【正文】 ...................... 27 附 錄 ............................................ 28 1 緒 論 本設(shè)計(jì)采用 MCS51 系列中的 89C51單片機(jī)。 80C51 是一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。 第三代單片機(jī)包括了 Intel公司發(fā)展 MCS51 系列的新一代產(chǎn)品， 以 89C51為核心推出的大量各具特色﹑與 89C51兼容的單片機(jī)。這一代單片機(jī)中，在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式。 本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的 89C51 為控制核心， 89C51 采用 CHOMS 工藝，功耗很低。尤其是在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳感器進(jìn)行檢測。 2 第一章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成 確定 如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測器，實(shí)現(xiàn)對電動車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制。 圖 11系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)組成 1） 霍爾測速模塊 采用型號為 A3144 的霍爾片作為霍爾測速模塊的核心，該霍爾片體積小，安裝靈活，價(jià)格合理，可用于測速，可與普通的磁鋼片配合工作。 AT89C51 是帶 4K 字節(jié)閃爍可編程擦除只讀存儲器的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器。 3） 顯示模塊 采用 LCD 液晶顯示屏 ,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大 ,可顯示大量文字 ,圖形 ,顯示多樣 ,清晰可見 ,并且連接很方便 ,所 以在此設(shè)計(jì)中采用了 LCD液晶顯示屏。該方案不論在硬件焊接方面還是在編寫軟件方面都簡單方便，而且成本低廉。該方案實(shí)施簡單，電路搭建方便，可作為單片機(jī)開發(fā)常備電源使用。 單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，在硬件、指令系統(tǒng)及 I/O 能力等方面都有獨(dú)到之處，具有較強(qiáng)而有效的控制功能。另一方面，單片機(jī)畢竟是一個(gè)芯片，只有外加所需的輸入、輸出設(shè)備，才可以構(gòu)成實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 主要功能特性： MCS51 兼容 字節(jié)可編程 FLASH存儲器 ： 1000 寫 /擦循環(huán) ： 10 年 ： 0Hz24MHz 8 位內(nèi)部 RAM 可編程 I/O 線 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 個(gè)中斷源 AT89C51 各引腳功能介紹： 5 VCC： AT89C51 電源正端輸入，接 +5V。 XTAL1：單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。 RESET： AT89S52 的重置引腳，高電平動作，當(dāng)要對晶片重置時(shí)，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開始讀 圖 21 AT89C51引腳 入程序代碼而執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA 引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲器空間。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時(shí)，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓 6 （ Vpp）。 AT89S52 可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的 8位鎖存器（如 74LS373），將端 口 0的地址總線（ A0～ A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)?AT89S52 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。此外在燒錄 8751 程序代碼時(shí)，此引腳會被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。 AT89S52可以利用 PSEN及 RD 引 腳分別啟用存在外部的 RAM與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用 64K的定址范圍 [4]。其他三個(gè) I/O端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0在當(dāng)做 I/O 用時(shí)可以推動 8個(gè) LS的 TTL負(fù)載。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口 0送出的地址栓鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2 所送出的 A8～A15合成一完整的 16 位地址總線，而定址到 64K的外部存儲器空間 [5]。 P2 除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52 擴(kuò)充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個(gè)時(shí)候 P2便不能當(dāng)做 I/O 來使 用了。如果是使用 8052或是 8032 的話， 又當(dāng)做定時(shí)器 2的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位 [6]。 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信輸入。 ： INT0，外部中斷 0輸入。 ： T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(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，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 指令是 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。在由外部程序存儲器取指期間 ，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時(shí) ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲（ 0000HFFFFH），不管是否有內(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）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。它的工作方式可以通過指令對相應(yīng)的特殊功能寄存器編程來設(shè)定，或作定時(shí)器用，或作外部事件計(jì)時(shí)器用。作定時(shí)器使用時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖由單片機(jī)內(nèi)部振蕩器提供，計(jì)數(shù)頻率為 f /12,每個(gè)機(jī)器周期加 1。不論用作定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器，每當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)，都會向 CPU 發(fā)出中斷請求。定時(shí)器主要用到了 2 個(gè)寄存器 ,一個(gè)為 TCON,另一個(gè)為 TMOD。 TMOD 是用來設(shè)置定時(shí)器的模式的。通常 8051 單片機(jī)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的初始化編程包括如下幾個(gè)步驟 :，即給方式控制寄存器 TMOD 寫入控制字。 IE 置初值，決定是否開放定時(shí)器中斷。 外部中斷：對某個(gè)中央處理機(jī)而言，它的外部非通道式裝置所引起的中斷稱為外部中斷。選擇電平觸發(fā)時(shí)，單片機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期檢查中斷源口線，檢測到低電平，即置位中斷請求標(biāo)志，向 CPU 請求中斷。 應(yīng)用時(shí)需要特別注意的幾點(diǎn)： 1．電平觸發(fā)方式時(shí)，中斷標(biāo)志寄存器不鎖存中斷請求信號。因此當(dāng) CPU 正在執(zhí)行同級中斷或更高級中斷期間，產(chǎn)生的外部中斷源（產(chǎn)生低電平）如果在該中斷執(zhí)行完畢之前撤銷（變?yōu)楦唠娖剑┝?，那么將得不到響?yīng)，就如同沒發(fā)生一樣。 2．邊沿觸發(fā)方式時(shí)，中斷標(biāo)志寄存器鎖存了中斷請求。因此當(dāng) CPU 正在執(zhí)行同級中斷（甚至是外部中斷本身）或高級中斷時(shí)，產(chǎn)生的外部中斷（負(fù)跳變）同樣將被記錄在中斷標(biāo)志寄存器中。如果不希望這樣，必須在中斷退出之前，手工清除外部中斷標(biāo)志。一個(gè)中斷如果在沒有得到響應(yīng)之前就已經(jīng)被手工清除，則該中斷將被 CPU 忽略。 該系統(tǒng)主要用到的是單片機(jī)， 要使單片機(jī)工作起來最基本的電路構(gòu)成 是最小系統(tǒng)圖， 其中包括電源電路、時(shí)鐘電路、以及復(fù)位電路 該最小系統(tǒng)圖如 22 所示： 9 圖 22 單片機(jī)最小系統(tǒng) 霍爾元件 根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。 霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號采集的有 CS30 CS3040等，這種傳感器是一個(gè) 3 端器件，外形與三極管相似，只 要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（ OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。 12345678401312V C CP 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17I N T 0I N T 131 E A /V P1918X T A L 1X T A L 22017169 R E S E TRDWRG N D3938373635343332P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 072827262524232221P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27291514 T0T1301110R X TT X DA L E /P R O GP S E NU2A T 8 9S 51Y111 .0 592 MC122 PC222 PC310 6R18. 2K+5V C C ( + 5V ) 10 圖 23 CS3020 外形圖 測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識別的脈沖信號，從而進(jìn)行脈 沖計(jì)數(shù)。 測速電路原理圖 測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實(shí)際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。所謂計(jì)數(shù)法，就是給定一個(gè)閘門時(shí)間，在閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)輸入 的脈沖個(gè)數(shù)；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計(jì)數(shù)門，對一個(gè)高精度的高頻計(jì)數(shù)信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。1 誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時(shí)使用，第二種方法則在信號頻率低時(shí)使用。 圖