1、目錄第1章 概述21.1 背景介紹21.2 設計要求及意義2第2章 系統方案的設計42.1 總體設計方案42.2 系統組成5第3章 硬件設計63.1 adc0808的簡要介紹63.2 水位檢測電路73.3 水質檢測電路8第4章 軟件設計104.1 水位控制程序104.2 水質檢測程序12第5章 系統調試及說明155.1 軟件調試155.2 硬件調試185.3 使用說明與注意事項19第6章 總結21第7章 參考文獻22第9章 附錄239.1 源程序清單239.2 總電路原理圖29第1章 概述1.1 背景介紹隨著科學技術的發展，單片機作為嵌入式微控制器在工業測控系統，智能儀器和家用電器中得到廣泛應

2、用。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中,單片機往往是作為一個核心部件來使用。水塔水位控制系統的基本要求是能夠在無人監控的情況下自動進行工作，在水塔中的水位到達水位下限時自動啟動電機，給水塔供水；在水塔水位達到水位上限的時候自動關閉電機，停止供水。并能在供水系統出現異常的時候能夠發出警報，以及時排除故障，隨時保證水塔的對外的正常供水作用。水塔是在日常生活和工業應用中經常見到的蓄水裝置，通過對其水位的控制對外供水以滿足需要，其水位控制具有普遍性。不論社會經濟如何飛速，水在人們正常生活和生產中起著重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴重的生產事故及損失，從而對供水系

3、統提出了更高的要求，滿足及時、準確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進行自動化控制系統的改造。從而實現提供足夠的水量、平穩的水壓、水塔水位的自動控制有設計低成本、高實用價值的控制器。該設計采用分立的電路實現超高、低警戒水位處理,實現自動控制,而達到節能的目的,提高了供水系統的質量。1.2 設計要求及意義水位控制在日常生活及工業領域中應用相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。自動檢測水位的檢測系統能根據水位變化的情況自動調節。本次課題采用單片機進行主控制，利用水的導電性測量水位的變化，把測量到的水位變化轉換成相應的電信號，用單

4、片機對接收到的信號進行數據處理，完成水位的檢測、控制及故障報警等功能。本次課程設計對我有以下意義: (1) 通過這次課程設計，加深對單片機理論方面的理解。 (2) 掌握單片機的內部模塊的應用，如片內外存儲器、a/d轉換器等。(3) 了解和掌握單片機應用系統的軟硬件設計過程、方法及實現，為以后設計和實現單片器應用系統打下良好基礎。 (4) 通過簡單課題的設計練習，了解必須提交的工程文件，也達到鞏固、充實和綜合運用所學知識解決實際問題的目的。第2章 系統方案的設計2.1 總體設計方案分析課題可知應分兩個電路來實現系統的功能，一是水位控制電路，二是水質檢測電路，并且對于整個系統我們采用順序控制。首先

5、進行水位控制，水位電路根據輸入不同的模擬量，轉換為不同的數字量，經過和設定的值進行比較，通過p1.2口對電機進行控制。水位控制電路完成其預定功能后，便自動轉到延時子程序，系統經過一定的預定延時（本設計設定值為10s）之后，轉去執行水質檢測電路。檢測電路根據不同的模擬量的輸入，轉換為不同的數字量，經過和設定的值進行比較后，由單片機產生不同的驅動信號，從而使對應的二極管發光，以顯示不同的水質狀態。水質檢測結束，系統自動返回到主程序的入口處，繼續進行水位的檢測和控制。如此往復循環達到對水塔水位的自動控制和對水塔水質的檢測和顯示，從而滿足水位和水質的要求。硬件設計方框圖如圖2-1-1所示。開始水位控制

