单片机控制系统毕业论文论文

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毕业设计（论文）

论文题目：单片机控制系统毕业论文

中文摘要

随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象

中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。

大型水箱是很多发电厂生产过程中必不可少的部件，而水箱的控制性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。在过去，大量的对水箱操作是由相应的人员进行手动操作控制的，这样工作方式给操作人员带来了很多的不便，不仅增强了劳动强度，而且操作员稍有疏忽，可能给生产带来无法弥补的损失，更严重的会危及到生产人员的人身安全。所以，对水箱的控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以降低生产人员的劳动强度，最大限度的避免发生事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。

温度控制无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一。在环境恶劣或温度较高等场合下，为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源等方面有重要意义。

关键词单片机水位控制报警温度采集

目录

中文摘要 (1)

关键词 (1)

1 单片机控制系统的基本结构 (3)

2 系统的构成原则 (3)

2.1 社会需求决定智能模块的成本 (4)

2.2社会需求需要全面发展的人才 (4)

2.3社会需求需要创造性设计 (5)

3 通讯的原则 (6)

4水箱水位自动控制系统的意义 (6)

4.1水箱控制系统发展现状 (7)

4.2 80C51单片机介绍 (7)

4.3 80C51单片机水箱控制系统工作原理介绍 (8)

4.4 80C51单片机输入输出设计 (9)

5 80C51单片机水箱控制系统程序设计 (10)

5.1 程序概要设计 (10)

5.2 系统程序原理 (10)

5.2.1 主程序原理以及流程框图 (10)

5.2.2 自动模式子程序原理以及流程框图 (10)

5.2.3 手动模式子程序原理框图以及流程框图 (12)

参考文献 (15)

附录 (16)

图1 单片机系统结构图 (3)

图2 多功能智能模块控制器 (5)

图3 主程序原理框图 (10)

图4 自动模式子程序原理框图 (11)

图5 手动模式子程序原理框图 (13)

在当今社会，建设工程及日常生活中温度控制都起着重要作用，最早的温度控制应用于工厂生产中，可以起到实时采集温度数据，提高生产效率、产品质量的作用。然而随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求极其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整，及时反映生产，生活中温度变化使人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产，生活。

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

1 单片机控制系统的基本结构

在工业自动控制工程中，一个较完善的单片机控制系统应如图1所示。在这个结构中，各节点智能模块具有独立工作能力并受控于前置计算机；控制中心能完成单片机控制系统的测试、控制和配置的工作，计算机中心能完成“多网合一”的工作，即时向各级决策领导提供可靠、准确的实时数据。

温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。

2 系统的构成原则

在工业自动控制工程中，单片机控制系统一般有自己独立支持的网络，这种网络不同于纯粹的互联网、局域网。从图1中可以看出，节点智能模块是单片机控制系统的基础所在，整个系统的可靠性和稳定性全由其决定，单片机控制系统之所以有实时

性好，精度高，控制与被控制灵活，这些智能模块有着重要的关系。

2.1 社会需求决定智能模块的成本：

能满足功能和效率要求的最低成本是每个单片机控制系统用户在开发单片机控制系统时追求的目标，没有一个用户在开发单片机控制系统时不考虑成本而盲目采用新型芯片。但是，从现在单片机控制系统的技术资料上，高校单片机控制系统的教材量介绍的是各种单片机控制系统新型芯片的使用，而这种介绍往往是在模块级，在系统级的介绍则不多。单片机控制系统的更新往往落后于新型芯片的发展，在工业自动控制工程中，有很多已经使用了由早期微处理器开发的智能模块，现在仅仅需要增加功能更新应用程序，而不需要重新开发一个新的单片机控制系统。这是一个很大的市场，在这个市场里，可以加深理解单片机的发展，增加系统的开发能力和现场实践经验，最重要的是可以巩固基础知识的运用和综合水平的提高，对于了解社会需求、系统构成成本是一个不可少的重要环节。

