單片機課程設(shè)計---800立方米水箱控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　1 關(guān)于8051單片機系統(tǒng)說明</p><p>　　1.1 8051單片機簡介</p><p>　　目前，8051單片機在工業(yè)檢測領(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)，以增強人機對話的功能。89C51是Intel公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。

2、每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個256K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；片內(nèi)程序存儲器ROM；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(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。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能。</p><p&g

3、t;　　中央處理器CPU是單片微型計算機的指揮、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)／邏輯運算部件(簡稱ALu)、定時／控制部件，若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序計數(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)與典型微型機相似。它具有對8位信息進(jìn)行+、-、x、/ 四則運算和邏輯與、或、異或、取反、清“0”等運算，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)

4、據(jù)寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序計數(shù)器Pc、定時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，從程序存儲器中取來經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，送到存儲器、運算器或I／o接口電路，完成指令功能。程序計數(shù)器Pc 程序計數(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計數(shù)器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。</p>

5、<p>　　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器發(fā)生聯(lián)系。事實上，cRJ是通過復(fù)雜的時序電路完成不同的指令功能。所謂cRJ的時序是指控制器控照指今功能發(fā)出一系列在時間上有一定次序的信號，控制和啟動一部分邏輯電路，完成某種操作。</p><p><

6、;b>　　1.2 時序</b></p><p>　　1．時鐘電路 M田—51片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(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，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在使用外部時鐘時，XTAL2用來輸入外部時鐘信號，而XTALI接地。<

7、/p><p>　　2．時序 MGL5l單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1—s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個接蕩周期，分為P1和P2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(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。對于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如

8、果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的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，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時完成指令操作。多數(shù)Mcs—51指令周期為1—2個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(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)雙機器周期指令，在執(zhí)行Movx指

9、令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。下面是51單片機的振蕩電路圖：</p><p>　　圖1-- 51單片機的振蕩電路圖</p><p>　　1.3 引腳極其功能</p><p>　　MCS—51系列單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個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。</p>

10、<p>　　下面按引腳功能分為4個部分?jǐn)⑹鰝€引腳的功能。</p><p>　　1.3.1 電源引腳Vcc和Vss</p><p>　　Vcc（40腳）：接+5V電源正端；</p><p>　　Vss（20腳）：接+5V電源正端。</p><p>　　1.3.2 外接晶振引腳XTAL1和XTAL2</p><

11、p>　　XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。</p><p>　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯

12、片，該引腳懸空不接。</p><p>　　1.3.3 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳</p><p>　　控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。</p><p>　?。ˋ）．RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)

13、持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，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。</p><p>　?。˙）．ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低</p>

14、<p>　?。–）．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，每個機器周期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)。</p><p>　?。―）．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，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器4KB（MS—52子系列為8K

15、B）。若超出該范圍時，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，無論片內(nèi)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，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。</p><p>　　1.3.4 輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口</p><p>　　(A).P0口（39腳～22腳）：P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口

16、。當(dāng)不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，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展I/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，當(dāng)EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。</p><p>　　(B).P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙

17、向I/O接口使用。對于MCS—52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。</p><p>　　(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)接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過25

18、6個字節(jié)時，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)行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。</p><p>　　(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</p><p>　　表1-

19、- 單片機P3.0管腳含義</p><p>　　綜上所述，MCS—51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：</p><p>　　1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；</p><p>　　2).單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　附:89C51的管腳

20、如圖</p><p>　　圖2--89C51的管腳</p><p>　　2 800立方米水箱給水設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　800立方米由兩臺給水泵機組、水箱和三只浮球開關(guān)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖：</p><p>　　其中M1、M2為給水泵機組，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，LG

21、閉合，當(dāng)水位低（小于75開度）時，LD閉合，當(dāng)水位低低（小于50開度）時，LDD閉合。</p><p>　　800立方米水箱的控制器由8051系統(tǒng)構(gòu)成。為避免電機的起停和電源波動時對電路的影響，輸入輸出均采用光電隔離。輸出通過繼電器，控制水泵機組的起停和報警，其電路圖如下：</p><p>　　給水泵電機主控回路圖如下：</p><p>　　3 本系統(tǒng)8051單片

