畢業(yè)設計---基于單片機遙控小汽車的設計

1、<p>　　基于單片機遙控小汽車的設計</p><p><b>　?。ㄓ布糠郑?lt;/b></p><p>　　學 院：機電與自動化學院</p><p>　　專 業(yè)：電氣自動化技術0803</p><p><b>　　姓 名： </b></p><p&g

2、t;<b>　　學 號： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p><b>　　2011年6月</b></p><p>　　基于89C51遙控小汽車的設計 </p><p><b>　?。ㄓ布糠郑?lt;/b>&

3、lt;/p><p>　　Based on 89C51 Remote control cars  design </p><p>　　(Hardware part)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　根據(jù)題目要求，本設計采用AT89C2051單片機構成主從式的控制系統(tǒng)，雙機采用串行接口通

4、信。紅外遙控部分采用遙控車模專用編、解碼芯片TX-2/RX-2，提高控制的可靠性。采用紅外傳感器進行里程檢測；超聲波傳感器進行障礙識別；感光電阻輔以步進電機控制的轉動機構進行光源方向的檢測，并能用軟件控制小車行駛到光源附近。采用步進電機對小車的轉向進行精確的控制，同時用紅外傳感器對轉向的角度進行校正。此外，采用四位LED數(shù)碼管和若干LED發(fā)光二極管顯示時間、行進的里程以及小車的各種狀態(tài)；采用AT89C2051串行EEPROM記錄小車的行

5、駛軌跡，并能按照所記錄的軌跡自動行駛。</p><p>　　本次設計基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實現(xiàn)了紅外遙控功能，啟動和停止，自動或手動；前或后直線行進；任意曲線行進；測距避障功能；顯示行進距離；精確查找光源等一些功能。</p><p>　　關鍵詞：單片機 超聲波傳感器 發(fā)射裝置 接收裝置 紅外遙控。</p><p><b>　　Abstract

6、</b></p><p>　　According to the topic, my design needs to adopt two AT89C51 to form a control system of principal and subordinate. The communication between the two MCU is to adopt the serial port. Mean

7、while, launch end join with insult male genital 61 sound recognition system that board make remotely, can finish the remote control function of the pronunciation, and it adopts the infrared sensor to measure the mileage;

8、 The ultrasonic sensor carries on the obstacle to discern; Sensitization resistance complemen</p><p>　　The Design is on the basis of the complete software and hardware system, and the small car has the funct

9、ion of sound remote control, following any curve, recording the route where it has gone, finding out the light source, and can repeat the route automatically which has been recorded.</p><p>　　Key words: Sing

10、lechip89C51 Sensor Electropult Receiver RemoteControl.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅰ</b></p><p>　　AbstractⅡ</p><p><b>　　緒論1&l

11、t;/b></p><p>　　1 遙控小汽車的總體設計4</p><p>　　1.1 總體設計思路4</p><p>　　1.2 設計方案論證與比較4</p><p>　　1.2.1 軌跡探測模塊設計與比較4</p><p>　　1.2.2 數(shù)據(jù)存儲比較5</p><p>　　

12、1.2.3 障礙探測模塊方案分析與比較5</p><p>　　1.3 課題背景6</p><p>　　1.4 課題內容及安排7</p><p>　　1.5 本章小結7</p><p>　　2 遙控小汽車的硬件設計8</p><p>　　2.1 硬件設計的整體思路8</p><p>　

13、　2.2 單片機的選擇9</p><p>　　2.2.1 單片機最小系統(tǒng)11</p><p>　　2.3 發(fā)射電路的設計13</p><p>　　2.4 電機驅動電路的設計14</p><p>　　2.5 接收電路的設計14</p><p>　　2.6 本章小結15</p><p>

14、　　3 遙控小汽車的軟件設計16</p><p>　　3.1 發(fā)射板控制程序的設計16</p><p>　　3.2 接收處理程序的設計17</p><p>　　3.3 源程序的設計18</p><p>　　3.4 本章小結19</p><p>　　4 系統(tǒng)調試部分20</p><p>

15、;　　4.1 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析20</p><p>　　4.2 本章小結20</p><p><b>　　結論21</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p>　　附錄

16、1程序清單24</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關于汽車的研究也就越來越受人關注。全國電子大賽和省內電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設計就是在這樣的背景下提出的，指導教師已經(jīng)有充分的準備。本題目是結合科研項目而確定的設計類課題。采用紅外遙控技術，

