【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng) 設(shè) 計 思 路本 設(shè) 計 以 AT89C52 單 片 機 作 為 控 制 系 統(tǒng) 的 核 心 實 現(xiàn) 對 電 動 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 、 后 退 、 左 轉(zhuǎn) 、 右 轉(zhuǎn) 、 停 止 等 動 作 ， 通 過 直 流 電 機 驅(qū) 動 小 車的 行 進 ， 通 過 步 進 電 機 控 制 小 車 的 轉(zhuǎn) 向 ， 并 配 合 超 聲 波 測 障 模 塊 ， 實 現(xiàn) 小 車 的測 障 報 警 功 能 。在手動遙控模式下，可以實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等功能，若在前進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停止，并發(fā)出聲光警告信號。同時，在轉(zhuǎn)彎或后退時小車相應(yīng)的轉(zhuǎn)向燈和倒車燈會閃爍發(fā)光，小車接收到一個按鍵命令后除了執(zhí)行相應(yīng)的動作外蜂鳴器還會響一聲，以告知操作者收到了命令。 系 統(tǒng) 硬 件 設(shè) 計 系統(tǒng)功能模塊的劃分系統(tǒng)的需求確定之后就需要對系統(tǒng)進行整體的分析和設(shè)計。功能模塊化是將系統(tǒng)劃分成若干個功能模塊，每個功能模塊完成了一個子功能，再把這些功能模塊總起來組成一個整體，以實現(xiàn)系統(tǒng)要求的整個的功能。功能模塊獨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)系的功能模塊來實現(xiàn)的。每個功能模塊只涉及該系統(tǒng)要求的一個具體子功能，而且與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的其他部分的接口是簡單的。獨立的功能模塊也比較容易測試和維護，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)計要求，系統(tǒng)分為以下幾個基本功能模塊：紅外遙控模塊、顯示模塊、前輪驅(qū)動模塊、后輪驅(qū)動模塊、超聲波測距避障模塊等。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)各個模塊所要實現(xiàn)的功能分別去6設(shè)計，細化設(shè)計工作，按照“逐步求精”的思想完成系統(tǒng)設(shè)計。 單片機數(shù)目的選定由 于 系 統(tǒng) 需 要 完 成 的 功 能 較 多 ， CPU 的 負 荷 也 較 重 ， 再 加 之 單 片 機 內(nèi) 的定 時 器 /計 數(shù) 器 、 中 斷 、 I/O 口 等 資 源 有 限 ， 如 果 選 用 一 片 單 片 機 必 將 會 給 系統(tǒng) 的 設(shè) 計 帶 來 一 些 困 難 。 所 以 可 以 考 慮 采 用 兩 個 單 片 機 構(gòu) 成 主 從 式 的 結(jié) 構(gòu) ， 各分 擔 一 部 分 控 制 與 運 算 功 能 ， 這 樣 兩 個 單 片 機 可 同 時 工 作 。 所 謂 主 從 式 結(jié) 構(gòu) 是指 從 單 片 機 根 據(jù) 主 單 片 機 發(fā) 出 的 命 令 來 完 成 某 項 功 能 ， 并 且 把 結(jié) 果 報 告 給 主 單片 機 ， 這 樣 的 結(jié) 構(gòu) 在 某 種 程 度 上 可 以 簡 化 系 統(tǒng) 。主 單 片 機 主 要 負 責 紅 外 遙 控 接 收 、 顯 示 、 小 車 的 運 動 以 及 處 理 遙 控 命 令 等功 能 ； 從 單 片 機 主 要 負 責 超 聲 波 測 障 功 能 ， 在 探 測 到 障 礙 物 時 將 有 關(guān) 信 息報 告 給 主 單 片 機 進 行 處 理 ， 并 由 主 單 片 機 采 取 相 應(yīng) 的 措 施 。本 設(shè) 計 中 采 用 兩 片 AT89C52 單 片 機 ， 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 顯示模塊主單片機前輪轉(zhuǎn)向 后輪驅(qū)動從單片機超聲探測障礙圖 系 統(tǒng) 原 理 框 圖 系 統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計7軟件在一個智能系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的作用，軟件設(shè)計的好壞直接關(guān)系著整個系統(tǒng)的性能。目前已經(jīng)有很多種嵌入式實時多任務(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，簡化變成，縮短開發(fā)周期。本設(shè)計采用 AT89C52 單 片 機 作 為 系 統(tǒng) 控 制 核 心 ， 單 片 機 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) ， 對系統(tǒng)中各獨立的功能模塊編寫?yīng)毩⒌能浖绦?，通過給外部提供了一些接口函數(shù)，來實現(xiàn)對其硬件及機械部件等的高級操作，達到“多任務(wù)“、 ”實時性“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)動層的軟件負載直接操作硬件，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現(xiàn)更復(fù)雜的功能，并且系統(tǒng)的硬件有所改動時也只需改動相應(yīng)的驅(qū)動模塊即可。本設(shè)計中的前輪轉(zhuǎn)向模塊、后輪驅(qū)動模塊、顯示模塊等都做成了一些獨立的模塊，并且給外部提供了一些接口函數(shù)，來實現(xiàn)對這些硬件設(shè)備或機械部件的高級操作。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)的單片機程序一般采用單任務(wù)機制，單任務(wù)系統(tǒng)具有簡單直觀、易于控制的優(yōu)點。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 任 務(wù) 同 時 運 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 的 CPU、 內(nèi) 存 等 資 源 ， 本 設(shè) 計 采 用 多 任 務(wù) 軟 件 結(jié)構(gòu) ， 即 從 宏 觀 上 來 看 單 片 機 同 時 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 的 時 候 任 務(wù) 調(diào) 度 器 將 保 存 當 前 任 務(wù) 的 現(xiàn)場 ， 并 且 恢 復(fù) 將 要 運 行 的 任 務(wù) 的 現(xiàn) 場 ， 并 讓 其 投 入 運 行 。 