【文章內容簡介】 個問題： （ 1）單片機最基本的性能參數； （ 2）某些特定的增強功能； （ 3）存儲介質； （ 4）對工作溫度范圍的要求； （ 5）銷售渠道以及價格； （ 6）芯片資料是否完整； （ 7）抗干擾能力 怎樣。 51 單片機的指令系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)與標準的 52單片機是可以相互替換的。所以本次畢設的控制核心單片機選用 AT89C51。它是由 ATMEL 生產的 CMOS8 位單片機，具有控制能力強、抗干擾能力強、高性能、低功耗等特點。該芯片上包括CPU、存儲器、 4個具有數據傳輸等功能的輸入輸出口、可編程定時器 /計數器、串行通口等，通過內部總線把各個部分連在一起。 TXD、 RXD 為串行口的輸入 /輸出端。圖 4為單片機引腳圖。 圖 4 單片機引腳功能 7 單片機引腳功能 （ 1） 主電源引腳 GND和 Vcc GND ：電源接 地端 Vcc ：電源正端， +4~+。 （ 2）時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 片內振蕩放大器的輸入端是 XTAL1 端口，輸出端是 XTAL2 端口。在單片機內部只要有脈沖信號時序電路就能工作，其中時鐘產生電路有內部振蕩和外部振蕩兩種方式。接上電容和晶振就構成了內部振蕩方式，外部振蕩方式就是在 XTAL2上加上一個外部時鐘信號。 （ 3）復位 RST 復位輸入端。 復位就是將單片機內部的各個寄存器的值重新回到初始狀態(tài)的操作，如果 要復位，那么該引腳就應輸入 2個機器周期的高電平。 （ 4）控制信號引腳 ALE、 PSEN、 EA ALE ：地址鎖存控制信號。該引腳有兩種功能，即對片外存儲器進行訪問時， ALE 將低位字節(jié)地址所存起來；在固化片內存儲器的程序時，該引腳的作用是編程脈沖的輸入，只有低電平時才有效。 PSEN ：片外 ROM 選通控制信號端，只有在低電平時才有效，由于現在基本不用片外程序存儲器，所以此引腳基本不用了。 EA ：內外程序存儲器選擇端，由于現在都采用片內存程序儲器，所以此引腳接到 Vcc 端就行了。 （ 5）輸入輸出引腳（ P0、 P P P3 端口引腳） P0 ： P0 口是一個三態(tài)的雙向 8 位并行口，既 能當作通用 I/O 口用也可以當作地址 /數據線的復用口。 P1 ：該引腳一般都是當作輸入輸出端使用，且內部自帶有上拉電阻。 P2 ： P2 作為特殊功能寄存器，是一個準雙向的 8 位并行口，不僅可以作為通用的 I/O 口使用，還有一個作用就是可以用作高 8 位地址線使用。 P3 ： P3 口作為特殊功能寄存器，是一個多功能的準雙向 8 位并行口，每位除了可以作普通的 I/0 口使用之外，也有著第二輸出功能。 P3 口與 P1口的結 8 構相比，多了一個緩存器和與非門，從而實現了多功能。 表 1 P3口各位的第 二功能 結構特點 8951 單片機作為使用最廣泛的單片機是我們首選的單片機，雖然 8951 型號的單片機已經不是現在處于先進位置的單片機，但是從穩(wěn)定性和經濟性上來說，我們的首選單片機就是 8951 單片機。其 基本組成 下圖所示 圖 5 單片機結構框圖 （ CPU） 被賦予單片機“大腦和心臟”和“核心”美譽的 CPU 的主要功能是完成運算和控制。 CPU 其實就是一塊超大規(guī)模的集成電路，擁有很強的運算和控制功能，能嚴格的執(zhí)行指令，按照指令去完 成各項操作 。與通用微處理器相同的是AT89C51 單片機里的 8 位微處理器也包含了運算器和控制器兩個部分，在進行面向控制的同時，還可以進行數據處理和位變量操作。 （內部 ROM） AT89C51 單片機里的 ROM 是只讀存儲器，可以將數據永久的保存在單片機里面，所以系統(tǒng)擁有極高的可靠性 。 （內部 RAM） AT89C51 單片機的數據存儲器一般存放著一些經常會改變的中間運算結果，標志位，數據暫存等信息。但是一旦出現斷電等情況，這些數據就會消失，所以 9 必須在使用的時候重新將這些數據寫入 。 I/O口 I/O 口是一個通道，一個專門負責單片機與外界聯系的通道。 8051 單片機是擁有 4個 I/O 口， 4個 I/0 端口在特性和結構上大部分是相同的，但是又各不相同，其中 P0口算得上是一個真正的雙向口，它有 3 中工作狀態(tài)。 /計數器 用于實現定時和計數功能。 并且功能是可以改變的，只需要對工作方式，定時時間，量程，啟動方式等的指令改變，只有把指令寫進定時 /計數器的特殊功能寄存器后，才可以實現不同的作用 。 單片機內部設置了 UATR 串行接口，是一個可編程的端口，不僅僅可以同步移位，異步接收和發(fā)送，還可 以設置各種波特率，多機通信，使用靈活方便 。 對中斷請求進行分析處理， AT89C51 的中斷系統(tǒng)可以滿足一般控制應用的需要。 由此可見， AT89C51 僅是一塊芯片，但它包括了構成計算機的基本部件，因次可以說它是一臺簡單的計算機，又由于其主要作用是控制，所以又稱為“微控制器”。 