6水箱單片機(jī)控制系統(tǒng),水箱,單片機(jī),控制系統(tǒng) www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方整理 論 文 設(shè) 計(jì) 說 明 書 題目：海豐熱電公司800立方米 水箱單片機(jī)控制系統(tǒng) 姓 名： 指導(dǎo)教師： 摘 要 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8051單片機(jī)為核心控制 慶豐熱電公司的800立方米的水箱的水位，并實(shí)現(xiàn)了報(bào)警和手動(dòng)、自動(dòng)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。本文還詳 細(xì)的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了該匯編語言程序。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 水位 控制 報(bào)警 目 錄 摘 要………………………………………………………………………………1 目 錄………………………………………………………………………………2 一、 單片機(jī)的說明……………………………………………………………………3 1、8051單片機(jī)簡介……………………………………………………………3 2、單片機(jī)的時(shí)序…………………………………………………………………5 3、引腳極其功能…………………………………………………………………6 二、水箱給水設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成………………………………………………………10 三、本系統(tǒng)8051單片機(jī)控制部分……………………………………………………12 四、本系統(tǒng)的工作原理………………………………………………………………13 五、主程序框圖………………………………………………………………………14 六、本系統(tǒng)程序清單…………………………………………………………………17 七、附錄：本系統(tǒng)電路圖……………………………………………………………21 一 8051單片機(jī)系統(tǒng)說明 1． 8051單片機(jī)簡介 目前，8051單片機(jī)在工業(yè)檢測(cè)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(qiáng)人機(jī)對(duì)話的功能。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(chǔ)器RAM；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM；四個(gè)8位并行的I/O接口P0-P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；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)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(duì)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(chǔ)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(hào)，送到存儲(chǔ)器、運(yùn)算器或I／o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(duì)以K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器直接尋址c指令執(zhí)行結(jié)束后，Pc計(jì)數(shù)器自動(dòng)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(jī)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(chǔ)器發(fā)生聯(lián)系。事實(shí)上，cRJ是通過復(fù)雜的時(shí)序電路完 成不同的指令功能。所謂cRJ的時(shí)序是指控制器控照指今功能發(fā)出一系列在時(shí)間上有一定 次序的信號(hào)，控制和啟動(dòng)一部分邏輯電路，完成某種操作。 2． 時(shí)序 1．時(shí)鐘電路 M田—51片內(nèi)設(shè)有一個(gè)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(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1．2—12MHZ在使用外部時(shí)鐘時(shí)，XTAL2用來輸入外部時(shí)鐘信號(hào)，而XTALI接地。 2．時(shí)序 MGL5l單片機(jī)的一個(gè)執(zhí)器周期由6個(gè)狀態(tài)(s1—s6)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1／6us；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(duì)于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時(shí)，使從S1P2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)Mcs—51指令周期為1—2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(duì)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(chǔ)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(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)器被訪問且被選通時(shí)跳過兩次取指操作。下面是51單片機(jī)的振蕩電路圖： 3．引腳極其功能 MCS—51系列單片機(jī)的40個(gè)引腳中有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。 1、 電源引腳Vcc和Vss Vcc（40腳）：接+5V電源正端； Vss（20腳）：接+5V電源正端。 2、 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(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 XTAL2（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(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。 3、 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號(hào)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(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RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。 （B）．ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低 （C）．PSEN(29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)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(chǔ)器期間，PESN信號(hào)將不出現(xiàn)。 （D）．EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)，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(chǔ)器4KB（MS—52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，無論片內(nèi)有無程序存儲(chǔ)器，均只訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)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。 4.輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口 (A).P0口（39腳～22腳）：P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)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)。 (B).P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于MCS—52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(duì)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。 (C).P2口（21腳～28腳）：P2.0～P2.7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(chǔ)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(duì)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。 (D).P3口（10腳～17腳）：P3.0～P3.7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，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 單片機(jī)P3.0管腳含義 引腳 第2功能 P3.0 RXD（串行口輸入端0） P3.1 TXD（串行口輸出端） P3.2 INT0（部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效） P3.3 INT1（中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效） P3.4 T0（時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖端） P3.5 T1（時(shí)器/計(jì)數(shù)器1數(shù)脈沖端） P3.6 WR（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效） P3.7 RD（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效） 綜上所述，MCS—51系列單片機(jī)的引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(duì)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。 附:89C51的管腳如圖 二 800立方米水箱給水設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成 800立方米由兩臺(tái)給水泵機(jī)組、水箱和三只浮球開關(guān)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖： 其中M1、M2為給水泵機(jī)組，LG、LD、LDD分別為水位高、水位低、水位低低浮球開關(guān)，當(dāng)水位高（大于90開度）時(shí)，LG閉合，當(dāng)水位低（小于75開度）時(shí)，LD閉合，當(dāng)水位低低（小于50開度）時(shí)，LDD閉合。 800立方米水箱的控制器由8051系統(tǒng)構(gòu)成。為避免電機(jī)的起停和電源波動(dòng)時(shí)對(duì)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(jī)組的起停和報(bào)警，其電路圖如下： 給水泵電機(jī)主控回路圖如下： 三 本系統(tǒng)8051單片機(jī)控制部分結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)采用8051單片機(jī)，引腳具體控制如下： P1口和P3口為輸入輸出檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)。下面是8051芯片引腳具體分配： P1.0：水位低低輸入信號(hào)。（低0 高1） P1.1：水位低輸入信號(hào)。（低0 高1） P1.2：水位高輸入信號(hào)。（高1，低0） P1.3：手動(dòng)與自動(dòng)轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)。（手動(dòng)1，自動(dòng)0） P1.4：M1起動(dòng)KM1控制輸出信號(hào)。（手動(dòng)1，自動(dòng)0） P1.5：M2起動(dòng)KM1控制輸出信號(hào)。（手動(dòng)1，自動(dòng)0） P1.6：M1開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開0，關(guān)1） P1.7：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開0，關(guān)1） P3.0：水位低低報(bào)警輸出信號(hào)。 P3.1：水位低報(bào)警輸出信號(hào)。 P3.2：水位高報(bào)警輸出信號(hào)。 P3.4：手動(dòng)起動(dòng)M1輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作。 P3.5：手動(dòng)起動(dòng)M2輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作。 P3.6：手動(dòng)停M1輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作。 P3.7：手動(dòng)停M2輸入信號(hào)，低電頻有效動(dòng)作。 四 本系統(tǒng)的工作原理 當(dāng)水箱水位低時(shí)，起動(dòng)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(dòng)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)過調(diào)試系統(tǒng)，測(cè)得以下數(shù)據(jù)：水位從50%--70%，兩臺(tái)泵運(yùn)行需要約10分鐘；水位從70%--90%，一臺(tái)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(hào)，LG閉合，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(hào)，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(hào)，LDD閉合，系統(tǒng)水位低低報(bào)警。手動(dòng)/自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換控制如下：全自動(dòng)模式下，系統(tǒng)自動(dòng)判斷水位的狀況，選擇不同的工作狀態(tài)。在手動(dòng)的模式下，兩臺(tái)給水泵的運(yùn)行控制可由人工自己操作。 五 主程序框圖 1 主程序框圖 2 自動(dòng)模式子程序： 3 手動(dòng)模式子程序： 六 本系統(tǒng)程序清單 主程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0060H MAIN: MOV P1, #FFH ; P1 P3口初始化置1 MOV P3，#FFH JNB P1.3 ， AVT ； 若手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式子程序 AJMP MEN ；否則轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序 END AUT： NOP（空命令） JNB P1.2 , LG ;水位高—LG JB P1.1 LD ， ；水位沒低---LD CLR P3.1 ；水位低報(bào)警 JB P1.0, LDD ；水位未低低---LDD CLR P3.0 ；水位低低報(bào)警 JNB 3.1 P1.6, Y1 ；M1已啟動(dòng)—Y1 CLR P1.4 ；否則啟動(dòng)M1 Y1:JNB P1.7 ,Y2 ； M2已啟動(dòng)---Y2 CLR P1.5 ；否則啟動(dòng)M2 Y2:ACALL DELAY ；延時(shí)1分鐘 AJMP AUT ；返回自動(dòng)模式 LDD: JNB P1.6 ,Y3 ； 單獨(dú)運(yùn)行M1（LDD〈水位〈LD） CLR P1.4 Y3: JB P1.7 Y2 SETB P1.5 AJMP Y2 LG:CLR P3.2 ;水位高報(bào)警 LD:AJMP MAIN ;返回主程序 手動(dòng)控制子程序 MEN：NOP JNB P1.1 , MAIN ; ACALL KEY CJNE A ,#FOH,NN ; AJMP MEN NN:JNB ACC.4 ,HM1 JNB ACC.5, HM2 JNB ACC.6 ,DM1 JNB ACC.7 ,DM2 AJMP MEN HM1: JNB P1.6 ,MEN CLR P1.4 AJMP MEN HM2:JNBP1.7, MEN CLR P1.5 AJMP MEN DM1:JB P1.6, MEN SETB P1.4 AJMP MEN DM2:JB P1.7, MEN SETB P1.5 AJMP MEN RET 延時(shí)1S主程序 T1M1: MOV R1, #F0H L4: MOV R2, #08H L1: MOV R3, #FAH L2: MOV R4, #FAH L1: DJNZ R4, L1 DJNZ R3, L2 DJNZ R2, L3 DJNZ R1, L4 RET 延時(shí)6ms子程序 T1M3: MOV R4, #12 MM: MOV R5, #248 DJN2 R5, $ DJN2 R4, D3 RET 有無鍵合子程序： KEY：ACALL KS1 ；有無閉合 JNZ LK1 ACALL TIM AJMP KEY ；無鍵閉合返回 LK1：ACALL TIM ACALL TIM ACALL KS1 JNZ LK2 ACALL TIM AJMP KEY LK2：RET KS1：MOV A ， P3 ；掃描 ANL A ， #FOH ；屏蔽低4位 RET 七 系統(tǒng)電路示意圖