【正文】 。 早期的 C 語(yǔ)言主要是用于 UNIX 系統(tǒng)。R》中并沒(méi)有定義一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn) C 語(yǔ)言，后來(lái)由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)在此基礎(chǔ)上制定了一個(gè) C 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，于一九八三年發(fā)表。R》標(biāo)準(zhǔn)。通常簡(jiǎn)稱(chēng)為《 Kamp。T)貝爾實(shí)驗(yàn)室正式發(fā)表了 C 語(yǔ)言。如圖 210 所示： 圖 210 聲光 報(bào)警電路 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 19 第三章 軟件部分 程序框圖 根據(jù)水塔水位控制硬件設(shè)計(jì)的分析要求及電路的特點(diǎn)， 繪制出水塔水位控制程序流程圖，如圖 3 1 所示 ： 圖 31 程序 框圖 時(shí)鐘顯示 水位 1 電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng) 水位 2 電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)指示燈 水位 4 判斷 哪個(gè) 鍵 按下 初始化 有 鍵按下？ 無(wú)限循環(huán) 水位 3 電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)指示燈 報(bào)警燈 蜂鳴器 Sw1 按鍵 （ 手動(dòng)啟動(dòng)） Sw2 按鍵 Sw4 按鍵 Sw3 按鍵 無(wú)限循環(huán) 無(wú)限循環(huán) Y N 時(shí)鐘顯示 時(shí)鐘顯示 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 20 C 語(yǔ)言 程序 部分 C 語(yǔ)言是在 20 世紀(jì) 70 年代初問(wèn)世的。 聲光 報(bào)警 部分 主要由 以 揚(yáng)聲器為代表的聲音報(bào)警部分和以數(shù)碼管為 代表的 光 報(bào)警 部分 ， 它們分別 由 單片機(jī)的 和 接口來(lái)實(shí)現(xiàn)水位的報(bào)警。當(dāng) 按下 K5， 電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng) ， 此時(shí)水塔 中的 水位 會(huì)顯示 1，即 此時(shí)的水位時(shí)水塔總高度的 1/4；當(dāng) 按下 K4， 電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng) ， 此時(shí)水塔 中的 水位 會(huì)顯示 2，即 此時(shí)的水位時(shí)水塔總高度的 2/4；當(dāng) 按下 K3， 電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng) ， 此時(shí)水塔 中的 水位 會(huì)顯示 3，即 此時(shí)的水位 時(shí)水塔總高度的 3/4；當(dāng) 按下K2， 電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng) ， 此時(shí)水塔 中的 水位 會(huì)顯示 4，即 此時(shí)的水位 達(dá)到水滿(mǎn) 狀態(tài) 。 由于基于單片機(jī)的水塔 水位 控制系統(tǒng) 在 Protues 中 進(jìn)行仿真時(shí)， Protues 中 沒(méi)有水塔水位的模型，所以就不能用 實(shí)際的液位 傳感器來(lái)前側(cè)水塔 中 的 實(shí)際 水位。在此電路中 ,按鍵輸入采用低電平有效 。當(dāng) 水塔中的水位過(guò)高時(shí)， 控制電動(dòng)機(jī) 的 繼電器會(huì)自動(dòng)的斷開(kāi) ，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) ；當(dāng)水塔中的 水位過(guò)低時(shí)，控制 電動(dòng)機(jī) 的繼電器 會(huì) 自動(dòng)的吸合， 電動(dòng)機(jī) 開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，水塔中的水位開(kāi)始上升，直到水塔中的水位達(dá)到高位 時(shí)繼電器自動(dòng)的斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)， 電力系統(tǒng) 中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流 電機(jī) ，可以是 同步電機(jī) 或者是異步電機(jī)（電機(jī) 定子 磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與 轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。 電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 及顯示 電動(dòng)機(jī)（ Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成 機(jī)械能 的一種設(shè)備。然后 再將CD4511 的 “ QA， QB， QC， QD， QE， QF， QG” 分別 和 LED 數(shù)碼管 的 數(shù)據(jù)端相連 ，通過(guò) 89C51 的 P3 口的低 4 位來(lái) 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的顯示 。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng) ， 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指 每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多；動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 “ a， b， c， d， e， f， g， dp” 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線(xiàn)控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形 ，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮 ， 通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) ， 在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 15 實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O端口，而且功耗更低。