由于智能模块一般具有收集数据、数据处理、保存数据、实现控制、实时通讯、实时告警的功能，为了保证智能模块的可靠工作一般设计了断电保存数据电路，端口扩展电路，符合系统通讯的控制电路，时钟电路，显示电路和相应的键盘电路等。能满足这些要求的模块主要芯片有很多，而各种芯片的价格均不样同，单片机控制系统的开发人员必须使用最合适的芯片。如在家用的电视机中就不会使用32位嵌入式处理器。

2.2 社会需求需要全面发展的人才：

在单片机控制系统中离不开硬件的使用，硬件的学习到硬件设计能力的提高是要一个过程的，单片机控制系统设计人员的工作生命期比从事计算机网络、计算机软件方面的设计人员的工作生命期长很多。单片机控制系统的可靠性还要有好的工艺作为支持，好的单片机控制系统必须经过严格的现场测试，全面提高单片机控制系统设计人员的开发能力是一个系统工程，这是单片机控制系统发展的需要，也是社会的需要。

目前，水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电厂、煤炭、钢铁等大型企业领域，

它以自身的自动化控制系统的安全优势，已经慢慢深入到一些民用水箱产品。但是目前阶段，它的成本还很高。但是，从长远来看，随着自动化技术的改进和硬件成本的降低，以及人们对资源浪费的重视。水箱控制系统仍然有大规模推广的前景。2.3 社会需求需要创造性设计：

有一种理论认为，单片机控制系统从复杂程度上可分为两种：即简单单片机控制系统(系统已存在时间长，结构简单，如单片机、DSP组成的系统)和复杂单片机控制系统(硬件高度集中、实用围广、接口多、功能丰富)。将单片机控制系统在复杂程度上进行分类是一种很好的思想，但将系统已存在时间长的单片机控制系统，有DSP 结构的系统一概分为是简单的单片机控制系统则不太有理。下面以一个2006年12月国家知识产权局正式受理的一个名为“多功能智能模块控制器”的专利为例(目前已办理完所有正式授权手续)，按“硬件高度集中，实用围广、接口多、功能丰富”说明有单片机的系统也是一个复杂系统的理由。

在图2中，以微处理器和ispLSI1032器件为核心，为了解决定时、中断和断电等事宜的处理，使用采用带锂电的数据、时钟存贮器承担其工作，在器件的选型上以成本低和通用强为原则。要求模块在相应器件和端口的支持下，向上可以与计算机和受控设备相连接，向下可以与被测设备相连接。

ispLSI1032是超大规模集成电路资源量为6000PLD，使用开发语言为ABEL—HDL语言，ispLSI1032器件如果需要更新，可对安装在电路板上正在使用的ispLSI1032器件在不必断电的状态下进行下载，保证在相同的电路结构下，随时可完成系统更新和升级，随时改变系统对外的功能。使用这样的器件，可以缩短了设计周期，降低了工程成本，确实保证硬件高度集中，功能丰富的要求，是对单片机控制系统设计唯一性的挑战。程序软件在微处理器中运行，各种数据的运算和处理在is·pLSI1032中的“部控制器”控制下工作，当它们需要进行数据交换时，则在“系统控制器”的作用下达到同步并进行数据交换。这样改变了由软件完全控制系统的模式，提高了系统的处理事务的能力，同时也改变了微处理器的工作效率，扩大了实用围，为简单的单

片机控制系统向复杂的单片机控制系统转变提供了可能。

被测设备的输入/输出主要安排在系统时钟脉冲的低电平时进行，只要在系统时序上合理安排，利用被测设备和系统软、硬件在处理数据上的速度差别，就可在最大程度上实现系统的软、硬件并行工作。另外，ispLSI1032器件在带负载的数量上、能力上是很强的，可以解决因微处理器接口少的问题。

从图2中的左框的微处理器可以使用不同的型号，ISP器件资源量可以使用10万或100万以上的新型芯片，必要的时候还可以增加使用DSP编程器件。只要基础知识牢固，系统功能明觉，在保证社会需求和构成成本的原则下，实现这样的系统是不难的。