6、延時水質檢測圖2-1-12.2 系統組成水位檢測電路可以通過兩個51單片機的管腳來感知水位的變化，產生不同的邏輯組合來控制是否進水或是停止進水。輸出端可由一個端口來控制電機的運行狀態，進而控制水泵的工作。水質檢測的電路主要由a/d轉換器組成。通過a/d轉換為數字量作用于單片機，從而控制水質狀況的顯示。本次設計采用adc0808芯片。用led燈來顯示水位的高低。adc0808有8路模擬量的輸入端口，本次設計只要用其中一個，8路模擬開關無需進行切換選通。設計通過a/d轉換為數字量作用于單片機，進而控制電機的運轉。本次設計采用可調電阻器來控制模擬電信號的輸入。通過對電阻器的調節來模擬輸入量的變化。通

7、過對比數字量來進行進行判斷水位的高低，不同顏色的信號指示燈顯示不同的水質。進而通過輸出口對電機進行開關控制。第3章 硬件設計3.1 adc0808的簡要介紹adc0808有8路模擬量的輸入端口，本次設計只要用其中一個，8路模擬開關無需進行切換選通。adc0808的8路模擬輸入8路數字輸出的逐次逼近法a/d器件。其主要技術指標和特性為：1.分辨率為8位。2.轉換時間取決于芯片時鐘頻率。本次單元電路仿真采用640khz的時鐘方波信號。3.單一電源+5v。模擬輸入電壓范圍單極性0-5v,雙極性5v或10v。本次課程設計由于只有一個模擬輸入量，且電壓變化都為正值，故采用單極性電源接法。4.啟動轉換控制

8、方式為脈沖式（正脈沖），上升沿使內部所有寄存器清“0”，下降沿使a/d轉換開始。主要管腳說明：clk:為時鐘信號輸入端，決定a/d轉換的速度，轉換一次為64各時鐘周期。ale:地址鎖存允許信號，高電平有效。當此信號有效時，a、b、c三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應模擬通道。start:為啟動轉換信號，正脈沖有效。此信號通常與系統信號相連，控制ad轉換器的啟動。eoc:轉換結束信號，高電平有效，表示一次ad轉換已完成。可作為中斷觸發信號，也可用程序查詢的方法檢測轉換是否結束。oe:輸出允許信號，高電平有效，可與系統讀選通信號相連。當計算機發出此信號時，adc0808的三態門被打開，此時可通過數據

9、線讀到正確的轉換結果。dc0808的邏輯結構及引腳功能如圖3-1-1所示圖3-1-13.2 水位檢測電路模擬量由模擬通道in1輸入，通過對可調電阻的調節，模擬輸入不同的電壓量。數字量的輸出端與單片機的p0口相連接。單片機可通過對p0口數據的采集和處理，發出相應的控制信號。p3.0口和p3.6口通過邏輯或非門后，輸出端接start與ale端口。p3.0口和p3.7口也通過邏輯或非門后，輸出端接oe端。通過對po的信號和設定的數值比較，得出水位的高低而通過p1.2口對電機進行控制。同時p0口的信號轉入p2口，通過led燈的顯示來顯示水位的高低，燈光的不同來表示水塔的水位狀態。電路連接圖如圖3-2-

10、1所示。圖3-2-13.3 水質檢測電路水質檢測電路主要由adc0808實現,通過a/d轉換對比來判斷水質 的好壞。模擬量由模擬通道in0輸入，通過對可調電阻的調節，模擬輸入不同的電壓量。數字量的輸出端與單片機的p0口相連接。單片機可通過對p0口數據的采集和處理，發出相應的控制信號。p3.0口和p3.6口通過邏輯或非門后，輸出端接start與ale端口。p3.0口和p3.7口也通過邏輯或非門后，輸出端接oe端。由于只需采用一個模擬輸入通道（in0），故可將模擬通道地址選擇端都就地，這樣，轉換出的數字量便全部為in0口的模擬量的對應值。輸出端為p1.5、p1.6、p1.7，分別接一發光二極管，用

11、以顯示不同的水質的狀態。電路連接圖如圖3-3-1所示。圖3-3-1第4章 軟件設計一個應用系統，要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持，尤其是微機應用高速發展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單。以下為設計的具體程序4.1 水位控制程序通過對水位控制電路圖的分析，做出以下水位控制程序流程圖如圖4-1-1所示。圖4-1-1 水位控制程序流程圖由以上流程圖，可以得出水位控制程序清單如下：org 0000h ajmp main org 0030h sjmp loo