這些段分別由字母 “ a， b，e， f， g， dp” 來(lái)表 示 [14]。 它的 主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用三線(xiàn)接口與 CPU 進(jìn)行 同步通信 ，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的 時(shí)鐘信號(hào) 或 RAM 數(shù)據(jù)。限流電阻要根據(jù)電源電壓來(lái)選取，電源電壓 5V 時(shí)可使用 300Ω 的限流電阻。 下圖是 CD4511 和 CD4518 配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。 LE 是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。 BI 為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。 下面是 CD4511 引腳圖及引腳功能介紹 （ 如圖 23 所示 ）： 圖 23 CD4511 引腳圖 引腳 功能： A0~A3： 二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端 /BI： 輸出消隱控 制端 LE： 數(shù)據(jù)鎖定控制端 /LT： 燈測(cè)試端 QA~QG： 數(shù)據(jù)輸出端 使用 方法： 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 13 其中 A、 B、 C、 D 為 BCD 碼輸入， A 為最低位。 4） . I/O 口 ： 89C51 共有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32 個(gè)引腳。 ① EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端。 ⑶ RST： 復(fù)位。 ② PROG 功能 ：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 3） . 控制線(xiàn) ： 控制線(xiàn)共有 4 根 ： ⑴ ALE/PROG： 地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖 。 下面是 89C51 單片機(jī)引腳圖及引腳功能介紹 （ 如圖 22 所示 ）： 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 11 圖 22 單片機(jī)引腳圖 40 個(gè)引腳按引腳功能大致可分為 4 個(gè)種類(lèi)：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳 。 89C51 的 主要特性為： 與 MCS51 兼容 、 4K 字節(jié)可編程閃爍 存儲(chǔ)器 、 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 為 10 年 、 128*8 位內(nèi)部 RAM、 32 可編程 I/O 線(xiàn) 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍 存儲(chǔ)器 組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 單片機(jī) 的可擦除 只讀存儲(chǔ)器 可以反復(fù)擦除 100 次。 （ 4）具有可擴(kuò)展性 由于工廠的生產(chǎn)工藝在不斷的革新，市場(chǎng)的情況也在不斷的變化，所以單片機(jī)的控制對(duì)象也會(huì)不斷地改變，所需控制的功能也有可能不斷地增加，在設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，也許有些功能當(dāng)時(shí)用不到，但也應(yīng)在輸入 /輸出接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器等方面留有可擴(kuò)展的余地。 （ 3）操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 10 一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的使用者都不是專(zhuān)業(yè)人員，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意使用者的操作要盡量簡(jiǎn)單、方便 。在保證功能實(shí)現(xiàn)和高可靠性的條件下，不必強(qiáng)求 CPU 及元器件的高檔次，能使用8 位機(jī)就不用 16 位機(jī)，能使用中檔就不用高檔機(jī)，能使用 89C51 就不用 89C52。因此，在設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 ， 高可靠性 在每一環(huán) 節(jié)都必須作為設(shè)計(jì) 原則。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，輕則帶來(lái)不便，重則會(huì)造成停止工作 甚至是人員傷亡 。 在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 ， 無(wú)論其技術(shù)要求、應(yīng)用領(lǐng)域還是其規(guī)模大小是否相同，一般應(yīng)遵循以下基本原則 [13]: （ 1）高可靠性 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一個(gè)非常重要的特點(diǎn) 就是 高可靠性。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的含義，從某種意義上說(shuō)，一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 9 單片機(jī) 的介紹 自從 1971 年微型計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致微型計(jì)算機(jī)向兩個(gè)方向發(fā)展：一是高速度、高性能、大容量的高檔微型計(jì)算機(jī)及其系列化，向大、中型計(jì)算機(jī)的 挑戰(zhàn)；另一個(gè)是穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應(yīng)各種控制領(lǐng)域需要的單片機(jī)。 