【正文】 單片機(jī)上電時(shí)，因?yàn)殡娙輧啥穗妷翰荒芡蛔?，所以在單片機(jī)的 RST引腳產(chǎn)生一個(gè)高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位，隨著電容 C3 充電時(shí)間延長(zhǎng)，電容充電電路逐漸下降， RST 引腳的電壓也隨著下降。手動(dòng)復(fù)位指的是用戶根據(jù)需要使用按鍵等方式驅(qū)動(dòng)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位的一種電路。 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 6 圖 2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 下面來(lái)介紹一下 89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)（如圖 2），單片機(jī)最小系統(tǒng)指的是能單獨(dú)運(yùn)行的最簡(jiǎn)系統(tǒng)，一般只是包括 5V 電源、復(fù)位電路和晶振電路。本設(shè)計(jì) 中采用的是 Atmel 公司的帶 8KB Flash 的 8 位微控制器AT89C51 作為單片機(jī)芯片，它完全與 MCS51 系列單片機(jī)兼容（從指令集到引腳）。單片機(jī)取兩個(gè)量的商，并對(duì)小數(shù)部分進(jìn)行處理，將一個(gè)整型的數(shù)據(jù)類型輸送給顯示器，顯示根據(jù)單片機(jī)的指令進(jìn)行顯示。首先，介紹一下電機(jī)控制部分，電機(jī)控制部分控制步驟：變動(dòng)數(shù)據(jù)輸入 —— 數(shù)據(jù)的處理 —— 電動(dòng)的狀態(tài)。與其他控制系統(tǒng)相比 ，單片機(jī)具有以下特點(diǎn)： （ 1） 由于現(xiàn)在單片機(jī)的價(jià)格相對(duì)都比較低，而且外圍電路的元器件價(jià)格也不高，所以整體設(shè)計(jì)起來(lái)，成本比較低。單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)主要是面向控制的需要，因此，它的硬件結(jié)構(gòu) 、指令系統(tǒng)、和 I\O 能力等方面均有其獨(dú)特之外，其顯著的特點(diǎn)之一就是非常有效的控制功能，為此，又稱為微控制器 MCU。現(xiàn)代人類 生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。目前自行車擁有量為 4億多輛，如把 10 個(gè)自行車換成電動(dòng)自行車，就需 4000以每輛均價(jià) 500 元計(jì)算，就是 60 個(gè)億，這是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，有著強(qiáng)大的吸引力。目前我國(guó)電動(dòng)車的保有量已經(jīng)超過(guò) 億臺(tái)，此部分包括了未進(jìn)入統(tǒng)計(jì)的一些小型工廠的銷量。 今天，能源和環(huán)境對(duì)人類的壓力越來(lái)越大，要求盡快改善人類生存環(huán)工業(yè)界正在加大對(duì)電動(dòng)車開發(fā)的投資力度，加快電動(dòng)車的商品化步伐。但是相對(duì)而言，小汽車代價(jià)相對(duì)比較高昂，不是一 般家庭能夠承擔(dān)得起，摩托車噪音大，事故率高，安全系數(shù)低，也被很多大小城市所禁止。無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 1 基于單片機(jī)的 智能電動(dòng)車控制器 設(shè)計(jì) 摘 要 隨著市場(chǎng)的發(fā)展，電動(dòng)車的市場(chǎng)日益遞增，實(shí)現(xiàn)并完善電動(dòng)車的智能控制、簡(jiǎn)單操作已經(jīng)成為需求的一部分。自行車代步的年代已經(jīng)過(guò)去，取而代之的是電動(dòng)車，摩托車甚至是小汽車的普遍。其中以單片機(jī)為核心的智能控制電動(dòng)車將成為目前發(fā)展的一個(gè)方向，引領(lǐng)電動(dòng)時(shí)代的潮流。 98 年我國(guó)發(fā)展電動(dòng)車以來(lái)產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)，從 1998 年的 萬(wàn)輛發(fā)展到 2021 年的 2369 萬(wàn)輛。 中國(guó)人口眾多，具有世界最龐大的電動(dòng)車市場(chǎng)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)更適合應(yīng)用于嵌計(jì)算機(jī)。汽車上一般配備 40PC機(jī)和其他計(jì)算的 單片機(jī)除了具備一般微型計(jì)算機(jī)的功能外，為了增強(qiáng)實(shí)時(shí)控制能力，絕大部分單片機(jī)的芯片上還集成有定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器。 2 總體方案設(shè)計(jì) 整體設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)集成電路，可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)。綜上所述，決定運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)，詳見下圖圖 1： 單片機(jī) 電動(dòng)機(jī)模塊 控制模塊 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 4 圖 1 結(jié)構(gòu)框圖 本次設(shè)計(jì) 主要是分為兩大部分：一部分是電機(jī)控制部分，另一部分是測(cè)速部分。速度的采集主要是通 過(guò) S/T 來(lái)獲得， S 代表路程， T 代表時(shí)間，通過(guò)額定的時(shí)間所行的路程，不過(guò)數(shù)據(jù)的采集主要采集 S、時(shí)間 T，而數(shù)據(jù)的處理則有單片機(jī)完成。 單片機(jī)說(shuō)明 單片機(jī)系統(tǒng)中，起到控制和樞紐作用的單片機(jī)模塊無(wú)疑是其中最重要的部分。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。所謂上電復(fù)位，即當(dāng)單片機(jī)加電時(shí)由相關(guān)電路產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，從而使單片機(jī)復(fù)位。 由 C3 和 R5 構(gòu)成一個(gè)上電復(fù)位電路 ,。