最小應用系統(tǒng)設計 AT89C51 是一款片內存在 RAM 型單片機，構成該集成芯片的最小系統(tǒng)結構簡單、可靠。只要將時鐘電路和復位電路接在 AT89C51 單片機上就構成了最小應用系統(tǒng)（如圖 6）。由于最小應用系統(tǒng)受到集成度 的限制，故只能控制一些小型單元。 圖 6 單片機最小系統(tǒng) 10 有以下幾個應用特點： （ 1）輸入輸出口的接線端口非常多，用戶可以隨便挑選 。 （ 2）內部存儲器的容量有限。 （ 3）具有特殊性的開發(fā)平臺。 時鐘電路 在不同時期的不同計算機是有不同方式的時鐘電路接法的， STC89C52 單片機的時鐘電路有兩種連接方法（見圖 7）。一種連接方法是內部時鐘方式，另一種連接是外部時鐘方式。 內部時鐘電路是通過兩個引腳兩端直接跨接陶瓷的諧振器或者晶體再利用芯片內部的振蕩電路就能夠形成自激振蕩器，發(fā)出的脈 沖就能夠直接發(fā)送到時鐘內部電路。因為 C1 和 C2 值對于脈沖的頻率有略微調整的作用，為了更好地保證時鐘電路的穩(wěn)定性，電容和諧振器應該離單片機越近安裝越好。 外部時鐘電路的原理是利用外接的振蕩器接入 XTAL1，對于單片機而言，單片機內部時鐘信號接受的強弱取決于放大器。 圖 7 內部時鐘和外部時鐘 圖 8 時鐘電路 圖 9 復位電路 11 復位電路 在一個單片機系統(tǒng)中，復位電路起到非常關鍵的作用，當程序運行不正?；蛲Ｖ惯\行時，就要進行復位。復位電路通常分為兩種復位方式即上電自動復位（圖10（ a））和開關復位（如圖 10（ b））。在上電的那一剎那，由于電容兩端的電壓難以發(fā)生突變，且電容的負極和 RES 連在一起，此時的電壓全部加載在電阻上， RES 引腳的電壓為高電平，芯片復位。而本次設計我們采用按鍵復位（如圖9）。 圖 10 單片機常見的 復位電路 直流調速系統(tǒng) 方案 1：串聯電阻進行調速。 方案 2： VM系統(tǒng)調速。 方案 3：脈寬調速系統(tǒng)。 如果采用方案 1進行串聯電阻調速，那么該調速系統(tǒng)除了要一臺勵磁發(fā)電機外，還需要兩臺及以上旋轉電機，而且此系統(tǒng)有如下缺點：機組的容量必須與調速電動機的容量差不多，設備繁多，體積較大，效率偏低，不便于維護，技術落后等，因此不采用方案 1. 雖然現代直流調速系統(tǒng)還是以 VM調速系統(tǒng)為主，但是晶閘管的單向導通性一直是它的致命性缺點，給系統(tǒng)的逆向運行造成了很大困難，而且對運行條件要就高，當系統(tǒng)低速運行時會產生較 大的諧波電流，對附近正在運行的設備產生負面效果。所以放棄方案 2。 然而比起前兩種調速系統(tǒng) PWM 調速系統(tǒng)就顯得非常適合本次設計。它主要有以下優(yōu)點： （ 1）晶閘管只在開關狀態(tài)下工作，而相位就難以控制它的導電性。 M C S 51V C CV C CR E S E TV S S22 ? F1 k ?M C S 51V C CV C CR E S E TV S S22 ? FR E S E TR1R2( a ) ( b )200 ? 12 （ 2）利用濾波作用便能成功驅動 PWM 調速系統(tǒng)的開關以產生直流電流。而且在相同電流的情況下， PWM 調速系統(tǒng)相比于 VM系統(tǒng)產生的電流波形好，所以對電機產生的負面影響較小。 （ 3）動態(tài)抗擾能力好，快速響應能力強。 （ 4）由于電子器件只在開關狀態(tài)下工作，所以主電路損耗較小，且裝置效率高。 綜上比較，本次設計采 用 PWM 系統(tǒng)進行調速。 在小車的自動尋跡和避障的過程中，小車的兩個驅動輪的運行速度是不一樣的，所以我們要對兩個驅動輪進行速度控制以實現小車的循跡避障功能，這就要利用這種脈寬調制技術即脈寬調速系統(tǒng)。 PWM調速系統(tǒng)是通過微處理器來對模擬電路中的信號進行數字化后再輸出，以便達到有效控制電路的目的。并且在單片機系統(tǒng)控制中 PWM 調速可以使控制變得更加簡單，從而提高控制效率。 PWM 調速技術一般是通過硬件調制法（如圖 11）和軟件生成法來實現調速功能的。在硬件調制法中，所謂的調制信號實質上就是我們所希望得到的波形，我們可 以通過改變參數來生成我們的目標波形。載波信號就是被調制信號，我們所需要的 PWM 信號波形可以通過調節(jié)它的一些參數（幅頻，相頻等）得到。我們將三角波作為載波信號是因為它的各種參數的調制比較方便。而不同的正弦信號可以疊加生成各種復雜的信號，所以正弦波被我們選為調制信號。軟件生成法就是通過計算機軟件技術對 PWM 波進行調制，如果我們需要對 PWM 波形進行變換，這時只要簡單的修改一下軟件程序，就可以實現波形變換。 圖 11 PWM 硬件調制法電路 硬件調制法在搭建模擬的動態(tài)電路時比較復雜，難以對其進行精 確的操控。而軟件生成法操作起來就比硬件調制法簡單多了，我們只需加一個 PWM 調制到系 13 統(tǒng)控制程序里就能達到目的了。所以本次設計