【文章內(nèi)容簡介】 處理器（ CPU）和 FLASH 存儲單元，片內(nèi)的存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程。因此， AT89C51 是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價格合理的單片機(jī)，可方便應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 在本系統(tǒng)中， AT89C51單片機(jī)的 P1口用于 LCD1602顯示， 、 、 、 PWM驅(qū)動控制， 、 ， 測障礙物， 、 、 。 LED提示 ， 器報警， 0用于檢測金屬鐵片。 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 另外， AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的 ，其工作頻率可降到零并提供兩種軟件的省電方式 空閃方式和掉電方式。在空閃方式中， CPU 停止工作。在掉電方式中，片內(nèi)的振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi) RAM 中的內(nèi)容，直到下次硬件復(fù)位為止。 管腳說明 10 圖 AT89C51引腳 VCC（ 40） ：供電電壓 ,其工作電壓為 5V。 GND（ 20） ：接地。 P0 口 （ ） ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1口 ()： P1口是一個內(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 門電流。 P1 口管腳寫入 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2 口 ()： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時，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， 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)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 11 P3 口 ()： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “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 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 所示： 表 P3 口第二功能介紹 端 口管腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部 輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST（ 9） ：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG(30)：當(dāng)訪問外部存儲器時，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， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它 可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， 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，置位無效。 /PSEN(29)：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP(31)：當(dāng) /EA 保持低電平 時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA12 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1（ 19） ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2（ 18） ：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 XTAL1和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘 源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 AT89C51 最小系統(tǒng) AT89C51 最小系統(tǒng)接線如圖 所示，在 XTAL XTAL2 端接上晶振及兩個諧振電容，在 RESET 端接上相應(yīng)的電阻和電容，如果需要按鍵復(fù)位，加上按鍵即可組成一個最小系統(tǒng)，按要求通電后，系統(tǒng)就可以正常工作了。AT89C51 的最小系統(tǒng)圖如下圖 ： 圖 AT89C51 最小系統(tǒng) 3． 2 檢測軌跡電路 13 軌 跡探測電路根據(jù)反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。該電路包括一個紅外發(fā)光二極管、一個紅外光敏三極管及其上拉電阻。如圖 所示。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導(dǎo)通，發(fā)出一個電平跳變信號。 當(dāng)小車在白色地面行駛時，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號， 經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，那么圖 導(dǎo)通， 輸出低電平，經(jīng) LM306 電壓比較器送單片機(jī)控制。 當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，輸 出高電平，從而實現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能。將檢測到的信號送到單片機(jī) I/O 口，當(dāng) I/O 口檢測到的信號為高電平時，表明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng) I/O 口檢測到的信號為低電平時，表明小車行駛在白色地面上。即 當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時輸入電平為高電平，反之為低電平。 圖 探測軌跡電路 為了保證小車沿黑線行駛，采用了兩個檢測器并行排列，左右方向都可以進(jìn)行控制，控制精度得以提高。在小車行走過程中， 結(jié)合查詢方式，通過程序控制14 小車行走軌跡。 如果左方向偏離黑線，則右側(cè)的探頭就會檢測到黑線，把信號傳送到單片機(jī)，進(jìn)行處理校正?？刂破湎蛴肄D(zhuǎn)；如果右方向偏離黑線，則左側(cè)的探頭就會檢測到黑線，把信號傳送到單片機(jī)，進(jìn)行處理校正?？刂破湎蜃筠D(zhuǎn)。