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1、 . .. . 電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕 論文題目： 單片機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 班 級(jí)： 機(jī)電23班 學(xué) 號(hào)： 1101012301 __ 指導(dǎo) 20XX 3月 14日 中文摘要 隨著新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,近年來(lái)單片機(jī)發(fā)展十分迅速,一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬

2、勃興起,單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且精度差,單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。然而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同,控制溫度的精度也不相同。因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。 大型水箱是很多發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的部件,而水箱的控制性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響,而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過(guò)去,大量的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行手動(dòng)操作控制的,這樣工作方式給操作人員帶來(lái)了很多的不便,不僅增強(qiáng)了勞動(dòng)強(qiáng)度

3、,而且操作員稍有疏忽,可能給生產(chǎn)帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的損失,更嚴(yán)重的會(huì)危及到生產(chǎn)人員的人身安全。所以,對(duì)水箱的控制,如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng),可以降低生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,最大限度的避免發(fā)生事故的幾率,同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。 溫度控制無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,還是在日常生活中都起著非常重要的作用,在現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過(guò)程中,溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場(chǎng)合下,為了保證生產(chǎn)過(guò)程正常安全地進(jìn)行,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量,以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約能源等方面有重要意義。 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 水位 控制 報(bào)警

4、溫度采集 目 錄 中文摘要 ……………………………………1 關(guān)鍵詞 ……………………………………1 1 單片機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)……………………………………3 2 系統(tǒng)的構(gòu)成原則 ……………………………………3 2.1 社會(huì)需求決定智能模塊的成本 …………………………………4 2.2社會(huì)需求需要全面發(fā)展的人才 …………………………………4 2.3社會(huì)需求需要?jiǎng)?chuàng)造性設(shè)計(jì) …………………………………5 3 通訊的原則 …………………………………6 4水箱水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的意義 …………………………………6 4.1水箱控制系統(tǒng)發(fā)

5、展現(xiàn)狀…………………………………7 4.2 80C51單片機(jī)介紹 …………………………………7 4.3 80C51單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)工作原理介紹………………………………8 4.4 80C51單片機(jī)輸入輸出設(shè)計(jì) …………………………………9 5 80C51單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) …………………………………10 5.1 程序概要設(shè)計(jì) …………………………………10 5.2 系統(tǒng)程序原理 …………………………………10 5.2.1 主程序原理以及流程框圖 …………………………………10 5.2.2 自動(dòng)模式子程序原理以及流程框圖 …………………………………10 5.2.

6、3 手動(dòng)模式子程序原理框圖以及流程框圖……………………………12 參考文獻(xiàn) …………………………………15 附錄 …………………………………16 圖1 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ……………………… 3 圖2 多功能智能模塊控制器 ……………………… 5 圖3主程序原理框圖 ……………………… 10 圖4 自動(dòng)模式子程序原理框圖 ……………………… 11 圖5 手動(dòng)模式子程序原理框圖 ……………………… 13 在當(dāng)今社會(huì),建設(shè)工程及日常生活中溫度控制都起著重要作用,最早的溫度控制應(yīng)用于工廠生產(chǎn)中,可以起到實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù),提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量的作用。

7、然而隨著人們生活質(zhì)量的提高,現(xiàn)代社會(huì)中的溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面也應(yīng)用于酒店,廠房以及家庭生活中,在有些應(yīng)用中,如高精度的生產(chǎn)廠房,對(duì)溫度的要求極其嚴(yán)格,溫度的變化極有可能對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響。因此,這就需要一種能夠及時(shí)檢測(cè)溫度變化以及溫度變化的設(shè)備,提供溫度數(shù)據(jù)值,使人們對(duì)溫度的變化做及時(shí)的調(diào)整,及時(shí)反映生產(chǎn),生活中溫度變化使人們能及時(shí)看到溫度變化的第一手資料,提示人們溫度變化情況,協(xié)助人們能及時(shí)的調(diào)整,起到溫度報(bào)警作用,使溫度控制更好的服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn),生活。 單片機(jī)是一種集成電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)

8、器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能〔可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路〕集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代,由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī),發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。 1 單片機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 在工業(yè)自動(dòng)控制工程中,一個(gè)較完善的單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)如圖1所示。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中,各節(jié)點(diǎn)智能模塊具有獨(dú)立工作能力并受控于前置計(jì)算機(jī)；控制中心能完成單片機(jī)控制系統(tǒng)的測(cè)試、控制和配置的工作,計(jì)算機(jī)中心能完成"多網(wǎng)合一"的工作,即時(shí)向各級(jí)決策領(lǐng)導(dǎo)提供可靠、準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 溫度是表征物體冷

