2022年水塔水箱水位自动控制器 .pdf

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1、总目录第一部分任务书第二部分开题报告第三部分毕业设计正文名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 1 页第一部分任务书名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 2 页天津现代职业技术学院毕业设计任务书系 部电子信息工程系指导老师辜志刚职称学

2、生姓名许美娜班级G08-2 学号0872230 设计题目水塔水箱水位自动控制器的设计设计内容目标和要求一、毕业设计内容和目标：本设计的单片机电阻控温系统设计过程及实现方法。热电偶将炉温变换为模拟电压信号, 经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器, 信号放大后送模 / 数转换器转换为数字量送单片机。同时, 热电偶的冷端温度也由 IC 温度传感器变为电压信号, 经放大和转换后送单片机。通过检测锅炉温度的来实现自动控制外部设备的运行, 如当传感器检测到水温过高时, 转换成电压经过模 / 数转换送入单片机, 通过比较程序输出信号控制光电耦合器的通短来控制继电器的输入电流通短 , 再通过继电器来控制外部设备如

3、水泵的运行情况。温度过低时关闭输出, 而关闭水泵的输入即减少了冷水吸收热量,当温度升高后又打开水泵, 这样实现循环控制. 而通过数码显示我们可以观看锅炉各个点的温度, 来判断运行是否正常。二、毕业设计论文要求：（1）收集、整理与毕业设计有关领域的信息资料；（2）完成本毕业设计方案的设计；（3）完成本毕业设计电路原理图设计；（4）完成本毕业设计程序流程图和汇编语言源程序设计；（5）根据本毕业设计的设计、编程、工作过程，形成符合学校名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，

4、共 33 页 - - - - - - - - - 第 3 页规定的毕业设计书面文档。教研室审核系部审核名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 4 页第二部分开题报告名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 5 页毕业设计（论文）开题报告书

5、（表 1）学生姓名许美娜专业应用电子技术班级G08-2 学号0872230 题目水塔水箱水位自动控制器的设计【课题的内容与要求 】本设计的控制任务要求用单片机实现, 数码管显示。单片机是将RAM,ROM,定时器/ 计数器以及输入 / 输出(I/O) 接口电路等计算机主要部件集成在一块芯片上, 这样所组成的芯片级微型计算机称为单片微型计算机, 简称单片微机或单片机。由于单片机的硬件结构与指令系统都是按工业控制要求设计的, 常用于工业的检测和控制当中，因而也称为是微控制器或嵌入式控制器。单片机的特点：1. 具有优异的性能价格比；2. 集成度高，体积小，可靠性高；3. 控制功能强； 4. 低电压 ,

6、 底功耗。【前言】近几十年来，自动控制技术迅猛发展，在工农业生产运输，国防建设和航空，航天事业等领域中获得广泛的应用。随着生产和科学技术的发展， 自动控制技术至今已渗透到各种科学领域，成为促进当今生产发展和科学技术进步的重要因素。比如在生活方面的温度调节、湿度调节、自动洗衣机、自动售货机、自动电梯、空气调节器、 电冰箱、自动路灯、自动门、保安系统等。 在工业方面主要分为两大类：一类是气体、液体、粉体、石油化工制药、轻工食品、建材等行业。需要对温度、压力、物位、流量、成分等参数进行控制。另一类是对已成型材料的进一步加工或者对多种已成型材料的装配，主要控制位移、速度、角度等参数这些都需要应用自动控

7、制学科的知识。【方案的比较与评价】单片机正是由于它单芯片的结构形式与所采用的半导体工艺，使其在速度、功耗、成本上和多芯片系统相比具有较大的优势。它侧重的是增强对测控对象的控制功能，提高工业环境下的可靠性，构成灵活、方便的应用计算机系统的界面接口。其主要特点归纳起来有五点：（1）性价比高；(2) 集成度高，可靠性好；（3）功能完善，接口多样； （4）低功耗、低电压；（5）总线多样，易于扩展。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 33 页 - - - - - - -

8、 - - 第 6 页【预期的效果及指标】水塔水箱水位控制器主要完成的功能是对水塔水位控制，完成其供水的作用。 此控制器主要是在水塔无人值班的情况下工作，所以它必须能自动对水塔水位进行采样对水位输入信号进行分析，于己设置号的水位参数尽心比较，控制电机水泵的开启、停机实现水位的调节。 系统中要求配置两台电机以一备（B电动机）一用（A电动机） ，当工作电机在污水时被启动，在规定的时间内若无法启动时；自动切除工作电机，选用第二台电机工作， 并发出声光报警。 又会实现发生特殊情况时要强行启动或关闭电机。系统还要求配置低水位，中水位，高水位灯光显示；电动机运行灯光显示来表示水塔的水位状态和电动机的运行情况

