制造工藝成熟，批量生產(chǎn)降低了產(chǎn)品價(jià)格。人們開始意識(shí)到采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)水位控制。其人機(jī)交互性強(qiáng)控制精度高，功能強(qiáng)大，能夠方便地與上位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。且價(jià)格低廉通用性、實(shí)用性強(qiáng)能夠在稍作改造后或直接用于諸如自來(lái)水廠的儲(chǔ)水池、爆氣池污水處理廠、化學(xué)工廠的各類液體池以及電廠一的鍋爐氣泡等需要水位自動(dòng)控制的場(chǎng)

6、合。水位測(cè)量在各個(gè)設(shè)計(jì)有著廣泛的應(yīng)用，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)測(cè)量的精度要求愈來(lái)愈高。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MCS-51系列單片機(jī)為核心，組成一個(gè)水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)位式進(jìn)水, 六區(qū)間式水位顯示, 滿水、低水水位報(bào)警, 水位傳感器故障自檢及報(bào)警提示, 能延時(shí)恢復(fù)的報(bào)警消音等功能。1.2 系統(tǒng)整體框圖水位檢測(cè)裝置電源及基本外圍電路89c51單片機(jī)Led報(bào)警蜂鳴器報(bào)警點(diǎn)擊正反轉(zhuǎn)及不工作圖1 水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖第2章 MCS-51單片機(jī)簡(jiǎn)介2.1 MCS-51單片機(jī)的組成MCS-51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

7、。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)128K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；特殊功能寄存器；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；一個(gè)全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。2.2 單片機(jī)結(jié)構(gòu)組成MCS-51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。MCS-51單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件： 一個(gè)8位CPU； 一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路； 4K字節(jié)ROM程序存儲(chǔ)器； 128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K外部

8、程序存儲(chǔ)器空間的控制電路； 32條可編程的I/O線（四個(gè)8位并行I/O端口）； 一個(gè)可編程全雙工串行口； 具有五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。8051單片機(jī)框圖如圖2-1所示。各功能部件由內(nèi)部總線聯(lián)接在一起。圖中4K（4096）字節(jié)的ROM存儲(chǔ)器部分用EPROM替換就成為8751；圖中去掉ROM部分就成為8031的結(jié)構(gòu)圖。 圖2-1 8051單片機(jī)框圖2.2 MCS-51中央處理器(CPU)CPU是單片機(jī)的核心部件。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。 運(yùn)算器運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。可以對(duì)半字節(jié)（4位）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。例如能完成加、減、乘、除、加1、減1、BCD碼十進(jìn)制調(diào)整

9、、比較等算術(shù)運(yùn)算和與、或、異或、求補(bǔ)、循環(huán)等邏輯操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。8051運(yùn)算器還包含有一個(gè)布爾處理器，用來(lái)處理位操作。它是以進(jìn)位標(biāo)志位C為累加器的，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、等于1轉(zhuǎn)移、等于0轉(zhuǎn)移、等于1轉(zhuǎn)移且清0以及進(jìn)位標(biāo)志位與其他可尋址的位之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送等位操作。也能使進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行邏輯與、或操作。1） 程序計(jì)數(shù)器PC程序計(jì)數(shù)器PC用來(lái)存放即將要執(zhí)行的指令地址，共16位，可對(duì)64K程序存儲(chǔ)器直接尋址。執(zhí)行指令時(shí)，PC內(nèi)容的低8位經(jīng)P0口輸出，高8位經(jīng)P2口輸出。2） 令寄存器指令寄存器中存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時(shí)，由程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代

10、碼送入指令寄存器，經(jīng)譯碼后由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，完成指令功能。3） 定時(shí)與控制部件時(shí)鐘電路8051片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，XTAL1和 XTAL2分別為振蕩電路的輸入和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式時(shí)鐘電路如圖2-2所示。在XTAL1和 XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振可以在1.2MHz到12MHz之間選擇，電容值在5-30PF之間選擇，電容的大小可起頻率微調(diào)作用。XTAL1XTAL2 電容1 晶振 電容2圖 2-2 內(nèi)部方式時(shí)鐘電路外部方式的時(shí)鐘很少用，若要

