畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于Proteus的水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、2015屆 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 基于proteus的水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)the design of control system water level based on proteus 學(xué) 院： 工學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化1102班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2015年3月16日 二一五年三月論文題目：基于proteus的水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 生： 簽 名： 指導(dǎo)教師： 簽 名： 摘要基于目前的狀態(tài)，本論文研究的主要內(nèi)容是使用單片機(jī)技術(shù)，來控制水箱液位系統(tǒng)，使水箱液位在達(dá)到一定水位自動(dòng)報(bào)警并能人工進(jìn)行切換的功能,并且在

2、高位和低位能夠聲光報(bào)警，提高安全性，在手動(dòng)模式時(shí)，人工控制兩臺(tái)水泵的運(yùn)行，并且在地位時(shí)強(qiáng)制開啟水泵進(jìn)水，在高位時(shí)強(qiáng)制關(guān)閉水泵進(jìn)水，保證水箱的可靠運(yùn)行。因此，使用更為智能且精密的自動(dòng)化系統(tǒng)來規(guī)范水箱液位控制，可以避免人為失誤，降低事故幾率，也能節(jié)約人力資源，降低企業(yè)成本，尤其是現(xiàn)如今的電子技術(shù)的普及，自動(dòng)控制設(shè)備已經(jīng)不再是奢侈品這樣的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是其他系統(tǒng)無法比擬的，是現(xiàn)代工廠一個(gè)必備的條件。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；液位控制；聲光報(bào)警；自動(dòng)控制title: the design of control system water level based on proteusmajor: electrical

3、engineering and automationname: jiang chao signature: supervisor: li mei yan signature: the design of control system water level based on proteusthe purpose of this study is to use single chip technology, the use of this technology is to control the water tank liquid level system, the water level of

4、 the tank can automatically alarm and manual switch to reaches a certain water level function. alarm at the high or low, improve security, when in manual mode, the manual control of the two pumps running, and forced open the water pump inlet low, high in the pump intake when forced to close, ensure

5、the reliable operation of water tank. therefore, the use of more to regulate the water tank liquid level control for intelligent and precision automation system can avoid human error, reduce the accident probability, it also can save human resources, reduce the cost of enterprise, especially nowaday

6、s, electronic technology automatic control equipment is no more a luxury, the advantages of this system is unmatched by other system, is a necessary condition of modern factories. key words：single chip micro computer; level control; sound and light alarm; automatic control目錄前言11緒論21.1研究意義21.2研究?jī)?nèi)容22水

7、箱液位控制器的工作原理32.1單片機(jī)概述32.1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況32.2 水箱給水設(shè)備原理42.3 89c51單片機(jī)控制系統(tǒng)原理42.3.1 89c51單片機(jī)控制部分結(jié)構(gòu)說明52.3.1單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)工作原理53單片機(jī)水箱液位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1 單片機(jī)水箱液位控制器系統(tǒng)硬件介紹73.1.1 數(shù)據(jù)采集及處理模塊73.1.2 光電隔離、繼電器簡(jiǎn)介113.1.3 給水泵電機(jī)控制回路介紹123.2水箱液位控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)proteus介紹124水箱液位控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)144.1程序設(shè)計(jì)概要144.2程序設(shè)計(jì)原理144.2.1 系統(tǒng)主程序原理及其流程圖144.2.2 自動(dòng)模式程序原理及其

8、流程圖154.2.3手動(dòng)模式程序原理及其流程圖165水箱液位控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果185.1 水箱液位控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程18結(jié)語21參考文獻(xiàn)22致謝23前言單片機(jī)技術(shù)在電子領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣泛，目前很多新型電子器件對(duì)控制信號(hào)要求很高，若不采用單片機(jī)或者可編程控制器則幾乎無法使用，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用不僅可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，而且可以大大提高電路設(shè)計(jì)水平。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是通過89c51單片機(jī)作為核心，通過光電隔離器和繼電器作為外圍電路來實(shí)現(xiàn)水箱液位精確控制，并伴隨高限和低限的聲光報(bào)警，軟件采用匯編語言，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的快速反應(yīng)。1緒論1.1研究意義水箱水位控制系統(tǒng)在我們國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用，在現(xiàn)如今的信息

