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1、或脩孝2014届毕业设计（论文）题目基于单片机的水塔水位限制系统的设计与仿真专业班级学号_姓名_指导教师学院名称电气信息学院2014年5月200基于单片机的水塔水位限制系统的设计与仿真DesignandSimulationofControlSystemofWaterTowerLevelBasedonSCM学生姓名：指导教师:摘要供水是一个关系国计民生的重要产业。传统的人工供水方式，劳动强度大，工作效率低，平安性难以保障，而水塔水位限制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，为此很有必要对水塔水位进行自动限制。为了达到节能的目的，提高供水系统的质量，考虑采纳单片机技术，设计出一套好用水位自动限制方
2、案。该设计主要基于单片机的硬件电路设计，在硬件基础上合理协作软件，实现一种能够实现水位自动限制、具有自动爱护、自动声光报警功能的限制系统，完成水塔水位限制系统的设计。该限制系统由单片机限制部分、时钟显示部分、数码显示部分、电机限制部分、报警部分等构成。再利用ProteUS和Keil软件完成水塔水位限制系统硬件电路以与限制程序的设计，并进行了系统的调试和仿真。因为它具有电路简洁、操作便利、性能良好、牢靠性高等优点，因此该设计具有肯定的好用性。关键字：供水；水塔水位；限制系统；单片机AbstractWaterisanimportantpropertyinthepeople*slivelihood.
3、Traditionalartificialwatersupplyislabor-intensive,lowefficiencyanddifficulttoguaranteesecurity.However,thewatertowerlevelcontrolsystemiswidelyusedinwatersupplysystemofourresidentialcommunity.Forthisreason,itisnecessaryforUStoaccomplishtheautomaticcontrolofwatertowerlevel.Inordertoachieveenergysaving
4、andimprovethequalityofthewatersupplysystem,wecanconsiderusingSingle-ChipMicrocomputertechnologyanddesignapracticalwaterlevelautomaticcontrolscheme.Thedesignismainlybasedonsingle-chiphardwarecircuitdesign.Basedonhardware,thedesignisreasonablewithsoftwareandachievesacontrolsystemofautomaticwaterlevelc
5、ontrol,automaticprotectionandautomaticsoundandlightalarm.ThecontrolsystemconsistsofSingle-ChipMicrocomputercontrolsection,clockdisplaysection,digitaldisplaysection,motorcontrolsection,alarmsectionandsoon.What,smore,weuseProteusandKeilsoftwaretocompletethetowerlevelcontrolsystem,sdesignofhardwarecirc
6、uitandcontrolprogramandcompletethecontrolsystem,sdebuggingandemulation.Becauseithastheadvantagesofsimplecircuit,easyoperation,goodperformanceandhighreliability.Therefore,thisdesignhascertainpractical.Keyword：watersupply;watertowerlevel;controlsystems;SCM目录摘要IAbstractII第一章绪论1其次章水塔水位限制硬件设计72.1基本要求72.2
7、硬件设计8第三章软件部分193.1 程序框图193.2 C语言程序部分20第四章软件仿真214.1 Protues介绍214.2 Keil介绍214.3 3Protues与KeilC的联合仿真224.4KeilC的调试步骤224.5加文件到Protues254.6仿真显示26总结32致谢33参考文献35附件一36第一章绪论供水是一个关系国计民生的重要产业。水位限制在日常生活与工业领域（工厂、农村、学校等水量大的场所）中应用相当广泛。而水位的自动限制和监测和水塔是在日常生活和工业应用中常常见到的蓄水装置，通过对其水位的限制对外供水以满意须要，其水位限制具有普遍性。单片机是将RAM,RO此定时器/
