基于單片機(jī)的水位控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的水位控制器姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師___成績(jī)摘要本設(shè)計(jì)是利用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)的一種水位控制器。主要是基于單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)以及程序設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)水位監(jiān)測(cè)，水位控制，水位顯示。在設(shè)計(jì)中主要采用了傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、C語(yǔ)言編程等技術(shù)。本文還講述了水位控制器工作的基本原理，介紹了電路接口原理圖，給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)流程圖和C語(yǔ)言程序。本文主要是為了使讀者更多的了解單片機(jī)，掌握單片機(jī)的組成部分和控制原理，了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的工作原理，以及單片機(jī)控制水位是如何工作的。實(shí)驗(yàn)證明，單片機(jī)控制的水位控制器的硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能，可以大大的提高單片機(jī)的開發(fā)效率。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、水位控制i --目錄摘要目錄第一章系統(tǒng)功能要求1.1課程設(shè)計(jì)題目1.2課程設(shè)計(jì)用材第二章設(shè)計(jì)方案論證2.1設(shè)計(jì)方案第三章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1主要芯片簡(jiǎn)介1.1AT89C51簡(jiǎn)介3.1.2AT89C51的引腳功能ATC89C51基本電路復(fù)位電路晶振電路A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809簡(jiǎn)介3.3.2ADC0809引腳功能3.3.3ADC0809應(yīng)用說明3.4數(shù)碼管顯示電路3.4.1數(shù)碼管簡(jiǎn)介3.4.2數(shù)碼管工作原理3.4.3數(shù)碼管顯示電路第四章系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì)方案第五章調(diào)試及性能分析5.1軟件調(diào)試5.2仿真結(jié)果5.3性能分析參考文獻(xiàn)附件附件一設(shè)計(jì)總電路圖和仿真結(jié)果附件二程序第一章系統(tǒng)功能要求1.1課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)出一個(gè)用單片機(jī)控制的水位控制器。1.2課程設(shè)計(jì)用材電烙鐵，錫絲，,PCB板，AT89C51單片機(jī)，ADC0809，晶振，數(shù)碼管，發(fā)光LED（紅綠各一個(gè)），繼電器，水位傳感器，電機(jī)，各種不同阻值電阻，各種型號(hào)電容，導(dǎo)線，杜邦線等等。第二章設(shè)計(jì)方案論證2.1設(shè)計(jì)方案硬件選擇：選擇AT89C51作為單片機(jī)芯片、ADC0809實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換、WaterSensorforArduino水位傳感器實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集。軟件開發(fā)環(huán)境：用Proteus7Professional軟件畫電路圖、KeiluVision4軟件進(jìn)行程序編寫。第三章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1主要芯片簡(jiǎn)介3.1.1AT89C51簡(jiǎn)介單片機(jī)是將微處理器、一定容量的ROM和RAM以及I/O口、定時(shí)器等電路集成在一塊芯片上，構(gòu)成的單片微型計(jì)算機(jī)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.1.2AT89C51的引腳功能AT89C51有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O端)口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。引腳配置如圖1.1所示。圖3.1AT89C51引腳圖VSS：接地端。VCC：電源端。P0.0-P0.7：通道0，雙向I/O口。第二功能是在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)可分時(shí)用作低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線，在編程和檢驗(yàn)時(shí)，用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。P1.0-P1.7：通道1，雙向I/O口，在編程和檢驗(yàn)是，用于接收地址字節(jié)。P2.0-P2.7：通道2，雙向I/O口，在第二功能是在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高8位地址，在編程和檢驗(yàn)時(shí)，用做高位地址字節(jié)和控制信號(hào)。P3.0-3.7：雙向I/O口，每條線都有自己的功能，如表3.1所示。