【正文】 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。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 31 80C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) 時(shí)鐘電路 80C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。振蕩晶體可在 到 12MHZ 之間選擇。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體 選擇 6MHZ,電容選擇 65pF。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO 電容。復(fù)位引腳 RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期 ,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA1D a t e : 2 3 J u n 2 0 1 2 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ A dm i n i s t r a t or \ D e s k t o p \ 新建文件夾 ( 5 ) \ M y D e s i gn 4 . d d bD r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9P0P1P2P3∞∞∞∞V C CV C C沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)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。時(shí)鐘頻率用 6MHZ 時(shí) C 取 22uF,R 取 1KΩ。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘頻率選用 6MHZ時(shí)， C 取 22uF,Rs 取 200Ω， RK 取 1KΩ。因此，前向通道設(shè)計(jì)與被測(cè) 對(duì)象的狀態(tài)、特征、所處環(huán)境密切相關(guān)。在通道電路設(shè)計(jì)中還涉及到模擬電路諸多問(wèn)題。作為測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)被測(cè)對(duì)象拾取必要的原始參量信號(hào)是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試以及對(duì)控制條件1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA1D a t e : 2 3 J u n 2 0 1 2 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ A dm i n i s t r a t or \ D e s k t o p \ 新建文件夾 ( 5 ) \ M y D e s i gn 4 . d d bD r a w n B y :R E S E T980C51V C C沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 的監(jiān)測(cè)也是不可缺少的環(huán)節(jié)。因此，在前向通道中，傳感器、敏感元件及其相關(guān)電路占有重要地位。同時(shí)使這些測(cè)量信號(hào)能滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)輸入接口的電平要求。由于在該通道中主要是傳感器與傳感器有關(guān)的信號(hào)調(diào)節(jié)、變換電路 ,故也可稱(chēng)為傳感器接口通道。最簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量輸入通道就是一個(gè)具有 TTL 電平的狀態(tài)開(kāi)關(guān)，如水銀溫度觸點(diǎn)、溫度晶閘管、時(shí)間繼電器、限位開(kāi)關(guān)等。 并不是所有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都有前向通道，例如時(shí)序控制系統(tǒng)，只根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)間序列來(lái)控制外部的運(yùn)行狀態(tài)；分布式測(cè)控系統(tǒng)中的智能控制總站完成上級(jí)主計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)、控子站計(jì)算機(jī)之間的指令、數(shù)據(jù)傳送。 前向通道的設(shè)計(jì) （ 1）傳感器的比較 [3] 識(shí)別障礙的首要問(wèn)題是傳感器的選擇，下面對(duì)幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明（見(jiàn)表 31）。該方法被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的研究上。不過(guò)在 ITS 系統(tǒng)中除了上文提出的場(chǎng)景限制外，還有以下問(wèn)題。另外超聲波傳感器的工作原理基于聲，即使可以使之測(cè)達(dá) 100m 遠(yuǎn)，但其更新頻率為 2Hz，而且還有可能在傳輸中受到它 信號(hào)的干擾，所以在 CW/ICC 系統(tǒng)中使用是不實(shí)際的。 易于多目標(biāo)測(cè)量和分類(lèi)，分辨率好 價(jià)格相合理，夜間不受影響 不受燈光、天氣影響。 不能直接測(cè)量距離，算法復(fù)雜，處理速度慢。 價(jià)格貴 視覺(jué)傳感器在 CW 系統(tǒng)中使用得非常廣泛。但是算法復(fù)雜，處理速度慢。主要優(yōu)點(diǎn)是可以魯棒地探測(cè)到障礙而不受天氣或燈光條件限制。但是仍存在性?xún)r(jià)比的問(wèn)題。