17、通過遙控命令對小汽車行駛狀態(tài)進行控制，如前進、后退、左轉和右轉。并配合相應的傳感器實現(xiàn)小汽車的自動避障，當小汽車檢測到四周都有障礙物時，能夠實現(xiàn)自動停車。根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎上，加裝、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。</p><p>　　單片機以

18、其強大的控制能力已經(jīng)被廣泛應用于諸多領域，配以各種接口傳感器可以實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。從最初的8位控制器到現(xiàn)在的16位，32位控制器都還有河大的發(fā)展和應用空間。本設計采用MCS-51系列中的89C51單片機。以89C51為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。89C51是一款八位單片機，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。它

19、是第三代單片機的代表。</p><p>　　at89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制

20、造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案]。</p><p>　　本設計就采用了比較先進的89C51為控制核心，89C51采用CHOMS工藝，功耗很低。該設計具有實際意義，可以應用于考古、機器人、醫(yī)療器

21、械等許多方面。尤其是在足球機器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應用到了超聲波傳感器進行檢測。所以本設計與實際相結合，現(xiàn)實意義很強。</p><p>　　第三代單片機包括Intel公司發(fā)展MCS-51系列新一代產(chǎn)品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,還包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATM

22、EL等公司以89C51為核心推出的大量各具特色﹑與80C51兼容的單片機。[12]新一代的單片機的最主要的技術特點是向外部接口電路擴展，以實現(xiàn)Microcomputer完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/D﹑PWM﹑PCA(可編程計數(shù)器陣列)﹑WDT(監(jiān)視定時器)﹑高速I/O口﹑計數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。這一代單片機中，在總線方面最重要的進展是為單片機配置了芯片間的串行總線，為單片機應用系統(tǒng)設計提供了更加靈活的方式。Phi

23、lips公司還為這一代單片機89C51系列8ｘC592單片機引入了具有較強功能的設備間網(wǎng)絡系統(tǒng)總線----CAN(Controller Area Network BUS) [2]。 </p><p>　　新一代單片機為外部提供了相當完善的總線結構，為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎。 </p><p>　　未來單片機技術的發(fā)展趨勢可歸結為以下10個方面：</p><p&

24、gt;　　(1) 主流型機發(fā)展趨勢。8位單片機為主流，少量32位機，16位機可能被淘汰。</p><p>　　(2) 全盤CMOS化趨勢。指在HCMOS基礎上的CMOS化，CMOS速度慢、功耗小，而HCMOS具有低功耗及低功耗管理技術等特點。</p><p>　　(3) RISC體系結構的發(fā)展。早期CISC指令較復雜，指令代碼周期不統(tǒng)一，難以實現(xiàn)流水線（單周期指令僅為1MIPS）。采用RI

25、SC體系結構可以精簡指令系統(tǒng)，使其絕大部分為單周期指令，很容易實現(xiàn)流水線作業(yè)（單周期指令速度可達12MIPS）。</p><p>　　(4) 大力發(fā)展專用單片機。</p><p>　　(5) OTPROM、flishROM成為主流供應狀態(tài)。</p><p>　　(6) ISP及基于ISP的開發(fā)環(huán)境。FlishROM的應用推動了ISP（系統(tǒng)可編程技術）的發(fā)展，這樣就可

26、以實現(xiàn)目標程序的串行下載，PC機可通過串行電纜對遠程目標高度仿真、更新軟件等。</p><p>　　(7) 單片機的軟件嵌入。目前的單片機只提供程序空間，沒有駐機軟件。ROM空間足夠大后，可裝入如平臺軟件、虛擬外設軟件和用于系統(tǒng)診斷管理的軟件等，以提高開發(fā)效率。</p><p>　　(8) 實現(xiàn)全面功耗管理。如采用：ID、PD模式、雙時鐘模式、高速時鐘/低速時鐘模式和低電壓節(jié)能技術。<

27、;/p><p>　　(9) 推行串行擴展總線。</p><p>　　(10) ASMIC技術的發(fā)展。如一MCU為核心的專用集成電路（ASIC）[3]。</p><p>　　1 遙控小汽車的總體設計</p><p>　　1.1 總體設計思路</p><p>　　本設計主要利用AT89C2051單片機作遙控發(fā)射器及接收處理器實

