基于單片機(jī)8051的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、湖南省婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課題 水塔自動控制系 部： 機(jī) 電 工 程 系 專 業(yè)： 電 氣 自 動 化 班 級： 09電氣大一班 指導(dǎo)老師： 曹 勝 男 姓 名： 唐 磊 同 組 人： 周軍, 羅建明 學(xué) 號： 200904010120 日期：2011 年 12 月 03 日 摘 要 大型水塔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，或者簡易的監(jiān)則器件損壞，將

2、帶來無法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會危機(jī)到生產(chǎn)人員的人身安全等。所以，對水塔控制，如果能夠使用精密的而且完全會嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動化系統(tǒng)，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。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)，以單片機(jī)80C51蕊片為核心控制水塔的水位，并實(shí)現(xiàn)了報(bào)警系統(tǒng)和手動、自動切換功能。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合電廠生產(chǎn)用水系統(tǒng)控制的需要?！娟P(guān)鍵詞】單片機(jī) 水位控制 報(bào)警系統(tǒng) 單片機(jī)80C51蕊片目錄摘要2目錄3第一章 引言4第二章 單片機(jī)水塔水箱水位控制器的原理.52.1 單片機(jī)概述.52.1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況52.1.2 80C51系

3、列單片機(jī)62.2 水塔水箱給水設(shè)備原理.62.2.1 80C51單片機(jī)控制部分結(jié)構(gòu)說明62.2.2 單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)工作原理7第三章 單片機(jī)水塔水箱水位控制器硬件設(shè)計(jì)83.1 單片機(jī)水塔水箱水位控制器系統(tǒng)硬件簡介.83.1.1 數(shù)據(jù)采集及處理模塊83.2 80C51水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案.143.2.1 80C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能說明143.2.2 74LS373芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明153.2.3 EPROM2764芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明16第四章 單片機(jī)水塔水箱水位控制器程序設(shè)計(jì)194.1 程序概要設(shè)計(jì).194.2 控制器程序原理.194.2.1 系統(tǒng)主程序原理以及流程框圖194.2

4、.2 自動模式子程序原理以及流程框圖204.2.3 手動模式子程序原理框圖以及流程框圖21結(jié)束語24致 謝25參考文獻(xiàn).25程序. 26第一章引言水塔水箱水位控制系統(tǒng)是我國廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn)，而自動控制的原理，一句用水量的變化自動調(diào)節(jié)協(xié)同的運(yùn)行參數(shù)，保持水壓恒定以滿足用水要求，從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。該系統(tǒng)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了水塔水位的自動控制，設(shè)計(jì)出一種成本低、高實(shí)用價(jià)值的水塔水位控制器。它能自動完成上水停水的全部循環(huán)，保證液面高度處于較理想的范圍內(nèi)

5、，它結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，靈敏度高，節(jié)約能源顯著，適用于各種高層液體儲存的理想設(shè)備。不論社會經(jīng)濟(jì)如何飛速，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失，從而對供水系統(tǒng)提出了更高的要求，滿足及時(shí)、準(zhǔn)確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進(jìn)行自動化控制系統(tǒng)的改造。從而實(shí)現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、水塔水位的自動控制有設(shè)計(jì)成本低、高實(shí)用價(jià)值的控制器。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化控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)以它功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)簡單，制造廉

6、價(jià)，支持指令集較多。所以應(yīng)用到眾多系統(tǒng)開發(fā)中。因此，基于單片機(jī)的水塔水箱水位控制器研究有著重要的意義。第二章 單片機(jī)水塔水箱水位控制器的原理2.1 單片機(jī)概述單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer,SCM）簡稱單片機(jī)，是把微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件（中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及I/O接口等）集成在一塊芯片上的一種微型計(jì)算機(jī)。隨著SCM在架構(gòu)上的不斷發(fā)展，新一代單片機(jī)不斷涌現(xiàn)，這些單片機(jī)的控制功能被不斷擴(kuò)充，許多外圍功能部件被內(nèi)裝化，如A/D、PWM、WDT等，所以已不能用SCM來準(zhǔn)確表達(dá)其內(nèi)涵了。目前國際上統(tǒng)一稱單片機(jī)為MCU

7、。在國內(nèi)，因單片機(jī)一詞已約定俗成而繼續(xù)沿用，但其內(nèi)涵應(yīng)該對應(yīng)MCU。由于單片機(jī)主要是面向控制的，因此又稱其為微控制器。 單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)的誕生是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域形成了一個(gè)獨(dú)立的分支嵌入式系統(tǒng)，從此計(jì)算機(jī)進(jìn)入了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支齊頭并進(jìn)的時(shí)代。從其誕生至今的30年，單片機(jī)已發(fā)展形成上百種系列的近千機(jī)種。以領(lǐng)跑的Inter公司MCS系列單片機(jī)為主線來看，單片機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：1976-1979年為單片機(jī)的探索階段。1976年Inter公司推出MCS-48系列單片機(jī)，將CPU和計(jì)算機(jī)基本功能部件集成到一個(gè)芯片上，SCM一

