【正文】 越強(qiáng)大應(yīng)用更廣泛 1976 年 INTEL 公司推出了 MCS48 單片機(jī)這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的 8 位單片微型計(jì)算機(jī)并推向市場(chǎng)它以體積小功能全價(jià)格低贏得了廣泛的應(yīng)用為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑 在 MCS48 的帶領(lǐng)下其后各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)象Zilog 公司的 Z8 系列到了 80 年代初單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段象 INTEL 公司的 MCS51 系列 Motorola 公司的 6801和 6802 系列 Rokwell 公司的 6501 及 6502系列等等此外日本的著名電氣公司 NEC和 HITACHI都相繼開(kāi)發(fā)了具有自己特色的專(zhuān)用單片機(jī) 80 年代世界各大公司均競(jìng)相研制出品種多功能強(qiáng)的單片機(jī)約有幾十個(gè)系列300多個(gè)品種此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化大多集成了 CPURAMROM數(shù)目繁多的 IO接口多種中斷系統(tǒng)甚至還有一些帶 AD轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)大 RAM和 ROM 的容量也越來(lái)越大尋址空間甚至可達(dá) 64kB 可以說(shuō)單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)新的平臺(tái)． VCC 供電電壓 GND 接地 P0口 P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 IO口每腳可吸收 8TTL門(mén)電流當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)被定義為高阻輸入 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位在 FIASH編程時(shí) P0 口作為原碼輸入口當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí) P0 輸出原碼此時(shí) P0 外部必須被拉高 P1 口 P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 IO口 P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后被內(nèi)部上拉為高可用作輸入 P1 口被外部下拉為低電平時(shí)將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) P1口作為第八位 地址接收 P2 口 P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO口 P2 口緩沖器可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流當(dāng) P2口被寫(xiě) 1 時(shí)其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高且作為輸入并因此作為輸入時(shí) P2 口的管腳被外部拉低將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) P2口輸出地址的高八位在給出地址 1 時(shí)它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí) P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) P3口 P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 IO口可接收輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流當(dāng) P3 口寫(xiě)入 1 后它們被內(nèi)部上拉為高電平并用作輸入作為輸入由于外部下拉為低電平 P3 口將輸出電流 ILL 這是由于上拉的緣故 P30 RXD 串行輸入口 P31 TXD 串行輸出口 P32 INT0 外部中斷 0 P33 INT1 外部中斷 1 P34 T0 記時(shí)器 0 外部輸入 P35 T1 記時(shí)器 1 外部輸入 P36 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 P37 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào) IO 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀 端口與讀引腳讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫(xiě)回到端口鎖存器只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作這是由硬件自動(dòng)完成的不需要我們操心 1 然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯(cuò)為什么看上面的圖如果不對(duì)端口置 1端口鎖存器原來(lái)的狀態(tài)有可能為 0Q端為 0Q為 1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為 1 該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為 1也會(huì)因端口 的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的 1信號(hào)讀入后不一定是 1若先執(zhí)行置 1 操作則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作所以這類(lèi) IO 口被稱(chēng)為準(zhǔn)雙向口89C51 的 P0P1P2P3 口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口接下來(lái)讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問(wèn)題從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別除了 P1口外 P0P2P3口都還有其他的功能 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 ALEPROG 