【正文】 89C51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。與MCS51 兼容 2全靜態(tài)工作：0Hz24Hz6128*8位內(nèi)部RAM8兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器10可編程串行通道12片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路振蕩器特性： XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)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。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。 具有雙工UART串行通道。 雙數(shù)據(jù)指示器。 全新的加密算法，這使得對(duì)于89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。比如80589C51等等早期MCS51兼容產(chǎn)品。芯片擦除： 整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。串口通訊單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)鍵。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個(gè)寄存器SBUF？而不是收發(fā)各用一個(gè)寄存器。CPU 在讀SBUF 時(shí)會(huì)指到接收寄存器，在寫時(shí)會(huì)指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時(shí)的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個(gè)99H 地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個(gè)變量就可以對(duì)其進(jìn)行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99。 等頭文件中已對(duì)其做了定義，只要用include 引用就可以了。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。51 芯片的串口可以工作在幾個(gè)不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用SCON 寄存器。串行口工作模式設(shè)置。表中的fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。 　　SM2 在模式模式3 中為多處理機(jī)通信使能位。 　　REM 為允許接收位，REM 置1 時(shí)串口允許接收，置0 時(shí)禁止接收。, 都和上位機(jī)相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當(dāng)要求在處理某個(gè)子程序時(shí)不允許串口被上位機(jī)來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個(gè)子程序的開始處加入REM=0 來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入REM=1 再次打開串口接收。 　　TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是要發(fā)送的第9 位。 　　RB8 接收數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。在模式0 中，RB8 為保留位沒有被使用。 　　TI 發(fā)送中斷標(biāo)識(shí)位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。在任何模式下，TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)如中斷打開），這時(shí)TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會(huì)由硬件清除，所以這時(shí)必須用軟件對(duì)其清零。在模式0，接收第8 位結(jié)束時(shí)，由硬件置位。RI=1，申請(qǐng)中斷，要求CPU 取走數(shù)據(jù)。同樣RI 也必須要靠軟件清除。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時(shí)器1 或定時(shí)器2 的定時(shí)值（溢出速率）。波特率在使用串口做通訊時(shí)，一個(gè)很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機(jī)的波特率一樣時(shí)才可以進(jìn)行正常通訊。有一些初學(xué)的朋友認(rèn)為波特率是指每秒傳輸?shù)淖中袛?shù)，如標(biāo)準(zhǔn)9600 會(huì)被誤認(rèn)為每秒種可以傳送9600個(gè)字節(jié)，而實(shí)際上它是指每秒可以傳送9600 個(gè)二進(jìn)位，而一個(gè)字節(jié)要8 個(gè)二進(jìn)位，如用串口模式1 來傳輸那么加上起始位和停止位，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10 個(gè)二進(jìn)位，9600 波特率用模式1 傳輸時(shí)，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是9600247。51 芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個(gè)12M 的晶振來計(jì)算，那么它的波特率可以達(dá)到1M。模式1 和模式3 的波特率是可變的，取決于定時(shí)器1 或2（52 芯片）的溢出速率。 　　波特率=（2SMOD247。通常會(huì)使用定時(shí)器1 工作在定時(shí)器工作模式2 下，這時(shí)定時(shí)值中的TL1 做為計(jì)數(shù)，TH1 做為自動(dòng)重裝值 ，這個(gè)定時(shí)模式下，定時(shí)器溢出后，TH1 的值會(huì)自動(dòng)裝載到TL1，再次開始計(jì)數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，使得定時(shí)更準(zhǔn)確。 晶體是為了得到標(biāo)準(zhǔn)的無誤差的波特率，那么為何呢？計(jì)算一下就知道了。代入公式： 　　 　　9600=(2247。32)((12M/12)/(256TH1)) 　　TH1≈ 　　上面的計(jì)算可以看出使用12M 晶體的時(shí)候計(jì)算出來的TH1 不為整數(shù)，而TH1 的值只能取整數(shù)，這樣它就會(huì)有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600 波特率。(三)AT89C51 引腳功能介紹 AT89C51 單片機(jī)為40 引腳雙列直插式封裝,其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖（11）所示:各引腳功能簡單介紹如下：●VCC：供電電壓 ●GND：接地 ●P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位?！馪1口：P1口是一個(gè)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。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容?！馪3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。●RST：復(fù)位輸入。●ALE / PROG ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效?！馝A/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，訪問外部ROM；注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部ROM?！馲TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 （四）最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).。