課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）題目名稱:課程名稱:學(xué)生姓名:學(xué)號：學(xué)院：指導(dǎo)教師:

課程設(shè)計任務(wù)書分院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)自動化學(xué)生姓名學(xué)號0設(shè)計題目基于單片機的水位檢測儀系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容及要求：利用MCS-51系列單片機設(shè)計一個水位檢測儀系統(tǒng)，用兩個數(shù)碼管實時地顯示當(dāng)前水位，并能根據(jù)設(shè)定的水位值控制水位。1、 要求設(shè)計水位檢測的硬件電路，給出電路原理圖和元器件清單；2、 要求給出軟件流程圖并編寫程序源代碼；3、 完成系統(tǒng)的調(diào)試，給出調(diào)試結(jié)果并分析；4、 撰寫符合要求的課程設(shè)計說明書。進度及安排：1、 收集和課程有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)和要求；2、 總體方案設(shè)計；3、 硬件電路設(shè)計；4、 軟件設(shè)計；5、 系統(tǒng)調(diào)試改進；6、 整理、書寫設(shè)計說明書及答辯。指導(dǎo)教師（簽字）：年月曰分院院長（簽字）：年月日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 4弓I言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.51幾種方案的比較 6\o"CurrentDocument"1?1簡單的機械式控制方式 6\o"CurrentDocument"1?2復(fù)雜控制器控制方案 6\o"CurrentDocument"1?3通過水位變化上下限的控制方式 6\o"CurrentDocument"2水塔水位控制原理 8\o"CurrentDocument"3電路設(shè)計 9\o"CurrentDocument"3?1原件的介紹 9\o"CurrentDocument"3?2引腳功能 10\o"CurrentDocument"3?3水位檢測接口電路 13\o"CurrentDocument"3?4報警接口電路 14\o"CurrentDocument"3?5存儲器擴展接口電路 14\o"CurrentDocument"4系統(tǒng)軟件設(shè)計 15\o"CurrentDocument"4?1流程圖 154.2程序 16\o"CurrentDocument"5實驗仿真 18\o"CurrentDocument"6結(jié)語 19\o"CurrentDocument"7參考文獻 19摘要隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，單片機控制的智能型控制器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，為了使學(xué)生對單片機控制的智能型控制器有較深的了解。經(jīng)過綜合分析選擇了由單片機控制的智能型液位控制器作為研究項目，通過訓(xùn)練充分激發(fā)學(xué)生分析問題、解決問題和綜合應(yīng)用所學(xué)知識的潛能。另外，水位控制在高層小區(qū)水塔水位控制，污水處理設(shè)備和有毒，腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應(yīng)用。通過對模型的設(shè)計可很好的延伸到具體應(yīng)用案例中。設(shè)計一種基于單片機水塔水位檢測控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實現(xiàn)水位檢測、電機故障檢測、處理和報警等功能，實現(xiàn)超高、低警戒水位報警，超高警戒水位處理。介紹電路接口原理圖，給出相應(yīng)的軟件設(shè)計流程圖和匯編程序，并用Proteus軟件仿真。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴展性強。關(guān)鍵詞：單片機；水位檢測；控制系統(tǒng)；仿真引言水塔供水的主要問題是塔內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免“空塔”、“溢塔”現(xiàn)象發(fā)生。