9、化、智能化的工業(yè)控制領(lǐng)域，老舊的人工控制方式已經(jīng)難以滿足需求，它的能耗大、控制精度低的劣勢(shì)嚴(yán)重制約著我們國(guó)家的工業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，但是隨著自動(dòng)控制原理的發(fā)展，電子元器件的普及，技術(shù)人員的批量培養(yǎng)，一個(gè)用液位的變化來自動(dòng)調(diào)整的水箱液位控制系統(tǒng)，通過運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，使得有一個(gè)恒定的水壓來保證工廠的使用要求，使得系統(tǒng)在工作有一個(gè)很好的安全保障。并且改造成本低廉，安裝便捷，通過根據(jù)軟件proteus的仿真證明了實(shí)驗(yàn)的可行性，靈敏度高，是節(jié)約人力物力的理想設(shè)備。此設(shè)備的系統(tǒng)采用單片機(jī)來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)水箱自動(dòng)液位控制，保證了系統(tǒng)的成本低廉且實(shí)用價(jià)值高。它能自動(dòng)完成上水停水的循環(huán)操作，并且保證液面高度處于理想水平，水壓

10、不會(huì)有太明顯的變化，它的結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，可以在現(xiàn)有的水箱上面進(jìn)行安裝改造，兼容性強(qiáng)。靈敏度高，節(jié)約資源成本顯著，適用于各種大型儲(chǔ)液裝置。在現(xiàn)如今的社會(huì)高速發(fā)展大環(huán)境下，水的供應(yīng)在工廠企業(yè)的生產(chǎn)中占有很大的比重，這就需要一個(gè)廉價(jià)且能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行的控制器來實(shí)現(xiàn)水量的充足、平穩(wěn)供應(yīng)。單片機(jī)，其體積大小可以以厘米級(jí)的單位來計(jì)量但在這一塊地方上集成了很多微型芯片，單片機(jī)的問世代表了這個(gè)時(shí)代的科技水平，為實(shí)現(xiàn)以前無法實(shí)現(xiàn)的功能提供個(gè)一個(gè)強(qiáng)有力的基礎(chǔ)，對(duì)后來自動(dòng)化設(shè)備起到了關(guān)鍵作用。單片機(jī)也以其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，功能強(qiáng)大，兼容性好這些優(yōu)勢(shì)，讓許多系統(tǒng)開發(fā)所采用。1.2研究?jī)?nèi)容這類系統(tǒng)的主要特點(diǎn)就是不需要人

11、的操作，自動(dòng)輸出操作指令，所以他需要對(duì)水箱液位中傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行分析，以之前人工設(shè)定好的數(shù)據(jù)來比對(duì)從而發(fā)出對(duì)控制水泵的工作指令。這套系統(tǒng)需要使用兩臺(tái)水泵來實(shí)現(xiàn)水位的動(dòng)態(tài)控制，當(dāng)系統(tǒng)需水大的時(shí)候，水位線過低，m1和m2兩臺(tái)水泵同時(shí)工作，來保證水位回到可控的平衡位置；當(dāng)系統(tǒng)需要水小的時(shí)候，水位線到達(dá)正常時(shí)，m2水泵單獨(dú)工作,m1水泵停機(jī)待命；當(dāng)沒有用水時(shí)，水位線到達(dá)上限時(shí)，m2水泵停機(jī)待命，整套設(shè)備處于待命狀態(tài)。并且在低水位有黃色指示燈警示并伴隨蜂鳴器報(bào)警；在水位線到達(dá)正常時(shí)有綠色燈指示，無報(bào)警。 2水箱液位控制器的工作原理2.1單片機(jī)概述單片微型計(jì)算機(jī)（single chip microco

