1、1 微機原理與接口課程設計微機原理與接口課程設計題目名稱： 鍋爐水位計 專業班級： 電信 10 （1） 學生姓名： 張宇正 學生學號： 2010508093 指導教師： 劉恩博 完成日期：2013 年 1 月2目錄目錄1 緒論緒論.32 硬件設計硬件設計.42.1 總體設計方案的確定總體設計方案的確定.42.1.1 設計方法 .42.2 硬件選擇硬件選擇.52.2.1 傳感器的選擇 .52.2.2 A/D 轉換器的選擇.62.2.3 控制芯片的選擇 .72.2.4 報警電路的設置 .72.2.5 控制電路的設計 .82.2.6 顯示電路的設計 .83 軟件設計軟件設計.93.1 程序模塊程序模

2、塊.93.2 程序流程圖程序流程圖.93.3 A/D8089 轉換子程序轉換子程序.103.4 報警子程序報警子程序.123.5 總程序總程序.134 實驗與調試實驗與調試 .165 總結總結.173 1 緒論緒論隨著計算機技術和現代通信技術的迅速發展，水位報警計已經從普通型發展到智能化，而且水位報警計的功能日益趨向于完善。水位報警計是近年來開發的一項新技術，它是傳感器、硬件、軟件等幾項技術緊密結合的產物，它的作用是觀測和控制容器內的介質多少量，通過液面的高度來掌握體積的多少，從而達到防止超裝和掌握存液數量的目的，可用于很多地方進行工業控制。本次設計主要針對水塔，水庫等儲水設備進行自動檢測、自

3、動報警等功能，其主要任務是保證儲水設備的安全、穩定、經濟的運行，減輕工作人員的勞動強度，由于我國水位報警操作水平落后，工作人員過多，但是現在水位報警計為水位控制開辟了廣闊的前景。對水位報警計研究，有利于滿足人們日益增長的物質需求，通過將科學技術應用到水位控制上從而使得人們真正體會到科技的發展給自己的現實生活所帶來的方便和舒適。因儲水設備里的水位會不斷變化，水位過低或過高都會出現各種情況發生。為了隨時了解儲水設備內的水位，在儲水設備上都裝有水位計，水位計和儲水設備構成一個連通器。通過安裝在儲水設備里面的傳感器和設計好的電路通過報警和控制來調控儲水設備里面的水位。目前國內外液位計的種類很多，有雷達

4、液位計、磁性浮子液位計、石英管液位計、智能雷達液位計、彩色石英管液位計和超聲波液位計等等。而生產液位計的公司有美國羅斯蒙特 ROSEMOUNT、德國 E+H、日本橫河 YOKOGAWA、德國西門子 SIEMENS、瑞士 ABB、德國 VEGA 等等。這些只是常用而較熱門的品牌。對水位報警計研究，有利于滿足人們日益增長的物質需求，通過將科學技術應用到水位控制上從而使得人們真正體會到科技的發展給自己的現實生活所帶來的方便和舒適。42 硬件設計硬件設計2.1 總體設計方案的確定總體設計方案的確定設計數據采集系統時在硬件方面的工作主要是根據系統要求，合理選好個單元器件及互相連接，以及完成輸入、輸出的設

5、計。而數據采集系統的軟件設計是根據系統要實現的功能，經接口對各個部分進行控制；對模擬多路輸入通道的選擇以保證選擇正確的通道；在正確的時刻取樣和保持以使 ADC 能正確完成轉換；對輸入的數字信息進行運算處理以及顯示、記錄和傳輸，對信息格式可能還要做變換工作，這些基本上都是通過編程來實現。基于上述的考慮本設計的整體思路如下:以 8086cpu 和 8255a 接口芯片為核心開始設計，選用合適的液位傳感器對儲水設備中的液位參數進行報警把檢測到的模擬信號轉換成電信號。本次設計采用的是變送器，它可以直接把液位信號轉化成標準的電信號，而不需要放大、整形、濾波等。對該電信號通過模數轉換把模擬信號轉換成數字信

6、號。模數轉換器 A/D 與 8255a 相連，輸入到8255a，由 8255a 對其進行監測和控制。在控制電路的控制下，最后經過輸出端口與顯示電路相連通過所編的程序完成顯示功能。2.1.1 設計方法設計方法硬件電路的設計，對傳感器的選型，A/D 轉換器，接口芯片的選型。為顯示的驅動電路、數碼管的選型。硬件設計大體可以分為 4 步：用傳感器將非電量信號轉換成電量信號，而在設計中選用什么類型的傳感器，從經濟性，可靠性和準確性的方面考慮。用模/數轉換器將模擬信號轉換成數字信號，然后傳送到 8255a 里。是控制電路的設計，即對水位報警系統的控制。顯示、監控電路的設計。硬件設計框圖，如圖 1 所示：5