12、p org 0050hmain: setb p1.0 clr p3.0 clr p3.6 acall delay setb p3.0 setb p3.6wait: jb p1.1,done1 ;檢測轉換是否完成 sjmp wait ;等待轉換完成done1 : clr p3.0 clr p3.7 mov a,p0 clr c subb a,#0f4h jnc d1 mov a,p0 setb c subb a,#0003h jc d2 sjmp loop d1: clr p1.2 sjmp back d2: setb p1.2 sjmp back back: acall d10s sjmp l

13、oop4.2 水質檢測程序通過對水質檢測電路圖的分析，做出以下水質檢測程序流程圖如圖4-2-1所示。圖4-2-1水質檢測流程圖由以上流程圖，可以得出水質檢查系統程序清單如下：org 0000h sjmp main org 0030main: clr p3.0 clr p3.6 acall delay ;調用延時子程序 setb p3.0 setb p3.6wait: jb p2.7,done ;轉換結束則轉 sjmp wait ;未結束則等待done: clr p3.0 clr p3.7 mov a,p0 ;讀取數據 clr c subb a,#0aah ;與設定值比較大小 jnc done1

14、 ;大則轉 mov a,p0 subb a,#55h ;與設定值比較大小 jnc done2 ;大則轉 setb p1.5 ;控制紅燈亮 clr p1.6 clr p1.7 sjmp maindone1: setb p1.7 ;控制綠燈亮 clr p1.6 clr p1.5 sjmp maindone2: setb p1.6 ;控制黃燈亮 clr p1.5 clr p1.7 sjmp maindelay: mov r5,#5 ;延時子程序dl1: mov r6,#10dl2: mov r7,#10 djnz r7,$ djnz r6,dl2 djnz r5,dl1 ret end 第5章 系統

15、調試及說明5.1 軟件調試本設計主要是用proteus軟件繪圖以及偉福軟件進行編程仿真的。調試步驟由兩個部分組成：首先，確定程序中錯誤的確切性質和位置；然后，對程序代碼進行分析，確定問題的原因，并設法改正這個錯誤。具體地說，由以下步驟組成：1.從錯誤的外部表現入手，確定程序中出錯的位置；2.分析有關程序代碼，找出錯誤的內在原因；3.修改程序代碼，排除這個錯誤；4.重復進行暴露了這個錯誤的原始測試以及某些回歸測試，以確保該錯誤確實被排除且沒有引入新的錯誤；5.如果所作的修正無效，則撤消這次改動，重復上述過程，直到找到一個有效的辦法為止。proteus仿真結果如下：水質差時，紅燈亮，如圖5-1-3

16、所示。圖5-1-3 水質差水質良好時，綠燈亮，如圖5-1-4所示。圖5-1-4 水質良好水質一般時，黃燈亮，如圖5-1-5所示。圖5-1-5 水質一般電機高點停轉，如圖5-1-6所示。圖5-1-6 電機高點停轉電機低點轉動，如圖5-1-7所示。圖5-1-7 電機低點轉動維持不變時，如圖5-1-8所示。圖5-1-8 維持不變5.2 硬件調試這個電路是在老師的指導下設計的，電路的設計在理論上完全行得通，不過接線是設計中最關鍵的一步，我的接線原則是從全局出發，逐個模塊連接調試，最后總體調試。在這個指導思想下，我的安裝還算是是成功的。逐個模塊接線再調試，可以為總體調試省去很多時間，只要每個模塊正常運行

17、，幾個模塊通過地址總線連接之后，就不會出現太大的問題了。調試前的直觀檢查：1、連線是否正確，在通電之前應先檢查一下電路的連線是否正確，包括錯線，少線和多線的情況。查找的方法有：按照電路圖檢查安裝的線路，這種方法的特點是，根據電路圖來確定，按一定的順序逐一檢查安裝好的線路，由此，可容易查出錯線和少線的情況，還有一種方法就是按照實際的線路來對照原理電路進行查線，這是一種以元件為中心進行查線的方法。把每個元件引腳的連線一次查清 ，檢查每個接線處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯線和少線，還容易查處多線的情況。2、元器件安裝時情況檢查元、器見引腳之間有無短路；連接處有無接觸不良；二極管和電容極

