毕业论文-基于51单片机的流量控制器的设计与实现.doc
《毕业论文-基于51单片机的流量控制器的设计与实现.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业论文-基于51单片机的流量控制器的设计与实现.doc(40页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、辽东学院本科毕业论文(设计)题目辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文(设 计)基于51单片机的流量控制器的设计与实现The design and implementation of traffic controller based on MCU学 生 姓 名: 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 指 导 教 师: 审 阅 教 师: 完 成 日 期: 辽 东 学 院Eastern Liaoning University摘 要本设计基于51单片机实现一款精简功能的液体灌装机。设计实现了两个灌装嘴,容器到位自动开始灌装的功能,装至设定容量,自动停止,并计件数;12864液晶显示器显示当前灌装规
2、格和灌装件数;设计中按键操作可以设定灌装规格;而且设计系统还具备设备清洗功能键设置,及排空液体储料罐,关闭后清洗,然后排空清洗液。设计中研究单片机技术,详细的介绍了单片机的应用。设计基于单片机实现控制器;研究传感器技术实现物料的精确计量。关键词:51单片机;流量控制;12864液晶;液体灌装机 - II -辽东学院本科毕业论文(设计)题目目 录摘 要I一、绪论1(一)研究背景1(二)单片机技术发展现状2二、方案论证3(一)控制芯片选择3(二)显示模块的选择3(三)系统总体结构框图4三、 硬件电路设计5(一)单片机系统介绍51.复位方式82.时钟电路9(二)12864液晶显示电路10(四) 键盘
3、电路11(五)电磁阀控制电路11(六)计数单元电路12(七)脉冲流量计的工作原理13(八)电磁阀选择13四、软件设计15(一)主程序流程图15(二)编程环境介绍16(三)软件程序各模块函数介绍171、 液晶屏初始化函数:172、计数中断函数:183、主程序184、延时函数介绍19结 论21参考文献22附录A 硬件电路图23附录B 程序源代码24致 谢33- III -辽东学院本科毕业论文(设计)题目一、绪论(一)研究背景上世纪60年代中期,中小规模集成电路问世,使得原来的电路变得更小,因此,由集成电路做成的电子测量仪器体积更为减小,同时其测量范围更为宽广,测量精度大为提高。不过随着检测的数量提
4、高,对速度,智能控制要求大大提高,单单由集成电路搭建的测量电路已无法满足测量需求,上世纪世纪70年代伊始,单片机机、微电子等技术迅猛发展。在它们的推动下,为适应现代化工业生产甚至战争的新需求,测量技术与仪器不断进步,相继诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测试系统,计算机与现代仪器设备间的界限日渐模糊,测量领域和范围不断拓宽。近10年来,以Internet为代 表的网络技术的出现以及它与其他高新科技的相互结合,不仅已开始将智能互联网产品带入现代生活,而且也为测量与仪器技术带来了前所未有的发展空间和机遇,网络化测量技术与具备网络功能的新型仪器应运而生
5、。 中国电子测量技术经过40多年的发展,为我国国民经济、科学教育、特别是国防军事的发展做出了巨大贡献。随着世界高科技发展的潮流,中国电子测量仪器也步入了高科技发展的道路,特别是经过“九五”期间的发展,我国电子测量技术在若干重大科技领域取得了突破性进展,为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。进入21世纪以来,科学技术的发展已难以用日新月异来描述。新工艺、新材料、新的制造技术催生了新的一代电子元器件,同时也促使电子测量技术和电子测量仪器产生了新概念和新发展趋势随着信息技术的发展日新月异,一个以信息资源的采集、开发、利用为特征的信息技术革命正席卷全球,信息技术已广泛的渗透到社会各个领域,在
6、世界经济和社会发展中发挥着越来越重要的作用。日前各个发达国家都在致力于信息化建设,以此来加速本国经济的发展。发展信息产业有许多关键的要素,如单片机、通信、集成电路、软件和信息服务业的建设等。但是如何将人类的社会活动和生产活动与现代化的信息传输和处理手段联系在一起也是一个重要的课题,只有解决了这个实际要求,才能使人类享受到信息技术带来的高度的物质文明和精神文明。如今,可编程的单片机系统被广泛应用在大型生产线中,由单片机控制的自动化系统编程灵活,可以针对具体情况进行程序设计,调试。如今为各大企业所青睐(二)单片机技术发展现状自单片机出现至今,单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机
7、 发展历程可以看出,单片机技术的发展以微处理器(MCU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导,以广泛的应用领域拉动,表现出较微处理器更具个性的发展,随着半导体技术的飞速发展, 单片机更新换代的速度越来越快,以386、486、586为代表的MCU,很短的时间内就被淘汰出 局,而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有15岁,产量仍是上升的。这一方面是由 于其对相应应用领域的适应性,另一方面是由于以该类CPU为核心,集成以更多I/O功能 模块的新单片机系列层出不穷。可以预见,一些成功上市的相对年轻的CPU 核心,也会随 着I/O功能模块的不断丰富,有着相当长的生存周期。新的CPU类型 的加