從而保證小車沿黑線行駛。 電路中的可調(diào)電阻可調(diào)節(jié)靈敏度，以滿足小車在不同光度的環(huán)境中能夠?qū)ほE。由于接收對管裝在車底，發(fā)射距離的遠(yuǎn)近較難控制，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，靈敏度不高，因此采用在對管上套一塑料管，屏蔽外界光的影響，靈敏度將大幅提升。在該電路中，加比較器 LM306的目的是使模擬量轉(zhuǎn)化為開關(guān)量，便于處理。 3． 3 檢測金屬 片電路 電感式接近開關(guān)由三大部分組成： LC 振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。它的工作原理是外界的金屬性物體對它的高頻 — 振蕩器產(chǎn)生非接觸式感應(yīng)作用。振 蕩器即是由纏繞在鐵氧體磁芯上的線圈構(gòu)成的 LC 振 蕩電路。 振 蕩器通過傳感器的感應(yīng)面，在其前方產(chǎn)生一個高頻交變的電磁場。當(dāng)外界的金屬性導(dǎo)電物體接近這一磁場，并到達(dá)感應(yīng)區(qū)時，在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流效應(yīng)， 這個渦流反作用于接近開關(guān)， 從而導(dǎo)致 LC 振 蕩電路 振蕩能力衰減 ，振幅變小， 內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化， 即稱之為阻尼現(xiàn)象。這一 振 蕩的變化，即被開關(guān)的后置電路放大處理并轉(zhuǎn)換為一確定的輸出 信號，觸發(fā)開關(guān)并驅(qū)動控制器件，從而達(dá)到非接觸式目標(biāo)檢測之目的 。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。 其原理框圖如圖 所示。 圖 接近開關(guān)原理框圖 在車底中部安裝一個金屬檢測傳感器，將其檢測面對準(zhǔn)運(yùn)行路面，當(dāng)小車通過金屬鐵塊時， 輸出端輸出一個 高電平信號， 將這個 高電平 信號 通過 74LS04 反相器，將信號 用單片機(jī)檢測出來，借此控制電動機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的動作 ，并聲光提示。檢測金屬鐵片電路原理圖如圖 。 15 圖 檢測金屬鐵 片 電路 3． 4 檢測障礙物 電路 采用超聲波傳感器探測 障礙物。超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，其頻率超過 20KHz，分橫向振蕩和縱向振蕩兩種，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。它有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過程中有衰減。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，結(jié)合不同的電路，可以制成超聲波儀器及裝置，在通訊、醫(yī)療及家電中獲得廣泛應(yīng)用。 作為超聲波傳感器的材料，主要為壓電晶體。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉(zhuǎn)變成電能，故它分為發(fā)送器和接收器。超聲波傳感器有透射型 、反射型兩種類型，常用于防盜報警器、接近開關(guān)、測距及材料探傷、測厚等。 本設(shè)計應(yīng)用反射式超聲波探測電路探測障礙物。該電路分為超聲發(fā)射電路，超聲接收電路和信號處理電路。 (1)超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路原理如圖 所示。發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反相器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出 端采用兩個反相器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻 R4 R42 一方面可以提高反相器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由震蕩時間。 16 圖 .1 超聲波發(fā)射電路 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，它有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩級外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有震蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板震動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板 接受到超聲波時，將壓迫壓電晶片作震動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器了。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 圖 .2 超聲波 換能器結(jié)構(gòu)圖 （ 2）超聲波接收電路 超聲波接收電路使用超聲波接收傳感器， 當(dāng)它接收到超聲波信號（為正弦波信號）后輸入到集成比較器 LM393 進(jìn)行處理。 LM393 輸出的是比較規(guī)范的方波信號。將此方波信號輸出到信號處理電路。電路如圖 所示。 17 圖 超聲波接收和處理電路 （ 3） 信號處理電路 信號處理電路使 用集成電路 LM2907N，它原是測量轉(zhuǎn)速用的 IC,其內(nèi)部有 F/V轉(zhuǎn)換器和比較器 、充電泵、高增益運(yùn)算放大器， 它的輸出要求有一定頻率的信號，能將頻率信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號 。 LM2907N 具有以下特點(diǎn)： LM2907N進(jìn)行頻率倍增時只需使用一個 RC網(wǎng)絡(luò)； 以地為參考點(diǎn)的轉(zhuǎn)速計（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入； 運(yùn)算放大器／比較器采用浮動三極管輸出； 最大 50mA 的輸出電流可驅(qū)動開關(guān)管、發(fā)光二極管等； 內(nèi)含的轉(zhuǎn)速計使用充電泵技術(shù)，對低紋波有頻率倍增功能； 比較器的滯后電壓為 30mV 利用這個特性可以抑制 外界干擾； 輸出電壓與輸入頻率成正比，線性度典型值為 177。% ； 具有保護(hù)電路，不會受高于 Vcc 值或低于地參考點(diǎn)輸入信號的損傷； 在零頻率輸入時， LM2907N的輸出電壓可根據(jù)外圍電路自行調(diào)節(jié)； 當(dāng)輸入頻率達(dá)到或超過某一給定值時，可將輸出用于驅(qū)動繼電器、指示燈等負(fù)載。 LM2907N 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各引腳功能 如圖