當(dāng)用戶放開 SW1 時(shí)，無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 7 RST 引腳恢復(fù)為低電平，單片機(jī)開始正常運(yùn)行。一般而言，單片機(jī)的震蕩信號(hào)產(chǎn)生由兩種方法：?jiǎn)味蓑?qū)動(dòng)和雙端驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)使用的就是雙端方式，在單片機(jī) 18 和 19 號(hào)兩個(gè)振蕩信號(hào)輸入引腳間接入一個(gè)頻率為 的無(wú)源晶體振蕩器構(gòu)成一個(gè)振蕩電路。 51系列共有 4 個(gè) 8 位的并行 I/O 口，分別記作 P0、 P P P3 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。 C51 系列包含有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器分別稱為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1；在 C51 部分產(chǎn)品中，還包含有一個(gè)用做看門狗的 8 位定時(shí)器。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時(shí)器 0、定時(shí)器 定時(shí)器方式寄存器 TMOD 和定時(shí)器控制寄存器 TCON 組成。在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣引腳輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 1，后一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 0，則計(jì)數(shù)器加 1。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 4：芯片擦除：整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。但 RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。 單片機(jī)中斷系統(tǒng)用處較多，本設(shè)計(jì)中也有涉及，下面詳細(xì)的介紹一下89C51 中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類型。若 AT89C51 設(shè)定為電平觸發(fā)方式 (IT0=0 或 IT1=0),則 CPU 檢測(cè)到 INT0、 INT1 上低電平時(shí)就可認(rèn)定其上中斷請(qǐng)求有效 。定時(shí)器 T0/T1 在定時(shí)脈沖作用下從全“ 1”變成全“ 0”時(shí)可以自動(dòng)向 CPU 提出溢出中斷請(qǐng)求 ,以表明定時(shí)器 T0 或 T1 的定時(shí)時(shí)間已到。因此 ,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對(duì) SCON中 RI和 TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序 ,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請(qǐng)求還是發(fā)送中斷請(qǐng)求。模擬控制電路有以下缺陷 :模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。 方案二：采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn) 電機(jī) 是將電 脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電 機(jī)件。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。 結(jié)論：方案一與方案二相比，方案一 PWM 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有如下優(yōu)點(diǎn) :系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定精度等指標(biāo)比較好 。故而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇方案一。一般情況下，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬有兩種方法 ，一種方法是采用模擬電路中的調(diào)制方法，另一種方法是使用脈沖計(jì)數(shù)法。 e = C*Φ *ω ,式中， C 為電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)，為一常量；Φ為線圈磁 通；ω為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。 控制模塊 方案選擇 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 15 方案一：一個(gè) ADC0831 串行逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器， A/D 轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成。重復(fù)此過(guò)程，直至逼近寄存器最低位。接下來(lái)在第一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的下降沿到來(lái)時(shí)， ADC0831 的數(shù)據(jù)輸出端被拉低，準(zhǔn)備輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 電路 沒有記憶功能，輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變化。 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 控制電路論證 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 17 圖 4 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路 如圖 4 所示，實(shí)際上電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制主要運(yùn)用了一個(gè)模 數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換器即 A/D 轉(zhuǎn)換器或簡(jiǎn)稱 ADC。