28、現(xiàn)對電動小汽車行駛過程進行控制，無線傳送用接收/發(fā)射模板完成，采用紅外遙控技術，通過遙控命令對小汽車行駛狀態(tài)進行控制，如前進、后退、左轉和右轉，通過橋式開關電路驅動電機。并配合相應的傳感器實現(xiàn)小汽車的自動避障，當小汽車檢測到四周都有障礙物時，能夠實現(xiàn)自動停車。其中，主要研究內容為：單片機驅動電機、發(fā)射與接收電路板，紅外傳感器的應用等。設計結果應符合以下指標：</p><p>　　(1) 通過簡單的I/O口操作實現(xiàn)

29、小汽車的前進、后退、左轉、右轉；</p><p>　　(2) 在行走過程中可以改變小車的運動狀態(tài)，實現(xiàn)小汽車的自動避障；</p><p>　　(3) 在超出一定范圍時能夠自動停車。</p><p>　　1.2設計方案論證與比較</p><p>　　1.2.1軌跡探測模塊設計與比較</p><p>　　方案一：使用簡易光

30、電傳感器結合外圍電路探測。</p><p>　　由于所采用光電傳感器實際效果并不理想，對行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質影響。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因為 該部件造成整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。</p><p>　　方案二：利用兩只光電開關。</p><p>　　分別置于軌道的兩側，根據(jù)其接受到白線的先后來控制小車

31、轉向來調整車向，但測試表明，如果兩只光電開關之間的距離很小，則約束了速度,如果著重于小車速度的提升，則隨著車速的提升，則勢必要求兩只光電開關之間的距離加大，從而使得小車的行駛路線脫離軌道幅度較大，小車將無法快速完成準確的導向從而有可能導致尋跡失敗。</p><p>　　方案三：用三只光電開關。</p><p>　　一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側，當小車脫離軌道時，即當置于中間的一只光電

32、開關脫離軌道時，等待外面任一只檢測到黑線后，做出相應的轉向調整，直到中間的光電開關重新檢測到黑線（即回到軌道）再恢復正向行駛?，F(xiàn)場實測表明，雖然小車在尋跡過程中有一定的左右搖擺（因為所購小車的內部結構決定了光電開光之間的距離到達不了精確計算值1厘米），但只要控制好行駛速度就可保證車身基本上接近于沿靠軌道行駛。</p><p>　　綜合考慮到尋跡準確性和行駛速度的要求，采用方案三[5]。</p>&l

33、t;p>　　1.2.2數(shù)據(jù)存儲比較</p><p>　　方案一：采用外接ROM進行存儲。</p><p>　　采用外接ROM進行存儲是保存實驗數(shù)據(jù)的慣用方法，其特點是在單片機斷電之后仍然能保存住數(shù)據(jù)，但無疑將增大軟硬開銷和時間開銷。</p><p>　　方案二：直接用單片機內部的RAM進行存儲。</p><p>　　雖然不能在斷電后保存

34、數(shù)據(jù)，但可以在實驗結束后根據(jù)按鍵顯示相應值。而且本實驗的數(shù)據(jù)存儲不大，采用RAM可以減少IO接口的使用，便利IO接口分配，故此方案具有成本低、易實現(xiàn)的優(yōu)點，更符合實際需求。</p><p>　　鑒于方案二的以上優(yōu)點，綜合比較，本方案采用方案二[6]。</p><p>　　1.2.3障礙探測模塊方案分析與比較</p><p>　　考慮到在測障過程中小車車速及反應調向速

35、度的限制，小車應在距障礙物40CM的范圍內做出反應，這樣在順利繞過障礙物的同時還為下一步駛入車庫尋找到最佳的位置和方向。否則，如果范圍太大，則可能產(chǎn)生障礙物的判斷失誤；范圍過小又很容易造成車身撞上障礙物或雖繞過障礙物卻無法實現(xiàn)理想定向方案。</p><p>　　方案一：采用一只紅外傳感器置于小車中央。</p><p>　　一只紅外傳感器小車中央安裝簡易，也可以檢測到障礙物的存在，但難以確定

36、小車在水平方向上是否會與障礙物相撞，也不易讓小車做出精確的轉向反應。</p><p>　　方案二：采用二只紅外傳感器分置于小車兩邊。</p><p>　　二只紅外傳感器分別置于小車的前端兩側，方向與小車前進方向平行，對小車與障礙物相對距離和方位能作出較為準確的判別和及時反應。但此方案過于依賴硬件、成本較高、缺乏創(chuàng)造性，而且置于小車左方的紅外傳感器用到的幾率很小，所以最終未采用。</p