表3.1P3口各位的第二功能P3P3口各位第二功能P3.0RTD（串行口輸出）P3.1TXD（串行口輸入）P3.20INT（外部中斷0輸入）P3.31INT(外部中斷1輸入)P3.4T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入）P3.6WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)）P3.7RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)）ALE：地址鎖存允許線，在訪問外部存儲(chǔ)器是，用來鎖存P0口送出的低8位地址信號(hào)。在不訪問外部存儲(chǔ)器是，ALE也震蕩頻率的六分之一的固定速率輸出，此時(shí)，它可用做外部時(shí)鐘和外不定時(shí)。但若要訪問外部存儲(chǔ)器，則ALE不是連續(xù)周期脈沖，無法用做時(shí)鐘信號(hào)。EA:片外存儲(chǔ)器訪問選擇線，可以控制89C52使用片內(nèi)ROM或使用片外ROM,若是EA=1，則允許使用片內(nèi)ROM；若是EA=0，則只使用片外ROM。PSEN：片外ROM的選通線，在訪問片外ROM時(shí)，89C52自動(dòng)在PSEN線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，作為片外ROM芯片的讀選通信號(hào)。RST：復(fù)位線，可以使89C52處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。通常89C51復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。XTAL1和XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個(gè)端口用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接89C52片內(nèi)OSC(震蕩器)的定時(shí)反饋回路。AT89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。3.2ATC89C51基本電路3.2.1復(fù)位電路復(fù)位是使單片機(jī)處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機(jī)工作從復(fù)位開始。在單片機(jī)RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本方式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。復(fù)位電路如圖3.2所示。開機(jī)瞬間RST獲得高電平，隨著電解電容C3的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。若該高電平能保持足夠2個(gè)機(jī)器周期，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。根據(jù)經(jīng)典電路選擇參數(shù)，選取C3=10μF，R1=10KΩ。圖3.2復(fù)位電路圖3.2.2晶振電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式是利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。本次設(shè)計(jì)中，采用的是12MHz晶振，配上30pF的電容，構(gòu)成諧振，這樣有助于輸出穩(wěn)定的波形。如圖3.3所示。圖3.3晶振電路圖ADC0809是ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。3.3.2ADC0809引腳功能圖3.4ADC0809引腳C1=C2=30PF。其中晶振周期（或外部時(shí)鐘信號(hào)周期）為最小的時(shí)序單位。3.3A/D轉(zhuǎn)換器3.3.1ADC0809簡(jiǎn)介

ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。B、C：地址輸入線。如圖3.5選擇信號(hào)輸入通道。圖3.5ADC0809通道選擇ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。3.3.3ADC0809應(yīng)用說明ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷。當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。圖3.63.4.1數(shù)碼管簡(jiǎn)介led數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays）是由多個(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。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。3.4.2數(shù)碼管工作原理根據(jù)其引腳接線，點(diǎn)亮相應(yīng)的LED，即可得到想要的顯示。3.4.3數(shù)碼管顯示電路此數(shù)碼管為共陰極接法，接一個(gè)上拉電阻后，接入單片機(jī)的P0端口，由P0口控制輸出，高電平點(diǎn)亮相應(yīng)的二極管。圖3.7數(shù)碼管顯示電路第四章系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì)方案對(duì)端口賦初值啟動(dòng)定時(shí)器模擬信號(hào)采集轉(zhuǎn)換判斷按鍵按下情況顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控制電機(jī)啟?？刂浦甘緹袅翜绯绦驕?zhǔn)備，定義端口4.2程序見附件二第五章調(diào)試及性能分析5.1軟件調(diào)試本設(shè)計(jì)的調(diào)試主要用到keil和protues軟件。