9、熱程度的物理量,溫度測(cè)量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測(cè)量及控制對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測(cè)量的普遍性,溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展,溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來(lái)滿足生產(chǎn)生活中的需要。 2 系統(tǒng)的構(gòu)成原則 在工業(yè)自動(dòng)控制工程中,單片機(jī)控制系統(tǒng)一般有自己獨(dú)立支持的網(wǎng)絡(luò),這種網(wǎng)絡(luò)不同于純粹的互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)。從圖1中可以看出,節(jié)點(diǎn)智能模塊是單片機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)所在,整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性全由其決定,單片機(jī)控制系統(tǒng)之所以有實(shí)時(shí)性好,精度高,控制與被控制靈活,

10、這些智能模塊有著重要的關(guān)系。 2.1 社會(huì)需求決定智能模塊的成本： 能滿足功能和效率要求的最低成本是每個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)用戶在開(kāi)發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)追求的目標(biāo),沒(méi)有一個(gè)用戶在開(kāi)發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)不考慮成本而盲目采用新型芯片。但是,從現(xiàn)在單片機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)資料上,高校單片機(jī)控制系統(tǒng)的教材量介紹的是各種單片機(jī)控制系統(tǒng)新型芯片的使用,而這種介紹往往是在模塊級(jí),在系統(tǒng)級(jí)的介紹則不多。單片機(jī)控制系統(tǒng)的更新往往落后于新型芯片的發(fā)展,在工業(yè)自動(dòng)控制工程中,有很多已經(jīng)使用了由早期微處理器開(kāi)發(fā)的智能模塊,現(xiàn)在僅僅需要增加功能更新應(yīng)用程序,而不需要重新開(kāi)發(fā)一個(gè)新的單片機(jī)控制系統(tǒng)。這是一個(gè)很大的市場(chǎng),在這個(gè)市

11、場(chǎng)里,可以加深理解單片機(jī)的發(fā)展,增加系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)能力和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),最重要的是可以鞏固基礎(chǔ)知識(shí)的運(yùn)用和綜合水平的提高,對(duì)于了解社會(huì)需求、系統(tǒng)構(gòu)成成本是一個(gè)不可少的重要環(huán)節(jié)。 由于智能模塊一般具有收集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、保存數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)控制、實(shí)時(shí)通訊、實(shí)時(shí)告警的功能,為了保證智能模塊的可靠工作一般設(shè)計(jì)了斷電保存數(shù)據(jù)電路,端口擴(kuò)展電路,符合系統(tǒng)通訊的控制電路,時(shí)鐘電路,顯示電路和相應(yīng)的鍵盤(pán)電路等。能滿足這些要求的模塊主要芯片有很多,而各種芯片的價(jià)格均不樣同,單片機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員必須使用最合適的芯片。如在家用的電視機(jī)中就不會(huì)使用32位嵌入式處理器。 2.2 社會(huì)需求需要全面發(fā)展的人才： 在單片機(jī)控

12、制系統(tǒng)中離不開(kāi)硬件的使用,硬件的學(xué)習(xí)到硬件設(shè)計(jì)能力的提高是要一個(gè)過(guò)程的,單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的工作生命期比從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)軟件方面的設(shè)計(jì)人員的工作生命期長(zhǎng)很多。單片機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性還要有好的工藝作為支持,好的單片機(jī)控制系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,全面提高單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)能力是一個(gè)系統(tǒng)工程,這是單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的需要,也是社會(huì)的需要。 目前,水箱控制系統(tǒng)已不僅僅局限于大型的電廠、煤炭、鋼鐵等大型企業(yè)領(lǐng)域,它以自身的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全優(yōu)勢(shì),已經(jīng)慢慢深入到一些民用水箱產(chǎn)品。但是目前階段,它的成本還很高。但是,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,隨著自動(dòng)化技術(shù)的改進(jìn)和硬件成本的降低,以及人們對(duì)資源

