畢業(yè)論文-鍋爐液位控制

1、基于單片機的鍋爐液位控制系統(tǒng) 摘 要 本文主要設計了一種基于單片機的鍋爐液位控制系統(tǒng)，它以stc89c52單片機作為核心控制器，通過stc89c52單片機，溫度傳感器、壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)碼管顯示等硬件系統(tǒng)和軟件設計方法實現(xiàn)具有液位檢測報警和控制雙重功能.本系統(tǒng)在設計中主要有水位檢測、溫度檢測、壓力檢測、按鍵控制、水位控制、顯示部分、故障報警等幾部分組成來實現(xiàn)液位控制。主要用液位傳感器檢測液位，用ds18b20溫度傳感器來檢測水溫，用三個控制按鍵來實現(xiàn)按健控制，用三位7段led顯示器來完成顯示部分，用moc3041雙向可控硅來控制水泵的開關，用壓力傳感器檢測鍋爐內(nèi)部壓力，并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換

2、把這些信號送入單片機中。把這些信號與單片機中內(nèi)部設定的值相比，以判斷單片機是否需要進行相應的操作，即是否需要開啟水泵，來實現(xiàn)對液位的控制,從而實現(xiàn)單片機自動控制液位的目的。本設計用單片機控制易于實現(xiàn)鍋爐液位、溫度和壓力的控制,而且有造價低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作、維修方便等優(yōu)點。關鍵詞：stc89c52單片機,液位控制，顯示，報警abstract designed in this paper is a boiler liquid level controll system, which stc89c52 as a controller, through hardwa

3、re and software design ,such as stc89c52 single chip, temperature sensor,pressure sensor and adc, a system of digital display, reach to liquid level detection and alarm dual function control. the design of the system are mainly include the water level detection, temperature detection, pressure detec

4、tion, key control, water level control, display, fault alarm, such as a few parts to achieve the level control. detection of the main level with the water level sensors, temperature sensors ds18b20 is used to detected water temperature, with three control buttons to achieve the health control, with

5、three 7 led display to complete the display, using moc3041 triac to control the circulating pump switch ,with pressure sensors detect the internal pressure of the boiler. through analog-to-digital conversion take these signals into the single chip. these single-chip signal and the internal set of va

6、lues compared to determine the need for the corresponding single-chip operation, namely, the need to open the pump to achieve the level of control, thus in order to achieve the purpose of automatic control by single-chip solution. the design is easy to implement single-chip boiler liquid level contr

7、ol, temperature and pressure control, and its low cost and easy to debug the procedure, part of the failure will not affect other parts of the work, maintenance convenience, and so on.key words:stc89c52 single chip microcomputer, level control,display,alarm目錄第一章 緒論11.1鍋爐液位控制的背景11.2鍋爐液位控制國內(nèi)外發(fā)展概況21.2.

8、1國內(nèi)發(fā)展概況21.2.2國外發(fā)展概況21.3本課題研究目的及意義31.4 系統(tǒng)簡介3第二章.主要芯片介紹52.1單片機stc89c52介紹52.1.1 stc89c52單片機的外部引腳說明52.1.2 stc89c52rc單片機的中斷系統(tǒng)72.1.3 選擇使用stc89c52rc的原因92.2芯片74ls164介紹92.2.1 74ls164的引腳圖及引腳功能：102.2.2 74ls164的內(nèi)部功能圖102.2.3 74ls164的真值表112.2.4 74ls164有如下特點：112.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器a/d0809122.3.1 adc0809的邏輯結構122.3.2 adc0809 的通

9、道選擇122.3.3 adc0809的引腳圖及各引腳作用132.4 溫度傳感器ds18b20142.4.1 ds18b20的內(nèi)部結構及管腳圖142.4.2 ds18b20技術性能描述152.4.3 ds18b20的溫度處理過程162.5 led數(shù)碼管顯示172.5.1 led數(shù)碼管顯示器的結構182.5.2 led數(shù)碼管顯示器的顯示段碼182.5.3 led顯示器的參數(shù)19第三章鍋爐液位控制的硬件設計213.1系統(tǒng)硬件設計的總體方案及框圖213.1.1系統(tǒng)硬件設計總體方案213.1.2 系統(tǒng)設計的總體框圖213.2 鍵盤控制電路設計223.3 復位電路設計233.4 顯示電路的設計243.4.