12、mputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，在外國(guó)隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的單片機(jī)已經(jīng)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了大的改變，體現(xiàn)最為突出的最能展現(xiàn)人們智慧的是嵌入式微控制器mcu（micro-control-ler）但在國(guó)內(nèi)由于人們的習(xí)慣所以把這個(gè)新系統(tǒng)也稱之為單片機(jī)，它是把微型計(jì)算機(jī)的中央處理器（cpu）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（pam）、程序存儲(chǔ)器（rom）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及i/o接口集成在了一起的一種微型計(jì)算機(jī)。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前的單片機(jī)主要突出了它的控制功能。除了集成了定時(shí)/計(jì)數(shù)器外，有的單片機(jī)還集成了諸如數(shù)模轉(zhuǎn)換（d/a）、模數(shù)轉(zhuǎn)換（a/d）等功能部件（為了加強(qiáng)模擬信號(hào)的采集、處理）；有的單片機(jī)內(nèi)部集成了pwm（脈沖寬度調(diào)

13、制）,pca（計(jì)數(shù)器捕獲比較邏輯）、高速i/o口、wdt（看門狗定時(shí)器）等功能部件。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的使用場(chǎng)合多數(shù)都是控制方面，所以單片機(jī)又被稱之為微型控制器。2.1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況在計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域（如家電、汽車、工業(yè)控制等），對(duì)控制系統(tǒng)的要求都比較苛刻。例如體積小、高智能、成本低、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性好。不但傳統(tǒng)的電氣控制設(shè)備不能勝任，就連一般的應(yīng)用型pc機(jī)也不能一一滿足。在此背景之下，有關(guān)于單片機(jī)的想法才逐漸成形。單片機(jī)就是將計(jì)算機(jī)的基本部件做了高度集成和合理的簡(jiǎn)配后綜合在了單一的芯片上，體積較小，能很好的滿足對(duì)控制系統(tǒng)的體積要求。在許多的控制場(chǎng)合不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)邏輯計(jì)算，因此單片

14、機(jī)在生產(chǎn)工藝上進(jìn)行了簡(jiǎn)化，降低了制造成本。同時(shí)采用規(guī)模化生產(chǎn)來進(jìn)一步降低成本，目前的市場(chǎng)行情就很好的證明了這一切。而且在工藝上所有的電路都集成在一個(gè)芯片上，避免了因?yàn)榫€路連接錯(cuò)誤導(dǎo)致的系統(tǒng)失效的可能性，提高了可靠性。而且在設(shè)計(jì)上采取了很多措施來降低功耗，滿足了控制系統(tǒng)的功耗需求，同時(shí)也采用了很多抗干擾措施，讓單片機(jī)在各種復(fù)雜的干擾壞境下可以繼續(xù)不受干擾的工作，并且在-50-100攝氏度范圍內(nèi)都能正常工作。目前以intel公司出的mcs-51系列最為普遍，但是后來intel將工作重心轉(zhuǎn)移到了pc業(yè)務(wù)，將內(nèi)核使用權(quán)扎un讓給了atmel等著名ic制造商，本次設(shè)計(jì)就是采用atmel的89c51系列8

15、位單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制器2.1.2 89c51系列單片機(jī) 89c51是有著4k字節(jié)閃爍可編可刪的高性能單片機(jī)、高性能cmos8位微處理器，國(guó)內(nèi)技術(shù)人員中的單片機(jī)。由于將8位多功能cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，這讓該型單片機(jī)成了一款高效的產(chǎn)品，并且atmel公司為這款單片機(jī)提供了更多的方案是得他在易用性和價(jià)格方面提出了更多的可能。 2.2 水箱給水設(shè)備原理水箱給水設(shè)備系統(tǒng)由兩臺(tái)水泵機(jī)組、水箱和三個(gè)液位傳感器組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1： 圖2.1 水箱給水控制器結(jié)構(gòu)圖 其中m1、m2為給水泵機(jī)組，高位、中位、低位是液位傳感器，當(dāng)水位到達(dá)高位時(shí)，高位傳感器就會(huì)從低電位變?yōu)楦唠娢?；?dāng)水位到達(dá)中位時(shí)，