13、浪費(fèi)的重視。水箱控制系統(tǒng)仍然有大規(guī)模推廣的前景。 2.3 社會(huì)需求需要?jiǎng)?chuàng)造性設(shè)計(jì)： 有一種理論認(rèn)為,單片機(jī)控制系統(tǒng)從復(fù)雜程度上可分為兩種：即簡(jiǎn)單單片機(jī)控制系統(tǒng)<系統(tǒng)已存在時(shí)間長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,如單片機(jī)、DSP組成的系統(tǒng)>和復(fù)雜單片機(jī)控制系統(tǒng)<硬件高度集中、實(shí)用圍廣、接口多、功能豐富>。將單片機(jī)控制系統(tǒng)在復(fù)雜程度上進(jìn)行分類是一種很好的思想,但將系統(tǒng)已存在時(shí)間長(zhǎng)的單片機(jī)控制系統(tǒng),有DSP結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)一概分為是簡(jiǎn)單的單片機(jī)控制系統(tǒng)則不太有理。下面以一個(gè)20XX12月國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局正式受理的一個(gè)名為"多功能智能模塊控制器"的專利為例<目前已辦理完所有正式授權(quán)手續(xù)>,按"硬件高度集中,實(shí)用圍廣、接口多、功

14、能豐富"說(shuō)明有單片機(jī)的系統(tǒng)也是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的理由。 　 在圖2中,以微處理器和ispLSI1032器件為核心,為了解決定時(shí)、中斷和斷電等事宜的處理,使用采用帶鋰電的數(shù)據(jù)、時(shí)鐘存貯器承擔(dān)其工作,在器件的選型上以成本低和通用強(qiáng)為原則。要求模塊在相應(yīng)器件和端口的支持下,向上可以與計(jì)算機(jī)和受控設(shè)備相連接,向下可以與被測(cè)設(shè)備相連接。 ispLSI1032是超大規(guī)模集成電路資源量為6000PLD,使用開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為ABEL—HDL語(yǔ)言,ispLSI1032器件如果需要更新,可對(duì)安裝在電路板上正在使用的ispLSI1032器件在不必?cái)嚯姷臓顟B(tài)下進(jìn)行下載,保證在相同的電路結(jié)構(gòu)下,隨時(shí)可完成系統(tǒng)更新和升級(jí)

15、,隨時(shí)改變系統(tǒng)對(duì)外的功能。使用這樣的器件,可以縮短了設(shè)計(jì)周期,降低了工程成本,確實(shí)保證硬件高度集中,功能豐富的要求,是對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)唯一性的挑戰(zhàn)。程序軟件在微處理器中運(yùn)行,各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理在is·pLSI1032中的"部控制器"控制下工作,當(dāng)它們需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí),則在"系統(tǒng)控制器"的作用下達(dá)到同步并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這樣改變了由軟件完全控制系統(tǒng)的模式,提高了系統(tǒng)的處理事務(wù)的能力,同時(shí)也改變了微處理器的工作效率,擴(kuò)大了實(shí)用圍,為簡(jiǎn)單的單片機(jī)控制系統(tǒng)向復(fù)雜的單片機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變提供了可能。 被測(cè)設(shè)備的輸入/輸出主要安排在系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的低電平時(shí)進(jìn)行,只要在系統(tǒng)時(shí)序上合理安排,利用被測(cè)設(shè)備和系

16、統(tǒng)軟、硬件在處理數(shù)據(jù)上的速度差別,就可在最大程度上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟、硬件并行工作。另外,ispLSI1032器件在帶負(fù)載的數(shù)量上、能力上是很強(qiáng)的,可以解決因微處理器接口少的問(wèn)題。 從圖2中的左框的微處理器可以使用不同的型號(hào),ISP器件資源量可以使用10萬(wàn)或100萬(wàn)以上的新型芯片,必要的時(shí)候還可以增加使用DSP編程器件。只要基礎(chǔ)知識(shí)牢固,系統(tǒng)功能明覺(jué),在保證社會(huì)需求和構(gòu)成成本的原則下,實(shí)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)是不難的。 3 通訊的原則 單片機(jī)控制系統(tǒng)的通訊主要難點(diǎn)在前置計(jì)算機(jī)與智能模塊中,與純計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通訊相比,這里最大的區(qū)別是在智能模塊中沒(méi)有現(xiàn)存的通訊協(xié)議可選用,通訊距離則可由設(shè)計(jì)人員按不同要求確定

17、具體的方式。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中一般有多個(gè)智能模塊,因此各智能模塊必須用自己的唯一地址進(jìn)行標(biāo)識(shí),同時(shí)要求每個(gè)智能模塊必須有區(qū)別自己地址的能力。為了通訊的可靠,在前置計(jì)算機(jī)與智能模塊中最基本的通訊要必須定義數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)形式,數(shù)據(jù)的種類和數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。 4 水箱水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的意義 火力發(fā)電廠的工作過(guò)程主要是利用煤的燃燒產(chǎn)生的熱能,將水加熱到一定參數(shù)的過(guò)熱蒸汽并通過(guò)推動(dòng)汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,最后通過(guò)汽輪機(jī)組帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組做功,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的的過(guò)程。因此,大型水箱是火力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的部件。水箱的控制性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良與否不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響,而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。