當(dāng)訪問(wèn)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 16 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(guò)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 MOVXMOVC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(wèn)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) EAVPP 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 XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 XTAL2 來(lái)自反向振蕩器的輸出人們能聽(tīng)到聲音是由于物體振動(dòng)產(chǎn)生的它的頻率在 20HZ20KHZ范圍內(nèi)超過(guò) 20KHZ稱(chēng)為超聲波低于 20HZ的稱(chēng)為次聲波常用的超聲波頻率為幾十 KHZ幾十 MHZ 超聲波是 一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩有兩種形式橫向振蕩橫波及縱和振蕩縱波 1 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器總體上講超聲波發(fā)生器可以分為兩大類(lèi)一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波電氣方式包括壓電型磁致伸縮型和電動(dòng)型等它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率功率和聲波特性各不相同因而用途不相同目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器 2 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 23 所示它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)其頻率等 于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振并帶動(dòng)共振板振動(dòng)便產(chǎn)生超聲波反之如果兩電極間未外加電壓當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)將壓迫壓電晶片作振動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)這時(shí)它就成了超聲波接收裝置 多功能吸塵器選用了壓電陶瓷式超聲波傳感器在超聲波信號(hào)發(fā)射側(cè)使用T4016 在信號(hào)接受側(cè)使用 R4016 發(fā)射信號(hào)側(cè)由 40HZ 的通信電路控制 ONOFF 及驅(qū)動(dòng)電路組成接收信號(hào)側(cè)由放大比較和積分電路組成圖 24 是超聲波傳感器的電路超聲波傳感器為了容易反射聲波對(duì)測(cè)定物體成直角安裝 圖 24 超聲波傳感器電路圖 傳感器的調(diào)整通過(guò)可變電阻變化震蕩頻率所以使其發(fā)射器的諧振點(diǎn)一致通過(guò)可變電阻還可以改變比較電壓由此來(lái)調(diào)整敏感度 超聲波傳感器是利用傳感器頭部的壓振陶瓷的振動(dòng)產(chǎn)生高頻的人耳聽(tīng)不見(jiàn)的聲波來(lái)進(jìn)行感應(yīng)的如果這聲波碰到了某個(gè)物體傳感器就能接收到返回波傳感器通過(guò)聲波的波長(zhǎng)和發(fā)射聲波以及接收到返回聲波的時(shí)間差就能確定物體的距離比較具有代表性的一個(gè)傳感器可以通過(guò)按鈕的設(shè)定來(lái)?yè)碛薪嚯x和遠(yuǎn)距離兩種設(shè)定無(wú)論物體在那一種界限里傳感器都可以檢測(cè)到例如超聲波傳感器可以安裝在一個(gè)裝液體的池子上或者是一個(gè)裝小球的箱子 上向這個(gè)容器發(fā)出聲波通過(guò)接收到返回波的時(shí)間長(zhǎng)短就能確定這個(gè)容器是滿(mǎn)的空的或者是部分滿(mǎn)的 超聲波傳感器還有使用的是獨(dú)立的發(fā)射器和接收器的型號(hào)當(dāng)檢測(cè)緩慢移動(dòng)的物體或者在潮濕環(huán)境中應(yīng)用時(shí)這種對(duì)射示的超聲波傳感器就非常適用在檢測(cè)透明物體液體檢測(cè)光滑粗糙有光澤的半透明材料等物體表面以及檢測(cè)不規(guī)則物體時(shí)超聲波傳感器都是首選超聲波傳感器不適用的情況有戶(hù)外極熱的環(huán)境有壓力的容器內(nèi)及有泡沫的物體 24 紅外線熱釋電傳感器的原理及性能 熱釋電外線傳感器是 20世紀(jì) 80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高敏度探測(cè)元件它以非接觸形式檢出人體輻射 的紅外線或人射外線的能量變化井將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大便可以驅(qū)動(dòng)各控制電路如用于電源開(kāi)關(guān)控制防盜防火報(bào)警自勁監(jiān)泌等熱釋電紅外傳感器不僅適用于防盜報(bào)警場(chǎng)所亦適于對(duì)人體傷害極為嚴(yán)重的商壓電及 x 射線射線自動(dòng)報(bào)警等 熱釋電傳感器利用熱釋電效應(yīng)來(lái)檢測(cè)受光面的溫度升高值得知光的輻射弧度工作在紅外波段內(nèi)這種傳感器在常溫下工作穩(wěn)定可靠使用簡(jiǎn)單時(shí)間響應(yīng)能到微秒級(jí)已得到廣泛使用 熱釋電紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)由地電極壓環(huán)環(huán)形電極 PYDF 彈簧等部分組成 多功能吸塵器為了能夠檢測(cè)人的活動(dòng)減少人對(duì)吸塵器工作的影響采用了AM111 型傳感器這種傳感器使用熱電元件收集從人體 10um 附近發(fā)出的紅外線反應(yīng)內(nèi)部具有 2 個(gè)紅外線傳感器消除背景變化連接使用為此近人活動(dòng)時(shí)反應(yīng)能夠輸出 AM111 傳感器內(nèi)部裝好了放大器當(dāng)然在需要時(shí)還可以在外接運(yùn)算放大器如圖 25 所示用補(bǔ)加電阻就可以輸出其共有 3個(gè)管角分別為信號(hào) VCCGND在多功能吸塵器中它以開(kāi)關(guān)量的方式向單片機(jī)提供信號(hào) 圖 25 熱釋電傳感器電路圖 25 整個(gè)控制系統(tǒng)的組成及工作原理 多功能吸塵器的整個(gè)控制系統(tǒng)主要由傳感器部分超聲波傳感器紅外線熱釋電傳感器電子羅盤(pán)微型機(jī)算計(jì)部分單片機(jī) 8051 等部分組成 該多功能吸塵器利用了超聲波測(cè)距的原理如圖 