【正文】 程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 1 頁 第一章 緒 論 我國水塔水位控制的現(xiàn)狀及背景介紹 我國的水工業(yè)科技發(fā)展較快，與國際先 進(jìn)水平的差距正在不斷縮小，水工業(yè)科技體系已初步形成，擁有一支從事水工業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)研究、應(yīng)用研究、產(chǎn)品研制和工程化產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的科技隊(duì)伍。現(xiàn)使用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 ：單片機(jī)；水塔；水位控制 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） Abstract Water tower water level control system is the wider use of residential quarters of China39。供水自動化系統(tǒng)主要包括水廠自動化和供水管網(wǎng)調(diào)度自動化兩個(gè)方面。而在這些學(xué)科中水質(zhì)與水處理技術(shù)和水工業(yè)工程技術(shù)是水工業(yè)學(xué)科體系中的主導(dǎo)學(xué)科。 無論從組成還是從功能上看，它已具備了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，是一個(gè)簡單的微型計(jì)算機(jī)。 水塔水位控制系統(tǒng)采用交流電壓檢測水位，水位低于 下限 B 點(diǎn)水位時(shí)，水泵抽水，水位達(dá)到最高水位線 A 時(shí)，水泵停止抽水，水位降低到最低水位線 B以下時(shí)，恢復(fù)運(yùn)行抽水。 單片機(jī)是將 RAM、 ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及輸入 /輸出 (I/O)接口電路等計(jì)算機(jī)主要部件集成在一塊芯片上 ,這樣所組成的芯片級微型計(jì)算機(jī)稱為單片微型計(jì)算機(jī) ,簡稱單片微機(jī)或單片機(jī) 。該公司繼 1976 推出 MCS— 48 系列 8 位單片機(jī)之后，又于 1980 年推出 MCS— 51系列高檔 8 位單片機(jī)，圖 21 中所示為 51單片機(jī)的外部引腳。 ⑥ 5 個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。在正常情況下，應(yīng)保持水位在虛線范圍之內(nèi)。這時(shí)應(yīng)啟動電機(jī)，帶動水泵工作，給水塔供水。其中，第三種組合（ b=0， c=1）正常情況下是不可能發(fā)生的，但在設(shè)計(jì)中還是應(yīng)該考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。 （ 3）設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)至水泵的控制電路。單片機(jī)通過負(fù)電極重復(fù)采集檢測水位，當(dāng)缺水時(shí) (此時(shí)兩個(gè)開關(guān)均置 0)，電機(jī)必須帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內(nèi)時(shí)，檢測信號為高，低電平 (此時(shí)開關(guān) 1置 1，開關(guān) 2置 0)；當(dāng)水位過高時(shí)，檢測信號為高電平 (此時(shí)開關(guān) l和 2都置 1)，單片機(jī)檢測到 P1． 0和 P1． 1為高電 平后，立即停機(jī)。當(dāng)發(fā)光二極管到他時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光。顯示器亮度即與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。 采用動態(tài)掃描顯示方式，每一位 LED 的選通時(shí)間為 1~2ms。當(dāng)鍵盤上某鍵閉合時(shí)，按鍵所對應(yīng)的行線和列線短路此時(shí)該行線的電平將由被短路的列線電平所決定。因此，弄清行值和列值與關(guān)鍵字和鍵值之間的關(guān)系是分析非編碼鍵盤工作原理的關(guān)鍵問題。例如：按鍵在 L1 行，故行 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 序號為 01H，移到高 4 位后為 10H。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為 原碼 輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲器 進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其 特殊功能寄存器 的內(nèi)容。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部 存儲器 時(shí)， 地址鎖存 允許的 輸出電平 用于鎖存地址的地位字節(jié)。如果微處理器 在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 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。由于 8255 可編程 ,所以必須具有邏輯控制部分，因而 8255 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為 3 個(gè)部分：與 CPU 連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。 :寫入信號，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí) ,即 =0且 =0 時(shí) ,允許 CPU 將數(shù)據(jù)或控制字寫入 8255。 74L373 芯片 74LS373 作為地址鎖存器。當(dāng) 74LS373 用作地址鎖存器時(shí)，應(yīng)使 OE為低電平，此時(shí)鎖存使能端 C為高電平時(shí)，輸出 Q0~Q7 狀態(tài)與輸入端 D1~D7 狀態(tài)相同；當(dāng) C 發(fā)生負(fù)的跳變時(shí)， 輸入端 D0~D7 數(shù)據(jù)鎖入 Q0~Q7。輸出允許端 OE接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。為了配合其它電路不同的電壓， 7407的輸出是集電極開路輸出，也就是 7407的輸出可以加一上拉電阻，電阻接高些的電壓，如 10V，這樣，當(dāng)輸入為低電平時(shí)，輸出就變?yōu)?10V 的高電平。它的包括系統(tǒng)初始化，數(shù)據(jù)處理，故障報(bào)警等。P1 口置數(shù) ,為檢查水位狀態(tài) 做 準(zhǔn)備 MOV A,P1 。 置 0,啟動電動機(jī)供水 AJMP BACK LP2: SETB 。加上查表指令地址的偏移量 MOVC A, A+PC 。調(diào)用N ORG 0100H KEY: ACY ORG 0100H KE 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 29 頁 鍵盤顯示程序： KEY: ACALL KS1 。首列掃描字送入 R2 MOV R4, 00H 。第 1 行無鍵按下，改查下一列 MOV A, 08H 。判斷 8 列掃描完沒有 JNB , KND 。指向 8255 的 PC 口 MOVX A,DPTR 。因此， Proteus 有較高的推廣利用價(jià)值。對
