【正文】 器基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 3 程序存儲(chǔ)器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)。 4 中斷系統(tǒng) 具有 5個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 5 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)有 2個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。 6 串行口 1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行 I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。 7 P1 口、 P2 口、 P3 口、 P4口 7 為 4 個(gè)并行 8位 I/O 口。 8 特殊功能寄存器 共有 21個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)的個(gè)功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的 RAM 區(qū)。 由上可見(jiàn)， 80C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功 能部件種類(lèi)全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。 1 位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真、過(guò)程控制方面非常有效；而 8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長(zhǎng)處。 MCS51 單片機(jī)中 8 位機(jī)和 1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是 MCS51 單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) STC89C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn) 單﹑可靠。用 80C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)： (1) 有可供用戶使用的大量 I/O 口線。 (2) 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。 (3) 應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。 圖 12 STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng) 時(shí)鐘電路 STC89C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。 STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式， 利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在 到 12MHZ 之間選擇。 8 電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度 有少許影響， CX CX2 可在 20pF 到 100pF 之間取值，但在 60pF 到 70pF 時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 6MHZ,電容選擇 65pF。 在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安 裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO 電容。 復(fù)位電路 STC89C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳 RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用 6MHZ時(shí) C取 22uF,R 取 1KΩ。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見(jiàn)圖 。時(shí)鐘頻率選用 6MHZ 時(shí)， C 取 22uF,Rs取 200Ω， RK取 1KΩ。 圖 13 STC89C51復(fù)位電路 如圖 14 所示，智能電動(dòng)車(chē)的系統(tǒng)原理框圖主要包括主控器，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路，避障紅外傳感器電路，尋線紅外傳感器電路，顯示電路，時(shí)鐘電路，報(bào)警電路和電源電路等部分構(gòu)成。 9 圖 14 智能電動(dòng)車(chē)的系統(tǒng)原理框圖 三 主控器 本系統(tǒng)中主控器需要對(duì)雙電機(jī)進(jìn)行控制，因此需要使用 PWM 脈沖信號(hào)輸出。 AT89S51 是一種低功耗，高性能 CMOS 8 位微控制器，三個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 具有 8KB 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。主控器外圍電路如圖 15 所示。 主控器 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 避障紅外傳感器 尋線紅外傳感器 報(bào)警電路 電源電路 顯示電路 時(shí)鐘電路 10 圖 15 主控器外圍電路圖 四 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 L298 是 SGS 公司（意法半導(dǎo)體公司）的一款 H 橋電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片內(nèi)部有 4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，具有兩套 H橋電路，可以方便地驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路如圖 16 所示。 圖 16 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路圖 五 尋跡傳感器電路 尋跡傳感器電路采用 TCRC5000L 型紅外對(duì)管進(jìn)行設(shè)計(jì)。該型號(hào)的傳感器內(nèi) 部由一個(gè)高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，具有體積小，結(jié)構(gòu)緊猝，靈敏度高，工作性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠滿足本次設(shè)計(jì)的要求。傳感器的工作原理如下：紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，若紅外光照射到白色的平面將存在反射光線，傳感器會(huì)輸出一個(gè)低電平信號(hào)：反之，若紅外光照射到黑色的平面將無(wú)反射光線，傳感器側(cè)輸出一個(gè)高電平信號(hào)。 尋跡傳感器電路如圖 17 所示，通過(guò)一個(gè)電壓比較器可以獲取每個(gè)傳感器的檢測(cè)狀態(tài)。如果傳感器末檢測(cè)到黑線，比較器 LM324 會(huì)輸出一個(gè)低電平 。如果檢測(cè)到黑線，LM324 則輸出一個(gè)高電平。為了 節(jié)省單片機(jī)的 I/O 接口，這里通過(guò) 74LS165 將 8個(gè)傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)為串行信號(hào)送入單片機(jī)中。 11 圖 17 尋跡傳感器電路 六 避障傳感器電路 避障傳感器電路采用紅外光電開(kāi)關(guān) E3FDS10C4 進(jìn)行避障。該型號(hào)的傳感器具有操作簡(jiǎn)單 ,使用方便等特點(diǎn)。