11、用時(shí)，只要將XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器就行。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2供單片機(jī)使用。P1在每一個(gè)狀態(tài)S的前半部分有效，P2在每個(gè)狀態(tài)的后半部分有效。 時(shí)序MCS-51典型的指令周期（執(zhí)行一條指令的時(shí)間稱為指令周期）為一個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期由六個(gè)狀態(tài)（十二振蕩周期）組成。每個(gè)狀態(tài)又被分成兩個(gè)時(shí)相P1和P2。所以，一個(gè)機(jī)器周期可以依次表示為S1P1，S1P2，S6P1，S6P2。通常算術(shù)邏輯操作在P1時(shí)相進(jìn)行，而內(nèi)部寄存器傳送在P2時(shí)相進(jìn)行。圖2-3給出了8051單片機(jī)

12、的取指和執(zhí)行指令的定時(shí)關(guān)系。這些內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)不能從外部觀察到，所用XTAL2振蕩信號(hào)作參考。在圖中可看到，低8位地址的鎖存信號(hào)ALE在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效：一次在S1P2與S2P1期間，另一次在S4P2與S5P1期間。圖2-3 80c51的時(shí)序?qū)τ趩沃芷谥噶?，?dāng)操作碼被送入指令寄存器時(shí)，便從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)單機(jī)器周期指令，則在同一機(jī)器周期的S4期間讀入第二個(gè)字節(jié)，若是單字節(jié)單機(jī)器周期指令，則在S4期間仍進(jìn)行讀，但所讀的這個(gè)字節(jié)操作碼被忽略，程序計(jì)數(shù)器也不加1，在S6P2結(jié)束時(shí)完成指令操作。圖2-3的(a)和(b)給出了單字節(jié)單機(jī)器周期和雙字節(jié)單機(jī)器周期指令的時(shí)序。8051指

13、令大部分在一個(gè)機(jī)器周期完成。乘（MUL）和除（DIV）指令是僅有的需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，占用4個(gè)機(jī)器周期。對(duì)于雙字節(jié)單機(jī)器周期指令，通常是在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器中讀入兩個(gè)字節(jié)，唯有MOVX指令例外。MOVX是訪問(wèn)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(wèn)且被選通時(shí)跳過(guò)兩次取指操作。圖2-3中(c)給出了一般單字節(jié)雙機(jī)器周期指令的時(shí)序。2.3 MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)MCS-51存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與常見(jiàn)的微型計(jì)算機(jī)的配置方式不同，它把程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，各有自已的尋址系統(tǒng)，控制信號(hào)和功能，程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序和始終要保留的常數(shù)，例如：所編

14、程序經(jīng)匯編后的機(jī)器碼。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通常用來(lái)存放程序運(yùn)行中所需要的常數(shù)或變量。例如：做加法時(shí)的加數(shù)和被加數(shù)、做乘法時(shí)的乘數(shù)和被乘數(shù)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)實(shí)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)等等。從物理地址空間看，MCS-51有四個(gè)存儲(chǔ)器地址空間，即:片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。MCS-51系列各芯片的存儲(chǔ)器在結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別，但區(qū)別不大，從應(yīng)用設(shè)計(jì)的角度可分為如下幾種情況：片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器和片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器且存儲(chǔ)單元夠用和片內(nèi)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器且存儲(chǔ)單元不夠用。2.3.1程序存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序和表格常數(shù)。程序存儲(chǔ)器以程序計(jì)數(shù)器PC作地址指針，通過(guò)16位地址總線，可尋址

15、的地址空間為64K字節(jié)。片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址。片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器且存儲(chǔ)空間足夠在8051/8751片內(nèi)，帶有4K 字節(jié)ROM/EPROM程序存儲(chǔ)器(內(nèi)部程序存儲(chǔ)器)，4K字節(jié)可存儲(chǔ)約兩千多條指令，對(duì)于一個(gè)小型的單片機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)就足夠了，不必另加程序存儲(chǔ)器，若不夠還可選8K或16K內(nèi)存的單片機(jī)芯片，例如：89C52等，總之，盡量不要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，這會(huì)增加成本、增大產(chǎn)品體積。片內(nèi)有程序儲(chǔ)器且存儲(chǔ)空間不夠若開發(fā)的單片機(jī)系統(tǒng)較復(fù)雜，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間不夠用時(shí)，可外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，具體擴(kuò)展多大的芯片要計(jì)算一下，由兩個(gè)條件決定：一是看程序容量大小，二是看擴(kuò)展芯片容量大小，64K總?cè)萘繙p去內(nèi)部4K即