硬件設(shè)計(jì) 電路 總體框架圖 如圖 21 中所示 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 8 圖 21 電路總體框架圖 該圖 是在 Protues 上 進(jìn)行仿真的硬件電路圖。當(dāng) 水位 過(guò)高 或 過(guò)低時(shí)，都會(huì) 發(fā)出 報(bào)警聲和指示燈顯示。 該設(shè)計(jì) 第二章介紹了 “ 基于水塔水位 控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 與 仿真 ”的 硬件 設(shè)計(jì) ，其中包括單片機(jī)的介紹、 89C51 的功能 及引腳介紹、 CD4511 的功能 及引腳介紹 、 LED 數(shù)碼顯示 、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與現(xiàn)實(shí)、水位監(jiān)測(cè)電路等部分組成 ； 第三章 主要介紹軟件部分 ，其中包括 程 序 框圖和 C 語(yǔ)言 程序兩部分組成；第四章 則是 仿真部分，其中 包括 Keil、 Protues 的 介紹，以及 Keil 的調(diào)試部分 和加文件 到 Protues 中 等幾部分組成。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了軟件和硬件雙結(jié)合的的設(shè)計(jì)方法，而軟件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了硬武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 6 件要求。但是 鑒于基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng) 在 Protues 上 進(jìn)行仿真，而 Protues 上 沒(méi)有水塔水位的模型。 從而達(dá)到對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)控制的目的。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 5 圖 12 超聲波發(fā)射電路 圖 13 超聲波接收電路 本設(shè)計(jì) 基于 電阻式 傳感器并 以水塔水位為模型，鑒于單片機(jī)液位測(cè)量裝置的測(cè)量 準(zhǔn)確、重復(fù)性能好、功耗低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以該設(shè)計(jì)以單片機(jī)為基礎(chǔ)的水塔水位控制 系統(tǒng)。超聲波接收電路原理如圖 13 所示，該部分主要由超聲波接收探頭 R 及紅外檢波接收芯片 CX20216A 組成，因接收芯片 CX20216A 的載波頻率為 38KHZ，而上述超聲波發(fā)射電路發(fā)出的超聲波頻率為 40KHZ，兩者較為接近，所以利用該芯片制作超聲波接收電路 .實(shí)驗(yàn)表明 ， 無(wú)超聲波信號(hào)時(shí) CX20216A 輸出高電平，有信號(hào)時(shí)輸出一個(gè)脈沖信號(hào) ， 且具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。超聲波發(fā)射電路原理如圖 12 所示，單片機(jī)的一個(gè)端口發(fā)出 40KHZ 的方波信號(hào)，然后信號(hào)分成兩路送出 ， 其中的一路經(jīng)反向器 74LS4069 后送到超聲發(fā)射管 T 的一個(gè)電極 ， 另一路經(jīng)兩次反向后送到發(fā)射管 T 的另一個(gè)電極 ,這樣做目的是為了增強(qiáng)超聲波發(fā)射強(qiáng)度和提高電路驅(qū)動(dòng)能力 。 (3) 溫度穩(wěn)定性好，投入式液位變送器本身在 0～ 70 ℃ 內(nèi)實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，在信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中加入了溫度補(bǔ)償電路，消除電路溫漂對(duì)精度的影響，從而提高精度。同時(shí)其具有以下特點(diǎn) ： (1)使用壽命長(zhǎng)，液位變送器膜片采用高技術(shù)激光調(diào)制電路，傳感器外殼采用不銹鋼制作。新型水位傳感器即選用 北京英泰德科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的投入式液位變送器 MPM416W/426W，可以達(dá)到對(duì)水位高度的精確檢測(cè)，以利于提高后續(xù)電路控制的精度。 圖 11 電阻式 傳感器 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 4 傳統(tǒng)的水位檢測(cè)通過(guò)設(shè)檢測(cè)點(diǎn)來(lái)完成對(duì)水位的檢測(cè)。 通過(guò)對(duì)傳感器的選擇，可知由傳感器輸出的水位高度信號(hào)是 0 ～ 5 V 的直流電壓。當(dāng)水位處于上、下限之間時(shí)， B 棒與 A 棒導(dǎo)通，因 C 棒不能與 A 棒導(dǎo)通， b 端為 1 狀態(tài)， c 端為 0 狀態(tài)。因此， b， c 兩端均為 1 狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)停止電動(dòng)機(jī)和水泵的工作，不再給水塔供水。 A 棒接 + 5V 電源， B 棒、 C 棒各通過(guò)一個(gè)電阻與地面相連。其中， A 棒處于下限水位。在正常情 況下，應(yīng)保持水位在虛線(xiàn)范圍之內(nèi)。 最常用的 是電阻式傳感器、 壓阻式 壓力傳感器、 超聲波 水位傳感器 等 。 基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心， 通過(guò) 單片機(jī)本身的功能模塊和控制程序 ， 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 水塔 水位做出控制、顯示和 發(fā)出 報(bào)警信號(hào) ?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì) 水塔 水位 的自動(dòng)控制和 監(jiān)測(cè) [11]。 PLC 的一般特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡(jiǎn)單方便、使用方便、維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 [10]， PLC 總的發(fā)展趨勢(shì)是：高功能、高速度、高集成度、大容量