【正文】 等三大總線(xiàn)，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明：中央處理器中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。程序存儲(chǔ)器(ROM)8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。中斷系統(tǒng)8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。時(shí)鐘電路8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛結(jié)構(gòu)原理，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即馮諾依曼結(jié)構(gòu)原理。INTEL的MCS51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式。圖2—5 單片機(jī)封裝圖形Figure 25 SCM Packaging GraphicsMCS51系列單片機(jī)中的8038051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線(xiàn)兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線(xiàn)兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線(xiàn)與P3口線(xiàn)復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明[4]：(1)主電源引腳Vcc和Vss \88,\G3eJ g8 j)5u Vcc（40腳）：主電源接＋5V :xloO/l Vss（20腳）：接地 oc |E@Y@xP )Dz[ 78Ny (2)時(shí)鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2 ,(
{Jrz KAb h,iXTAL2（18腳）：接外部晶體振蕩器的一端。片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端。 er({j~ XTAL1（19腳）：接外部晶體振蕩器的另一端。片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸入端。 c?+T]  _NyoKZ (3)控制信號(hào)RST/Vpd、ALE/(/PROG) 、/ PSEN和 (/EA)/Vpp X\_,aZ=9amp。 k|jU@~,Gz RST/Vpd（9腳）：復(fù)位端。高電平有效，寬度在24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上，使單片機(jī)復(fù)位。該引腳有復(fù)用功能，Vpd為備用電源輸入端，防止主電源掉電。 v39。JF)3h39。Z}* vgKrF ALE/（/PROG）（30腳）：地址鎖存信號(hào)端。訪問(wèn)片外存貯器時(shí)，ALE作低八位地址的鎖存控制信號(hào)。平時(shí)不訪問(wèn)片外存貯器時(shí)，該端以六分之一的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。ALE端負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8個(gè)LSTTL門(mén)。該引腳有復(fù)用功能， 為片內(nèi)程序存貯器編程（固化）的編程脈沖輸入。 ),n.39。ldv
7dV*5 5 /PSEN（29腳）：片外程序存貯器讀選通信號(hào)端。負(fù)載能力為8LSTTL門(mén)。 .@V3iP^ %H*ANEu,! (/EA)/Vpp（31腳）：/EA端接高電平時(shí)，CPU取指令從片內(nèi)程序存貯器自動(dòng)順延至片外程序存貯器。 /EA端接低電平時(shí)，CPU僅從片外程序存貯器取指令。該引腳有復(fù)用功能，Vpp為片內(nèi)程序存貯器編程時(shí)的編程電壓。Q |0O。k (4)輸入/輸出引腳P0、PP2和P3口 P~e
C 6 Zxamp。]q(|Ew ～（39～32腳）：訪問(wèn)片外存貯器時(shí)作為低八位地址線(xiàn)和八位數(shù)據(jù)線(xiàn)（復(fù)用）。負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL門(mén)。 _。W2:y?Qo }]{B ～（1～8腳）： 8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載能力為3個(gè)LSTTL門(mén)。 [
*t。dSi \xA{ ～（21～28腳）：訪問(wèn)片外存貯器時(shí)作為高八位地址線(xiàn)。 FJ39。4pPb(|pcd | ～（10～17腳）：8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載能力為3個(gè)LSTTL門(mén)。另外還有專(zhuān)門(mén)的第二功能。 。]V
E: v CaE3qP3口的第二功能是（10腳）： RXD（串行口輸入端）（11腳）： TXD（串行口輸出端） +。QeT7 （12腳）： /INT0（外部中斷0輸入端） d3]2lVs 4 （13腳）： /INT1（外部中斷1輸入端） ^YiCOlK （14腳）： T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端） qtrz
ai （15腳）： T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端） tQ}k4* （16腳）： /WR（片外數(shù)據(jù)存貯器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端） 2{u$lwL=^~ （17腳）： /RD（片外數(shù)據(jù)存貯器讀選通信號(hào)輸出端）8051的最小系統(tǒng)連接線(xiàn)路連接圖如圖26所示：圖26 單片機(jī)最小系統(tǒng)Figure 26 SCM minimum system(1)找球傳感器根據(jù)比賽用球?yàn)榧t外發(fā)射裝置，故采用的傳感器為紅外接收的傳感器，根據(jù)車(chē)體前方的兩個(gè)紅外傳感器接收紅外光輸出電壓不同比較來(lái)判斷球的方位指導(dǎo)車(chē)體前進(jìn)方向。該紅外接收器由一只光電三極管構(gòu)成，其電路圖如下：圖26 找球電路原理圖Figure 26 the ball circuit schematics當(dāng)光電三極管接收到紅外線(xiàn)信號(hào)時(shí)，其電阻減小，在管兩端的電壓分壓減小，輸出口電壓上升，輸入到AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。(2)控球判傳感器控球判斷傳感器也是一只紅外三極管，安裝在控球探測(cè)臂上，感光方向?yàn)檎路揭?jiàn)前面的模型中其原理同上，因只需判斷持球與否連個(gè)狀態(tài)，所以不需要AD轉(zhuǎn)換比較。(3)進(jìn)攻方向判斷傳感器場(chǎng)地貼有按進(jìn)攻黑白灰度漸變的基板帖紙，由兩個(gè)位于車(chē)底的灰度傳感器進(jìn)行判斷，當(dāng)左右兩個(gè)傳感器值相等時(shí)，認(rèn)為正對(duì)球門(mén)?