傳感器內(nèi)部將集發(fā)射器和接收器于一體，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，傳感器輸出低電平信號(hào)；當(dāng)沒(méi)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出高電平信號(hào)。 避障 傳感器電路如圖 18所以，同樣為了節(jié)省單片機(jī)的 I/O 接口，這里也通過(guò)74LS165 將 6個(gè)傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)為串行信號(hào)送入單片機(jī)中。 12 圖 18 尋跡傳感器電路 七 顯示電路 本系統(tǒng)需要顯示的內(nèi)容較少，主要是計(jì)時(shí)時(shí)間的顯示，因此選用一個(gè) LCD1602即可實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)功能。 LCD1602 液晶也稱(chēng) 1602 字符型液晶，是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母，數(shù)字，符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。該顯示模塊具有微功耗 ，體積小，顯示內(nèi)容豐富，超薄輕巧等特點(diǎn)，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。本系統(tǒng)顯示電路如圖 19 所示。 圖 19 顯示電路 八 PWM輸出控制電路 PWM 信號(hào)的產(chǎn)生電路如圖 110 所示。 8254 所需的基準(zhǔn)頻率是由有源晶振 Y2 產(chǎn)生的。晶振 Y2 的震蕩頻率為 1MHz,因此產(chǎn)生周期為 1us的時(shí)鐘信號(hào)。 13 圖 110 PWM 輸出控制電路 九 聲光提示電路 聲光提示電路如圖 111 所示，發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)采用灌電流的方式，當(dāng)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)引腳 LED 為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。蜂鳴器使用一個(gè) PNP 三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)單片機(jī) BEEP 引腳輸出低電平時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音進(jìn)行提示。 圖 111 聲光提示電路 十 電源電路 智能小車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要 9V 直流電，采用充電電池供電。因此，需要通過(guò)一個(gè)電源變換電源實(shí)現(xiàn) DC9V 到 DC5V 的轉(zhuǎn)換。這里選用一個(gè)開(kāi)關(guān)電源芯片 LM2576 進(jìn)行設(shè)計(jì)，該芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 3A 集成穩(wěn)壓電 路，它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器，只需極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片，內(nèi)部有完整的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等。電源電路如圖 112所示。 14 圖 112 電源電路 15 第四章 軟件設(shè)計(jì) 一 軟件流程 簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)的主程序流程如圖 113 所以。系統(tǒng)上電后，首先完成對(duì)定時(shí)器T0， T1 和液晶的初始化，然后啟動(dòng)智能車(chē)前進(jìn)，進(jìn)入避障和循跡程序的檢測(cè)。 圖 113 主程序流程圖 避障程序流程如圖 114所示，在該程序中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取避障傳感器的狀態(tài)，更加各傳感器的輸入信號(hào)來(lái)判斷智能車(chē)的行進(jìn)位置及狀態(tài)，并根據(jù)位置和狀態(tài)信息及時(shí)調(diào)整車(chē)的走向。 圖 114 避障程序流程圖 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過(guò)程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。 為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過(guò)程分成若干個(gè)部 分，每一部分叫做一個(gè)模塊。所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段。 開(kāi)始 初始化 定時(shí)器 T0 初始化 定時(shí)器 T1 初始化液晶 小車(chē)前進(jìn) 避障，循跡檢測(cè) 16 二 代碼分析 智能車(chē)控制軟件分為主程序，避障傳感器檢測(cè)程序，循跡傳感器檢測(cè)程序，電動(dòng)機(jī)控制程序，顯示程序，定時(shí)器 T0， T1有關(guān)子程序，延時(shí)程序等，各部分程序功能如下： 主程序通過(guò)調(diào)用各個(gè)子程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 避障傳感器檢測(cè)程序用于檢測(cè)智能車(chē)在迷宮中的行進(jìn)狀態(tài)，并及時(shí)調(diào)整小車(chē)的位置避免與迷宮內(nèi)的墻壁發(fā)生碰撞。 循跡傳感器檢測(cè)程序用于檢測(cè)智能車(chē)在迷宮外的進(jìn)行狀態(tài)，通過(guò)這些傳感器可以實(shí)現(xiàn)車(chē)沿著黑線進(jìn)行，防 止跑偏。 電動(dòng)機(jī)控制子程序是實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車(chē)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，制動(dòng)，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)等控制。 顯示程序主要是顯示智能車(chē)的行進(jìn)狀態(tài)，并對(duì)行進(jìn)過(guò)程進(jìn)行計(jì)時(shí)。 定時(shí)器 T0有關(guān)子程序包括完成對(duì) T0 的初始化設(shè)置，以及在 T0 的中斷服務(wù)程序中對(duì)定時(shí)器 T0 和 8254 的初值設(shè)置等功能。 定時(shí)器 T1有關(guān)子程序包括完成對(duì) T1 的初始化設(shè)置，以及在 T1 的中斷服務(wù)程序中對(duì)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)時(shí)間的計(jì)算。 延時(shí)函數(shù)用于在智能車(chē)行進(jìn)過(guò)程中行走狀態(tài)的保持。 系統(tǒng)具體的程序代碼如下。 為方便程序的編寫(xiě)，這里把部分常用的 變量進(jìn)行定義。由于本實(shí)列中顯示器件選用的是 LCD1602，該器件在前面的章節(jié)中已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，這里就不在重述了。修改 文件中引腳定義，然后直接引用該頭文件。 include include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define Count0 XBYTE[0x1fff] //8254 計(jì)數(shù)器 0 define Count1 XBYTE[0x3fff] //8254 計(jì)數(shù)器 1 define Con_word XBYTE[0x7fff] //8254 控制字 /*********************引腳聲明 **********************/ // 避障傳感器輸出 sbit sen1dat = P3^1。 // 74165 數(shù)據(jù)引腳 sbit sen1clk = P3^0。 // 74165 時(shí)