水箱单片机控制系统设计.docx
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水箱单片机控制系统设计
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水箱单片机控制系统
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摘要
本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术,以8051单片机为核心控制
庆丰热电公司的800立方米的水箱的水位,并实现了报警和手动、自动切换功能。
该系统操作方便、性能良好,比较符合电厂生产用水系统控制的需要。
本文还详
细的给出了相关的硬件框图和软件流程图,并编制了该汇编语言程序。
关键词:
单片机水位
控制报警
目录
摘要………………………………………………………………………………1
目录………………………………………………………………………………2
一、单片机的说明……………………………………………………………………3
1、8051单片机简介……………………………………………………………3
2、单片机的时序…………………………………………………………………5
3、引脚极其功能…………………………………………………………………6
二、水箱给水设备系统的构成………………………………………………………10
三、本系统8051单片机控制部分……………………………………………………12
四、本系统的工作原理………………………………………………………………13
五、主程序框图………………………………………………………………………14
六、本系统程序清单…………………………………………………………………17
七、附录:
本系统电路图……………………………………………………………21
一8051单片机系统说明
1.8051单片机简介
目前,8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用,因此我们可以在许多单片机应用领域中,配接各种类型的语音接口,构成具有合成语音输出能力的综合应用系统,以增强人机对话的功能。
89C51是Intel公司生产的一种单片机,在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。
每一个单片机包括:
一个8位的微型处理器CPU;一个256K的片内数据存储器RAM;片内程序存储器ROM;四个8位并行的I/O接口P0-P3,每个接口既可以输入,也可以输出;两个定时器/记数器;五个中断源的中断控制系统;一个全双工UART的串行I/O口;片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。
最高允许振荡频率是12MHZ。
以上各个部分通过内部总线相连接。
下面简单介绍下其各个部分的功能。
中央处理器CPU是单片微型计算机的指挥、执行中心,由它读人用户程序,并逐条执
行指令,它是由8位算术/逻辑运算部件(简称ALu)、定时/控制部件,若干寄存器A、B、
B5w、5P以及16位程序计数器(Pc)和数据指针寄存器(DM)等主要部件组成。
算术逻辑单元的硬件结构与典型微型机相似。
它具有对8位信息进行+、-、x、/四则运算和逻辑与、或、异或、取反、清“0”等运算,并具有判跳、转移、数据传送等功能,此外还提供存放中间结果及常用数据寄存器。
控制器部件是由指令寄存器、程序计数器Pc、定时与控制电路等组成的。
指令寄存器中存放指令代码。
枷执行指令时,从程序存储器中取来经译码器译码后,根据不同指令由定时与控制电路发出相应的控制信号,送到存储器、运算器或I/o接口电路,完成指令功能。
程序计数器Pc程序计数器Pc用来存放下一条将要执行的指令,共16位.可对以K字节的程序存储器直接寻址c指令执行结束后,Pc计数器自动增加,指向下一条要执行的指令地址。
CPU功能,总的来说是以不同的方式,执行各种指令。
不同的指令其功自略异。
有的指令涉及到枷各寄存器之间的关系;有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关
系;有的则与外部器件如外部程序存储器发生联系。
事实上,cRJ是通过复杂的时序电路完
成不同的指令功能。
所谓cRJ的时序是指控制器控照指今功能发出一系列在时间上有一定
次序的信号,控制和启动一部分逻辑电路,完成某种操作。
2.时序
1.时钟电路M田—51片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路,XTALI和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。
时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。
采用内部方式时,在C1和C2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器,振荡频率的选择范围为1.2—12MHZ在使用外部时钟时,XTAL2用来输入外部时钟信号,而XTALI接地。
2.时序MGL5l单片机的一个执器周期由6个状态(s1—s6)组成,每个状态又持续2
个接荡周期,分为P1和P2两个节拍。
这样,一个机器周期由12个振荡周期组成。
若采用
12MHz的晶体振荡器,则每个机器周期为1us,每个状态周期为1/6us;在一数情况下,算术和逻辑操作发生在N期间,而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。
对于单周期指令,当指令操作码读人指令寄存器时,使从S1P2开始执行指令。
如果是双字节指令,则在同一机器周期的s4读人第二字节。
若为单字节指令,则在51期间仍进行读,但所读入的字节操作码被忽略,且程序计数据也不加1。
在加结束时完成指令操作。
多数Mcs—51指令周期为1—2个机器周期,只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令,它们需4个机器周期。
对于双字节单机器指令,通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节,但Movx指令例外,Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令,在执行Movx指令期间,外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。
下面是51单片机的振荡电路图:
3.引脚极其功能
MCS—51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚,2个外接晶振的引脚,4个控制或与其它电源复用的引脚,以及32条输入输出I/O引脚。