8、计数器以与输入/输出（I/O）接口电路等计算机主要部件集成在一块芯片上，这样所组成的芯片级微型计算机称为单片微型计算机，简称单片微机或单片机。由于单片机的硬件结构与指令系统都是按工业限制要求设计的，常用于工业的检测和限制当中，因而也称为是微限制器或嵌入式限制器，它的出现使众多自动化限制系统得以实现。单片机不仅它功能强大、设计简洁，而且制造很廉价，支持指令集较多。因此，本文对基于单片机的水塔水位限制器的探讨有着重要的意义。水塔供水的主要目的是使塔内水位应始终保持在肯定范围，避开“空塔”、“溢塔”现象发生，因此要采纳水位传感器测量水位变更。在水塔中的水位到达水位下限时自动启动电机，给水塔供水；在水
9、塔水位达到正常水位的时候自动关闭电机，停止供水。并能在供水系统出现异样的时候能够发出警报，以与时解除故障,随时保证水塔的对外的正常供水作用。在当今社会经济高速增长的同时，水在人们的生活、生产中起着重要的作用。一旦出现缺水，轻则给人们生活带来极大的不便，重则出现造成严峻的生产事故并造成不行挽救的经济损失。因此，对供水系统的限制显得特别重要。水塔是我国广泛应用的供水系统，传统的水塔水位限制方式存在很大的弊端，须要工作人员的时刻监控，不仅劳动强度大，而且工作效率低，最重要的是供水的平安性难以保障。而自动限制则不须要工作人员的时刻监控，水塔限制系统能自动地调整水塔中的水位以保持恒定，以满意人们生活中用
10、水需求。20世纪80年头以来，我国发展了以自记遥测为主的水位测量技术。它主要是建立自记水位计，实现水位自动采集、存储、远传。同期，还发展了无人立尺观测技术，这种技术采纳激光测距仪与经纬仪接口配套组成的一套设备，利用激光测距仪无须反射棱镜测定距离（测距精度：O5m）的性能，配以经纬仪测角测定目标高程的一种测量方法。随着近代科学技术的发展和新材料新器件的开发，采纳传感器研制水位计近年来有较大发展。主要采纳的传感器有超声波、光电、压力、接触式、浮于式等几种咒超声波式水位计是将换能器向水面放射超声波，测量超声波传播时间，计算出水位。压力式水位计也是不须要水位测并，其基本原理是测量静水压力来实现水深的测
11、量，已采纳过水纹管和水银位移式压力传感器等方法。固态压力传感器由于其灵敏度高、体积小、寿命长、且有抗腐蚀性而受到重视，但由于半导体传感器受温度影响大等缘由，使其好用性受到限制。近年来固态传感器温度自动补偿问题有了进展，固态压阻式水位计已经得到应用。接触式水位计运用机电的方法用探头跟踪井内水面凹凸变更测量水位，已在少数领域运用，浮子式水位计，利用水球（或其它浮子）作敏感器件，避开了温度、湿度等因素的影晌，性能稳定，工作牢靠，因而得到长期运用和发展。单片机自20世纪70年头问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰实力
12、强，对环境要求不高，价格低廉，牢靠性高，敏捷性好，开发较为简洁。正因为单片机有如此多的优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化限制、自动检测、智能仪表、智能化家用电器、航空航天系统和和国防军事、尖端武器等各个方面。单片机的潜力越来越被人们所重视。特殊是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，运用的温度范围大，抗干扰实力强、能满意一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。因此，可以开发利用单片机系统以获得很高的经济效益。虽然单片机的引入使限制系统大大“软化”，但与其它计算机应用问题相比，单片机限制应
13、用中的硬件内容仍旧较多，所以说单片机限制应用有软硬件相结合的特点。为此，在单片机的应用设计中须要软、硬件统筹考虑，设计者不但要娴熟驾驭汇编语言等编程技术,而且还要具备较扎实的单片机硬件方面的理论和实践学问。更重要的意义是单片机的应用变更了限制系统传统的设计思想和方法。以前采纳硬件电路实现的大部分限制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。这种以软件结合硬件或取代硬件并能提高系统性能的限制技术称为微限制技术。水塔水位最重要的就是对水塔水位进行精确的探测，水塔水位的限制系统主要是基于单片机的水塔水位限制系统和基于PLC的水塔水位限制系统。PLC即可编程序限制器，是一个以微处理器为核心的数字运算操作的
14、电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采纳执行逻辑运算、依次限制、定时/计数和算术运算等各类操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，限制各种类型的机械或生产过程。PLC的一般特点：抗干扰实力强，牢靠性极高、编程简洁便利、运用便利、维护便利、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化加，PLe总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网实力强。基于PLC的水塔水位限制系统是以PLC为核心，对水塔水位自动限制系统的功能进行性进行需求分析。可以实现对水塔水位的自动限制和监测11o主要实现方法是通过传感器检测水塔水位的实际水位，将水位详细信息传至PLC构成的限
