TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1引言 1\o"CurrentDocument"2設計方案及原理 1\o"CurrentDocument"設計原理 1\o"CurrentDocument"設計方案 2\o"CurrentDocument"3硬件設計 2\o"CurrentDocument"時鐘電路和手動復位電路 3\o"CurrentDocument"水位檢測接口電路、故障報警電路 3\o"CurrentDocument"存儲器擴展接口電路 4\o"CurrentDocument"4軟件設計 4\o"CurrentDocument"程序流程圖 4\o"CurrentDocument"運行結果 5\o"CurrentDocument"5總結 7\o"CurrentDocument"6參考文獻 7\o"CurrentDocument"7附錄 71引言隨著社會的發展，科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便與生活的自動控制系統開始進入了我們的生活，單片機作為微型計算機發展的一個重要分支，具有高可靠性、高性能價格比、低電壓、低功耗等優勢，以其為核心的自動控制系統贏得了廣泛的應用。該課程設計的題目是基于單片機的水塔水位控制，在此水塔水位控制系統中，檢測信號來自插入水中的3個金屬棒，以感知水位變化情況。工作正常情況下，應保持水位在某一范圍內，當水位變化發生故障的時候，及時關斷電機電源，發出聲、光報警信號。其目的在于對單片機技術的應用，由單片機實現自動運行，使水塔內水位始終保持在一定范圍，以保證連續正常地供水。該課程設計給出以AT89C51單片機為核心器件的水塔水位檢測控制系統仿真設計，實現水位的檢測控制、處理和報警等功能，并在Proteus軟件環境下模擬仿真。實驗結果表明，該系統具有良好的檢測控制功能，可移植性和擴展性好。2設計方案及原理設計原理單片機水塔水位控制原理如圖1所示，圖中虛線表示容許水位變化的上下線，在正常情況下，應保持水位在虛線范圍之內。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棒各通過一個電阻與地相連。圖1水塔水位控制原理圖水塔由電機帶動水泵供水，單片機控制電機轉動以達到對水位控制之目的。供水時，水位上升，當達到上限時，由于水的導電作用，B、C棒連通+5V。因此，b，c兩端均為1狀態，這時應停止電機和水泵的工作，不再給水塔供水。當水位處于上下限之間時，B棒與A棒導通。因C棒不能與A棒導通，b端為1狀態，c端為0狀態。這時，無論是電機已在帶動水泵給水塔加水，水位在不斷上升；或者是電機沒有工作，用水使水位在不斷下降。都應繼續維持原有的作

狀態。當水位降到下限時，B，C棒都不能與A棒導電，因此，b，c兩端均為0狀態。這時應啟動電機，帶動水泵工作，給水塔供水。設計方案本設計為一個實際應用系統的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系統中，檢測信號來自插入水中的3個金屬棒，以感知水位變化情況。工作正常情況下，應保持水位在某一范圍內，當水位變化發生故障的時候，及時關斷電機電源,發出聲、光報警信號。水塔水位的硬件原理圖如圖2所示。 ”嘲m rtuMKFTLSSOS即4NHFD/WFC「MrP"硒絲欣《圖2硬件原理圖用其蟠rtuMKFTLSSOS即4NHFD/WFC「MrP"硒絲欣《圖2硬件原理圖用其蟠&nlwP2S3JD時:洶IftLwiiP2*3M3一號手F4尋一.“FH漕玉圖2中的硬件和主要控制信號分析如下:⑴使用8031單片機。由于8031沒有內部ROM,因此需外擴展ROM,作為程序存儲器。本系統采用2732構成4KB的外擴展程序存儲器。74LS373作為地址鎖存器。⑵兩個水位信號由和輸入，這兩個信號共有四種組合狀態，如圖7—10，其中10狀態正常情況下是不可能發生的，但在設計中應該考慮到，并作為一種故障狀態。⑶控制信號由輸出，去控制電機，并串聯一個發光二極管，用來顯示電機的運轉與否。⑷由輸出報警信號，驅動一支發光二極管和一只蜂鳴器進行聲光報警。3硬件設計水塔水位控制系統主要有CPU（AT89C51）、水位檢測接口電路、報警接口電路、存儲器擴展接口電路、復位電路、時鐘振蕩等部分組成。時鐘電路和手動復位電路

