1、湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- I -摘 要供水是一個(gè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的人工供水方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，而水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，為此很有必要對(duì)水塔水位進(jìn)行自動(dòng)控制。為了達(dá)到節(jié)能的目的，提高供水系統(tǒng)的質(zhì)量，考慮采用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套實(shí)用水位自動(dòng)控制方案。本課題主要基于單片機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)，在硬件基礎(chǔ)上合理配合軟件，實(shí)現(xiàn)一種能夠?qū)崿F(xiàn)水位自動(dòng)控制、具有自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)聲光報(bào)警功能的控制系統(tǒng)，完成水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)由單片機(jī)控制部分、時(shí)鐘顯示部分、數(shù)碼顯示部分、電機(jī)控制部分、報(bào)警部分等構(gòu)成。再利用 Proteus 和 K

2、eil 軟件完成水塔水位控制系統(tǒng)硬件電路以及控制程序的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)試和仿真。因?yàn)樗哂须娐泛?jiǎn)單、操作方便、性能良好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此該設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)用性。 關(guān)鍵字：供水；水塔水位；控制系統(tǒng)；單片機(jī)湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- II -目 錄第一章第一章 緒論緒論 .1 1第二章第二章 水塔水位控制硬件設(shè)計(jì)水塔水位控制硬件設(shè)計(jì) .7 72.1 基本要求基本要求.7 72.2 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).7 7第三章第三章 軟件部分軟件部分.19193.1 程序框圖程序框圖 .19193.2 C 語(yǔ)言程序部分語(yǔ)言程序部分 .2020第四章第四章 軟件仿真軟件仿真.21214.1 Pro

3、tues 介紹介紹.21214.2 Keil 介紹介紹.21214.3 Protues 與與 Keil C 的聯(lián)合仿真的聯(lián)合仿真.21214.4 Keil C 的調(diào)試步驟的調(diào)試步驟.22224.5 加文件到加文件到 Protues.24244.6 仿真顯示仿真顯示 .2424總結(jié)總結(jié).3030致謝致謝.3131參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).3232附件一附件一.3333湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 1 -第一章第一章 緒論緒論供水是一個(gè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)1 。水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域（工廠、農(nóng)村、學(xué)校等水量大的場(chǎng)所）中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。而水位的自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)和水塔是在日常生活和工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常見到

4、的蓄水裝置，通過對(duì)其水位的控制對(duì)外供水以滿足需要，其水位控制具有普遍性。單片機(jī)是將 RAM，ROM,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出(I/O)接口電路等計(jì)算機(jī)主要部件集成在一塊芯片上 ，這樣所組成的芯片級(jí)微型計(jì)算機(jī)稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片微機(jī)或單片機(jī) 。由于單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的,常用于工業(yè)的檢測(cè)和控制當(dāng)中 ,因而也稱為是微控制器或嵌入式控制器 ，它的出現(xiàn)使眾多自動(dòng)化控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)不僅它功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且制造很廉價(jià)，支持指令集較多2。因此，本設(shè)計(jì)對(duì)基于單片機(jī)的水塔水位控制器的研究有著重要的意義。水塔供水的主要目的是使塔內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免

5、“空塔” 、 “溢塔”現(xiàn)象發(fā)生，因此要采用水位傳感器測(cè)量水位變化。在水塔中的水位到達(dá)水位下限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，給水塔供水；在水塔水位達(dá)到正常水位的時(shí)候自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)，停止供水。并能在供水系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時(shí)候能夠發(fā)出警報(bào)，以及時(shí)排除故障，隨時(shí)保證水塔的對(duì)外的正常供水作用。在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的同時(shí)，水在人們的生活、生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦出現(xiàn)缺水，輕則給人們生活帶來極大的不便，重則出現(xiàn)造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故并造成不可挽救的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)供水系統(tǒng)的控制顯得十分重要。水塔是我國(guó)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的水塔水位控制方式存在很大的弊端，需要工作人員的時(shí)刻監(jiān)控，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且工作效率低，最重要的是供

6、水的安全性難以保障。而自動(dòng)控制則不需要工作人員的時(shí)刻監(jiān)控，水塔控制系統(tǒng)能自動(dòng)地調(diào)節(jié)水塔中的水位以保持恒定，以滿足人們生活中用水需求3。 20 世紀(jì) 80 年代以來，我國(guó)發(fā)展了以自記遙測(cè)為主的水位測(cè)量技術(shù)。它主要是建立自記水位計(jì)，實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)傳。同期，還發(fā)展了無人立尺觀測(cè)技術(shù)，這種技術(shù)采用激光測(cè)距儀與經(jīng)緯儀接口配套組成的一套設(shè)備，利用激光測(cè)距儀無須反射棱鏡測(cè)定距離（測(cè)距精度：05m）的性能，配以經(jīng)緯儀測(cè)角測(cè)定目標(biāo)高程的一種測(cè)量方法。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 2 -隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新材料新器件的開發(fā)，采用傳感器研制水位計(jì)近年來有較大發(fā)展。主要采用的傳感器有超聲波4、