15、制模块，经A/D转换后，进行数据比较，来限制抽水电机的动作，同时进行数据还原，显示水位详细信息，假如水位低于或高于某个设定值时，就会发出危急报警的信号。基于单片机的水塔水位限制系统以单片机为核心，通过单片机本身的功能模块和限制程序，来实现对水塔水位做出限制、显示和发出报警信号。基于单片机的水塔水位限制系统最应解决的是液位传感器问题。最常用的是电阻式传感器、压阻式压力传感器、超声波水位传感器等。电阻式传感器如图IT中虚线表示允许水位变更的上、下限。在正常状况下，应保持水位在虚线范围之内。为此，在水塔内的不同高度安装3根金属棒，以感知水位变更状况。其中，A棒处于下限水位。C棒处于上限水位，B棒在上
16、、下水位之间。A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地面相连。供水时，水位上升，当达到上限时,由于水的导电作用，B、C棒连通+5Vo因此，b,c两端均为1状态，这时应停止电动机和水泵的工作，不再给水塔供水。当水位降到下限时，B、C棒都不能与A棒导电，因此，b、c两端均为0状态.这时应启动电动机，带动水泵工作，给水塔供水。当水位处于上、下限之间时，B棒与A棒导通，因C棒不能与A棒导通，b端为1状态，c端为O状态。即实现A/D转换。通过对传感器的选择，可知由传感器输出的水位高度信号是O5V的直流电压。在设计中，可以通过采样、保持电路对这一信号进行处理，将模拟信号转换为多个采样点信号。图1-1
17、电阻式传感器传统的水位检测通过设检测点来完成对水位的检测。通常，由于受检测点物理体积的影响，水位检测点的数目有限，从而影响了后续电路限制的精度。新型水位传感器即选用北京英泰德科技有限责任公司生产的投入式液位变送器MPM416W/426W,可以达到对水位高度的精确检测，以利于提高后续电路限制的精度。其原理是通过压阻式压力传感器，把与液位深度成正比的液体静压力精确测量出来，并经放大电路转化成标准电流(或电压)信号输出，建立起输出电信号与液体深度的线性对应关系，实现对液体深的测量。同时其具有以下特点：(1)运用寿命长，液位变送器膜片采纳高技术激光调制电路，传感器外壳采纳不锈钢制作。(2)安装便利，仅
18、需将投入式液位变送器探头投入液体中，引出信号线同二次仪表连接就可进行液位测量。(3)温度稳定性好，投入式液位变送器本身在O70内实现了温度补偿，在信号转换电路中加入了温度补偿电路，消退电路温漂对精度的影响，从而提高精度。超声波水位传感器能测量自身到水面之间的距离，由超声波发送电路和超声波接收电路组成。超声波放射电路原理如图2所示，单片机的一个端口发出40KHZ的方波信号，然后信号分成两路送出，其中的一路经反向器74LS4069后送到超声放射管T的一个电极，另一路经两次反向后送到放射管T的另一个电极,这样做目的是为了增加超声波放射强度和提高电路驱动实力。电阻Rl和R2作为上拉电阻作用有两个：第一
19、是提高反向器输出高电平的驱动实力；其次是增加超声波放射管T的阻尼系数，缩短自由振荡的时间。超声波接收电路原理如图1-3所示，该部分主要由超声波接收探头R与红外检波接收芯片CX20106A组成，因接收芯片CX20106A的载波频率为38KHZ,而上述超声波放射电路发出的超声波频率为40KHZ,两者较为接近，所以利用该芯片制作超声波接收电路,试验表明，无超声波信号时CX20106A输出高电平，有信号时输出一个脉冲信号，且具有很高的灵敏度和较强的抗干扰实力。当系统工作时，由单片机的一个端口发出的40KHZ的方波信号经过驱动电路使超声波放射器T发出肯定强度的超声波信号，当超声波信号遇到障碍物时就会被反
20、射回来，反射回来的超声波信号被超声波接收器R所接收，接收到的信号经过信号处理电路的处理送入到单片机的另一个端口，单片机依据发送与接收的时间差计算出传感器到水面的距离X,再由安装时传感器到水塔底部的距离H（已知值），计算出当前水的剩余量h=H-Xo图1-2超声波放射电路本设计基于电阻式传感器并以水塔水位为模型，鉴于单片机液位测量装置的测量精确、重复性能好、功耗低、运用寿命长等特点，所以该设计以单片机为基础的水塔水位限制系统。在实际中，水塔水位自动限制电路是通过水位传感器对水位进行采样,将采样信号的水位高度转换为05V的直流电压,再经过A/D转换3后，将转换所得的8路并行数字量送入单片机进行处理来