7、8255a 芯片液位變送器（傳感器）A/D 轉換器報警電路水位控制電路顯示電路圖 12.2 硬件選擇硬件選擇2.2.1 傳感器的選擇傳感器的選擇首先要了解本次對于水位測量報警主要是位于水利方面的應用，例如水庫，水塔等儲水設備。所以選擇浮力式液位計，價格較低，簡單易于操作，可用來遠傳和調節。適合用上述所說的設備上面。在本次設計中，準備選用液位傳感器為 JBY 系列 L 形普通投入式液位變送器。作為此次設計所使用的傳感器。投入式靜壓式液位變送器是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用外國先進的隔離型擴散硅敏感元件，利用壓阻效應，將靜壓轉換為電信號，再經過溫度補償和線性修正，轉化成標準電信

8、號。JYB 系列 L 形普通投入式液位變送器適用于較多行業各種介質的液位報警。精巧的結構，簡單的調校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。420mA、05V、010mA 等標準信號輸出方式由用戶根據需要任選。用途與特點：可廣泛用于水廠，水庫，水罐等場所、抗過載能力強、防浪涌電壓，抗腐蝕性能優良，具有過壓過流保護，反向極性保護，穩定性高，抗干擾能力強，實用性強，安裝簡便。62.2.2 A/D 轉換器的選擇轉換器的選擇A/D 轉換器的作用是把模擬量轉化成數字量，以便于計算機進行處理。隨著超大規模集成電路技術的飛速發展，A/D 轉換器的新設計思想和制造技術層出不窮。為滿足各種不同的檢測及控制任

9、務的需要，大量結構不同，性能不同的 A/D 轉換芯片應運而生。通過在轉換速度和抗干擾能力還有經濟性等方面的比較，逐次比較型 A/D轉換器比較適合。逐次比較型 A/D 轉換器的工作原理就是將輸入的模擬信號與不同的參考電壓做多次比較，使轉換所得的數字量在數值上主次逼近輸入模擬量的對應值。逐次比較型 A/D 轉換器完成一次轉換所需要的時間與其位數和時鐘脈沖頻率有關，位數越少，時鐘頻率越高，轉換時間就越短。這種 A/D 轉換器具有轉換速度快、精度高的特點。常用的集成逐次比較型 A/D 轉換器有 ADC0808/0809 系列（8）位、ADC0804(8 位)和 AD7810（10 位）等。本設計采用

10、A/D 轉換器 ADC0809。ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 AD 轉換器，由于輸出級有 8 位三態輸出鎖存器，因而 0809 的數據輸出端可以直接與單片機的數據總線連接。ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 2 所示：123456ABCD654321DCBAT itleNum berRevisionSizeBDate:14-May-2010Sheet of File:F:protelADC0809概概.ddbDrawn By:IN 228IN 127IN 026ADDA25ADDB24ADDC23ALE22D721D620D519D418D017V

11、 ref(-)16D215D114GND13V ref(+)12V cc11CLOCK10OE9D38EOC7ST ART6IN 75IN 64IN 53IN 42IN 31U?ADC0809 圖 2在本設計中使用到 74LS373。74LS373 是一種帶有三態門的 8D 鎖存器，其引腳如圖 3 所示：7123456ABCD654321DCBAT itleNum berRevisionSizeBDate:18-May-2010Sheet of File:F:protel74LS373.ddbDrawn By:D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D6

12、17Q616D718Q719OE1LE11U?74LS373圖 32.2.3 控制芯片的選擇控制芯片的選擇本次設計才用 8255a 芯片，8255a 為可編程芯片，可用程序設定或改變其工作狀態，可直接與外設相連。其引腳圖如圖 4 示PA31PA22PA13PA04RD5CS6GND7A18A09PC710PC611PC512PC413PC314PC215PC116PC017PB018PB119PB220PB340PB439PB538PB637PB736VCC35D734D633D532D431D330D229D128D027RESET26WR25PA724PA623PA522PA4218255

13、A8255A圖 42.2.4 報警電路的設置報警電路的設置在儲水設備系統發生故障或處于某種緊急狀態時，系統能發出提醒人們警覺的報警信號或者提示信號，常見的報警信號為聲音報警。具體電路設置如圖 5 所示：8 圖 52.2.5 控制電路的設計控制電路的設計控制電路在這里起到非常重要的作用，在水位報警中報警到水罐中水位的高度，當水位高于警戒水位時，電動機停轉，水泵停止對水罐供水；當水位低于警戒水位時，電動機起轉，水泵開始對水罐供水。具體電路設置如圖 6 所示：圖 62.2.6 顯示電路的設計顯示電路的設計系統中經常用到 LED 數碼管作為顯示輸出設備。LED 數碼管顯示器雖然顯示信息簡單，但它具有顯

14、示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長、接口方便等特點，基本上能滿足單片機應用系統的需要，所以在單片機應用系統中經常用9到。在設計中，所設計的液位報警計，顯示電路是對液位和報警等的顯示，它所需的精度要求不是很高，而且從價格上綜合考慮，應選用 LED 數碼管和 LED燈作為輸出設備。3 軟件設計軟件設計3.1 程序模塊程序模塊軟件的設計，采用匯編語言編程，這里面包含定時對檢測電路數據采集，輸出信號驅動數碼管顯示等。水位系統采用模塊化程序結構，可以分成以下程序模塊： 系統初始化程序主程序 MAIN顯示子程序 DISPLAY3.2 程序流程圖程序流程圖 如圖 7 所示：開始程序初始化水位過高嗎YN顯示正