16、中位傳感器就會(huì)從低電位變?yōu)楦唠娢?；同理水位到達(dá)低位也是一樣的。2.3 89c51單片機(jī)控制系統(tǒng)原理2.3.1 89c51單片機(jī)控制部分結(jié)構(gòu)說明本系統(tǒng)采用的單片機(jī)引腳圖具體控制如下：p1口和p3口為輸入輸出檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)。下面是芯片引腳圖具體分配：p1.0：水位低位輸入信號(hào)。（低1，高0）p1.1：水位中位輸入信號(hào)。（低1，高0）p1.2：水位高位輸入信號(hào)。（低1，高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開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開0，關(guān)1）p1.5：m2開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開0，關(guān)1）p1.6：m1開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（開1，關(guān)0）p1.7：m2開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)。（

17、開1，關(guān)0）p3.0：高水位報(bào)警輸出信號(hào)。p3.1：中水位報(bào)警輸出信號(hào)。p3.2：低水位報(bào)警輸出信號(hào)。p3.3：蜂鳴器報(bào)警輸出信號(hào)。p3.4：手動(dòng)啟動(dòng)m1輸入信號(hào)，低電平有效動(dòng)作。p3.5：手動(dòng)啟動(dòng)m2輸入信號(hào)，低電平有效動(dòng)作。p3.6：手動(dòng)停止m1輸入信號(hào)，低電平有效動(dòng)作。p3.7：手動(dòng)停止m2輸入信號(hào)，低電平有效動(dòng)作。2.3.1單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)工作原理當(dāng)水箱液位沒有到達(dá)低位時(shí)，啟動(dòng)m1、m2給水，水位上升到50%，此時(shí)低位液位傳感器接收到信號(hào)，液位指示燈黃色報(bào)警，并伴隨蜂鳴器鳴響。當(dāng)水箱液位繼續(xù)增加到75%時(shí)，此時(shí)m1停止工作處于待命狀態(tài)，m2單獨(dú)給水。當(dāng)水箱液位上升達(dá)到90%時(shí)，m2停

18、止工作處于待命狀態(tài)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到以下數(shù)據(jù)：在只進(jìn)不出的情況下水位從50%-75%，兩臺(tái)水泵工作需要10min：水位從75%-90%，一臺(tái)水泵工作需要15min：在平均出水的情況下水位從50%-75%，兩臺(tái)水泵工作需要30min：水位從75%-90%，一臺(tái)水泵工作需要45min：水箱液位一般情況下維持在50%-90%之間，以保證水壓在允許范圍內(nèi)。報(bào)警控制如下：當(dāng)液位到達(dá)90%甚至超過時(shí)，液位傳感器發(fā)出信號(hào)，系統(tǒng)報(bào)警，紅色指示燈點(diǎn)亮，蜂鳴器警示。當(dāng)水位到達(dá)75%甚至超過時(shí)，液位傳感器發(fā)出信號(hào)，系統(tǒng)不報(bào)警，綠色指示燈點(diǎn)亮，蜂鳴器不動(dòng)作。當(dāng)水位到達(dá)50%甚至超過時(shí)，液位傳感器發(fā)出信號(hào)，系統(tǒng)報(bào)警，

19、黃色指示燈點(diǎn)亮，蜂鳴器動(dòng)作。當(dāng)水位低于50%時(shí)，液位傳感器接收不到信號(hào)，視為水箱空位后初次進(jìn)水，無警示。手動(dòng)/自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換控制如下：自動(dòng)模式下，由單片機(jī)根據(jù)信號(hào)判斷水位情況，根據(jù)不同液位，自動(dòng)調(diào)整水泵、指示燈和蜂鳴器工作。手動(dòng)模式下，兩臺(tái)水泵的工作根據(jù)人工控制運(yùn)行，但是指示燈依舊工作，且當(dāng)水位到達(dá)90%時(shí)系統(tǒng)報(bào)警，強(qiáng)制切斷兩臺(tái)水泵工作。3單片機(jī)水箱液位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)水箱液位控制器系統(tǒng)硬件介紹3.1.1 數(shù)據(jù)采集及處理模塊 單片機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中有舉足輕重的位置，是系統(tǒng)的交換中心，本次設(shè)計(jì)采用的是atmel公司的89c51單片機(jī)，這類產(chǎn)品有著成本低，易用性高的優(yōu)點(diǎn)，所以我選擇這款單片