16、為外部能擴(kuò)展的最大容量，2764容量為8K、27128容量為16K、27256容量為32K、27512容量為64K。（具體擴(kuò)展方法見(jiàn)存儲(chǔ)器擴(kuò)展）。若再不夠就只能換芯片，選16位芯片或32位芯片都可。定了芯片后就要算好地址，再將引腳接高電平，使程序從內(nèi)部ROM開始執(zhí)行，當(dāng)PC值超出內(nèi)部ROM的容量時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器空間。對(duì)8051/8751而言，外部程序存儲(chǔ)器地址空間為1000H FFFFH。對(duì)這類單片機(jī)，若把接低電平，可用于調(diào)試程序，即把要調(diào)試的程序放在與內(nèi)部ROM空間重疊的外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)，進(jìn)行調(diào)試和修改。調(diào)試好后再分兩段存儲(chǔ)，再將接高電平，就可運(yùn)行整個(gè)程序。片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器803

17、1芯片無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，需外部擴(kuò)展EPROM 芯片，地址從0000H-FFFFH都是外部程序存儲(chǔ)器空間，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)始終接低電平，使系統(tǒng)只從外部程序儲(chǔ)器中取指令。MCS-51單片機(jī)復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H ，因此系統(tǒng)從0000H單元開始取指，并執(zhí)行程序，它是系統(tǒng)執(zhí)行程序的起始地址，通常在該單元中存放一條跳轉(zhuǎn)指令，而用戶程序從跳轉(zhuǎn)地址開始存放程序。2.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器無(wú)論在物理上或邏輯上都分為兩個(gè)地址空間，一個(gè)為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，訪問(wèn)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用MOV指令，另一個(gè)為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用MOVX指令。MCS-51系列單片

18、機(jī)各芯片內(nèi)部都有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，是最靈活的地址空間，它分成物理上獨(dú)立的且性質(zhì)不同的幾個(gè)區(qū)：00H - 7FH(0 - 127)單元組成的128字節(jié)地址空間的RAM區(qū)；80H - FFH（128 - 255）單元組成的高128字節(jié)地址空間的特殊功能寄存器(又稱SFR)區(qū)。注意:8032/8052單片機(jī)將這一高128字節(jié)作為RAM區(qū)。圖2-4 MCS-51內(nèi)部RAM存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2.3.3 特殊功能寄存器MCS-51單片機(jī)內(nèi)的鎖存器、定時(shí)器、串行口數(shù)據(jù)緩沖器以及各種控制寄存和狀態(tài)寄存器都是以特殊功能寄存器的形式出現(xiàn)的，它們分散地分布在內(nèi)部RAM地址空間范圍，表2-5列出了這些特殊功能存儲(chǔ)器的助記標(biāo)識(shí)符、名

19、稱及地址，其中大部分寄存器的應(yīng)用將在后面有關(guān)章節(jié)中詳述，這里僅作簡(jiǎn)單介紹。表2-1 特殊功能寄存器標(biāo) 識(shí) 符名 稱地址* ACC累加器E0H* BB寄存器F0H* PSW程序狀態(tài)字D0HSP堆棧指針81HDPTR數(shù)據(jù)指針（包括DPH和DPL）83H和82H* P0口080H* P1口190H* P2口2A0H* P3口3B0H* IP中斷優(yōu)先級(jí)控制B8H* IE允許中斷控制A8HTMOD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制89HTCON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制88H+T2CON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2控制C8HTH0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（高位字節(jié)）8CHTL0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（低位字節(jié)）8AHTH1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（高位字節(jié)

20、）8DHTL1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（低位字節(jié)）8BH+TH2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（高位字節(jié)）CDH+TL2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（低位字節(jié)）CCH+RLDH定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)再裝載CBH+RLDL定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)再裝載CAH*SCON串行控制98HSBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器99HPCON電源控制87H第3章 MCS-51單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成3.1 MCS-51單片機(jī)引腳功能MCS單片機(jī)都采用40引腳的雙列直插封裝方式。圖2-9為引腳排列圖， 40條引腳說(shuō)明如下：1、主電源引腳Vss和Vcc Vss接地 Vcc正常操作時(shí)為+5伏電源2、外接晶振引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入

21、端，是外接晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。 圖3-1 80c51引腳圖3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE/PROG ，PSEN 和EA /Vpp RST/VPD 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ALE/PROG正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻

22、率的 ）周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注意，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖，ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè)LSTTL電路。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（PROG功能）。 PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)取指令（或數(shù)據(jù)）期間，PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng)八LSTTL輸入。EA/Vpp 、 EA/Vpp為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng) /Vpp為高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng) /Vpp 為低電平時(shí)，則訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EP