目前，控制水塔水位方法較多，其中較為常用的是由單片機控制實現(xiàn)自動運行，使水塔內(nèi)水位保持恒定，以保證連續(xù)正常地供水。實際供水過程中要確保水位在允許的范圍內(nèi)浮動，應(yīng)采用電壓控制水位。首先通過實時檢測電壓，測量水位變化，從而控制電動機，保證水位正常。因此，這里給出以Atmel公司的AT89C51單片機為核心器件的水塔水位檢測控制系統(tǒng)仿真設(shè)計，實現(xiàn)水位的檢測控制、電機故障檢測、處理和報警等功能，并在Proteus軟件環(huán)境下實際仿真。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的檢測控制功能可移植性和擴展性強。1設(shè)計方案比較對于水位進行控制的設(shè)計方式有很多，而應(yīng)用較多的主要有3種，三種方式的實現(xiàn)如下：1.1簡單的機械式控制方式。其常用形式有浮標式、電極式等，這種控制形式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。存在問題是精度不高，不能進彳丁數(shù)值顯示，另外很容易引起誤動作，且只能單獨控制，與計算機進行通信較難實現(xiàn)。1.2復(fù)雜控制器控制方式。這種控制方式是通過安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器，把出口壓力變成標準工業(yè)電信號的模擬信號，經(jīng)過前置放大、多路切換、A/D變換成數(shù)字信號傳送到單片機，經(jīng)單片機運算和給定參量的比較，進行PID運算，得出調(diào)節(jié)參量；經(jīng)由D/A變換給調(diào)壓/變頻調(diào)速裝置輸入給定端，控制其輸出電壓變化，來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，以達到控制水塔水位的目的。1.3通過水位變化上下限的控制方式。這種控制方式通過在水塔的不同高度固定不動的 3根金屬棒ABC，以感知水位的變化情況。其中，A棒處于下限水位，C棒處于上限水位，B棒在上、下限水位之間。A棒接+5V電源，B棒、C棒各通過一個電阻與地相連。針對上述3種控制方式，以及設(shè)計需達到的性能要求，這里選擇第三種控制方式。最終形成的方案是，利用單片機為控制核心，設(shè)計一個對供水箱水位進行監(jiān)控的系統(tǒng)。當(dāng)水塔水位下降至下限水位時，啟動水泵；水塔水位上升至上限水位時，關(guān)閉水泵；水塔水位在上、下限水位之間時，水泵保持原狀態(tài)；供水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動報警；故障解除時，水泵恢復(fù)正常工作。2水塔水位控制原理單片機水塔水位控制原理如圖i所示，圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。在正常情況下，水位應(yīng)控制在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C，用以反映水位變化的情況。其中，A棒在下限水位，B棒在上、下限水位之間，C棒在上限水位（底端靠近水池底部，不能過低，要保證有足夠大的流水量）。水塔由電機帶動水泵供水，單片機控制電機轉(zhuǎn)動，隨著供水，水位不斷上升，當(dāng)水位上升到上限水位時，由于水的導(dǎo)電作用，使B、C棒均與+5V連通。因此b、c兩端的電壓都為+5V即為“1”狀態(tài).此時應(yīng)停止電機和水泵工作，不再向水塔注水；當(dāng)水位處于上、下限之間時，B棒和A棒導(dǎo)通，而C棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為“1”狀態(tài)，c端為“0”狀態(tài)。此時電機帶動水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機不工作，水位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位處于下限位置以下時，B、C棒均不能與A棒導(dǎo)通，b、c均為“0”狀態(tài)，此時應(yīng)啟動電機轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔注水。