7、光電、壓力、接觸式、浮于式等幾種5。超聲波式水位計(jì)是將換能器向水面發(fā)射超聲波，測(cè)量超聲波傳播時(shí)間，計(jì)算出水位。壓力式水位計(jì)也是不需要水位測(cè)并，其基本原理是測(cè)量靜水壓力來實(shí)現(xiàn)水深的測(cè)量，已采用過波紋管和水銀位移式壓力傳感器等方法。固態(tài)壓力傳感器由于其靈敏度高、體積小、壽命長(zhǎng)、且有抗腐蝕性而受到重視，但由于半導(dǎo)體傳感器受溫度影響大等原因，使其實(shí)用性受到限制。近年來固態(tài)傳感器溫度自動(dòng)補(bǔ)償問題有了進(jìn)展，固態(tài)壓阻式水位計(jì)已經(jīng)得到應(yīng)用。接觸式水位計(jì)使用機(jī)電的方法用探頭跟蹤井內(nèi)水面高低變化測(cè)量水位，已在少數(shù)領(lǐng)域使用，浮子式水位計(jì)，利用水球（或其它浮子） 作敏感器件，避免了溫度、濕度等因素的影晌，性能穩(wěn)定，工

8、作可靠，因而得到長(zhǎng)期使用和發(fā)展。單片機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來，以極其高的性能價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的特點(diǎn)是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易6。正因?yàn)閱纹瑱C(jī)有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，幾乎到了無孔不入的地步。在我國(guó)，單片機(jī)已被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制7、自動(dòng)檢測(cè)、智能儀表8、智能化家用電器、航空航天系統(tǒng)和和國(guó)防軍事、尖端武器等各個(gè)方面。單片機(jī)的潛力越來越被人們所重視。特別是當(dāng)前用 CMOS 工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)、能滿足一些特殊要求

9、的應(yīng)用場(chǎng)合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。因此，可以開發(fā)利用單片機(jī)系統(tǒng)以獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。雖然單片機(jī)的引入使控制系統(tǒng)大大“軟化” ，但與其它計(jì)算機(jī)應(yīng)用問題相比，單片機(jī)控制應(yīng)用中的硬件內(nèi)容仍然較多，所以說單片機(jī)控制應(yīng)用有軟硬件相結(jié)合的特點(diǎn)。為此，在單片機(jī)的應(yīng)用設(shè)計(jì)中需要軟、硬件統(tǒng)籌考慮，設(shè)計(jì)者不但要熟練掌握匯編語(yǔ)言等編程技術(shù)，而且還要具備較扎實(shí)的單片機(jī)硬件方面的理論和實(shí)踐知識(shí)。更重要的意義是單片機(jī)的應(yīng)用改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。這種以軟件結(jié)合硬件或取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微

10、控制技術(shù)。水塔水位最重要的就是對(duì)水塔水位進(jìn)行精確的探測(cè)9，水塔水位的控制系統(tǒng)主要是基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)和基于 PLC 的水塔水位控制系統(tǒng)。PLC 即可編程序控制器，是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等各類操作指令，湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 3 -并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 的一般特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡(jiǎn)單方便、使用方便、維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化10，PLC 總的發(fā)展趨勢(shì)是：高功能、高速度、高集成

11、度、大容量、小體積、低成本、通信組網(wǎng)能力強(qiáng)。基于 PLC 的水塔水位控制系統(tǒng)是以 PLC 為核心，對(duì)水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行性進(jìn)行需求分析。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水塔水位的自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)11。主要實(shí)現(xiàn)方法是通過傳感器檢測(cè)水塔水位的實(shí)際水位，將水位具體信息傳至 PLC 構(gòu)成的控制模塊，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，來控制抽水電機(jī)的動(dòng)作，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)還原，顯示水位具體信息，如果水位低于或高于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，就會(huì)發(fā)出危險(xiǎn)報(bào)警的信號(hào)。基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)本身的功能模塊和控制程序，來實(shí)現(xiàn)對(duì)水塔水位做出控制、顯示和發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)最應(yīng)解決的是液位傳

12、感器問題。最常用的是電阻式傳感器、壓阻式壓力傳感器、超聲波水位傳感器等。電阻式傳感器如圖 1-1 中虛線表示允許水位變化的上、下限。在正常情況下，應(yīng)保持水位在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不同高度安裝 3 根金屬棒，以感知水位變化情況。其中，A 棒處于下限水位。C 棒處于上限水位，B 棒在上、下水位之間。A 棒接 + 5V 電源，B 棒、C 棒各通過一個(gè)電阻與地面相連。供水時(shí)，水位上升，當(dāng)達(dá)到上限時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，B、C 棒連通+ 5V。因此，b，c 兩端均為 1 狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)停止電動(dòng)機(jī)和水泵的工作，不再給水塔供水。當(dāng)水位降到下限時(shí)，B、C 棒都不能與 A 棒導(dǎo)電，因此，b、c 兩端均為

13、0 狀態(tài) 這時(shí)應(yīng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)水泵工作，給水塔供水。當(dāng)水位處于上、下限之間時(shí)，B 棒與 A 棒導(dǎo)通，因 C 棒不能與 A 棒導(dǎo)通，b 端為 1 狀態(tài)，c 端為 0 狀態(tài)。即實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。通過對(duì)傳感器的選擇，可知由傳感器輸出的水位高度信號(hào)是 0 5 V 的直流電壓。在設(shè)計(jì)中，可以通過采樣、保持電路對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為多個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 4 - 圖 1-1 電阻式傳感器傳統(tǒng)的水位檢測(cè)通過設(shè)檢測(cè)點(diǎn)來完成對(duì)水位的檢測(cè)。通常，由于受檢測(cè)點(diǎn)物理體積的影響，水位檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)目有限，從而影響了后續(xù)電路控制的精度。新型水位傳感器即選用北京英泰德科技有限責(zé)任公