它有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過(guò)程中有衰減。 作為超聲波傳感器的材料，主要為壓電晶體。超聲波傳感器有透射型、反射型兩種類(lèi)型，常用于防盜報(bào)警器、接近開(kāi)關(guān)、測(cè)距及材料探傷、測(cè)厚等。超聲波檢測(cè)如圖 33 超聲波檢測(cè)電路所示。后向通道是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)算處理后，對(duì)控制對(duì)象的輸出通道接口。根據(jù)目前單片機(jī)輸出功率的限制，不能輸出控制對(duì)象所要求的功率信號(hào)。輸出伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制信號(hào)，而伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的狀態(tài)反饋信號(hào)通常是作為檢測(cè)信號(hào)輸入前向通道。控制對(duì)象多為大功率伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，電磁、機(jī)械干擾較為嚴(yán)重。但這些干擾易從系統(tǒng)的前向通道竄入。這些數(shù)字信號(hào)形態(tài)主 要有開(kāi)關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，可直接用于開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)，但對(duì)于一些模擬量控制系統(tǒng)，則應(yīng)通過(guò)數(shù)／模轉(zhuǎn)換成模擬量控制信號(hào)。將單片機(jī)輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿(mǎn)足伺服驅(qū)動(dòng)的功率要求。主要防治伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)通道﹑電源以及空間電磁場(chǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾。 數(shù) /模轉(zhuǎn)換。 本設(shè)計(jì)調(diào)速采用 PWM 調(diào)速： 為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車(chē)的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，本設(shè)計(jì)采用了可逆 PWM 變換器。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式 H 型變換器，它是由 4 個(gè)三極電力晶體管和 4 個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。 4 個(gè)電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電壓分為兩組。 雙極式 PWM 變換器的優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1）電流一定連續(xù)； （ 2）可 使電動(dòng)機(jī)在四象限中運(yùn)行； （ 3）電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； （ 4）低速時(shí)，每個(gè)晶體管的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通； （ 5）低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達(dá) 20220 左右。運(yùn)算放大器工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，稍微有一點(diǎn)輸入信號(hào)就可使其輸出電壓達(dá)到飽和值，當(dāng)輸入電壓極性改變時(shí)，輸出電壓就在正、負(fù)飽和值之間變化，這樣就完成了把連續(xù)電壓變成脈沖電壓的轉(zhuǎn)換作用 。一個(gè)輸入信號(hào)是鋸齒波調(diào)制信號(hào)，另一個(gè)是控制電壓，其極性大小可隨時(shí)改變，與鋸齒波調(diào)制信號(hào)相減，從而在運(yùn)算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。改變控制電壓的大小 ,則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度 ,從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 邏輯延時(shí)環(huán)節(jié) 在可逆 PWM 變換器中 ,跨接在電源兩端的上下兩個(gè)晶體管經(jīng)常交 替工作。如果在此期間另一個(gè)晶體管已經(jīng)導(dǎo)通 ,則將造成上下兩管之通 ,從而使電源正負(fù)極短路。 電源的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的電源為車(chē)載電源。 顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中用兩片 4位八段數(shù)碼管 gem4561ae作顯示器 ,并具有雙重功能 ,在小車(chē) 不行駛時(shí)其中一片顯示年月 ,另一片顯示時(shí)、分。 本設(shè)計(jì)中采用新型芯片 EM78P458 作為顯示驅(qū)動(dòng)器 [7],它的管腳如圖 35 EM78P458 管腳介紹所示 ,用單片機(jī)的并行口控制 ,一個(gè)數(shù)碼顯示電路用 4 個(gè)口線 ,用專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片控制可以減少對(duì) CPU 的利用時(shí)間 ,單片機(jī)將有更多的時(shí)間去完成其他功能。 