18、所以,對(duì)水箱的控制,如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng),可以降低生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,最大限度的避免發(fā)生事故的幾率,同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。 從水資源節(jié)約方面考慮,以往的人工控制在很多情況下,造成資源不必要的浪費(fèi),大部分原因是水箱部水位沒(méi)有及時(shí)的反饋信息到操作員,從而使控制上有一定的延遲,從而造成了水量過(guò)多或者沒(méi)能及時(shí)補(bǔ)水而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)或生產(chǎn)出現(xiàn)異常。而對(duì)水箱水位的監(jiān)控以及自動(dòng)化的引入可以很好的改善補(bǔ)水過(guò)多和及時(shí)補(bǔ)水的情況,可以很好的節(jié)約資源有效的降低成本。 單片機(jī),一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分,它的誕生使眾多自動(dòng)化控制系統(tǒng)得以實(shí)

19、現(xiàn)。80C51以它功能強(qiáng)大,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,制造廉價(jià),支持指令集較多。所以應(yīng)用到眾多嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中。 因此,基于80C51單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)研究有著重要的意義。 4.1 水箱控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 ? 目前,水箱控制系統(tǒng)已不僅僅局限于大型的電廠、煤炭、鋼鐵等大型企業(yè)領(lǐng)域,它以自身的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全優(yōu)勢(shì),已經(jīng)慢慢深入到一些民用水箱產(chǎn)品。 但是目前階段,它的成本還很高。比如把一臺(tái)純手工家用水箱設(shè)計(jì)成自動(dòng)化控制的水箱,從硬件的設(shè)計(jì)和鋪設(shè),對(duì)于民用化產(chǎn)品實(shí)施的性價(jià)比較高。因此大規(guī)模的使用仍受到經(jīng)濟(jì)上的限制。但是,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,隨著自動(dòng)化技術(shù)的改進(jìn)和硬件成本的降低,以及人們對(duì)資源浪費(fèi)的重視。水箱控制系

20、統(tǒng)仍然有大規(guī)模推廣的前景。? 我國(guó)仍然處于生產(chǎn)型發(fā)展中國(guó)家,所有幾乎在能源相關(guān)的所有領(lǐng)域中,水箱是比不可少的部件,即使是發(fā)達(dá)國(guó)家也不例外。它性能的優(yōu)良與否關(guān)系直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)安全和效益。隨著我國(guó)嵌入式技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平,但是在中小型企業(yè)以及民用產(chǎn)品,大量的水箱控制任然通過(guò)專職的人員進(jìn)行控制。隨著我國(guó)單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的逐漸成熟,以及單片機(jī)生產(chǎn)成本的下降,基于單片機(jī)的水箱控制系統(tǒng)應(yīng)用到中小型以及民用產(chǎn)品有著交大的發(fā)展空間。而且越來(lái)越多的水箱生產(chǎn)廠商開(kāi)始聘用單片機(jī)開(kāi)發(fā)人員和電路設(shè)計(jì)人員,將控制系統(tǒng)成為水箱設(shè)計(jì)的一部分,以提高自身產(chǎn)品的安全性能和科技含量來(lái)提高產(chǎn)品在市場(chǎng)

21、中的競(jìng)爭(zhēng)力。 目前,水箱控制系統(tǒng)已不僅僅局限于大型的電廠、煤炭、鋼鐵等大型企業(yè)領(lǐng)域,它以自身的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全優(yōu)勢(shì),已經(jīng)慢慢深入到一些民用水箱產(chǎn)品。但是目前階段,它的成本還很高。但是,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,隨著自動(dòng)化技術(shù)的改進(jìn)和硬件成本的降低,以及人們對(duì)資源浪費(fèi)的重視。水箱控制系統(tǒng)仍然有大規(guī)模推廣的前景。 4.2 80C51單片機(jī)介紹 80C51是Intel公司生產(chǎn)的一種單片機(jī),在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括：一個(gè)8位的微型處理器CPU；一個(gè)256K的片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；片程序存儲(chǔ)器ROM；四個(gè)8位并行的I/O接口P0-P3；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中斷源的