20、機(jī)為實(shí)驗(yàn)設(shè)備。盡管8位單片機(jī)的種類很多，但是無論從全國(guó)還是從世界范圍來看，51系列都是最廣泛、影響最深的，許多公司都推出了兼容系列單片機(jī)。51單片機(jī)是行業(yè)中的一個(gè)標(biāo)桿，并且在市場(chǎng)中占有很高的低位。它的片內(nèi)rom空間為4kb，片內(nèi)ram空間為128b，尋址范圍在64kb+64kb，定時(shí)/計(jì)數(shù)器為2×16位，并行i/o口為4×8個(gè)，串行i/o口為1個(gè)，中斷源5個(gè)。51系列單片機(jī)采用兩種半導(dǎo)體工藝：一種是hmos工藝；另一種是chmos工藝。單片機(jī)中標(biāo)有c的就是指采用chmos工藝。chmos有著hmos的具有的所有的特點(diǎn)，唯一不同的的就是chmos功耗相比hmos會(huì)低很多。例如

21、：8051的功耗是630mw，而80c51的功耗只有120mw。下面簡(jiǎn)單介紹其各個(gè)部分的功能。程序存儲(chǔ)器：rom，用來存儲(chǔ)程序，89c51為4k rom。當(dāng)片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量不夠時(shí)，可以在外部擴(kuò)展一個(gè)存儲(chǔ)器來滿足項(xiàng)目需求，片外最多可以擴(kuò)展到64kb。中斷系統(tǒng)：具有5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先權(quán)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：片內(nèi)有2×16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，有4種工作模式可供選擇。實(shí)際項(xiàng)目的運(yùn)用中，單片機(jī)往往要準(zhǔn)確的定時(shí)，或者對(duì)外部的信息進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)，因而需要在單片機(jī)的內(nèi)部設(shè)有定時(shí)/計(jì)數(shù)裝置。串行口：可以用來進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行i/o口，根據(jù)項(xiàng)目需要，可以與其它的單片機(jī)鏈接，構(gòu)成單片機(jī)組，從而讓單片

22、機(jī)的使用更靈活機(jī)動(dòng)，匹配各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，執(zhí)行多樣的任務(wù)。特殊功能寄存器：簡(jiǎn)稱sfr，其在cpu中設(shè)有21個(gè)，對(duì)于中央處理器的各個(gè)部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)控。單片機(jī)的時(shí)序控制：時(shí)鐘電路：51系列單片機(jī)內(nèi)設(shè)有震蕩電路，由反向放大器構(gòu)成，xtal1和xtal2分別作為震蕩電路的輸入部分和輸出部分。時(shí)序：89c51單片機(jī)的執(zhí)行器周期由s1-s6,6個(gè)狀態(tài)組成，每一個(gè)狀態(tài)又持續(xù)2個(gè)震蕩周期，分別是p1、p2兩個(gè)節(jié)拍。因此，89c51單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)震蕩周期組成。如果采用12mhz的晶體振蕩器，那么每個(gè)機(jī)器周期為1us，每個(gè)狀態(tài)周期為1/6us；在一般情況下，邏輯操作和算術(shù)發(fā)生在第n期間，內(nèi)