8、盟,使单片机队伍 不断壮大,给用户带来了更多的选择余地, 这是当前单片机技术发展的另一动向。长期以来,单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭,32位单片机应用得到了长足发展。以Motorola 68K为CPU的32位单片机97年的销售量达8千万枚。过去认为由于8位单片机功能越来越强,32位机越来越便宜,使16位单片机生存空间有限,而16位单片机的发展无论从品种和产量方面,近年来都有较大幅度的增长。MCU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同,为提高单片机抗干扰能力,降低噪声,降低时钟频率而不牺牲运算速度是单
9、片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序,在不提高时钟频率的条件下,使运算速度提高了很多,Motorola单片机则使用了琐相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。68HC08单片机使 用4.9M外部振荡器而内部时钟达32M,而M68K系列32位单片机使用32K的外部振荡器频率内部时钟可达16MHz以上。现在可以说单片机是百花齐放的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,且功耗越来越低,CS-
10、51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求低功耗,电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。二、方案论证(一)控制芯片选择方案一:采用Atmel 公司生产的89C51 8位单片机。该单片机具有成本低,
11、性价比高的优点,且编程较方便,其外部具有32 个可编程I/O 口、内部含有3 个16 位定时器/计数器、可使用八个中断源、并且可进行全双工的串行通信。但是其内部模块较少、功能局限性大,并且内部没有集成模/数转换模块、脉冲宽度调制模块,如果需要使用AD模块和脉冲宽度调制模块的话需要外加这些外围电路,比较麻烦。 方案二:采用 Freescale 公司生产的MK10DN512 系列32位单片机。该单片机内部具有128K 的RAM 和128K 的ROM、512K 可编程Flash 存储器、16 路精度为8bit/10bit/12bit 的AD转换模块、16路脉冲宽度调制(PWM)通道、8个定时器/计数
12、器、2个全双工UART 串行通道、看门狗定时器、80 个可编程I/O 口、16个外部事件触发中断引脚、超过150个中断输入源。是一款性能十分强大的综合性单片机,并且内部自带PLL 模块,总线频率最高可以设置成256MHz,运算速度快并稳定。100 引脚的MK10DN512 芯片的质量仅为50g。不过其做工复杂,成本较高,因此性价比较低,一般应用在汽车,航天等高精度控制领域。在本次设计中,流量计回传为脉冲型,因此不必采集模拟量,且控制方式为电平式,从成本的角度出发,89C51单片机完全可以满足要求,因此本次设计中选择性价比更高的89C51单片机。 (二)显示模块的选择方案一:采用液晶1602作为
13、显示模块,1602液晶每行可显示16个字符一共可以显示两行,可以显示数字和字符但是不能显示汉字,由于系统中采集的信息有可能是汉字的所以没有选择1602液晶。方案二:采用液晶12864,,12864液晶显示可以显示汉字,带有字库显示方便技术成熟,对于系统而言满足系统要求。可以显示较多的信息了,本系统要求显示信息较较多所以本设计选用12864作为显示单元的显示器。(三)系统总体结构框图本次设计的流量控制器系统分别为电源模块,键盘和12864屏幕人机对话模块,单片机最小系统模块,继电器执行模块,以及计数单元模块等,总体结构框图如图2.1所示:计数传感器继电器控制电磁阀AT89C51 单片机最小系统模
14、块流量传感器电源模块键盘与12864屏幕图2.1主控模块系统总设计结构图三、 硬件电路设计本次设计的流量控制器系统主要由ATMEL公司的AT89C51单片机最小系统、两个用于计数的红外光电传感器、用于控制液体电磁阀门的继电器、流量计、以及带显示屏和按键系统的人机对话外设、电源模块部分等。(一)单片机系统介绍AT89C51属于MCS-51系列单片机。在MCS-51系列中,各类单片机是相互兼容的,只是引脚功能略有差异。在器件引脚的封装上,MCS-51系列机通常有两种封装:一种是双列直插式封装,常为HMOS型器件所用;另一种是方形封装,大多数在CHMOS型器件中使用。其中,引脚1和引脚2(方形封装为
15、引脚2和引脚3)的第二功能仅用于8052/8032,NC为空引脚。如下图所示。AT89C51有40条引脚,共分为端口线、电源线和控制线三类。1端口线(48=32条)8051共有四个并行I/O端口,每个端口都有八条端口线,用于传送数据/地址。由于每个端口的结构各不相同,因此它们在功能和用途上的差别颇大。现对它们综述如下:P0.7P0.0:这组引脚共有八条,为P0口所专用,其中P0.7为最高位,P0.0为最低位。这八条引脚共有两种不同的功能,分别使用于两种不同的情况之下。第一种情况是AT89C51不带片外存储器,P0口可以作为通用I/O口使用,P0.7P0.0用于传送CPU的输入/输出数据。这时,