22、中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART的串行I/O口；片振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路,但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。 它具有對(duì)8位信息進(jìn)行加、減、乘、除四則運(yùn)算和邏輯與、或、異或、取反、清"0"等運(yùn)算,并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能,此外還提供存放中間結(jié)果及常用數(shù)據(jù)寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序計(jì)數(shù)器Pc、定時(shí)與控制電路等組成的。指令寄存器中存放指令代碼。在執(zhí)行指令時(shí),從程序存儲(chǔ)器中取來(lái)經(jīng)譯碼器譯碼后,根據(jù)不同指令由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào),送到存儲(chǔ)器、運(yùn)算器或I／o接口電路,完成指令功能。 眾多的廠商都介入了以80C51為代表的8位單片機(jī)的發(fā)展,如Phi

23、lips、Siemens〔Infineon〕、Dallas、ATMEL等公司,我們把這些公司生產(chǎn)的與80C51兼容的單片機(jī)統(tǒng)稱為80C51系列。特別是在近年來(lái),80C51系列又有了許多發(fā)展,推出了一些新產(chǎn)品,主要是改善單片機(jī)的控制功能,如部集成了高速I/O口、ADC、PWM、WDT等,以及低電壓、微功耗、電磁兼容、串行擴(kuò)展總線和控制網(wǎng)絡(luò)總線性能等。 ATMEL公司研制的89CXX系列是將flash memory〔EEPROM〕集成在80C51中,作為用戶程序存儲(chǔ)器,并不改變80C51的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 Philips公司的83/87CXX系列不改變80C51的結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng),省去了并行擴(kuò)展

24、總線,屬于非總線的廉價(jià)性單片機(jī),特別適合于家電產(chǎn)品。 Infineon〔原Siemens半導(dǎo)體〕公司推出的C500系列單片機(jī)在保持與80C51兼容的前提下,增強(qiáng)了各項(xiàng)性能,尤其是增強(qiáng)了電磁兼容性能,增加了CAN總線接口,特別適用于工業(yè)控制、汽車電子、通信和家電領(lǐng)域。 鑒于80C51系列在硬件方面的的廣泛性、代表性和先進(jìn)性以及指令系統(tǒng)的兼容性,可用其作為本教材的介紹對(duì)象；至于其他類型的單片機(jī),在深入學(xué)習(xí)和掌握了80C51單片機(jī)之后再去學(xué)習(xí)已不是什么難事。 4.3 80C51單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)工作原理介紹 80C51單片機(jī)片程序存儲(chǔ)器有多種配置形式,即：無(wú)、掩膜ROM〔廠家一次性寫(xiě)入的RO

25、M〕、EPROM和EEPROM〔Flash〕。這幾種配置形式對(duì)應(yīng)著不同的單片機(jī)芯片,它們各有特點(diǎn),也各有其適用場(chǎng)所,在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行選擇。目前較普遍采用的表述方式是：部程序存儲(chǔ)器有兩種配置形式,它們是OTP〔one time programmable,一次性可編程〕和MTP〔multi-times programmable,多次性可編程〕。 當(dāng)水箱水位低〔75%液位開(kāi)關(guān)閉合〕時(shí),啟動(dòng)電動(dòng)給水泵M1進(jìn)行上水,當(dāng)水箱水位上升到90%時(shí),自動(dòng)停止電動(dòng)給水泵M1；當(dāng)水箱水位低低〔小于50%〕時(shí),啟動(dòng)電動(dòng)給水泵M2；當(dāng)水位上升到50%以上70%以下時(shí),停M2,M1繼續(xù)運(yùn)行到水位上升到90%以上才

26、停止工作 報(bào)警設(shè)置如下： 當(dāng)水位高于90%的時(shí)候,由浮球式液位開(kāi)關(guān)LG信號(hào)閉合,系統(tǒng)發(fā)出水位高報(bào)警。 當(dāng)水位低于70%的時(shí)候,由浮球式液位開(kāi)關(guān)LD信號(hào)閉合,系統(tǒng)發(fā)出水位低報(bào)警。 當(dāng)水位低與50%的時(shí)候,由浮球式液位開(kāi)關(guān)LDD信號(hào)閉合,系統(tǒng)發(fā)出水位低低報(bào)警。 手動(dòng)/自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換控制如下： 自動(dòng)控制方式時(shí),單片機(jī)根據(jù)傳感器送來(lái)的信號(hào)判斷水箱水位的高低,控制兩臺(tái)電動(dòng)給水泵的工作狀態(tài) 手動(dòng)控制方式時(shí),兩臺(tái)電動(dòng)給水的工作狀態(tài)由人工根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況進(jìn)行操作。 4.4 80C51單片機(jī)輸入輸出設(shè)計(jì) 本水箱水位控制系統(tǒng)采用80C51單片機(jī)的P1口和P3口作為輸入檢測(cè)信號(hào)和輸出控制信號(hào)作