15、常水位燈報警燈亮蜂鳴器響水位控制 圖 7103.3 A/D8089 轉換子程序轉換子程序 把傳感器測得的數據輸入進入 AD 轉換器，把模擬信號轉換為數字信號;- A/D 轉換-CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:CODE,ES:CODE ORG 3390HAD: JMP STARTZXK EQU 0FFDCHZWK EQU 0FFDDHLED DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H DB 88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH,0DEH,0F3HBUF DB ?,?,?,?,?,?A

16、DPORT EQU 0FFE0HSTART: MOV BUF,00H ;DISPLAY 0809 00 MOV BUF+1,08H MOV BUF+2,00H MOV BUF+3,09H ;DISPLAY 0809 00 MOV BUF+4,00H MOV BUF+5,00HP5: MOV AL,00H ;IN0 MOV DX,ADPORT OUT DX,AL CALL DIS MOV DX,ADPORT IN AL,DX mov dx,0ffe4h ;new add - 138 Y1 not al ;new add11 out dx,al ;new add not al ;new add C

17、ALL ADS JMP P5ADS: MOV AH,AL AND AL,0FH MOV BUF+5,AL AND AH,0F0H MOV CL,4 SHR AH,CL MOV BUF+4,AH RET;-DIS: MOV CL,20H MOV BX,OFFSET BUFDIS1: MOV AL,BX PUSH BX MOV BX,OFFSET LED XLAT POP BX MOV DX,ZXK OUT DX,AL MOV AL,CL MOV DX,ZWK OUT DX,AL PUSH CX MOV CX,0100HDELAY: LOOP $ POP CX12 CMP CL,01H JZ EX

18、IT INC BX SHR CL,1 JMP DIS1EXIT: MOV AL,00H MOV DX,ZWK OUT DX,AL RET-CODE ENDS END AD3.4 報警子程序報警子程序當水位過低或者過高的時候進行報警，應對水位進行控制，使得其水位一直處于一個正常的水平。;-報警子程序-code segment assume cs:code,ds:code org 3490hstart: mov dx,0ffdbh mov al,88h out dx,al mov al,00h mov dx,0ffdah out dx,alwaite: in al,dx test al,80h j

19、z l2 13 mov al,01h out dx,al ;輸出 pc0=1 l1:mov cx,0ffffh loop l1l2: in al,dx test al,40h jz waite mov al,02h out dx,al jmp waitecode ends end start3.5 總程序總程序實現水位測量，當過高或者過低的時候進行報警。code segment assume cs:code,ds:code org 3390hstart: mov dx,0ffdbh mov al,80h out dx,al ads: mov dx,ADPORT mov al,00h out d

20、x,al mov cx,20 loop $ in al,dx mov ah,al push ax14 and al,0fh lea bx,TABLE xlat mov dx,ZXK out dx,al mov dx,ZWK mov al,01h out dx,al mov cx,0100h loop $ mov cl,04h shr ah,cl mov al,ah xlat mov dx,ZXK out dx,al mov dx,ZWK mov al,02h out dx,al pop ax cmp al,0ffh jae alert cmp al,00h jbe alert mov dx,0

21、ffd8h mov al,0fdh out dx,alback: jmp adsalert: mov dx,0ffd8h15 mov al,0feh out dx,al call delay mov al,0ffh out dx,al call delay mov dx,0ffdbh mov al,00h out dx,al mov cx,0ffffh loop $ inc al out dx,al mov cx,0ffffh loop $jmp backdelay proc mov cx,0ffffh loop $ ret delay endpTABLE DB 0C0H,0F9H,0A4H,

22、0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H DB 88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH,0DEH,0F3HZXK EQU 0FFDCHZWK EQU 0FFDDHADPORT EQU 0FFE0H code endsend start164 實驗與調試實驗與調試現有微機原理實驗儀器箱及電腦一臺，用其中的 AD 模數轉換單元用作傳感器的轉換，其中的數碼顯示管來顯示現在的水位，用其中的音頻驅動單元來代替報警器，用其中的 LED 燈來代表正常水位的及非正常水位。通過試驗箱中的 8086 與 8255a 連接起來進行實驗。實驗電路圖如圖 7 所示：GND1AD142AD133AD124AD115AD106AD97AD88AD79AD610AD511AD412AD313AD214AD115AD016NM I17TITR18CLK19GND20VCC40A1539A16/S338A17/S437A18/S536A19/S635BHE/S734M N/M X33RD32HOLD(RD/GT0)31HLDA(RQ/GT1)30WR(LOCK)29M /IO(S2)28DT/R(S1)27DEN(S0)26ALE(QS0)25INTA(QS1)24TEXT23READY22RESET2180868086PA31PA22PA13PA0