23、部寄存器到寄存器的傳輸則發(fā)生在p2期間。對(duì)于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀指令寄存器時(shí)，使從sip2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讀第二個(gè)字節(jié)。如果是單字節(jié)指令，那么在s1區(qū)間依然進(jìn)行讀指令，但所讀取的代碼被單片機(jī)忽略，單片機(jī)的計(jì)數(shù)器也不會(huì)工作+1.在計(jì)數(shù)器結(jié)束工作時(shí)完成指令操作。多數(shù)mcs51指令的周期為12個(gè)機(jī)器周期。對(duì)于雙字節(jié)的單機(jī)器指令，通常在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從單片機(jī)存儲(chǔ)器中讀取兩個(gè)字節(jié)，但movx指令是個(gè)例外，movx指令是單片機(jī)內(nèi)部與外部交流的的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行movx代碼的時(shí)候，外部數(shù)據(jù)讀取時(shí)用了機(jī)器的2個(gè)周期。下面是89c51單片機(jī)的震蕩電路。如圖

24、3-1：圖3.1 89c51單片機(jī)震蕩電路引腳及其功能說明：89c51單片機(jī)的引腳圖3.2如下：圖3.2 89c51引腳圖p0口：（ad0-ad7）為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向i/o口，每個(gè)管腳可以接收8ttl門電流。當(dāng)p1口的一個(gè)管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0口作為通用雙向i/o口，用來輸入或者輸出數(shù)據(jù)，并且可以作為低8位地址輸出和8位數(shù)據(jù)總線的輸入輸出。p1口：在單片機(jī)的內(nèi)部提供有上拉電阻，可以作為通用雙向i/o口來輸入或者輸出數(shù)據(jù)，其緩沖器可以接收輸出4ttl門電流。其管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部電路下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口

25、：在機(jī)器的內(nèi)部提供有上拉電阻，并且也可以作為通用雙向i/o口來輸入或者輸出數(shù)據(jù)，并且在訪問外部存儲(chǔ)器或者外部接口芯片時(shí)，輸出高8位地址，其緩沖器可接收輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，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(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出器特殊功能寄存器的內(nèi)容。p3口：在單片機(jī)的內(nèi)部提供有上拉電阻，也可以作為通用雙向i/o口來輸入或者輸出數(shù)據(jù)，可接收

26、輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高點(diǎn)平，并且用作輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill），這也是由于上拉電阻的緣故。它也有第二功能見下表3-1表3-1 p3口功能表引腳信號(hào)名稱第二功能p3.0rxd串行接收時(shí)，串行數(shù)據(jù)的輸入口p3.1txd串行發(fā)送時(shí)，串行數(shù)據(jù)的輸出口p3.2int0外部中斷0的中斷請(qǐng)求輸入信號(hào)輸入端p3.3int1外部中斷1的中斷請(qǐng)求輸入信號(hào)輸入端p3.4t0定時(shí)器0作為外部計(jì)數(shù)時(shí)，外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端p3.5t1定時(shí)器1作為外部計(jì)數(shù)時(shí)，外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端p3.6wr訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)輸入端p3.7rd訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)輸出

27、端rst：復(fù)位輸入。作為振蕩器的復(fù)位器件時(shí)， rst腳兩個(gè)機(jī)器周期都要保持為高電平時(shí)間。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。其中，vcc：供電電源。gnd：接地。3.1.2 光電隔離、繼電器簡(jiǎn)介水箱的控制核心單元由89c51系統(tǒng)組成。但是在工業(yè)環(huán)境中，復(fù)雜的電磁環(huán)境干擾著電路核心單元的輸入輸出，容易引起水泵的誤操作，并且水泵的起停會(huì)引起電源的波動(dòng)從而對(duì)控制電路造成影響，所以為避免以上問題，單片機(jī)的輸入輸出都采用光電隔離。而在輸出信號(hào)上面是弱電控制強(qiáng)電，所以避免干擾就要通過繼電器隔離。光電隔離器在工作時(shí)，把輸入信號(hào)加入到輸入端，使發(fā)光二極管