14、司生產(chǎn)的投入式液位變送器 MPM416W/426W，可以達(dá)到對(duì)水位高度的精確檢測(cè)，以利于提高后續(xù)電路控制的精度。其原理是通過壓阻式壓力傳感器，把與液位深度成正比的液體靜壓力準(zhǔn)確測(cè)量出來，并經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電流( 或電壓) 信號(hào)輸出，建立起輸出電信號(hào)與液體深度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體深的測(cè)量。同時(shí)其具有以下特點(diǎn)：(1)使用壽命長(zhǎng)，液位變送器膜片采用高技術(shù)激光調(diào)制電路，傳感器外殼采用不銹鋼制作。(2) 安裝方便，僅需將投入式液位變送器探頭投入液體中，引出信號(hào)線同二次儀表連接就可進(jìn)行液位測(cè)量。(3) 溫度穩(wěn)定性好，投入式液位變送器本身在 070 內(nèi)實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，在信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中加入了溫度補(bǔ)償

15、電路，消除電路溫漂對(duì)精度的影響，從而提高精度。超聲波水位傳感器能測(cè)量自身到水面之間的距離，由超聲波發(fā)送電路和超聲波接收電路組成。超聲波發(fā)射電路原理如圖 1-2 所示，單片機(jī)的一個(gè)端口發(fā)出 40KHZ 的方波信號(hào)，然后信號(hào)分成兩路送出，其中的一路經(jīng)反向器 74LS4069 后送到超聲發(fā)射管 T的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩次反向后送到發(fā)射管 T 的另一個(gè)電極,這樣做目的是為了增強(qiáng)超聲波發(fā)射強(qiáng)度和提高電路驅(qū)動(dòng)能力。電阻 R1 和 R2 作為上拉電阻作用有兩個(gè)：第一是提高反向器輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力；第二是增加超聲波發(fā)射管 T 的阻尼系數(shù)，縮短自由振蕩的時(shí)間。超聲波接收電路原理如圖 1-3 所示，該部分主要由

16、超聲波接收探頭R 及紅外檢波接收芯片 CX20106A 組成，因接收芯片 CX20106A 的載波頻率為38KHZ，而上述超聲波發(fā)射電路發(fā)出的超聲波頻率為 40KHZ，兩者較為接近，所以利用該芯片制作超聲波接收電路.實(shí)驗(yàn)表明，無超聲波信號(hào)時(shí) CX20106A 輸出高電平，有信號(hào)時(shí)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，且具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，由單片機(jī)的一個(gè)端口發(fā)出的 40KHZ 的方波信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路使超聲波發(fā)射器 T 發(fā)出一定強(qiáng)度的超聲波信號(hào)，當(dāng)超聲波信號(hào)遇到障礙物時(shí)就會(huì)被反射回來，反射回來的超聲波信號(hào)被超聲波接收器 R 所接收，接收到的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理電路的處理送入到單片機(jī)的另一個(gè)端

17、口，單片機(jī)根據(jù)發(fā)送與接收的時(shí)間差計(jì)算出傳感器到水面的距離 X，再由安裝時(shí)傳感器到水塔底部的距離 H(已知值),計(jì)算出當(dāng)前水的剩余量 h=H-X。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 5 -圖 1-2 超聲波發(fā)射電路圖 1-3 超聲波接收電路本設(shè)計(jì)基于電阻式傳感器并以水塔水位為模型，鑒于單片機(jī)液位測(cè)量裝置的測(cè)量準(zhǔn)確、重復(fù)性能好、功耗低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以該設(shè)計(jì)以單片機(jī)為基礎(chǔ)的水塔水位控制系統(tǒng)。在實(shí)際中，水塔水位自動(dòng)控制電路是通過水位傳感器對(duì)水位進(jìn)行采樣，將采樣信號(hào)的水位高度轉(zhuǎn)換為 05 V 的直流電壓，再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換12后，將轉(zhuǎn)換所得的 8 路并行數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行處理來來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟

18、停等。從而達(dá)到對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)控制的目的。通過對(duì)電壓和水位的轉(zhuǎn)換關(guān)系，最終利用單片機(jī)進(jìn)行精確的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位高度的顯示、主/備電機(jī)和報(bào)警裝置等的控制。但是鑒于基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)在 Protues 上進(jìn)行仿真，而 Protues 上沒有水塔水位的模型。因此，可以用按鈕來代替水塔的液位傳感器。 在設(shè)計(jì)過程中采用了軟件和硬件雙結(jié)合的的設(shè)計(jì)方法，而軟件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了硬件要求。在本設(shè)計(jì)中軟件主要有五個(gè)方面的應(yīng)用，它們分別為： 聲光報(bào)警程序、時(shí)鐘顯示程序、水位顯示程序、鍵盤控制和電機(jī)控制程序等。該設(shè)計(jì)第二章介紹了“基于水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真”的硬件設(shè)計(jì)，其中包括單片機(jī)的介紹、89C51 的功

19、能及引腳介紹、CD4511 的功能及引腳介紹、LED 數(shù)碼顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與現(xiàn)實(shí)、水湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 6 -位監(jiān)測(cè)電路等部分組成；第三章主要介紹軟件部分，其中包括程序框圖和 C 語(yǔ)言程序兩部分組成；第四章則是仿真部分，其中包括 Keil、 Protues 的介紹，以及 Keil 的調(diào)試部分和加文件到 Protues 中等幾部分組成。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 7 -第二章 水塔水位控制硬件設(shè)計(jì)2.1 基本要求由于需要基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而 Protues 中沒有水塔水位的模型，因此可以用按鈕來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并用 LED 數(shù)碼管來顯示水塔水位的高度。