22、機控制部分結(jié)構(gòu)</p><p>　　本系統(tǒng)采用8051單片機，引腳具體控制如下：</p><p>　　P1口和P3口為輸入輸出檢測信號和控制信號。下面是8051芯片引腳具體分配：</p><p>　　P1.0：水位低低輸入信號。（低0 高1）</p><p>　　P1.1：水位低輸入信號。（低0 高1）</p><p&

23、gt;　　P1.2：水位高輸入信號。（高1，低0）</p><p>　　P1.3：手動與自動轉(zhuǎn)換輸入信號。（手動1，自動0）</p><p>　　P1.4：M1起動KM1控制輸出信號。（手動1，自動0）</p><p>　　P1.5：M2起動KM1控制輸出信號。（手動1，自動0）</p><p>　　P1.6：M1開關(guān)狀態(tài)輸入信號。（開0，關(guān)

24、1）</p><p>　　P1.7：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號。（開0，關(guān)1）</p><p>　　P3.0：水位低低報警輸出信號。</p><p>　　P3.1：水位低報警輸出信號。</p><p>　　P3.2：水位高報警輸出信號。</p><p>　　P3.4：手動起動M1輸入信號，低電頻有效動作。</p>

25、<p>　　P3.5：手動起動M2輸入信號，低電頻有效動作。</p><p>　　P3.6：手動停M1輸入信號，低電頻有效動作。</p><p>　　P3.7：手動停M2輸入信號，低電頻有效動作。</p><p>　　4 水箱單片機控制系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　當(dāng)水箱水位低時，起動M1、M2給水，水位上升到90%，停

26、M1。當(dāng)水箱水位低低（小于50%）時，同時起動M1、M2，當(dāng)水位上升到50%以上70%以下時，停M2，M1繼續(xù)運行到水位上升到90%以上才停止工作。經(jīng)過調(diào)試系統(tǒng)，測得以下數(shù)據(jù)：水位從50%--70%，兩臺泵運行需要約10分鐘；水位從70%--90%，一臺泵運行需要約15分鐘。水箱的水位一般保持在70%--90%。</p><p><b>　　報警控制如下：</b></p>&l

27、t;p>　　當(dāng)水位高與90開度的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LG閉合，系統(tǒng)水位高報警。當(dāng)水位低于75開度的時候，由傳感器經(jīng)變送器發(fā)送信號，LD閉合，系統(tǒng)水位低報警。當(dāng)水位低與50開度的時候，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)。在手動的模式下，兩臺給水泵的運行控制可由人工自己操作。</p><p>&

28、lt;b>　　5 主程序框圖</b></p><p><b>　　5.1 主程序框圖</b></p><p><b>　　圖6—主程序框圖</b></p><p>　　5.2 自動模式子程序：</p><p>　　圖7--自動模式主程序</p><p>　　

29、5.3 手動模式子程序：</p><p>　　圖8--手動模式子程序</p><p>　　6 水箱單片機控制系統(tǒng)程序清單</p><p><b>　　主程序：</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　AJMP MA

30、IN</b></p><p><b>　　ORG 0060H</b></p><p>　　MAIN: MOV P1, #FFH ; P1 P3口初始化置1</p><p>　　MOV P3，#FFH</p><p>　　JNB P1.3 ， AVT ； 若手動在自動位置，跳到自動

31、模式子程序</p><p>　　AJMP MEN ；否則轉(zhuǎn)到手動模式子程序</p><p><b>　　END</b></p><p>　　AUT： NOP（空命令）</p><p>　　JNB P1.2 , LG ;水位高—LG</p><p&g

32、t;　　JB P1.1 LD ， ；水位沒低---LD</p><p>　　CLR P3.1 ；水位低報警</p><p>　　JB P1.0, LDD ；水位未低---LDD</p><p>　　CLR P3.0 ；水位低報警</p><p&g

33、t;　　JNB 3.1 P1.6, Y1 ；M1已啟動—Y1</p><p>　　CLR P1.4 ；否則啟動M1</p><p>　　Y1:JNB P1.7 ,Y2 ； M2已啟動---Y2</p><p>　　CLR P1.5 ；否則啟動M2</p><p>

34、　　Y2:ACALL DELAY ；延時1分鐘</p><p>　　AJMP AUT ；返回自動模式</p><p>　　LDD: JNB P1.6 ,Y3 ； 單獨運行M1（LDD〈水位〈LD）</p><p><b>　　CLR P1.4</b></p><p>　　Y3: JB P1.7 Y2</