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。轉(zhuǎn)換器能夠準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)越多 ,表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號(hào)的能力越強(qiáng) ,轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。首先，單片機(jī)的 PWM 端輸出高電平，再延時(shí)一段時(shí)間，延時(shí)常數(shù)為 255Dout。一個(gè)熾 熱物體向外輻射的能量大部分是通過(guò)紅外線輻射出來(lái)的。 紅外輻射和所有的電磁波一樣，是一波的形式在空間直線傳播的。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。 方案二：霍爾開關(guān)元器件來(lái)測(cè)量小車的 速度， 霍爾效應(yīng)是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。 測(cè)速電路論證 圖 5 測(cè)速電路 如圖 5， 紅外傳感器是用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。 LM339 集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：失調(diào)電壓小，典型值為 2mV；電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為177。當(dāng)輸入電壓 U7U6 時(shí)，輸出為高電平 UOH。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED 數(shù)碼管是一種較好的選擇。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種。 采用三個(gè) 8 段共陽(yáng)極的 LED 數(shù)碼管，顯示方式為動(dòng)態(tài)（掃描）顯示的方式。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)， 帶中文字庫(kù)的 128X64 是一種具有 4 位/8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集。它能同時(shí)顯示 16*2（ 16 字 2 行）即 32個(gè)字符， 1602 液晶模塊的控制器采用的是 HD44780。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。該方案是對(duì)靜態(tài)顯示的改進(jìn)，主要起到降低顯示功耗的作用，而且對(duì)電路的要求比較的復(fù)雜。一旦有電壓的輸入，就立即判斷電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過(guò)開關(guān)也可以改變狀態(tài)，與此同時(shí)，測(cè)速系統(tǒng)啟動(dòng)，輸出相應(yīng)速度值。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 39 線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互間的短路或與其它信號(hào)線的短路。電源調(diào)試中使用的工具主要紋波電壓。首先電源的輸入端是單片機(jī)的 40 號(hào)引腳，用多用電表測(cè)量的輸入直流電壓和紋波電壓，確認(rèn)由外部電源輸入到電路板上的直流電壓是穩(wěn)定可靠的，確認(rèn)的確是 +5V 。紋波電壓是在電路調(diào)試過(guò)程中一般容易被忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于 ADC0831 模擬 /數(shù)字混合電路，電源的紋波電壓必須進(jìn)行檢測(cè) ,保證電源的質(zhì)量。對(duì)于模擬集成電路，一般根據(jù)其功率和頻率在其電源的輸入端并聯(lián)電解電容進(jìn)行退耦。注意：測(cè)量單片機(jī)的工作電壓時(shí)，多用電表的兩個(gè)表筆最好在單片機(jī)上，即紅表筆接在單片機(jī) VCC 引腳上，即 40 號(hào)腳，黑表筆接到 GND 引腳，即 20 號(hào)引腳上進(jìn)行測(cè)量。如果該引腳無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 41 信號(hào)不 正常，一般需要確認(rèn)單片機(jī)電源的正確和晶振負(fù)載電容是否正確。例如將其存放在 D:\新建文件夾（ 2），命名為 123。該對(duì)話框提示你是否要把標(biāo)準(zhǔn) 8051 的啟動(dòng)代碼添加到工程中去。在 [File\New]建一個(gè)文件，將程序?qū)懭?。命名為?“。單擊“ Output”標(biāo)簽頁(yè)，選中“ Create HEX File”項(xiàng)，然后“確定”。如編譯有錯(cuò)誤會(huì)在最下面的 Build 窗口 中顯示出來(lái)，通過(guò)雙擊出錯(cuò)的信息可到出錯(cuò)的那一行。 運(yùn)行。例如上面的程序，當(dāng)選擇單步進(jìn)入運(yùn)行方式，則在調(diào)用顯示子程序時(shí)，它會(huì)進(jìn)入子程序內(nèi)部運(yùn)行，此時(shí)我們就可以看到執(zhí)行時(shí) P0、 P2 的變化。運(yùn)行方式的選擇可以用工具欄中的快捷鍵也可在 [Debug]菜單下設(shè)置。程序每運(yùn)行到斷點(diǎn)處，就會(huì)停下來(lái)。通過(guò)檢測(cè) ,可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯(cuò)誤、機(jī)器碼錯(cuò)誤和轉(zhuǎn)移地址的錯(cuò)誤。目標(biāo)系統(tǒng)按規(guī)定的功能進(jìn)行操作而且有相應(yīng)的結(jié)果，沒有相應(yīng)的結(jié)果出現(xiàn)可能是程序中轉(zhuǎn)移地址計(jì)算錯(cuò)誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。速度的仿真，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器代替 LM339 比較器，輸入一定頻率的方波，此時(shí)可以看到數(shù)碼管上穩(wěn)定的數(shù)值，改變輸入的頻率，數(shù)碼管短暫變化之后穩(wěn)定，不斷地改變輸入頻率，數(shù)碼管隨即發(fā)生較大的變化，規(guī)律頻率越大，數(shù)值就越大，即速度就越快，頻率越小，數(shù)值就越小，即速度就