27、為核心控制單元,引腳具體分配如下： P1.0：水位低低信號(hào)輸入端?！菜坏蜁r(shí)為"0",水位高時(shí)為"1" 〕 P1.1：水位低信號(hào)輸入端?！菜坏蜁r(shí)為"0",水位高時(shí)為"1" 〕 P1.2：水位高信號(hào)輸入端。〔水位低時(shí)為"1",水位高時(shí)為"0" 〕 P1.3：手動(dòng)與自動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端?！彩謩?dòng)"1",自動(dòng)"0"〕 P1.4：電動(dòng)給水泵M1起動(dòng)時(shí)斷路器KM1控制端的接收信號(hào)?！彩謩?dòng)"1",自動(dòng)"0"〕 P1.5：電動(dòng)給水泵M2起動(dòng)時(shí)斷路器KM2控制端的接收信號(hào)?！彩謩?dòng)"1",自動(dòng)"0"〕 P1.6：電動(dòng)給水泵M1開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)?！矄?dòng)"0",停止"1"〕 P1.7：電動(dòng)給水泵M2開(kāi)

28、關(guān)狀態(tài)輸入信號(hào)?！矄?dòng)"0",停止"1"〕 P3.0：水位低低報(bào)警輸出信號(hào)。 P3.1：水位低報(bào)警輸出信號(hào)。 P3.2：水位高報(bào)警輸出信號(hào)。 P3.4：手動(dòng)啟動(dòng)電動(dòng)給水泵M1的輸入信號(hào),低電平有效。 P3.5：手動(dòng)啟動(dòng)電動(dòng)給水泵M2的輸入信號(hào),低電平有效。 P3.6：手動(dòng)停電動(dòng)給水泵M1的輸入信號(hào),低電平有效。 P3.7：手動(dòng)停電動(dòng)給水泵M2的輸入信號(hào),低電平有效。 5 80C51單片機(jī)水箱控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 5.1 程序概要設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)程序開(kāi)發(fā),使用的語(yǔ)言給匯編語(yǔ)言。程序?qū)崿F(xiàn)當(dāng)水位處于LH<高>、 LD<低>或LDD<低低>時(shí),報(bào)警信號(hào)輸出,判斷泵水方式<自動(dòng)或手動(dòng)>。

29、當(dāng)水位到達(dá)規(guī)定容量時(shí),停止泵水。在次程序中,低電平為有效<即0為有效>,高電平為無(wú)效<即1為無(wú)效>。 概要設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是把需求分析得到的系統(tǒng)擴(kuò)展用例圖轉(zhuǎn)換為軟件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)的具體任務(wù)是：將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)按功能進(jìn)行模塊劃分、建立模塊的層次結(jié)構(gòu)及調(diào)用關(guān)系、確定模塊間的接口及人機(jī)界面等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)特征的描述、確定數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特性、以及數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。顯然,概要設(shè)計(jì)建立的是目標(biāo)系統(tǒng)的邏輯模型,與計(jì)算機(jī)無(wú)關(guān)。 5.2 系統(tǒng)程序原理 5.2.1 主程序原理以及流程框圖 主程序要實(shí)現(xiàn)的是,對(duì)數(shù)據(jù)的初始化,并且判斷用戶是使用自動(dòng)模式還是手動(dòng)模式,根據(jù)用戶的具體需求： 若用戶選

30、擇自動(dòng)模式,則程序調(diào)用自動(dòng)化子程序； 若用戶選擇手動(dòng)模式,則程序調(diào)用手動(dòng)子程序。 主程序原理框圖如下圖3 開(kāi)始 初始化 自動(dòng)？ 轉(zhuǎn)自動(dòng) 轉(zhuǎn)手動(dòng) 圖3 主程序原理框圖 5.2.2 自動(dòng)模式子程序原理以及流程框圖 自動(dòng)模式子程序運(yùn)行的前置條件是,系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行,并且用戶選擇使用自動(dòng)化控制模式。 自動(dòng)模式子程序首先判斷水位是否高LG,若水位高于指標(biāo),則運(yùn)行"水位高報(bào)警"程序,并返回主程序。若水位不高,則判斷水位是否低LD,若水位低,則試運(yùn)行"水位低報(bào)警"程序。然后判斷水位是否低低LDD： 若水位沒(méi)有達(dá)到LDD的指標(biāo),則試判斷"M1是否開(kāi)