10、1靜態(tài)顯示243.4.2 動態(tài)顯示253.4.3 該設計中顯示電路的選擇253.5 液位控制電路的設計263.5.1 液位控制電路的工作原理及液位控制狀態(tài)圖263.5.2 液位控制的控制電路273.5.3 液位控制中的“虛假水位”283.6 測溫電路及溫度傳感器的選擇313.6.1 溫度傳感器的選擇313.6.2 溫度檢測電路32第四章.軟件設計及試驗運行結果和討論334.1 系統(tǒng)的軟件設計334.2試驗調(diào)試及運行結果344.2.1硬件調(diào)試344.2.2軟件調(diào)試354.2.3 軟硬件實時調(diào)試354.2.4系統(tǒng)實際調(diào)試結果364.3試驗中遇到的問題及討論36論文小結38致謝40參考文獻41附錄一

11、 設計程序清單42附錄二 電路原理圖51附錄三 硬件實物圖5253 第一章 緒論1.1鍋爐液位控制的背景目前我國的燃煤鍋爐數(shù)量眾多，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的1/4，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。國家在第10到第n個五年計劃的科技創(chuàng)新指南中，對光機電一體化、資源與環(huán)境、新能源與高效節(jié)能的指導性課題中明確指出:需要開發(fā)研制自動化程度高、節(jié)能潛力大、提高安全系數(shù)、減輕環(huán)境污染、減輕勞動強度、價格低的新型測控裝置。要求節(jié)煤率達到%5以上，裝置投資的回收期在1年以內(nèi)，采暖鍋爐為3年以內(nèi)。如中小型鏈條式工業(yè)鍋爐用的新型測控裝置。因此這個課

12、題有現(xiàn)實意義且市場前景良好。鍋爐微機控制，是近年來開發(fā)的一項新技術，它是微型計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術緊密結合的產(chǎn)物，工業(yè)鍋爐采用微機控制和原有的儀表控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢:(1)直觀而集中的顯示鍋爐各運行參數(shù)。能顯示液位、壓力、溫度的狀態(tài)。(2)在運行中可以隨時方便的修改各種運行參數(shù)的控制值，并修改系統(tǒng)的控制參數(shù)。可以方便的改變液位、壓力、溫度等的上限、下限。(3)提高鍋爐的熱效率。采用計算機控制后熱效率可比以前提高5一10%，據(jù)用戶統(tǒng)計，一臺20t的鍋爐，全年平均負荷70%，以平均熱效率提高%5計，全年節(jié)煤800噸。(4)鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風機、引風機、給水泵等大功

13、率電動機，由于鍋爐本身特性和選型的因素，這些風機大部分時間里是不會滿負荷輸出的，原有方式采用閥門和擋板控制流量，浪費非常嚴重。通過對風機、水泵進行微機控制可以平均節(jié)電達到30%一4%0。(5)作為鍋爐控制裝置，其主要任務是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，減輕操作人員的勞動強度。在采用計算機控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機制，可以設置多點聲光報警和自動連鎖停爐。杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。綜合以上種種優(yōu)點可以預見采用計算機控制鍋爐系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。單片機是在一塊芯片上集成了一臺微型計算機所需的cpu、存儲器、輸入、輸出等部件。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，體積小、速度快、

14、功耗低的特點使它的應用領域日益廣泛。工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，干擾強。故要求控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定、抗干擾能力強。單片機能滿足這些要求，因此單片機在控制領域得到了廣泛的應用。使用單片控制鍋爐是很好的選擇。1.2鍋爐液位控制國內(nèi)外發(fā)展概況1.2.1國內(nèi)發(fā)展概況目前我國在單片機測控裝置研究、生產(chǎn)、應用中，取得了很大的成績，總結了很多經(jīng)驗。但在這個行業(yè)，仍處于發(fā)展期。經(jīng)調(diào)查，北京、天津的高校、科研院所在這方面開展的工作更看重的是理論、算法，研究出來的成果是論文的較多，看重在生產(chǎn)實際應用的較少;在上海，新型單片機測控裝置與系統(tǒng)的研究、生產(chǎn)基礎較雄厚，在生產(chǎn)中需要新型測控裝置與系統(tǒng)，也就努力研究、開發(fā)。因