20、當(dāng)水位過高或過低時(shí)，都會(huì)發(fā)出報(bào)警聲和指示燈顯示。與此同時(shí)，還可以用 LED數(shù)碼管來及時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間。2.22.2 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)2.2.22.2.2 單片機(jī)的介紹單片機(jī)的介紹自從 1971 年微型計(jì)算機(jī)問世以來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致微型計(jì)算機(jī)向兩個(gè)方向發(fā)展：一是高速度、高性能、大容量的高檔微型計(jì)算機(jī)及其系列化，向大、中型計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)；另一個(gè)是穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應(yīng)各種控制領(lǐng)域需要的單片機(jī)。單片機(jī)是把中央處理單元、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及 I/O 接口電路等主要部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上的微型計(jì)算機(jī)。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微

21、型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的含義，從某種意義上說，一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。自從 1975 年美國(guó)德克薩斯公司推出世界第一個(gè) 4 位單片機(jī) TMS1000 型以來，單片機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，目前已成為微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)獨(dú)特分支，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表智能化和家用電子產(chǎn)品等各個(gè)控制領(lǐng)域。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，無論其技術(shù)要求、應(yīng)用領(lǐng)域還是其規(guī)模大小是否相同，一般應(yīng)遵循以下基本原則13:（1）高可靠性單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一個(gè)非常重要的特點(diǎn)就是高可靠性。在生活和生產(chǎn)工作中，單片機(jī)系統(tǒng)一般是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，輕則帶來不便，重則會(huì)造成停止工作甚至是人員傷亡。大部分單片機(jī)系統(tǒng)是用在

22、工業(yè)和民用的實(shí)時(shí)控制中的，而這些控制都是在不停地工作，有很高的可靠性是控制系統(tǒng)最一般的要求，從而使控制系統(tǒng)有較長(zhǎng)的平均無故障時(shí)間。因此，在設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，高可靠性在每一環(huán)節(jié)都必須作為設(shè)計(jì)原則。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 8 -（2）高性價(jià)比在具有高可靠性的同時(shí)，在設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，控制系統(tǒng)的性價(jià)比也是必須考慮。在保證功能實(shí)現(xiàn)和高可靠性的條件下，不必強(qiáng)求 CPU 及元器件的高檔次，能使用 8 位機(jī)就不用 16 位機(jī)，能使用中檔就不用高檔機(jī)，能使用 89C51 就不用 89C52; 能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能就不要用硬件來做，盡量減少元器件的數(shù)量，以提高性價(jià)比。（3）操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便一

23、般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的使用者都不是專業(yè)人員，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意使用者的操作要盡量簡(jiǎn)單、方便; 設(shè)計(jì)時(shí)也要注意系統(tǒng)的維修方便，要使系統(tǒng)一旦發(fā)生了故障，維修人員能夠及時(shí)查出原因，并能迅速排除故障。（4）具有可擴(kuò)展性由于工廠的生產(chǎn)工藝在不斷的革新，市場(chǎng)的情況也在不斷的變化，所以單片機(jī)的控制對(duì)象也會(huì)不斷地改變，所需控制的功能也有可能不斷地增加，在設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，也許有些功能當(dāng)時(shí)用不到，但也應(yīng)在輸入 /輸出接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器等方面留有可擴(kuò)展的余地。2.2.32.2.3 89C5189C51 芯片功能及引腳介紹芯片功能及引腳介紹89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FP

24、EROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器，89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。89C51 的主要特性為：與 MCS-51 兼容、4K 字節(jié)可編程閃爍

25、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)保留時(shí)間為 10 年、128*8 位內(nèi)部 RAM、32 可編程 I/O 線兩個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5 個(gè)中斷源、可編程串行通道等。 下面是 89C51 單片機(jī)引腳圖及引腳功能介紹（如圖 2-2 所示）： 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 9 - 圖 2-2 單片機(jī)引腳圖40 個(gè)引腳按引腳功能大致可分為 4 個(gè)種類：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳。1）. 電源： VCC - 芯片電源，接+5V； GND- 接地端；2）. 時(shí)鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。3）. 控制線：控制線共有 4 根： ALE/PROG：地址鎖存允許/片內(nèi) EPROM 編

26、程脈沖。 ALE 功能：用來鎖存 P0 口送出的低 8 位地址。 PROG 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN：外 ROM 讀選通信號(hào)。 RST：復(fù)位。 EA/Vpp：內(nèi)外 ROM 選擇/片內(nèi) EPROM 編程電源。 EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端。 Vpp 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，施加編程電源Vpp。4）. I/O 口：89C51 共有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口：P0、P1、P2、P3 口，共 32 個(gè)引腳。5 5）2.2.42.2.4 CD4511CD4511 芯片功能及引腳介紹芯片功能及

27、引腳介紹湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 10 -CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，具有 BCD 轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的 CMOS 電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)共陰LED 數(shù)碼管。下面是 CD4511 引腳圖及引腳功能介紹（如圖 2-3 所示）： 圖 2-3 CD4511 引腳圖引腳功能：A0A3：二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端/BI：輸出消隱控制端LE：數(shù)據(jù)鎖定控制端/LT：燈測(cè)試端QAQG：數(shù)據(jù)輸出端使用方法：其中 A、B、C、D 為 BCD 碼輸入，A 為最低位。LT 為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”

28、 ，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI 為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1 端應(yīng)加高電平。另外 CD4511 有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù) 9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE 是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。QAQG 是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰 LED 數(shù)碼管。 下圖是 CD4511 和 CD4518 配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源