21、来驱动电机的启停等。从而达到对水位进行自动限制的目的。通过对电压和水位的转换关系，最终利用单片机进行精确的限制，实现对水位高度的显示、主/备电机和报警装置等的限制。但是鉴于基于单片机的水塔水位限制系统在Protues上进行仿真，而ProtUeS上没有水塔水位的模型。因此，可以用按钮来代替水塔的液位传感器。在设计过程中采纳了软件和硬件双结合的的设计方法，而软件的设计简化了硬件要求。在本设计中软件主要有五个方面的应用，它们分别为：声光报警程序、时钟显示程序、水位显示程序、键盘限制和电机限制程序等。该设计其次章介绍了“基于水塔水位限制系统的设计与仿真”的硬件设计，其中包括单片机的介绍、89C51的功
22、能与引脚介绍、CD4511的功能与引脚介绍、LED数码显示、电机驱动与现实、水位监测电路等部分组成；第三章主要介绍软件部分，其中包括程序框图和C语言程序两部分组成；第四章则是仿真部分，其中包括KeikProtues的介绍，以与Keil的调试部分和加文件到Protues中等几部分组成。其次章水塔水位限制硬件设计2.1基本要求由于须要基于单片机的水塔水位限制系统进行仿真，而Protues中没有水塔水位的模型，因此可以用按钮来限制电动机的转动，并用LED数码管来显示水塔水位的高度。当水位过高或过低时，都会发出报警声和指示灯显示。与此同时,还可以用LED数码管来与时显示当前时间。2.2硬件设计电路总体
23、框架图如图2-1中所示2x*f2一，Kd-4之Awm087231rwrw3334MJLLW2t-.三crd图2-1电路总体框架图该图是在Protues上进行仿真的硬件电路图。它由CD4511驱动的LED数码管电路、由DS1302驱动数字时钟显示电路、电机驱动电路、复位电路、晶振电路、报警电路、指示电路等部分组成。2.2.2单片机的介绍自从1971年微型计算机问世以来，随着大规模集成电路技术的进一步发展,导致微型计算机向两个方向发展：一是高速度、高性能、大容量的高档微型计算机与其系列化，向大、中型计算机的挑战；另一个是稳定牢靠、小而廉、能适应各种限制领域须要的单片机。单片机是把中心处理单元、随机
24、存储器、只读存储器、定时/计数器以与I/O接口电路等主要部件集成在一块半导体芯片上的微型计算机。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微型计算机系统的含义，从某种意义上说，一块单片机芯片就是一台微型计算机。自从1975年美国德克萨斯公司推出世界第一个4位单片机TMS-100O型以来，单片机技术不断发展，目前已成为微型计算机技术的一个独特分支，广泛应用于工业限制、仪器仪表智能化和家用电子产品等各个限制领域。在进行系统设计时，在单片机应用系统中，无论其技术要求、应用领域还是其规模大小是否相同，一般应遵循以下基本原则.：(1)高牢靠性单片机应用系统一个特别重要的特点就是高牢靠性。在生
25、活和生产工作中，单片机系统一般是实现系统的自动限制。一旦系统发生故障，轻则带来不便，重则会造成停止工作甚至是人员伤亡。大部分单片机系统是用在工业和民用的实时限制中的，而这些限制都是在不停地工作，有很高的牢靠性是限制系统最一般的要求，从而使限制系统有较长的平均无故障时间。因此，在设计单片机应用系统中，高牢靠性在每一环节都必需作为设计原则。(2)高性价比在具有高牢靠性的同时，在设计单片机应用系统时，限制系统的性价比也是必需考虑。在保证功能实现和高牢靠性的条件下，不必强求CPU与元器件的高档次，能运用8位机就不用16位机，能运用中档就不用高档机，能运用89C51就不用89C52;能用软件实现的功能就
26、不要用硬件来做，尽量削减元器件的数量，以提高性价比。(3)操作简洁，维护便利一般的单片机应用系统的运用者都不是专业人员，所以在设计时应留意运用者的操作要尽量简洁、便利；设计时也要留意系统的修理便利，要使系统一旦发生了故障，修理人员能够与时查出缘由，并能快速解除故障。(4)具有可扩展性由于工厂的生产工艺在不断的革新，市场的状况也在不断的变更，所以单片机的限制对象也会不断地变更，所需限制的功能也有可能不断地增加，在设计单片机限制系统时，或许有些功能当时用不到，但也应在输入/输出接口、数据存储器、程序存储器等方面留有可扩展的余地。2.2.389C51芯片功能与引脚介绍89C51是一种带4K字节闪耀可
27、编程可擦除只读存储器(FPEROM-FlaShProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMoS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采纳ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪耀存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微限制器，89C2051是它的一种精简版本。89C51单片机为很多嵌入式限制系统供应了一种敏捷性高且价廉的方案。89C51的主要特性为：与MCS-51兼容、4K字节可编程闪耀存储器、数据保留时间为1
