【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 思 路本 設(shè) 計(jì) 以 AT89C52 單 片 機(jī) 作 為 控 制 系 統(tǒng) 的 核 心 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 電 動(dòng) 小 車 行 駛 過 程的 控 制 ， 無 線 遙 控 采 用 紅 外 遙 控 技 術(shù) ， 制 作 紅 外 發(fā) 射 與 接 收 模 塊 ， 通 過 遙 控 命令 控 制 小 車 的 前 進(jìn) 、 后 退 、 左 轉(zhuǎn) 、 右 轉(zhuǎn) 、 停 止 等 動(dòng) 作 ， 通 過 直 流 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 小 車的 行 進(jìn) ， 通 過 步 進(jìn) 電 機(jī) 控 制 小 車 的 轉(zhuǎn) 向 ， 并 配 合 超 聲 波 測(cè) 障 模 塊 ， 實(shí) 現(xiàn) 小 車 的測(cè) 障 報(bào) 警 功 能 。在手動(dòng)遙控模式下，可以實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等功能，若在前進(jìn)過程中前方遇到障礙或是后退過程中后方遇到障礙小車都將自動(dòng)停止，并發(fā)出聲光警告信號(hào)。同時(shí)，在轉(zhuǎn)彎或后退時(shí)小車相應(yīng)的轉(zhuǎn)向燈和倒車燈會(huì)閃爍發(fā)光，小車接收到一個(gè)按鍵命令后除了執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作外蜂鳴器還會(huì)響一聲，以告知操作者收到了命令。 系 統(tǒng) 硬 件 設(shè) 計(jì) 系統(tǒng)功能模塊的劃分系統(tǒng)的需求確定之后就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體的分析和設(shè)計(jì)。功能模塊化是將系統(tǒng)劃分成若干個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊完成了一個(gè)子功能，再把這些功能模塊總起來組成一個(gè)整體，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的整個(gè)的功能。功能模塊獨(dú)立性是通過制定具有單一功能并且和其他功能模塊沒有過多聯(lián)系的功能模塊來實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)功能模塊只涉及該系統(tǒng)要求的一個(gè)具體子功能，而且與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的其他部分的接口是簡(jiǎn)單的。獨(dú)立的功能模塊也比較容易測(cè)試和維護(hù)，限制了功能模塊之間由于聯(lián)系緊密而引起的修改副作用。按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)分為以下幾個(gè)基本功能模塊：紅外遙控模塊、顯示模塊、前輪驅(qū)動(dòng)模塊、后輪驅(qū)動(dòng)模塊、超聲波測(cè)距避障模塊等。其中有些模塊的功能由硬件完成，有些模塊的功能由軟、硬件配合完成，些模塊的功能則由軟件、硬件、機(jī)械三部分共同完成。將系統(tǒng)拆分為上述基本功能模塊后，再根據(jù)各個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能分別去6設(shè)計(jì)，細(xì)化設(shè)計(jì)工作，按照“逐步求精”的思想完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 單片機(jī)數(shù)目的選定由 于 系 統(tǒng) 需 要 完 成 的 功 能 較 多 ， CPU 的 負(fù) 荷 也 較 重 ， 再 加 之 單 片 機(jī) 內(nèi) 的定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 、 中 斷 、 I/O 口 等 資 源 有 限 ， 如 果 選 用 一 片 單 片 機(jī) 必 將 會(huì) 給 系統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 帶 來 一 些 困 難 。 所 以 可 以 考 慮 采 用 兩 個(gè) 單 片 機(jī) 構(gòu) 成 主 從 式 的 結(jié) 構(gòu) ， 各分 擔(dān) 一 部 分 控 制 與 運(yùn) 算 功 能 ， 這 樣 兩 個(gè) 單 片 機(jī) 可 同 時(shí) 工 作 。 所 謂 主 從 式 結(jié) 構(gòu) 是指 從 單 片 機(jī) 根 據(jù) 主 單 片 機(jī) 發(fā) 出 的 命 令 來 完 成 某 項(xiàng) 功 能 ， 并 且 把 結(jié) 果 報(bào) 告 給 主 單片 機(jī) ， 這 樣 的 結(jié) 構(gòu) 在 某 種 程 度 上 可 以 簡(jiǎn) 化 系 統(tǒng) 。