23、ROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳上加21伏EPROM編程電源（Vpp）。4、輸入/輸出引腳P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。 P0口（P0.0 - P0.7）是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL負(fù)載。 P1口（P1.0 - P1.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載。 P2口（P2.0 - P2.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8

24、位地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載。 P3口（P3.0 - P3.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載。3.2復(fù)位電路MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路如圖3-2所示。在RESET（圖中表示為RST ）輸入端出現(xiàn)高電平時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)位和初始化。MCS-51RESMCS-51RES +5V +5V10F 1K 10UF 10F 復(fù)8.2K 按鍵 10K 地 地 (a) (b)圖3-2 復(fù)位電路在振蕩運(yùn)行的情況下，要實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，必須使RES 引腳至少保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩器周期）的高電平。CPU在第二個(gè)機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位

25、操作，以后每一個(gè)機(jī)器周期重復(fù)一次，直至RES端電平變低。復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE及PSEN信號(hào)。內(nèi)部復(fù)位操作使堆棧指示器SP為07H，各端口都為1（P0-P3口的內(nèi)容均勻0FFH），特殊功能寄存器都復(fù)位為0，但不影響RAM的狀態(tài)。當(dāng)RES引腳返回低電平以后，CPU從0地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位后，各內(nèi)部寄存狀態(tài)下如下：加電瞬間，RES 端的電位與Vcc相同，隨著RC 電路充電電流的減小RES的電位下降，只要RST 端保持10毫秒以上的高電平就能使MCS-51單片機(jī)有效地復(fù)位，復(fù)位電路中的RC 參數(shù)通常由實(shí)驗(yàn)調(diào)整。當(dāng)振蕩頻率選用6MHz時(shí)，C選22uF，R選1K，便能可靠地實(shí)現(xiàn)加電自動(dòng)復(fù)位，若采用RC電

26、路接斯密特電路的輸入端，斯密特電路輸出端接MCS-51和外圍電路的復(fù)位端，能使系統(tǒng)可靠地同步復(fù)位。 復(fù)位電路在實(shí)際應(yīng)用中很重要，不能可靠復(fù)位會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，所以現(xiàn)在有專門的復(fù)位電路，如810系列，這種類型的器件不斷有廠家推出更好的產(chǎn)品，如將復(fù)位電路、電源監(jiān)控電路、看門狗電路、串行E2ROM存儲(chǔ)器全部集成在一起的電路，有的可分開單獨(dú)使用，有的可只用部份功能，讓使用者就具體實(shí)際情況靈活選用。第4章 水位控制系統(tǒng)組成電路4.1啟動(dòng)關(guān)閉電機(jī)電路圖4-1 電機(jī)控制電路光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼

27、此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。OPT01SO1 光電隔離開關(guān)(發(fā)光二極管+光敏二極管型)。三端雙向交流開關(guān)實(shí)質(zhì)上是雙向晶閘管,它是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，雙向晶閘管（TRIAC）是由NPNPN五層半導(dǎo)體材料構(gòu)成的，相當(dāng)于兩只普通晶閘管反相并聯(lián)，它也有三個(gè)電極，分別是主電極T1、主電極T2和柵極G。與單向晶閘管相比

28、較，雙向晶閘管的主要區(qū)別是：在觸發(fā)之后是雙向?qū)ǖ?，觸發(fā)電壓不分極性，只要絕對(duì)值達(dá)到觸發(fā)門限值即可使雙向晶閘管導(dǎo)通。導(dǎo)線（輸電線）傳輸?shù)倪^(guò)程某一段是由保險(xiǎn)絲完成的，當(dāng)線路負(fù)荷過(guò)大或短路導(dǎo)致線路電流劇增，導(dǎo)線溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到一定熔點(diǎn)（導(dǎo)線的熔點(diǎn)一般比保險(xiǎn)絲熔點(diǎn)高），保險(xiǎn)絲熔斷，達(dá)到切切斷線路的作用，保護(hù)線路及設(shè)備遭到更大損害。4.2 報(bào)警電路圖4-2 蜂鳴器報(bào)警電路壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓

