基于單片機(jī)的水箱水位控制系統(tǒng)

基于單片機(jī)的水箱水位控制系統(tǒng)摘要大型水箱是很多公司生產(chǎn)過程中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的平安。在過去，大量的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來了很大的弊端，比方水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽，或者簡(jiǎn)易的監(jiān)那么器件損壞，將帶來無法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人員的人身平安等。所以，對(duì)水箱控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以最大限度的防止事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。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，比擬符合電廠生產(chǎn)用水系統(tǒng)控制的需要。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)水位控制報(bào)警BasedonthesinglechipmicrocomputercontrolsystemofthewatertankAbstractLargewatertanksarealotofcompaniesessentialtotheproductionprocessofparts,itsperformanceandthequalityofworknotonlyonproductionofthefinehasenormousinfluence,butalsothesafetyofproduction.Inthepast,manyofthetanksareoperatedbythestafftooperate,sothatartificialmeansalotofdrawbacks,suchasthewaterlevelcontrol,watertanksatalltimestomonitortheenvironment,andsoonthenightofmonitoring,theoperatorslightlynegligence,ordamagetotheSummaryofthemonitoringdevicewillbringirreparabledamagewillbeevenmoreseriouscrisisinproduction,suchasthepersonalsafetyofstaff.Therefore,controlofwatertanks,iftheuseofsophisticatedandcantotallyberuninstrictaccordancewiththeprovisionsoftheautomatedproductionsystemthatcanmaximizethechancesofavoidingaccidents,butalsosaveresourcesandcaneffectivelyimprovetheefficiencyofproduction.Thepurposeofsingle-chipsystemdesignistheapplicationofsingle-chipcontroltechnology,to8051asthecoretocontrolthewaterlevelinwatertanks,andimplementationofthealarmandmanual,automaticswitchingfunction.Thesystemiseasytooperate,goodperformance,moreinlinewiththepowertocontroltheproductionofthenecessarywatersystem.Keywords:Single-chiplevelControlAlarm目錄1緒論11.1水箱控制系統(tǒng)研究背景及意義11.1.1水箱控制系統(tǒng)研究背景11.1.2水箱控制系統(tǒng)研究意義11.2水箱控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3水箱水位控制系統(tǒng)研究開展方向32單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)原理42.180C51單片機(jī)控制系統(tǒng)原理42.1.180C51單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)工作原理42.1.280C51單片機(jī)控制局部結(jié)構(gòu)說明52.1.380C51引腳電路及其功能103系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)133.180C51單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介133.1.1數(shù)據(jù)采集及處理模塊133.1.2時(shí)序163.1.3光電隔離173.1.4給水泵電機(jī)主控回路介紹203.1.5二級(jí)管顯示電路設(shè)計(jì)213.280C51水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案213.2.180C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明223.2.2相關(guān)器件223.2.3相關(guān)電路224系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)274.1程序概要設(shè)計(jì)274.2系統(tǒng)程序原理27系統(tǒng)主要程序及流程框圖274.2.2自動(dòng)模式子程序原理及流程框圖284.2.2手動(dòng)模式子程序原理及流程框圖305調(diào)試仿真356總結(jié)與展望40參考文獻(xiàn)41致謝431緒論1.1水箱水位控制系統(tǒng)研究背景及意義水箱水位控制系統(tǒng)研究背景在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常需要控制液體水位。隨著國(guó)家工業(yè)的迅速開展，水位控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用到石油、化工、醫(yī)藥、食品等各行各業(yè)中。低溫液體〔液氧、液氮、液氬、液化天然氣及液體二氧化碳等〕得到廣泛的應(yīng)用，作為貯存低溫液體的容器要保證能承受其載荷；在發(fā)電廠、煉鋼廠中，保持正常的鍋爐汽包水位、除氧器水位、汽輪機(jī)凝氣器水位、高、低壓加熱器水位等，是設(shè)備平安運(yùn)行的保證；在教學(xué)與科學(xué)研究中，也經(jīng)常碰到需要進(jìn)行水位控制的實(shí)驗(yàn)裝置。水箱水位控制系統(tǒng)研究意義大型水箱是很多公司生產(chǎn)過程中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的平安。在過去，大量的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來了很大的弊端，比方水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽，或者簡(jiǎn)易的監(jiān)那么器件損壞，將帶來無法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人員的人身平安等。所以，對(duì)水箱控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以最大限度的防止事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)效率。從水資源節(jié)約方面考慮，以往的人工控制在很多情況下，造成資源不必要的浪費(fèi)，大局部原因是水箱內(nèi)部水位沒有及時(shí)的反應(yīng)信息到操作員，從而使控制上有一定的延遲，從而造成了水量過多或者沒能及時(shí)補(bǔ)水而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)或生產(chǎn)出現(xiàn)異常。而對(duì)水箱水位的監(jiān)控以及自動(dòng)化的引入可以很好的改善補(bǔ)水過多和及時(shí)補(bǔ)水的情況，可以很好的節(jié)約資源有效的降低本錢。單片機(jī)，一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成局部，它的誕生使眾多自動(dòng)化控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。80C51以它功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造廉價(jià)，支持指令集較多。