主 單 片 機(jī) 主 要 負(fù) 責(zé) 紅 外 遙 控 接 收 、 顯 示 、 小 車 的 運(yùn) 動(dòng) 以 及 處 理 遙 控 命 令 等功 能 ； 從 單 片 機(jī) 主 要 負(fù) 責(zé) 超 聲 波 測(cè) 障 功 能 ， 在 探 測(cè) 到 障 礙 物 時(shí) 將 有 關(guān) 信 息報(bào) 告 給 主 單 片 機(jī) 進(jìn) 行 處 理 ， 并 由 主 單 片 機(jī) 采 取 相 應(yīng) 的 措 施 。本 設(shè) 計(jì) 中 采 用 兩 片 AT89C52 單 片 機(jī) ， 通 過 串 行 接 口 通 信 。 系統(tǒng)原理框圖系 統(tǒng) 原 理 框 圖 如 圖 所 示 ：按鍵 遙控發(fā)射遙控接收 顯示模塊主單片機(jī)前輪轉(zhuǎn)向 后輪驅(qū)動(dòng)從單片機(jī)超聲探測(cè)障礙圖 系 統(tǒng) 原 理 框 圖 系 統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計(jì)7軟件在一個(gè)智能系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的作用，軟件設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的性能。目前已經(jīng)有很多種嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，如：Linux、 RTX5UC/UO 等，可以更有效的利用系統(tǒng)的各種資源，簡(jiǎn)化變成，縮短開發(fā)周期。本設(shè)計(jì)采用 AT89C52 單 片 機(jī) 作 為 系 統(tǒng) 控 制 核 心 ， 單 片 機(jī) 本 身 的各 種 資 源 都 有 限 ， 所 以 考 慮 直 接 優(yōu) 化 系 統(tǒng) 的 軟 件 結(jié) 構(gòu) ， 對(duì)系統(tǒng)中各獨(dú)立的功能模塊編寫?yīng)毩⒌能浖绦?，通過給外部提供了一些接口函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)其硬件及機(jī)械部件等的高級(jí)操作，達(dá)到“多任務(wù)“、 ”實(shí)時(shí)性“等的要求。 軟件分層結(jié)構(gòu)為了便于編程，將軟件邏輯控制層和相應(yīng)的硬件設(shè)備分開是很有必要的，硬件驅(qū)動(dòng)層的軟件負(fù)載直接操作硬件，并且給上層的軟件提供一定的接口，這樣有助于上層的軟件實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，并且系統(tǒng)的硬件有所改動(dòng)時(shí)也只需改動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊即可。本設(shè)計(jì)中的前輪轉(zhuǎn)向模塊、后輪驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊等都做成了一些獨(dú)立的模塊，并且給外部提供了一些接口函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)這些硬件設(shè)備或機(jī)械部件的高級(jí)操作。分層結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。邏輯控制層硬件驅(qū)動(dòng)層硬件設(shè)備置、取全局變量操作硬件 多任務(wù)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的單片機(jī)程序一般采用單任務(wù)機(jī)制，單任務(wù)系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單直觀、易于控制的優(yōu)點(diǎn)。但是程序只能按照順序依次執(zhí)行，缺乏靈活性，中斷函數(shù)能夠?qū)崟r(shí)地處理一些較短的任務(wù)，在復(fù)雜的應(yīng)用中使用極為不便。多 任 務(wù) 操 作 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 允 許圖 軟件分層結(jié)構(gòu)示意圖8多 個(gè) 任 務(wù) 同 時(shí) 運(yùn) 行 ， 較 單 任 務(wù) 操 作 系 統(tǒng) 更 加 靈 活 有 效 。為 了 充 分 利 用 單 片 機(jī) 的 CPU、 內(nèi) 存 等 資 源 ， 本 設(shè) 計(jì) 采 用 多 任 務(wù) 軟 件 結(jié)構(gòu) ， 即 從 宏 觀 上 來 看 單 片 機(jī) 同 時(shí) 在 做 多 件 事 情 。 分 析 一 般 多 任 務(wù) 系 統(tǒng) 的 軟 件 結(jié)構(gòu) ， 系 統(tǒng) 的 核 心 是 任 務(wù) 調(diào) 度 器 ， 在 適 當(dāng) 的 時(shí) 候 任 務(wù) 調(diào) 度 器 將 保 存 當(dāng) 前 任 務(wù) 的 現(xiàn)場(chǎng) ， 并 且 恢 復(fù) 將 要 運(yùn) 行 的 任 務(wù) 的 現(xiàn) 場(chǎng) ， 并 讓 其 投 入 運(yùn) 行 。 