【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 個(gè)問(wèn)題： （ 1）單片機(jī)最基本的性能參數(shù)； （ 2）某些特定的增強(qiáng)功能； （ 3）存儲(chǔ)介質(zhì)； （ 4）對(duì)工作溫度范圍的要求； （ 5）銷(xiāo)售渠道以及價(jià)格； （ 6）芯片資料是否完整； （ 7）抗干擾能力 怎樣。 51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)的 52單片機(jī)是可以相互替換的。所以本次畢設(shè)的控制核心單片機(jī)選用 AT89C51。它是由 ATMEL 生產(chǎn)的 CMOS8 位單片機(jī)，具有控制能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、高性能、低功耗等特點(diǎn)。該芯片上包括CPU、存儲(chǔ)器、 4個(gè)具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿妮斎胼敵隹凇⒖删幊潭〞r(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行通口等，通過(guò)內(nèi)部總線把各個(gè)部分連在一起。 TXD、 RXD 為串行口的輸入 /輸出端。圖 4為單片機(jī)引腳圖。 圖 4 單片機(jī)引腳功能 7 單片機(jī)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(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 片內(nèi)振蕩放大器的輸入端是 XTAL1 端口，輸出端是 XTAL2 端口。在單片機(jī)內(nèi)部只要有脈沖信號(hào)時(shí)序電路就能工作，其中時(shí)鐘產(chǎn)生電路有內(nèi)部振蕩和外部振蕩兩種方式。接上電容和晶振就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，外部振蕩方式就是在 XTAL2上加上一個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)。 （ 3）復(fù)位 RST 復(fù)位輸入端。 復(fù)位就是將單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)寄存器的值重新回到初始狀態(tài)的操作，如果 要復(fù)位，那么該引腳就應(yīng)輸入 2個(gè)機(jī)器周期的高電平。 （ 4）控制信號(hào)引腳 ALE、 PSEN、 EA ALE ：地址鎖存控制信號(hào)。該引腳有兩種功能，即對(duì)片外存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)， ALE 將低位字節(jié)地址所存起來(lái)；在固化片內(nèi)存儲(chǔ)器的程序時(shí)，該引腳的作用是編程脈沖的輸入，只有低電平時(shí)才有效。 PSEN ：片外 ROM 選通控制信號(hào)端，只有在低電平時(shí)才有效，由于現(xiàn)在基本不用片外程序存儲(chǔ)器，所以此引腳基本不用了。 EA ：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇端，由于現(xiàn)在都采用片內(nèi)存程序儲(chǔ)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(gè)三態(tài)的雙向 8 位并行口，既 能當(dāng)作通用 I/O 口用也可以當(dāng)作地址 /數(shù)據(jù)線的復(fù)用口。 P1 ：該引腳一般都是當(dāng)作輸入輸出端使用，且內(nèi)部自帶有上拉電阻。 P2 ： P2 作為特殊功能寄存器，是一個(gè)準(zhǔn)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(gè)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(gè)多功能的準(zhǔn)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(jié) 8 構(gòu)相比，多了一個(gè)緩存器和與非門(mén)，從而實(shí)現(xiàn)了多功能。 表 1 P3口各位的第 二功能 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8951 單片機(jī)作為使用最廣泛的單片機(jī)是我們首選的單片機(jī)，雖然 8951 型號(hào)的單片機(jī)已經(jīng)不是現(xiàn)在處于先進(jìn)位置的單片機(jī)，但是從穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性上來(lái)說(shuō)，我們的首選單片機(jī)就是 8951 單片機(jī)。其 基本組成 下圖所示 圖 5 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 （ CPU） 被賦予單片機(jī)“大腦和心臟”和“核心”美譽(yù)的 CPU 的主要功能是完成運(yùn)算和控制。 CPU 其實(shí)就是一塊超大規(guī)模的集成電路，擁有很強(qiáng)的運(yùn)算和控制功能，能?chē)?yán)格的執(zhí)行指令，按照指令去完 成各項(xiàng)操作 。與通用微處理器相同的是AT89C51 單片機(jī)里的 8 位微處理器也包含了運(yùn)算器和控制器兩個(gè)部分，在進(jìn)行面向控制的同時(shí)，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和位變量操作。 （內(nèi)部 ROM） AT89C51 單片機(jī)里的 ROM 是只讀存儲(chǔ)器，可以將數(shù)據(jù)永久的保存在單片機(jī)里面，所以系統(tǒng)擁有極高的可靠性 。 （內(nèi)部 RAM） AT89C51 單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般存放著一些經(jīng)常會(huì)改變的中間運(yùn)算結(jié)果，標(biāo)志位，數(shù)據(jù)暫存等信息。但是一旦出現(xiàn)斷電等情況，這些數(shù)據(jù)就會(huì)消失，所以 9 必須在使用的時(shí)候重新將這些數(shù)據(jù)寫(xiě)入 。 I/O口 I/O 口是一個(gè)通道，一個(gè)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)單片機(jī)與外界聯(lián)系的通道。 8051 單片機(jī)是擁有 4個(gè) I/O 口， 4個(gè) I/0 端口在特性和結(jié)構(gòu)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(gè)真正的雙向口，它有 3 中工作狀態(tài)。 /計(jì)數(shù)器 用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。 并且功能是可以改變的，只需要對(duì)工作方式，定時(shí)時(shí)間，量程，啟動(dòng)方式等的指令改變，只有把指令寫(xiě)進(jìn)定時(shí) /計(jì)數(shù)器的特殊功能寄存器后，才可以實(shí)現(xiàn)不同的作用 。 單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了 UATR 串行接口，是一個(gè)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(shè)置各種波特率，多機(jī)通信，使用靈活方便 。 對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行分析處理， AT89C51 的中斷系統(tǒng)可以滿(mǎn)足一般控制應(yīng)用的需要。 由此可見(jiàn)， AT89C51 僅是一塊芯片，但它包括了構(gòu)成計(jì)算機(jī)的基本部件，因次可以說(shuō)它是一臺(tái)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)，又由于其主要作用是控制，所以又稱(chēng)為“微控制器”。 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) AT89C51 是一款片內(nèi)存在 RAM 型單片機(jī)，構(gòu)成該集成芯片的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。只要將時(shí)鐘電路和復(fù)位電路接在 AT89C51 單片機(jī)上就構(gòu)成了最小應(yīng)用系統(tǒng)（如圖 6）。由于最小應(yīng)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(jī)最小系統(tǒng) 10 有以下幾個(gè)應(yīng)用特點(diǎn)： （ 1）輸入輸出口的接線端口非常多，用戶(hù)可以隨便挑選 。 （ 2）內(nèi)部存儲(chǔ)器的容量有限。 （ 3）具有特殊性的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 時(shí)鐘電路 在不同時(shí)期的不同計(jì)算機(jī)是有不同方式的時(shí)鐘電路接法的， STC89C52 單片機(jī)的時(shí)鐘電路有兩種連接方法（見(jiàn)圖 7）。一種連接方法是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種連接是外部時(shí)鐘方式。 內(nèi)部時(shí)鐘電路是通過(guò)兩個(gè)引腳兩端直接跨接陶瓷的諧振器或者晶體再利用芯片內(nèi)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(shí)鐘內(nèi)部電路。因?yàn)?C1 和 C2 值對(duì)于脈沖的頻率有略微調(diào)整的作用，為了更好地保證時(shí)鐘電路的穩(wěn)定性，電容和諧振器應(yīng)該離單片機(jī)越近安裝越好。 外部時(shí)鐘電路的原理是利用外接的振蕩器接入 XTAL1，對(duì)于單片機(jī)而言，單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)接受的強(qiáng)弱取決于放大器。 圖 7 內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘 圖 8 時(shí)鐘電路 圖 9 復(fù)位電路 11 復(fù)位電路 在一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)中，復(fù)位電路起到非常關(guān)鍵的作用，當(dāng)程序運(yùn)行不正?；蛲Ｖ惯\(yùn)行時(shí)，就要進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位電路通常分為兩種復(fù)位方式即上電自動(dòng)復(fù)位（圖10（ a））和開(kāi)關(guān)復(fù)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(fù)極和 RES 連在一起，此時(shí)的電壓全部加載在電阻上， RES 引腳的電壓為高電平，芯片復(fù)位。