【正文】 現(xiàn)是近代計算機技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑，因為它體積小，通常都藏在被控機械的 “肚子 ”里。同時，學習使用單片機了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個 范疇： （ 1） 在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控 制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。此外，單片機在工商、金融、科研、教育、國防航空等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。與 MCS51兼容 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 圖 21 STC89C51基本引腳結(jié)構(gòu)圖 引腳功能說明： Vcc： 接電源。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。在給出地址 “ 1” 時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入時，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流，也是由于上拉的緣故。在單片機正常工作時，此引腳應(yīng)為小于 。該引腳內(nèi)部是一個反向放大器的輸入端。如采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端 。片內(nèi)的 128B 的 RAM，以高速 RAM 的形式集成在單片機內(nèi)，可以加快單片機的運行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 RAM 還可以降低功耗。 定時器 /計數(shù)器：片內(nèi)有 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器，具有 4 種工作方式。 STC89C51 的基本操作 如圖 22 所示， 在 C2 和 C3 之間接一只石英振蕩晶體構(gòu)成了單片機的時鐘電路，電路中的電容 C2 和 C3 典型值通常選擇 為 33pF。晶振和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠的近些，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器的穩(wěn)定性、可靠的工作。 復位不影響 RAM 的內(nèi)容。復位引腳 RST通過一個施密特觸發(fā)器與復位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每一個機器周期的 S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需的信號。按鍵手動復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位兩種方式。關(guān)于復位還有一個就是 “ 看門狗 ” 技術(shù)，它就是使用一個計數(shù)器不斷的進行 計數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運行。目前看門狗電路已經(jīng)集成到一些處理器監(jiān)控芯片中，集成化程度較高，功能齊全，具有廣闊的應(yīng)用前景。直升機的絕大多數(shù)性質(zhì)，比如穩(wěn)定性、靈活性，包括所謂操縱感覺，都是由旋翼頭決定的。當高速旋轉(zhuǎn)的陀螺遇到外力時，它的軸的方向是不會隨著外力的方向 發(fā)生改變的，而是軸圍繞著 一個定點進動。由于在力學中，有 M=dL/dt，所以 M 和 dL方 向相同。例如：要使直升機仰俯，就必須要使直升機左右的升力不平衡而不是使其前后不平衡。但同時，如果用舵機直接改變主旋翼的傾角來控制飛機，問題是很多的。第二，當直升機受到輕微擾動后，由于陀螺的進動性，直升機將不會恢復原來狀態(tài)，而是繞著垂線方向進動。 操縱過程是這樣的： （ 1）初始狀態(tài)： 圖 32 初始平衡狀態(tài) 希拉小翼由于空氣和離心力作用，和主旋翼平面平行。希拉小翼就與空氣呈 10176。后在上圖 34 位置上抬。從而使主旋翼在圖34 位置受力。 至此，遙控直升機主旋翼平面的傾轉(zhuǎn)過程已經(jīng)分析完畢。這就有效地化解了一般操縱方式舵機負荷過重的問題。 當遇到氣流時，由于主旋翼的旋轉(zhuǎn) ，會導致左、右主旋翼相對于空氣的速度不同，從而產(chǎn)生力矩，使飛機偏離平衡位置。所以此時主旋翼平面由于與希拉小翼平面有夾角而產(chǎn)生恢復力矩，抵抗外界干擾。值得注意的是，貝爾 希拉自穩(wěn)定過程不能抑制過強的干擾。