8、詞即由此而來。第一代8位通用單片機(jī)的誕生，開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)完全不同的獨(dú)立發(fā)展道路，表明Inter在工控領(lǐng)域的創(chuàng)新探索獲得成功。1979-1982年為單片機(jī)完善階段。1980年Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了MCD-51系列高性能8位單片機(jī)，開始配備串行通信接口(UART)，并奠定了典型的通用總線型的單片機(jī)架構(gòu)。單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)全新階段，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。1982-1990年為16位單片機(jī)更進(jìn)一步發(fā)展階段。1983年Inter公司推出了MCS-96系列單片機(jī)，將AD、PWM、WDT等用于測控系統(tǒng)的部件內(nèi)裝在芯片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)走上了單芯片化發(fā)

9、展道路。1989年以來為控制器的全面發(fā)展階段，單片機(jī)正朝著高性能和多品種的方向發(fā)展。一方面，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位、16位、32位通用型單片機(jī)。1989年Inter公司推出的i80860，采用0.8m核心技術(shù)，晶體管數(shù)量為255萬個(gè)，一度是世界上最快的超級單片機(jī)（RISC處理器）。另一方面，出現(xiàn)了小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)工藝技術(shù)發(fā)展，有可能把所需的外圍電路全部裝入單片機(jī)內(nèi)，這種芯片稱為系統(tǒng)級芯片。專用單片機(jī)的發(fā)展呈Soc化趨勢是目前單片機(jī)的發(fā)展熱點(diǎn)之一。2.1.2 80C51系列單片機(jī)此后，引領(lǐng)單片機(jī)發(fā)展的Inter公司忙著開發(fā)其個(gè)人計(jì)算機(jī)微處

10、理器，將其80C51內(nèi)核使用權(quán)轉(zhuǎn)讓給Atmel、Philips、NEC、SST、Win bond等著名IC制造商。眾多IC制造商競相研制和開發(fā)與80C51單片機(jī)兼容的各具增強(qiáng)特色的單片機(jī)，如Atmel公司的89C51和89S51、Philip公司的P89C51、Win bond公司的W78E51B以及Hyundai公司的GMS97C51等。單片機(jī)園地里品種異彩紛呈，爭奇斗艷。80C51變成有眾多IC制造商支持并開發(fā)出上百個(gè)機(jī)種的大家族，先統(tǒng)一稱其為新一代的80C51。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)采用的單片機(jī)引腳具體控制如下：P1口和P3

11、口為輸入輸出檢則信號和控制信號。下面是芯片引腳具體分配：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(bào)警輸出信號。P3.1：水位低報(bào)警輸出信號。P3.2：水位高報(bào)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

12、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。2.2.2 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)，得到以下數(shù)據(jù)： 水位從50%-70%，兩臺泵運(yùn)行需要約10分鐘；水位從70%-90%，一臺泵運(yùn)行需要約15分鐘。水箱的水位一般保持在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，LG閉合，

13、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，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，LDD閉合，系統(tǒng)水位低低報(bào)警。手動/自動模式轉(zhuǎn)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)。手動的模式下，兩臺給水泵的運(yùn)行控制可由人工自己操作。第三章 單片機(jī)水塔水箱水位控制器硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)水塔水箱水位控制器系統(tǒng)硬件簡介 水塔水位控制器是指應(yīng)用在水塔上進(jìn)行自動水位控制的儀器，一般是全自動型，能實(shí)現(xiàn)無人值守，缺水自動補(bǔ)水，水滿,能自動停止進(jìn)水。 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)交換中心，此控制器采用的是80C51

14、單片機(jī)在全靜態(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)存儲器RAM；片內(nèi)程序存儲器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)

15、部總線相連接。下面簡單介紹下其各個(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)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

16、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，送到存儲器、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(jì)數(shù)器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。數(shù)據(jù)存儲器，RAM，片內(nèi)為128B,片外最多可外擴(kuò)64KB。數(shù)據(jù)存儲器來存儲單片機(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、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。程序存儲器，ROM，用來存儲程序，80C51為4K

17、B ROM。如果片內(nèi)只讀存儲器的容量不夠，則需要用擴(kuò)展片只讀存儲器，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?？捎脕磉M(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

18、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，而XTALI接地。時(shí)序：80C51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P

19、2期間。對于單周期指令，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

20、振蕩電路。圖如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VssVcc（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)，對于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2

21、（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)，對于HMOS單片機(jī)，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

22、RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。（2）ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（3）PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(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)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。（4）EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，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)程序存儲器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，無論片內(nèi)

23、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(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) 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

24、口使用。對于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。對于EPROM編程和進(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，

25、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管腳含義表3-1 P3口的第2功能表引腳第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(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖端）P3.5T1（時(shí)器/計(jì)數(shù)器1數(shù)脈沖端）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲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）綜上所述，MCS51系列單片機(jī)的引