簡(jiǎn) 單 的 說 ， 一 般 的 多任 務(wù) 系 統(tǒng) 是 任 務(wù) 調(diào) 度 器 循 環(huán) 的 調(diào) 用 各 個(gè) 需 要 執(zhí) 行 的 任 務(wù) ， 更 有 效 的 利 用 系 統(tǒng) 的各 種 資 源 。本 設(shè) 計(jì) 中 采 用 定 時(shí) 器 每 隔 一 定 的 時(shí) 間 中 斷 一 次 ， 在 中 斷 處 理 函 數(shù) 中 依 次 調(diào)用 各 個(gè) 任 務(wù) 所 對(duì) 應(yīng) 的 函 數(shù) ， 并 且 各 個(gè) 函 數(shù) 都 能 在 一 個(gè) 較 短 的 時(shí) 間 內(nèi) 返 回 ， 這 樣在 某 段 時(shí) 間 內(nèi) ， 各 個(gè) 任 務(wù) 所 對(duì) 應(yīng) 的 函 數(shù) 都 能 夠 被 執(zhí) 行 到 ， 就 好 像 多 個(gè) 任 務(wù) 同 時(shí)運(yùn) 行 了 。本 系 統(tǒng) 中 軟 件 的 多 任 務(wù) 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所 示 ， 定 時(shí) 器 中 斷 處 理 函 數(shù) 就 是 本設(shè) 計(jì) 中 多 任 務(wù) 的 核 心 ， 即 任 務(wù) 調(diào) 度 器 。在 主 單 片 機(jī) 上 有 以 下 五 個(gè) 任 務(wù) ：(1) 主 任 務(wù) ： main()開 始 的 任 務(wù) ， 很 多 功 能 都 要 在 該 任 務(wù) 中 完 成 ；(2) 蜂 鳴 器 發(fā) 聲 任 務(wù) ： beep2()， 全 局 變 量 n_beep 表 示 需 要 發(fā) 出 幾 個(gè) “嘀 ”聲 ；(3) LED 顯 示 任 務(wù) ： led_disp()， LED 發(fā) 光 二 極 管 顯 示 任 務(wù) ；系 統(tǒng) 復(fù) 位初 始 化主 任 務(wù) 設(shè) 計(jì)成 無 限 循 環(huán)結(jié) 構(gòu)定時(shí)器0 中斷處理函數(shù)任 務(wù) 1任 務(wù) 2任 務(wù) 3任 務(wù) n圖 多 任 務(wù) 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖9(4) 后 輪 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 任 務(wù) ： qd_dianji()， 實(shí) 現(xiàn) 電 機(jī) 的 正 、 反 轉(zhuǎn) 和 停 止 功 能 ；(5) 前 輪 轉(zhuǎn) 向 任 務(wù) ： zx_dianji()， 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 讓 前 輪 轉(zhuǎn) 到 指 定 的 角 度 。在 從 單 片 機(jī) 上 有 以 下 兩 個(gè) 任 務(wù) ：(1) 前 超 聲 測(cè) 障 任 務(wù) ： chaosheng_qian()， 由 從 單 片 機(jī) 的 定 時(shí) 器 中 斷 處 理函 數(shù) timer0()每 隔 64 毫 秒 調(diào) 用 一 次 ；(2) 后 超 聲 測(cè) 障 任 務(wù) ： chaosheng_hou()， 由 從 單 片 機(jī) 的 定 時(shí) 器 中 斷 處 理函 數(shù) timer0()每 隔 64 毫 秒 調(diào) 用 一 次 ， 和 chaosheng_qian()的 調(diào) 用 相 差 32 毫秒 。 消息驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)“消 息 ”是 程 序 運(yùn) 行 機(jī) 制 中 一 個(gè) 基 本 而 又 重 要 的 概 念 。 消 息 是 一 個(gè) 報(bào) 告事 件 發(fā) 生 的 通 知 ， 消 息 驅(qū) 動(dòng) 是 圍 繞 消 息 的 產(chǎn) 生 與 處 理 展 開 的 ， 并 依 靠 消 息 循 環(huán)機(jī) 制 來 實(shí) 現(xiàn) 。 從 程 序 設(shè) 計(jì) 的 觀 點(diǎn) 來 看 ， 某 條 消 息 的 產(chǎn) 生 可 被 視 為 某 個(gè) 事 件 的發(fā) 生 ?？紤]到系統(tǒng)中無論是操作者按下一個(gè)按鍵，還是遇到障礙物，這些事件都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是系統(tǒng)要對(duì)這些事件做出相應(yīng)的處理或采取應(yīng)用的措施。所以為了簡(jiǎn)化編程，讓這些事件在主任務(wù)中能得到統(tǒng)一的處理，可以給這些事件編上號(hào)，然后由一個(gè)消息搜集模塊去等待各種消息。