基于单片机的流量控制器的设计与实现.doc

1、 辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文（设 计） 基于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 独创性说明 作者郑重声明：本毕业论文（设计）是我个人在指导教师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业论文（设计 ）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成

2、果，也不包含为获得辽东学院或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： _ 日期： _ _ 辽东学院本科毕业论文（设计）题目 - I - 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

3、 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 辽东学院本科毕业论文（设计）题 目 - II - 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 . 5 1.复位方式 . 8 2.时钟电路 . 9 （二） 12864 液晶显示电路 . 10 （四） 键盘电路 . 11 （五）电磁阀控制电路 . 11 （六

4、）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 . 17 1、 液晶屏初始化函数： . 17 2、计数中断函数： . 18 3、主程序 . 18 4、延时函数介绍 . 19 结 论 . 22 参考文献 . 23 附录 A 硬件电路图 . 24 附录 B 程序源代码 . 25 致 谢 . 34 辽东学院本科毕业论文（设计）题目 1 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

5、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

6、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。 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

7、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

8、，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 辽东学院本科毕业论文（设计）题目 2 （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 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

9、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

10、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，

11、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-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

12、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 。 辽东学院本科毕业论文（设计）题目 3 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，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

13、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 /计数器、 2 个全双工 UART 串行通道、看门狗定时器、 80

14、 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 作为显示模块， 1

15、602 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。 辽东学院本科毕业论文（设计）题目 4 （ 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

16、框图如图 2.1 所示： 图 2.1 主控模块 系统总设 计结构图 计数传感器 AT89C51 单片机最小系统模块 电源模块 流量传感器 继电器控制电磁阀 键盘与 12864 屏幕 辽东学院本科毕业论文（设计）题目 5 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

17、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（ 4 8=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： P0.7 P0.0：这组引脚共有八条，为 P0口

18、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， P0.7 P0.0用于传送 CPU 的输入/输出数据。这时，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， P0.7 P0.0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。 辽东学院本科毕业论文（设计）题目 6 图 3.3 最小系统电路图 其中， 875

19、1 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， P0.7 P0.0 用于传送 EPROM 的编程机器码或读出校验码。 P1.7 P1.0：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， P1.7 P1.0 的功能和 P0 口的第一功能相同，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。 P2.7 P2.0：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 P2.7 P2.0 还具有第二功能，即它可以配合 P1.7 P1.0 传送片内 EPROM12位地址中的高八位地址。 P3.7 P3.0：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。