所以應(yīng)用到眾多嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中。因此，基于80C51單片機(jī)的水箱水位控制系統(tǒng)研究有著重要的意義。水位控制一般指對(duì)某一水位進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使其到達(dá)所要求的控制精度。液體的水位自動(dòng)控制，是近年來新開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，工程作業(yè)采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制，危機(jī)控制有以下明顯優(yōu)勢(shì)：1〕直觀而集中的顯示運(yùn)行參數(shù)，能顯示水位狀態(tài)。2〕在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便的修改各種各樣的運(yùn)行參數(shù)的控制值，并修改系統(tǒng)的控制參數(shù)，可以方便的改變水位的上限、下限。3〕具有水體控制過程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時(shí)修改運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)性、平安性。綜合以上的種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢(shì)所趨。單片機(jī)在一塊芯片上集成了一片微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)自問世以來，性能不斷提高和完善，體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。一般工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差，干擾強(qiáng)，利用單片機(jī)控制就能克服這些缺點(diǎn)，因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，使用單片機(jī)控制水箱水位是很好的選擇。1.2水箱水位控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，水箱控制系統(tǒng)已不僅僅局限于大型的電廠、煤炭、鋼鐵等大型企業(yè)領(lǐng)域，它以自身的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的平安優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)慢慢深入到一些民用水箱產(chǎn)品。但是目前階段，它的本錢還很高。比方把一臺(tái)純手工家用水箱設(shè)計(jì)成自動(dòng)化控制的水箱，從硬件的設(shè)計(jì)和鋪設(shè)，對(duì)于民用化產(chǎn)品實(shí)施的性價(jià)比擬高。因此大規(guī)模的使用仍受到經(jīng)濟(jì)上的限制。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著自動(dòng)化技術(shù)的改良和硬件本錢的降低，以及人們對(duì)資源浪費(fèi)的重視。水箱控制系統(tǒng)仍然有大規(guī)模推廣的前景。我國(guó)仍然處于生產(chǎn)型開展中國(guó)家，所有幾乎在能源相關(guān)的所有領(lǐng)域中，水箱是比不可少的部件，即使是興旺國(guó)家也不例外。它性能的優(yōu)良與否關(guān)系直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)平安和效益。隨著我國(guó)嵌入式技術(shù)的開展，我國(guó)控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)到達(dá)國(guó)際水平，但是在中小型企業(yè)以及民用產(chǎn)品，大量的水箱控制任然通過專職的人員進(jìn)行控制。隨著我國(guó)單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的逐漸成熟，以及單片機(jī)生產(chǎn)本錢的下降，基于單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)應(yīng)用到中小型以及民用產(chǎn)品有著交大的開展空間[1]。而且越來越多的水箱生產(chǎn)廠商開始聘用單片機(jī)開發(fā)人員和電路設(shè)計(jì)人員，將控制系統(tǒng)成為水箱設(shè)計(jì)的一局部，以提高自身產(chǎn)品的平安性能和科技含量來提高產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。一些興旺國(guó)家在單片機(jī)新型系統(tǒng)研究、制造和應(yīng)用上，已經(jīng)積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，奠定了根底，進(jìn)入了國(guó)際市場(chǎng)。我國(guó)在新型測(cè)控裝置與系統(tǒng)研究、制造、應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)上，與其他興旺國(guó)家相比還存在差距，但是我國(guó)研究人員已經(jīng)克服很多困難，并在不斷摸索中前進(jìn)，有望在相關(guān)領(lǐng)域趕上甚至超越興旺國(guó)家的技術(shù)水平，這是開展趨勢(shì)。1.3水箱水位控制系統(tǒng)研究開展方向縱觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。以前沒有單片機(jī)時(shí)，這些東西也能做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且本錢高，并且由于長(zhǎng)期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機(jī)外圍接一點(diǎn)簡(jiǎn)單的接口電路，核心局部只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，本錢也降低了，長(zhǎng)期使用也不會(huì)擔(dān)憂精度達(dá)不到了。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會(huì)有更多的人來接受它、使用它。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的單片機(jī)年容量已達(dá)3億片，且每年以大約20%的速度增長(zhǎng)，但相對(duì)于世界市場(chǎng)我國(guó)的占有率還不到1%[2]。特別是沿海地區(qū)的玩具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品多數(shù)用到單片機(jī)，并不斷地輻射向內(nèi)地。所以，學(xué)習(xí)單片機(jī)在我國(guó)是有著廣闊前景的。2單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)原理2.180C51單片機(jī)控制系統(tǒng)原理本論文主要研究水箱水位控制器系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了水位報(bào)警和手動(dòng)、自動(dòng)切換功能。操作方便、性能良好。水箱給水設(shè)備系統(tǒng)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2.1：圖2.1水箱給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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%〕時(shí)，LG閉合，當(dāng)水位低〔小于75%〕時(shí)，LD閉合，當(dāng)水位低低〔小于50%〕時(shí)，LDD閉合。2.1.180C51單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)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75%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)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得到以下數(shù)據(jù)：水位從50%--75%，兩臺(tái)泵運(yùn)行需要約10分鐘；水位從75%--90%，一臺(tái)泵運(yùn)行需要約15分鐘。水箱的水位一般保持在75%--90%。