【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ；有無(wú)人進(jìn)出采用紅外線來(lái)探測(cè)，有人時(shí)則產(chǎn)生中斷，執(zhí)行開門動(dòng)作；轉(zhuǎn)速測(cè)量采用在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個(gè)帶有相差180度且位于同一半徑上的兩小孔的圓盤，用紅外線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的圓孔，光透過(guò)小孔被光敏三極管接收，從而產(chǎn)生脈沖經(jīng)整形電路后送到單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)出頻率。在感應(yīng)器的選擇方面是很靈活的，在高檔酒店、寫字向中央處理器提出申請(qǐng)樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過(guò)的地方，可以選擇特定區(qū)域有效的感應(yīng)器；在醫(yī)院手術(shù)室門前可以采用壓力感應(yīng)器；而車庫(kù)的門可以采用固定光照感應(yīng)器。而現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的感應(yīng)器主要有微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器。微波感應(yīng)器，又稱微波雷達(dá)，對(duì)物體的移動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過(guò)的場(chǎng)所，它的特點(diǎn)是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動(dòng)，雷達(dá)便不再反應(yīng)，自動(dòng)門就會(huì)關(guān)閉，有可能出現(xiàn)夾人現(xiàn)象。紅外感應(yīng)器，對(duì)物體的存在進(jìn)行反應(yīng)，不管人員是否移動(dòng)，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會(huì)反應(yīng)。紅外感應(yīng)器的反應(yīng)速度比微波感應(yīng)器慢。本系統(tǒng)首先要求的是安全，所以選用紅外線傳感器。天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 自動(dòng)門系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第三章 自動(dòng)門系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件整體邏輯設(shè)計(jì) 數(shù)字控制伺服系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制器、PWM功率驅(qū)動(dòng)接口、傳感器接口和電機(jī)本體四部分組成。計(jì)算機(jī)的作用是：完成位置信號(hào)的設(shè)置，根據(jù)傳感器接口給出的絕對(duì)零位脈沖和電流反饋控制，產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，最后由PWM功率開關(guān)接口對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行最終的功率驅(qū)動(dòng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，由于反饋控制是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的，故可以根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)改變系統(tǒng)的參數(shù)，求得最佳匹配。信號(hào)濾波也可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，更有可能通過(guò)計(jì)算機(jī)補(bǔ)償技術(shù)使傳感器精度得以補(bǔ)償提高。計(jì)算機(jī)控制在可靠性、小型化、聯(lián)網(wǎng)群控制等方面的優(yōu)點(diǎn)都是經(jīng)典模擬伺服系統(tǒng)無(wú)法比擬的。 控制器單元的硬件設(shè)計(jì)控制器單元硬件電路圖如圖31所示：圖31 控制器最小系統(tǒng)一片MCS51單片機(jī)芯片內(nèi)包含一個(gè)8位CPU、振蕩器和時(shí)鐘電路、至少128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可尋址外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器個(gè)64k字節(jié)，21個(gè)特殊功能寄存器，4個(gè)并行I/O接口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,至少5個(gè)中斷源，提供兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷服務(wù)程序嵌套。具有有位尋址功能，有較強(qiáng)的布爾處理能力。各功能單元（包括IO端口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等）都由特殊功能寄存器（SFR）集中管理。MCS51單片機(jī)在物理結(jié)構(gòu)上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片外程序存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序內(nèi)存ROM的尋址范圍：0000H~ FFFFH容量64KB。EA = 1,尋址內(nèi)部ROM；EA = 0,尋址外部ROM。