【正文】 H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓 法則，第一個被壓入的內(nèi)容寫入到 08H單元中； Po～ P3＝ FFH，表明已向各端口線寫入 1，此時，各端口既可用于輸入又可用于輸出； IP＝ ***00000B，表明各個中斷源處于低優(yōu)先級； IE＝ 0**00000B，表明各個中斷均被關(guān)斷； A＝ 00H，表明累加器已被清零； 51單片機的復位是由 RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24個振蕩周期后， 51單片機即進入芯片內(nèi)部復位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET引腳轉(zhuǎn) 成 低電平后， 才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 在引腳 XTAL1和 XTAL2外接晶體振蕩器 (簡稱晶振 )或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。晶振頻率的典型值為 12MHz，采用 6MHz的情況也比較多。外部振蕩方式的外部電路如下圖 。 振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱 s周期，所以， 1個狀態(tài)周期包含有 2個振蕩周期。 MCS51 系列 單片機指令系統(tǒng)中，各條指令的執(zhí)行時間都在 1個到 4個機器周期之間。該傳感器由紅外光發(fā)射電路和紅外光接收電路組成，利用紅外專用集成接收芯片 TK1838作為雨水傳感器的接收芯片。 圖 雨水傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 雨水傳感器工作原理 光學原理 光線射在兩種介質(zhì)分界面上，當一部分光線射入另外一種介質(zhì)時，光線傳播方向發(fā)生改變，這稱為折射。時，折射光完全消失，光全部反射回原來介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做全反射。 本文設計的傳感器就是根據(jù)全反射光學原理制成。 工作原理 雨水傳感器由紅外光發(fā)射電路和紅外光接收電路組成。（玻璃 水）之間。如圖 。脈沖發(fā)生器采用 555電路構(gòu)成。 （ 2） （ 3） （ 4） 紅外接收電路 紅外接收電路通常由光接收二極管、放大電路、帶通濾波器、檢波電路等組成。因而電路比較復雜，體積也比較大。 TK1838只有接收到 38kHz的脈沖信號才會作用。 控制電路 圖 TK1838內(nèi)部結(jié)構(gòu) 一般情況下采用 2~4個紅外發(fā)射管，與紅外發(fā)射管串聯(lián)的電阻取值要保證紅外發(fā)射管發(fā)出的光強滿足本設計的要求；紅外發(fā)射管的角度要保證紅外光在擋風玻璃的外表面形成全反射； R R6 取值滿足輸入到單片機的脈沖信號幅值滿足要求。 傳感器參數(shù)的選擇 由于這種雨量傳感器的參數(shù)可根據(jù)自己的需要，調(diào)節(jié)自己適合的參數(shù)。 本章將對該系統(tǒng)的程序做具體分析。跟著對數(shù)據(jù)和中斷進行初始化 MCS51系列單片機復位后，（ PC） =0000H，而 0003H~002BH分別為各中斷源的入口地址。 程序入口 初始化各寄存器 初始化 Timer0 Timer1 啟動 Timer0 Timer1 判斷輸入脈沖數(shù)量 調(diào)用步進電機程序 步進電機停止 圖 系統(tǒng)程序設計主流程圖 無信號輸入。當 CPU 接收到中斷請求信號并予以響應后， CPU把當前的 PC 內(nèi)容壓入堆棧中進行保護，然后轉(zhuǎn)入相應的 中斷服務程序入口處執(zhí)行。程序首先是對 P1 口送初值，即給 AT89C2051送取一個占空比為 50%的數(shù)據(jù)。 4 汽車自動雨刷控制系統(tǒng)統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件的設 計包括主程序的設計、電機轉(zhuǎn)速設置程序設計、各中斷服務等程序設計組成。我們使用的雨刮電動機有低速擋和高速擋，用單片機 AT89C2051來檢測脈沖波，根據(jù)給定時間內(nèi)脈沖波數(shù)量的多少來控制雨刮器工作。內(nèi)部集成了放大、濾波、解 調(diào)及其控制電路， 1腳直接輸出高低電平。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖。帶通濾波器的任務是進行頻率選擇，濾除干擾 信號。微調(diào)節(jié) R2，使脈沖頻率為 38kHz。紅外發(fā)射管三個并聯(lián)，采用脈寬調(diào)制驅(qū)動， 工作在 38kHZ的頻率下。從發(fā)射元件發(fā)出的光反射到接收裝置的擋風玻璃區(qū)域被稱之為傳感器的“敏感區(qū)域”，僅當雨水滴到這個區(qū)域時，才可以被探測出來。 