29、電蜂鳴片發(fā)聲。當(dāng)P0.1為高電平時(shí)，使晶體管正向偏置，從而導(dǎo)通，VCC經(jīng)過(guò)蜂鳴器、晶體管，從而使蜂鳴器發(fā)出聲響。4.3 顯示燈電路圖4-3 LED顯示燈報(bào)警當(dāng)P0.0-P0.5中某引腳為高電平時(shí)，經(jīng)過(guò)反向器變?yōu)榈碗娖?；而UCC產(chǎn)生電流流經(jīng)R5、發(fā)光二極管并使其發(fā)光。而當(dāng)P0.0-P0.5中某引腳為低電平時(shí)，經(jīng)過(guò)反向器變?yōu)楦唠娖?；而UCC產(chǎn)生的電流并不能形成回路，發(fā)光二極管不能發(fā)光。4.4水位控制及檢測(cè)電路圖中虛線表示允許水位變化的上下限，在正常情況下，應(yīng)保證水位在虛線范圍內(nèi)，安裝5根金屬棒(從下到上依次為A-F)，以感應(yīng)水位變化情況；其中A棒處于下限水位，F(xiàn)棒處于上限水位，B、C、D、E棒處于

30、上下水位之間，A棒接+5V電壓，B、C、D、E、F棒各通過(guò)一個(gè)電阻與地相接。由電機(jī)帶動(dòng)水泵供水，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以達(dá)到水位控制之原理。圖4-4 水位控制電路供水時(shí)水位上升，當(dāng)達(dá)到上限F時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，B、C、D、E、F棒連通+5V電源，此時(shí)，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4均為1狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)停止電機(jī)工作，不再供水。當(dāng)水位將到下限B以下時(shí)，B、C、D、E、F棒都不能與A棒導(dǎo)通，因此P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4均為0狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)開啟電機(jī)，開始供水。4.5 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況及控制引腳狀態(tài)P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0檢測(cè)水位電機(jī)狀態(tài)00000 A水位

31、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并報(bào)警00001B水位維持原樣00011C水位00111D水位01111E水位11111F水位電機(jī)停轉(zhuǎn)并報(bào)警0001000100 0010100110出現(xiàn)故障，電機(jī)停止，并報(bào)警01000010010101001011011000110101110100001000110010100111010010101101101011111000110011101011011111001110111110總 結(jié)本文詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)控制的水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其基本思路比較簡(jiǎn)單，文中分別介紹了其系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)。通過(guò)自身的努力以及同學(xué)們的幫助，本次設(shè)計(jì)算是成功的，但是限于時(shí)間和條件方

32、面的限制，還存在一些不足之處，有待進(jìn)一步完善。本次設(shè)計(jì)經(jīng)近兩周，在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)的幫助下，我查閱了許多相關(guān)資料，綜合運(yùn)用了大學(xué)中所學(xué)相關(guān)知識(shí)，完成了水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在此之間，也遇到了許多難題，通過(guò)自學(xué)、請(qǐng)教老師、請(qǐng)教同學(xué)、耐心思考、上網(wǎng)查詢等方式，終于解決了一個(gè)又一個(gè)難題，完成了設(shè)計(jì)。此過(guò)程中，我受益頗豐。致 謝光陰荏苒，一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，大四的學(xué)習(xí)生活使我受益匪淺。經(jīng)歷兩個(gè)星期的磨礪，論文終于完稿，回首這幾天來(lái)收集、整理、思索、停滯、修改直至最終完成的過(guò)程，我得到了許多的關(guān)懷和幫助，現(xiàn)在要向他們表達(dá)我最誠(chéng)摯的謝意。首先，我要深深感謝我的導(dǎo)師耿鑫老師。耿老師為人謙和，平易近人。在論文的寫作過(guò)程中，每當(dāng)我有所疑問(wèn)，耿老師總會(huì)放下繁忙的工作，不厭其煩地指點(diǎn)我；在我初稿完成之后，耿老師又在百忙之中抽出空來(lái)對(duì)我的論文認(rèn)真的批改，字字句句把關(guān)，提出許多中肯的指導(dǎo)意見(jiàn)，使我在研究和寫作過(guò)程中不致迷失方向。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)之風(fēng)和對(duì)事業(yè)的孜孜追求將影響和激勵(lì)我的一生，他對(duì)我的關(guān)心和教誨我更將永遠(yuǎn)銘記。借此機(jī)會(huì)，我謹(jǐn)向耿老師致以深深地謝意。其次，我還要感謝鄭州輕工業(yè)學(xué)院專業(yè)全體老師，正是因?yàn)橛辛怂麄儑?yán)格、無(wú)私、高質(zhì)量的教導(dǎo)，我才能在學(xué)習(xí)過(guò)程中汲取專業(yè)知識(shí)和迅速提升能力。同時(shí)也感謝這一周來(lái)與我互勉互勵(lì)的諸位同學(xué)，在各位同學(xué)的共同努力之下，我們始終擁有一