地址長(zhǎng)度：16位。作用：存放程序及程序運(yùn)行時(shí)所需的常數(shù)。七個(gè)具有特殊含義的單元是：0000H——系統(tǒng)復(fù)位，PC指向此處；0003H——外部中斷0入口000BH—— T0溢出中斷入口0013H——外中斷1入口001BH—— T1溢出中斷入口0023H——串口中斷入口002BH—— T2溢出中斷入口內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM物理上分為兩大區(qū)：00H~ 7FH即128B內(nèi)RAM和 SFR區(qū)。作用：作數(shù)據(jù)緩沖器用。一個(gè)微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)，除了它們強(qiáng)大的硬件外，還需要它們運(yùn)行的軟件，其實(shí)微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預(yù)先編寫的程序而執(zhí)行之。那么設(shè)計(jì)人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲(chǔ)器中，俗稱只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)。程序相當(dāng)于給微處理器處理問(wèn)題的一系列命令。其實(shí)程序和數(shù)據(jù)一樣，都是由機(jī)器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲(chǔ)器中。MCS51具有64kB程序存儲(chǔ)器尋址空間，它是用于存放用戶程序。數(shù)據(jù)和表格等信息。對(duì)于內(nèi)部無(wú)ROM的8031單片機(jī)，它的程序存儲(chǔ)器必須外接，空間地址為64kB,此時(shí)單片機(jī)的端必須接地。強(qiáng)制CPU從外部程序存儲(chǔ)器讀取程序。對(duì)于內(nèi)部有ROM的8051等單片機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)，則需接高電平，使CPU先從內(nèi)部的程序存儲(chǔ)中讀取程序，當(dāng)PC值超過(guò)內(nèi)部ROM的容量時(shí)，才會(huì)轉(zhuǎn)向外部的程序存儲(chǔ)器讀取程序。8051片內(nèi)有4kB的程序存儲(chǔ)單元，其地址為0000H—0FFFH,單片機(jī)啟動(dòng)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H,所以系統(tǒng)將從0000H單元開始執(zhí)行程序。但在程序存儲(chǔ)中有些特殊的單元，這在使用中應(yīng)加以注意。其中一組特殊是0000H—0002H單元，系統(tǒng)復(fù)位后，PC為0000H,單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從0000H單元開始，則應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，讓CPU直接去執(zhí)行用戶指定的程序。另一組特殊單元是0003H—002AH,這40個(gè)單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下：0003H—000AH外部中斷0中斷地址區(qū)。000BH—0012H定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)。0013H—001AH外部中斷1中斷地址區(qū)。001BH—0022H定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū)。0023H—002AH串行中斷地址區(qū)?？梢娨陨系?0個(gè)單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應(yīng)后，按中斷的類型，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。從上面可以看出，每個(gè)中斷服務(wù)程序只有8個(gè)字節(jié)單元，用8個(gè)字節(jié)來(lái)存放一個(gè)中斷服務(wù)程序顯然是不可能的。因此以上地址單元不能用于存放程序的其他內(nèi)容，只能存放中斷服務(wù)程序。但是通常情況下，我們是在中斷響應(yīng)的地址區(qū)安放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，指向程序存儲(chǔ)器的其它真正存放中斷服務(wù)程序的空間去執(zhí)行，這樣中斷響應(yīng)后，CPU讀到這條轉(zhuǎn)移指令，便轉(zhuǎn)向其他地方去繼續(xù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。0000H0002H,只有三個(gè)存儲(chǔ)單元，3個(gè)存儲(chǔ)單元在我們的程序存放時(shí)是存放不了實(shí)際意義的程序的，通常我們?cè)趯?shí)際編寫程序時(shí)是在這里安排一條ORG指令，通過(guò)ORG指令跳轉(zhuǎn)到從0033H開始的用戶ROM區(qū)域，再來(lái)安排我們的程序語(yǔ)言。從0033開始的用戶ROM區(qū)域用戶可以通過(guò)ORG指令任意安排，但在應(yīng)用中應(yīng)注意，不要超過(guò)了實(shí)際的存儲(chǔ)空間，不然程序就會(huì)找不到。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也稱為隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為8位地址，所以最大可尋址的范圍為256個(gè)單元地址，對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用間接尋址方式，R0、R1和DPTR都可以做為間接尋址寄存器，R0、R1是8位的寄存器，即R0、R1的尋址范圍最大為256個(gè)單元，而DPTR是16位地址指針，尋址范圍就可達(dá)到64KB。