圖 雨水傳感器原理圖 圖 555電路輸出 由紅外光發(fā)射元件發(fā)出的紅外光以全反射角度在擋風玻璃的外表面反射，其角度必須在 42176。根據(jù)式（ 1）計算得出，光從玻璃入射到空氣中的臨界角是 42176。時 的入射角叫做臨界角。入射角 i和折射角 r有下述關(guān)系： （ 1）式中 , — 第二種介質(zhì)對第一種介質(zhì)的相對折射率。當雨量大時，脈沖數(shù)量較多。單片機外接晶振頻率 12MHZ 時的時序 單位的大?。赫袷幹芷冢?/fosc=1/12MHZ= 檢測電路的設計與分析 設計中所用傳感器是運用雨量傳感器， 雨量傳感器是汽車自動雨刷控制系統(tǒng)的重要組成部分。所以， 1個機器周期包含有 6個狀態(tài)周期或 12個振蕩周期。為了提高輸入電路的驅(qū) 動 能力，通常 將 外部信號經(jīng)過一個帶有上拉電阻的 TTL反相門后接入 XTAL2。 外部振蕩方式是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖 。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信 號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 時鐘電路的設計與工作原理分析 振蕩器特性 XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。單片機冷啟動后，片內(nèi) RAM為隨機值，運行中的復位操作不改變片內(nèi) RAM區(qū)中的內(nèi)容， 21個特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)為確定值，見下表 。在充電過程中，隨著電容電壓逐步趨于 Vcc， RST 引腳上之電壓最終將接近于 0。一般來講， Vcc電源的上升時間不超過 1ms，片內(nèi)振蕩器啟動時間在 10ms 之內(nèi)。 復位電路的設計 單片機復位電路基本原理及特點 在 51 系列單片機中，在振蕩器運行時， RST 引腳上保持到少兩個機器周期的高電平輸入信號，復位過程即可完成。 圖 TA8435細分工作原理圖 步進電與驅(qū)動芯片連接電路設計 圖 TA8435與步進電機工作電路圖 圖 單片機 與 TA8435相連控制步進電機的原理圖，引腳 M1和 M2決定電機的轉(zhuǎn)動方式： M1＝ 0、 M2＝ 0，電機按整步方式運轉(zhuǎn)； M1＝ M2＝ 0，電機按半步方式運轉(zhuǎn)； M1＝ 0、 M2＝ 1，電機按 1/4 細分方式運轉(zhuǎn)； M1＝ M2＝ 1，電機按 1/8步細分方式運轉(zhuǎn)， CW/CWW控制電機轉(zhuǎn)動方向， CK CK2時鐘輸入的最大頻率不能超過 5KHz，控制時鐘的頻率，即可控制電機轉(zhuǎn)動速率。當RNFB 上的電壓大于比較器正端的電壓時，比較器使橋式驅(qū)動電路關(guān)閉，電機線圈上的電流開始衰減，RNFB 上的電壓也相應減小；當電壓值小于比較器正向電壓時，橋式驅(qū)動電路又重新導通，如此循環(huán)，電流不斷的上升和下降形成鋸齒波，其波形如圖 IA波形的第 1 段，另外由于斬波器頻率很高，一般在幾十 KHz，其頻率大小與所選用電容有關(guān)，在 OSC作用下，電流鋸齒波紋是非常小的，可以近似認為輸出電流是直流。各引腳功能如下： 腳 1（ SGND）：信號地； 腳 2（ RESET）：復位端，低電平有效，當該端有效時，電路復位到起始狀態(tài)，此時在任何激勵方式下，輸出各相都置于它們的原點； 腳 3（ ENABLE）： 使能端，低電平有效；當該端為高電平時電路處于維持狀態(tài)，此時各相輸出被強制關(guān)閉； 腳 4（ OSC）：該腳外接電容的典型值可決定芯片內(nèi)部驅(qū)動級的斬波頻率（ 15KHZ~80KHZ），計算公式為： fosc＝ 1/ cosc 式中， cosc的單位為 μ F fosc的單位為ｋＨｚ。 步進電機驅(qū)動芯片 實現(xiàn)細分方式有多種方 法，最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式，大多數(shù)專用的步進電機驅(qū)動芯片都采用這種驅(qū)動方式， TA8435 就是其中一種芯片 而在這里，我們所接為感性負載步進電動機，因此不能直接由單片機進行直接驅(qū)動。電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應子式步進電機的共振區(qū)一般在 180250pps 之間（步距角 度）或在 400pps 左右（步距角為 度），電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應偏移共振區(qū)較多。 電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應在 5%之內(nèi)，八拍運行時應在 15%以內(nèi)。