26、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)對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由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：圖3-2 80C51結(jié)構(gòu)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所示：圖3-5 80C51水箱控制系統(tǒng)主控原理圖3.2.1 80C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能說明80C51為數(shù)據(jù)采集及處理模塊核心，它主要完成系統(tǒng)對水位高低信號是否滿足指標(biāo)的信息采集，對采集到的水位信號通過系統(tǒng)程

27、序進(jìn)行對信號的判斷等處理，根據(jù)采集信號的不同，驅(qū)動相應(yīng)信號對應(yīng)功能的引腳來實(shí)現(xiàn)對水箱水位的控制。3.2.2 74LS373芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明 74LS373是一種帶輸出三態(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)動使用，具體引腳連接如下：其與

28、80C51連接方法如下：80C51 74LS373P0.0(32)-D0 (3)P0.1(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：括號內(nèi)位引腳編號實(shí)際連接請參考圖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ALE。輸出允許端OE接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。 EPROM2

29、764芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明 EPROM2764芯片是8K*8字節(jié)的紫外線擦出、可編程只讀存儲器，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是編程電源； 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端加入寬度為50ms的負(fù)脈沖。在本系統(tǒng)中，EPROM2764

30、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 2764P0.0(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)P2.4(25)-A12( 2)/PSEN(29)-/OE(22)/CE (20)接地VCC、PG

31、M、VPP接+5V74LS373與2764引腳連接如下：74LS373 2764Q0(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：括號內(nèi)位引腳編號第四章 單片機(jī)水塔水箱水位控制器程序設(shè)計(jì)4.1 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)警信號輸出，判斷泵水方式(自動或手動)。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

32、效(即1為無效)。4.2 控制器程序原理 系統(tǒng)主程序原理以及流程框圖主程序要實(shí)現(xiàn)的是，對數(shù)據(jù)的初始化，并且判斷用戶是使用自動模式還是手動模式，根據(jù)用戶的具體需求：若用戶選擇自動模式，則程序調(diào)用自動化子程序；若用戶選擇手動模式，則程序調(diào)用手動子程序。主程序原理框圖如下圖4-1 開始初始化自動動？轉(zhuǎn)自動轉(zhuǎn)手動圖4-1 主程序原理框圖 自動模式子程序原理以及流程框圖 自動模式子程序運(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化控制模式。 自動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)

33、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”。 開始水位高？水位低？M2是否開M2是否開水位低低?水

34、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M1M1是否開延遲1分鐘NYNYesYesNnoNo停M2Y YN YYNo返回主程序圖4-2 自動模式子程序原理框圖 手動模式子程序原理框圖以及流程框圖手動模式子程序運(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控制模式。手動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

35、M1是否開啟”：若“M1開啟”則子程序進(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停止鍵合”，則程序判斷“M2是否停

36、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？NNNyes開M2YNNN停M1鍵合？停M2鍵合？yesM1開著？開M1NM1開著？N開M2NyesM1停著？NYYYM2停著？yes停M2Nyes返回主程序Y圖4-3 手動模式子程序原理框圖結(jié)束語縱觀我們現(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，

37、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，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達(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耍覀冎恍枰趩纹瑱C(jī)外圍接一點(diǎn)簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔(dān)心精度達(dá)不到了。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會有更多的 人來接受它、使用它。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá)3億片，且每年以大約20%的速度增長，但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。特別是沿海地區(qū)的玩具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品多數(shù)用到單片機(jī)，并不斷地輻射向內(nèi)地。所以，學(xué)習(xí)單片機(jī)在我國

38、是有著廣闊前景的。而在本次的畢業(yè)論是基于單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)，主要核心就是80C51單片機(jī)。通過這次設(shè)計(jì)，我綜合運(yùn)用大學(xué)三年所學(xué)知識去分析和解決問題，我深刻的了解和掌握了單片機(jī)的控制原理和設(shè)計(jì)方法。不僅加深和回顧了但單片機(jī)等專業(yè)知識而且積累到單片機(jī)控制技術(shù)在實(shí)際中的經(jīng)驗(yàn)。由于自身缺少在實(shí)踐設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，所以在這次的設(shè)計(jì)中我自身也發(fā)現(xiàn)了很多不足的方面，從論文的本身的方面的結(jié)構(gòu)到具體設(shè)計(jì)中硬件設(shè)計(jì)知識和經(jīng)驗(yàn)的不足使得設(shè)計(jì)和論文存在的很多的問題，不過在曹老師的細(xì)心指導(dǎo)下，經(jīng)過前后多次的修改和完善，最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。單片機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域是一個(gè)有著非常潛力和前景的專業(yè)技術(shù)，我相信通過這次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，不僅加深和掌握了這一專業(yè)技術(shù)，而且也提高了自己的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)，為我的大學(xué)生涯畫下一個(gè)完整的句號。致 謝在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我的指導(dǎo)老師曹勝男老師給予了我很大的幫助，提供了相關(guān)的資料，對我的畢設(shè)作品給予了指導(dǎo)和支持。使我順利圓滿的完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，向曹勝男老師表示衷心的感謝！同時(shí)向婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系乃至全院老師表示由衷的謝意。感謝他們?nèi)陙淼男燎谠耘?/p>