【正文】 單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 1 1 引言 設計目的 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常需要測量液體液位。隨著國家工業(yè)的迅速發(fā)展，液位測量技術被廣泛應用到石油、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、汽輪機凝氣器水位、高、低壓加熱器水位等，是設備安全運行的保證，因此一個安全合適的水位系統(tǒng)是很必要的。 設計要求 利用單片機設計一個水位控制系統(tǒng)，要求用開關來模擬水位的狀態(tài)，當設定完水位 后，系統(tǒng)根據(jù)水位情況控制電磁閥的開啟和關斷。具體要求如下： 設計單片機工作系統(tǒng)電路。 通過鍵盤設置其預定水位，根據(jù)水位不同控制電機的旋轉。 利用 Proteus進行仿真。 設計方法 本設計是采用 AT89C51單片機為核心芯片 ,及其相關硬件來實現(xiàn)的水體液位控制系統(tǒng) ,采用八個鍵盤來模擬水位 , CPU循環(huán)檢鍵盤輸入狀態(tài) ,并用 3位七段 LED顯示示液位高度 ,檢測液位數(shù)據(jù) ,實施報警安全提示 ,當水體液位低于用戶設定的值時 ,系統(tǒng)自動打開泵上水 ,當水位到達設定值時 ,系統(tǒng)自動打開排水泵。 2 設計方法和原理 水塔水位的控制原理 單片機水塔水位控制原理如圖 l所示，圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。在正常情況下．水位應控制在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的 3根金屬棒 A、 B、 C。用以反映水位變化的情況。其中， A棒在下限水位． B棒在上、下限水位之間， C棒在上限水位 (底端靠近水池底部．不能過低，要保證有足夠大的流水量 )。水塔由電機帶動水泵供水。單片機控制電機轉動，隨著供水，水位不斷上升．當水位上升到上限水位時，由于水的導電作用。使 B、 C棒均與+5 V連通。因此 B、 C兩端的電壓都為 +5 V，即為“ l”狀態(tài)，此時應停止電機和水泵工作，不再向水塔注水；隨著水量的減少，當水位處于上、下限之間時。 B棒和 A棒導通．而 C棒不能與 A棒導通， B端為“ 1”狀態(tài)。 C端為“ 0”狀態(tài)。此時電機帶動水泵給水塔注水，使水位上升，或是電機不工作，水位不斷下降，都應繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當水位處于下限位置以下時， B、 C棒均不能與 A棒導通， B、 C均為“ 0”狀態(tài)。此時應啟動電機轉動，帶動水泵給水塔注水，然后重復原來的過程，這就是單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 2 簡單的水位控制原理。 5 VABCR 1R 2 圖 1 水位控 制原理 總體設計方案 系統(tǒng)的原理是采用 8 個 按鈕進行水位檢測 ， 在現(xiàn)場的 3 個不同的位置，由下至上 測量水體的液位值 。并把這八個液位狀態(tài)通過模數(shù)轉換器傳到單片機中（在本系統(tǒng)中采用開關的打開與閉合來模擬） ,在通過 3 位七段 LED 顯示器顯示出液位的八種狀態(tài) 并通過 LED 燈報警提示 。當水位過低（在 3 水位）時燈就會變亮，當水位較高（在 7 水位時）等也會變亮，用來讓用戶察覺。在水位過高和過低時電磁閥都會自動的抽水或排水，其具體的抽水和排水位置可以設定，此系統(tǒng)中采用的是 7 水位和 3 水位。 3 硬件設計 硬件設計方案 系 統(tǒng)方案設計液位控制是利用把液位的利用來管進行模擬，再通過 AT89C51 把輸出狀態(tài)直接接到單片機的 I/O 接口，單片機經(jīng)過運算控制，輸出數(shù)字信號，輸出接口接 LED 進行顯示 ,實現(xiàn)液位的報警和鍵盤的顯示與控制。 由下圖可觀察到水位由鍵盤控制輸入以后，通過 AT89C51 單片機的運算控制，在通過 LED 進行顯示 ,通過報警裝置進行報警 ,報警顯示之后再通過對閥門的開啟實現(xiàn)對水體的液位進行調節(jié)控制 ,閥門的驅動設備是電動機。 圖 2 即是液位控制系統(tǒng)。 單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 3 單 片 機 A T 8 9 C 5 1復 位 和 晶 振開 關 模 擬 水 位數(shù) 碼 管 顯 示 水 位L E D 燈 亮電 機 轉 動 圖 2 水位控制系統(tǒng)分 析 主芯片 AT89C51 本系統(tǒng)采 用 AT89C51 作為主要芯片， AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH存儲器的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。 單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器。 AT89C51 單片機為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 在本系統(tǒng)設計中采用 AT89C51 作為主要的芯片，它具有 P0、 P P P3四個 I/O 口，每個口又有 8 個接口， 32 個接口可以滿足外接電路的需要，更方便的顯示系統(tǒng)。 本設計中采用了單片機 AT89C51 的 P0、 P P3 口，分別完成了顯示和控制以及報警功能的實現(xiàn)。 下圖為單片機 AT89C51 的引腳圖。 單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 4 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1 圖 3 AT89C51 引腳圖 光報警及顯示電路 圖 4 所示為系統(tǒng)的光報警及顯示電路，三段 LED 數(shù)碼管于單片機的 P0P7 口相連，同時排阻的把根線也連在單片機的 P0 口上，作為上拉電阻。 2 3 4 5 6 7 8 91R P 1RE S P A C K 8D1L E D R E D 圖 4 光報警及顯示電路 單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 5 鍵盤連接電路 鍵盤連接電路如圖 5 所示，八個鍵盤 k1k8 分別與單片機的 p1 口的 p1p7 相連，這八個鍵盤的按下與否用來模擬的是水位的高低， k1 鍵代表水位最低點， k8 鍵代表的是水位最高點，當 k1 鍵按下時，指示燈亮，電機正轉，開始加水，一直加水至水位 7（即 7 鍵按下時），電機開始停止轉動，并反向轉動抽水，水位開始降低，直至到達 3 水位，燈亮電機開始自動加水，加水水位可以由用戶自己設定，本系統(tǒng)中采取的是 3 水位便開始加水， 7 水位開始抽水。 本系統(tǒng)采用的是獨立式鍵盤結構，每個按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每個按鍵的 工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。它軟件是采用查詢式結構，首先逐位查詢每根 I/O 口線的輸入狀態(tài)，如某一根 I/O 口線輸入為低電平，則可確認該 I/O 口線所對應