31、啟",若沒(méi)有開(kāi)啟,則開(kāi)啟M1;若"M1開(kāi)啟"則判斷"M2是否開(kāi)啟",若"M2開(kāi)啟",則程序運(yùn)行"停止M2"程序；若"M2沒(méi)有開(kāi)啟",則試程序運(yùn)行"延遲1分鐘", 一分鐘后程序"返回主程序"。 若水位達(dá)到水位LDD的指標(biāo),則運(yùn)行"水位低低報(bào)警",然后程序判斷"M1是否開(kāi)啟",若"M1未開(kāi)啟"則運(yùn)行"M1開(kāi)啟"程序；若"M1開(kāi)啟"則程序判斷"M2是否開(kāi)啟",若"M2未開(kāi)啟"則運(yùn)行"M2開(kāi)啟"程序,若"M2開(kāi)啟",則運(yùn)行"延遲一分鐘",一分鐘后程序"返回主程序"。 自動(dòng)模式子程序原理框圖如圖4： 開(kāi)始 水位高？ 水位低？ M2是否開(kāi) M2是否開(kāi) 水位低低? 水位低報(bào)警 開(kāi)M1

32、水位低低報(bào)警 開(kāi)M2 水位高報(bào)警 返回主程序 M1是否開(kāi) 開(kāi)M1 M1是否開(kāi) 延遲1分鐘 N Y N Yes Yes N no No 停M2 Y Y N Y Y No 返回主程序 圖4 自動(dòng)模式子程序原理框圖 目前,我國(guó)從事"機(jī)電一體化"研究開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)的單位很多。各自都有一套自己的發(fā)展策略。各單位的計(jì)劃由于受各自立足點(diǎn)、著眼點(diǎn)的限制,難免只考慮局部利益,各主管部門(mén)的有關(guān)計(jì)劃和規(guī)劃,也有統(tǒng)一考慮不足,統(tǒng)籌安排不夠的問(wèn)題,同時(shí)缺少綜觀全局的有權(quán)威性的發(fā)展計(jì)劃和戰(zhàn)略規(guī)劃。因此,建議各主管部門(mén)責(zé)成有關(guān)單位在進(jìn)行深入調(diào)查研究、科學(xué)分析的基礎(chǔ)

33、上,制定出統(tǒng)管全局的"機(jī)電一體化"研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃和規(guī)劃,避免開(kāi)發(fā)上重復(fù),生產(chǎn)上撞車！ 在我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)中,能耗、耗水大戶,對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的企業(yè)還占相當(dāng)大的比重。近年來(lái)我國(guó)的工業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)雖然幾經(jīng)調(diào)整,但由于多種原因,成效一直不夠明顯。這里面固然有上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)的政出多門(mén)問(wèn)題,有企業(yè)的"故土難離""死守故業(yè)"問(wèn)題,但不可否認(rèn)也有優(yōu)化不出理想的產(chǎn)業(yè),優(yōu)選不出中意的產(chǎn)品問(wèn)題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前,這就是發(fā)展機(jī)電一體化,開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)有關(guān)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 5.2.3 手動(dòng)模式子程序原理框圖以及流程框圖 手動(dòng)模式子程序運(yùn)行的前置條件是,系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行,并且用戶選擇使用自手動(dòng)控制模式

34、。手動(dòng)模式子程序中判斷語(yǔ)句的條件是依據(jù)用戶的具體操作。 手動(dòng)模式子程序首先判斷"水位是否LG" ,若水位LG達(dá)到指標(biāo),則程序返回主程序；若水位LG未達(dá)到指標(biāo),則程序運(yùn)行"判斷有無(wú)鍵合"： 若"判斷沒(méi)有鍵合"則子程序進(jìn)行循環(huán)； 若"判斷鍵合",則程序判斷"M1是否鍵合"。 若用戶操作"M1鍵合",則程序運(yùn)行"判斷M1是否開(kāi)啟"： 若"M1開(kāi)啟"則子程序進(jìn)行循環(huán)； 若"判斷M1未開(kāi)啟",則程序運(yùn)行"開(kāi)啟M1"。 若用戶操作"M1不鍵合",則程序判斷"M2是否鍵合"： 若用戶操作"M2鍵合",則程序運(yùn)行"判斷M2是否開(kāi)啟"； 若"M2開(kāi)啟"則子程序進(jìn)行循環(huán)； 若"判斷M2未

