水箱單片機控制系統(tǒng)

盛方整理 論 文 設 計 說 明 書 題目： 海 豐熱電公司 800立方 米 水箱單片機控制系統(tǒng) 姓 名 ： 指導教師： 盛方整理 摘 要 本單片機系統(tǒng)設計的目的是應用單片機控制技術，以 8051單片機為核心控制 慶豐熱電公司的 800立方米的水箱的水位，并實現(xiàn)了報警和手動、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。本文還詳 細的給出了相關的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了 該匯編語言程序。 關鍵詞 ： 單片機 水位 控制 報警 盛方整理 目 錄 摘 要 1 目 錄 2 一、 單片機的說明 3 1、 8051單片機簡介 3 2、單片機的 時序 5 3、 引腳極其功 能 6 二、水 箱給水設備系統(tǒng)的構成 10 三、 本系統(tǒng) 8051單片機控制部分 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 盛方整理 一 8051單片機系統(tǒng) 說明 1 8051單片機簡介 目前， 8051單片機在工業(yè)檢測領域中得到了廣泛的應用，因此我們可以在許多單片機應用領域中，配接各種類型的語音接口，構成具有合成語音輸出能力的綜合應用系統(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。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。 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。算術邏輯單元的硬件結構與典型微型 機相似。它具有對 8位信息進行 +、 -、 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果及常用數(shù)據(jù)寄存器?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫?、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。 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 盛方整理 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。 2 2 時序 1時鐘電路 M田 51片內(nèi)設有一個由反向放大器所構成的振蕩電路， 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。 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，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從 S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(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： 盛方整理 3 引腳極其功能 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個部分敘述個引腳的功能。 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。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成采用外部時鐘時，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。 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芯片，該引腳懸空不接。 3、 控制信號或 與其它電源復用引腳 控制信號或與其它電源復用引腳有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN和 EA/VPP等 4種形式。 盛方整理 （ A） 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位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機復位到初始狀態(tài)。 當 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。 （ B） ALE/ P （ 30腳）：當訪 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 （ C） PSEN(29腳 ):片外程序存儲器讀選通輸出端 ,低電平有效。當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)。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間， PESN信號將不出現(xiàn)。 （ D） EA/Vpp（ 31腳）： EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當 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 8KB）。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 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。 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。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向 8位輸入 /輸出接口。當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)分時復用口。 它分時提供 8位雙向數(shù)據(jù)總線。 對于片內(nèi)含有 EPROM的單片機，當 EPROM編程時，從 P0口輸入指令字節(jié)，而當檢驗程序時，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，可作為準雙向 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編程和進行程序校驗時， 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，一般可作為準雙向 I/O接口。當接有外部程序 存儲器或擴展 I/O接口且尋址范圍超過 256個字節(jié)時， P2口用于高 盛方整理 8位地址總線送出高 8位地址。對于 EPROM編程和進行程序校驗時， 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 單片機 P3.0管腳含義 綜上所述， MCS 51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點： 1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第 2功能； 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口分時復用作為數(shù)據(jù)總線。 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請求輸入端，低電平有效） P3.3 INT1（中斷 1請求輸入端，低電平有效） P3.4 T0（時器 /計數(shù)器 0計數(shù)脈沖端） P3.5 T1（時器 /計數(shù)器 1數(shù)脈沖端） P3.6 WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） P3.7 RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 盛方整理 附 :89C51的管腳如圖 盛方整理 二 800立方米水箱給水設備系統(tǒng)的構成 800立方米由兩臺給水泵機組、水箱和三只浮球開關組成，其系統(tǒng)結構如圖 ： 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，當水位高（大于 90開度）時， LG閉合，當水位低（小于 75開度）時， LD閉合，當水位低低（小于 50開度）時， LDD閉合。 800立方米水箱的控制器由 8051系統(tǒng)構成。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： 盛方整理 給水泵電機主控回路圖如下： 三 本系統(tǒng) 8051單片機控制部分結構 本系統(tǒng)采用 8051單片機，引腳具體控制如下 ： 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： 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開關狀態(tài)輸入信號。（開 0，關 1） P1.7： M2開關狀態(tài)輸入信號。（開 0，關 1） 盛方整理 P3.0：水位低低報警輸出信號。 P3.1：水位低報警輸出信號。 P3.2：水位高報警輸出信號。 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。 四 本系統(tǒng)的工作原理 當水箱水位低時，起動 M1、 M2給水，水位上升到 90%，停 M1。當水箱水位低低（小于 50%）時，同時起動 M1、 M2，當水位上升到 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%。 報警控制如下： 當水位高與 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。 盛方整理 五 主程序框圖 1 主程序框圖 盛方整理 2 自動模式子程序： 盛方整理 3 手 動模式子程序： 盛方整理 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 ； 若手動在自動位置，跳到自動模式子程序 AJMP MEN ；否則轉(zhuǎn)到手動模式子程序 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 ；水位低報警 JB P1.0, LDD ；水位未低低 -LDD CLR P3.0 ；水位低低報警 JNB 3.1 P1.6, Y1 ； M1已啟動 Y1 CLR P1.4 ；否則啟動 M1 Y1:JNB P1.7 ,Y2 ； M2已啟動 -Y2 CLR P1.5 ；否則啟動 M2 Y2:ACALL DELAY ；延時 1分鐘 AJMP AUT ；返回自動模式 LDD: JNB P1.6 ,Y3 ； 單獨運行 M1（ LDD水位 LD） CLR P1.4 Y3: JB P1.7 Y2 SETB P1.5 AJMP Y2 LG:CLR P3.2 ;水位高報警 盛方整理 LD:AJMP MAIN ;返回主程序 手動控制子程序 MEN： NOP JNB P1.1 , MAIN ; ACALL KEY CJNE A ,#FOH,NN ; AJMP MEN