【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 AT89C52 有 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫(xiě)口線， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程 (S 系列的才支持在線編程 )。 其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 AT89C52RC 作為本設(shè)計(jì)的核心芯片如圖 2所示，是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)， ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)。 AT89C52RC 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 2 AT89C52RC 單片機(jī) AT89C52RC單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) AT89C52RC 單片機(jī)系列的存儲(chǔ)器用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各有自己的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。 AT89C52RC 的存儲(chǔ)器可分為五類：程序存儲(chǔ)器，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，特殊功能寄存器，位地址空間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 AT89C52RC單片機(jī)管腳簡(jiǎn)介 AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央 處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 AT89C52有 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫(xiě)口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地 降低開(kāi)發(fā)成本 。 AT89C52有 PDIP、 PQFP/TQFP及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性： 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 8k 可反復(fù)擦寫(xiě) (1000次） Flash ROM 32個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz 2個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2個(gè)外部中斷源 共 6個(gè)中斷源 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線 3級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 AT89C52RC 有 40引腳雙列直插（ DIP）、 44引腳（ PLCC）、 44引腳（ TQFP）封裝形式。 AT89C52RC的引腳功能如圖 3所示。 AT89C52RC 系列單片機(jī)采用了 CMOS 技術(shù)制造，它集成度高、速度快、功耗低。 AT89C52RC單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) AT89C52RC 單片機(jī)片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)框圖如圖 3 所示，主要由 9 個(gè)部分組成，分別是： 1 個(gè) 8 位中央處 理器； 4KBFlash 存儲(chǔ)器； 128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；32 條 I/O 接口線（ P0、 P P P3）； 2 個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 1 個(gè)具有 6 個(gè)中斷源、4 個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷嵌套結(jié)構(gòu)；用于多處理機(jī)通信、 I/O 擴(kuò)展或全雙工 UART 的串行口；特殊功能寄存器（ SFR）； 1 個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 圖 3 40 引腳雙列直插（ DIP）封裝 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 4 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 硬件設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中電路設(shè)計(jì)非常重要包括復(fù)位操作方式、晶振頻率、傳感器電路設(shè)計(jì)、電源 管理模塊、驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)。這些電路設(shè)計(jì)都以簡(jiǎn)單、使用為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中復(fù)位電路、晶振電路和電源構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。下面是詳細(xì)介紹。 復(fù)位操作方式 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化外，由于程序運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為使單片機(jī)正常工作，也需按復(fù)位鍵以從新啟動(dòng)。除 PC 之外，復(fù)位操作還對(duì)其它特殊功能寄存器有影響。復(fù)位操作還對(duì)單片機(jī)的個(gè)別引腳信號(hào)有影響。它們的復(fù)位狀態(tài)見(jiàn)附錄表例如；在復(fù)位期間 ALE 和 PSEN 信號(hào)變?yōu)闊o(wú)效狀態(tài)，即 ALE=1， PSEN=1。 (1)復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 24 個(gè)振蕩脈沖周期（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上。若使用頻率為 6MHZ 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò) 4微秒才能完成復(fù)位操作。 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)（ RST）送施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 (2)復(fù)位操作方式 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位 、按鍵電平復(fù)位、外部脈沖復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位四種方式。 圖 5 單片機(jī)復(fù)位電路圖 本次設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只要電源 VCC 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。復(fù)位時(shí)間計(jì)算方式：（ R） *（ C） =(歐姆） *（法拉）＝秒 R＝ ， C＝ 10UF 則延時(shí) 時(shí)間是（ *1000） *（ 10/1000000） ＝ 秒 晶振頻率 AT89C52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見(jiàn)圖 10。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 C C2 雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。