下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。
1、电源引脚Vcc和Vss
Vcc(40脚):
接+5V电源正端;
Vss(20脚):
接+5V电源正端。
2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1(19脚):
接外部石英晶体的一端。
在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚接地;对于CHOMS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。
XTAL2(18脚):
接外部晶体的另一端。
在单片机内部,接至片内振荡器的反相放大器的输出端。
当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。
对于CHMOS芯片,该引脚悬空不接。
3、控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。
(A).RST/VPD(9脚):
RST即为RESET,VPD为备用电源,所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
当单片机振荡器工作时,该引脚上出现持续两个机器周期的高电平,就可实现复位操作,使单片机复位到初始状态。
当VCC发生故障,降低到低电平规定值或掉电时,该引脚可接上备用电源VPD(+5V)为内部RAM供电,以保证RAM中的数据不丢失。
(B).ALE/P(30脚):
当访问外部存储器时,ALE(允许地址锁存信号)以每机器周期两次的信号输出,用于锁存出现在P0口的低
(C).PSEN(29脚):
片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。
当从外部程序存储器读取指令或常数期间,每个机器周期PESN两次有效,以通过数据总线口读回指令或常数。
当访问外部数据存储器期间,PESN信号将不出现。
(D).EA/Vpp(31脚):
EA为访问外部程序储器控制信号,低电平有效。
当EA端保持高
电平时,单片机访问片内程序存储器4KB(MS—52子系列为8KB)。
若超出该范围时,自动转去执行外部程序存储器的程序。
当EA端保持低电平时,无论片内有无程序存储器,均只访问外部程序存储器。
对于片内含有EPROM的单片机,在EPROM编程期间,该引脚用于接21V的编程电源Vpp。
4.输入/输出(I/O)引脚P0口、P1口、P2口及P3口
(A).P0口(39脚~22脚):
P0.0~P0.7统称为P0口。
当不接外部存储器与不扩展I/O接口时,它可作为准双向8位输入/输出接口。
当接有外部程序存储器或扩展I/O口时,P0口为地址/数据分时复用口。
它分时提供8位双向数据总线。
对于片内含有EPROM的单片机,当EPROM编程时,从P0口输入指令字节,而当检验程序时,则输出指令字节。
(B).P1口(1脚~8脚):
P1.0~P1.7统称为P1口,可作为准双向I/O接口使用。
对于MCS—52子系列单片机,P1.0和P1.1还有第2功能:
P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2;P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。
对于EPROM编程和进行程序校验时,P0口接收输入的低8位地址。
(C).P2口(21脚~28脚):
P2.0~P2.7统称为P2口,一般可作为准双向I/O接口。
当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时,P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。
对于EPROM编程和进行程序校验时,P2口接收输入的8位地址。
(D).P3口(10脚~17脚):
P3.0~P3.7统称为P3口。
它为双功能口,可以作为一般的准双向I/O接口,也可以将每1位用于第2功能,而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。
P3口的第2功能见下表
单片机P3.0管脚含义
引脚
第2功能
P3.0
RXD(串行口输入端0)
P3.1
TXD(串行口输出端)
P3.2
INT0(部中断0请求输入端,低电平有效)
P3.3
INT1(中断1请求输入端,低电平有效)
P3.4
T0(时器/计数器0计数脉冲端)
P3.5
T1(时器/计数器1数脉冲端)
P3.6
WR(部数据存储器写选通信号输出端,低电平有效)
P3.7
RD(部数据存储器读选通信号输出端,低电平有效)
综上所述,MCS—51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点:
1).单片机功能多,引脚数少,因而许多引脚具有第2功能;
2).单片机对外呈3总线形式,由P2、P0口组成16位地址总线;由P0口分时复用作为数据总线。
附:
89C51的管脚如图
二800立方米水箱给水设备系统的构成
800立方米由两台给水泵机组、水箱和三只浮球开关组成,其系统结构如图:
其中M1、M2为给水泵机组,LG、LD、LDD分别为水位高、水位低、水位低低浮球开关,当水位高(大于90开度)时,LG闭合,当水位低(小于75开度)时,LD闭合,当水位低低(小于50开度)时,LDD闭合。
800立方米水箱的控制器由8051系统构成。
为避免电机的起停和电源波动时对电路的影响,输入输出均采用光电隔离。
输出通过继电器,控制水泵机组的起停和报警,其电路图如下:
给水泵电机主控回路图如下:
三本系统8051单片机控制部分结构
本系统采用8051单片机,引脚具体控制如下:
P1口和P3口为输入输出检测信号和控制信号。
下面是8051芯片引脚具体分配:
P1.0:
水位低低输入信号。
(低0高1)
P1.1:
水位低输入信号。
(低0高1)
P1.2:
水位高输入信号。
(高1,低0)
P1.3:
手动与自动转换输入信号。
(手动1,自动0)
P1.4:
M1起动KM1控制输出信号。
(手动1,自动0)
P1.5:
M2起动KM1控制输出信号。
(手动1,自动0)
P1.6:
M1开关状态输入信号。
(开0,关1)
P1.7:
M2开关状态输入信号。
(开0,关1)
P3.0:
水位低低报警输出信号。
P3.1:
水位低报警输出信号。
P3.2:
水位高报警输出信号。
P3.4:
手动起动M1输入信号,低电频有效动作。
P3.5:
手动起动M2输入信号,低电频有效
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