而本次設(shè)計(jì)我們采用按鍵復(fù)位（如圖9）。 圖 10 單片機(jī)常見(jiàn)的 復(fù)位電路 直流調(diào)速系統(tǒng) 方案 1：串聯(lián)電阻進(jìn)行調(diào)速。 方案 2： VM系統(tǒng)調(diào)速。 方案 3：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 如果采用方案 1進(jìn)行串聯(lián)電阻調(diào)速，那么該調(diào)速系統(tǒng)除了要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)外，還需要兩臺(tái)及以上旋轉(zhuǎn)電機(jī)，而且此系統(tǒng)有如下缺點(diǎn)：機(jī)組的容量必須與調(diào)速電動(dòng)機(jī)的容量差不多，設(shè)備繁多，體積較大，效率偏低，不便于維護(hù)，技術(shù)落后等，因此不采用方案 1. 雖然現(xiàn)代直流調(diào)速系統(tǒng)還是以 VM調(diào)速系統(tǒng)為主，但是晶閘管的單向?qū)ㄐ砸恢笔撬闹旅匀秉c(diǎn)，給系統(tǒng)的逆向運(yùn)行造成了很大困難，而且對(duì)運(yùn)行條件要就高，當(dāng)系統(tǒng)低速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較 大的諧波電流，對(duì)附近正在運(yùn)行的設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面效果。所以放棄方案 2。 然而比起前兩種調(diào)速系統(tǒng) PWM 調(diào)速系統(tǒng)就顯得非常適合本次設(shè)計(jì)。它主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）晶閘管只在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作，而相位就難以控制它的導(dǎo)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(qū)動(dòng) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)以產(chǎn)生直流電流。而且在相同電流的情況下， PWM 調(diào)速系統(tǒng)相比于 VM系統(tǒng)產(chǎn)生的電流波形好，所以對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的負(fù)面影響較小。 （ 3）動(dòng)態(tài)抗擾能力好，快速響應(yīng)能力強(qiáng)。 （ 4）由于電子器件只在開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)采 用 PWM 系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速。 在小車(chē)的自動(dòng)尋跡和避障的過(guò)程中，小車(chē)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)行速度是不一樣的，所以我們要對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行速度控制以實(shí)現(xiàn)小車(chē)的循跡避障功能，這就要利用這種脈寬調(diào)制技術(shù)即脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 PWM調(diào)速系統(tǒng)是通過(guò)微處理器來(lái)對(duì)模擬電路中的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后再輸出，以便達(dá)到有效控制電路的目的。并且在單片機(jī)系統(tǒng)控制中 PWM 調(diào)速可以使控制變得更加簡(jiǎn)單，從而提高控制效率。 PWM 調(diào)速技術(shù)一般是通過(guò)硬件調(diào)制法（如圖 11）和軟件生成法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能的。在硬件調(diào)制法中，所謂的調(diào)制信號(hào)實(shí)質(zhì)上就是我們所希望得到的波形，我們可 以通過(guò)改變參數(shù)來(lái)生成我們的目標(biāo)波形。載波信號(hào)就是被調(diào)制信號(hào)，我們所需要的 PWM 信號(hào)波形可以通過(guò)調(diào)節(jié)它的一些參數(shù)（幅頻，相頻等）得到。我們將三角波作為載波信號(hào)是因?yàn)樗母鞣N參數(shù)的調(diào)制比較方便。而不同的正弦信號(hào)可以疊加生成各種復(fù)雜的信號(hào)，所以正弦波被我們選為調(diào)制信號(hào)。軟件生成法就是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)對(duì) PWM 波進(jìn)行調(diào)制，如果我們需要對(duì) PWM 波形進(jìn)行變換，這時(shí)只要簡(jiǎn)單的修改一下軟件程序，就可以實(shí)現(xiàn)波形變換。 圖 11 PWM 硬件調(diào)制法電路 硬件調(diào)制法在搭建模擬的動(dòng)態(tài)電路時(shí)比較復(fù)雜，難以對(duì)其進(jìn)行精 確的操控。而軟件生成法操作起來(lái)就比硬件調(diào)制法簡(jiǎn)單多了，我們只需加一個(gè) PWM 調(diào)制到系 13 統(tǒng)控制程序里就能達(dá)到目的了。所以本次設(shè)計(jì)