35、開(kāi)啟",則程序運(yùn)行"開(kāi)啟M2"。 若程序判斷用戶均未進(jìn)行"M1、M2鍵合",則程序要判斷"是否停止M1鍵合"：若用戶操作"M1停止鍵合",則程序判斷"M1是否停止"； 若"M1停止",則子程序循環(huán)； 若"M1沒(méi)有停止",則程序運(yùn)行"停止M1"。 若用戶不操作"M1停止鍵合",則程序判斷"是否停止M2鍵合"： 若用戶操作"M2停止鍵合",則程序判斷"M2是否停止",若"M2停止",則子程序循環(huán)； 若"M2沒(méi)有停止",則程序運(yùn)行"停止M2"。 手動(dòng)模式子程序原理框圖如圖5： 開(kāi)始 水位高？ 有無(wú)鍵合？ M1鍵合？ M2鍵合？ N N N yes

36、 開(kāi)M2 Y N N N 停M1鍵合？ 停M2鍵合？ yes M1開(kāi)著？ 開(kāi)M1 N M1開(kāi)著？ N 開(kāi)M2 N yes M1停著？ N Y Y Y M2停著？ yes 停M2 N yes 返回主程序 Y 圖5 手動(dòng)模式子程序原理框圖 參 考 文 獻(xiàn) [1] 建華,基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)研究,單片機(jī)學(xué)報(bào)。07年。 [2] 史振聲,熱力發(fā)廠設(shè)備原理簡(jiǎn)明手冊(cè)。電子工業(yè),2005,42期 [3] 興瑤,益清等 。新編實(shí)用電子電路500列。：化學(xué)工業(yè),20XX。 [4] 馬忠梅、凱等,單片機(jī)的C

37、語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。：航空航天大學(xué),20XX。 [5] 獲輝,科技英語(yǔ)〔電子類〕。：電子科技大學(xué) 20XX。 [6] 朱殿棟,數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)。：電子工業(yè),20XX。 [7] 建勇,MCS—51使用匯編子程序設(shè)計(jì)。工業(yè)大學(xué)。20XX。 [8] 萍,51系列單片機(jī)叢書(shū)AT80C51單片機(jī)原理、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)例。中國(guó)電力。20XX。 附錄： 近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透,?單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入,同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。本文從硬件和軟件兩方面來(lái)講述水溫自動(dòng)控制過(guò)程,在控制過(guò)

38、程中主要應(yīng)用AT89C51、ADC0809、LED顯示器、LM324比較器,而主要是通過(guò)DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度,以單片機(jī)為核心控制部件,并通過(guò)四位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度的一種數(shù)字溫度計(jì)。軟件方面采用匯編語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì),使指令的執(zhí)行速度快,節(jié)省存儲(chǔ)空間。為了便于擴(kuò)展和更改,軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu),使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了,使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。 我國(guó)用機(jī)電一體化產(chǎn)品取代技術(shù)含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、擾民產(chǎn)品的責(zé)任重,有意義。機(jī)電一體化產(chǎn)品功能強(qiáng)、性能好、質(zhì)量高、成本低,且具有柔性,可根據(jù)市場(chǎng)需要和用戶反映時(shí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過(guò)程做必要的調(diào)整、改革

39、,而無(wú)須改換設(shè)備。這是解決機(jī)電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。同時(shí),可為傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)注入新鮮血液,帶來(lái)新的活力,把機(jī)械生產(chǎn)從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái),實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)。 機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)復(fù)蓋面非常廣,而我們的財(cái)力、人力和物力是有限的,因此我們?cè)谧C(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)不能面面俱到、平鋪直敘,而應(yīng)分清主次,大膽取舍,有所為,有所不為。要注意抓兩個(gè)層次上的工作。第一個(gè)層次是"面上"的工作,即用電子信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造,在傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備上植入或嫁接上微電子<計(jì)算機(jī)>裝置,使"機(jī)械"和"電子"技術(shù)在淺層次上結(jié)合。第二個(gè)層次是"提高"工作,即在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初,就把"機(jī)械"與"電子"統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行考慮,使"機(jī)械"與"電子"密不可分,深度結(jié)合,生產(chǎn)出來(lái)的新產(chǎn)品起碼正做到機(jī)電一體化。 15 / 16