37、><p>　　方案三、采用一只紅外傳感器置于小車右側并與小車前進方向呈一固定角度。</p><p>　　基于對C點后行車地圖中光源及障礙物尺寸、位置的分析，我們采用了從C點出發(fā)即獲得光源對行車方向的控制，在向光源行駛的過程之中檢查障礙物并做出相應的反應，這樣不僅只使用一只紅外傳感器就實現(xiàn)了避障，而且避免因小車自然轉彎而導致的盲目方向控制，同時為后面以最簡單直接的路線和在最短時間內駛入車庫創(chuàng)造了

38、機會。</p><p>　　智能小車應以準確、智能見優(yōu)，采用方案三[。</p><p>　　1.3 課題設計背景</p><p>　　隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關于汽車的研究也就越來越受人關注。全國電子大賽和省內電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設計就是在這樣的背景下提出的，指導教師已經(jīng)有充分的準備[8]

39、。同時科學家研究出各種能取代人的自動化勞動工具，能從事一些需要勞動力大、威脅性大的工作。遙控小汽車的出現(xiàn)，也改變一些特殊場合的工作，它可以從事考古、機器人、醫(yī)療器械等方面的工作，為人門帶來很大的方便。本設計采用89C51系列單片機設計一種體積小、操作簡單的遙控小汽車，主要控制小汽車能前進、后退、左轉、右轉及自動駕駛，碰到障礙時能自動改變行駛方向。本次設計基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實現(xiàn)了小車遙控、任意曲線行駛、路線記錄與重放、自動避障，

40、里程統(tǒng)計并發(fā)出指示信息等功能[9]。</p><p>　　1.4 課題設計內容及關鍵技術</p><p>　?。?）掌握AT89C2051作遙控發(fā)射器及接受器的原理</p><p>　?。?）設計遙控小汽車系統(tǒng)硬件電路</p><p>　?。?）了解系統(tǒng)內存資源的分配</p><p>　?。?）完成硬件部分設計結合軟件

41、部分進行調試</p><p><b>　　1.5 本章小結</b></p><p>　　本章主要闡述遙控小汽車的總體設計思路、設計背景、設計內容及關鍵技術，列出設計方案論證與比較，為后文打下基礎。</p><p>　　2 遙控小汽車的硬件設計</p><p>　　2.1 硬件設計的整體思路</p><

42、p>　　一個單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包含有兩部分內容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內部的功能單元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定時/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒?，設計相應的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，如鍵盤顯示器﹑打印機﹑A/D﹑D/A轉換器等，要設計合適的接口電路。</p><p>　　本設計采用AT89C2051作遙控發(fā)射器及接

43、收處理器，汽車前進、后退與轉向分別用2個電機，采用橋式開關電路驅動電機。無線傳送用接收/發(fā)射模塊完成。小汽車能前進、后退、左轉、右轉及自動駕駛（碰到障礙時能自動改變行駛方向）。通過AT89C2051能實現(xiàn)遙控小車的轉向及自動規(guī)避功能。由于89C2051內部程序存貯器為Flash，所以修改它內部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程89C2051的編程器即可[11]。調試人員可以采用程序編輯-編譯-固化-插到電路板中試驗這樣反復循環(huán)的方

44、法，對于熟練的MCS-51程序員來說，這種調試方法并不十分困難。當做這種調試不能夠了解片內RAM的內容和程序的走向等有關信息。將普通8031/80C31仿真器的仿真插頭中P1.0～P1.7和P3.0～P3.6引出來仿真205T,這種方法可以運用單步、斷點的調試方法，但是仿真不夠真實，比如，2051的內部模擬比較器功能，P1口、P3口的增強下拉能力等等。本設計需要檢測直線行駛區(qū)和沿弧線行駛區(qū)具有一定黑白對比度的黑線。為尋跡發(fā)射和接收電路，

45、共有兩套，分別檢測左側車輪和右側車輪的偏轉情況。采取的是反射取樣式，高亮度的</p><p>　　2.2 單片機的選擇</p><p>　　MCS-51系列是INTEL公司的第二代8位單片機，與MCS-48系列相比，其I/O功能和指令系統(tǒng)有很大改善和增強，目前該系列在全國還有較多廣泛的應用。MCS-51與MCS-48系列一樣，CPU操作采用累加器結構，外部數(shù)據(jù)進入ALU必須通過ACC累加器

