【文章內(nèi)容簡介】 ；有無人進出采用紅外線來探測，有人時則產(chǎn)生中斷，執(zhí)行開門動作；轉(zhuǎn)速測量采用在電機的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個帶有相差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)動的圓孔，光透過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內(nèi)部定時計數(shù)測出頻率。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，對物體的移動進行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動，雷達便不再反應(yīng)，自動門就會關(guān)閉，有可能出現(xiàn)夾人現(xiàn)象。紅外感應(yīng)器，對物體的存在進行反應(yīng)，不管人員是否移動，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會反應(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 自動門系統(tǒng)的硬件設(shè)計第三章 自動門系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件整體邏輯設(shè)計 數(shù)字控制伺服系統(tǒng)由計算機控制器、PWM功率驅(qū)動接口、傳感器接口和電機本體四部分組成。計算機的作用是：完成位置信號的設(shè)置，根據(jù)傳感器接口給出的絕對零位脈沖和電流反饋控制，產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，最后由PWM功率開關(guān)接口對電動機進行最終的功率驅(qū)動。在這個系統(tǒng)中，由于反饋控制是通過軟件實現(xiàn)的，故可以根據(jù)負載的性質(zhì)改變系統(tǒng)的參數(shù)，求得最佳匹配。信號濾波也可以通過軟件實現(xiàn)，更有可能通過計算機補償技術(shù)使傳感器精度得以補償提高。計算機控制在可靠性、小型化、聯(lián)網(wǎng)群控制等方面的優(yōu)點都是經(jīng)典模擬伺服系統(tǒng)無法比擬的。 控制器單元的硬件設(shè)計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單片機芯片內(nèi)包含一個8位CPU、振蕩器和時鐘電路、至少128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，可尋址外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器個64k字節(jié)，21個特殊功能寄存器，4個并行I/O接口，2個16位定時/計數(shù)器,至少5個中斷源，提供兩級中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷服務(wù)程序嵌套。具有有位尋址功能，有較強的布爾處理能力。各功能單元（包括IO端口和定時器/計數(shù)器等）都由特殊功能寄存器（SFR）集中管理。MCS51單片機在物理結(jié)構(gòu)上有四個存儲空間：片內(nèi)程序存儲器片外程序存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片外數(shù)據(jù)存儲器程序內(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。地址長度：16位。作用：存放程序及程序運行時所需的常數(shù)。七個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。一個微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)，除了它們強大的硬件外，還需要它們運行的軟件，其實微處理器并不聰明，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)計人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲器中，俗稱只讀程序存儲器(ROM)。程序相當(dāng)于給微處理器處理問題的一系列命令。其實程序和數(shù)據(jù)一樣，都是由機器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲器中。MCS51具有64kB程序存儲器尋址空間，它是用于存放用戶程序。數(shù)據(jù)和表格等信息。對于內(nèi)部無ROM的8031單片機，它的程序存儲器必須外接，空間地址為64kB,此時單片機的端必須接地。強制CPU從外部程序存儲器讀取程序。對于內(nèi)部有ROM的8051等單片機，正常運行時，則需接高電平，使CPU先從內(nèi)部的程序存儲中讀取程序，當(dāng)PC值超過內(nèi)部ROM的容量時，才會轉(zhuǎn)向外部的程序存儲器讀取程序。8051片內(nèi)有4kB的程序存儲單元，其地址為0000H—0FFFH,單片機啟動復(fù)位后，程序計數(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)在這三個單元中存放一條無條件轉(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/計數(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/計數(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，每個中斷服務(wù)程序只有8個字節(jié)單元，用8個字節(jié)來存放一個中斷服務(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)安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，指向程序存儲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,只有三個存儲單元，3個存儲單元在我們的程序存放時是存放不了實際意義的程序的，通常我們在實際編寫程序時是在這里安排一條ORG指令，通過ORG指令跳轉(zhuǎn)到從0033H開始的用戶ROM區(qū)域，再來安排我們的程序語言。從0033開始的用戶ROM區(qū)域用戶可以通過ORG指令任意安排，但在應(yīng)用中應(yīng)注意，不要超過了實際的存儲空間，不然程序就會找不到。數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器也稱為隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。數(shù)據(jù)存儲器分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲和外部數(shù)據(jù)存儲。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器為8位地址，所以最大可尋址的范圍為256個單元地址，對片外數(shù)據(jù)存儲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個單元，而DPTR是16位地址指針，尋址范圍就可達到64KB。也就是說在尋址片外數(shù)據(jù)存儲器時，尋址范圍超過了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單片機片內(nèi)RAM共有256個單元(00HFFH),這256個單元共分為兩部分。