16、输出数据可以得到锁存,不需要外接专用锁存器,输入数据可以得到缓冲,增加了数据输入的可靠性。第二种情况是AT89C51带片外存储器,P0.7P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址,然后传送CPU对片外存储器的读写数据。图3.3最小系统电路图其中,8751的P0口还有第三种功能,即它们可以用来得8751片内EPROM编程或进行编程后的读出校验。这时,P0.7P0.0用于传送EPROM的编程机器码或读出校验码。P1.7P1.0:这八条引脚和P0口的八条引脚类似,P1.7为最高位,P1.0为最低位。当P1口作为通用I/O使用时,P1.7P1.0 的功能和P0口的第一功能相同
17、,也用于传送用户的输入输出数据。8751的P1口还有第二功能,既它在8751编程/校验时用于输入片内EPROM的低8位地址。P2.7P2.0:这组引脚的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同,即它可以作为通用I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合,用于输出片外存储器的高8位地址,共同选中片外存储器单元,但并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。8751的P2.7P2.0还具有第二功能,即它可以配合P1.7P1.0传送片内EPROM12位地址中的高八位地址。P3.7P3.0:这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同。第二功能作控制用,每个引脚并不完全相同,如表1所示。 表
18、1 P3口各位的第二功能P3口的位第二功能 注释P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXDTXDT0T1串行数据接收口串行数据发送口外中断0输入外中断1输入计数器0计数输入计数器1计数输入外部RAM写选通信号外部RAM读选通信号2电源线(2条)VCC为+5V电源线,VSS为接地线。3控制线(6条)ALE/:地址锁存允许/编程线,配合P0口引脚的第二功能使用。在访问片外存储器时,8051CPU在P0.7P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/线上输出一个高电位脉冲,用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器。以便空出P0.7P0.0引脚线
19、去传送随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片外存储器时,8051自动在ALE/线上输出频率为fOSC/6的脉冲序列。该脉冲序列可用作外部时钟电源或作为定时脉冲源使用。对于8051,ALE/线还具有第二功能。它可以在对8051片内EPROM编程/校验时传送52ms宽的负脉冲。/VPP:允许访问片外存储器/编程电源线,可以控制8051使用片内ROM还是使用片外ROM。若=1,则允许使用片内ROM;若=0,则允许使用片外ROM。对8751,/VPP用于在片内EPROM编程/校验时输入21V编程电源。:片外ROM选通线,在执行访问片外ROM的指令MOVC时,8051自动在线上产生一个负脉冲,用于为片
20、外ROM芯片的选通。其他情况下,线均为高电平封锁状态。RST/VPD:复位/备用电源线,可以时8051处于复位(即初始化)工作状态。通常,8051 的复位有自动上电复位和人工按钮复位两种。RST/VPD的第二功能是作为备用电源输入端。当主电源VCC发生故障而降低到规定低电平时,RST/VPD线上的备用电源自动投入使用,以保证片内RAM中信息不丢失。在单片机应用系统中,除单片机本身需要复位以外,外部扩展I/O接口电路等也需要复位,因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。XTAL1和XTAL2:片内振荡电路输入线,这两个端子用来外接石英晶体和微调电容,即用来连接8051片内OSC的定
21、时反馈回路。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波,以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常,fOSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz16MHz,典型值为12MHz或11.059MHz。电容C01和C02可以帮助起振,典型值为30pf,调节它们可以达到微调fOSC的目的。MCS-51所需的时钟也可以由外部振荡器提供。外部时钟源应是方波发生器,频率应根据所用MCS-51中的具体机型确定。1.复位方式51单片机的复位是单片机的初始化操作。单片机启运运行时,都需要先复位,其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。因
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业论文 基于 51 单片机 流量 控制器 设计 实现
链接地址:https://www.31doc.com/p-3939635.html