一旦某個(gè)事件發(fā)生，該模塊馬上給主任務(wù)返回該事件的編號(hào)，即消息值，讓主任務(wù)按照消息值分類去處理消息。 在 消 息 搜 集 模 塊 的 頭 文 件 中 定 義 了 如 下 若 干 個(gè) 消 息 ：define NULL 0//按 鍵 消 息 的 定 義define MSG_K_QIAN 0x01 //“前 進(jìn) ”按 鍵 消 息define MSG_K_HOU 0x02 //“后 退 ”按 鍵 消 息define MSG_K_ZUO 0x03 //“左 轉(zhuǎn) ”按 鍵 消 息define MSG_K_YOU 0x04 //“右 轉(zhuǎn) ”按 鍵 消 息define MSG_K_TING 0x05 //“停 止 ”按 鍵 消 息//超 聲 避 障 消 息define MSG_QIANZHANG 0x06 //前 方 出 現(xiàn) 障 礙 消 息define MSG_HOUZHANG 0x07 //后 方 出 現(xiàn) 障 礙 消 息10define MSG_NOQIANZHANG 0x08 //前 方 障 礙 消 失 消 息define MSG_NOHOUZHANG 0x09 //后 方 障 礙 消 失 消 息extern uchar getmsg(void)；extern uchar imgetch(void)；消 息 搜 集 模 塊 對(duì) 外 提 供 了 兩 個(gè) 接 口 函 數(shù) ： getmsg()函 數(shù) 一 直 等 待 到 有 消息 時(shí) 返 回 消 息 值 ； imgetch()函 數(shù) 立 即 返 回 按 鍵 值 ， 這 是 為 了 某 些 地 方 使 用 上的 靈 活 而 設(shè) 置 的 。有 了 這 個(gè) 消 息 搜 集 模 塊 后 ， 主 任 務(wù) 執(zhí) 行 的 大 部 分 時(shí) 間 就 會(huì) 停 留 在getmsg()函 數(shù) 內(nèi) 等 待 消 息 ， 當(dāng) 有 按 鍵 命 令 或 遇 到 障 礙 時(shí) 返 回 消 息 值 ， 主 任 務(wù) 對(duì)其 進(jìn) 行 相 應(yīng) 的 處 理 。 本 章 小 結(jié)本章主要介紹了對(duì)系統(tǒng)功能模塊的劃分，采用兩片 AT89C52 單 片 機(jī) 輔 以 各種 功 能 模 塊 共 同 實(shí) 現(xiàn) 小 車 的 各 項(xiàng) 功 能 。 軟 件 方 面 通 過 軟 件 的 分 層 結(jié) 構(gòu) 將 功 能 實(shí)現(xiàn) 和 具 體 的 硬 件 分 離 開 ， 采 用 多 任 務(wù) 結(jié) 構(gòu) 和 消 息 驅(qū) 動(dòng) 結(jié) 構(gòu) 對(duì) 后 續(xù) 的 軟 件 設(shè) 計(jì) 帶來 極 大 的 便 利 。11第 3 章 芯 片 簡(jiǎn) 介 AT89C52 單 片 機(jī) MCS51 單片機(jī)簡(jiǎn)介MCS51 單片機(jī)是美國(guó) INTEL 公司于 1980 年推出的一系列單片機(jī)的總稱，如 8031，8051，8751，8032，8052，8752 等，其中 8051 是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在 8051 的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用 8051 來稱呼 MCS－51 系列單片機(jī)。與 MCS48 單片機(jī)相比，MCS－51 的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá) 111 條，MCS51 單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS51 系列和其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品。MCS51 以其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代“ 名機(jī) ”，為以后的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。MCS51 單 片 機(jī) 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所 示 ： AT89C52 單片機(jī)在 眾 多 的 單 片 機(jī) 系 列 中 ， AT89C52 是 一 種 低 功 耗 、 高 性 能 CMOS 8 位時(shí)鐘電路 ROM RAM 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器CPU并行接口 串行接口 中斷系統(tǒng)TXD RXD INT0 INT1P0~P3T0 T1圖 8051 單 片 機(jī) 的 基 本 結(jié) 構(gòu)12微 控 制 器 ， 具 有 8K byte 可 編 程 Flash 存 儲(chǔ) 器 ， 使 用 Atmel 公 司 高 密 度 非 易失 性 存 儲(chǔ) 器 技 術(shù) 制 造 ， 與 工 業(yè) 80C51 產(chǎn) 品 指 令 和 引 腳 完 全 兼 容 。 片 上 Fl