9、。【参考文献】1 黄仁欣 . 单片机原理及应用技术 . 清华大学出版社 .2005 2 李广弟 . 单片机基础 . 北京航天大学出版社 .2001 3 胡文金 . 单片机应用技术实训教程. 重庆大学出版社 .2005 4 刘文涛 . 单片机开发实例 . 清华大学出版社 .2005 5 王义方 . 微型计算机原理及应用 . 机械工业出版社 .1997 6 王治刚 . 单片机应用技术与实训 . 清华大学出版社 .2004 7 张毅坤 . 单片微型计算机原理及应用. 西安电子科技大学出版社 .1998 8 任为民 . 电子技术基础课程设计 . 中央广播电视大学出版社.1997名师资料总结 - - -

10、精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 7 页第三部分毕业设计正文目录第一章引言 . 9第二章单片机水塔水箱水位控制器的原理 . 10 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 8 页2.1 单片机概述 . 10 2.1.1 单片机的发展概况 . 11 2.1.

11、2 80C51系列单片机 . 11 2.2 水塔水箱给水设备原理. 错误！未定义书签。2.3 80C51 单片机控制系统原理 . 12 2.3.1 80C51单片机控制部分结构说明. 12 2.3.2 单片机水箱控制系统工作原理. 12 第三章单片机水塔水箱水位控制器硬件设计 . 14 3.1 单片机水塔水箱水位控制器系统硬件简介. 14 3.1.1 数据采集及处理模块 . 14 3.1.2 光电隔离简介 . 19 3.1.3 给水泵电机主控回路介绍 . 错误！未定义书签。3.2 80C51 水箱控制系统主控硬件部署方案. 20 3.2.1 80C51单片机实现控制功能说明. 20 3.2.2

12、 74LS373芯片实现系统功能说明. 21 3.2.3 EPROM2764芯片实现系统功能说明. 22 第四章单片机水塔水箱水位控制器程序设计 . 25 4.1 程序概要设计 . 25 4.2 控制器程序原理 . 25 4.2.1 系统主程序原理以及流程框图. 25 4.2.2 自动模式子程序原理以及流程框图. 26 4.2.3 手动模式子程序原理框图以及流程框图. 27 结束语 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32水塔水箱水位自动控制器的设计摘 要 大型水塔水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件，它的性能和工作质量的优良名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

13、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 9 页不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。在过去， 大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，时刻监控水箱的环境， 夜间的监控等等，操作员稍有疏忽，或者简易的监则器件损坏，将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全等。所以，对水箱控制， 如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产

14、的效率。本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术，以单片机为核心控制水箱的水位，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。【关键词】单片机水位控制报警第一章引言水塔水箱水位控制系统是我国广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制精度低、 能耗大的缺点， 而自动控制的原理， 一句用水量的变化自动调节协同的运行参数， 保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次的实验证明，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。该系统采用单片机实现了水塔水位的自动控制，设计出一种成本低、 高实用价

15、值的水塔水位控制器。 它能自动完成上水停水的全部循环，保证液面高度处于较理想的范围内，它结构简单，制造成本低，灵敏度高，节约能源显著，适用于各种高层液体储存的理想设备。不论社会经济如何飞速， 水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。一旦断了水， 轻则给人民生活带来极大的不便， 重则可能造成严重的生产事故及损失，从而对供水系统提出了更高的要求，满足及时、准确、安全充足的供水。如果仍名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 33 页 - - - - - - - - -

16、 第 10 页然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，由此必须进行自动化控制系统的改造。 从而实现提供足够的水量、 平稳的水压、 水塔水位的自动控制有设计成本低、高实用价值的控制器。单片机，一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分，它的诞生使众多自动化控制系统得以实现。单片机以它功能强大，设计简单，制造廉价，支持指令集较多。所以应用到众多系统开发中。因此，基于单片机的水塔水箱水位控制器研究有着重要的意义。第二章单片机水塔水箱水位控制器的原理2.1 单片机概述单片微型计算机（ Single Chip Microcomputer,SCM）简称单片机，是把微型计算机的基本功能部