15、此，上海的工程技術和科研人員需要的是應用技術，更看重的是生產(chǎn)實際應用，對研究理論、算法、成果是論文的較少;深圳在研制新型測控裝置與系統(tǒng)領域也比較有成績，盡管與其他國家開發(fā)者比尚有距離，但是，深圳的高校、科研院所的最大特點就是實際，與生產(chǎn)實際應用項目無關的問題基本上不去考慮，這里的工程技術和科研人員關心的不是理論、不是算法、不是論文，而考慮，是用什么材料、測控什么物理量、優(yōu)點是什么、與機器設備的通訊接口等等。目前,國內(nèi)對鍋爐液位控制的方法大體有以下幾種：（1）改進內(nèi)?？刂扑惴ǖ姆椒āＴ摲椒ǖ母倪M之處,即在itae性能指標下確定入?yún)?shù)值.然后,通過qxlpc-過程控制實驗裝置和西門子s7-300控

16、制器,用改進內(nèi)模控制算法對鍋爐液位進行控制,結果表明這種方法具有良好的控制效果.（2）模糊控制方法。該方法先導出了鍋爐液位的非線性模型，然后基于后推設計方法和自適應模糊控制理論，提出了鍋爐液位的穩(wěn)定控制律，理論分析證明，液位控制的跟蹤誤差收斂到零。仿真結果表明，該方法有良好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。 上訴的控制方法僅是鍋爐液位控制系統(tǒng)應用和研究的一個側面，國內(nèi)外還有許多學者對此進行了不同程度的研究。1.2.2國外發(fā)展概況隨著各種微處理器的出現(xiàn)和發(fā)展，國外對鍋爐液位控制系統(tǒng)的研究也在不斷發(fā)展和完善。一些發(fā)達國家在單片機新型測控裝置與系統(tǒng)研究、制造、應用上，已積累了經(jīng)驗，奠定了基礎，進入了國際市場。我

17、國在新型測控裝置與系統(tǒng)研究、制造、應用和經(jīng)驗上，有一定的基礎，與其他發(fā)達國家相比還存在距離，但是，我國的科研人員能夠克服很多困難，有望在相關領域趕上甚至超過發(fā)達國家的技術水平，這是發(fā)展趨勢。1.3本課題研究目的及意義在現(xiàn)代社會中，隨著工業(yè)的發(fā)展，居民生活區(qū)的集中熱力供應量的需求也越來越大，蒸汽鍋爐的容量不斷提高，對操作過程要求更加嚴格，鍋爐的液位控制直接影響人們自身和設備的安全。液位過低可能使鍋爐出現(xiàn)干燒現(xiàn)象，液位過高又會使鍋爐蒸汽壓力過高，發(fā)生危險，傳統(tǒng)的液位控制不能進行遠距離的集中控制，自動化程度低，調(diào)節(jié)精度差等缺點，且單靠人工操作已不能適應，控制系統(tǒng)改造的必要性隨著科學技術的不斷進步,被

18、控對象越來越復雜,人們對控制精度的要求不斷提高。由于被控對象和過程的非線性、時變性,多參數(shù)間的強耦合、隨機干擾等因素,使得建立被控對象的精確數(shù)學模型變得很困難。在這些復雜的系統(tǒng)面前,傳統(tǒng)的控制方法無法滿足控制精度,而且系統(tǒng)穩(wěn)定性差。更好地對鍋爐進行自動化控制，同時隨著單片機技術，自動控制技術的迅速發(fā)展，利用單片機及其外圍芯片實現(xiàn)鍋爐液位控制已經(jīng)成為可能，而且也成為一種發(fā)展的趨勢，單片機不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點，而且有很高的性價比，因此應用前景廣，同時有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過微機實現(xiàn)燃燒與給水系統(tǒng)的自動控制與調(diào)節(jié)，將保證鍋爐正常供氣供水，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經(jīng)濟運行。本文

19、即是用單片現(xiàn)的一種鍋其有較高的實用價值和優(yōu)越性。1.4 系統(tǒng)簡介本課題的研究對象為鍋爐的液位，對其液位進行控制。基本思想是以stc89c52作為控制器，通過stc89c52單片機，壓力傳感器、溫度傳感器（ds18b20）和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc0809）等硬件系統(tǒng)和軟件設計方法實現(xiàn)具有液位報警和控制的雙重功能，同時也具有壓力和溫度顯示控制的功能,并對溫度和壓力值交替進行顯示。 系統(tǒng)硬件設計包括以下幾部分：stc89c52芯片為核心控制器，溫度采集和溫度設定部分、鍵盤顯示部分、a/d變換部分、報警部分、液位控制等部分組成。可實現(xiàn)的具體功能如下：（1）當液位低至給定的下限液位時，啟動水泵對鍋爐進行加水

