水位控制器设计.docx
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水位控制器设计
第一章概述2
第二章MCS－51单片机简介2
第一节MCS-51单片机的组成2
第二节各组成部分的功能2
一CPU（中央处理器）2
二片内RAM3
三特殊功能寄存器3
四程序存储器3
五并行I/O口3
六串行接口4
七定时器/计数器4
八片内时钟电路4
第三节80C51单片机芯片引脚结构4
第四节单片机工作的基本时序5
一振荡周期5
二状态周期5
三机器周期5
四指令周期5
第三章水位控制器各组成电路6
第一节启动关闭电机图6
第二节显示灯电路图7
第三节报警器电路图7
第四节水位控制原理8
第四章控制电机的状态表格9
第五章水位控制程序10
第六章设计体会12
参考资料：
12
附录13
第一章概述
本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术，以MCS-51系列单片机为核心，组成一个水位自动控制系统，并实现全自动位式进水,六区间式水位显示,满水、低水水位报警,水位传感器故障自检及报警提示,能延时恢复的报警消音等功能。
该系统操作方便、性能良好，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。
第二章MCS－51单片机简介
第一节MCS-51单片机的组成
MCS-51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128K的片内数据存储器RAM；特殊功能寄存器；片内程序存储器ROM；四个8位并行的I/O接口P0-P3；两个定时器/记数器；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路。
第二节各组成部分的功能
一CPU（中央处理器）
功能：
中央处理器由中央控制器和运算器构成。
中央控制器是识别指令，并根据指令性质控制计算机各组成部件进行工作的部件。
包括时钟电路、复位电路、指令寄存器和指令译码器、程序计数器PC、堆栈指针SP、数据指针寄存器DPTR。
单片机内部时钟电路
运算器由算术逻辑单元ALU、累加器ACC、寄存器B、程序状态字PSW组成。
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
…
P
PSW各个单元
二片内RAM
功能：
在单片机中，用RAM来存储程序在运行期间的工作变量和数据，所有成为数据存储器。
三特殊功能寄存器
功能：
用于存放相应功能部件的控制命令、状态或数据的区域。
四程序存储器
功能：
用于存放经调制正确的应用程序和表格之类的固定常数。
五并行I/O口
功能：
不仅可以灵活的选用输入输出，而且还有多种功能。
P3口的特殊功能
六串行接口
功能：
提供与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能器件相连的能力；甚至可用多个单片机相连构成多机系统，使单片机的功能更强和应用更广。
七定时器/计数器
功能：
提供精确的定时，或者对外部事件进行计数。
八片内时钟电路
功能：
计算机的整个工作是在时钟信号的驱动下，按照严格的时序有规律的一节拍一节拍地执行各种操作。
第三节80C51单片机芯片引脚结构
第四节单片机工作的基本时序
一振荡周期
也称时钟周期,是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。
二状态周期
每个状态周期为时钟周期的2倍,是振荡周期经二分频后得到的。
三机器周期
一个机器周期包含6个状态周期S1~S6,也就是12个时钟周期。
在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。
四指令周期
它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。
每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。
MCS-51系统中,有单周期指令、双周期指令和四周期指令。
第三章水位控制器各组成电路
第一节启动关闭电机图
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。
它由发光源和受光器两部分组成。
把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。
发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。
在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。
OPT01SO1光电隔离开关（发光二极管+光敏二极管型）。
三端双向交流开关实质上是双向晶闸管,它是在普通晶闸管的基础上发展起来的，双向晶闸管（TRIAC）是由NPNPN五层半导体材料构成的，相当于两只普通晶闸管反相并联，它也有三个电极，分别是主电极T1、主电极T2和栅极G。
与单向晶闸管相比较，双向晶闸管的主要区别是：
在触发之后是双向导通的；触发电压不分极性，只要绝对值达到触发门限值即可使双向晶闸管导通。
导线（输电线）传输的过程某一段是由保险丝完成的，当线路负荷过大或短路导致线路电流剧增，导线温度升高，当温度达到一定熔点（导线的熔点一般比保险丝熔点高），保险丝熔断，达到切断线路的作用，保护线路及设备遭到更大损害。
第二节显示灯电路图
当P0.0-P0.5中某引脚为高电平时，经过反向器变为低电平；而UCC产生电流流经R5、发光二极管并使其发光。
而当P0.0-P0.5中某引脚为低电平时，经过反向器变为高电平；而UCC产生的电流并不能形成回路，发光二极管不能发光。