3 通讯的原则

单片机控制系统的通讯主要难点在前置计算机与智能模块中，与纯计算机网络的通讯相比，这里最大的区别是在智能模块中没有现存的通讯协议可选用，通讯距离则可由设计人员按不同要求确定具体的方式。在单片机控制系统中一般有多个智能模块，因此各智能模块必须用自己的唯一地址进行标识，同时要求每个智能模块必须有区别自己地址的能力。为了通讯的可靠，在前置计算机与智能模块中最基本的通讯要必须定义数据的结构形式，数据的种类和数据流动的方向。

4 水箱水位自动控制系统的意义

火力发电厂的工作过程主要是利用煤的燃烧产生的热能，将水加热到一定参数的过热蒸汽并通过推动汽轮机组转动的转化为机械能，最后通过汽轮机组带动发电机组做功，将机械能转化成电能的的过程。因此，大型水箱是火力发电厂生产过程中必不可少的部件。水箱的控制性能和工作质量的优良与否不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。所以，对水箱的控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以降低生产人员的劳动强度，最大限度的避免发生事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。

从水资源节约方面考虑，以往的人工控制在很多情况下，造成资源不必要的浪费，大部分原因是水箱部水位没有及时的反馈信息到操作员，从而使控制上有一定的延迟，从而造成了水量过多或者没能及时补水而导致资源的浪费或生产出现异常。而对水箱水位的监控以及自动化的引入可以很好的改善补水过多和及时补水的情况，可以很好的节约资源有效的降低成本。单片机，一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分，它的诞生使众多自动化控制系统得以实现。80C51以它功能强大，设计简单，制造廉价，支持指令集较多。所以应用到众多嵌入式系统开发中。因此，基于80C51单片机的水箱控制系统研究有着重要的意义。

4.1 水箱控制系统发展现状

目前，水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电厂、煤炭、钢铁等大型企业领域，它以自身的自动化控制系统的安全优势，已经慢慢深入到一些民用水箱产品。

但是目前阶段，它的成本还很高。比如把一台纯手工家用水箱设计成自动化控制的水箱，从硬件的设计和铺设，对于民用化产品实施的性价比较高。因此大规模的使用仍受到经济上的限制。但是，从长远来看，随着自动化技术的改进和硬件成本的降低，以及人们对资源浪费的重视。水箱控制系统仍然有大规模推广的前景。

我国仍然处于生产型发展中国家，所有几乎在能源相关的所有领域中，水箱是比不可少的部件，即使是发达国家也不例外。它性能的优良与否关系直接关系到企业的生产安全和效益。随着我国嵌入式技术的发展，我国控制系统技术已经达到国际水平，但是在中小型企业以及民用产品，大量的水箱控制任然通过专职的人员进行控制。随着我国单片机开发技术的逐渐成熟，以及单片机生产成本的下降，基于单片机的水箱控制系统应用到中小型以及民用产品有着交大的发展空间。而且越来越多的水箱生产厂商开始聘用单片机开发人员和电路设计人员，将控制系统成为水箱设计的一部分，以提高自身产品的安全性能和科技含量来提高产品在市场中的竞争力。

目前，水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电厂、煤炭、钢铁等大型企业领域，它以自身的自动化控制系统的安全优势，已经慢慢深入到一些民用水箱产品。但是目前阶段，它的成本还很高。但是，从长远来看，随着自动化技术的改进和硬件成本的降低，以及人们对资源浪费的重视。水箱控制系统仍然有大规模推广的前景。

4.2 80C51单片机介绍

80C51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的片数据存储器RAM；片程序存储器ROM；四个8位并行的I/O接口P0-P3；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。

它具有对8位信息进行加、减、乘、除四则运算和逻辑与、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。在执行指令时，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。

众多的厂商都介入了以80C51为代表的8位单片机的发展，如Philips、Siemens （Infineon）、Dallas、ATMEL等公司，我们把这些公司生产的与80C51兼容的单片机统称为80C51系列。特别是在近年来，80C51系列又有了许多发展，推出了一些新产品，主要是改善单片机的控制功能，如部集成了高速I/O口、ADC、PWM、WDT等，以及低电压、微功耗、电磁兼容、串行扩展总线和控制网络总线性能等。

ATMEL公司研制的89CXX系列是将flash memory（EEPROM）集成在80C51