管腳 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g﹑ dp 分別接 680 歐電阻后與四位八段數(shù)碼管 5461中的 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g﹑ dp 相連，分別控制各段碼和小數(shù)點(diǎn)。管腳 vss 串上 10k 電阻后與 vcc 管腳相接后再接 +5v 電源，管腳 gnd 接地。 顯示驅(qū)動(dòng)器支持動(dòng)態(tài)顯示，其顯示功能如表 42 真值表所示， 00001001 顯示從 09數(shù)字， 1010是未進(jìn)位時(shí)是小數(shù)點(diǎn)清位， 1011是進(jìn)位后加小數(shù)點(diǎn)， 11001111是八段共陰數(shù)碼管的位選。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。過(guò)程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出， 以便控制生產(chǎn)。所謂 “模塊 ”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時(shí)子程序、避障子程序﹑中斷子程序顯示子程序﹑調(diào)速子程序﹑算法子 程序構(gòu)成。厘米位 miao equ 31h 。分米位 fmiao equ 33h 。米位 fenzh equ 35h 。小數(shù)點(diǎn)位 shimi equ 37h 。十分位 sudu equ 39h 。記時(shí)開(kāi)始 zhond equ 3bh zhodu equ 3ch zhon equ 3eh maicho equ 3fh jinweb equ 40h bhcs equ 41h dpan equ 42h fenchu equ 43h fencun equ 44h pand equ 45h fenmc equ 51h 0000h ajmp main 000bh ajmp st0 001bh ajmp st1 0100h main: mov limiw,00h mov miao,00h mov fenmi,00h mov fmiao,00h mov meter,00h 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 mov fenzh,00h mov point,0bh mov shimi,00h mov shifn,00h mov jishk,00h mov zhond,00h mov zhodu,00h mov zhon,00h mov maicho,00h mov jinweb,03h mov bhcs,00h mov sp,6fh mov tmod,21h mov th0,3ch mov tl0,0b0h mov th1,9ch mov tl1,9ch setb ea setb et0 setb et1 mov p1,0aah acall xianshi沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 軟件流程 如圖 41 流程圖所示。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，如能正確的采用軟件抗干擾技術(shù)，與硬件干擾措施構(gòu)成雙道抗干擾防線，無(wú)疑為了將大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。 數(shù)字濾波技術(shù) 一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬輸入信號(hào)中，均含有種種噪音和干擾，它們來(lái)自被測(cè)量本身、傳感器、外界干擾等。對(duì)于這類(lèi)信號(hào)，采用積分時(shí)間等于 20ms 的整數(shù)倍的雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，可有效的消除其影響。對(duì)于隨機(jī)干擾，我們可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。故實(shí)質(zhì)上它是 一種程序?yàn)V波。 數(shù)字濾波可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便，功能強(qiáng)的特點(diǎn)。 數(shù)字濾波器具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以數(shù)字濾波在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。若多次采樣后，信號(hào)總是變化不定，可停止采集，給出報(bào)警信號(hào)，由于開(kāi)關(guān)量信號(hào)主要是來(lái)自各類(lèi)開(kāi)關(guān)型狀態(tài)傳感器，如限位開(kāi)關(guān)、操作按鈕、電氣觸點(diǎn)等，對(duì)這些信號(hào)的采集不能用多次平均的方法，必須絕對(duì)一致才行。在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求的前提下，如果在各次采集數(shù)字信號(hào)之間接入一段延時(shí)，效果會(huì)好一些，就能對(duì)抗較寬的干擾。前者有良好的抗 ?毛刺 ?干擾能力， 后者不耐干擾，當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時(shí)，它就會(huì)盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，也不管此時(shí)數(shù)據(jù)是否有效。慣性大的輸出設(shè)備（如各類(lèi)電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)）對(duì) ?毛刺 ?干擾有一定的耐受能力。在軟件上，最為有效的方法就是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)。外設(shè)設(shè)備接受到一個(gè)被干擾的錯(cuò)誤信息后，還來(lái)不及作出有效的反應(yīng)，一個(gè)正確的信息又來(lái)了，就可及時(shí)防止錯(cuò)誤動(dòng)作的產(chǎn)生。 指令冗余技術(shù)