；叶葌鞲衅饔煞瓷涫郊t外光電判讀器組成，即一個(gè)紅外發(fā)光管和紅外三極管并排綁定構(gòu)成，其電路圖如圖27所示：圖27 判斷進(jìn)攻電路原理圖Figure 27 schematic circuit judge attack當(dāng)?shù)孛婊叶茸兓瘯r(shí)，對(duì)紅外光的反射量隨之變化，白色對(duì)紅外光反射力強(qiáng)，輸出電壓高；黑色對(duì)紅外光吸收力強(qiáng)，輸出低電壓。輸入到AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。(4)碰撞傳感器當(dāng)機(jī)器人與墻體發(fā)生碰撞時(shí)，裝于持球檢測(cè)臂上部的微動(dòng)開(kāi)關(guān)會(huì)被按下，導(dǎo)致一個(gè)中斷脈沖，使機(jī)器人進(jìn)入中斷處理程序——倒退，轉(zhuǎn)向，避開(kāi)障礙。由于碰撞開(kāi)關(guān)安裝高度大于球的直徑，不會(huì)造成球碰到碰撞開(kāi)關(guān)而造成誤操作。電路和前的最小系統(tǒng)電路連在一起。碰撞傳感器線(xiàn)路圖見(jiàn)圖1—5線(xiàn)路圖，其中的電容C4電阻R3起到對(duì)碰撞信號(hào)穩(wěn)定延遲的作用，使單片機(jī)能接收到一個(gè)可靠的中斷信號(hào)。(5)A/D轉(zhuǎn)換部分硬件電路[7]A/D數(shù)模變換是把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。從而來(lái)處理模擬信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器的類(lèi)型最為常見(jiàn)的有二種：逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和積分式A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，此外，與同樣分辨率的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器比較，它不需要高精度的運(yùn)算放大器，成本比較低的特點(diǎn)。雙積分分式A/D轉(zhuǎn)換器具有精度、抗擾性好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但是轉(zhuǎn)換速度慢?？紤]到這次設(shè)計(jì)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換更需要是速度的要求，我選擇了逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。封裝電路圖形如圖28：圖28 AD0809封裝模型Figure 28 AD0809 Packaging ModelAD0809內(nèi)部主要是由8路模擬選擇開(kāi)關(guān)、8位A/D轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存緩沖器構(gòu)成。引腳名稱(chēng)與功能如下：IN0~IN7：8路模擬量輸入端。DB0~DB7：8位數(shù)字量輸出端。START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端。上升沿復(fù)位0809，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器。ALE：地址鎖存控制信號(hào)。在信號(hào)前沿處把ADDA、ADDB、ADDC三條選擇狀態(tài)鎖存在寄存器中，當(dāng)該線(xiàn)為高電平時(shí)，地址才解鎖，便可選擇通道。START與ALE可連接在一起通過(guò)程序輸入一個(gè)正脈沖啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志輸出端。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC由低變高，反相器反相后可作中斷請(qǐng)求信號(hào)。OE： 輸出允許控制信號(hào)。當(dāng)OE=1時(shí)，打開(kāi)三態(tài)門(mén)，數(shù)據(jù)線(xiàn)被解鎖，把內(nèi)部轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送往總線(xiàn)上。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。ADC0809要求外接時(shí)鐘，其頻率為10~128MHz。V（+）：正參考電壓輸入端，通常VREF(+) 接班人+5V電源。V（）：負(fù)參考電壓輸入端，VREF（）接地（GND）。ADDA、ADDB、ADDC：8路模擬形狀的三位地址選通輸入線(xiàn)。選擇對(duì)應(yīng)的輸入通進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)29。圖29 A/D轉(zhuǎn)換電路圖Figure 29 A / D converter circuit(1)穩(wěn)壓塊選用本系統(tǒng)所有芯片都需要+5V的工作電壓，并且隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，其電壓會(huì)逐漸下降，想要得到穩(wěn)定的+5V工作電壓，則需要L7805穩(wěn)壓芯片。封裝模型如圖210所示[5]：圖2—10 穩(wěn)壓芯片L7805Figure 210 regulator chip L7805(2)電源選擇雖然微處理器和微控制器不需要支持電路，功耗也很低，但必須要加以考慮。單電池組：用一組電池同時(shí)給控制電路和驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。可以使機(jī)器人的重量減輕，成本降低。雙電池組：用兩組電池分別給控制電路和驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，可減少電機(jī)開(kāi)關(guān)時(shí)的能量波動(dòng)。考慮到機(jī)器人控制電路需要穩(wěn)定可靠的電源，本次設(shè)計(jì)才用了雙電池供電模式，二節(jié)9V電池用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。(3)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制本次設(shè)計(jì)采用了H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路直流H橋功放電路是用于控制直流電機(jī)雙向運(yùn)動(dòng)的基本電路，該電路使電機(jī)在單電源供電下可以雙向運(yùn)轉(zhuǎn)。圖111電路為用三極管構(gòu)成的H橋集成功放電路基本形式。為使電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)，應(yīng)接通三極管A和D,對(duì)電機(jī)而言，其電壓右負(fù)左正；逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)接通三極管B和C,對(duì)電機(jī)而言，其電壓左負(fù)右正。通過(guò)改變不同的三極管導(dǎo)通狀況，可改變電機(jī)兩端電壓，達(dá)到反轉(zhuǎn)目的。圖211 三極管構(gòu)成的H橋集成功放電路Figure 211 tri