第三节报警器电路图
压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。
多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。
当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
当P1.6为高电平时，使晶体管正向偏置，从而导通，VCC经过蜂鸣器、晶体管，从而使蜂鸣器发出声响。
第四节水位控制原理
D
A
F
E
C
B
2
1
图中虚线表示允许水位变化的上下限，在正常情况下，应保证水位在虚线范围内，安装5根金属棒，以感应水位变化情况；其中A棒处于下限水位，F棒处于上限水位，B、C、D、E棒处于上下水位之间，A棒接+5V电压，B、C、D、E、F棒各通过一个电阻与地相接。
由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到水位控制之原理。
供水时水位上升，当达到上限F时，由于水的导电作用，B、C、D、E、F棒连通+5V电源，此时，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4均为1状态，这时应停止电机工作，不再供水。
当水位将到下限B以下时，B、C、D、E、F棒都不能与A棒导通，因此P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4均为0状态，这时应开启电机，开始供水。
当水位处于B、C、D、E、F之间时，维持原有状态。
第四章控制电机的状态表格
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
检测水位
电机状态
0
0
0
0
0
A水位
电机运转并报警
0
0
0
0
1
B水位
维持原样
0
0
0
1
1
C水位
0
0
1
1
1
D水位
0
1
1
1
1
E水位
1
1
1
1
1
F水位
电机停转并报警
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
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0
1
1
0
出现故障，电机停止，并报警
0
1
0
0
0
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0
0
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1
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0
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0
1
0
1
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1
1
1
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1
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0
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
第五章水位控制程序
org0000h
ajmploop
org0100h
loop:
movp0,#0h;为检测水位状态做准备
mova,p1
jnbacc.0,one0；acc.0=0时跳转
jnbacc.1,one1；acc.1=0时跳转
jnbacc.2,one2；acc.2=0时跳转
jnbacc.3,one3；acc.3=0时跳转
jnbacc.4,one4；acc.4=0时跳转
setbp0.5;亮灯
setbp1.6；报警
clrp1.5；停机
calld10s；延时
ljmploop；返回重检
one0:
jbacc.1,two0；acc.1=1时跳转
jbacc.2,two0；acc.2=1时跳转
jbacc.3,two0；acc.3=1时跳转
jbacc.4,two0；acc.4=1时跳转
setbp0.0；灯亮
setbp1.6；报警
setbp1.5；启动
calld10s；延时
ljmploop；返回重检
one1:
jbacc.2,two0；检查a中2、3、4位是否
jbacc.3,two0；为1
jbacc.4,two0
setbp0.1
calld10s;调用延时子程序
ljmploop
one2:
jbacc.3,two0；检查a中3、4位是否为1
jbacc.4,two0
setbp0.2
calld10s
ljmploop
one3:
jbacc.4,two0；检查a中4位是否为1
setbp0.3
calld10s
ljmploop
one4:
setbp0.4；当a为01111时电路灯显示
calld10s
ljmploop
two0:
setbp1.6;错误报警
clrp1.5
calld10s
clrp1.6
wait:
sjmpwait
ret
d10s:
movr3,#19h；延时10s
loop3:
movr1,#85h
loop1:
movr2,#fah
loop2:
djnzr2,loop2
djnzr1,loop1
djnzr3,loop3
ret
参考资料：
1张毅坤等单片微型计算机原理及应用西安西安电子科技大学出版社
2李建忠编著单片机原理及应用西安西安电子科技大学出版社
附录
以80C51为核心的水位控制电路图
水位控制系统框图
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