報(bào)警控制如下：當(dāng)水位高于90%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%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)水位低于50%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)。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。其局部原理圖如圖2.2所示圖2.2水位控制電路原理圖開關(guān)K1,K2,K3,K4,K5,K6分別與單片機(jī)引腳P3.0,P3.1,P3.2,P3.3,P3.4,P3.5相連，他們的功能分別是：K1:DD自動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1M2;K2:手動(dòng)反轉(zhuǎn)抽水M1M2;K3:GG自動(dòng)停止M1M2;K4:手動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1M2;K5:手動(dòng)停止;K6:D自動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1.2.1.280C51單片機(jī)控制局部結(jié)構(gòu)說明MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列的名稱。該公司繼1976年推出MCS-48系列8位單片機(jī)之后，又于1980年推出了MCS-51系列高檔8位單片機(jī)。屬于這一系列的單片機(jī)芯片有個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)有以下幾局部組成：〔1〕一個(gè)8位的微處理器(CPU)?！?〕片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM(128B/256B)，用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果，最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等?！?〕片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM/EPROM(4KB/8KB)，用以存放程序，一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶ROM/EPROM，如8031，8032等?！?〕四個(gè)8位并行I/O接口P0～P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出?！?〕兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制。〔6〕五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)?！?〕一個(gè)全雙工UART〔通用異步接收發(fā)送器〕的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信?！?〕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。最高允許振蕩頻率為12MHZ。以上各局部是通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線相連接的。其中，CPU是單片機(jī)的核心，是計(jì)算機(jī)的控制和指揮中心，有運(yùn)算器和控制器等部件組成。運(yùn)算器包括一個(gè)可進(jìn)行8位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的單元ALU，8位的暫存器1，暫存器2，8位的累加器ACC，存放器B和程序狀態(tài)存放器PSW等.累加器ACC經(jīng)常作為一個(gè)運(yùn)算數(shù)經(jīng)暫存器2進(jìn)入的輸入端，與另一個(gè)來自暫存器1的運(yùn)算數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果又回送ACC。除此之外，ACC在8051內(nèi)部經(jīng)常作為數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站。同一般微處理器一樣，它是最繁忙的一個(gè)存放器了。在指令中助記符A來表示?？刂破靼ǔ绦蛴?jì)數(shù)器，指令存放，指令譯碼，振蕩器及定時(shí)電路等。程序計(jì)數(shù)器有兩個(gè)8位的計(jì)數(shù)器組成，共16位。它實(shí)際上是程序的字節(jié)地址計(jì)數(shù)器，PC中內(nèi)容是將要執(zhí)行的下一條指令地址。改變它的內(nèi)容就可改變程序執(zhí)行的方向。在8051單片機(jī)內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容，其頻率范圍是1.2MHZ～12MHZ.該脈沖信號(hào)就作為8051工作的根本節(jié)拍，即時(shí)間的最小單位。8051片內(nèi)有ROM〔程序存儲(chǔ)器，只能讀〕和RAM〔數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可讀可寫〕兩類,它們有各自獨(dú)立的存儲(chǔ)地址空間，與一般微機(jī)的存儲(chǔ)器配置方式不相同。程序存儲(chǔ)器8051及8751的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量為4KB，地址從0000H開始，用于存放程序和表格常數(shù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8051及8751、8031片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均為128B，地址偽007FH，用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果，數(shù)據(jù)暫存以及數(shù)據(jù)緩沖等。在這128B的RAM中，有32個(gè)字節(jié)單元可指定為工作存放器，這同一般微處理器不同，8051的片內(nèi)RAM和工作存放器排在一個(gè)隊(duì)列里同一編址。另外MCS-51系列單片機(jī)與一般微機(jī)的存儲(chǔ)器配置方式很不相同。一般微機(jī)通常只有一個(gè)地址空間，ROM和RAM可以隨意安排在這一地址范圍內(nèi)不同空間，即ROM和RAM的地址同在一個(gè)隊(duì)列里分配不同的地址空間。訪問存儲(chǔ)器時(shí)，一個(gè)地址對(duì)應(yīng)唯一的存儲(chǔ)器單元，可以是ROM，也可以是RAM，并用同類訪問指令。此種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。8051的存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，共有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)和片外程序存儲(chǔ)空間以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，這種程序器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的結(jié)構(gòu)形式，稱為哈佛結(jié)構(gòu)。但從用戶使用角度，8051存儲(chǔ)器地址空間分為三類[3]：〔1)片內(nèi)，片外統(tǒng)一編址0000H～FFFFH〔用16位地址〕?！?)64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間，地址也從0000H～FFFFH〔用16位地址〕編址?！?)256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間〔用8位地址〕。前述的三個(gè)存儲(chǔ)器空間地址是重疊的，為了區(qū)分起見在8051的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)了不同數(shù)據(jù)傳送指令符號(hào)：CPU訪問片內(nèi)，片外ROM指令用MOVC，訪問片外RAM指令用MOVX，訪問片內(nèi)RAM指令用MOV。8051單片機(jī)有四個(gè)8位并行I/O端口，稱P0,P1,P2和P3。每個(gè)端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32只引腳。每一條I/O線都能獨(dú)立地用作輸入和輸出。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器〔即特殊功能存放器〕，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一輸入緩沖器。作輸出時(shí)數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖，但這四個(gè)通道的功能不完全相同。