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相 電機為例，有四相四拍運行方式 ABBCCDDAAB，四相八拍運行方式即 AABBBCCCDDDAA. 步距角：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。其基本原理作用如下： (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。 步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角 度，因此非常適合于單片機控制。 常見的步進電機分三種：永磁式（ PM），反應式（ VR）和混合式（ HB），永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度 或 15 度；反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大。 步進電機的基本原理及特點 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。 表 AT89C2051 的主要功能特性 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 2K可反復擦寫 (1000次 )Flash Rom 15個雙向 I/O口 6個中斷源 兩個 16 位可編程定時計數(shù)器 時鐘頻率 024MHz 128 X8bit內(nèi)部 RAM 兩個外部中斷源 兩個串行中斷 可直接驅(qū)動 LED 兩級加密位 低功耗睡眠功能 內(nèi)置一個模擬比較放大器 可編程 UARL通道 軟件設置睡眠和喚醒功能 電機控制電路分析與設計 本設計運用步進電取代了傳統(tǒng)的雨刷電機， 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。每一個機器周期需 12 個振蕩器或時鐘周期。 P3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 P3口緩沖器可吸收 20mA電流。當引腳 ～ ,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流 (IIL)。 外部上拉電阻。 AT89C2051芯片的 20個引腳功能為： 1. Vcc：電源電壓。由 于將多功能的 8位 CPU和 2KB閃速存儲器以及模擬電壓比較器集成到單個芯片上，從而成為一種多功能的微處理器，這為許多嵌入式控制提供了一種極佳的方案，使傳統(tǒng)的 51 系列單片機的體積大、功耗大、可選模式少等諸多困擾設計工程師們的致命弱點不復存在。 AT89C2051 的功能描述 T89C2051是美國愛特梅爾（ ATMEL CORPORATION）半導體制造公司生產(chǎn)的一種高性能的單片機，它的指令集和引腳結(jié)構(gòu)與 INTEL公司的 MCS－ 51系列單片機高度兼容、低功耗、可以在接近零頻率下工作，廣泛的應用于各種計算機系統(tǒng)、工業(yè)控制、電訊設備、宇航設備及消費類 產(chǎn)品中。 圖 中央控制器 —— AT89C2051 AT89C2051是由 ATMEL公司推出的一種小型單片機。 三腳穩(wěn)壓塊選擇：該裝置中的穩(wěn)壓塊選用 LM7805 和 7812 集成穩(wěn)壓塊。 由上圖可見，這個雙路輸出的線形直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)十分簡單，只用了一個 220V變 12V的變壓器，一個整流橋，兩塊 穩(wěn)壓集成電路（ 7812和 7805）和四個電容。 圖 穩(wěn)壓電源原理圖 因為系統(tǒng)是由單片機直接控制處理，其穩(wěn)定的電壓是十分重要的，所以我們設計了一個穩(wěn)壓電源，如圖 ，本設計中控制部分的邏輯元件需要 +5V的直流電，而我們設計使用的步進電動機的額定電壓為 12V。附圖 1就是汽車自動雨刷控制系統(tǒng)總電路圖。 通過以上方案的分析，就可以知道單片機技術(shù)是現(xiàn)代電子設計的發(fā)展的重要部分。 ? 運用單片機控制系統(tǒng)，程序固化了，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。相比較各類雨水傳感器的性能和價格，設計中采用的是第三種方案的雨量傳感器，其是 基于光強變化的原理，提出了一種新的紅外線雨水傳感器。 其實對于本設計來說，上述兩塊芯片都可用。工作電壓范圍寬（ 10－ 40V） L298是 ST公司生產(chǎn)的 內(nèi)部集成有兩個橋式電路的電機驅(qū)動專用芯片，它驅(qū)動的電壓可達到 46V，單個橋直流電流可達到 2A。 圖 四相六線制步進原理圖 （ 3）電動機驅(qū)動芯片的選擇 根據(jù)設計要求，本設計的核心部分就是對步進電動機進行控制。因為其是純粹的數(shù)字 控制 電動機，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?，即給一個脈沖，