28、0年、128*8位内部RAM、32可编程I/O线两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道等。下面是89C51单片机引脚图与引脚功能介绍(如图2-2所示)：19XAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2TAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A1039,183837369353433322921222324PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3,111XDP1.2P3.2INT0P1.
29、3P3.3INTP1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD30125261272810211312413514615716817AT89C51图2-2单片机引脚图40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、限制和I/O引脚。1) .电源：VCC-芯片电源，接+5V；GND-接地端；2) .时钟：XTALKXTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。3) .限制线：限制线共有4根：ALE/PR0G：地址锁存允许/片内EPRoM编程脉冲。ALE功能：用来锁存PO口送出的低8位地址。PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引
30、脚输入编程脉冲。PSEN：外ROM读选通信号。RST：复位。(4) EA/Vpp：内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外ROM选择端。VPP功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。4) .I/O：89C51共有4个8位并行I/O端口：P0、Pl、P2、P3,共32个引脚。2. 2.4CD4511芯片功能与引脚介绍CD4511是一片CMOSBCD锁存/7段译码/驱动器，具有BCD转换、消隐和锁存限制、七段译码与驱动功能的CMOS电路能供应较大的拉电流，可干脆驱动共阴LED数码管。下面是CD4511引脚图与引脚功能介绍(如图2-3所示)：图2-3CD
31、4511引脚图引脚功能：A0A3:二进制数据输入端/BI：输出消隐限制端1.E：数据锁定限制端/LT：灯测试端QAQG：数据输出端运用方法：其中A、B、C、D为BCD码输入，A为最低位。LT为灯测试端，加高电平常,显示器正常显示，加低电平常，显示器始终显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。Bl为消隐功能端，低电平常使全部笔段均消隐，正常显示时，Bl端应加高电平。另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存限制端，高电平常锁存，低电平常传输数据。QA、QG是7段输出，可驱动共阴LED数码管。下图是CD4511和CD45
32、18协作而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要依据电源电压来选取，电源电压5V时可运用300的限流电阻。2.2.5DS1302芯片功能与引脚介绍DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V0采纳三线接口与CPU进行同步通信，并可采纳突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31义8的用于临时性存放数
33、据的RAM寄存器。它的主要特点是采纳串行数据传输，可为掉电爱护电源供应可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。VCC1X1VCC2RSTSCLKI/OX2DS1302图2-4DS1302引脚图引脚功能（如图2-4所示）：Vccl:主电源Vcc2：后备电源XI、X2：振荡源RST：复位/片选线I/O：串行数据输入输出端（双向）SCLK：时钟输入端电路连接（如图2-5所示）：1.ED数码管（LEDSegnIentDiSPlayS）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极（数码管事实上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个）。
34、这些段分别由字母“a,b,e,f,g,dp”来表示阿。LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此依据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态驱动也称直流驱动，静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者运用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动，静态驱动的优点是编程简洁，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多；动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将全部数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通限制电路