29、電壓 5V 時(shí)可使用 300 的限流電阻。2.2.52.2.5 DS1302DS1302 芯片功能及引腳介紹芯片功能及引腳介紹湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 11 -DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 2.5V5.5V。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM 數(shù)據(jù)。DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 318 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。它的主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，

30、并且可以關(guān)閉充電功能。 圖 2-4 DS1302 引腳圖引腳功能（如圖 2-4 所示）：Vcc1：主電源Vcc2：后備電源X1、X2：振蕩源RST：復(fù)位/片選線I/O：串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)SCLK：時(shí)鐘輸入端電路連接（如圖 2-5 所示）： 圖 2-5 DS1302 芯片的電路連接2.2.62.2.6 LEDLED 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示LED 數(shù)碼管（LED Segment Displays）由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極（數(shù)碼管實(shí)湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 12 -際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加

31、上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)） 。這些段分別由字母“a，b，e，f，g，dp”來表示14。LED 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多；動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端連在一起

32、，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮，通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且

33、功耗更低。LED 數(shù)碼管的形狀以及共陰極共陽(yáng)極電路如圖 2-6 所示:圖 2-6 LED 數(shù)碼管共陽(yáng)極和共陰極電路對(duì)水塔水位顯示，本設(shè)計(jì)是通過 CD4511 來驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管，將 CD4511 的A、B、C、D 端分別和 89C51 的 P3 口的低 4 位相連，A 是最低位 D 是最高位。然后再將 CD4511 的“QA，QB，QC，QD，QE，QF，QG”分別和 LED 數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 13 -相連，通過 89C51 的 P3 口的低 4 位來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的顯示。通過 A、B、C、D 的 BCD碼來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的顯示，如圖 2-7 所示： 圖 2-7 CD4

34、511 驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的顯示，本設(shè)計(jì)是通過 DS1302 來驅(qū)動(dòng)八個(gè)數(shù)碼管，將數(shù)碼管的“a，b，c，d，e，f，g，dp”分別和 89C51 的 P0 口相連，再將數(shù)碼管的“1，2，3，4，5，6，7，8”端口分別和 89C51 的 P2 口相連，當(dāng)系統(tǒng)一運(yùn)行時(shí)，DS1302 能及時(shí)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示當(dāng)前的時(shí)間。2.2.72.2.7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)及顯示電機(jī)驅(qū)動(dòng)及顯示電動(dòng)機(jī)（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子（如鼠籠式閉合鋁框）形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流

35、電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速） 。電動(dòng)機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟電流方向和磁感線（磁場(chǎng)方向）方向有關(guān)。電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。水塔中水量都是通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將水輸送到水塔中，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過繼電器的吸合和斷開來控制。當(dāng)水塔中的水位過高時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)的繼電器會(huì)自動(dòng)的斷開，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)水塔中的水位過低時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)的繼電器會(huì)自動(dòng)的吸合，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，水塔中的水位開始上升，直到水塔中的水位達(dá)到高位時(shí)繼電器自動(dòng)的斷開，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。電機(jī)控制部分，采用了三極管放大和二極管正向?qū)ǖ淖饔煤屠^

36、電器的吸合作用來控制電機(jī)的工作，由單片機(jī) P1.0 口進(jìn)行控制，而電機(jī)的工作狀況由相應(yīng)的顯示指示燈來顯示，如圖 2-8 所示：湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 14 -圖 2-8 電機(jī)控制電路2.2.82.2.8 水位檢測(cè)電路水位檢測(cè)電路按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路,每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根 I/O 口線,各根 I/O 口線之間不會(huì)相互影響。在此電路中,按鍵輸入采用低電平有效。水位檢測(cè)部分是用單片機(jī) P1.4P1.7 連接的四個(gè)按鈕分別代表shuiman、sw3、sw2 和 sw1。由于基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)在 Protues 中進(jìn)行仿真時(shí)，Protues 中沒有水塔水位

37、的模型，所以就不能用實(shí)際的液位傳感器來前側(cè)水塔中的實(shí)際水位。在這里可以用四個(gè)按鈕 K2、K3、K4、K5 來控制水塔中的水位。當(dāng)按下 K5，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)水塔中的水位會(huì)顯示 1，即此時(shí)的水位時(shí)水塔總高度的 1/4；當(dāng)按下 K4，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)水塔中的水位會(huì)顯示 2，即此時(shí)的水位時(shí)水塔總高度的 2/4；當(dāng)按下 K3，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)水塔中的水位會(huì)顯示 3，即此時(shí)的水位時(shí)水塔總高度的 3/4；當(dāng)按下 K2，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)水塔中的水位會(huì)顯示 4，即此時(shí)的水位達(dá)到水滿狀態(tài)。如圖 2-9 所示：圖 2-9 水位檢測(cè)電路2.2.92.2.9 聲光報(bào)警電路聲光報(bào)警電路報(bào)警電路是一種為防

38、止或預(yù)防某事件發(fā)生所造成的后果，以聲音、光、氣壓等形式來提醒或警示我們應(yīng)當(dāng)采取某種行動(dòng)的電子產(chǎn)品。聲光報(bào)警部分主要由以揚(yáng)聲器為湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 15 -代表的聲音報(bào)警部分和以數(shù)碼管為代表的光報(bào)警部分，它們分別由單片機(jī)的 P3.2 和P3.7 接口來實(shí)現(xiàn)水位的報(bào)警。當(dāng) K2 按鈕被按下時(shí)，即此時(shí)為 shuiman，報(bào)警指示燈發(fā)光二極管會(huì)閃爍并且揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出尖銳的報(bào)警聲，且閃爍幾秒鐘后聲光報(bào)警會(huì)自動(dòng)的關(guān)閉；當(dāng) K5 被按下時(shí)，即此時(shí)為低水位，報(bào)警指示燈發(fā)光二極管會(huì)閃爍并且揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出尖銳的報(bào)警聲，且閃爍幾秒鐘后聲光報(bào)警會(huì)自動(dòng)的關(guān)閉。如圖 2-10 所示：圖 2-10 聲光報(bào)警電路

