【文章內(nèi)容簡介】 0。 P2口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P3口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。 ： RST/Vpd、ALE/PROG、PSEN、EA/Vpp組成了MSC51的控制總線。 RST/Vpd（9腳）：復(fù)位信號輸入端（高電平有效）。 第二功能：加+5V備用電源，可以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)RAM信息不丟失。 ALE/PROG(30腳）：地址鎖存信號輸出端。 第二功能：編程脈沖輸入。 PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。 EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲器使能端。 第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。(4)74HC244功能圖 74HC244功能圖符號引腳描述1/OE11號輸入輸出口(低電平有效)1A021數(shù)據(jù)輸入02Y031總線輸出01A141數(shù)據(jù)輸入12Y152總線輸出11A261數(shù)據(jù)輸入22Y272總線輸出21A381數(shù)據(jù)輸入32Y392總線輸出3GND10接地(0V)2A3112數(shù)據(jù)輸入31Y3121總線輸出32A2132數(shù)據(jù)輸入21Y2141總線輸出22A1152數(shù)據(jù)輸入11Y1161總線輸出12A0172數(shù)據(jù)輸入01Y0181總線輸出02/OE192號輸入輸出口(低電平有效)Vcc20電源電壓輸出驅(qū)動能力：15個(gè)LSTTL門輸出可直接連接到CMOS,NMOS和TTL工作電壓范圍2~6V最小輸入電流：1mA高抗干擾特性CMOS裝置按照J(rèn)EDEC第7A標(biāo)準(zhǔn)定義(5)硬件擴(kuò)展總線ASBUS能力風(fēng)暴控制板設(shè)計(jì)了ASBUS總線見（），簡單類似于ISA和PCI總線。采用堆疊式的ASBUS擴(kuò)展卡可以方便擴(kuò)展控制板的功能, 它分為ASBUSA和ASBUSB兩部分。機(jī)器人主板上ASBUSA和ASBUSB插槽用于插各種功能的擴(kuò)展卡。ASBUSA和ASBUSB引腳圖和各部分功能如下所示: ASBUS信號線ASBUSA和ASBUSB分別有14個(gè)信號線。各信號線功能如下：PCOPC7：數(shù)據(jù)總線/RESET：復(fù)位信號/IRQ：外部中斷輸入腳VCC：+5V電源（負(fù)載不要超過300MA），可用于擴(kuò)展卡的電源輸入端。Vmotor：電機(jī)電壓，也即電池電壓，可接較大負(fù)載。GND：地IS0IS3：輸入選擇線03OS00S3：輸出選擇線03PA1PA2：輸入捕捉口，可用來擴(kuò)展數(shù)字或脈沖輸入的傳感器。PA3：輸出比較口，已被喇叭、DC3，servo使用，PE5PE7：模擬輸入口, 可用來擴(kuò)展溫度傳感器、力傳感器等模擬量輸入傳感器。 數(shù)字指南針擴(kuò)展卡的設(shè)計(jì) 課題來源及設(shè)計(jì)思路本課題主要是設(shè)計(jì)一塊基于能力風(fēng)暴機(jī)器人的數(shù)字指南針，用于“能力風(fēng)暴”大學(xué)版機(jī)器人在機(jī)器人足球比賽、滅火比賽和創(chuàng)意比賽中實(shí)時(shí)測量機(jī)器人所處的方位。該課題設(shè)計(jì)思路如圖1。 數(shù)字指南針擴(kuò)展卡設(shè)計(jì)思路(1) 傳感器的選擇如圖3所示霍爾器件A探測x 方向的磁場，B探測y方向的磁場。某一時(shí)刻磁場方向如圖3所示，A、B 探測到的磁場分別為一a和b。則單片 機(jī)通過處理此二數(shù)據(jù)便可得到方位角 e的值．從而判定當(dāng)前方位。，即地磁 南極方向．X軸正方向即為觀察者面 對的方向。目前市面上有多種霍爾器件。但 大多數(shù)靈敏度較低，考慮到地磁的磁感應(yīng)強(qiáng)度較為微弱．我們慎重選用了UGN3503型霍爾器件。此霍爾器件靈敏度較高，而且低噪輸出。(2) A／D轉(zhuǎn)換器的選擇由于傳感器UGN3503采集到的信息是連續(xù)變化的模擬量．不能被單片機(jī)直接處理，必須把這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能夠輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，因此我們選用了A／D轉(zhuǎn)換器TLC0832。TLC0832是串行通訊的8腳2路A／D轉(zhuǎn)換器件．在功能上和體積上都有優(yōu)勢。我們還可以把51改成2051進(jìn)一步縮小體積。而且串行通訊可以把它跟3503做到一起，這樣數(shù)據(jù)傳輸不受距離限制。此轉(zhuǎn)換器與處理器接口兼容性較好，同時(shí)又可以單機(jī)操作。在5V電壓供應(yīng)下，可以輸入 O～5V范圍內(nèi)電壓。TLC0831有單一輸入頻道；TLC0832已經(jīng)具有多重輸入頻道。連續(xù)的輸出被配置到接口標(biāo)準(zhǔn)變化寄存器或微處理器。