時鐘電路和手動復位電路如圖3時鐘電路和手動復位電路如圖3所示。圖3時鐘電路和外部手動復位電路圖3中，在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘電路。晶體振蕩頻率高，則系統的時鐘頻率也高，單片機運行速度就快，同時對存儲器的速度也高。復位電路的成功與否，關系到一個單片機系統能否正常運行，本設計采用按鍵電平復位方式，是通過使復位端經電阻與Vcc電源接通而實現的。水位檢測接口電路、故障報警電路水位檢測接口電路、故障報警電路如圖4所示。圖4水位檢測接口電路、故障聲光報警電路圖4中，為了便于水位檢測，在實際仿真過程中用一個兩位的撥碼開關模擬b、c端的狀態，從而實現水位狀態的四種組合，如圖所示7—10。正電極接和口，每個負電極分別通過的電阻接地，將單片機的口接開關1，口接開關2。單片機通過負電極重復采集檢測水位，當缺水時（此時兩個開關均置0），電機必須帶動水泵抽水；若水位在正常范圍內，檢測信號為高電平，此時開關1置1，開關2置0；當水位過高時，檢測信號為高電平，此時開關1和開關2都置1，單片機檢測到和為高電平后，立即停機。為了避免系統發生故障時，水位失去控制造成嚴重后果，在超出和低于警戒線水位時，報警電路產生光電報警。單片機為啟動電機命令輸出端口，通過反相器與電機相連，為低電平時電機運轉，否則，電機停轉；電機故障報警由單片機的和口控制，當為高電平，為低電平時，表示產生故障，則為低電平，報警燈亮,

同時蜂鳴器響。出現故障時，電機也停止轉動。存儲器擴展接口電路存儲器擴展接口電路如圖5所示。中娛4KH的外郃河口所P2.口F3F2.1i■用F士.工但1口PLM/ddP2.4/A12pa-srAisF2.0g1P2.口F3F2.1i■用F士.工但1口PLM/ddP2.4/A12pa-srAisF2.0g14F￡.7■但帕FO.Dg口口FO.1/SD1Fti.2/AD2FO.3gD，FO.4/ftD4.FO.OZADCFCi.O/ftDOFO.7/AD7ElS3上T公二匚_LZ.■:CE□E/VFPDDDDDDDDFS.1/TM- 圖5擴展4KB外部ROM電路圖圖5中，為了便于系統擴展，存放大容量應用程序，系統設計擴展一片程序存儲器2732,用于存放源程序代碼，因只擴展一片存儲器，片選端OE接地。74LS373用于地址鎖存，地址鎖存信號ALE接鎖存器的LE端，通過軟件設置實現地址和數據信息的傳輸。4軟件設計程序流程圖程序流程圖如圖6所示。圖6中，由于水位狀態有四種組合，而水位一直在變化，所以一種水位狀態在持續一定時間后要再次判斷新的水位，在本設計中，設延時時間為10S，程序的流程用到了循環結構。

圖6圖6水塔水位控制程序流程圖運行結果根據硬件原理圖，在Proteus環境下做出水塔水位控制的仿真圖，并在Proteus和Keilc的聯合調試下，進行模擬仿真，仿真結果如圖7—10所示。圖7電機運轉其中，和均為低電平，即水位處于00態，也為低電平，電機運行的指示燈亮;為高電平，報警指示燈不亮，蜂鳴器不響。

PjLlifTTRJ-ICTZ-Jrami?nsrtTW打EPjLlifTTRJ-ICTZ-Jrami?nsrtTW打E圖8維持原狀其中，為低電平，為高電平，即水位處于01態，為低電平，電機運行的指示燈亮；為高電平，報警指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖9電機停轉其中，和為高電平，即水位處于11態，也為高電平，電機運行的指示燈不亮;為高電平，報警指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖10故障聲光報警，電機運行的指示其中，為高電平，為低電平，即水位處于10態，為高電平燈不亮；為低電平，報警指示燈亮，蜂鳴器響。，電機運行的指示5總結通過這次課程設計，實現了基于單片機的水塔水位控制系統的設計和模擬仿真，完成了此課程設計的全部要求，即硬軟件設計，口接線、存儲器擴展、設計報告等。在課程設計過程中，遇到了好多問題，例如，雖然說上學期認真地學習了單片機課程，熟悉了Proteus和Keilc的使用，但由于很長時間的不用，變得有些生疏通過跟老師和同學請教自己不懂的技巧再加上這次做課程設計對Proteus和Keilc的進一步使用，使我對上述兩種軟件更加熟悉，用起來更得心應手在此，感謝老師和同學們的幫助。另外，此課程設計用到了好多單片機的知識，遇到一些不懂的問題，通過查資料和跟老師和同學討論，都一一解決了。通過這次課程設計，使我更加堅信“千里之行，始于足下〃這句話，剛開始拿到題目，覺得很難，只要你勇于思考，勇于探索，最終順利地完成了此題課程設計，使我的動手實踐能力也得到很大的提高。6參考文獻[1]李華，王思明,張金敏.單片機原理及應用[M].蘭州:蘭州大學出版社,2001.⑵張金敏，董海棠，高博.單片機原理與應用系統設計[M].成都:西南交通大學出版社,2010.[3]杜樹春.基于Proteus和Keilc51的單片機設計與仿真[M].北京:電子工業出版社,2012.7附錄基于單片機的水塔水位控制系統程序如下，用匯編語言編寫，實現單片機的自動運行控制。〃主程序〃ORG0000HLOOP：ORLP1,#03HAJMPLOOPORG0100H；為檢查水位狀態做準備MOVA,P1JNB,ONE；=0則轉移JB,TWO；=1則轉移BACK：LCALLDELAY；延時AJMPLOOPONE：JNB,THREE；=0轉移CLR93H；=0,啟動報警裝置SETB92H；=1,停止電