【正文】 輸出數(shù)字信號(hào)。 3) 8155 I/O 擴(kuò)展模塊 ，由于系統(tǒng) I/O 資源有限，必須進(jìn)行 I/O 口擴(kuò)展。 4） 能夠進(jìn)行流量恒定控制，使輸出流量恒定。 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 6 頁(yè) 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 總體功能設(shè)計(jì)分析 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是以工業(yè)水箱作為模型 （其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21） ，基于單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)其溫度，液位，壓力，流量進(jìn)行控制。例如，在工業(yè)測(cè)控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。 串行 擴(kuò)展技術(shù) ： 在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，通用型單片機(jī)通過(guò)三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。 高性能化 ： 主要是指進(jìn)一步改進(jìn) CPU 的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。允許使用的電壓范圍越來(lái)越寬，一般在 3～ 6V 范圍內(nèi)工作。另外還有 LG 公司也生產(chǎn)單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)展到今天可以說(shuō)種類(lèi)繁多性能各異。 3） 體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。MCS48 的推出是在工控領(lǐng)域的 探 索，參與這一 探 索的公司還有 Motorola 、 Zilog等，都取得了滿意的效果。 它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、 內(nèi)存 、內(nèi)部和外部 總線 系統(tǒng)，目前 大部分還會(huì)具有外存。因此，搭建一個(gè)小型的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)省去很多麻煩，這個(gè)在工業(yè)應(yīng)用中尤為重要。 隨著控制技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的自動(dòng)控制技術(shù)被應(yīng)用到工業(yè)中。 sound and light automatic alarm. The whole system is structures convenient, inexpensive and has certain practical value. The control system design process is： ① alarm parameters keyboard input and display。第二章介紹了控制系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)分析以及方案設(shè)計(jì)。溫度、液位、壓力、流量是水箱控制中最常用的控制量，可以應(yīng)用于很多控制方案中。 （ 2）完成畢業(yè)實(shí)習(xí)調(diào)研以及實(shí)習(xí)報(bào)告的撰寫(xiě) 。 學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) （ 1）查閱收集資料、熟悉設(shè)計(jì)原始資料、完成相關(guān)不少于 10000 個(gè)字符的外文資料翻譯。 論文各部分內(nèi)容及時(shí)間分配：（共 14 周） 第一部分 調(diào)研準(zhǔn)備和資料搜集 （ 2 周） 第二部分 方案設(shè)計(jì)和元器件采購(gòu) （ 2 周） 第三部分 硬件制作 （ 3 周） 第四部分 軟件調(diào)試 （ 4 周） 第五部分 系統(tǒng)集成，撰寫(xiě)畢業(yè)論文 （ 2 周） 評(píng)閱及答辯 評(píng)閱答辯 （ 1 周） 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 III 頁(yè) 備 注 指導(dǎo)教師： 年 月 日 審 批 人： 年 月 日 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 IV 頁(yè) 摘要 工業(yè)中很多控制問(wèn)題都可以歸結(jié)于水箱控制問(wèn)題，研究水箱控制系統(tǒng)具有很好的科研和實(shí)用價(jià)值。 本論文詳細(xì)論述了怎樣實(shí)現(xiàn)水箱溫度、液位、壓力、流量的自動(dòng)控制，第一章簡(jiǎn)要的 介紹了水箱溫度、液位、壓力、流量自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，以及單片機(jī)控制系統(tǒng)概述。 time and calendar display。比如：在水塔供水系統(tǒng) 、 高位水箱供水系統(tǒng) 、 汽車(chē)水箱供水系統(tǒng) 、 液壓泵供油系統(tǒng)等系統(tǒng)中都有廣泛的應(yīng)用。但是這樣做并不方便，一是抽水的時(shí)候人必須在旁邊守著，二是不知道水抽滿了沒(méi)有，還得擔(dān)心水溢出來(lái)，三是不知 道水何時(shí)會(huì)用完。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來(lái)。