【正文】 發(fā)，要求所選單片機(jī)支持簡(jiǎn)單易學(xué)的編程語(yǔ)言，并且擁有軟件支持的良好編程環(huán)境。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)有豐富的資料支持，包括詳盡的芯片說(shuō)明書，應(yīng)用指南，設(shè)計(jì)方案，范例程序等。從工作可靠性的角度出發(fā)，要求所選芯片有較寬工作溫度范圍，較低的功耗和一定的抗干擾能力。按適用的工作溫度分，常用單片機(jī)芯片可分為商用級(jí)、工業(yè)級(jí)、軍品級(jí)，這里選擇一般的商用機(jī)即可。在功耗和抗干擾方面，本控制系統(tǒng)的要求都不高，一般的單片機(jī)芯片都能滿足要求。綜上所述，本系統(tǒng)選擇STC89C51單片機(jī)作為主控芯片。足夠本設(shè)計(jì)運(yùn)行，且價(jià)格便宜，下載程序方便?！鞲衅鞯倪x擇在測(cè)距模塊中，常用超聲波測(cè)距，它的原理是利用超聲波的發(fā)射與接收，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距的兩端，一端發(fā)射，另一端接受的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體發(fā)射回來(lái)后接收的反射波方式，適用與測(cè)距儀。本設(shè)計(jì)主要是測(cè)距要選用得體，要準(zhǔn)確無(wú)誤，通過查閱資料感覺利用超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)較多，但是穩(wěn)定性不是很好，所以決定采用光電式測(cè)距傳感器，主要應(yīng)用在生產(chǎn)加工等精密場(chǎng)合，穩(wěn)定性極高。所以本設(shè)計(jì)選用光電式紅外測(cè)距傳感器。在感光模塊中，采用光敏電阻與LM393構(gòu)成的電壓比較器來(lái)構(gòu)成感光模塊的主要部分。通過對(duì)電壓的采集，來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化?！【幊陶Z(yǔ)言的選擇對(duì)于指令系統(tǒng)兼容MCS51系列的單片機(jī)，其較為常用的編程語(yǔ)言有C和匯編語(yǔ)言。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言，可產(chǎn)生壓縮代碼。C語(yǔ)言在硬件結(jié)構(gòu)上僅要求對(duì)單片機(jī)存儲(chǔ)器等硬件結(jié)構(gòu)有初步了解，寄存器分配，不同存儲(chǔ)器尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理。C語(yǔ)言程序本身并不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可以在不同種類的單片機(jī)之間相互移植。程序可劃分為不同函數(shù)，結(jié)構(gòu)規(guī)范，可讀性強(qiáng)。C語(yǔ)言提供的庫(kù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。C語(yǔ)言作為一種方便、容易掌握的語(yǔ)言得到了廣泛的應(yīng)用，是目前單片機(jī)編程中應(yīng)用最多的語(yǔ)言之一。匯編語(yǔ)言同樣在單片機(jī)編程中得到了廣泛的應(yīng)用，其具有簡(jiǎn)單實(shí)用，控制靈活，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，程序效率高等特點(diǎn)。匯編語(yǔ)言有著極強(qiáng)的硬件控制能力，用其它的高級(jí)語(yǔ)言所無(wú)法控制的軟硬件細(xì)節(jié)，在匯編語(yǔ)言中都可以實(shí)現(xiàn)，但是編程復(fù)雜。綜合考慮，軟件的設(shè)計(jì)語(yǔ)言選擇C語(yǔ)言。第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心處理器、LM393電壓比較器、光敏電阻、數(shù)碼管等構(gòu)成一款智能視力保護(hù)儀設(shè)計(jì)。其中單片機(jī)芯片選用較為普遍的stc89c51型，紅外測(cè)距選用利用光電反射的，紅外測(cè)距尾部有個(gè)電位器可以調(diào)節(jié)感應(yīng)距離（0~80cm），當(dāng)距離小于調(diào)節(jié)設(shè)定的距離時(shí)小燈快速閃爍同時(shí)蜂鳴器響提示，當(dāng)光線過強(qiáng)或過弱時(shí)，也會(huì)提示；數(shù)碼管顯示時(shí)間，當(dāng)時(shí)間到45分鐘時(shí)，數(shù)碼管和小燈閃爍，蜂鳴器滴滴提示，此時(shí)按下按鍵即可休息，防止過度傷身；當(dāng)休息回來(lái)時(shí)，再按下按鍵此時(shí)系統(tǒng)又重新開始工作。設(shè)計(jì)利用紅外測(cè)距傳感器實(shí)在對(duì)距離的測(cè)量，比超聲波測(cè)距更加可靠準(zhǔn)確、健康安全。單片微型計(jì)算機(jī)是隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展的。自從1975 年美國(guó)德克薩斯儀器公司的第一臺(tái)單片微型計(jì)算機(jī)（ 簡(jiǎn)稱單片機(jī)）TMS1000 問世以來(lái)，迄今為止，單片機(jī)技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)獨(dú)特分支，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，特別是在工業(yè)控制中經(jīng)常遇到對(duì)某些物理量進(jìn)行定時(shí)采樣與控制的問題，在儀器儀表智能化中也扮演著極其重要的角色。如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可以分為以下幾個(gè)階段：第一階段（1976—1978）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS48為代表。MCS48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola、Zilog等。都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機(jī)”一詞即由此而來(lái)。第二階段（1978—1982）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的完善階段。Intel公司在MCS48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS51。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。（1）完善的外部總線。MCS51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。（2）CPU外圍功能單元的集中管理模式。