28、發(fā)光，光敏三級(jí)管在接收到光信號(hào)后導(dǎo)通，從而達(dá)到電-光-電的三次轉(zhuǎn)換。而繼電器隔離是用電信號(hào)控制繼電器的電磁線圈，當(dāng)輸出高電位時(shí)，電磁線圈通電，吸合開關(guān)，常閉觸電斷開，常開觸電閉合。輸入通過光電隔離器，來保護(hù)單片機(jī)的輸入端正常工作，其電路圖如圖3-3：圖3.3 光電隔離器其中2，3口作為其輸入，6，7口作為其輸出。輸出通過繼電器，控制水泵機(jī)組的起停，其電路圖如同3-4：圖3.4 繼電器控制電路其中，此圖開關(guān)閉合狀態(tài)為常閉，當(dāng)線圈通電時(shí)，開光將變換成另一狀態(tài)。3.1.3 給水泵電機(jī)控制回路介紹給水泵電機(jī)控制回路，如圖3.5：圖3.5給水泵電機(jī)控制回路3.2水箱液位控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)proteus介紹

29、proteus軟件是英國(guó)lab center electronics公司出版的eda工具軟件。它能仿真單片機(jī)和它的外圍器件還可以進(jìn)行eda工具軟件的仿真功能。它是目前比較好的單片機(jī)及其外圍器件仿真的軟件工具。雖然在國(guó)內(nèi)起步較晚，但是已經(jīng)收到單片機(jī)愛好者的推崇，并且在互聯(lián)網(wǎng)上有眾多從事單片機(jī)教學(xué)視頻，適合初學(xué)者入門。它能從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路的協(xié)同仿真，并且一鍵切換到pcb設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前唯一的將電路仿真、pcb軟件設(shè)計(jì)和虛擬模擬仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持80c51、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33

30、、avr、arm、8086和msp430等。其功能特點(diǎn)是：原理布圖pcb自動(dòng)或人工布線spice電路仿真革命性的特點(diǎn)：1.互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如ram、rom、鍵盤、馬達(dá)、led、lcd、ad/da、部分spi器件、部分iic器件。2.仿真處理器及其外圍電路可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。4.擁有豐富的器件庫超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元器件。5.智能的器件搜索通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件。6.智能化的連線功能自動(dòng)連線功能使連

31、接導(dǎo)線簡(jiǎn)單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間。7.支持總線結(jié)構(gòu)使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單清晰。8.可支持高精度質(zhì)量圖紙通過個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷品質(zhì)的bmp圖紙，可以方便地讓word、powerpoint等多種文檔使用。其功能模塊的特點(diǎn)：1.完善的電路仿真功能prospice混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)spice3f5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真。2.超過27000個(gè)仿真器件：可以在軟件內(nèi)部進(jìn)行自行設(shè)計(jì)仿真器件，元件庫也在不斷更新，供開發(fā)者參考。3.多樣的激勵(lì)源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻、指數(shù)信號(hào)、單頻fm、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸入。4.生動(dòng)的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引

32、腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對(duì)地電壓大小，結(jié)合動(dòng)態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動(dòng)。5.高級(jí)圖形仿真功能（asf）：根據(jù)圖標(biāo)的分析可以精確了解電路的多項(xiàng)指標(biāo)，其中包含噪聲、頻率特性、傳輸特性、失真、傅立葉頻譜分析儀、工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性等，同時(shí)還能進(jìn)行一致分析。4水箱液位控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì)概要本次水箱液位控制系統(tǒng)的程序開發(fā)，采用的語言是匯編語言。程序?qū)崿F(xiàn)液位在高位、中位、低位的聲光提示，判斷水泵的工作方式（手動(dòng)或自動(dòng)）。當(dāng)水位達(dá)到規(guī)定容量時(shí)，停止對(duì)水箱供水。此設(shè)計(jì)中，低電平有效（0為有效），高電平有效（1為有效）。4.2程序設(shè)計(jì)原理4.2.1 系統(tǒng)主程

