水箱單片機(jī)控制系統(tǒng)

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： 盛方整理 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 盛方整理 目 錄 摘 要 1 目 錄 2 一、 單片機(jī)的說明 3 1、 8051單片機(jī)簡(jiǎn)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 盛方整理 一 8051單片機(jī)系統(tǒng) 說明 1 8051單片機(jī)簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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怯芍噶罴拇嫫鳌⒊绦蛴?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) 盛方整理 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 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： 盛方整理 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。 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(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 盛方整理 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 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。 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） 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(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： 盛方整理 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） 盛方整理 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。 盛方整理 五 主程序框圖 1 主程序框圖 盛方整理 2 自動(dòng)模式子程序： 盛方整理 3 手 動(dòng)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(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 盛方整理 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