10pF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖 10 右圖 所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 晶振電路是單片機(jī)不可缺少的，這種電路是單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路，由只需要在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2引腳邊接一個(gè)晶體振蕩器或一個(gè)陶瓷振蕩器，并通過(guò)兩個(gè)電容后接地即可， XTAL1 和 XTAL2 分別為單片機(jī)片內(nèi)反相器的輸入和輸出端口，因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部工 作 需要時(shí)鐘，產(chǎn)生機(jī)器周期，振蕩電容一般選取 1030PF，振蕩電路的頻率要滿足單片機(jī)的工作頻率要求，單片機(jī)才能正常工作。如圖 6 所示。 at 系列 單片機(jī)是 12 分頻，如用 12M 的晶振分頻后就是 12M/12=1M 一個(gè)指令周期就是 1/1M=1us。這樣使單片機(jī)具有良好的抗干擾能力。 圖 6 單片機(jī)晶振電路圖 傳感器電路 尋跡傳感器模塊的設(shè)計(jì)是整個(gè)智能小車(chē)設(shè)計(jì)中最重要的一部分，其作用相當(dāng)于人的眼睛和耳朵，采集外部路面的信息并將其送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其能否正常工作直接影響著小車(chē)隊(duì)路面的判斷以及小車(chē) 下一步的行動(dòng)，因而其布局的合理性與有效對(duì)小車(chē)穩(wěn)定而又快速的行駛起著關(guān)鍵的作用。我們認(rèn)為在傳感器的布局中，要解決兩個(gè)問(wèn)題：信息檢測(cè)的精確度和信息檢測(cè)的前沿性。 （ 1）本設(shè)計(jì)中選用的傳感器如圖 7所示，白色為：紅外發(fā)射探頭（連續(xù)的發(fā)射紅外光線）。黑色為：紅外接收探頭（接收反射回來(lái)的紅外光線） 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 7 紅外發(fā)射管與紅外接收探頭 本設(shè)計(jì)中安裝了三組紅外探頭，排成三角形。 （ 2） 傳感器電路圖如圖 8 所示 ， 詳細(xì)全圖見(jiàn)附錄 圖 8 紅外發(fā)射與接收探頭相關(guān)的匹配電阻 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 220 電阻：紅外發(fā)射器的降壓與限流電阻（完成對(duì)紅外發(fā) 射器的保護(hù)）。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的電源是 5V，流過(guò)放光二極管的電流小于 20MA，放光二極管的管壓降為 ~2V。所以根據(jù)單片機(jī)電源減去二極管管壓降除以流過(guò)二極管電流，就可以得到所需要的電阻。 15K 電阻：紅外接收探器的光信號(hào)變電信號(hào)電阻（完成將反射回來(lái)的光信號(hào)）。 15K 的電阻選擇是隨意選擇的，也可以選擇 10K， 20K。因?yàn)榧t外接收探頭在工作時(shí)，就相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，所以電阻是隨意的。紅外發(fā)射與紅外接收， V1 紅外發(fā)射器：主要完成紅外線的發(fā)射， V2 紅外接收器：主要完成將反射回來(lái)的紅外光線接收到后再由電阻轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 （ 3）尋跡小車(chē)的尋跡原理 尋跡小車(chē)之所以能夠?qū)ほE，主要是由 小車(chē)下 方的兩對(duì)紅外發(fā)射與接收探頭來(lái)完成的。我們知道光有反射的特性。所以說(shuō)當(dāng) 下 方的紅外發(fā)射出來(lái)的光線遇到物體時(shí)，就會(huì)形成反射的光線，而這個(gè)經(jīng)反射的紅外光線剛好被紅外接收探頭接收到。當(dāng)紅外接收探頭接收到信號(hào)后，再將 轉(zhuǎn)變成的電 信號(hào)送到單片機(jī)由單片機(jī)內(nèi)部的程序來(lái)控制小車(chē)的運(yùn)行。那么如何知道是黑線還是白線呢？原來(lái)紅外光線有一個(gè)反射特性。但對(duì)于不 同 的物體反射特性是不一樣的，特別是對(duì)白色反光的物體，紅外光線的反射量將會(huì)多一點(diǎn)。而對(duì)黑色不反光的物體，紅外反射量將會(huì)大量 的減少。那么我們就可以利用這個(gè)特性來(lái)完成黑與白的判斷。通過(guò)電路的合理安裝，可以將這種接收到的紅外光線變化量轉(zhuǎn)換為電壓值傳送到單片機(jī)中。返回的電壓值為低電平，而單片機(jī)就可以進(jìn)行各種智能化控制了。例如，完成黑白線的尋跡功能，還有倒車(chē)停車(chē)的功能。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 供電電路：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)供電采用雙電源分別對(duì)電機(jī)和控制器供電?？紤]到小車(chē)是個(gè)不斷運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，采用干電池供電?？偟墓╇娤到y(tǒng)是有 6V 的大功率電池儲(chǔ)能，經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換單元。由一個(gè) 6V 轉(zhuǎn)為 5V 對(duì)控制單元供電；另一個(gè) 6V電池直接對(duì)電機(jī)的供電端連接。供電部分的分 析將在后 面結(jié)合 整個(gè)系統(tǒng)的供電電路進(jìn)行詳細(xì)介紹。電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制電路：通過(guò) 51 單片機(jī)，控制端口對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。 直流電機(jī)的控制一般由單片機(jī)的 PWM 信號(hào)來(lái)完成，因?yàn)閱纹瑱C(jī)引腳產(chǎn)生的電流很小，不足以驅(qū)動(dòng)需要大電流的電機(jī)，所以在這里我們采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L9110，讓單片機(jī)控制他，來(lái)間接的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，他的輸入只要一個(gè)單片機(jī)信號(hào)，輸出腳可以輸出很大的電流。電路圖示見(jiàn)圖 9，管腳定義見(jiàn)表 1。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 序號(hào) 符號(hào) 功能 1 OA A 路輸出管 2 VCC 電源電壓 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 3 VCC 電源電壓 4 OB B 路輸出管 5 GND 地線 6 IA A 路輸入管教 7 IB B 路輸入管教 8 GND 地線 表 1 管腳定義表 圖 10 管腳波形圖 描述： L9110 是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個(gè) TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性 。兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)，它具有較大的電流驅(qū)動(dòng) 能力，每通道能通過(guò)750~800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá) ~；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開(kāi)關(guān)功率管的使用上安全可靠。