26 所示通過(guò)向前進(jìn)方向發(fā)射超聲波脈沖并接收相應(yīng)的返回聲波脈沖對(duì)障礙物進(jìn)行判斷通過(guò)以單片機(jī)為核心的控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲發(fā)射和接收的選通控制并在處理返回脈沖信號(hào)的基礎(chǔ)上加以判斷選定相應(yīng)的控制策略利用電子羅盤(pán)進(jìn)行方向的判斷通過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪從而實(shí)現(xiàn)避障多功能吸塵器的紅外線傳感器能檢測(cè)認(rèn)得存在在檢測(cè)到人存在時(shí)會(huì)給單片機(jī)一個(gè)電信號(hào)單片機(jī)控制吸塵器停止前進(jìn)并同時(shí)控制發(fā)聲器發(fā)出聲音讓人能夠離開(kāi)功能多功能吸塵器實(shí)際上是一個(gè)行走機(jī)器人和吸塵器的組合體吸塵器行走 的同時(shí)由其自身攜帶的小型吸塵部件對(duì)經(jīng)過(guò)的地面進(jìn)行必要的吸塵清掃 單片機(jī)作為控制源產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)檢測(cè)超聲波傳感器與紅外線傳感器的信號(hào)數(shù)字羅盤(pán)的轉(zhuǎn)角信號(hào)同樣也輸出給單片機(jī)由單片機(jī)完成信號(hào)的處理過(guò)程可以說(shuō)多功能吸塵器的控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的 圖 26 控制系統(tǒng)原理圖 第三章 全自動(dòng)吸塵器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 31 全自動(dòng)吸塵器外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 吸塵器的外殼起著支撐吸塵器各零部件并將它們與外界隔離的作用這樣既能保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)又能保證安全 由于多功能吸塵器需要在地面自動(dòng)行走因此他的結(jié)構(gòu)要保證行走的平穩(wěn)可以采用臥 式吸塵器的結(jié)構(gòu)來(lái)完成其機(jī)體的設(shè)計(jì) 由圖 31 所示殼、后殼、上蓋等部分組成均為塑料材料前殼頭部為吸入口后殼內(nèi)按裝吸塵部件里面主要安裝電動(dòng)機(jī) 風(fēng)機(jī)及一些功能性機(jī)構(gòu)兩側(cè)可以用來(lái)安裝車(chē)輪此外在后殼處有排風(fēng)口便于風(fēng)機(jī)的工作 家用吸塵器的外殼不僅應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度還要有美觀的造型、重量輕、外表顏色光澤以及成本低廉外客的造型設(shè)計(jì)必須適應(yīng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)需要 外殼一般用金屬材料沖制或采用工程塑料金屬材料有較高的強(qiáng)度由于重量、絕緣材料性能查、制造工藝復(fù)雜成本高因此除了老式的吸塵器及工業(yè)吸塵器外現(xiàn)代家用吸塵器很少采用 鑒于以上原 因多功能吸塵器的外殼采用工程塑料為主體可通過(guò)注塑成型除了電動(dòng)風(fēng)機(jī)外其它零件一般均可由工程塑料代替金屬材料這不僅適合于大量生產(chǎn)易于降低成本而且重量可以減少到金屬外殼的 13～ 14 絕緣性能也大為提高還可以做成各種款式、顏色色澤鮮明的式樣用于多功能吸塵器外殼的工程塑料主要是 PP 和 ABS 用于吸管的材料可以是聚丙烯等 圖 32 多功能吸塵器安裝簡(jiǎn)圖 多功能吸塵器的殼體由于考慮到后面要安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)這使得它的后殼結(jié)構(gòu)與通常的臥室吸塵器有所不同 如圖 32 表示的在多功能吸塵器的后殼部位下面留有一定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝空間同時(shí)便 于驅(qū)動(dòng)輪的安裝有利于整體結(jié)構(gòu)的布局 32 全自動(dòng)能吸塵器吸塵部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 多功能吸塵器的吸塵部位主要由吸嘴、 吸管、儲(chǔ)灰箱、電動(dòng)風(fēng)機(jī)等部位組成從外界吸進(jìn)的灰塵和垃圾首先到達(dá)吸塵部吸塵部的功能主要是使吸進(jìn)的高速氣流通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)濾出垃圾和灰塵過(guò)濾網(wǎng)不僅僅能擋住較大顆粒的垃圾而且能阻止細(xì)小的塵埃通過(guò)性能好的過(guò)濾網(wǎng)排出的灰塵在直徑 5 微米以下此外過(guò)濾網(wǎng)的透氣性好能長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾而不被堵塞使電機(jī)得到充分的冷卻其基本結(jié)構(gòu)如圖 33所示灰塵通過(guò)吸塵器的吸嘴進(jìn)入到吸塵器吸管而后經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)的過(guò)濾沉積在儲(chǔ)灰箱里氣流由電動(dòng)風(fēng)機(jī)吸入口吸入 而后排出 圖 33 自動(dòng)吸塵器吸塵部位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 多功能塵器的風(fēng)機(jī)采用車(chē)用吸塵器的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)其重量輕吸塵功率能滿(mǎn)足家用的要求其安裝通過(guò)吸塵器機(jī)殼的定位孔固定由橡膠密封圈進(jìn)行密封后面由風(fēng)機(jī)固定板進(jìn)行壓緊在機(jī)殼的后面留有一些排風(fēng)口便于風(fēng)機(jī)的工作電動(dòng)風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)因此風(fēng)機(jī)固定板應(yīng)該用一些能夠減震的材料向泡沫等吸塵口應(yīng)該與風(fēng)機(jī)口對(duì)應(yīng)一條線有利于風(fēng)機(jī)工作從而更好的吸塵 風(fēng)機(jī)有密封罩有封閉的電機(jī)罩降噪效果好因?yàn)殡姍C(jī)產(chǎn)生的噪聲會(huì)很容易穿透吸塵器外殼造成噪聲污染全密封的電機(jī)罩還能保證電機(jī)產(chǎn)生的熱量不會(huì)影響到其 他電器件延長(zhǎng)整機(jī)的壽命吸塵器的處灰箱一般為 2～ 3L 多功能吸塵器的