17、件（中央处理器CPU 、数据存储器 RAM 、程序存储器 ROM 、定时/ 计数器以及 I/O 接口等）集成在一块芯片上的一种微型计算机。随着SCM在架构上的不断发展， 新一代单片机不断涌现， 这些单片机的控制功能被不断扩充，许多外围功能部件被内装化，如A/D、PWM、WDT 等，所以已不能用 SCM 来准确表达其内涵了。目前国际上统一称单片机为MCU 。在国内，因单片机一词已约定俗成而继续沿用，但其内涵应该对应MCU 。由于单片机主要是面向控制的，因此又称其为微控制器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整

18、理 - - - - - - - 第 11 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 11 页2.1.1 单片机的发展概况单片机的诞生是计算机发展史上一个重要的里程碑，标志着计算机在控制领域形成了一个独立的分支嵌入式系统，从此计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支齐头并进的时代。从其诞生至今的30 年，单片机已发展形成上百种系列的近千机种。 以领跑的 Inter公司 MCS 系列单片机为主线来看，单片机的发展大致经历了以下几个阶段：1976-1979 年为单片机的探索阶段。1976 年 Inter公司推出 MCS-48系列单片机，将 CPU 和计算机基本功能部件集成

19、到一个芯片上，SCM 一词即由此而来。第一代 8 位通用单片机的诞生， 开创了嵌入式系统与通用计算机完全不同的独立发展道路，表明 Inter在工控领域的创新探索获得成功。1979-1982 年为单片机完善阶段。 1980 年 Intel公司在 MCS-48基础上推出了 MCD-51 系列高性能 8 位单片机，开始配备串行通信接口(UART)，并奠定了典型的通用总线型的单片机架构。 单片机发展到了一个全新阶段， 应用领域更加广泛。1982-1990 年为 16 位单片机更进一步发展阶段。1983 年 Inter公司推出了MCS-96系列单片机，将AD、PWM、WDT 等用于测控系统的部件内装在芯

20、片中，体现了单片机的微控制器特征。嵌入式计算机系统走上了单芯片化发展道路。1989 年以来为控制器的全面发展阶段，单片机正朝着高性能和多品种的方向发展。一方面，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8 位、16 位、32 位通用型单片机。 1989年 Inter公司推出的 i80860 ，采用 0.8m 核心技术，晶体管数量为 255 万个，一度是世界上最快的超级单片机（RISC处理器） 。另一方面，出现了小型廉价的专用型单片机。随着超大规模集成电路 (VLSI)工艺技术发展， 有可能把所需的外围电路全部装入单片机内，这种芯片称为系统级芯片。专用单片机的发展呈SoC化趋势是目前单片机的发展热点之

21、一。2.1.2 80C51系列单片机此后，引领单片机发展的 Inter公司忙着开发其个人计算机微处理器，将其80C51内核使用权转让给Atmel、Philips、NEC 、SST 、Winbond等著名 IC 制造名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 12 页商。众多 IC 制造商竞相研制和开发与80C51单片机兼容的各具增强特色的单片机，如 Atmel 公司的 89C51和 89S51 、Philip公司的

22、P89C51 、Winbond公司的W78E51B 以及 Hyundai 公司的 GMS97C51 等。单片机园地里品种异彩纷呈，争奇斗艳。80C51变成有众多 IC 制造商支持并开发出上百个机种的大家族，先统一称其为新一代的80C51 。2.3 80C51 单片机控制系统原理2.3.1 80C51单片机控制部分结构说明本系统采用的单片机引脚具体控制如下：P1口和 P3口为输入输出检则信号和控制信号。下面是芯片引脚具体分配：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。 （

23、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，低电频有效动作。P3.6：手动停 M1输入信号，低电频有效动作。P3.7：手动停 M2输入信号，低电频有效动作。2.3.2 单片机水箱控制系统工作原理当水箱水位低时，起动M1 、M

24、2给水，水位上升到90% ，停 M1 ；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 13 页当水箱水位低低（小于50% ）时，同时起动M1 、M2 ；当水位上升到 50% 以上 70% 以下时，停 M2 ，M1继续运行到水位上升到90% 以上才停止工作。经过数据统计，得到以下数据：水位从 50%-70% ，两台泵运行需要约10分钟；水位从 70%-90% ，一台泵运行需要约15分钟。水箱的水位一般保持在70%-90%