其一是地址從00H—7FH單元(共128個字節(jié))為用戶數(shù)據(jù)RAM。從80H—FFH地址單元(也是128個字節(jié))為特殊寄存器(SFR)單元。MCS51系列單片機有四個雙向的8位并行口P0~P3，每個口各有一個8位的口鎖存器，復(fù)位后它們的初態(tài)全為1。P1口為準雙向口，P1口的每一位都能獨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口是一個雙功能口，作為第一功能使用時，其功能和P1口相同。作為第二功能使用時，其口鎖存器狀態(tài)必須為1。P3口的每一位可獨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)擴展地址/數(shù)據(jù)總線口，分時輸出低8位地址AB0~AB7和收發(fā)數(shù)據(jù)信息D0~D7。PPP3都能驅(qū)動3個TTL門，且不需要外加電阻就能直接驅(qū)動MOS電路。P0作為I/O時需外接上拉電阻才能驅(qū)動MOS電路。如果MCS51本身的I/O口數(shù)量和種類或存儲器容量不能滿足用戶需求時，可擴展I/O接口或外數(shù)據(jù)存儲器，外部數(shù)據(jù)存儲器和外部擴展接口統(tǒng)一編址，CPU對它們的操作指令也相同。在外部64k的數(shù)據(jù)空間（存儲類型XDATA）內(nèi)，可以各劃出一個區(qū)域作為擴展I/O地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間。MCS51系列單片機至少有5個中斷請求源，提供2個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)2級中斷服務(wù)程序嵌套。每個中斷源可程控為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷。和中斷系統(tǒng)相關(guān)的特殊功能寄存器有中斷優(yōu)先級控制寄存器IP，中斷使能控制寄存器IE，以及定時/計數(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系列單片機的5個中斷請求源中，、片內(nèi)兩個定時器/計數(shù)器 (T/C0、T/C1) 的溢出中斷請求源TF0和TF1，還有一個片內(nèi)串行通信口發(fā)送或接收中斷請求源TI或RI。這些中斷請求源分別由特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位所鎖存。 定時器/計數(shù)器（T/C）控制寄存器TCONTCON的高4位控制定時/計數(shù)器，低4位控制外部中斷。其格式如表31所示。表31 定時器/計數(shù)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0定時/計數(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)外部中斷請求源信號有從1電平到0電平的變化時，外部中斷請求標志IE0或IE1才會置1 )，設(shè)置0 為低電平觸發(fā) (即只要外部中斷請求源信號為0時，外部中斷請求標志IE0或IE1就置1 )。IE0、IE1：外部中斷0、1請求標志位。產(chǎn)生中斷請求時，硬件置位，CPU響應(yīng)中斷后，硬件清零。TF0、TF1：T/C0、T/C1計數(shù)溢出中斷請求標志位。產(chǎn)生中斷時，硬件置位，CPU響應(yīng)中斷后，硬件清零。TR0、TR1：T/C0、T/C1啟動標志位。其操作方法將在定時器/計數(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中斷源入口地址硬件優(yōu)先級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：TCON：涉及的位標志IE0、TF0、IETF1IE：設(shè)及的位標志EX0、ET0、EXETESIP：涉及的位標志PX0、PT0、PXPTPSSCON：涉及的位標志RI、TI 定時器/計數(shù)器是單片機的一個重要功能部件，可用來實現(xiàn)定時、計數(shù)、頻率測量、脈沖寬度測量、產(chǎn)生信號、信號檢測等。MCS51系列單片機中有至少有2個定時器/計數(shù)器—T/C0和T/C1，它們既可以編程為定時器使用，也可編程為計數(shù)器使用。若是內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘，則是定時器；若是對外部輸入的脈沖信號計數(shù)，則是計數(shù)器。當(dāng)T/C以定時器方式工作時，在每個機器周期計數(shù)加1，計數(shù)頻率 = fosc / 12。如晶振頻率為12MHz時，計數(shù)頻率為1MHz，每隔1181。s計數(shù)值加1。當(dāng)T/C以計數(shù)器方式工作時，計數(shù)脈沖來自外部輸入管腳T0 () 或T1 () ，當(dāng)外部脈沖信號負跳變時計數(shù)值加1。假如外部信號是周期性連續(xù)脈沖信號，則每過一個振蕩周期，計數(shù)器進行一次加1計數(shù)。因計算機識別輸入信號的負跳變需兩個機器周期，所以可計數(shù)外部脈沖的最高頻率為fosc / 24。當(dāng)晶振為12MHz時，最高計數(shù)頻率為500kHz，假如外部脈沖頻率高于此頻率，計數(shù)將出錯。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的計數(shù)寄存器，TH1和TL1為T/C1的計數(shù)寄存器。TCON中高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟停以及產(chǎn)生計數(shù)溢出中斷標志，其各位的定義如下表33所示。表33 定時器/計數(shù)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF0TR0TF1TR1IE1IT1IE0IT0TR0、TR1：T/C0、T/C1啟動控制位，需軟件控制。1—啟動計數(shù)；0—停止計數(shù)。TF0、TF1：T/C0、T/C1計數(shù)溢出中斷請求標志位。產(chǎn)生中斷時，硬件置位；CPU響應(yīng)中斷時，硬件清零。TCON上電復(fù)位時清零。TMOD用于設(shè)置定時器/計數(shù)器的工作模式，其各位的定義如表34所示。表34 定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0T/C1T/C0 其中高4位對應(yīng)于T/C1，低4位對應(yīng)于T/C0。C/：計數(shù)器或定時器選擇位。0—定時器；1—計數(shù)器。GATE：門控信號位。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。定時器定時時間和計數(shù)初值之間的關(guān)系：定時時間 = (滿計數(shù)值 ? 計數(shù)初值) ? 機器周期機器周期 = 12 / fosc滿計數(shù)值： 16位計數(shù)：216 = 65536 8位計數(shù)： 28 = 256 定時/計數(shù)器編程操作步驟：確定工作模式：編程TMOD；計算定時器計數(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，開CPU中斷和源中斷：編程IE。必要時設(shè)置中斷優(yōu)先級：編程IP；啟動T/C：置位TCON中的TR0、TR1。 直流電機