?？梢苑抡?1 系列、 AVR， PIC 等常用的 MCU 及其外圍電路（如 LCD， RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件， ...） 使用 Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī) 系統(tǒng)仿真 設(shè)計(jì) , 是 虛擬仿真技術(shù) 和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運(yùn)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及仿真軟件的操作能力；在 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 和全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識更容易接受，更容易提高。全掃描字 00H MOVX DPTR, A 。鍵掃描結(jié)束，出口狀態(tài)（ A） =鍵號 NEXT: INC R4 。第 0 行有鍵按下，首鍵號 00H 送入 A AJMP KN 。 鍵按下（ A）≠ 0 轉(zhuǎn)去列掃描 ACALL DISPLAY AJMP KEY 。延時(shí) 1ms DL1: NOP NOP DJNZ R3, DL1 RET TAB: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH, 7DH DB 07H, 7FH, 67H, 77H, 7CH, 39H, 5EH DB 00H, 00H, 76H, 79H, 38H,38H, 3FH,00H 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 28 頁 鍵盤程序 鍵盤流程圖： 開始 掃描整個(gè)鍵盤 有鍵按下否？ 調(diào)用顯示子程序延遲 8ms 兩次調(diào)用顯示子程序 有鍵按下否？ 判斷按下鍵的鍵號 鍵號放入堆棧 鍵釋放了嗎？ 鍵號送累加器 A 返回 Y N ORG 0100H KEY: ACALL KS1 。數(shù)據(jù)指針指向 B 口 MOV A, R0 。停電動機(jī) LP4: SJMP LP4 。是 B 鍵？是就復(fù)位 ACALL RESEI LOOP3: CJNE A, 0CH, MAIN 。其中主控程序是核心。 輸入是高電平，輸出是低電平。 在 MCS51 單片機(jī)系統(tǒng)中，常采用 74LS373 作為地址鎖存器使用，其連接方法如上圖所示。 (2).當(dāng) 1 腳是低電平時(shí) ,只要 11 腳 (鎖存控 制端 ,G)上出現(xiàn)一個(gè)下降沿 ,輸出 2(Q0)、 5(Q1)、 6(Q2)、 9(Q3)、 12(Q4)、 15(Q5)、 16(Q6)、 19(Q7)立即呈現(xiàn)輸入腳 1 1 1 18 的狀態(tài) . 鎖存端 LE 由高變低時(shí)，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 LE 端再次有效。 A1,A0:地址選擇線 ,用來選擇 8255 的 PA 口 ,PB 口 ,PC 口和控制寄存器 。 :芯片選擇信號線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí) ,即 =0時(shí) ,表示芯片被選中，允許 8255 與 CPU 進(jìn)行通訊 ； =1 時(shí) ， 8255 無法與 CPU 做數(shù)據(jù)傳輸 。 8255 作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的 3 個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。（擴(kuò)展有外部 ROM 時(shí)讀取完內(nèi)部 ROM 后自動讀取外部 ROM）。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 RST：復(fù)位輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 相關(guān)芯片介紹 單片機(jī) 89C51 芯片 89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位 微處理器 ，俗稱 單片機(jī) 。例如：被按按鍵是圖 68 中虛線所包絡(luò)的鍵，則 CPU 獲得的行值為 02H（ L1為低電平）、列值為 17H(R3 為低電平 )。對鍵盤掃描還應(yīng)有一個(gè)去抖動的過程，即當(dāng)有鍵按下時(shí)， CPU 不立即對鍵輸入信息作處理，一般過 510ms后再次掃描鍵盤，如果這個(gè)鍵還是按下，則確定有鍵按下，此時(shí) CPU 才做出相應(yīng)的處理。 圖 34 行列式鍵盤結(jié)構(gòu)示意圖圖 鍵盤接口應(yīng)具有以下功能： （ 1）鍵盤掃描功能，即檢測是否有鍵閉合； （ 2）鍵盤識別功能，即確定被閉合鍵所在的行列； （ 3）產(chǎn)生相應(yīng)的鍵的代碼（鍵值）功能； （ 4）消除按鍵抖動及對付多鍵串按（復(fù)鍵）功能。依次改變端口 A 輸出為高電平的位以及端口 B 輸出對 應(yīng)的數(shù)據(jù)段， 6 位 LED 顯示器就顯示出緩沖器中字符數(shù)據(jù)所確定的字符。 所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。 74LS373 用于鎖存地址，單片機(jī)的 P0． 0～ P0． 7 通過復(fù)用方式分別接鎖存器 74LS373 的 DO～ D7 和存儲器 2764 的 D0～ D7端，地址鎖存信號線 ALE 接鎖存器的 OE 端，通過軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)信息的傳輸，鎖存器的輸出端 O0～ O7與存儲器地址線 A0～ A7 相連，剩余的 3根地址線 A8～ A11 接P2． 0～ P2． 2．單片機(jī)選通引腳麗接存儲器 OE 端，因只擴(kuò)展一片存儲器，片選端 CE 接地。將單片機(jī)的 P1． 0 端口接開關(guān) 1， P1． 1端口接開關(guān) 2。 （ 2）用塑料尺、導(dǎo)線等設(shè)計(jì)一個(gè)水塔水位傳感器。 + 5 VbcABC水 塔 水 位 控 制 原 理 圖傳 感 器底 部下 限上 限P1 . 0P1 . 10 ： 電 機(jī) 工 作1 ： 電 機(jī) 停 止0：電機(jī)工作 1：電機(jī)停止 圖 23