【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極液晶特性如下：，對(duì)比度可調(diào)內(nèi)含復(fù)位電路提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM8個(gè)可由用戶(hù)自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM 圖21 液晶接口原理圖如圖21所示，采用電位器調(diào)節(jié)液晶的輝度，單片機(jī)的IO口分別接液晶的D0~D7總線，及RS、RW、EN的讀寫(xiě)使能端。 直流電源設(shè)計(jì)電源部分的設(shè)計(jì)主要采用7805芯片，使用7805芯片搭建的電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、實(shí)用，78系列三端穩(wěn)壓IC組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。并且完全能夠滿(mǎn)足壁障小車(chē)單片機(jī)控制系統(tǒng)和L298N芯片的邏輯供電的供電需要。7805芯片有3個(gè)引腳，分別為輸入IN端、輸出OUT端和接地GND端。7805芯片的輸入電壓可以為9V、12V、15V不等，輸出電壓穩(wěn)定在5V，[10]。基于這樣的情況再結(jié)合電機(jī)的工作電壓，本設(shè)計(jì)選取了6節(jié)干電池9V作為7805的輸入電源，搭建的電源部分電路如圖22所示。 圖22 直流電源輸出電路單片機(jī)亦稱(chēng)單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)，它是把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）等主要計(jì)算機(jī)功能部件集成在一塊電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，相輔相成，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。本設(shè)計(jì)采用宏晶公司的增強(qiáng)型系列的STC89C52(其引腳圖如圖23所示)。STC89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS的8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，STC89C52是一種高效微控制器， STC89C52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖23 STC89C52引腳圖主要特性：與MCS51 兼容 8K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz40Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓；GND：接地；P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口，如下表4所示：表4 P3口的第二功能引 腳第二功能信 號(hào) 名 稱(chēng)RXD串行數(shù)據(jù)接收TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送INT0外部中斷0請(qǐng)求INT1外部中斷1請(qǐng)求T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入WR外部RAM寫(xiě)選通RD外部RAM讀選通P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。1XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。1XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。（1）晶振電路晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，給單片機(jī)提供工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，本設(shè)計(jì)中采用了12 MHZ的晶振。如圖24所示。（2）復(fù)位電路系統(tǒng)采用硬件復(fù)位，STC89C52RC復(fù)位高電平有效，有效復(fù)位要保證RST端至少100 ms的高電平，電容的作用就是緩沖使RST端保持高電平一段時(shí)間，以達(dá)到有效復(fù)位，電容越大，保持的時(shí)間就越久。圖24 時(shí)鐘電路 圖25 復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位需要至少持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平的時(shí)間，所以在剛開(kāi)始上電的時(shí)候圖25中的電容充電，所以在單片的復(fù)位引腳RST上會(huì)出現(xiàn)大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平，給單片機(jī)復(fù)位，在單片機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中上電單片機(jī)就會(huì)自動(dòng)復(fù)位。4 軟件設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過(guò)軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此需充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與S51系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能“懂”的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序（稱(chēng)為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序（成為目標(biāo)程序），計(jì)算機(jī)才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和計(jì)算過(guò)程的語(yǔ)言，它可通過(guò)于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶(hù)編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流。