25、 。报警控制如下：当水位高与 90 开度的时候，由传感器经变送器发送信号，LG闭合，系统水位高报警。当水位低于 75 开度的时候，由传感器经变送器发送信号，LD闭合，系统水位低报警。当水位低与 50 开度的时候，由传感器经变送器发送信号，LDD闭合，系统水位低低报警。手动/ 自动模式转换控制如下：全自动模式下，系统自动判断水位的状况，选择不同的工作状态。手动的模式下，两台给水泵的运行控制可由人工自己操作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 33 页 - -

26、- - - - - - - 第 14 页第三章单片机水塔水箱水位控制器硬件设计3.1 单片机水塔水箱水位控制器系统硬件简介3.1.1 数据采集及处理模块单片机是则量系统数据交换中心， 此控制器采用的是80C51单片机在全静态工作时振荡器频率为012MHz 。目前， 8051 单片机在工业检则控制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， 配接各种外部设备， 完成工业自动化的实现。 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

27、存储器ROM ；四个 8 位并行的 I/O 接口 P0-P3；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

28、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用来存放下一条将名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

29、 - - - - - - - 第 15 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 15 页要执行的指令，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。数据存储器， RAM ，片内为 128B,片外最多可外扩 64KB 。数据存储器来存储单片机运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。片内的 128B的 RAM ，以高速 RAM 的形式集成在单片机内，可以加快单片机运行的速度，而且这种结构的RAM 还可以降低功耗。程序存储器， ROM ，用来存储程序， 80C51为 4KB ROM 。如果片内只

30、读存储器的容量不够，则需要用扩展片只读存储器，片外最多可以扩展到64KB 。中断系统，具有 5 个中断源， 2 级中断优先权。定时器 / 计数器，片内有 2 个 16 位的定时器 / 计数器，具有 4 种工作方式。在单片机的应用中， 往往需要精确的定时， 或对外部事件进行计数， 因而需在单片机内部设置定时器 / 计数器部件。串行口， 1 个全双工的串行口，具有4 中工作方式。可用来进行串行通信，扩展并行 I/O 口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。特殊功能寄存器， SFR ，共有 21 个，用于 CPU 对片内各功能部件进行管理、控制、监视。单片机的时序功能

31、：时钟电路： 80C51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1212MHZ 在使用外部时钟时， XTAL2用来输入外部时钟信号，而XTALI 接地。时序：80C51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16us；在一数情

32、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 16 页对于单周期指令， 当指令操作码读人指令寄存器时，使从 S1P28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 12

33、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 80C51单片机的振荡电路。图如 3-1：图 3-1 80C51震荡电路原理图引脚及其功能说明：80C51单片机的 40 个引脚7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

34、的功能：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；外接晶振引脚 XTAL1和 XTAL2 ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 17 页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

35、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。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（1）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

36、电源VPD（+5V）为内部 RAM 供电，以保证 RAM 中的数据不丢失。（2）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（3）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。（4）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 ）

37、。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。输入/ 输出（ I/O ）引脚 P0口、P1口、P2口及 P3口：(1) P0口（39 脚22脚） ：P0.0P0.7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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -

38、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 18 页对于片内含有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。(2) P1口（1 脚8 脚） ：P1.0P1.7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 EP

39、ROM 编程和进行程序校验时， P0口接收输入的低8 位地址。(3) P2口（21 脚28 脚） ：P2.0P2.7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。(4) P3口（10 脚17脚） ：P3.0P3.7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

40、表 3-1：单片机 P3.0 管脚含义表 1-1 单片机 P3.0 管脚含义表 3-1 P3口的第 2 功能表综上所述， 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；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

41、 （部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 33 页 - - - - - - - - - (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。80C51结构图如图 3-2 下：图 3-2 80C51结构图3.1.2 光电隔离简介水箱的控制器由 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。光电隔离是半导体管敏感器件和发光二极管组

42、成的一种新器件，它主要功能是实现电信号的传送。输入与输出绝缘隔离，信号单向传输，无反馈影响。抗干扰性强，响应速度快。工作时，把输入信号加到输入端， 使发光管发光， 光敏器件在磁光辐射下输出光电流，从而实现电光点的两次转换。继电器隔离是用电信号控制继电器的机械触电来实现隔离控制。输出通过继电器，控制水泵机组的起停和报警，其电路图如图3-3：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 20 页图 3-3 系统控制电路原理