35、p><p><b>　　SETB P1.5</b></p><p><b>　　AJMP Y2</b></p><p>　　LG:CLR P3.2 ;水位高報警</p><p>　　LD:AJMP MAIN ;返回主程序</p><p><b>　　

36、手動控制子程序</b></p><p><b>　　MEN：NOP</b></p><p>　　JNB P1.1 , MAIN ;</p><p>　　ACALL KEY</p><p>　　CJNE A ,#FOH,NN ;</p><p>　　AJMP MEN<

37、/p><p>　　NN:JNB ACC.4 ,HM1</p><p>　　JNB ACC.5, HM2</p><p>　　JNB ACC.6 ,DM1</p><p>　　JNB ACC.7 ,DM2</p><p><b>　　AJMP MEN</b></p><p&

38、gt;　　HM1: JNB P1.6 ,MEN</p><p><b>　　CLR P1.4</b></p><p><b>　　AJMP MEN</b></p><p>　　HM2:JNBP1.7, MEN </p><p><b>　　CLR P1.5</b><

39、/p><p><b>　　AJMP MEN</b></p><p>　　DM1:JB P1.6, MEN</p><p>　　SETB P1.4</p><p><b>　　AJMP MEN</b></p><p>　　DM2:JB P1.7, MEN</p>

40、<p>　　SETB P1.5</p><p><b>　　AJMP MEN</b></p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　延時1S主程序</b></p><p>　　T1M1: MOV R1, #F0H</p>

41、<p>　　L4: MOV R2, #08H</p><p>　　L1: MOV R3, #FAH</p><p>　　L2: MOV R4, #FAH</p><p>　　L1: DJNZ R4, L1</p><p>　　DJNZ R3, L2</p><p&

42、gt;　　DJNZ R2, L3</p><p>　　DJNZ R1, L4</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　延時6ms子程序</b></p><p>　　T1M3: MOV R4, #12</p><p>　　MM:

43、 MOV R5, #248</p><p>　　DJN2 R5, $</p><p>　　DJN2 R4, D3</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　有無鍵合子程序：</b></p><p>　　KEY：ACALL KS1

44、 ；有無閉合</p><p><b>　　JNZ LK1</b></p><p>　　ACALL TIM</p><p>　　AJMP KEY ；無鍵閉合返回</p><p>　　LK1：ACALL TIM</p><p>　　ACALL TIM</p

45、><p>　　ACALL KS1</p><p><b>　　JNZ LK2</b></p><p>　　ACALL TIM</p><p>　　AJMP KEY</p><p><b>　　LK2：RET</b></p><p>　　KS

46、1：MOV A ， P3 ；掃描</p><p>　　ANL A ， #FOH ；屏蔽低4位</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　7 系統(tǒng)電路示意圖</p><p><b>　　圖10—系統(tǒng)電路</b></p><p><

47、;b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過這個課程設(shè)計，我對單片機的了解更加深入，單片機是一門應(yīng)用性和實踐性很強的學(xué)科，我們以后我們在實際設(shè)計中遇到很多問題，但結(jié)合所學(xué)知識以及參考資不斷地嘗試，設(shè)計了一種能夠解決實際問題的系統(tǒng)。單片機的學(xué)習(xí)，我不是很透徹，但是我在努力學(xué)習(xí)，這次課程設(shè)計是個挑戰(zhàn)自我的過程，我查閱資料，請教同學(xué)，還是順利完成了這個課程設(shè)計，從中學(xué)到了很多，我以后會多注意基礎(chǔ)

48、知識的積累，這樣才會有質(zhì)的飛躍。這不是第一次用匯編語言來設(shè)計程序，首先是一部分以部分設(shè)計，這樣很有邏輯思維。有很多字程序都是固定的，可以直接模仿和套用，這方便了我們的設(shè)計，也提高了效率。由于時間和本身知識水平的有限，本系統(tǒng)還存在著一些不夠完善的地方，要作為實際應(yīng)用還有一些具體細(xì)節(jié)問題需要解決。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

49、何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編[M]，北京：北京航空大學(xué)出版社，1998;</p><p>　　[2] 李華.MCS-51系列單片機使用接口技術(shù)[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，1993;</p><p>　　[3] 彭為.單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2006;</p><p>　　[4] 潘永雄.新編單片機原理與應(yīng)用[M]，西安：西安電子科技