本单片机系统设计的目的是应用单片机控制技术，以8051单片机为核心控制

  

庆丰热电公司的800立方米的水箱的水位，并实现了报警和手动、自动切换功能。

  

该系统操作方便、性能良好，比较符合电厂生产用水系统控制的需要。本文还详

  

细的给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编语言程序。

  

  

  

  

关键词： 单片机       水位

                   控制         报警

  

  

摘       要………………………………………………………………………………1

目       录………………………………………………………………………………2

一、单片机的说明……………………………………………………………………3

1、8051单片机简介……………………………………………………………3

2、单片机的时序…………………………………………………………………5

3、引脚极其功能…………………………………………………………………6

二、水箱给水设备系统的构成………………………………………………………10

三、本系统8051单片机控制部分……………………………………………………12

四、本系统的工作原理………………………………………………………………13

五、主程序框图………………………………………………………………………14

六、本系统程序清单…………………………………………………………………17

七、附录：本系统电路图……………………………………………………………21

  

目前，8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。89C51是Intel公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括：一个8位的微型处理器CPU；一个256K的片内数据存储器RAM；片内程序存储器ROM；四个8位并行的I/O接口P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。下面简单介绍下其各个部分的功能。

中央处理器CPU是单片微型计算机的指挥、执行中心，由它读人用户程序，并逐条执

行指令，它是由8位算术／逻辑运算部件(简称ALu)、定时／控制部件，若干寄存器A、B、

B5w、5P以及16位程序计数器(Pc)和数据指针寄存器(DM)等主要部件组成。算术逻辑单元的硬件结构与典型微型机相似。它具有对8位信息进行+、-、x、/ 四则运算和逻辑与、或、异或、取反、清“0”等运算，并具有判跳、转移、数据传送等功能，此外还提供存放中间结果及常用数据寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序计数器Pc、定时与控制电路等组成的。指令寄存器中存放指令代码。枷执行指令时，从程序存储器中取来经译码器译码后，根据不同指令由定时与控制电路发出相应的控制信号，送到存储器、运算器或I／o接口电路，完成指令功能。程序计数器Pc   程序计数器Pc用来存放下一条将要执行的指令，共16位．可对以K字节的程序存储器直接寻址c指令执行结束后，Pc计数器自动增加，指向下一条要执行的指令地址。

       CPU功能，总的来说是以不同的方式，执行各种指令。不同的指令其功自略异。有的指令涉及到枷各寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关

系；有的则与外部器件如外部程序存储器发生联系。事实上，cRJ是通过复杂的时序电路完

成不同的指令功能。所谓cRJ的时序是指控制器控照指今功能发出一系列在时间上有一定

次序的信号，控制和启动一部分逻辑电路，完成某种操作。

       1．时钟电路   M田—51片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTALI和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。采用内部方式时，在C1和C2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器， 振荡频率的选择范围为1．2—12MHZ在使用外部时钟时，XTAL2用来输入外部时钟信号，而XTALI接地。

       2．时序   MGL5l单片机的一个执器周期由6个状态(s1—s6)组成，每个状态又持续2

个接荡周期，分为P1和P2两个节拍。这样，一个机器周期由12个振荡周期组成。若采用

12MHz的晶体振荡器，则每个机器周期为1us，每个状态周期为1／6us；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在N期间，而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从S1P2开始执行指令。如果是双字节指令，则在同一机器周期的s4读人第二字节。若为单字节指令，则在51期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加1。在加结束时完成指令操作。多数Mcs—51指令周期为1—2个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需4个机器周期。 对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节，但Movx指令例外，Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令，在执行Movx指令期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。下面是51单片机的振荡电路图：

  

  

MCS—51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。

下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。

1、电源引脚Vcc和Vss

Vcc（40脚）：接+5V电源正端；

Vss（20脚）：接+5V电源正端。

2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。

XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。

3、控制信号或与其它电源复用引脚

       控制信号或与其它电源复用引脚有RST/V_PD、ALE/P、PSEN和EA/V_PP等4种形式。

（A）．RST/V_PD（9脚）：RST即为RESET，V_PD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。

当V_CC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源V_PD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。

（B）．ALE/ P （30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P₀口的低

（C）．PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。

（D）．EA/Vpp（31脚）：EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高

电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS—52子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。

       4.输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口

(A).P₀口（39脚～22脚）：P_0.0～P_0.7统称为P₀口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P₀口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。

对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P₀口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。

(B).P₁口（1脚～8脚）：P₁.₀～P₁.₇统称为P₁口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS—52子系列单片机，P_1.0和P1.1还有第2功能：P_1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P_1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时，P₀口接收输入的低8位地址。

(C).P₂口（21脚～28脚）：P₂.₀～P_2.7统称为P₂口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P₂口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时，P₂口接收输入的8位地址。

(D).P₃口（10脚～17脚）：P_3.0～P_3.7统称为P₃口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P₃口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P₃口的第2功能见下表

  

                                 单片机P3.0管脚含义

  

引脚	第2功能
P3.0	RXD（串行口输入端0）
P3.1	TXD（串行口输出端）
P3.2	INT0（部中断0请求输入端，低电平有效）
P3.3	INT1（中断1请求输入端，低电平有效）
P3.4	T0（时器/计数器0计数脉冲端）
P3.5	T1（时器/计数器1数脉冲端）
P3.6	WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）
P3.7	RD（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）

  

  

综上所述，MCS—51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：

1).单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；

2).单片机对外呈3总线形式，由P₂、P₀口组成16位地址总线；由P₀口分时复用作为数据总线。

  

附:89C51的管脚如图

  

  

  