46、，因此存在著信息流通的瓶頸現(xiàn)象，降低了運算效率。再有MCS-51單片機的最有特色的是具有豐富的可位尋址的處理功能，在其硬件結構中有位處理機，包括有位累加器C(既進位標志CY),有位存儲器（既內部RAM和SFR的可尋址位），還有一套位指令，使得開關量控制系統(tǒng)的設置變的十分方便。</p><p>　　單片機和微型計算機類似，具有三總線，可以進行算術運算和邏輯運算。它與微型計算器在內在表現(xiàn)和外在表現(xiàn)方面又有許多差別。概

47、括起來，單片機具有以下特點：</p><p>　　(1) 存儲器ROM和RAM是嚴格分工的。</p><p>　　(2) 采用面向控制的指令系統(tǒng)，在實時控制方面，尤其是在“位”操作方面單片機有著不俗的表現(xiàn)。</p><p>　　(3) 應用注重現(xiàn)場工程，因此體積小。</p><p>　　(4) 品種規(guī)格的系列化，屬于同一個產(chǎn)品系列的，不同型號

48、的單片機，通常具有相同的內核，相同或者兼容的指令系統(tǒng)。其主要的差別僅是在片內配置了一些不同種類或不同數(shù)量的功能部件，以適應不同的被控對象。</p><p>　　(5) 單片機的硬件功能具有廣泛的通用性。同一種單片機可以在不同的控制系統(tǒng)中，只是其中所配置的軟件不同而已。</p><p>　　(6) 只有借助專門的開發(fā)系統(tǒng)進行開發(fā)。</p><p>　　(7) 功耗低，

49、價格低] [。</p><p>　　目前，許多單片機類電路實驗都是以89C51系列為基礎來應用的。這是因為MCS—51系列單片機是以8位單片機為基礎，形成了單片機的經(jīng)典體系結構。MCS—5l系列的C51成為許多半導體廠家、電氣公司競相選用納對象，并以此為基核，推出了許多兼容性的CHMOS單片機。這些單片機都具有很好的兼容性，并存很強的生命力，統(tǒng)稱為89C5l系列。再說單片機體積小、功能全、性價比高的諸多優(yōu)點，它的

50、出現(xiàn)，在工業(yè)控制，尖端武器、通信設備、信息處理、家用電器等各測、控等領域的應用中獨占鰲頭，本課題以89C51系列為基礎，軟件與硬件相結合的思想設計一輛遙控小車。</p><p>　　89C51單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都

51、是通過片內單一總線連接而成，其基本結構依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結構模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式[15]。</p><p><b>　　(1) 微處理器</b></p><p>　　該單片機中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進行位

52、變量的處理。</p><p><b>　　(2) 數(shù)據(jù)存儲器</b></p><p>　　片內為128個字節(jié)，片外最多可外擴至64k字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。</p><p><b>　　(3) 程序存儲器</b></p><p

53、>　　由于受集成度限制，片內只讀存儲器一般容量較小，如果片內的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至64k字節(jié)。</p><p><b>　　中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權。</p><p>　　(4) 定時器/計數(shù)器</p><p>　　片內有2個

54、16位的定時器/計數(shù)器， 具有四種工作方式。</p><p><b>　　(5) 串行口</b></p><p>　　1個全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕磉M行串行通訊，擴展并行I/O口，甚至與多個單片機相連構成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應用更廣。</p><p>　　(6) P1口、P2口、P3口、P4口</p>

55、<p>　　為4個并行8位I/O口。</p><p>　　(7) 特殊功能寄存器</p><p>　　共有21個，用于對片內的個功能的部件進行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。</p><p>　　由上可見，89C51單片機的硬件結構具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是該單片機CPU中的位處理

56、器，它實際上是一個完整的1位微計算機，這個一位微計算機有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機在開關決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。MCS-51單片機中8位機和1位機的硬件資源復合在一起，二者相輔相承，它是單片機技術上的一個突破，這也是MCS-51單片機在設計的精美之處。</p><p>　　2.2.1 單片機最小系統(tǒng)</p><

57、;p>　　單片機最小系統(tǒng),或者稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng).對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應該包括:單片機、晶振電路、復位電路. 89C51是片內有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用89C51單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可。由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元[16]。其應用特點：</p>&