39、2.3.12.3.1 電路總體框架圖電路總體框架圖如圖 2-1 中所示圖 2-1 電路總體框架圖該圖是在 Protues 上進(jìn)行仿真的硬件電路圖。它由 CD4511 驅(qū)動(dòng)的 LED 數(shù)碼管電湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 16 -路、由 DS1302 驅(qū)動(dòng)數(shù)字時(shí)鐘顯示電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、復(fù)位電路、晶振電路、報(bào)警電路、指示電路等部分組成。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 17 -第三章第三章 軟件部分軟件部分3.13.1 程序框圖程序框圖 根據(jù)水塔水位控制硬件設(shè)計(jì)的分析要求及電路的特點(diǎn)，繪制出水塔水位控制程序流程圖，如圖 3 -1 所示： 圖 3-1 程序框圖3.23.2 C C 語(yǔ)言程序

40、部分語(yǔ)言程序部分C 語(yǔ)言是在 20 世紀(jì) 70 年代初問世的。一九七八年由美國(guó)電話電報(bào)公司(AT&T)貝時(shí)鐘顯示水位 1電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)水位 2電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)指示燈水位 4判斷哪個(gè)鍵按下初始化有鍵按下？無限循環(huán)水位 3電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)指示燈報(bào)警燈蜂鳴器Sw1 按鍵（手動(dòng)啟動(dòng)）Sw2 按鍵Sw4 按鍵Sw3 按鍵無限循環(huán)無限循環(huán)YN時(shí)鐘顯示時(shí)鐘顯示湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 18 -爾實(shí)驗(yàn)室正式發(fā)表了 C 語(yǔ)言。同時(shí)由 B.W.Kernighan 和 D.M.Ritchit 合著了著名的“THE C PROGRAMMING LANGUAGE”一書。通常簡(jiǎn)稱為K&R ，也有人稱之為K&R

41、標(biāo)準(zhǔn)。但是，在K&R中并沒有定義一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn) C 語(yǔ)言，后來由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)在此基礎(chǔ)上制定了一個(gè) C 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，于一九八三年發(fā)表。通常稱之為ANSI C。 早期的 C 語(yǔ)言主要是用于 UNIX 系統(tǒng)。由于 C 語(yǔ)言的強(qiáng)大功能和各方面的優(yōu)點(diǎn)逐漸為人們認(rèn)識(shí)，到了八十年代，C 開始進(jìn)入其它操作系統(tǒng)，并很快在各類大、中、小和微型計(jì)算機(jī)上得到了廣泛的使用。成為當(dāng)代最優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言。它層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)。C 語(yǔ)言的表現(xiàn)能力和處理能力極強(qiáng)。它不僅具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它還可以直接訪問內(nèi)存的物理地址

42、，進(jìn)行位(bit)一級(jí)的操作。由于 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件的編程操作，因此 C 語(yǔ)言集高級(jí)語(yǔ)言和低級(jí)語(yǔ)言的功能于一體。既可用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)，也適合于應(yīng)用軟件的開發(fā)。此外，C 語(yǔ)言還具有效率高，可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此廣泛地移植到了各類各型計(jì)算機(jī)上，形成了多種版本的 C 語(yǔ)言。C 語(yǔ)言對(duì)操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，用 C 語(yǔ)言明顯優(yōu)于其它高級(jí)語(yǔ)言，許多大型應(yīng)用軟件都是用 C 語(yǔ)言編寫的。 C 語(yǔ)言具有繪圖能力強(qiáng)，可移植性，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫它是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言。根據(jù)水塔水位控制硬件設(shè)計(jì)的分析要求及電路的特點(diǎn)，軟件部分包括主

43、程序、時(shí)鐘顯示、水塔水位顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、指示燈顯示、報(bào)警、鍵盤檢測(cè)等程序組成。根據(jù)水塔水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的分析要求及電路的特點(diǎn)而編寫的 C 語(yǔ)言程序如后面附件一中的程序所示。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 19 -第四章第四章 軟件仿真軟件仿真4.14.1 ProtuesProtues 介紹介紹 Protues 軟件是英國(guó) Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到

44、單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。迄今為止是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、Keil 和 MATLAB 等多種編譯.4.24.2 KeilKeil 介紹介紹 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單

45、片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。4.34.3 ProtuesProtues 與與 KeilKeil C C 的聯(lián)合仿真的聯(lián)合仿真實(shí)現(xiàn) Protues 與 Keil C 的接口步驟如下15：（1） 安裝 Protues 與 Keil C 并同時(shí)安裝 vdmagdi.exe 程序。（2）進(jìn)入 Protues ISIS，選擇 Debug|Use Remote

46、Debug Monitor 菜單選項(xiàng)。（3）進(jìn)入 Keil C Vision3 集成開發(fā)環(huán)境，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目（Project），并為該項(xiàng)目選定合適的單片機(jī)型號(hào)，加入 Keil C 源程序。隨后，選擇 Project|Options for Target菜單項(xiàng)，或者單擊工具欄中的 Options for Target 按鈕，在彈出的界面選擇 Debug 選項(xiàng)卡，在 Use 的下拉列表框中選擇 Protues VSM Simulator，并且選中 Use 單選框，即在Use 前面的小圓圈內(nèi)出現(xiàn)小黑點(diǎn)。在單擊 Settings 按鈕，設(shè)置通信接口在 Host 文本框輸入“127.0.0.1”；茹闊使