[13]本系統(tǒng)就選用了C語(yǔ)言來(lái)編制本設(shè)計(jì)的程序。使用C語(yǔ)言，大大減少程序的指令，可以快速地完成本設(shè)計(jì)的程序。滅火機(jī)器人的軟件部分可以分成主程序設(shè)計(jì)、尋火模塊、避障模塊、液晶顯示模塊、控制模塊等。該方案的編程思路是先確定主程序，之后根據(jù)各硬件電路功能來(lái)設(shè)計(jì)子程序模塊，最后再將各模塊嵌入主程序中。這樣編程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于子程序模塊與硬件電路一一對(duì)應(yīng)，所以調(diào)試起來(lái)十分方便。本設(shè)計(jì)軟件方框圖如圖27所示，小車(chē)初始化后主程序開(kāi)始判斷是否有火源，若沒(méi)有火，小車(chē)直線行駛，進(jìn)行避障，繼續(xù)尋找火源；若有火就調(diào)用尋火程序模塊，找到火源并滅火。 圖27 滅火小車(chē)系統(tǒng)總體流程圖圖28尋火模塊程序框圖 如圖28所示，單片機(jī)不斷讀火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘?hào),當(dāng)有火時(shí)，單片機(jī)判斷火源位置。當(dāng)左邊的兩個(gè)傳感器有信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制電機(jī)左轉(zhuǎn)；當(dāng)右邊的兩個(gè)傳感器有信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制直流電機(jī)右轉(zhuǎn)；當(dāng)中間的遠(yuǎn)紅外接收二極管有信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制電機(jī)直行；當(dāng)中間的近紅外接收二極管有信號(hào)時(shí)，主程序調(diào)用滅火模塊熄滅火焰。 避障模塊設(shè)計(jì)圖29避障模塊流程圖 如圖29所示，單片機(jī)采集紅外光電對(duì)管的信號(hào)，判斷障礙的位置。沒(méi)有障礙，小車(chē)就直行尋光。有障礙時(shí)，首先判斷前面有無(wú)火源，如果有火源就進(jìn)行避障，會(huì)影響滅火。在判定沒(méi)有火源時(shí)，（1）兩個(gè)傳感器都有信號(hào)，小車(chē)停止，后退之后右轉(zhuǎn)90176。；（2）右邊傳感器有信號(hào)時(shí)，就停下來(lái)再左轉(zhuǎn)45176。；（3）當(dāng)左邊傳感器有信號(hào)時(shí)，小車(chē)停下并右轉(zhuǎn)45176。1602顯示控制程序框圖如圖30所示，液晶的數(shù)據(jù)接口是P0，每次對(duì)液晶的操作必須先拉高EN信號(hào)。開(kāi)始先對(duì)液晶顯示初始化，功能主要是對(duì)液晶的背光時(shí)間，背光等級(jí)，字符顯示格式，漢字顯示格式，和界面的初始化。初始化完畢，下一步對(duì)各項(xiàng)參數(shù)顯示。圖30 液晶顯示控制流程圖5 系統(tǒng)的調(diào)試 硬件的調(diào)試硬件調(diào)試主要是對(duì)紅外接收二極管、紅外光電對(duì)管、直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。上電前的調(diào)試在上電前，必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬(wàn)用表，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。上電后的調(diào)試在確保硬件電路正常，無(wú)異常情況(斷路或短路)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)，還要檢驗(yàn)原理是否正確。同時(shí)針對(duì)以下各部分進(jìn)行特別調(diào)試。紅外接收部分硬件調(diào)試：這一部分調(diào)試主要是檢查測(cè)量環(huán)境光線與火源的輸出電壓等一系列問(wèn)題。光電管部分硬件調(diào)試：這部分調(diào)試主要是檢查測(cè)量當(dāng)光電管檢測(cè)到障礙物后的輸出信號(hào)。 電機(jī)部分硬件調(diào)試：這部分調(diào)試時(shí)檢查電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是否正確。單片機(jī)程序調(diào)試主要針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障模塊、尋火模塊、顯示模塊的調(diào)試，小車(chē)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)之后，非常容易調(diào)試，易于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。調(diào)試各模塊主要實(shí)現(xiàn)一下各功能：（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：主要用來(lái)控制兩個(gè)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停止等功能，這個(gè)模塊是實(shí)現(xiàn)避障和尋火模塊的基本條件；（2）避障模塊：，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的左避障、右避障和后退右轉(zhuǎn)避障；（3）尋火模塊：~，單片機(jī)控制電機(jī)行進(jìn)到火源的位置；（4）顯示模塊：在LCD1602上