也就是說(shuō)在尋址片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，尋址范圍超過(guò)了256B,就不能用R0、R1做為間接尋址寄存器，而必須用DPTR寄存器做為間接尋址寄存器。8051單片機(jī)片內(nèi)RAM共有256個(gè)單元(00HFFH),這256個(gè)單元共分為兩部分。其一是地址從00H—7FH單元(共128個(gè)字節(jié))為用戶數(shù)據(jù)RAM。從80H—FFH地址單元(也是128個(gè)字節(jié))為特殊寄存器(SFR)單元。MCS51系列單片機(jī)有四個(gè)雙向的8位并行口P0~P3，每個(gè)口各有一個(gè)8位的口鎖存器，復(fù)位后它們的初態(tài)全為1。P1口為準(zhǔn)雙向口，P1口的每一位都能獨(dú)立地定義為輸出線或輸入線。作為輸入線的位，口鎖存器的相應(yīng)位必須為1狀態(tài)。P3口是一個(gè)雙功能口，作為第一功能使用時(shí)，其功能和P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，其口鎖存器狀態(tài)必須為1。P3口的每一位可獨(dú)立地定義為第一功能的輸入輸出和第二功能的輸入輸入。P2口也是準(zhǔn)雙向口，并且是雙功能口，它既可作為第一功能的輸入輸出口使用，也可作為第二功能的系統(tǒng)擴(kuò)展地址總線口，輸出高8位地址AB8~AB15。P0口也是雙功能口，既可可作為第一功能的輸入輸出口使用，也可作為第二功能的系統(tǒng)擴(kuò)展地址/數(shù)據(jù)總線口，分時(shí)輸出低8位地址AB0~AB7和收發(fā)數(shù)據(jù)信息D0~D7。PPP3都能驅(qū)動(dòng)3個(gè)TTL門，且不需要外加電阻就能直接驅(qū)動(dòng)MOS電路。P0作為I/O時(shí)需外接上拉電阻才能驅(qū)動(dòng)MOS電路。如果MCS51本身的I/O口數(shù)量和種類或存儲(chǔ)器容量不能滿足用戶需求時(shí)，可擴(kuò)展I/O接口或外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部擴(kuò)展接口統(tǒng)一編址，CPU對(duì)它們的操作指令也相同。在外部64k的數(shù)據(jù)空間（存儲(chǔ)類型XDATA）內(nèi)，可以各劃出一個(gè)區(qū)域作為擴(kuò)展I/O地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。MCS51系列單片機(jī)至少有5個(gè)中斷請(qǐng)求源，提供2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)2級(jí)中斷服務(wù)程序嵌套。每個(gè)中斷源可程控為高優(yōu)先級(jí)中斷或低優(yōu)先級(jí)中斷。和中斷系統(tǒng)相關(guān)的特殊功能寄存器有中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP，中斷使能控制寄存器IE，以及定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON、串行通信口控制寄存器SCON的相關(guān)位。MCS51系列單片機(jī)的5個(gè)中斷請(qǐng)求源中，、片內(nèi)兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 (T/C0、T/C1) 的溢出中斷請(qǐng)求源TF0和TF1，還有一個(gè)片內(nèi)串行通信口發(fā)送或接收中斷請(qǐng)求源TI或RI。這些中斷請(qǐng)求源分別由特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位所鎖存。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C）控制寄存器TCONTCON的高4位控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器，低4位控制外部中斷。其格式如表31所示。表31 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制外部中斷控制IT0、IT1：外部中斷0、1觸發(fā)方式選擇位，由軟件設(shè)置。置1為下降沿觸發(fā) (即當(dāng)外部中斷請(qǐng)求源信號(hào)有從1電平到0電平的變化時(shí)，外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE0或IE1才會(huì)置1 )，設(shè)置0 為低電平觸發(fā) (即只要外部中斷請(qǐng)求源信號(hào)為0時(shí)，外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE0或IE1就置1 )。IE0、IE1：外部中斷0、1請(qǐng)求標(biāo)志位。產(chǎn)生中斷請(qǐng)求時(shí)，硬件置位，CPU響應(yīng)中斷后，硬件清零。TF0、TF1：T/C0、T/C1計(jì)數(shù)溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。產(chǎn)生中斷時(shí)，硬件置位，CPU響應(yīng)中斷后，硬件清零。TR0、TR1：T/C0、T/C1啟動(dòng)標(biāo)志位。其操作方法將在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器章節(jié)中介紹。 串行通信控制寄存器SCON。格式如表32所示。各中斷源的硬件優(yōu)先級(jí)以及中斷服務(wù)程序入口地址如表7所示。