18、性等是否連接有誤。電源、信號源連接是否正確。4、電源端對地是否存在短路，在通電前，斷開一根電源線，用萬用表檢查電源對地端是否存在短路。連接結果如下：水位控制調試結果如表格5-1-1所示。（通過變阻器改變p0）p00fahofahpoo3hpo03h電機停轉電機維持不變電機轉動表5-1-1 水位調試結果水質檢測調試結果如表格5-1-2所示。（通過變阻器改變p0）p0#55h#55hp0#0aah#0aahp0紅燈黃燈綠燈表5-1-2 水質調試結果5.3 使用說明與注意事項該電路設計比較簡單，功能穩定，適合于實際的水塔水位控制中使用。作為一個很實用的自動控制裝置，為了工作人員的操作的方便，下面對其

19、使用方法與注意事項作如下簡單描述：使用水質和水位檢測和調節功能是一個完全自動的過程，不過仿真電路是需要人為改變輸入量的變化，在水位的輸入量就是通過浮標來改變輸入量電壓的大小，通過a/d轉換，利用浮力原理使浮標帶動觸頭工作,進而影響直流接觸器動作,控制交流接觸器工作,實現水塔無水時自動開啟水泵電動機,水滿時自動關閉的自動控制目的，整個由單片機來實現對電機的調節。本次設計中的電機調節電路簡單的接了個5v的直流電機來實現控制。水質檢測系統的輸入量是由一個能夠接受發光二極管的感光器來完成的。感光器對不同的水質會感應處不同的電壓信號，這些不同的模擬電信號經過a/d轉換。由單片機驅動相應的水質指示燈，從而

20、達到檢測水質的目的。綠燈表示水質為“良”，黃燈表示水質為“中”，當指示器為紅色時，水質等級為“差”，為保證人們的飲水安全，工作人員應立即停止供水再進行檢查確定感光器工作是否正常。若操作中水位控制和水質檢測不是同時進行的，因為在軟件上有一定的時間差，不過在水塔水位和水質檢測這種對時間的精確度要求不高的場合，時間差可以忽略不計，一般它不會影響到系統的安全性能和時間特性。第6章 總結隨著科學技術的迅猛發展，單片機被廣泛應用于人們生活的各個領域，社會需要大量掌握單片機技術的人才，單片機的使用方法應該是我們熟練掌握的內容，水塔水位的單片機控制系統水塔水位控制在鐵路、油田、化工等部門有著廣泛的應用。通過這

21、次的課程設計，理論加上實踐，我掌握了80c51單片機的基本工作原理和基本編程方法，熟悉了a/d轉換器adc0808的功能和使用方法，還可以根據需要對單片機進行擴展。在此過程中我還熟悉了單片機的軟硬件開發環境，提高了綜合演練單片機的編程能力，并且親身體驗了單片機的開發成果。此次課程設計之后，我對單片機知識點了解了更多，腦海中能把一個個分離的知識模塊聯系成整體，讓后對其進行分析與比較。在單片機課程中的部分知識學會了融會貫通，也讓我深刻認識到“學以致用”的重要性。接到課題后，老師做了簡單的介紹，提出了一些要求，然后通過我們自己查找資料，模擬仿真，上機調試。針對一些關鍵的問題和不懂的地方我及時的和本組

22、的其他同學交流討論。在設計的過程中，我們同樣遇到了很多困難，我們查閱各種書籍資料，對設計更有了一個整體的認識，作出了初步的程序和原理圖，然后經過反復的調試后，逐步修改。這個過程是最困難的過程，也是我收獲最大的過程，使自己的實驗動手能力有了進一步的提高。在為期兩周的時間內，每一天都是忙碌的，而每一天也都是充實的。通過編程、修改、仿真、硬件接線、調試檢測等一系列的工作之后，盡量使其性能達到完美。課程設計期間，我得到了一些同學的很多幫助，大家忙著查資料，不清楚的地方互相討論，肖老師耐心細致而又具有啟發性的輔導更給了我很大的信心，使我受益匪淺。在此，非常感謝我的指導老師和與我同組的同學們，謝謝你們第7