47、用的不是同一臺(tái)電腦，則需要在這里輸入另一臺(tái)電腦的 IP湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 20 -地址（另一臺(tái)電腦安裝 Protues）。在 Port 文本框輸入“8000”。設(shè)置好以后單擊 OK按鈕即可。最后將工程編譯，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，并運(yùn)行。4.44.4 KeilKeil C C 的調(diào)試步驟的調(diào)試步驟4.4.14.4.1 建工程建工程先在桌面上建“畢業(yè)設(shè)計(jì)”文件夾并打開 Keil 軟件，在“Project”中選中 “New uVision project”并建立“l(fā)ijie”工程名。如下圖 3-1 所示： 圖 3-1 建工程圖4.4.24.4.2 新建文件新建文件選擇“File”中的“New

48、”選項(xiàng),將 C 語(yǔ)言程序鍵入編譯器中并保存好程序。然后在選擇“Source Group”并點(diǎn)左鍵，選擇“Add File to Source Group”并進(jìn)行編譯解調(diào)。當(dāng)有錯(cuò)誤時(shí)，跳到相應(yīng)的錯(cuò)誤位置，反復(fù)調(diào)試直到?jīng)]錯(cuò)誤為止。如圖 3-2 所示：湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 21 - 圖 3-2 新建文件圖4.4.34.4.3 調(diào)程序轉(zhuǎn)換成調(diào)程序轉(zhuǎn)換成 hexhex 文件文件當(dāng)調(diào)制解調(diào)沒錯(cuò)誤時(shí)，選擇“Output”并點(diǎn)擊“Debug Information”并點(diǎn)擊“Ok”后就可以在原來建立的“畢業(yè)設(shè)計(jì)”文件夾中生成相應(yīng)的 hex 文件。如圖 3-3 所示：圖 3-3 生成 hex 文件圖

49、4.54.5 加文件到加文件到 ProtuesProtues打開 Protues 軟件，建好相應(yīng)的硬件電路圖，選中硬件電路圖中的 AT89C51 并用左鍵雙擊，并在“Program File”選項(xiàng)中選擇桌面上“畢業(yè)設(shè)計(jì)”文件夾中的“l(fā)ijie.hex” ，然后再點(diǎn)擊確定。因此，相應(yīng)的程序才鍵入到了單片機(jī)里面。如圖 3-4 所示：圖 3-4 燒程序到單片機(jī)圖4.64.6 仿真顯示仿真顯示根據(jù)水塔水位的不同高度（水位 1、水位 2、水位 3 和水滿） ，基于單片機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)的仿真如下面的仿真圖 3-5 所示湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 22 - 水塔水位 1湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢

50、業(yè)設(shè)計(jì)- 23 - 水塔水位 2湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 24 - 水塔水位 3湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 25 - 水滿水位 4湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 26 - 低水位 1 報(bào)警 高水位 4 報(bào)警 圖 3-5 水塔水位仿真湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 27 -總結(jié)總結(jié)水塔水位的控制方法很多，從中選擇一個(gè)既效率高又性價(jià)比高的方法這是我們?cè)趯?shí)際中要去發(fā)現(xiàn)的。用單片機(jī)控制并通過一些 A/D 轉(zhuǎn)換來模擬水位能及時(shí)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我控制。但由于條件的不足，所同意只能用按鈕來模擬液位傳感器來控制水塔中的水位，這是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的美中不足。在當(dāng)今越來越趨向于自動(dòng)化的社會(huì)，

51、該系統(tǒng)的可用性及簡(jiǎn)易性應(yīng)更加取得廣泛的應(yīng)用。通過這次的實(shí)際操作，也了解到在電子制作方面的很多獨(dú)特發(fā)現(xiàn)。前人們的發(fā)明并不是偶然取得，而是通過長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)積累，我們也學(xué)到了他們那種堅(jiān)決不放棄得制作精神。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓自己懂得了，做任何學(xué)問都要一絲不茍，對(duì)出現(xiàn)的任何問題和偏差都不能輕視，要通過正確的途徑區(qū)解決，做事情的時(shí)候要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就能找到解決問題的思路和辦法，在工作中要學(xué)會(huì)與人合作，認(rèn)真聽取別人的意見，這樣做事也會(huì)事半功倍。當(dāng)然整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中自己也收獲頗多，對(duì)電路的設(shè)計(jì)有一大致的了解并能自己動(dòng)手完成一些簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)、制板及調(diào)試的過程，極大地提高了自己的動(dòng)

52、手能力，也讓自己懂的了實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然也是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果的標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)之后，我們需要了解自己的所學(xué)應(yīng)該如何應(yīng)用在實(shí)踐中，因?yàn)槿魏沃R(shí)都源于實(shí)踐，歸于實(shí)踐，所以要將所學(xué)的知識(shí)在實(shí)踐中來檢驗(yàn)。通過這次寫畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感覺有很大的收獲：首先，通過學(xué)習(xí)使自己這學(xué)期對(duì)課本上的專業(yè)知識(shí)可以應(yīng)用于實(shí)際，使得理論與實(shí)際相結(jié)合，加深自己對(duì)課本知識(shí)的更好理解，同時(shí)短學(xué)期也鍛煉了自己個(gè)人的動(dòng)手能力；能夠充分利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)資源去查閱相關(guān)資料，增加了許多課本以外的知識(shí)，慢慢地能達(dá)到學(xué)以致用。對(duì)我們學(xué)生來說，理論與實(shí)際同樣重要，畢業(yè)以后，掌握一定的技術(shù)，有一定的動(dòng)手能力，才是我們今后走向社會(huì)所