表32 中斷服務(wù)程序入口地址表編號(hào)中斷源入口地址硬件優(yōu)先級(jí)0外部中斷00003H最高1T/C0中斷000BH高2外部中斷10013H中3T/C1中斷001BH低4串行通信口中斷0023H最低通常在中斷入口安排一條相應(yīng)的無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令，以當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，可從中斷入口跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計(jì)的相應(yīng)中斷處理程序入口。與中斷系統(tǒng)相關(guān)的特殊功能寄存器有以下幾個(gè)：TCON：涉及的位標(biāo)志IE0、TF0、IETF1IE：設(shè)及的位標(biāo)志EX0、ET0、EXETESIP：涉及的位標(biāo)志PX0、PT0、PXPTPSSCON：涉及的位標(biāo)志RI、TI 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)的一個(gè)重要功能部件，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)、頻率測(cè)量、脈沖寬度測(cè)量、產(chǎn)生信號(hào)、信號(hào)檢測(cè)等。MCS51系列單片機(jī)中有至少有2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器—T/C0和T/C1，它們既可以編程為定時(shí)器使用，也可編程為計(jì)數(shù)器使用。若是內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，則是定時(shí)器；若是對(duì)外部輸入的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，則是計(jì)數(shù)器。當(dāng)T/C以定時(shí)器方式工作時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)加1，計(jì)數(shù)頻率 = fosc / 12。如晶振頻率為12MHz時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為1MHz，每隔1181。s計(jì)數(shù)值加1。當(dāng)T/C以計(jì)數(shù)器方式工作時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自外部輸入管腳T0 () 或T1 () ，當(dāng)外部脈沖信號(hào)負(fù)跳變時(shí)計(jì)數(shù)值加1。假如外部信號(hào)是周期性連續(xù)脈沖信號(hào)，則每過(guò)一個(gè)振蕩周期，計(jì)數(shù)器進(jìn)行一次加1計(jì)數(shù)。因計(jì)算機(jī)識(shí)別輸入信號(hào)的負(fù)跳變需兩個(gè)機(jī)器周期，所以可計(jì)數(shù)外部脈沖的最高頻率為fosc / 24。當(dāng)晶振為12MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率為500kHz，假如外部脈沖頻率高于此頻率，計(jì)數(shù)將出錯(cuò)。和T/C有關(guān)的特殊功能寄存器有TH0、TL0、THTLTCON和TMOD，其中TH0和TL0為T/C0的計(jì)數(shù)寄存器，TH1和TL1為T/C1的計(jì)數(shù)寄存器。TCON中高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟停以及產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出中斷標(biāo)志，其各位的定義如下表33所示。表33 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF0TR0TF1TR1IE1IT1IE0IT0TR0、TR1：T/C0、T/C1啟動(dòng)控制位，需軟件控制。1—啟動(dòng)計(jì)數(shù)；0—停止計(jì)數(shù)。TF0、TF1：T/C0、T/C1計(jì)數(shù)溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。產(chǎn)生中斷時(shí)，硬件置位；CPU響應(yīng)中斷時(shí)，硬件清零。TCON上電復(fù)位時(shí)清零。TMOD用于設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式，其各位的定義如表34所示。表34 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0T/C1T/C0 其中高4位對(duì)應(yīng)于T/C1，低4位對(duì)應(yīng)于T/C0。C/：計(jì)數(shù)器或定時(shí)器選擇位。0—定時(shí)器；1—計(jì)數(shù)器。GATE：門控信號(hào)位。0—T/C的啟停僅受TR0或TR1的控制；1—T/C的啟停受到雙重控制。MM0：工作方式選擇位。定時(shí)器定時(shí)時(shí)間和計(jì)數(shù)初值之間的關(guān)系：定時(shí)時(shí)間 = (滿計(jì)數(shù)值 ? 計(jì)數(shù)初值) ? 機(jī)器周期機(jī)器周期 = 12 / fosc滿計(jì)數(shù)值： 16位計(jì)數(shù)：216 = 65536 8位計(jì)數(shù)： 28 = 256 定時(shí)/計(jì)數(shù)器編程操作步驟：確定工作模式：編程TMOD；計(jì)算定時(shí)器計(jì)數(shù)初值，并裝載到THx和TLx中，或THx和TLx清零；在中斷方式工作時(shí)，開CPU中斷和源中斷：編程IE。必要時(shí)設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)：編程IP；啟動(dòng)T/C：置位TCON中的TR0、TR1。 直流電機(jī)