35、，位选通由各自独立的I/O线限制，当单片机输出字形码时，单片机对位选通COM端电路的限制，所以我们只要将须要显示的数码管的选通限制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮，通过分时轮番限制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮番受控显示，这就是动态驱动，在轮番显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms,由于人的视觉暂留现象与发光二极管的余辉效应，尽管事实上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪耀感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节约大量的I/O端口，而且功耗更低。LED数码管的形态以与共阴极共阳极电路如图2-6所示：O共阳极
36、8日阴极图2-6LED数码管共阳极和共阴极电路对水塔水位显示，本设计是通过CD4511来驱动共阴极数码管，将CD45U的A、B、C、D端分别和89C51的P3口的低4位相连，A是最低位D是最高位。然后再将CD4511的“QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG”分别和LED数码管的数据端相连，通过89C51的P3口的低4位来驱动数码管的显示。通过A、B、C、D的BCD码来驱动数码管的显示，如图2-7所示：图2-7CD4511驱动的数码管对数字时钟的显示,本设计是通过DS1302来驱动八个数码管,将数码管的“a,b,c,d,e,f,g,dp”分别和89C51的Po口相连,再将数码管的“L2,3,
37、4,5,6,7,8”端口分别和89C51的P2口相连,当系统一运行时，DS1302能与时驱动数码管显示当前的时间。2. 2.7电机驱动与显示电动机（Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。电动机按运用电源不同分为直流电动机和沟通电动机，电力系统中的电动机大部分是沟通电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转
38、动。水塔中水量都是通过电动机的转动，将水输送到水塔中，而电动机的转动是通过继电器的吸合和断开来限制。当水塔中的水位过高时，限制电动机的继电器会自动的断开，电动机停转；当水塔中的水位过低时，限制电动机的继电器会自动的吸合，电动机起先转动，水塔中的水位起先上升，直到水塔中的水位达到高位时继电器自动的断开，电动机停转。电机限制部分，采纳了三极管放大和二极管正向导通的作用和继电器的吸合作用来限制电机的工作，由单片机PLO口进行限制，而电机的工作状况由相应的显示指示灯来显示，如图2-8所示：图2-8电机限制电路水位检测电路按键是干脆用I/O口线构成的单个按键电路,每个独立式按键占有一根I/O口线,各根I
39、/O口线之间不会相互影响。在此电路中,按键输入采纳低电平有效。水位检测部分是用单片机Pl.4PL7连接的四个按钮分别代表Shuiman.SW3、sw2和swl。由于基于单片机的水塔水位限制系统在Protues中进行仿真时，Protues中没有水塔水位的模型，所以就不能用实际的液位传感器来前侧水塔中的实际水位。在这里可以用四个按钮K2、K3、K4、K5来限制水塔中的水位。当按下K5,电动机起先转动,此时水塔中的水位会显示1,即此时的水位时水塔总高度的1/4；当按下K4,电动机起先转动，此时水塔中的水位会显示2,即此时的水位时水塔总高度的2/4；当按下K3,电动机起先转动，此时水塔中的水位会显示3
40、,即此时的水位时水塔总高度的3/4；当按下K2,电动机起先转动，此时水塔中的水位声光报警电路报警电路是一种为防止或预防某事务发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提示或警示我们应当实行某种行动的电子产品。声光报警部分主要由以扬声器为代表的声音报警部分和以数码管为代表的光报警部分，它们分别由单片机的P3.2和P3.7接口来实现水位的报警。当K2按钮被按下时，即此时为ShUiman,报警指示灯发光二极管会闪耀并且扬声器会发出尖锐的报警声，且闪耀几秒钟后声光报警会自动的关闭；当K5被按下时，即此时为低水位，报警指示灯发光二极管会闪耀并且扬声器会发出尖锐的报警声，且闪耀几秒钟后声光报警会自动的关闭