在無片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這四個(gè)端口都可以作為準(zhǔn)雙向通用I/O口使用。在具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，P2口送出高8位地址；P0口為雙向總線，分時(shí)送出低8位地址和數(shù)據(jù)的輸入/輸出。8051單片機(jī)四個(gè)I/O端口的電路設(shè)計(jì)非常巧妙。熟悉I/O端口邏輯電路，不但有利于正確合理地使用端口，而且會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)單片機(jī)外圍邏輯電路有所啟發(fā)。端口的負(fù)載能力和接口都有一定要求，由于P0口的輸出級(jí)與P1～P3口的輸出級(jí)在結(jié)構(gòu)上是不同的，因此，它門的負(fù)載能力和接口要求也各不相同。P0口與其他口不同，它的輸出級(jí)無上拉電阻。當(dāng)把它用作通用口使用時(shí)，輸出級(jí)是開漏電路，故用其輸出去驅(qū)動(dòng)NMOS輸入時(shí)需外接上拉電阻。用作輸入時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器寫“1〞。P0口的每一位輸出可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載.P1口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，用作通用I/O。其電路的輸出局部與P0口不同，內(nèi)部有上拉負(fù)載電阻與電源相連。實(shí)質(zhì)上，電阻是兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管FET并在一起：一個(gè)FET為負(fù)載管，其電阻固定。另一個(gè)可工作在導(dǎo)止或截止兩種狀態(tài)，使其總電阻值變化近似0或阻值很大兩種情況。當(dāng)電阻近似為0時(shí)，可將引腳快速上拉至高電平；當(dāng)電阻值很大時(shí)，P1口為高阻輸入狀態(tài)。當(dāng)P1口輸出高電平時(shí)，能向外提供拉電流負(fù)載，所以不必再接上拉電阻。在端口用作輸入時(shí)，也必須先向?qū)?yīng)的鎖存器寫入1，使FET截止。由于片內(nèi)負(fù)載電阻較大約20千歐姆～40千歐姆，所以不會(huì)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。P2口某位的結(jié)構(gòu)與P0口類似，有MUX開關(guān)。驅(qū)動(dòng)局部與口類似，但比P1口多了一個(gè)轉(zhuǎn)換控制局部。P3口是一個(gè)多功能端口，它比P1口多了“與非〞門3和緩沖器4。正是這兩局部，使得它除了具有P1口的準(zhǔn)雙向功能之外，還可以使用各引腳所具有的第二功能。“與非〞門3的作用實(shí)際上是一個(gè)開關(guān)，決定是輸出鎖存器上的數(shù)據(jù)還是輸出第二功能的信號(hào)。當(dāng)W=1時(shí)，輸出Q端信號(hào)；當(dāng)Q=1時(shí)，可輸出W線信號(hào)。編程時(shí)，可不必軟件設(shè)置P3口為第一功能還是第二功能。當(dāng)CPU對(duì)P3口進(jìn)行SFR尋址〔位或字節(jié)〕訪問時(shí)，有內(nèi)部硬件自動(dòng)將第二功能輸出/輸入線時(shí)，有內(nèi)部硬件鎖存器Q=1。P3口的工作原理與P1口類似。P1～P3口的輸出級(jí)接有內(nèi)部上拉負(fù)載電阻，它們的每一位輸出可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。作為輸入口時(shí)，任何TTL或NMOS電路都能以正常的方式驅(qū)動(dòng)8051單片機(jī)的P1～P3口。由于它們的輸出級(jí)具有上拉電阻，也可以被集電極開路或漏極開路所驅(qū)動(dòng)，而無需外接上拉電阻。I/O口也都是準(zhǔn)雙向口。作為輸入時(shí)，必須先對(duì)相應(yīng)端口鎖存器寫1。對(duì)于80C51單片機(jī)，端口只能提供幾毫安的輸出電流，故當(dāng)作輸出口去驅(qū)動(dòng)一個(gè)普通晶體管的基極時(shí)，應(yīng)在端口與晶體管基極間串聯(lián)一個(gè)電阻，以限制高電平輸出時(shí)的電流。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。在8051中RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期〔即二個(gè)機(jī)器周期〕以上。假設(shè)使用頻率6兆赫茲的晶振，那么復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4微妙才能完成復(fù)位操作。圖2.3產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩局部。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再有片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需的信號(hào)。一般復(fù)位電路中的電阻，電容參數(shù)適用于6晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出〔瞬時(shí)的〕，還可以通過改變復(fù)位電路阻容值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本系統(tǒng)采用8051單片機(jī)，引腳具體控制如下：P1口和P3口為輸入輸出檢那么信號(hào)和控制信號(hào)。P1.0：水位低低輸入信號(hào)?！驳?，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)?！哺?，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)?！彩謩?dòng)1，自動(dòng)0〕P1.6：M1開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)?！查_0，關(guān)1〕P1.7：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)?！查_0，關(guān)1〕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。2.1.380C51引腳電路及其功能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[4]。下面按引腳功能分為4個(gè)局部表達(dá)個(gè)引腳的功能。①電源引腳Vcc和VssVcc〔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XTAL2XTAL1〔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。〔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)不喪失。〔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)?！睤〕．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〕。假設(shè)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)，那么輸出指令字節(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功能見表2.1。表2.1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)[4]：