23、章 參考文獻1.單片機原理與應用 王迎旭 主編 機械工業出版社2.單片機應用技術教程（第三版） 張洪潤 易濤 編 清華大學出版社3.單片機初級教程 張迎新 杜小平 樊桂花 雷道振 編 北京航空航天大學出版社4.51系列單片機應用與實踐教程 周向紅 主編 北京航空航天大學出版社5.數字電子技術基礎（第四版） 閻 石 主編 高等教育出版社第9章 附錄9.1 源程序清單 org 0000hd5 equ 33h ;顯示緩存區33h-34hd6 equ 34hwei1 equ p1.3 ;位選端口p2.4-p2.7wei2 equ p1.4 ajmp main org 0030h sjmp loop o

24、rg 0050hmain: setb p1.0 clr p3.0 clr p3.6 acall delay setb p3.0 setb p3.6wait: jb p1.1,done1 ;檢測轉換是否完成 sjmp wait ;等待轉換完成done1 : clr p3.0 clr p3.7 mov a,p0 clr c subb a,#0f4h ;與最高位比較 jnc d1 mov a,p0 setb c subb a,#0003h ；與最低位比較 jc d2 sjmp loop d1: clr p1.2 sjmp back ；電機停轉 d2: setb p1.2 sjmp back ；電機轉

25、動 back: acall d10s sjmp loop d10s: mov r3,#19h loop3: mov r1,#85h loop1: mov r2,#0fh loop2: djnz r2,loop2 djnz r1,loop1 djnz r3,loop3 reti loop: mov a,p0 mov p2,a acall tran acall disp ； 水位顯示 clr p1.0 clr p3.0 ;水質檢測 clr p3.6 acall delay setb p3.0 setb p3.6wait1: jb p1.1,done ;檢測轉換是否完成 sjmp wait1 ;等待

26、轉換完成done: clr p3.0 clr p3.7 mov a,p0 ;讀取p0口數字量 clr c subb a,#0aah ;與設定值#0aah比較 jnc a1 ;若a值大，則綠燈亮 mov a,p0 subb a,#55h ;與設定值055h比較 jnc a2 ;若a值大，則黃燈亮 setb p1.5 ;其余情況，則紅燈亮 clr p1.6 clr p1.7 sjmp maina1: setb p1.7 ;綠燈亮子程序 clr p1.6 clr p1.5 sjmp maina2: setb p1.6 ;黃燈亮子程序 clr p1.5 clr p1.7 sjmp maindelay:

27、 ;延時子程序 mov r5,#5dl1: mov r6,#10dl2: mov r7,#10 djnz r7,$ djnz r6,dl2 djnz r5,dl1 retitran: mov a,p2 mov b,#10h div ab mov d5,a mov d6,b ret disp: mov dptr,#tab setb p1.3 mov a,d5 movc a,a+dptr mov p2,a acall delay1 clr p1.3 setb p1.4 mov a,d6 movc a,a+dptr mov p2,a acall delay1 clr p1.4 mov p2,#0ff

28、h retdelay1:mov r6,#5d0: mov r7,#200 djnz r7,$ djnz r6,d0 rettab:db 28h ; 0 db 0ebh ; 1 db 32h ; 2 db 0a2h ; 3 db 0e1h ; 4 db 0a4h ; 5 db 24h ; 6 db 0eah ; 7 db 20h ; 8 db 0a0h ; 9 db 60h ; a db 25h ; b db 3ch ; c db 23h ; d db 34h ; e db 74h ; f db 0d7h ; -. db 0f7h ; - db 61h ; h db 70h ; p db 0dfh ; . db 27h ; o db 0ffh ; 全黑 end9.2 總電路原理圖tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgshls50clmtwn60eo8wgqv7xav2ohum32wgeauw