還需要其他手段（比如使希拉小翼不太靈敏）來增加穩(wěn)定性。水平尾翼可保持模型飛機飛行時的俯仰安定，垂直尾翼保持模型飛機飛行時的方向安定。 （ 4） 起落架 ： 供模型飛機起飛、著陸和停放的裝置。 （ 7） 起落架：用于起降的裝置。此外，飛行過程中氣流變化復雜，即便是穩(wěn)定懸停時，也會不斷受到環(huán)境干擾氣流的影響，這些都會導致上下兩層 槳 的工作 失衡，這時候，高速旋轉(zhuǎn)的平衡桿的陀螺效應(yīng)就會干涉這種失衡，以維持原有姿態(tài)。現(xiàn)在都流行用無刷，一是因為動力足，二是因為壽命長，三是因為效率高，四是因為也并不貴。有刷電機有一對電刷，使用到一定 次數(shù)，電刷就被磨損殆盡，于是得更換電刷。 無刷電機有什么 2208， 2408， 2822， 1806，這個參數(shù)不同的廠商是不一樣的。所以 KV值決定你配什么樣的槳，因為大槳需要的 扭力大，小槳需要的扭力小。它 一般是一個小 (黑 )盒子，盒子兩邊有安裝孔，有個輸出轉(zhuǎn)軸，可以安裝一個圓形 (十字或一字形 )力臂，還有一條和電子調(diào)速器一樣的 3 芯信號連接線，連接于接收機上相應(yīng)的通道接口。舵機有一個扭力參數(shù)，就是能拉動多大的重量，當然是越大越好。能量密度高，重量輕，單體標稱電壓 ，充電截止電壓 ，放電截止電壓 3V，是目 前好的 動力電池，但是鋰聚合物電池 過充或過放則 會 電池立即損壞，甚至燃燒爆炸。 同等情況下，電池容量越大，重量越重，為了 機身 的重量控制。 （ 15） 螺旋槳 ： 槳有兩個重要的參數(shù)，槳直徑（槳徑）和槳螺距（螺距），單位均為英寸。螺距則代表槳旋轉(zhuǎn)一周前進的距離。 槳截斷后槳直徑會變小，但槳距是不會變化的。當然也有專門的后推槳，這類槳直接將電機軸插進槳孔中，不用槳保器或螺絲帽固定。 （ 1） 主旋翼頭部 → 機身部 → 尾旋翼部 → 其他部 → 調(diào)試 → 完成。因此，對直升機進行安裝時必須注意下列幾點： （ 1） 要清點一下零件的數(shù)量，看看是否齊全。 首先 確認側(cè)板 的內(nèi) /外 ，然后 將主軸軸承座先組裝好 ， 將主軸軸承固定座先套入一邊側(cè)板 后 ，再將另一片側(cè)板 套上，并將兩邊的固定螺絲點上螺絲膠后鎖入 ， 機身底板裝上后并用螺絲固定 ，最后 將機身鋁柱裝上后 ,把 固定螺絲點上螺絲膠后鎖上 ， 將機頭照固定柱裝上 。 （ 8） 固定舵機時，只安裝橡膠減震墊， 這樣減震效果最佳。 東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 （ 12） 尾翼：遙控器右方微調(diào)放在中央時，舵面是否應(yīng)和尾翼在一個平面。 首先 尾電機固定座先套入尾管 ，然后接著將尾連桿固定環(huán)也 套入尾管 。從 中，我們已經(jīng)知道直升飛機的操縱主要過程是：小翼與空氣產(chǎn)生夾角 → 小翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜 → 主旋翼與空氣產(chǎn)生夾角 → 主旋翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜。 發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的二進制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。 通常，紅外遙控是將遙控信號（二進制脈沖碼）調(diào)制在 38KHz 的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去的。 東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 41 遙控發(fā)射器遙控碼發(fā)射程序流程圖 本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼 （不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指令。 在確定選擇 STC89C51 作為本設(shè)計發(fā)射電路核心芯片和點觸式開關(guān)作為控制鍵后，加上一個簡單紅外發(fā)射電 路和 12M 晶體震蕩器便可實現(xiàn)紅外發(fā)射。 遙控發(fā)射通過操作桿產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號調(diào)制在38KHz 的載波上，激勵紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機的遙控接收器。 （ 1）數(shù)據(jù)幀的接收處理 當紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的低電平 (3ms)將啟動中斷程序，實施接收數(shù)據(jù)幀的操作。 （ 2） 接收端程序流程圖 GND R12 2K GND 紅外發(fā)射管 Vcc 東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 43 遙控接收器主程序流程圖 中斷過程 ： 首先判斷低電平脈沖寬度是否大于 2ms， 若脈寬不到 3ms， 則中斷返回；若低電平脈寬大于 2ms， 則進行接收并對脈沖個數(shù)進行計數(shù) ,然后判斷高電平脈沖寬度是否大于 2ms， 若高電平脈寬不到 2ms， 則返回上一接收計數(shù)過程再次進行計數(shù)；若高電 平脈寬大于 2ms， 則按照統(tǒng)計的脈沖個數(shù)調(diào)用相應(yīng)的操作程序。 紅外遙控器將遙控信號 (二進制脈沖碼 )調(diào)制在 38KHz 的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號發(fā)射出去 。 一體化紅外接收管 HS0038 的解調(diào)可以理解為：接收到紅外脈沖串時，輸出低電平，否則輸出高電平，顯然輸出的信號極性與發(fā)送信號的相反?？刂瞥绦騽t隨各設(shè)備的不同而不同。 圖 45 紅外接收電路 調(diào)速單元 調(diào)速原理 脈寬調(diào)制技術(shù)是利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對電機的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量， PWM 控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)為：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需3 2 1 C7 C8 Vcc GND 東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 要的波形。電動機電樞端電壓 Ua 為其平均值。本設(shè)計采用定頻調(diào)寬法， STC89C51 產(chǎn)生可控硅的移相脈沖，移相的改變可以實現(xiàn)導通角的改變。 起動前的注意事項 飛行前檢查是不可缺少的重要準備，未經(jīng)過合理調(diào)試的模型不但無法正常飛行還有可能導致事故的發(fā)生。 （ 4）用手轉(zhuǎn)動旋翼，是否旋轉(zhuǎn)輕快。 （ 8）旋翼 和尾槳的螺矩變化是否正確。 采用單片機設(shè)計的紅外遙控發(fā)揮了軟件的優(yōu)點，使電路簡化，可靠性高、易于維護、功能擴展性好、降低了成本，適應(yīng)范圍廣等特點，具有廣泛的應(yīng)用前景。 該遙控直升機通過兩個操作桿控制 遙控器 輸出 的紅外 信號， 當 單片機 接收有效的輸入信號 ，經(jīng)過單片機 控制 處理后，將信號傳 給電動機 ，通過 前后電動機的正、反轉(zhuǎn)動控制直升飛機的運動。 通過本次設(shè)計，不僅讓自己對自己學習的單片機有一個好的總結(jié)，而且對直升機的作用和工作原理有一定的了解，更好的是通過對硬件電 路的設(shè)計以及軟件知識的應(yīng)用來提升自己對單片機的認識，歸納各種單片機的應(yīng)用，同時對軟件的應(yīng)用開發(fā)打下一個堅實的基礎(chǔ) 。 其次，我要感謝和我一起完成畢業(yè)設(shè)計的同學 。還有許許多多給予我學業(yè)上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，對于大家的幫助和鼓勵支持表示忠心的感謝！ 東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 參考文獻 [1] 華成英，童詩白 ． 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]． 高等教育出版社， 2020 ： 1215． [2] 楊路明 ． C語言程序設(shè)計教程 [M]． 北京郵電大學出版社， 2020 ： 23 26． [3] 黃穎松 ， 吳皓東 ． 用 “積木式 ”實驗板學習 51單片機 [J]． 電子制作 ， 2020， 12(08) ：18 ． [4] 胡漢才 ． 單片機原理及其接口技術(shù) [M]． 清華大學出版社， 2020： 112． [5] 陸東旭，甄釗博 ． 自制簡單的 51開發(fā)板 [J]． 電子制作 ， 2020， 3(01) ： 28． [6] 吳金戌 ． 8051單片機實踐與應(yīng)用研究 [M]． 清華大學出版社， 2020： 211． [7] 王曉明，胡曉柏 ． 電動機的單片機控制 [M]． 北京 航空航天大學出版社 ， 2020：181195． [8] 王玉洲 ． 自制航海模型 [M]． 中國青年出版社 ， 2020： 1316． [9] 肖景和， 趙健 ． 無線電遙控組件及其應(yīng)用電路 [M]． 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