以 Intel 公司的 MCS48 為代表。 2） CPU 外圍功能單元的集中管理模式。 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 3 頁(yè) 當(dāng)前世界范圍內(nèi)單片機(jī)的發(fā)展領(lǐng)域 目前世界范圍內(nèi)單片機(jī)發(fā)展的主要領(lǐng)域有 4 個(gè)：一是歐美，最新 開(kāi)發(fā)產(chǎn)品及主要廠商有： National semiconductor 的 cop8 系列單片機(jī)，美國(guó)的 Scenix 的八位單片機(jī)，荷蘭 PHILIPS 的 51 系列單片機(jī)，美國(guó) AMD 公司 186 系列 16 位嵌入式微機(jī)控制器， MOTOROLA 的各個(gè)系列單片機(jī)；二是日本， TOSHIBA 公司開(kāi)發(fā)了從 4 位到 64 位多系列單片機(jī)，日立公司也有從 4 位到 32 位多系列單片機(jī)，NEC 公司的 75X、 78X 系列微機(jī)；三是臺(tái)灣地區(qū)，主要有 WINBOND 的W741/W51 W78/W77 等系列產(chǎn)品微控制器；四是韓國(guó)，主要有 HYUNDAI microelectronics 的 GMS800、 GMS30 系列微控制器。 低電壓化 ： 幾乎所有的單片機(jī)都有 WAIT、 STOP 等省電運(yùn)行方式。目前，單片機(jī)內(nèi) ROM最大可達(dá) 64KB， RAM 最大為 2KB。除了一般必須具有的 CPU、ROM、 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 DMA控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時(shí)器、液晶顯示驅(qū)動(dòng)器 等等 。 3. 單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用 單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。單片機(jī)將使人類(lèi)生活更加方便、舒適、豐富多彩。當(dāng)壓力低于或者高于設(shè)定的范圍時(shí)，能夠自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的控制設(shè)備，并進(jìn)行聲音和 LED 燈報(bào)警。 2) ADC0809 模塊，主要用于模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換，輸出為數(shù)字信號(hào)。 CPU INTEL P8031 ADC0809模塊 傳感器 4 傳感器 1 LCD 12232A模塊 8155 模塊 鍵盤(pán) 接口 DS12887時(shí)鐘模塊 系統(tǒng)控制 模塊 圖 22 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 8 頁(yè) 系統(tǒng)軟件模塊 根據(jù)系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)分析，本系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì)模塊組成如下 ： 1) 參數(shù)輸入 模塊 ， 交互式輸入系統(tǒng)的報(bào)警上限和報(bào)警下限，以提供系統(tǒng)報(bào)警的數(shù)據(jù)。 圖 31 MCS51 引腳圖 8031 是 MCS51 系列單片機(jī)的產(chǎn)品，產(chǎn)品型號(hào)的不同主要是內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的差別，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同。 3. 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 MCS51 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出時(shí)，可用中斷方式控制程序轉(zhuǎn)向。在長(zhǎng)距離通信時(shí)， 傳輸線的成本急劇增加。為了區(qū)分是對(duì)那一路輸入信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，有三個(gè)通道地址號(hào) ADDA， ADDB 和ADDC 來(lái)決定是那一路模擬信號(hào)被選中并送入 A/D 轉(zhuǎn)換器去轉(zhuǎn)換。這個(gè)信號(hào)可以作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號(hào)來(lái)查詢，也可以直接用作中斷請(qǐng)求信號(hào)。模擬開(kāi)關(guān)的作用和 8選 1 的數(shù)據(jù)選擇器的作用相似，但是輸入和輸出都不是數(shù)字量而是模擬量。當(dāng)然，同時(shí)還可以外擴(kuò) I/O 口和定時(shí)／計(jì)數(shù)器，具有一塊芯片多種功能的特點(diǎn)。 ALE：地址鎖存信號(hào)。低電平有效。根據(jù)定時(shí)器的工作方式，它可以輸出方波或脈沖。 8155 的聯(lián)絡(luò)信號(hào)只有 A， B 各 —組。 CPU 在中斷服務(wù)程序中把數(shù)據(jù)寫(xiě)到 8155，并使 BF 變高，以通知外 設(shè)可以開(kāi)始接收和處理數(shù)據(jù)，外設(shè)處理完數(shù)據(jù)后再以 STB 信號(hào)來(lái)應(yīng)答。這里的 8 位控制位全部用于 I/O 口和定時(shí)器的方式控制，沒(méi)有特征位。 