應(yīng)用89C51（52）單片機(jī)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，達(dá)到如下基本要求：具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位功能。具有基本的人機(jī)交互接口。具有一定的可擴(kuò)展性，單片機(jī)I/O口可方便地與其他電路板連接。 89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。(2) 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。 最小應(yīng)用（12） 三、方案比較與論證 （一）控制模塊的選擇方案方案一：采用FPGA為系統(tǒng)的控制器，F(xiàn)PGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能控制。通過輸入模塊將參數(shù)輸入給FPGA，F(xiàn)PGA通過程序設(shè)計(jì)控制直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)，但是由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的時(shí)間要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。本設(shè)計(jì)需要使用的軟件資源比較簡單，只需要完成數(shù)控部分、鍵盤輸入以及顯示輸出功能?！　〔捎肁T89C51單片機(jī)，能將相當(dāng)一部分外圍器件結(jié)合到一起，使用方便，抗干擾性能提高。其缺點(diǎn)就是由于存在機(jī)械觸點(diǎn)，直流電機(jī)容易產(chǎn)生噪聲。但它在運(yùn)行時(shí)高速扭矩小、啟動(dòng)頻率低、價(jià)格較高。（三）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)選擇方案 方案一：使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī) ：通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。 方案二：使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī) ： L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡單，使用比較方便。 L298N是一款能承受高壓大電流的全橋型直流/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 【1】其引腳排列如圖： L298N引腳排列圖（13）【2】電機(jī)驅(qū)動(dòng)A/B的控制邏輯如下表所示 圖（14）L298N簡介L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。紅外避障傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物反射的原理，進(jìn)行有、無障礙物的檢測。電路如圖15。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：（1）輻射計(jì)，用于輻射和光譜測量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。（1）待測目標(biāo)目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì)。根據(jù)待側(cè)目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。 （3）光學(xué)接收器它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。（4）輻射調(diào)制器對(duì)來自待測目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標(biāo)方位信息，并可濾除大面積的干擾信號(hào)。 （5）紅外探測器這是紅外系統(tǒng)的核心。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型。經(jīng)過制冷，設(shè)備可以縮短響應(yīng)時(shí)間，提高探測靈敏度。然后將此類信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器，按照探測的機(jī)理的不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。 熱探測器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的。 圖上所示為歐姆龍公司生產(chǎn)的漫反射式和對(duì)射式光電傳感器，這兩種傳感器主要用于事件檢測和物體定位。 紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測設(shè)備和其他部分的技術(shù)的提高，紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。 一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。傳感器市場的主要增長來自于無線傳器、MEMS(MicroElectroMechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等新興傳感器。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴(kuò)大。用于音頻或開關(guān)電路中的發(fā)射管稱調(diào)制管。使小車能準(zhǔn)確判斷發(fā)射回來的紅外線，做出準(zhǔn)確的判斷。技術(shù)指標(biāo) 頻率一般在30兆赫以下，輸出功率在1919年為2千瓦以下，1930年達(dá)300千瓦，70年代初已超過1000千瓦，效率高達(dá)80％以上。40年代電視發(fā)射管的工作頻率為數(shù)十兆赫，而80年代初，優(yōu)良的電視發(fā)射管可在1000兆赫下工作，輸出功率達(dá)輸出功率和工作頻率是發(fā)射管的基本技術(shù)指標(biāo)。平面電極結(jié)構(gòu)的小功率發(fā)射三極管可在更高的頻率下工作。陰極在最內(nèi)層，向外依次為各個(gè)柵極和陽極。 中小功率發(fā)射管多采用間熱式氧化物陰極。圖為網(wǎng)籠式陰極。柵極表面經(jīng)鍍金(或鉑)或涂敷鋯粉處理等,以降低柵極電子發(fā)射，使發(fā)射管穩(wěn)定工作。 發(fā)射管陽極直流輸入功率轉(zhuǎn)化為高頻輸出功率的部分約為75％，其余25％成為陽極熱損耗，因此對(duì)發(fā)射管的陽極必須進(jìn)行冷卻。大功率發(fā)射管的陽極都用銅制成，并作為真空密封管殼的一部分，采用各種強(qiáng)制冷卻方式。蒸發(fā)冷卻250瓦。發(fā)射管也常以冷卻方式命名，如風(fēng)冷發(fā)射管、水冷發(fā)射管和蒸發(fā)冷卻發(fā)射管。小功率發(fā)射管內(nèi)使用含鋇的吸氣劑；大功率發(fā)射管則采用鋯、鈦、鉭等吸氣材料，管內(nèi)壓強(qiáng)約為10的負(fù)五次方帕量級(jí)。大功率發(fā)射管壽命最高記錄可達(dá)8萬小時(shí)。工業(yè)高頻振蕩器普遍采用三極管。（三）紅外接收管接收管簡介 接收管在電子行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，最常用的就是紅外線接收管，是配對(duì)紅外線接收管使用的，大多采用無色透明樹脂封裝或黑色、淡藍(lán)色樹脂封裝三種形式，無色透明樹脂封裝的管子，可以透過樹脂材料觀察，管芯下有一個(gè)淺盤，它是用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成，體積小，正向驅(qū)動(dòng)接收光電信號(hào)。我們通過調(diào)節(jié)可變電阻來調(diào)節(jié)靈敏度。當(dāng)Q4導(dǎo)通并在Q4三極管集極采集到信號(hào)。接收管的使用 接收管在工作過程中其各項(xiàng)參數(shù)均不得超過極限值，因此在代換選型時(shí)應(yīng)當(dāng)注意原裝管子的型號(hào)和參數(shù)，不可隨意更換。由于紅外光波長的范圍相當(dāng)寬，故發(fā)射管必須與接收管配對(duì)使用，否則將影響遙控的靈敏度，甚至造成失控。（四）光電耦合 光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