800立方米由两台给水泵机组、水箱和三只浮球开关组成，其系统结构如图：

  

  

其中M1、M2为给水泵机组，LG、LD、LDD分别为水位高、水位低、水位低低浮球开关，当水位高（大于90开度）时，LG闭合，当水位低（小于75开度）时，LD闭合，当水位低低（小于50开度）时，LDD闭合。

  

   800立方米水箱的控制器由8051系统构成。为避免电机的起停和电源波动时对电路的影响，输入输出均采用光电隔离。输出通过继电器，控制水泵机组的起停和报警，其电路图如下：

  

给水泵电机主控回路图如下：

  

  

  

本系统采用8051单片机，引脚具体控制如下：

P1口和P3口为输入输出检测信号和控制信号。下面是8051芯片引脚具体分配：

P1.0：水位低低输入信号。（低0   高1）

P1.1：水位低输入信号。（低0   高1）

P1.2：水位高输入信号。（高1，低0）

P1.3：手动与自动转换输入信号。（手动1，自动0）

P1.4：M1起动KM1控制输出信号。（手动1，自动0）

P1.5：M2起动KM1控制输出信号。（手动1，自动0）

P1.6：M1开关状态输入信号。（开0，关1）

P1.7：M2开关状态输入信号。（开0，关1）

P3.0：水位低低报警输出信号。

P3.1：水位低报警输出信号。

P3.2：水位高报警输出信号。

P3.4：手动起动M1输入信号，低电频有效动作。

P3.5：手动起动M2输入信号，低电频有效动作。

P3.6：手动停M1输入信号，低电频有效动作。

P3.7：手动停M2输入信号，低电频有效动作。

  

  

  

  

  

  

当水箱水位低时，起动M1、M2给水，水位上升到90%，停M1。当水箱水位低低（小于50%）时，同时起动M1、M2，当水位上升到50%以上70%以下时，停M2，M1继续运行到水位上升到90%以上才停止工作。经过调试系统，测得以下数据：水位从50%--70%，两台泵运行需要约10分钟；水位从70%--90%，一台泵运行需要约15分钟。水箱的水位一般保持在70%--90%。

  

报警控制如下：

当水位高与90开度的时候，由传感器经变送器发送信号，LG闭合，系统水位高报警。当水位低于75开度的时候，由传感器经变送器发送信号，LD闭合，系统水位低报警。当水位低与50开度的时候，由传感器经变送器发送信号，LDD闭合，系统水位低低报警。手动/自动模式转换控制如下：全自动模式下，系统自动判断水位的状况，选择不同的工作状态。在手动的模式下，两台给水泵的运行控制可由人工自己操作。

  

  

1 主程序框图

  

  

2 自动模式子程序：

  

主程序：

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0060H

MAIN: MOV   P1, #FFH           ; P1 P3口初始化置1

MOV   P3，#FFH

JNB P1.3 ， AVT                 ； 若手动在自动位置，跳到自动模式子程序

AJMP   MEN                             ；否则转到手动模式子程序

END

  

AUT：     NOP（空命令）

JNB   P1.2 , LG                   ;水位高—LG

JB   P1.1     LD ，               ；水位没低---LD

CLR   P3.1                             ；水位低报警

JB         P1.0, LDD               ；水位未低低---LDD

CLR   P3.0                             ；水位低低报警

JNB 3.1     P1.6,     Y1       ；M1已启动—Y1

CLR P1.4                             ；否则启动M1

Y1:JNB P1.7 ,Y2               ； M2已启动---Y2

     CLR P1.5                         ；否则启动M2

Y2:ACALL   DELAY ；延时1分钟

     AJMP   AUT     ；返回自动模式

LDD: JNB P1.6 ,Y3 ； 单独运行M1（LDD〈水位〈LD）

CLR P1.4

Y3: JB   P1.7   Y2

       SETB P1.5

AJMP Y2

LG:CLR   P3.2           ;水位高报警

LD:AJMP MAIN         ;返回主程序

  

  

  

手动控制子程序

MEN：NOP

           JNB P1.1 , MAIN ;

ACALL   KEY

CJNE A ,#FOH,NN         ;

AJMP     MEN

  

NN:JNB   ACC.4 ,HM1

JNB   ACC.5, HM2

JNB   ACC.6 ,DM1

JNB   ACC.7 ,DM2

AJMP   MEN

HM1: JNB   P1.6 ,MEN

CLR   P1.4

AJMP MEN

HM2:JNBP1.7, MEN

CLR   P1.5

AJMP MEN

DM1:JB   P1.6, MEN

SETB   P1.4

AJMP MEN

DM2:JB   P1.7, MEN

SETB   P1.5

AJMP   MEN

RET

延时1S主程序

T1M1:   MOV R1,   #F0H

L4:         MOV R2,   #08H

L1:         MOV R3,   #FAH

L2:         MOV R4,   #FAH

L1:         DJNZ R4,     L1

DJNZ R3,     L2

DJNZ R2,     L3

DJNZ R1,     L4

RET

  

延时6ms子程序

T1M3:   MOV   R4, #12

MM:       MOV   R5, #248

DJN2   R5, $

DJN2   R4, D3

RET

  

  

  

有无键合子程序：

KEY：ACALL     KS1               ；有无闭合

JNZ   LK1

ACALL     TIM

AJMP     KEY                 ；无键闭合返回

LK1：ACALL     TIM

ACALL     TIM

ACALL     KS1

JNZ     LK2

ACALL     TIM

AJMP     KEY

LK2：RET

  

KS1：MOV A ， P3             ；扫描

         ANL A ， #FOH         ；屏蔽低4位

         RET