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 INTRA A 口中斷請(qǐng)求 ABF A 口緩沖器滿 /空 INTEA A 口中斷允許 INTEB B 口中斷請(qǐng)求 BBF B 口緩沖器滿 INTEB B 口中斷允許 TIMER 定時(shí)器中斷（計(jì)滿時(shí)為高電平，讀出狀態(tài)字或硬件復(fù)位為低電平） 圖 35 8155 狀態(tài)字格式 注意，對(duì)命令／狀態(tài)寄存器寫(xiě)入的一定是控制命令，控制命令不能 讀出查詢。 寄存器 B： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SET PIE AIE UIE SQW DM 12/24 DSE SET 位為 0 時(shí)，每秒計(jì)數(shù)一次， 置 1 后，更新轉(zhuǎn)換被禁止； PIE、 AIE、 UIE 位當(dāng)它們?yōu)?1 時(shí)，分別允許周期中斷、報(bào)警中斷和時(shí)鐘數(shù)據(jù)更新結(jié)束中斷，為 0 時(shí)，禁止中斷產(chǎn)生； SQWE 位當(dāng)其為 1 時(shí)，按以寄存器 A 中由 RS3 RS2 RS1 RS0 設(shè)定的頻率從SQW 引腳輸出方波，當(dāng)其為 0 時(shí)， SQW 為低電平； 當(dāng) DM 為 1 時(shí)選用二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式，反之為 BCD 數(shù)據(jù)格式； 12/24 位為 1 時(shí)，指定 24 小時(shí)時(shí)間格式，否則為 12 小時(shí)時(shí)間格式； DSE 為 1 時(shí)允許夏時(shí)制發(fā)生。12232A的 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖 38所示 圖 38 12232A的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 SED1520 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器集行列驅(qū)動(dòng)器和控制器于一體，被廣泛應(yīng)用于小規(guī)模液晶顯示模塊。 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 20 頁(yè) 當(dāng)需要修改日歷時(shí)鐘時(shí)，需要先使 SET 位置 1，當(dāng)需要讀日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)時(shí)，必須先查詢寄存器 A 中的 UIP 位，只有當(dāng)其為 0 時(shí)，才能進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)。 DS12887 時(shí)鐘 模塊 在單片機(jī)中使用時(shí)鐘日歷是非常有用的，它不僅能夠進(jìn)行時(shí)鐘日歷顯示還 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁(yè) 能記錄數(shù)據(jù)產(chǎn)生的準(zhǔn)確時(shí)間。 從命令 /狀態(tài)寄存器還可以讀出各 I/O 口和定時(shí)器的工作狀態(tài)。 8155 直接使用地址 /數(shù)據(jù)輸入線 AD0～ AD7 中的低 3 位，區(qū)分內(nèi) 部端口的地址。當(dāng) CPU 開(kāi)始讀取輸人數(shù)據(jù)時(shí) (RD 信號(hào)下降沿 )， INTR 信 號(hào)恢復(fù)低電平。但 A 口和 B 口是工作在一般方式 (無(wú)條件傳送 )還是在選通方式 (如中斷傳送 )卻不是由 A 口和 B 口的方式確定，而是由 C 口的方式確定。也是低電平有效。它的分時(shí)復(fù)用功能和 MCS51 芯片的 P0 口功能完全一致。它的內(nèi)部有三個(gè)雙向I/0 通道 A， B 和 C，還有一個(gè) 2568 位靜態(tài) RAM，因此，必須有控制信號(hào)來(lái)決定是 I/O 操作還是 RAM 操作。 ADC0809 在 ALE=1 期間，模擬開(kāi)關(guān)的地址 （ ADDA,ADDB,ADDC） 存入地址鎖存器，在 ALE=0 時(shí)，地址鎖存，輸入啟動(dòng)信號(hào) START 的上升沿復(fù)位ADC0809，它的下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換， EOC 為輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，正在轉(zhuǎn)換時(shí)為 0，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為 1， OE 是另一個(gè)輸入控制信號(hào)，在轉(zhuǎn)換開(kāi)始結(jié)束后開(kāi)始有效，用來(lái)打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)以便從 0809 輸出這次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 VREF（ +） 和 VREF（ ） 都是 A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓。 ALE：地址鎖存 信號(hào)。 7. 時(shí)鐘電路 MCS51 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的時(shí)序脈沖，但需外接晶體振蕩器和振蕩電容。計(jì)數(shù)的最大值也限定了計(jì)時(shí)的最大值。 西南交通大學(xué)本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 10 頁(yè) 2.