53、要具備的，這也我們以后在工作中說明自己能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。致謝致謝湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 28 -這次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了很多老師、同學(xué)和同事的幫助，其中李老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要，每次遇到難題，我最先做的就是向李老師尋求幫助，而李老師每次不管忙或閑，總會(huì)抽空來給我們大家上課面談，然后一起商量解決的辦法。在這里再次謝謝李老師，您辛苦了！ 感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間幫助過我的同學(xué)，特別是潘航同學(xué)，他在本次設(shè)計(jì)中給予我的無私幫助和厚愛，不只一次地幫助我，傾盡了他的所有心血給我提供技術(shù)上的指導(dǎo)，在這里再次謝謝潘航同學(xué)！和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭男值軅儯诖髮W(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們

54、再一次演繹了團(tuán)結(jié)合作的童話，把一個(gè)比較復(fù)雜的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭抛屛也粌H學(xué)到了本次課題所涉及的新知識(shí)，更讓我感覺到了知識(shí)以外的東西，那就是團(tuán)結(jié)的力量。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠最終順利完成，歸功于各位任課老師三年間的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握專業(yè)知識(shí)，并在畢業(yè)設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。也正是你們長(zhǎng)期不懈的支持和幫助才使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)最終順利完成。最后，向湖南工業(yè)職業(yè)學(xué)院電氣工程系的全體老師們?cè)俅伪硎局孕母兄x：謝謝你們，謝謝你們這三年的辛勤栽培！湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 29 -參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 王琪著. 基于 Proteus 和 keil 軟件的水塔水位控

55、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J. 中國(guó)科技信息,2009, 11:140-141.2 秦實(shí)宏，徐春暉著.MCS-51 單片機(jī)原理及應(yīng)用M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010. 3 陳森著.水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.建筑設(shè)計(jì),2011, 10（5）:111-113.4 袁新娣著.基于單片機(jī)的智能水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)N. 贛南師范學(xué)院學(xué)報(bào),2010,12(6).5 楊帆、吳晗平著.傳感器技術(shù)及其應(yīng)用M.武漢：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.6 江世明著.基于 Protues 的單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.7 王萬良著.自動(dòng)控制原理M.北京:高等教育出版社,2008.8 史健芳著.智能儀表設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M

56、.北京：電子工業(yè)出版社，2007.9 Huang, Mei-Zhen, Shi, Long-Zhao ; Wang, Yu-Xing. Development of a new signal processor for tetralateral position sensitive detector based on single-chip microcomputerR. Shanghai: AIP,2006. Page(s):083301 - 083301-5. 10 劉涳著. 常用低壓電器與可編程序控制器M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2011.11 周萌,陳躍東,宋少雷著. 基于 PL

57、C 和 MCGS 的水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J. 南陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào),2013,5(3):11-15.12 Pereira, J.M. ; LablM-Escola de Tecnologia de Setubal, Setubal ; Postolache, O. Advantages of PWM-A/D Conversion Techniques in Smart Sensing SystemsR. Xian: IEEE,2007. Page(s):1-5 - 1-10.13 羅新曼. 基于 AT89C51 單片機(jī)的水塔水位控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)N. 呂梁學(xué)院學(xué)報(bào),2013, 4 (3).14 馮

58、博琴,吳寧著. 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M. 北京：清華大學(xué)出版社,2011.15 王東峰，王會(huì)良，董冠強(qiáng).單片機(jī) C 語(yǔ)言應(yīng)用 100 例M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)- 30 -附件一附件一基于水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真的程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit RST = P11 ;sbit SCK = P12 ;sbit SDA = P13 ; sbit P10=P10; /將 P10 定義為 P1.0 引腳sbit shuiman=P14; /將水滿定

59、義為 P1.4 引腳sbit sw3=P15; /將水位 3 定義為 P1.5 引腳sbit sw2=P16; /將水位 2 定義為 P1.6 引腳sbit sw1=P17; /將水位 1 定義為 P1.7 引腳sbit P30=P30; /將 P30 定義為 P3.0 引腳sbit P31=P31; /將 P31 定義為 P3.1 引腳sbit P32=P32; /將 P32 定義為 P3.2 引腳sbit P33=P33; /將 P33 定義為 P3.3 引腳sbit P34=P34; /將 P34 定義為 P3.4 引腳sbit P35=P35; /將 P35 定義為 P3.5 引腳sb

60、it P36=P36; /將 P36 定義為 P3.6 引腳sbit P37=P37; /將 P37 定義為 P3.7 引腳unsigned long k;uchar i,j,mod,flag,flag1=1 ;/控制定時(shí)器動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管的第幾位,j 是定時(shí)讀取時(shí)間。mod 是對(duì) key1 按下次數(shù)計(jì)數(shù)。flag 切換鬧鐘，日期，和周.flag1 為鬧鐘標(biāo)志位/uchar code write_addr7=0 x80,0 x82,0 x84,0 x86,0 x88,0 x8a,0 x8c; /秒分時(shí)日月周年 寫地址/uchar code read_addr7=0 x81,0 x83,0 x85,0 x87,0 x89,0 x8b,0 x8d;