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。附:89C51的引腳如圖圖2.451單片機(jī)引腳分布3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.180C51單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介3.1.1數(shù)據(jù)采集及處理模塊數(shù)據(jù)采集是一切測(cè)試測(cè)量過程的第1步，在整個(gè)系統(tǒng)中占有重要的地位。此模塊主要是對(duì)采集設(shè)備的采樣參數(shù)〔包括通道的選擇、信號(hào)輸入范圍、采樣模式、采樣頻率以及每通道采樣數(shù)等〕進(jìn)行設(shè)置。并對(duì)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序自動(dòng)攜帶可以嵌入Lab-VIEW的DAQ程序模塊庫(kù)。因此在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序時(shí)可以直接使用此模塊庫(kù)進(jìn)行編輯。采樣頻率是信號(hào)采集過程中非常重要的一個(gè)關(guān)鍵問題。采樣頻率過低或過高都會(huì)對(duì)信號(hào)采集產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。采樣率過低可能導(dǎo)致采集的信號(hào)頻率發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生混頻現(xiàn)象。根據(jù)奈奎斯特定律，為了防止發(fā)生混頻，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的2倍[5]。而采樣率過高又可能導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不利一般設(shè)置位輸出信號(hào)最高頻率的7-10倍，就可以正確地復(fù)原波形。傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的工作流程是數(shù)據(jù)的采集、分析顯示3個(gè)任務(wù)在同一線程上按照順序一次執(zhí)行。即當(dāng)1個(gè)任務(wù)運(yùn)行的同時(shí)其他2個(gè)任務(wù)就不能運(yùn)行。處于等待狀態(tài)中，這樣是比會(huì)造成疏忽采集的不完整性。為了解決這一傳統(tǒng)的弊端，在編制程序時(shí)采用多線程技術(shù)。當(dāng)運(yùn)行多線程程序時(shí)。才做系統(tǒng)為每個(gè)獨(dú)立線程安排CPU時(shí)間，單處理器系統(tǒng)以輪轉(zhuǎn)方式按線程的優(yōu)先級(jí)別提供時(shí)間片，每個(gè)線程在使用完時(shí)間片后交出控制權(quán)，系統(tǒng)再將CPU時(shí)間片分配給下一個(gè)線程，多處理器系統(tǒng)在多個(gè)處理器上都能夠通知運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立的線程，減少了線程切換所帶來的時(shí)間消耗，從而極大地提高系統(tǒng)的執(zhí)行速度，進(jìn)行運(yùn)算。在本系統(tǒng)中把數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果顯示放在3個(gè)獨(dú)立的線程中。這樣3個(gè)While循環(huán)式并行運(yùn)行的，可以保證數(shù)據(jù)采集不受其他2個(gè)程序的影響，從而可以采集到完整的數(shù)據(jù)，而程序當(dāng)中的“獲取通知器引用VI〞、“發(fā)送通知器VI〞、“取消通知VI〞和“釋放統(tǒng)治區(qū)引用VI〞主要是用來實(shí)現(xiàn)個(gè)線程之間的數(shù)據(jù)傳遞。這類似于全局變量或局部變量，不同的是，對(duì)于通知器，在沒有通知消息產(chǎn)生時(shí)。程序框圖處于等待狀態(tài)。這就防止了無休止的循環(huán)檢測(cè)和檢測(cè)周期過快或過慢導(dǎo)致的數(shù)據(jù)重復(fù)或喪失，減少了計(jì)算機(jī)資源的浪費(fèi)為了實(shí)現(xiàn)高速地聯(lián)系采集并保存數(shù)據(jù)，在這以緩解采用了循環(huán)緩存技術(shù)和高速數(shù)據(jù)流技術(shù)。使用循環(huán)緩存時(shí)，每次數(shù)據(jù)只存放在緩存區(qū)的一局部。當(dāng)?shù)竭_(dá)緩存區(qū)的底部時(shí)。它就轉(zhuǎn)向緩存區(qū)頂部再次填充同一個(gè)緩存區(qū)與此同時(shí)，緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)一跨可以快被讀出來。這就形成了亂序采集過程。在這個(gè)過程中包保證程序沖緩存區(qū)的摸個(gè)位置，這樣才能有可供讀取的數(shù)據(jù)，尚未讀取的數(shù)據(jù)頁(yè)不會(huì)被更新的數(shù)據(jù)覆蓋掉。這樣就允許軟件將數(shù)據(jù)處理于數(shù)據(jù)采集并行展開。要使數(shù)據(jù)能夠被連續(xù)地采集必須保證程序重緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速度不能比數(shù)據(jù)放進(jìn)緩存區(qū)的熟讀快，當(dāng)然也不能不能太慢。要解決這個(gè)問題就需要合理地這只緩存區(qū)的大小，掃描率和一次讀取掃描數(shù)3個(gè)參數(shù)。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明，緩沖區(qū)的大小至少應(yīng)該是掃描率的2倍，最好是10倍。二掃描率即每通道采樣率一般來說應(yīng)為輸入信號(hào)最高頻率的7-10倍。單片機(jī)是測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的中心，該系統(tǒng)采用的是80C51單片機(jī)，全靜態(tài)工作時(shí)振蕩器頻率為0～12MHz[6]。目前，8051單片機(jī)在工業(yè)檢測(cè)控制領(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，配接各種外部設(shè)備，完成工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。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)組成局部。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；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)局部通過內(nèi)部總線相連接。下面簡(jiǎn)單介紹下其各個(gè)局部的功能。中央處理器CPU是單片微型計(jì)算機(jī)的指揮、執(zhí)行中心，由它讀入用戶程序，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，假設(shè)干存放器A、B、SP以及16位程序計(jì)數(shù)器(PC)和數(shù)據(jù)指針存放器(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、/四那么運(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)存放器?？刂破鞑考怯芍噶畲娣牌鳌⒊绦蛴?jì)數(shù)器PC、定時(shí)與控制電路等組成的。指令存放器中存放指令代碼。當(dāng)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。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，RAM，片內(nèi)為128B,片外最多可外擴(kuò)64KB。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。片內(nèi)的128B的RAM，以高速RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的RAM還可以降低功耗[7]。圖3.1單片機(jī)8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)程序存儲(chǔ)器，ROM，用來存儲(chǔ)程序，80C51為4KBROM。如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，那么需要用擴(kuò)展片只讀存儲(chǔ)器，片外最多可以擴(kuò)展到64KB。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有4種工作方式。在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)，因而需在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器部件。串行口，1個(gè)全雙工的串行口，具有4中工作方式。可用來進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。特殊功能存放器，SFR，共有21個(gè)，用于CPU對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。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存放器之間的關(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)系；有的那么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)一局部邏輯電路，完成某種操作。3.1.2時(shí)序①時(shí)鐘電路MCS—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MCS—5l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。