20、，同時水泵工作狀態(tài)指示燈亮2個，表明水泵以中速在加水。（2）當液位高至給定上限的液位時，停止水泵對鍋爐進行加水，水泵工作狀態(tài)指示燈全滅，表明水泵停止工作。（3）當由于某種特殊原因，液位低于下下限水位時，仍沒有啟動水泵進行加水，則達至極低水位時，再次啟動水泵進行加水，并進行報警。（4）當液位高于上上限水位時，停止水泵加水，并進行報警。（5）有消除報警按鈕，當有報警時操作人員在知道的情況下可以按下其其消除報警并去做相應的處理工作。（6）有緊急停止按鈕，在遇到緊急情況時可以停止系統(tǒng)的運行。（7）有溫度和壓力傳感器，同時可以交替顯示其溫度和壓力值。（8）采用雙向可控硅來控制水泵的開與關，比電機控制簡單

21、。（實際設計中用三個發(fā)光二極管來表示水泵的開度，即流量。）第二章.主要芯片介紹2.1單片機stc89c52介紹stc89c52單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，最新的d版本內(nèi)部集成max810專用復位電路。2.1.1 stc89c52單片機的外部引腳說明stc89c52單片機有40個引腳，采用雙列直插（dip）方式封裝，其引腳圖如圖2-1所示。 圖2-1 stc89c52的管腳圖stc89c52單片機的40個管腳中有2個專用于電源的引腳。2個外接晶體的引腳，4個控制或與其它電源復用

22、的引腳，以及32條輸入輸出i/o引腳。按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。2.1.1.1主電源引腳vcc和vssvcc（40腳）: +5v主電源正端 vss（20腳）：+5v主電源地端2.1.1.2 外接晶體引腳xtal1和xtal2xtal1（19腳）:接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，對于hmos單片機，該端引腳必須接地；對于chmos單片機，此引腳作為驅(qū)動端。xtal2（18腳）: 接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時鐘電路，對于hmos單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于c

23、hmos單片機，此引腳應懸浮。2.1.1.3 控制信號或與其它電源復用引腳rst（9腳）: 單片機剛接上電源時，其內(nèi)部各寄存器處于隨機狀態(tài)，在該腳輸入24個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機復位（reset）psen（29腳）: 在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。cpu在向片外存儲器取指令期間，psen信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效psen信號不出現(xiàn)。psen端同樣可驅(qū)動8個lsttl負載。我們根據(jù)psen、ale和xtal2輸出端是否有信號輸出，可以判別89c52是否在工作。ale/prog（30腳）:在訪問片外程序存儲器時

24、，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。cpu在向片外存儲器取指令期間，psen信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效psen信號不出現(xiàn)。psen端同樣可驅(qū)動8個lsttl負載。我們根據(jù)psen、ale和xtal2輸出端是否有信號輸出，可以判別80c51是否在工作。ea/vpp（31腳）: 當ea端輸入高電平時，cpu從片內(nèi)程序存儲器地址0000h單元開始執(zhí)行程序。當?shù)刂烦?kb時，將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當ea輸入低電平時，cpu僅訪問片外程序存儲器。在對87c51eprom編程時，此引腳用于施加編程電壓vpp。2.1.1.4 輸入/輸出引腳p0口、

25、p1口、p2口及p3口(1) p0口（32-39腳）：p0口是一個漏極開路的8位準雙向i0口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動8個ls型ttl負載。p0口有三個功能：外部擴充存儲器時,當作數(shù)據(jù)總線（d0d7）；外部擴充存儲器時，當作地址總線（a1a7）。不擴充時，可做一般i/o口使用，但內(nèi)部沒有上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。(2) p1口（1-8腳）：p1口是一個帶內(nèi)部上接電阻的準雙向io口。p1的每一位能驅(qū)動4個ls型ttl負載。在p1口作為輸入口使用時，應先向p1口鎖存器（地址90h）寫入全1，此時p1引腳由內(nèi)部上接電阻接成高電平。p1.0和p1.1多了t/c2的復用。

26、(3) p2口（21-28腳）：p2口是一個帶內(nèi)部上接電阻的8位準雙向io口。p2口每一位能驅(qū)動4個ls型ttl負載。p2口有兩個功能：擴充外部存儲器時，當作地址總線（a8a15）使用。做一般i/o口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。(4) p3口：p3口是一個帶內(nèi)部上接電阻的8位準雙向io口。p3口每一位能驅(qū)動4個ls型ttl負載。p3口與其它io口有較大區(qū)別，每個引腳還具有專門功能,除了作為i/o口使用外（內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設置。p3口的第2功能見表2-1。端口1、2、3有內(nèi)部上拉電阻，當作為輸入時，其電位被拉高，若輸入為低電平可提供電流源；其作為輸出時可驅(qū)動4個ls