3電路設(shè)計水塔水位控制系統(tǒng)主要由CPU(AT89C51)、水位檢測接口電路、報警接口電路、存儲器擴展接口電路、復(fù)位電路、時鐘振蕩等部分組成。而設(shè)計中所用到的原件有AT89C51、74LS373鎖存器、3.1原件的介紹AT89C51：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。74LS373鎖存器：74LS373的輸出端O0~O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0~O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當(dāng)OE為高電平時，O0~O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。引出端符號：D0?D7數(shù)據(jù)輸入端OE三態(tài)允許控制端(低電平有效)LE鎖存允許端O0~O7輸出端。

2732存儲器：2732以HMOS-E（高速NMOS硅柵）工藝制成，24腳雙列直插式，，2732為4KB容量，地址線12條A?A；，數(shù)據(jù)線80 11條D。?D7，遠為片選端，低電平有效，OE/VPP是輸出允許信號，低電平有效，該引腳在編程時也作為編程電壓VPP的輸入端。VCC為十5V電源，GND為地。3.2引腳功能P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)

部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。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)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時日的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石品振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。如圖 2所示。時鐘電路—

復(fù)位電路時鐘電路—

復(fù)位電路i74LS373f圖2水塔水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖U1XTAL1PO.O(ADO)XTAL2PO.1(ADI)RSTPO.2(AD2)RXD/P3.0P0.3(AD3)TXD/P3.1PO.4(AD4)INTR0/P3.2PO.5(AD5)INTR1/P3.3PO.6(AD6)TIMER0/P3.4PO.7(AD7)TIMER1/P3.5U1XTAL1PO.O(ADO)XTAL2PO.1(ADI)RSTPO.2(AD2)RXD/P3.0P0.3(AD3)TXD/P3.1PO.4(AD4)INTR0/P3.2PO.5(AD5)INTR1/P3.3PO.6(AD6)TIMER0/P3.4PO.7(AD7)TIMER1/P3.5ALEWR/P3.6PSENRD/P3.7EAPl.0P2.7(A15)Pl.1P2.6(A14)Pl.2P2.5(Al3)Pl.3P2.4(A12)Pl.4P2.3(All)Pl.5P2.2(A10)Pl.6P2.1(A9)Pl.7P2.0(A8)AT89C513938373635333?3027262?2?2322213^4213n亶17TTU201234567-EE

DDDDDDDD-OL74LS37357669512415316219101234567QQQQQQQQ2327TV2?u20AODOAlDIA2D2A3D3A4D4A5D5A6D6A7D7A8A9A10AllCEOEU327329ToTT13T±HK17圖3系統(tǒng)硬件電路3.3水位檢測接口電路為了便于實現(xiàn)水位檢測功能，用一個兩位的撥碼開關(guān)模擬b、c端的狀態(tài)（1、0），正電極接+5V電源，每個負電極分別通過4.7kQ的電阻（尺1,R2）接地。將單片機的P1.0端口接開關(guān)1,P1.1端口接開關(guān)2。假設(shè)被水淹沒的負電極都為高電平，此時開關(guān)置1；露在水面的負電極都為低電平，開關(guān)此時置為0。單片機通過負電極重復(fù)采集檢測水位，當(dāng)缺水時（此時兩個開關(guān)均置0），電機必須帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)時，檢測信號為高，低電平（此時開關(guān)1置1,開關(guān)2置0）；當(dāng)水位過高時，檢測信號為高電平（此時開關(guān)l和2都置1），單片機檢測到P1.0和P1.1為高電平后，立即停機。3.4報警接口電路為了避免系統(tǒng)發(fā)生故障時，水位失去控制造成嚴重后果，在超出、低于警戒界水位時，報警信號直接從高、低警界水位電極獲得。單片機P1.7端口為啟動電機命令輸出端口，P1.7=0為低電平，經(jīng)過非門后與電機的另一端接地導(dǎo)通，啟動電機工作；P1.7=1為高電平，反之，電機停止工作。電機故障報警由單片機控制，電機故障報警信號由P1.0和P1.1輸人.當(dāng)P1.5為高電平時蜂鳴器報警。水位超過高警戒水位，單片機控制系統(tǒng)使電機停止轉(zhuǎn)動，向水塔內(nèi)供水工作也停止。3.5存儲器擴展接口電路為了便于系統(tǒng)擴展，存放大容量應(yīng)用程序，系統(tǒng)設(shè)計擴展一片程序存儲器，用于存放源程序代碼°74LS373用于鎖存地址，單片機的P0.0?P0.7通過復(fù)用方式分別接鎖存器74LS373的DO?D7和存儲器2732的D0?D7端，地址鎖存信號線ALE接鎖存器的OE端，通過軟件設(shè)置實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸，鎖存器的輸出端OQ0?O7與存儲器地址線A0?A7相連，剩余的3根地址線A8?A11接P2.0?P2.2.單片機選通引腳麗接存儲器OE端，因只擴展一片存儲器，片選端CE接地。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1流程圖當(dāng)水塔水位處于上、下限之間時，P1.0=1,P1.1=0,此時無論電機是在帶動水泵給水塔供水使水位不斷上升.還是電機沒有工作使水位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位低于下限時，P1.0=0,P1.1=0,此時啟動電機轉(zhuǎn)動，帶動水泵給水塔供水。水位檢測信號與輸出控制操作關(guān)系如表1所列，圖4為水塔水位控制程序流程。表1水位檢測信號與輸出控制操作關(guān)系Pl.O(