假設(shè)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；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部存放器到存放器的傳輸發(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存放器時(shí)，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，那么在同一機(jī)器周期的s4讀人第二字節(jié)。假設(shè)為單字節(jié)指令，那么在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：圖3.251單片機(jī)振蕩電路圖3.1.3光電隔離光電隔離器,亦稱光電耦合器、光耦合器，簡(jiǎn)稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。光耦合器一般由三局部組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管〔LED〕，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比[8]。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是70年代開展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反應(yīng)電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，到達(dá)精密穩(wěn)壓目的。根本工作特性〔以光敏三極管為例〕1、共模抑制比很高在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小〔2pF以內(nèi)〕所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。2、輸出特性光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系，當(dāng)IF=0時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時(shí)的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當(dāng)IF>0時(shí)，在一定的IF作用下，所對(duì)應(yīng)的IC根本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)體管特性圖示儀測(cè)出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。3、光電耦合器可作為線性耦合器使用。在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。光電耦合器的測(cè)試1、用萬用表判斷好壞，斷開輸入端電源，用R×1k檔測(cè)1、2腳電阻，正向電阻為幾百歐，反向電阻幾十千歐，3、4腳間電阻應(yīng)為無限大。1、2腳與3、4腳間任意一組，阻值為無限大，輸入端接通電源后，3、4腳的電阻很小。調(diào)節(jié)RP，3、4間腳電阻發(fā)生變化，說明該器件是好的。注：不能用R×10k檔，否那么導(dǎo)致發(fā)射管擊穿。2、簡(jiǎn)易測(cè)試電路，當(dāng)接通電源后，LED不發(fā)光，按下SB，LED會(huì)發(fā)光，調(diào)節(jié)RP、LED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，說明被測(cè)光電耦合器是好的。光電耦合器具體應(yīng)用1.組成開關(guān)電路電路中，當(dāng)輸入信號(hào)ui為低電平時(shí)，晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān)“斷開〞；當(dāng)ui為高電平時(shí)，v1導(dǎo)通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當(dāng)于開關(guān)“接通〞．該電路因Ui為低電平時(shí)，開關(guān)不通，故為高電平導(dǎo)通狀態(tài)．同理，因無信號(hào)(Ui為低電平)時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，故為低電平導(dǎo)通狀態(tài)。2．組成邏輯電路電路為“與門〞邏輯電路。其邏輯表達(dá)式為P=A．B.圖中兩只光敏管串聯(lián)，只有當(dāng)輸入邏輯電平A=1、B=1時(shí)，輸出P=1．同理，還可以組成“或門〞、“與非門〞、“或非門〞等邏輯電路。3．組成隔離耦合電路這是一個(gè)典型的交流耦合放大電路．適中選取發(fā)光回路限流電阻Rl，使B4的電流傳輸比為一常數(shù)，即可保證該電路的線性放大作用。4．組成高壓穩(wěn)壓電路驅(qū)動(dòng)管需采用耐壓較高的晶體管(圖中驅(qū)動(dòng)管為3DG27)。當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，V55的偏壓增加，B5中發(fā)光二極管的正向電流增大，使光敏管極間電壓減小，調(diào)整管be結(jié)偏壓降低而內(nèi)阻增大，使輸出電壓降低，而保持輸出電壓的穩(wěn)定。5.組成門廳照明燈自動(dòng)控制電路。A是四組模擬電子開關(guān)〔S1~S4〕：S1，S2，S3并聯(lián)〔可增加驅(qū)動(dòng)功率及抗干擾能力〕用于延時(shí)電路，當(dāng)其接通電源后經(jīng)R4，B6驅(qū)動(dòng)雙向可控硅VT，VT直接控制門廳照明燈H；S4與外接光敏電阻Rl等構(gòu)成環(huán)境光線檢測(cè)電路。當(dāng)門關(guān)閉時(shí)，安裝在門框上的常閉型干簧管KD受到門上磁鐵作用，其觸點(diǎn)斷開，S1，S2，S3處于數(shù)據(jù)開狀態(tài)。晚間主人回家翻開門，磁鐵遠(yuǎn)離KD，KD觸點(diǎn)閉合。此時(shí)9V電源整流后經(jīng)R1向C1充電，C1兩端電壓很快上升到9V，整流電壓經(jīng)S1，S2，S3和R4使B6內(nèi)發(fā)光管發(fā)光從而觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，VT亦導(dǎo)通，H點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明控制作用。房門關(guān)閉后，磁鐵控制KD，觸點(diǎn)斷開，9V電源停止對(duì)C1充電，電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)。C1開始對(duì)R3放電，經(jīng)一段時(shí)間延遲后，C1兩端電壓逐漸下降到S1，S2，S3的開啟電壓〔1.5v)以下，S1，S2，S3恢復(fù)斷開狀態(tài)，導(dǎo)致B6截止，VT亦截止，H熄來，實(shí)現(xiàn)延時(shí)關(guān)燈功能。水箱的控制器由8051系統(tǒng)構(gòu)成。為防止電機(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。光電隔離是半導(dǎo)體管敏感器件和發(fā)光二極管組成的一種新器件，它主要功能是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳送。輸入與輸出絕緣隔離，信號(hào)單向傳輸，無反應(yīng)影響。抗干擾性強(qiáng)，響應(yīng)速度快。工作時(shí)，把輸入信號(hào)加到輸入端，使發(fā)光管發(fā)光，光敏器件在磁光輻射下輸出光電流，從而實(shí)現(xiàn)電光點(diǎn)的兩次轉(zhuǎn)換。輸出通過繼電器，控制水泵機(jī)組的起停和報(bào)警，其電路圖如圖3.4：圖3.4系統(tǒng)控制電路原理圖3.1.4給水泵電機(jī)主控回路介紹給水泵電機(jī)主控回路圖3.5如下：圖3.5給水泵電機(jī)控制電路原理圖圖中水泵電機(jī)主控回路由兩個(gè)水泵電機(jī)以及二直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，主控回路的控制信號(hào)由單片機(jī)的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3發(fā)出，他們的引腳功能如下：P1.0：M1起動(dòng)KM1控制輸出信號(hào)?！彩謩?dòng)1，自動(dòng)0〕；P1.1：M1起動(dòng)KM1控制輸出信號(hào)?！彩謩?dòng)1，自動(dòng)0〕；P1.2：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)?！