27、 ttl。而端口0作為輸入時，處在高阻抗的狀態(tài)，其輸出緩沖器可驅(qū)動8個ls ttl（需要外部的上拉電阻）。 引腳 第2功能 p3.0rxd（串行輸入口） p3.1txd（串行輸出口） p3.2int0（外部中斷） p3.3int1（外部中斷） p3.4t0（timer0的外部輸入腳） p3.5t1（timer1的外部輸入腳） p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入控制信號） p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取控制信號） 表 2-1 p3口的第2功能表2.1.2 stc89c52rc單片機的中斷系統(tǒng)計算機暫時中止正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序，并在中斷服務程序完了之后能自動回到原主程序處繼續(xù)

28、執(zhí)行，這個過程叫做“中斷”。大體來說，采用中斷系統(tǒng)改善了計算機的性能，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1） 有效地解決了快速cpu與慢速外設之間的矛盾，可使cpu與外設并行工作，大大提高了工作效率。（2） 可以及時處理控制系統(tǒng)中許多隨機產(chǎn)生的參數(shù)與信息，即計算機具有實時處理的能力，從而提高了控制系統(tǒng)的性能。（3） 使系統(tǒng)具備了處理數(shù)據(jù)的能力，提高了系統(tǒng)自身的可靠性。由此可見，“中斷”已成為現(xiàn)代計算機的1種重要功能，而中斷系統(tǒng)功能的強弱已稱為衡量1臺計算機功能完善與否的重要標志之一。2.1.2.1中斷源所謂中斷源就是引起中斷的事件，亦即是什么部件要求中斷。stc89c52單片機提供了8個中斷源：4個外

29、部中斷請求int0、int1、int2和int3,3個片內(nèi)定時器/計數(shù)器t0、t1和t2的溢出中斷請求tf0、tf1和tf2及串行口中斷請求ti或ri（合為一個中斷源）。2.1.2.2中斷的優(yōu)先級中斷與普通8052 完全兼容，優(yōu)先級可設為4 級，另增加2 個外部中斷int2/p4.3,int3/p4.2。其優(yōu)先級設置如表2-2。中斷源中斷查詢次序中斷優(yōu)先級設置優(yōu)先級0優(yōu)先級1優(yōu)先級2優(yōu)先級3中斷請求int00(最優(yōu)先)px0h,px00,00,11,01,1ie0timer01pt0h,pt00,00,11,01,1tf0int12px1h,px10,00,11,01,1ie1timer13p

30、t1h,pt10,00,11,01,1tf1uart4psh,ps0,00,11,01,1ri+titimer25pt2h,pt20,00,11,01,1tf2+exf2int26px2h,px20,00,11,01,1ie2int37(最低)px3h,px30,00,11,01,1ie3 表2-2 中斷優(yōu)先級設置表2.1.2.3中斷響應的條件及過程單片機響應中斷的條件為中斷源有請求（中斷允許寄存器ie相應位置1），且cpu開中斷（即ea=1）。這樣，在每個機器周期內(nèi)，單片機對所有中斷源都進行順序檢測，并可在任1個周期的s6期間，找到所有有效的中斷請求，還對其優(yōu)先級進行排隊。但是，必須滿足下列

31、條件：（1）無同級或高級中斷正在服務；（2）現(xiàn)行指令執(zhí)行到最后1個機器周期且已結束；（3）若現(xiàn)行指令為reti或需訪問特殊功能寄存器ie或ip的指令時，執(zhí)行完該指令且緊隨其后的另1條指令也已執(zhí)行完。單片機便在緊接著的下1個機器周期的s1期間響應中斷。否則，將丟棄中斷查詢的結果。 中斷響應的過程：單片機一旦響應中斷，首先對相應的優(yōu)先級有效觸發(fā)器置位。然后執(zhí)行1條由硬件產(chǎn)生的子程序調(diào)用程序，把斷點地址壓入堆棧，再把與各中斷服務程序的入口地址送入程序計數(shù)器pc,同時清除中斷請求標志，從而程序便轉(zhuǎn)到中斷服務程序。2.1.3 選擇使用stc89c52rc的原因（1）超低功耗:掉電模式： 典型功耗 0.1

