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1、课程设计（论文）题目名称: 课程名称: 学生姓名:学号：学院：指导教师:课程设计任务书分院信息科学与工程学院专业自动化学生姓名学号0设计题目基于单片机的水位检测仪系统的设计内容及要求：利用MCS-51系列单片机设计一个水位检测仪系统，用两个数码管实 时地显示当前水位，并能根据设定的水位值控制水位。1、要求设计水位检测的硬件电路，给出电路原理图和元器件清单；2、要求给出软件流程图并编写程序源代码；3、完成系统的调试，给出调试结果并分析；4、撰写符合要求的课程设计说明书。进度及安排：1、收集和课程有关的资料，熟悉课题任务和要求；2、总体方案设计；3、硬件电路设计；4、软件设计；5、系统调试改进；6
2、、整理、书写设计说明书及答辩。指导教师（签字）：年 月曰分院院长（签字）：年 月 日摘要4弓I言.51几种方案的比较611简单的机械式控制方式612复杂控制器控制方案613通过水位变化上下限的控制方式62水塔水位控制原理83电路设计931原件的介绍932引脚功能1033水位检测接口电路1334报警接口电路1435存储器扩展接口电路144系统软件设计1541流程图154.2程序165实验仿真186结语197参考文献19摘要随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应 用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的 了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作
3、为研 究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学 知识的潜能。另外，水位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设 备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计 可很好的延伸到具体应用案例中。设计一种基于单片机水塔水位检测 控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功 能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口 原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用Proteus软件 仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和 扩展性强。关键词：单片机；水位检测；控制系统；仿真引言水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持
4、在一定范围，避免 “空塔”、“溢塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多，其中 较为常用的是由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定， 以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内 浮动，应采用电压控制水位。首先通过实时检测电压，测量水位变化， 从而控制电动机，保证水位正常。因此，这里给出以Atmel公司的 AT89C51单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现 水位的检测控制、电机故障检测、处理和报警等功能，并在Proteus 软件环境下实际仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功 能可移植性和扩展性强。1设计方案比较对于水位进行控制的设计方式有很多，
5、而应用较多的主要有3种， 三种方式的实现如下：1.1简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等，这种控制形式的优点是结构简 单，成本低廉。存在问题是精度不高，不能进彳丁数值显示，另外很容 易引起误动作，且只能单独控制，与计算机进行通信较难实现。1.2复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出 口压力变成标准工业电信号的模拟信号，经过前置放大、多路切换、 A/D变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和给定参量的比 较，进行PID运算，得出调节参量；经由D/A变换给调压/变频调 速装置输入给定端，控制其输出电压变化，来调节电机转速，以达到 控制水塔水位的
6、目的。1.3通过水位变化上下限的控制方式。这种控制方式通过在水塔的不同高度固定不动的3根金属棒ABC，以感知水位的变化情况。其中，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。A棒接+5V电源，B棒、C棒 各通过一个电阻与地相连。针对上述3种控制方式，以及设计需达到的性能要求，这里选择第三 种控制方式。最终形成的方案是，利用单片机为控制核心，设计一个 对供水箱水位进行监控的系统。当水塔水位下降至下限水位时，启动 水泵；水塔水位上升至上限水位时，关闭水泵；水塔水位在上、下限 水位之间时，水泵保持原状态；供水系统出现故障时，自动报警；故 障解除时，水泵恢复正常工作。2水塔水位控制原
7、理单片机水塔水位控制原理如图i所示，图中的虚线表示允许水位 变化的上、下限位置。在正常情况下，水位应控制在虚线范围之内。 为此，在水塔内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、 C，用以反映水位变化的情况。其中，A棒在下限水位，B棒在上、 下限水位之间，C棒在上限水位（底端靠近水池底部，不能过低，要 保证有足够大的流水量）。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电 机转动，随着供水，水位不断上升，当水位上升到上限水位时，由于 水的导电作用，使B、C棒均与+5 V连通。因此b、c两端的电压都 为+5 V即为“1”状态.此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水； 当水位处于上、下限之间时，B棒和
8、A棒导通，而C棒不能与A棒 导通，b端为“1”状态，c端为“0”状态。此时电机带动水泵给水塔注 水，使水位上升，还是电机不工作，水位不断下降，都应继续维持原 有工作状态；当水位处于下限位置以下时，B、C棒均不能与A棒导 通，b、c均为“0”状态，此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水。3电路设计水塔水位控制系统主要由CPU(AT89C51)、水位检测接口电路、 报警接口电路、存储器扩展接口电路、复位电路、时钟振荡等部分组 成。而设计中所用到的原件有AT89C51、74LS373锁存器、3.1原件的介绍AT89C51： AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储 器的低电压、高性能C
9、MOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的 可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度 非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管 脚相兼容。74LS373锁存器：74LS373的输出端O0O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0O7为正常逻辑状态，可 用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0O7呈高阻态，即 不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受 影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE 为低电平时，O被锁存在已建立的数据
10、电平。当LE端施密特触 发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。引出端符号：D0D7数据输入端OE三态允许控制端(低电平有 效)LE锁存允许端O0O7输出端。2732存储器：2732以HMOS-E（高速NMOS硅栅）工艺制成，24脚双列直插式，2732为4KB容量，地址线12条AA ；，数据线8 011条D。D7，远为片选端，低电平有效，OE / VPP是输出允许信号，低 电平有效，该引脚在编程时也作为编程电压VPP的输入端。VCC为十 5V电源，GND为地。3.2引脚功能P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收 8TTL门电流。当P0 口的管脚第一
11、次写1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的 第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行 校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部 上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电 流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1 口作 为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口 缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2
12、 口被写“1”时，其 管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存 取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输 出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高 八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输 出4个TTL门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高 电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，
13、P3 口将 输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INT0 （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周 期的高电平时间。ALE/PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平 用于
14、锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入 编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或 用于定时日的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时， 将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置 0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另 外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止， 置位无效。/PSEN :外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取 指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储 器时，这两次有效的/PSEN信号
15、将不出现。/EA/VPP ：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA将内部锁定为RESET ；当/EA端保持高电平时，此间内部 程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电 源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 :来自反向振荡器的输出。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放 大器可以配置为片内振荡器。石品振荡和陶瓷振荡均可采用。如 采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟 信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任 何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。如图2所示。时钟电路 复位电路i74LS373 f图2水塔水位控制系统结构框图U1XTAL1PO. O(ADO)XTAL2P