查_0，關(guān)1〕；P1.3：M2開關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)?！查_0，關(guān)1〕。3.1.5二級(jí)管顯示電路設(shè)計(jì)二級(jí)管顯示電路如圖3.6所示圖3.6報(bào)警電路該電路主要由三個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，它們分別與單片機(jī)的P0.0,P0.1,P0.2端口相連，其中D1是電機(jī)加水提示燈，D2是電機(jī)抽水提示燈，D3是電機(jī)停止提示燈。3.280C51水箱控制系統(tǒng)主控硬件部署方案本系統(tǒng)電路分別由單片機(jī)80C51，泵電機(jī)M1,M2控制電路，水位反應(yīng)與報(bào)警控制電路三局部組成，通過該電路實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱廢水排放和進(jìn)水手動(dòng)、自動(dòng)切換以及報(bào)警功能。其原理圖如下列圖3.8:圖3.7基于80C51單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)原理圖3.2.180C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能說明80C51為數(shù)據(jù)采集及處理模塊核心，它主要完成系統(tǒng)對(duì)水位上下信號(hào)是否滿足指標(biāo)的信息采集[9]，對(duì)采集到的水位信號(hào)通過系統(tǒng)程序進(jìn)行對(duì)信號(hào)的判斷等處理，根據(jù)采集信號(hào)的不同，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)信號(hào)對(duì)應(yīng)功能的引腳來實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱水位的控制。3.2.2相關(guān)器件單片機(jī)AT89C51電動(dòng)機(jī)MOTOR差動(dòng)放大器(TIP32,BC182)LED燈開關(guān)模擬水箱3.2.3相關(guān)電路圖3.8差分放大器電路圖差分放大器也叫差動(dòng)放大器是一種將兩個(gè)輸入端電壓的差以一固定增益放大的電子放大器，有時(shí)簡(jiǎn)稱為“差放〞。差分放大器通常被用作功率放大器〔簡(jiǎn)稱“功放〞〕和發(fā)射極耦合邏輯電路(ECL,EmitterCoupledLogic)的輸入級(jí)。如果Q1Q2的特性很相似，那么Va,Vb將同樣變化。例如，Va變化+1V，Vb也變化+1V，因?yàn)檩敵鲭妷篤OUT=Va-Vb=0V,即Va的變化與Vb的變化相互抵消。這就是差動(dòng)放大器可以作直流信號(hào)放大的原因。假設(shè)差放的兩個(gè)輸入為，那么它的輸出Vout為：〔3.1〕其中Ad是差模增益(differential-modegain)，Ac是共模增益(common-modegain)。因此為了提高信/噪比，應(yīng)提高差動(dòng)放大倍數(shù)，降低共模放大倍數(shù)。二者之比稱做共模仰制比〔CMRR,common-moderejectionratio〕。共模放大倍數(shù)AC可用下式求出：Ac=2Rl/2Re通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比(CMRR,common-moderejectionratio)衡量差分放大器消除共模信號(hào)的能力：〔3.2〕由上式可知，當(dāng)共模增益Ac→0時(shí)，CMRR→∞。Re越大，Ac就越低，因此共模抑制比也就越大。因此對(duì)于完全對(duì)稱的差分放大器來說，其Ac=0，故輸出電壓可以表示為：〔3.3〕所謂共模放大倍數(shù)，就是Va，Vb輸入相同信號(hào)時(shí)的放大倍數(shù)。如果共模放大倍數(shù)為0，那么輸入噪聲對(duì)輸出沒有影響。要減小共模放大倍數(shù)，加大RE就行通常使用內(nèi)阻大的恒流電路來帶替RE[10]。差分放大器是普通的單端輸入放大器的一種推廣，只要將差放的一個(gè)輸入端接地，即可得到單端輸入的放大器。很多系統(tǒng)在差分放大器的一個(gè)輸入端輸入反應(yīng)信號(hào)，另一個(gè)輸入端輸入反應(yīng)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)反應(yīng)。常用于電機(jī)或者伺服電機(jī)控制，穩(wěn)壓電源，測(cè)量?jī)x器以及信號(hào)放大。在離散電子學(xué)中，實(shí)現(xiàn)差分放大器的一個(gè)常用手段是差動(dòng)放大，見于多數(shù)運(yùn)算放大器集成電路中的差分電路。圖3.9單端輸出的差動(dòng)放大電路(不平衡輸出)當(dāng)Vo被在Q1或Q2的集極C對(duì)地取出時(shí)，稱為單端Singleended或不平衡輸出UnbalanceOutput。單端較差動(dòng)輸出之幅度小一倍，使用單端輸出時(shí)，共模訊號(hào)不能被抑制，因Vi1與Vi2同時(shí)增加，VC1與VC2那么減少，而且VC1=VC2，但Vo=VC2，并非于零(產(chǎn)生零點(diǎn)漂移)。但是加大RE阻值可以增大負(fù)回輸而抑制輸出，并且抑制共模訊號(hào)，因Vi1=Vi2時(shí)，Ii1及Ii2也同時(shí)增加，IE亦上升而令VE升高，這對(duì)Q1和Q2產(chǎn)生負(fù)回輸，令Q1和Q2之增益減少，即Vo減少。當(dāng)差動(dòng)訊號(hào)輸入時(shí)，Vi1=-Vi2，IC1增加而IC2減少，總電流IE=IC1+IC2便不變，因此VE也不變，加大RE電阻值之電路會(huì)將差動(dòng)訊號(hào)放大，不會(huì)對(duì)Q1及Q2產(chǎn)生負(fù)回輸及抑制。圖3.10使用恒流源的差動(dòng)放大器實(shí)際上，RE不能加得太大，因會(huì)使靜態(tài)之IC1和IC2減少，使Q1和Q2得不到適當(dāng)之偏壓或需要很高之電源電壓。上圖Q3及Q4為電流鏡像恒流源代替電阻RE，使用恒流源可以得到高阻抗及固定電流，B極因R1和R2得到一個(gè)固定的偏壓。共模輸入時(shí)，Vi1=Vi2，因IE為不變，IC1和IC2也不能改變，故Vo為零，而共模信號(hào)被抑制。差動(dòng)輸入時(shí)，Vi1=-Vi2，雖然IE為不變，但I(xiàn)C1和IC2也可改變，因IC1上升而IC2下降，故此Vo不等于零，而將差動(dòng)信號(hào)放大。圖3.11使用電流鏡像作為差動(dòng)放大器之有源負(fù)載主動(dòng)式負(fù)載ActiveLoad(有源負(fù)載)作用：a)提高增益：。b)減低功率消耗(相對(duì)純電阻來說)。c)提高差動(dòng)放大之輸出電壓。d)提高共模抑制比CMRR。工作原理：設(shè)Vi1增加，那么Vi2減少(但數(shù)量相等，Vi1=Vi2)即差動(dòng)輸入，那么IC1升而IC2下降(并且，ΔIC1=ΔIC2)因電流鏡像原理，IC4=IC1，故此，Io=IC4IC2=IC1IC2(ΔIo=2ΔIC1或2ΔIC2)這說明了輸出電流是IC1和IC2的相差，即將輸出變?yōu)榫哂须p端差動(dòng)輸出性能的單端輸出(故對(duì)共模訊號(hào)之抑制有改善因雙端差動(dòng)輸出才能產(chǎn)生消除共模訊號(hào)作用)。IC2減少使Q2之VCE增加，使Vo上升而IC4增加，使Q4之VCE減少，這也是使Vo增加，故此，Vo上升之幅度是使用電阻為負(fù)載之單端輸出電壓大一倍。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序概要設(shè)計(jì)本系統(tǒng)程序開發(fā)，使用的語(yǔ)言給匯編語(yǔ)言。程序?qū)崿F(xiàn)當(dāng)水位處于LG(高)、LD(低)或LDD(低低)時(shí)，報(bào)警信號(hào)輸出，判斷泵水方式(自動(dòng)或手動(dòng))。當(dāng)水位到達(dá)規(guī)定容量時(shí)，停止泵水。在次程序中，低電平為有效(即0為有效),高電平為無效(即1為無效)。4.2系統(tǒng)程序原理4.2.1系統(tǒng)主要程序及流程框圖主程序要實(shí)現(xiàn)的是，對(duì)數(shù)據(jù)的初始化，并且判斷用戶是使用自動(dòng)模式還是手動(dòng)模式，根據(jù)用戶的具體需求：假設(shè)用戶選擇自動(dòng)模式，那么程序調(diào)用自動(dòng)化子程序；假設(shè)用戶選擇手動(dòng)模式，那么程序調(diào)用手動(dòng)子程序。ORG0000HAJMPMAINORG0060HMAIN:MOVP1,#FFH；P1P3口初始化置1MOVP3，#FFHJNBP1.3，AUT；假設(shè)手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式子程序AJMPMEN；否那么轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序END主程序框架圖如下：圖4.1主程序流程圖4.2.2自動(dòng)模式子程序原理及流程框圖自動(dòng)模式子程序運(yùn)行的前置條件是，系統(tǒng)開始運(yùn)行，并且用戶選擇使用自動(dòng)化控制模式。