32、 a正常工作模式： 典型功耗 4ma - 7ma掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池供電系統(tǒng)，如水表、氣表、便攜設備等。（2）超強抗干擾:高抗靜電（e s d 保護）輕松過2 k v / 4 k v 快速脈沖干擾( e f t 測試）寬電壓， 不怕電源抖動；寬溫度范圍, - 4 0 8 5 （3）三大降低單片機時鐘對外部電磁輻射的措施：禁止a l e 輸出；如選6 時鐘/ 機器周期，外部時鐘頻率可降一半；單片機時鐘振蕩器增益可設為1 / 2 g a i n 。（4）加密性強（5）在系統(tǒng)可編程, 無需編程器, 無需仿真器（6）可供應內(nèi)部集成m a x 8 1 0 專用復位電路的單片機，只有d 版

33、本才有內(nèi)部集成專用復位電路，原復位電路可以保留，也可以不用，不用時r e s e t 腳接1 k 電阻到地。2.2芯片74ls164介紹74ls164是一個串行輸入并行輸出的移位寄存器,并帶有清除端。其中，q0q7為并行輸出端，常用于擴展并行口，a、b為串行數(shù)據(jù)輸入端，clock為時鐘端，clear為清除端。當清除端（clear）為低電平時，輸出端（qaqh）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（a，b）可控制數(shù)據(jù)。當a、b 任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（clock）脈沖上升沿作用下q0 為低電平。當a、b 有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在clock 上升沿作用下決定q0 的

34、狀態(tài)。2.2.1 74ls164的引腳圖及引腳功能： 圖 2-2 74ls164的引腳圖clear(9腳):高電平有效,低電平時使所有輸出(qaqh)為低電平。 clock(8腳):上升沿輸出移位，其余狀態(tài)保持。 a(1腳)/b(2腳)輸入：邏輯與關系，即全高為高，見低為低。qaqh輸出：并行輸出口。2.2.2 74ls164的內(nèi)部功能圖 圖 2-3 74ls164的內(nèi)部功能圖74ls164的內(nèi)部實質(zhì)上是8個sr觸發(fā)器。 2.2.3 74ls164的真值表 inputs outputsclearclocka bqa qbqh l h h h h x l x xx xh hl xx l l l

35、lqa0 qb0 qh0h qan qgnl qan qgnl qan qgn 表2-3 74ls164的真值表 h高電平 l低電平 x任意電平 低到高電平跳變 。qa0、qb0、qh0 規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平。qan、qgn 時鐘最近的前的電平2.2.4 74ls164有如下特點：（1）串行輸入帶鎖存。 （2）時鐘輸入,串行輸入帶緩沖。 （3）異步清除。 （4）最高時鐘頻率可高達36mhz （5）功耗：10mw/bit （6）74系列工作溫度： 0c to 70c （7）vcc最高電壓：7v ；輸入最高電壓：7v （8）最大輸出驅(qū)動能力： 高電平：0.4ma 低電平：8ma2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)

36、換器a/d08092.3.1 adc0809的邏輯結構adc0809是典型的8位8通道逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，采用cmos工藝制造。它由一個8路模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個a/d轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖2-5）。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當oe端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 圖 2-5 adc0809的內(nèi)部結構2.3.2 adc0809 的通道選擇地址鎖存與譯碼電路完成對a、b、c3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道的選擇。通道選擇如表2-4所示：

37、c(addc) b(addb) a(adda)選擇的通道 0 0 0 in0 0 0 1 in1 0 1 0 in2 1 1 1 in3 1 0 0 in4 1 0 1 in5 1 1 0 in6 1 1 1 in7表2-4 adc00809的通道選擇2.3.3 adc0809的引腳圖及各引腳作用adc0809芯片為28引腳雙列直插式封裝，其引腳排列見圖2-6。 圖2-6 ad0809的管腳圖（1）in0in7：8條模擬量輸入通道。adc0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05v，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采

38、樣保持電路。（2）adda、addb、addc：模擬通道地址線。這3根地址線用于對模擬通道進行選擇，其譯碼關系如表所示，adda為低位地址，addc為高位地址。（3）ale:地址鎖存信號。對應于ale上跳沿時，adda、addb、addc地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。（4）start:轉(zhuǎn)換啟動信號。在start信號上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清0；在start下跳沿時，開始進行a/d轉(zhuǎn)換。在a/d轉(zhuǎn)換期間，start信號應保持低電平。該信號可簡寫為st。（5）d0d7:數(shù)據(jù)輸出線。該數(shù)據(jù)輸出線為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)總線直接相連。（6）oe:輸出允許信號。它用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機