其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真采用的是Proteus軟件，而C語(yǔ)言程序用Keil軟件調(diào)試并把程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。軟件調(diào)試結(jié)果如圖5.1所示。圖5.1軟件調(diào)試5.2仿真結(jié)果仿真結(jié)果見附件一。5.3性能分析本次課程設(shè)計(jì)所應(yīng)用到的軟件有：KEIL，PROTEUS這兩個(gè)軟件，兩個(gè)軟件結(jié)合起來用對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用。軟件調(diào)試是通過s進(jìn)行的，此軟件不多介紹了，功能強(qiáng)大，是學(xué)習(xí)電路的好幫手。但進(jìn)行軟件仿真的時(shí)候，卻一直沒有出現(xiàn)結(jié)果。這就要我們進(jìn)行錯(cuò)誤的排查，這就包括各個(gè)端口的檢查和分析。由于網(wǎng)上下載了中文補(bǔ)丁，因此對(duì)于我們初學(xué)者來說難度降低了不少，仿真軟件proteus仿真時(shí)按鍵數(shù)碼管老是加二，最后發(fā)現(xiàn)是個(gè)按鍵的延時(shí)太短了，增加延時(shí)后才實(shí)現(xiàn)加一，不僅要看電路是否有問題，c語(yǔ)言編程也要檢查。在實(shí)物的制作過程中遇到的麻煩更大，其中鍛煉動(dòng)手能力還是很好的，首先對(duì)于那些硬件都不怎么熟悉，這得就需要我們?nèi)ゲ殚啎Y料，一個(gè)元器件的接口有什么功能、在哪里，平常我們?cè)跁旧现荒芟胂笠幌?，現(xiàn)在拿到硬件了又該如何是好，大部分的硬件只有一個(gè)名字，其余的引腳全部要查閱相關(guān)資料。還有在焊接的過程中對(duì)于東西的使用也是很有講究和技巧的。了解助焊劑與焊錫絲的關(guān)系，如何使用，怎么用得安全對(duì)于我們動(dòng)手少的人來說是很有難度的。因此在第一次做的時(shí)候，線路極其混亂，出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，沒辦法只有一次次的檢查，重新排版、焊接，找到錯(cuò)誤的地方。參考文獻(xiàn)李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.4版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.7郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.1康光華.數(shù)字電路基礎(chǔ)數(shù)字部分［M］.5版.北京：高等教育出版社，2006.1附件附件一設(shè)計(jì)總電路圖和仿真結(jié)果附件二程序#include<reg52.h>//頭文件#defineucharunsignedchar//宏定義無符號(hào)字符型#defineuintunsignedint//宏定義無符號(hào)整型sbitST=P3^1;//A/D啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)sbitOE=P3^3;//數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)sbitEOC=P3^2;//A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)sbitCLK=P3^0;//時(shí)鐘脈沖sbitb1=P3^4;sbitb2=P3^5;sbitb3=P3^6;sbitb4=P3^7;sbitkey1=P1^0;sbitkey2=P1^1;sbitkey3=P1^2;sbitkey4=P1^3;sbitkey5=P1^4;sbitkey6=P1^5;sbitkey7=P1^6;sbitOUT=P1^7;sbitzsd1=P3^6;sbitzsd2=P3^7;uintz,x,c,v,AD0809,date,sw,reng;//定義數(shù)據(jù)類型unsignedcharleddata[]={0x3F,//"0"0x06,//"1"0x5B,//"2"0x4F,//"3"0x66,//"4"0x6D,//"5"0x7D,//"6"0x07,//"7"0x7F,//"8"0x6F,//"9"0x77,//"A"0x7C,//"B"0x39,//"C"0x5E,//"D"0x79,//"E"0x71,//"F"0x76,//"H"0x38,//"L"0x37,//"n"0x3E,//"u"0x73,//"P"0x5C,//"o"0x40,//"-"0x00,//熄滅0x00//自定義};/*************************************************************************CLK振蕩信號(hào)**************************************************************************/voidtimer0()interrupt1//定時(shí)器0工作方式1{TH0=(65536-2)/256;//重裝計(jì)數(shù)初值TL0=(65536-2)%256;//重裝計(jì)數(shù)初值CLK=!CLK;//取反}voidanniu(){if(key1==0){sw=8;reng=0;}if(key2==0){sw=5;reng=0;}if(key3==0){sw=4;reng=0;}if(key4==0){sw=3;reng=0;}if(key5==0){sw=2;reng=0;}if(key6==0){sw=1;reng=0;}if(key7==0){reng=1;}if(reng==1){OUT=key7;zsd2=key7;}}voidxianshi(){P0=leddata[date];if(date>=sw&&reng==0){OUT=1;zsd2=1;}elseif(d