自動(dòng)模式子程序首先判斷水位是否高LG，假設(shè)水位高于指標(biāo)，那么運(yùn)行“水位高報(bào)警〞程序，并返回主程序。假設(shè)水位不高，那么判斷水位是否低LD，假設(shè)水位低，那么試運(yùn)行“水位低報(bào)警〞程序。然后判斷水位是否低低LDD：假設(shè)水位沒有到達(dá)LDD的指標(biāo)，那么試判斷“M1是否開啟〞，假設(shè)沒有開啟，那么開啟M1;假設(shè)“M1開啟〞那么判斷“M2是否開啟〞，假設(shè)“M2開啟〞，那么程序運(yùn)行“停止M2〞程序；假設(shè)“M2沒有開啟〞，那么試程序運(yùn)行“延遲1分鐘〞，一分鐘后程序“返回主程序〞。假設(shè)水位到達(dá)水位LDD的指標(biāo)，那么運(yùn)行“水位低低報(bào)警〞，然后程序判斷“M1是否開啟〞，假設(shè)“M1未開啟〞那么運(yùn)行“M1開啟〞程序；假設(shè)“M1開啟〞那么程序判斷“M2是否開啟〞，假設(shè)“M2未開啟〞那么運(yùn)行“M2開啟〞程序，假設(shè)“M2開啟〞，那么運(yùn)行“延遲一分鐘〞，一分鐘后程序“返回主程序〞。其程序控制如下所示：ORG0000HAJMPMAINORG0060HMAIN：MOVP1,#FFH；P1P3口初始化置1MOVP3，#FFHJNBP1.3，AUT；假設(shè)手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式子程序AJMPMEN；否那么轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序ENDAUT：NOP；空命令JNBP1.2，LG；水位高-LGJBP1.1，LD；水位沒低-LDCLRP3.1；水位低報(bào)警JBP1.0,LDD；水位未低低-LDDCLRP3.0；水位低低報(bào)警JNBP1.6,Y1；M1已啟動(dòng)-Y1CLRP1.4；否那么啟動(dòng)M1Y1：JNBP1.7,Y2；M2已啟動(dòng)-Y2CLRP1.5；否那么啟動(dòng)M2Y2：ACALLDELAY；延時(shí)1分鐘AJMPAUT；返回自動(dòng)模式LDD：JNBP1.6,Y3；單獨(dú)運(yùn)行M1〔LDD〈水位〈LD〕CLRP1.4Y3：JBP1.7，Y2SETBP1.5AJMPY2LG：CLRP3.2；水位高報(bào)警LD：AJMPMAIN；返回主程序自動(dòng)模式子程序原理框圖如圖4.2：圖4.2自動(dòng)模式子程序原理框圖4.2.2手動(dòng)模式子程序原理及流程框圖手動(dòng)模式子程序運(yùn)行的前置條件是，系統(tǒng)開始運(yùn)行，并且用戶選擇使用自手動(dòng)控制模式。手動(dòng)模式子程序中判斷語(yǔ)句的條件是依據(jù)用戶的具體操作。手動(dòng)模式子程序首先判斷“水位是否LG〞，假設(shè)水位LG到達(dá)指標(biāo)，那么程序返回主程序；假設(shè)水位LG未到達(dá)指標(biāo)，那么程序運(yùn)行“判斷有無鍵合〞：假設(shè)“判斷沒有鍵合〞那么子程序進(jìn)行循環(huán)；假設(shè)“判斷鍵合〞，那么程序判斷“M1是否鍵合〞。假設(shè)用戶操作“M1鍵合〞，那么程序運(yùn)行“判斷M1是否開啟〞：假設(shè)“M1開啟〞那么子程序進(jìn)行循環(huán)；假設(shè)“判斷M1未開啟〞，那么程序運(yùn)行“開啟M1〞。假設(shè)用戶操作“M1不鍵合〞，那么程序判斷“M2是否鍵合〞：假設(shè)用戶操作“M2鍵合〞，那么程序運(yùn)行“判斷M2是否開啟〞；假設(shè)“M2開啟〞那么子程序進(jìn)行循環(huán)；假設(shè)“判斷M2未開啟〞，那么程序運(yùn)行“開啟M2〞。假設(shè)程序判斷用戶均未進(jìn)行“M1、M2鍵合〞，那么程序要判斷“是否停止M1鍵合〞：假設(shè)用戶操作“M1停止鍵合〞，那么程序判斷“M1是否停止〞；假設(shè)“M1停止〞，那么子程序循環(huán)；假設(shè)“M1沒有停止〞，那么程序運(yùn)行“停止M1〞。假設(shè)用戶不操作“M1停止鍵合〞，那么程序判斷“是否停止M2鍵合〞：假設(shè)用戶操作“M2停止鍵合〞，那么程序判斷“M2是否停止〞，假設(shè)“M2停止〞，那么子程序循環(huán)；假設(shè)“M2沒有停止〞，那么程序運(yùn)行“停止M2〞。手動(dòng)模式子程序原理框圖如圖4.3：圖4.3手動(dòng)模式子程序流圖手動(dòng)控制子程序MEN：NOPJNBP1.1,MAINACALLKEYCJNEA,#F0H,NNAJMPMENNN:JNBACC.4,HM1JNBACC.5,HM2JNBACC.6,DM1JNBACC.7,DM2AJMPMENHM1:JNBP1.6,MENCLRP1.4AJMPMENHM2:JNBP1.7,MENCLRP1.5AJMPMENDM1:JBP1.6,MENSETBP1.4AJMPMENDM2:JBP1.7,MENSETBP1.5AJMPMENRET延時(shí)30S主程序T1M1:MOVR1,#F0HL4:MOVR2,#08HL1:MOVR3,#FAHL2:MOVR4,#FAHL1:DJNZR4,L1DJNZR3,L2DJNZR2,L3DJNZR1,L4RET延時(shí)6ms子程序T1M3:MOVR4,#12MM:MOVR5,#248DJNZR5,$DJNZR4,D3RET有無鍵合子程序：KEY：ACALLKS1；有無閉合JNZLK1ACALLTIM3AJMPKEY；無鍵閉合返回LK1：ACALLTIM1ACALLTIM1ACALLKS1JNZLK2ACALLTIM3AJMPKEYLK2：RETKS1：MOVA，P3；掃描ANLA，#F0H；屏蔽低4位RET5調(diào)試仿真在Proteus的ISIS7.1sp2軟件環(huán)境下畫出電路原理圖，接下來就是將設(shè)計(jì)的程序在KeilC51μVision2開發(fā)集成環(huán)境上編譯成機(jī)器語(yǔ)言，進(jìn)入Proteus的ISIS，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊菜單“Debug〞，選中“useromotedebugermonitor〞，便可實(shí)現(xiàn)KeilC與Proteus連接調(diào)試[11]。首先在Proteus中雙擊單片機(jī)80C51,將KeilC下編程生成的.HEX文件導(dǎo)入到8051中,可在Proteus中單擊全速仿真運(yùn)行按鈕，進(jìn)行現(xiàn)象的查看,能清楚地觀察到芯片上每一個(gè)引腳的電平變化，紅色代表高電平，藍(lán)色代表低電平；如果現(xiàn)象不正確，那么在KeilC中單步調(diào)試程序，并在Proteus觀察現(xiàn)象，那一步不正確那么對(duì)該段的程序進(jìn)行修改，調(diào)試直到仿真完全成功為止。如圖5.1所示，該仿真驗(yàn)證的過程為，首先按開始按，然后按下按鍵開關(guān)K1，這時(shí)發(fā)光二極管D1亮了，代表DD自動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1M2。圖5.1M1M2自動(dòng)正轉(zhuǎn)加水仿真圖按鍵按鍵開關(guān)K2，這時(shí)放光二極管D2亮了，代表手動(dòng)反轉(zhuǎn)抽水M1M2，仿真結(jié)果如圖5.2所示。圖5.2M1M2手動(dòng)反轉(zhuǎn)抽水仿真圖按下按鍵開關(guān)K3，這時(shí)發(fā)光二極管D3亮了，代表GG自動(dòng)停止M1M2，真現(xiàn)象如圖5.3所示。圖5.3M1M2自動(dòng)停止仿真圖按下按鍵開關(guān)K4，這時(shí)放光二極管D1亮了，代表手動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1M2，仿真結(jié)果如圖5.4所示。圖5.4M1M2手動(dòng)正轉(zhuǎn)加水仿真圖按下按鍵開關(guān)K5，這時(shí)發(fā)光二極管D3亮了，代表手動(dòng)停止M1M2.仿真結(jié)果如圖5.5所示。圖5.5M1M2手動(dòng)停止仿真圖按下按鍵開關(guān)K6，這時(shí)發(fā)光二極管D1亮了，代表D自動(dòng)正轉(zhuǎn)加水M1，仿真結(jié)果如圖5.6所示。圖5.6M1自動(dòng)正轉(zhuǎn)加水仿真圖6總結(jié)與展望縱觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。以前沒有單片機(jī)時(shí)，這些東西也能做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且本錢高，并且由于長(zhǎng)期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑耍覀冎恍枰趩纹瑱C(jī)外圍接一點(diǎn)簡(jiǎn)單的接口電路，核心局部只是由人為的寫入程序來完成。這樣