39、輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。oe=0時輸出數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài)；oe=1時輸出允許。（7）clk:時鐘信號。adc0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，通常使用頻率為500khz的時鐘信號。（8）eoc:轉(zhuǎn)換結束狀態(tài)信號。當eoc=0時，表示正在進行轉(zhuǎn)換；eoc=1時，表示轉(zhuǎn)換結束。實際使用中該狀態(tài)信號既可以作為查詢的狀態(tài)標志，還可以作為中斷請求信號使用。（9）vef：參考電壓。參考電壓作為逐次逼近的基準，并用來與輸入的模擬信號進行比較。其典型值為+5v(vref(+)=+5v、vref(-)=0)。2.4 溫度傳感器ds18b20ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有

40、3引腳to92小體積封裝形式；溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位a/d轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個ds18b20可以并聯(lián)到3根或2根線上，cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。這些特點使ds18b20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。2.4.1 ds18b20的內(nèi)部結構及管腳圖ds18b20的內(nèi)部結構如圖2-7所示，主要由4部分組成：64位光刻rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。該

41、裝置信號線高的時候，內(nèi)部電容器儲存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。ds18b20的電源也可以從外部3v-5.5v的電壓得到。圖 2-7 ds18b20的內(nèi)部結構ds18b20的管腳排列如圖2-8所示，dq為數(shù)字信號輸入輸出端；gnd為電源地；vdd為外接供電電源輸入端。 該圖引自單片機課程設計實例指導圖 2-8 ds18b20的管腳排列2.4.2 ds18b20技術性能描述(1) 獨特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。(2) 測溫范圍 55125，固有測溫分辨率0.

42、5。(3) 支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。(4) 工作電源: 35v/d.c；在使用中不需要任何外圍元件。(5) 測量結果以912位數(shù)字量方式串行傳送。(6) 適用于dn1525,dn40dn250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設備測溫。(7) pvc電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。2.4.3 ds18b20的溫度處理過程2.4.3.1 ds18b20的初始化（1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。（2） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點）。（3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。（4） 延時750微秒（該時間的時間范圍可以從

43、480到960微秒）。（5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。（6） 延時等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由ds18b20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。（7） 若cpu讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要480微秒。（8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結束。其時序如圖2-9所示： 該圖引自單片微型計算機原理及接口技術 圖2-9 初始化時序2.4.3.2 ds18b20的寫操作（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。（2）

44、延時確定的時間為15微秒。（3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。（4） 延時時間為45微秒。（5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。（6） 重復上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。ds18b20的寫操作時序圖如圖2-10所示。 該圖引自單片微型計算機原理及接口技術 圖2-10 寫時序2.4.3.3 ds18b20的讀操作（1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”， 延時2微秒。（2）將數(shù)據(jù)線拉低“0”， 延時15微秒。（3）將數(shù)據(jù)線拉高“1”， 延時15微秒。（4）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。（5）延時30微秒。ds18b20的讀操作時序圖如圖2

45、-11所示。該圖引自單片微型計算機原理及接口技術圖 2-11讀時序2.5 led數(shù)碼管顯示2.5.1 led數(shù)碼管顯示器的結構led顯示器是一種由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。單片機系統(tǒng)中通常使用8段led數(shù)碼顯示器，其外形及引腳如圖2-12（a）所示，由圖可見8段led顯示器由8個發(fā)光二極管組成。其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括af在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點“ ”等字樣。 圖 2-12 led數(shù)碼管顯示的結構led顯示器有兩種不同的形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極都連在

46、一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5v,每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平時不點亮。稱為共陽極led顯示器；另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平時不點亮。稱為共陰極led顯示器。如圖2-12（b）所示。2.5.2 led數(shù)碼管顯示器的顯示段碼為了顯示字符，要為led顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個“8”字形字符的7段，再加上1個小數(shù)點位，共計8段，因此提供給led顯示器的顯示段碼為

47、1個字節(jié)。各段碼位的對應關系如表2-5： 表2-5 段碼位的對應表段碼位 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0顯示段 dp g f e d c b a用led顯示器顯示十六進制數(shù)和空白字符與p的顯示段碼如表2-6所示。字型共陽極段碼共陰極段碼 字型共陽極段碼共陰極段碼 0 c0h 3fh 9 90h 6fh 1 f9h 06h a 88h 77h 2 a4h 5bh b 83h 7ch 3 b0h 4fh c c6h 39h 4 99h 66h d a1h 5eh 5 92h 6dh e 86h 79h 6 82h 7dh f 84h 71h 7 f8h 07h 空白 ffh 00h