43、图3.2 80C51 水箱控制系统主控硬件部署方案该系统硬件主要由一个80C51单片机，一个 74LS373和一个 EPROM2764 芯片构成。其原理图如下图3-5 所示：图 3-5 80C51水箱控制系统主控原理图3.2.1 80C51单片机实现控制功能说明80C51为数据采集及处理模块核心， 它主要完成系统对水位高低信号是否满足指标的信息采集，对采集到的水位信号通过系统程序进行对信号的判断等处理，根据采集信号的不同， 驱动相应信号对应功能的引脚来实现对水箱水位的控制。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心

44、整理 - - - - - - - 第 21 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 21 页3.2.2 74LS373芯片实现系统功能说明 74LS373是一种带输出三态门的8D锁存器，其结构如图3-6 所示。图 3-6 74LS373结构示意图引脚功能介绍：D0D7为 8 个输入端；Q0Q7 为 8 个输出端；G为数据锁存控制端；当 G为“1”时，锁存器输出端同输入端；当G由“1”变“ 0”时，数据输入锁存器中。OE为输出允许端；当 OE为“0”时，三态门打开；当 OE为“1”时，三态门关闭，输出呈高阻状态。在该基于 80C51单片机水箱控制统中，采用 74LS373作为

45、I/O 接口驱动使用，具体引脚连接如下：其与 80C51连接方法如下：80C51 74LS373 P0.0(32)-D0 (3) P0.1(33)-D1 (4) P0.2(34)-D2 (7) P0.3(35)-D3 (8) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 22 页P0.4(36)-D4 (13) P0.5(37)-D5 (14) P0.6(38)-D6 (17) P0.7(39)-D7 (18) ALE

46、 (30)-LE (11) /OE(1 )、GND(10) 接地 VCC(20)接+5V 注：括号内位引脚编号实际连接请参考图3-8 所示。其中输入端 D0D7接至单片机的 P0口，输出端提供的是低8 位地址， G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE 。输出允许端OE接地，表示输出三态门一直打开。3.2.3 EPROM2764芯片实现系统功能说明 EPROM2764 芯片是 8K*8 字节的紫外线擦出、可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流为 75mA ，维持为 35mA, 读出时间最大为250nS,封装为 28 引脚的双列直插式封装。如图3-7 所示：图 3-7 2764结构图各引脚含义

47、为：A0-A12为 13根地址线，可寻址8K字节；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 23 页 D0-D7 为数据输出线； CE为片选线； OE为数据输出通线； PGM 为编程脉冲输入端； Vpp是编程电影院； Vcc 是住电源。正常工作 (只读) 时，Vpp=Vcc=+5V ，/PGM=+5V 。编程时， Vpp=+25V （高压） ,/PGM端加入宽度为 50ms的负脉冲。在本系统中， EPROM2764

48、 芯片实现的是可编程I/O 接口电路的扩展功能 , 具体引脚连接如下：2764与 80C51引脚连线如下：80C51 2764 P0.0(32)-D0 (11) P0.1(33)-D1 (12) P0.2(34)-D2 (13) P0.3(35)-D3 (15) P0.4(36)-D4 (16) P0.5(37)-D5 (17) P0.6(38)-D6 (18) P0.7(39)-D7 (19) P2.0(21)-A8 (25) P2.1(22)-A9 (24) P2.2(23)-A10(21) P2.3(24)-A11(23) P2.4(25)-A12( 2) /PSEN(29)-/OE(2

49、2) /CE (20)接地VCC 、PGM 、VPP接+5V 74LS373与 2764引脚连接如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 24 页74LS373 2764 Q0(2) -A0 (10) Q1(5) -A1 (9) Q2(6) -A2 (8) Q3(9) -A3 (7) Q4(12) -A4 (6) Q5(15) -A5 (5) Q6(14) -A6 (4) Q7(19) -A7 (3) 注：括

50、号内位引脚编号实际电路连接图如图3-8 所示：图 3-8 基于 80C51单片机的水箱控制系统电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 33 页 - - - - - - - - - 第 25 页第四章单片机水塔水箱水位控制器程序设计4.1 程序概要设计本系统程序开发，使用的语言给汇编语言。程序实现当水位处于LH(高)、LD(低)或 LDD( 低低) 时，报警信号输出，判断泵水方式( 自动或手动 ) 。当水位到达规定容量时，停止泵水。在次程序中，低电平为有效(