33、序原理及其流程圖主程序的作用是對(duì)單片機(jī)的初始化，并且判斷用戶是采用手動(dòng)模式還是自動(dòng)模式，并根據(jù)用戶的需求選擇要執(zhí)行的步驟：如果采用手動(dòng)模式，則程序跳轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式程序代碼。如果采用自動(dòng)模式，則程序跳轉(zhuǎn)到自動(dòng)模式程序代碼。主程序原理流程圖如下圖4.1圖4.1 主程序流程框圖系統(tǒng)的主程序：org 0000hmain:mov p1,#0ffh ：p1口初始化 mov p3,#0ffh ：p1口初始化 jnb p1.3,aut ：p1.3為0，跳轉(zhuǎn)到自動(dòng)模式 jnb p3.6,x1 ：手動(dòng)關(guān)閉m1水泵時(shí)，跳轉(zhuǎn)致x1程序。 jnb p3.7,x2 ：手動(dòng)關(guān)閉m2水泵時(shí)，跳轉(zhuǎn)至x2程序。 jnb p3.4,

34、x3 ：手動(dòng)開啟m1水泵時(shí)，跳轉(zhuǎn)至x3程序 jnb p3.5,x4 ：手動(dòng)開啟m2水泵時(shí)，跳轉(zhuǎn)至x4 ajmp main ：跳回主程序4.2.2 自動(dòng)模式程序原理及其流程圖自動(dòng)模式的前提條件是在主程序中選擇了自動(dòng)選項(xiàng)，也就是在系統(tǒng)開啟前，用戶選擇了自動(dòng)模式。自動(dòng)模式首先判定水位是否到達(dá)或超過高位，若水位超過高位或者到達(dá)高位，則停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，并啟動(dòng)高位紅色警示燈和蜂鳴器報(bào)警，并返回主程序。若水位沒有到達(dá)高位，則判定其是否到達(dá)或者超過中位，若水位超過或者到達(dá)中位，則運(yùn)行m2水泵，m1水泵待命，并且啟動(dòng)中位綠色指示燈。若水位沒到達(dá)中位，則判定其是否到達(dá)或這超過低位，若水位到達(dá)或超過，則運(yùn)行m1、m

35、2兩臺(tái)水泵，并且啟動(dòng)低位黃色指示燈和蜂鳴器報(bào)警，若都沒達(dá)到要求，則系統(tǒng)自認(rèn)為水箱初次進(jìn)水，兩臺(tái)水泵都工作，且不報(bào)警和燈光指示。自動(dòng)程序原理流程圖如下圖4.2圖4.2 自動(dòng)程序流程圖系統(tǒng)的自動(dòng)子程序：aut:nop jnb p1.2,red 判定水位是否到達(dá)高位，是的話跳轉(zhuǎn)至red語句 jnb p1.1,green 判定水位是否到達(dá)中位，是的話跳轉(zhuǎn)至green語句 jnb p1.0,yellow 判定水位是否到達(dá)低位，是的話跳轉(zhuǎn)至yellow語句red:clr p3.2 紅色指示燈點(diǎn)亮 clr p3.3 蜂鳴器鳴叫 ajmp y1green:clr p3.1 綠色指示燈點(diǎn)亮 ajmp y2yel

36、low:clr p3.0 黃色指示燈點(diǎn)亮 clr p3.3 蜂鳴器鳴叫4.2.3手動(dòng)模式程序原理及其流程圖手動(dòng)模式的前提是在主程序中選擇了手動(dòng)模式，也就是在系統(tǒng)開啟前，用戶選擇了手動(dòng)模式。手動(dòng)模式的判定是根據(jù)用戶對(duì)按鍵的操作決定的。當(dāng)在主程序中沒有跳轉(zhuǎn)到自動(dòng)程序，則在主程序中先判定m1、m2的關(guān)閉按鈕，再判定m1、m2的開啟按鈕，保證在開啟鍵和停止鍵同時(shí)按下時(shí)，優(yōu)先選擇停止按鈕。手動(dòng)程序原理流程圖如下圖4.3圖4.3 手動(dòng)程序流程圖系統(tǒng)的手動(dòng)程序如下： jnb p3.6,x1 如果m1停止按鈕按下，跳轉(zhuǎn)至x1語句 jnb p3.7,x2 如果m2停止按鈕按下，跳轉(zhuǎn)至x2語句 jnb p3.4,x3 如果m1開啟按鈕按下，跳轉(zhuǎn)至x3語句 jnb p3.5,x4 如果m2