41、。如图2T0所示：第三章软件部分3.1程序框图依据水塔水位限制硬件设计的分析要求与电路的特点，绘制出水塔水位限制程序流程图，如图3-1所示：Sw3按键3. 2C语言程序部分C语言是在20世纪70年头初问世的。一九七八年由美国电话电报公司(AT&T)贝尔试验室正式发表了C语言。同时由和合著了闻名的“THECPROGRAMMINGLANGUAGE,一书。通常简称为K&R，也有人称之为K&R标准。但是，在K&R中并没有定义一个完整的标准C语言，后来由美国国家标准学会在此基础上制定了一个C语言标准，于一九八三年发表。通常称之为ANSlCo早期的C语言主要是用于UNIX系统。由于C语言的强大功能和各方面
42、的优点渐渐为人们相识，到了八十年头，C起先进入其它操作系统，并很快在各类大、中、小和微型计算机上得到了广泛的运用。成为当代最优秀的程序设计语言之一。C语言是一种结构化语言。它层次清楚，便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护。C语言的表现实力和处理实力极强。它不仅具有丰富的运算符和数据类型，便于实现各类困难的数据结构。它还可以干脆访问内存的物理地址，进行位(bit)一级的操作。由于C语言实现了对硬件的编程操作，因此C语言集高级语言和低级语言的功能于一体。既可用于系统软件的开发，也适合于应用软件的开发。此外，C语言还具有效率高，可移植性强等特点。因此广泛地移植剂了报螫灯各类各型计算机上，形成了多
43、种版本的C语言。C语言对操作系统和系统运用程序以与须要对硬件进行操作的场合，用C语言明显优于其它高级语言，很多大型应用软件都是用C语言编写的。C语言具有绘图实力强，可移植性，并具备很强的数据处理实力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画它是数值计算的高级语言。依据水塔水位限制硬件设计的分析要求与电路的特点，软件部分包括主程序、时钟显示、水塔水位显示、电机驱动、指示灯显示、报警、键盘检测等程序组成。依据水塔水位限制系统硬件设计的分析要求与电路的特点而编写的C语言程序如后面附件一中的程序所示。第四章软件仿真3.1 Protues介绍iprotues软件是英国Labcentereec5azbs
44、公司出版的aZ4工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机与外围器件。它是目前最好的仿真单片机与外围器件的工具。ProteUS是世界上闻名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。迄今为止是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HClKPIC101216182430DsPIC33AVRARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IA
45、R、Keil和MATLAB等多种编译.3.2 KeiI介绍KeilC51是美国KeilSoftWare公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil供应了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。4. 3Protues与KeilC的联合仿真实现ProtUeS与KeilC的接口步骤如下:5. )安装PrOtUeS与KeilC并同时安装VCImagdi.exe程序。6. )进入PrOtUeSISIS,选择D
46、ebUglUSeRemoteDebUgMOnitor菜单选项。(3)进入KeiICVision3集成开发环境，创建一个新项目(PrOjeCt),并为该项目选定合适的单片机型号，加入KeilC源程序。随后，选择ProjectlOptionsforTarget菜单项，或者单击工具栏中的OPtiOnSforTarget按钮，在弹出的界面选择DebUg选项卡，在USe的下拉列表框中选择ProtuesVSMSimulator,并且选中USe单选框，即在USe前面的小圆圈内出现小黑点。在单击SettingS按钮，设置通信接口在HoSt文本框输入“127.0.0.1”；茹阔运用的不是同一台电脑，则须要在这里
47、输入另一台电脑的IP地址(另一台电脑安装Protues)o在POrt文本框输入“8000”。设置好以后单击OK按钮即可。最终将工程编译，进入调试状态，并运行。4.4KeilC的调试步骤建工程先在桌面上建“毕业设计”文件夹并打开KeiI软件，在“Project”中选中uNewuVisionproject,并建立中ijie”工程名。如下图3T所示:File Edit view Project Flash Debug Penpherals Toots SVCS Window Help：L J - JlW- Im- I 国陷、,I ；| Targrtl 日京 I PrQjCt曰 Target 1匕 Create New ProjectI l /。西P领新