（3）體現(xiàn)工控特性的地址空間及位操作方式。（4）指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段（1982—1990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。第四階段（1990—）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面、深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。單片機(jī)是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計(jì)算機(jī)，這些元件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時(shí)鐘部件的集成和I/O接口電路。由于單片機(jī)具有體積小、價(jià)格低、可靠性高、開發(fā)應(yīng)用方便等特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代電子技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，在智能儀表中單片機(jī)是應(yīng)用最多、最活躍的領(lǐng)域之一。在控制領(lǐng)域中,現(xiàn)如今人們更注意計(jì)算機(jī)的底成本、小體積、運(yùn)行的可靠性和控制的靈活性。在各類儀器、儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測(cè)試的自動(dòng)化程度和精度，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比。單片機(jī)主要特點(diǎn)：（1）有優(yōu)異的性能價(jià)格比。（2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。（3）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。（4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。（5）外部總線增加了I2C（InterIntegrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。（6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。優(yōu)異的性能價(jià)格比。1）集成度高、體積小、有很高的可靠性。 單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。2）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。3） 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 VCC：STC89C52電源正端輸入，接+5V。GND：電源地端。XTAL1: 單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2： 系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：STC89C52的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp：EA為英文External Access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來(lái)執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。STC89C52可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0～A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)镾TC89C52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。STC89C52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（～）：端口0是一個(gè)8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，，依此類推。其他三個(gè)I/O端口（PPP3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。PORT2（～）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8～A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來(lái)使用了。PORT1（～）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（～）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下：：RXD，串行通信輸入。：TXD，串行通信輸出。：INT0，外部中斷0輸入。：INT1，外部中斷1輸入。：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）圖31 單片機(jī)引腳圖單片機(jī)芯片內(nèi)還有一項(xiàng)主要內(nèi)容就是并行I/O口。STC89C51共有4個(gè)8位的并行I/O口，分別記作P0、PPP3。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時(shí)傳送，高8位地址由P2口傳送。在無(wú)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。單片機(jī)的4個(gè)I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)。STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。在單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振），就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值為30pF。當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。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RST端經(jīng)過電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)圖如圖32所示 圖32 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 LED提示電路 LED英文單詞的縮寫，主要含義：LED = Light Emitting Diode，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光；它改變了白熾燈鎢