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1、 单片机原理及系统课程设计专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气092 姓 名： 张博 学 号： 200909151 指导教师： 闵永智 评语：平时（40）修改（30）报告（30）总成绩兰州交通大学自动化与电气工程学院2012 年 7月 1日1、引言 1.1 设计内容本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。(1) 完成单片机硬件的设计，包括：CPU、存储器、输入/输出接口以及总线连接部分；(2)完成控制软
2、件的设计；1.2 设计要求(1)因本计算机控制系统还控制有其他多个设备，所以要求水位检测采用中断方式；(2)给出系统硬件电路原理图；(3)给出系统程序流程图、程序清单；(4)以论文格式给出设计报告。2、设计方案及原理2.1 水塔水位控制原理图中虚线表示允许水位变化的上下限。在正常情况下，保持水位在虚线范围内。在图中A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒在上下限水位之间。水塔由电动机带动水泵供水，单片机控制电动机转动就可以达到对水位控制的目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用，B、C棒接通+5V。因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不在给水塔供水。当水位降到
3、下限时，B、C棒都不能与A棒导电，因此b、c两端为0状态。这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。当水位处在上下限之间时，B棒与A棒导通。而C棒不能和A棒导通，因此b端状态为1，c端为0状态。这时，无论是电机已带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位不断下降。都应保持原有的工作状态。如下为水塔水位控制原理图：图1 水位控制原理图3、硬件设计水塔水位的控制机构图如图2所示，硬件连线图如图3所示。273274LS373L 单片机8051报警电路水位检测电路复位电路时钟电路 图2 水塔水位控制结构图3.1 水位检测接口电路为了便于实现水位检测功能，用一个两位的拨码开关模拟
4、b、c端的状态(1、0)，正电极接+5 V电源，每个负电极分别通过47 kQ的电阻(尺1，R2)接地。将单片机的P10端口接开关1，P11端口接开关2。假设被水淹没的负电极都为高电平，此时开关置1；露在水面的负电极都为低电平，开关此时置为0。单片机通过负电极重复采集检测水位，当缺水时(此时两个开关均置0)，电机必须带动水泵抽水；若水位在正常范围内时，检测信号为高，低电平(此时开关1置1，开关2置0)；当水位过高时，检测信号为高电平(此时开关l和2都置1)，单片机检测到P10和P11为高电平后，立即停机3.2 报警接口电路为了避免系统发生故障时，水位失去控制造成严重后果，在超出、低于警戒界水位时
5、，报警信号直接从高、低警界水位电极获得。电机故障报警由单片机控制，电机故障报警信号由P13和P14输人当P15为高电平时蜂鸣器报警。水位超过高警戒水位，单片机控制系统使电机停止转动，向水塔内供水工作也停止。3.3 存储器扩展接口电路为了便于系统扩展，存放大容量应用程序，系统设计扩展一片程序存储器，用于存放源程序代码。74LS373用于锁存地址，单片机的P00P07通过复用方式分别接锁存器74LS373的DOD7和存储器2732的D0D7端，地址锁存信号线ALE接锁存器的OE端，通过软件设置实现地址和数据信息的传输，锁存器的输出端OQ0O7与存储器地址线A0A7相连，剩余的3根地址线A8A11接
6、P20P22单片机选通引脚丽接存储器OE端，因只扩展一片存储器，片选端CE接地。 图3 水塔水位硬件接线图四、软件设计程序流程图如下所示： 图4水塔水位控制程序流程图五、总结通过一周的单片机水塔水位控制设计让我对所学单片机知识做了很好的复习，在解决实际问题时的束手无策使我感到自己所学知识的有限！查阅相关书籍和参考文献是本次设计完成不可缺少的一步，对于水塔水位控制使我在对8031单片机的结构和用途有了进一步的认识和了解。水塔水位控制是通过检测b、c两端输出高低电平的四种不同组合来控制电机的转动，带动水泵给水塔进行加水操作来实现水位的控制。本设计要求较高的编程能力，要求对8031单片机的内部和外部
7、原理理解，通过软件控制、硬件实现。在进行编程是遇到了不少困难，尤其是在要求用中断实现水位检测使此次设计难度上升到一个新的高度，同时也促使我翻阅了更多的书籍，对相关知识得到了进一步的复习与熟练。解决实际问题需要的不仅仅是理论知识，而且要求较强的理论联系实际的能力，完成本设计要求理清水塔水位控制的全过程。才会对软件实现带来方便。画出流程图可以帮助检查程序的错误以及对编程进行指导作用。画出外部接线图也使我对一些绘图软件更加熟悉。纵观整个设计过程，我所能独自完成的甚少，这也反映了所学知识的有限。不能完全地将理论与实践相结合！六、参考文献（1）李华主编.单片机原理及应用.甘肃：兰州大学出版社，2001年
8、（2）胡寿松主编.自动控制原理.第四版.北京：科学出版社，2001年附录一主程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT ORG 0100H MAIN： SETB EA ；开中断 SETB EX0 ；允许外中断0 CLR IT0 ；外中断0电平触发方式 LOOP: ORL P1,#03H ；准备检查水位 MOV A,P1 JNB ACC.0,ONE ；P1.0=0则转移 JB ACC.1.TWO ；P1.1=1则响应中断服务程序 AJMP INT BACK: ACALL D10S ；延时10S AJMP LOOP ONE ： JNB ACC.1,THERR
9、 ；P1.1=0则响应中断服务程序 AJMP INT CLR 93H SETB 92H FOUR: SJMP FOUR THREE: CLR 92H ；启动电机 AJMP BACK TWO : SETB 92H ；停止电机 AJMP BAC延时子程序D10S（延时10秒） ORG 8030H MOV R3，#19H LOOP3： MOV R1，#85H LOOP1： MOV R2，#0FAH LOOP2: DJNZ R2,LOOP2 DJNZ R1,LOOP1 DJNZ R3,LOOP3 RET中断服务程序： INT ： MOV P1,#01H INT1 ： MOV P1，R0 INT2 ： MOV P1,#02H MOV P1,R0 AJMP INT RITI附录二 仿真结果