(3) 傳感器UGN3503與A/D轉(zhuǎn)換TLC0832的連接 UGN3503與TLC0832的連接(4) A/D轉(zhuǎn)換TLC0832與單片機(jī)AT89C51的連接 TLC0832與AT89C51的連接轉(zhuǎn)換過程和時(shí)序要求:當(dāng)CS為低電平時(shí)DO為高阻狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開始之前，CS必須為高電平，以確保完成轉(zhuǎn)換。AT89C51需在其P11引腳產(chǎn)生總計(jì)8個(gè)時(shí)鐘脈沖，以提供作為TLC0832的CLK引腳的輸入。當(dāng)CS為高電平時(shí)，最先出現(xiàn)在DO引腳的信號為轉(zhuǎn)換值的最高位。AT89C51通過P12管腳，從TLC0832的DO引腳上連續(xù)移位讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。最初的4個(gè)脈沖的下降沿分別移出上一次轉(zhuǎn)換值的的第3位，其中第4個(gè)時(shí)鐘下降沿啟動采樣功能，采樣TLC0832模擬輸入信號的當(dāng)前值。后續(xù)3個(gè)時(shí)鐘脈沖送給CLK引腳，分別在下降沿把上一次轉(zhuǎn)換值的第0位轉(zhuǎn)換位移出。在第8個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿，芯片的采樣/保持功能開始保持操作，保持操作持續(xù)到下一個(gè)第4時(shí)鐘的下降沿。轉(zhuǎn)換周期由TLC0832的內(nèi)部振蕩器定時(shí)，不受外部時(shí)鐘的約束。一個(gè)轉(zhuǎn)換完成需要17μs。在轉(zhuǎn)換過程中，單片機(jī)給CS一個(gè)低電平，DO回到高阻態(tài)，下一次轉(zhuǎn)換序列之前，至少延時(shí)17μs，否則TLC0832的轉(zhuǎn)換過程將被破壞。(5) 89C51與74HC244的連接 89C51與74HC244的連接(6) 74HC244與ASBUSA，ASBUSB的連接(7) 方案設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：本設(shè)計(jì)方案原理圖比較簡單，芯片比較少，因此擴(kuò)展卡成本低、制作相對簡單；另外，由擴(kuò)展卡單片機(jī)直接發(fā)出控制信號控制，不占用主單片機(jī)，且所用硬件擴(kuò)展總線端口較少，不影響擴(kuò)展其它硬件該設(shè)備，開發(fā)成本較低．因此把該儀器應(yīng)用于一些簡單設(shè)備中后．可以在較小提高成本的條件下，為設(shè)備增加一項(xiàng)較為顯著的功能，提高其性價(jià)比。缺點(diǎn)：UGN3503芯片靈敏度較低，并且本設(shè)計(jì)課題最低只能實(shí)現(xiàn)精度為2176。的測量。 74HC244與ASBUSA，ASBUSB的連接 設(shè)計(jì)方案二(1) 芯片選擇V2XE是一種以集成微處理器作為控制和接口的新型2軸羅盤和大地磁場傳感器l1l。V2XE使用新型系統(tǒng)常用的3V工作電源，具有功耗低、尺寸小、在各種條件下的抗噪聲能力強(qiáng)、較大的測量靈敏感應(yīng)區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。V2XE結(jié)合了PNI公司專利的磁場感應(yīng)傳感器和測量電路技術(shù)，不受補(bǔ)償漂移的影響，在不同溫度下的測量結(jié)果很穩(wěn)定。V2XE通過簡單易行的標(biāo)準(zhǔn)SPI接口輸入／輸出數(shù)據(jù)。V2XE的典型特性如下：功率低(3v DC，2mA輸出)；封裝尺寸小f25．4mm~5．4mmx1 1．5mm)；高地磁感應(yīng)(0．01。)高地磁精度(2．0。)；數(shù)字接口輸出(3V標(biāo)準(zhǔn)SPI接口)；具有高的磁場感應(yīng)(0．00015Gauss)；具有大的磁場量程(177。11Gauss)。 方案二原理圖3. 方案優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：原理圖簡單，芯片少。缺點(diǎn)：V2XE傳感器價(jià)格昂貴，且為串行通信，編程實(shí)現(xiàn)困難。經(jīng)研究決定，采用設(shè)計(jì)方案一。在EDA(Electronic Design Automation)工具中，Protel 系列軟件一直是比較常用的。Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的，數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號層，16個(gè)電源地層和16個(gè)機(jī)加工層。Protel 99 SE(Second Edition)在原理圖設(shè)計(jì)和電路仿真方面增加了許多小的功能，而其最主要的改進(jìn)體現(xiàn)在電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)方面。Protel99 SE共分5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)(包含信號完整性分析)、自動布線器、原理圖混合信