48、 8 80h 7fh p 8ch 73h 表2-6 十六進制數(shù)和空白字符與p的顯示段碼共陰和共陽結構的led顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的，當二極管導通時，相應的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合從而顯示各種字符。8個筆劃段dpgfedcba對應于1b（8位）的d7、d6、d5、d4、d3、d2、d1、d0，于是用8位二進制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰極led顯示器，當公共陰極接地（為零電平），而陽極dpgfedcba各段為01110011時，顯示器顯示“p”字符，即對于共陰極led顯示器，“p”字符的字形碼是073。如果是共陽極led顯示器，公共陽極接高電平，顯示“p”字

49、符的字形代碼應為10001100（0x8c）。這里必須注意的是：很多產(chǎn)品為方便接線，常不按規(guī)則的方法去對應字段與位的關系，這時字形碼就必須根據(jù)接線自行設計了。 2.5.3 led顯示器的參數(shù) 由于led顯示器是以led為基礎的，所以它的光、電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二極管的相同。但由于led顯示器內(nèi)含多個發(fā)光二極管，所以需有如下特殊參數(shù)：(1) 發(fā)光強度比 由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動電壓時，各段正向電流不相同，所以各段發(fā)光強度不同。所有段的發(fā)光強度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強度比。比值可以在1.52.3間，最大不能超過2.5。 (2) 脈沖正向電流 若筆畫顯示器每段典型正向直流工作電流

50、為if，則在脈沖下，正向電流可以遠大于if。脈沖占空比越小，脈沖正向電流可以越大。 第三章鍋爐液位控制的硬件設計3.1系統(tǒng)硬件設計的總體方案及框圖3.1.1系統(tǒng)硬件設計總體方案系統(tǒng)的硬件結構主要包括：stc89c52rc、4個液位傳感器、1個溫度傳感器ds18b20、逐次逼近式a/d換器adc0809、雙向可控硅驅(qū)動電路moc3041和雙向晶閘管z0409mf等。此外，還有鍵盤顯示電路、報警輸出電路等。（由于資金原因及市場上很難買到，4個液位傳感器用一個10k的電位器模擬，水泵的狀態(tài)用3個發(fā)光二極管模擬。）它的工作流程如下：開始，由電位器每隔5s對水位進行采樣，并輸出0-5v模擬信號，再經(jīng)ad

51、轉(zhuǎn)換變成相應的數(shù)字信號，送入stc89c52單片機進行數(shù)據(jù)處理。單片機經(jīng)運算后,與設定的液位值(下限液位h1、上限液位h2、下下限液位h3、上上限液位h4)依次進行比較：若h1hxh2：則表示正常液位，水位指示燈亮，呈紅色，水泵工作開度最小，其指示燈有一個亮，呈紅色；若h3=hx=h1：則表示處于下下限與下限液位之間，水泵處于正常開度狀態(tài)，有倆個工作指示燈亮，呈紅色；若h2=hx=h4：則表示處于上限與上上限液位之間，停止水泵供水，水泵工作指示燈全滅；液位正常指示燈滅；若hx=h4：則表示達至上上限液位，水泵處于全關狀態(tài)，三個工作指示燈全滅，并啟動報警器報警；同時數(shù)字溫度傳感器ds18b20把采集到的溫度值送到單片機中經(jīng)處理后，通過74ls164驅(qū)動的靜態(tài)數(shù)碼管顯示其采集到的溫度值。壓力傳感器把采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)a/d0809轉(zhuǎn)換之后送到單片機經(jīng)過處理后，也通過數(shù)碼管顯示其壓力值。在設計中有一個溫度與壓力值交替顯示的按鍵，它可以按人們的意愿去選擇顯示溫度值還是壓力值。如果報警器啟動后，設有報警消除按鈕，消除報警；有溫度和壓力轉(zhuǎn)換按鈕，可以輪流顯示溫度和壓力值。3.1.2 系統(tǒng)設計的總體框圖單片機stc89c52執(zhí)行機構水泵adc0809鍋爐傳感器鍵盤顯示報警給定值圖3-1 系統(tǒng)的總體框圖 在實際的硬件電路中，用3個發(fā)光二極管來模擬水泵的全開，半開，全關三種狀態(tài)。4