簡 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 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 中 采 用 定 時 器 每 隔 一 定 的 時 間 中 斷 一 次 ， 在 中 斷 處 理 函 數(shù) 中 依 次 調(diào)用 各 個 任 務(wù) 所 對 應(yīng) 的 函 數(shù) ， 并 且 各 個 函 數(shù) 都 能 在 一 個 較 短 的 時 間 內(nèi) 返 回 ， 這 樣在 某 段 時 間 內(nèi) ， 各 個 任 務(wù) 所 對 應(yīng) 的 函 數(shù) 都 能 夠 被 執(zhí) 行 到 ， 就 好 像 多 個 任 務(wù) 同 時運 行 了 。本 系 統(tǒng) 中 軟 件 的 多 任 務(wù) 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所 示 ， 定 時 器 中 斷 處 理 函 數(shù) 就 是 本設(shè) 計 中 多 任 務(wù) 的 核 心 ， 即 任 務(wù) 調(diào) 度 器 。在 主 單 片 機 上 有 以 下 五 個 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 “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) 計成 無 限 循 環(huán)結(jié) 構(gòu)定時器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 驅(qū) 動 任 務(wù) ： qd_dianji()， 實 現(xiàn) 電 機 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 電 機 讓 前 輪 轉(zhuǎn) 到 指 定 的 角 度 。在 從 單 片 機 上 有 以 下 兩 個 任 務(wù) ：(1) 前 超 聲 測 障 任 務(wù) ： chaosheng_qian()， 由 從 單 片 機 的 定 時 器 中 斷 處 理函 數(shù) timer0()每 隔 64 毫 秒 調(diào) 用 一 次 ；(2) 后 超 聲 測 障 任 務(wù) ： chaosheng_hou()， 由 從 單 片 機 的 定 時 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)動結(jié)構(gòu)“消 息 ”是 程 序 運 行 機 制 中 一 個 基 本 而 又 重 要 的 概 念 。 消 息 是 一 個 報 告事 件 發(fā) 生 的 通 知 ， 消 息 驅(qū) 動 是 圍 繞 消 息 的 產(chǎn) 生 與 處 理 展 開 的 ， 并 依 靠 消 息 循 環(huán)機 制 來 實 現(xiàn) 。 從 程 序 設(shè) 計 的 觀 點 來 看 ， 某 條 消 息 的 產(chǎn) 生 可 被 視 為 某 個 事 件 的發(fā) 生 ?？紤]到系統(tǒng)中無論是操作者按下一個按鍵，還是遇到障礙物，這些事件都有一個共同點，就是系統(tǒng)要對這些事件做出相應(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，然后由一個消息搜集模塊去等待各種消息。一旦某個事件發(fā)生，該模塊馬上給主任務(wù)返回該事件的編號，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 消 息 ：define NULL 0//按 鍵 消 息 的 定 義define MSG_K_QIAN 0x01 //“前 進 ”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 外 提 供 了 兩 個 接 口 函 數(shù) ： getmsg()函 數(shù) 一 直 等 待 到 有 消息 時 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 消 息 搜 集 模 塊 后 ， 主 任 務(wù) 執(zhí) 行 的 大 部 分 時 間 就 會 停 留 在getmsg()函 數(shù) 內(nèi) 等 待 消 息 ， 當 有 按 鍵 命 令 或 遇 到 障 礙 時 返 回 消 息 值 ， 主 任 務(wù) 對其 進 行 相 應(yīng) 的 處 理 。 本 章 小 結(jié)本章主要介紹了對系統(tǒng)功能模塊的劃分，采用兩片 AT89C52 單 片 機 輔 以 各種 功 能 模 塊 共 同 實 現(xiàn) 小 車 的 各 項 功 能 。 軟 件 方 面 通 過 軟 件 的 分 層 結(jié) 構(gòu) 將 功 能 實現(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 結(jié) 構(gòu) 對 后 續(xù) 的 軟 件 設(shè) 計 帶來 極 大 的 便 利 。11第 3 章 芯 片 簡 介 AT89C52 單 片 機 MCS51 單片機簡介MCS51 單片機是美國 INTEL 公司于 1980 年推出的一系列單片機的總稱，如 8031，8051，8751，8032，8052，8752 等，其中 8051 是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在 8051 的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用 8051 來稱呼 MCS－51 系列單片機。與 MCS48 單片機相比，MCS－51 的結(jié)構(gòu)更先進，功能更強，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 111 條，MCS51 單片機可以算是相當成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS51 系列和其兼容的單片機仍是應(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 ”，為以后的其它單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。MCS51 單 片 機 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所 示 ： AT89C52 單片機在 眾 多 的 單 片 機 系 列 中 ， AT89C52 是 一 種 低 功 耗 、 高 性 能 CMOS 8 位時鐘電路 ROM RAM 定時器/計數(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 的 基 本 結(jié) 構(gòu)12微 控 制 器 ， 具 有 8K byte 可 編 程 Flash 存 儲 器 ， 使 用 Atmel 公 司 高 密 度 非 易失 性 存 儲 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