58、lt;p>　　(1) 有可供用戶使用的大量I/O口線。</p><p>　　(2) 內部存儲器容量有限。</p><p>　　(3) 應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)的結構：單片機要正常運行，必須具備一定的硬件條件，其中最主要的就是三個基本條件：電源正常；時鐘正常；復位正常。在AT89S51單片機的40個引腳中：電源引腳2根，晶振引

59、腳2根，控制引腳4根，可編程輸入輸出引腳32根。</p><p>　　工作電源：電源是單片機工作的動力源泉，對應的接線方法為：40腳（VCC）電源引腳，工作時接+5V電源，20腳（GND）為接地線。 復位電路:由電容串聯(lián)電阻構成,由圖并結合"電容電壓不能突變"的性質,可以知道,當系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當RST

60、腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位,所以,適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位.一般教科書推薦C 取10u,R取8.2K.當然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機器周期的高電平。</p><p>　　晶振電路:時鐘電路為單片機產(chǎn)生時序脈沖，單片機所有運算與控制過程都是在統(tǒng)一的時序脈沖的驅動下的進行的，如果單片機的時鐘電路停止工作（晶振停振），那么單片機也就停止運行了

61、。當采用內部時鐘時，連接方法如下圖所示，在晶振引腳XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）引腳之間接入一個晶振，兩個引腳對地分別再接入一個電容即可產(chǎn)生所需的時鐘信號，電容的容量一般在幾十皮法，如30PF。典型的晶振取11.0592MHz(因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合)/12MHz(產(chǎn)生精確的uS級時歇,方便定時操作)。</p><p>　　控制引腳EA接法。EA/VP

62、P（31腳）為內外程序存儲器選擇控制引腳，當EA為低電位時，單片機從外部程序存儲器取指令；當EA接高電平時，單片機從內部程序存儲器取指令。AT89S51單片機內部有4KB可反復擦寫1000次以上的程序存儲器，因此我們把EA接到+5V高電平，讓單片機運行內部的程序，我們就可以通過反復燒寫來驗證我們的程序了。</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)的性能：89S51相對于89C51增加的新功能包括： ISP在線編程功能，

63、這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。具有雙工UART串行通道。 內部集成看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。 雙數(shù)據(jù)指示器。 電源關閉標識。全新的加密算法，這使得對于89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有

64、效的保護知識產(chǎn)權不被侵犯。兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。</p><p>　　2.3 發(fā)射電路的設計</p><p>　　發(fā)射電路板共設有5個按鍵開關，分別作為

65、汽車左轉彎、右轉彎、前進、后退及自動駕駛控制用。P1.0和P1.1口作為輸入口時應接上拉電阻，控制編碼從P3.5腳輸出至無線發(fā)射模塊。該板采用脈沖個數(shù)編碼以區(qū)別不同的按鍵功能，具體定義如下：</p><p>　　前進鍵：按下發(fā)2個脈沖，釋放發(fā)8個脈沖。</p><p>　　后退鍵：按下發(fā)3個脈沖，釋放發(fā)8個脈沖。</p><p>　　左轉鍵：按下發(fā)4個脈沖，釋放發(fā)7

66、個脈沖。</p><p>　　右轉鍵：按下發(fā)5個脈沖，釋放發(fā)7個脈沖。</p><p>　　自動鍵：按下發(fā)6個脈沖。</p><p>　　發(fā)射版電路圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 遙控小汽車發(fā)射板電路圖</p><p>　　2.4 電機驅動電路的設計：</p><p>　　電機

67、驅動電路圖如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 電機驅動電路圖</p><p>　　2.5 接收電路的設計</p><p>　　無線接收模塊輸出的編碼脈沖從P3.2、P3.1口輸入，采用中斷接收方式處理脈沖編碼。電機采用橋式驅動，P1.0、P1.1口作前后驅動電機控制用，P1.2、P1.3口作轉向電機控制用。P3.0接前障礙紅外線探測頭，P3.5接后障礙紅

68、外線探測頭。P1.4口接一個LED發(fā)光管用作自動駕駛指示。接收板電路圖如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 遙控小汽車接收板電路圖</p><p><b>　　2.6本章小結</b></p><p>　　本章主要說明硬件設計思路，闡述單片機的選擇和單片機的結構性能特點、發(fā)展應用等方面的知識，以及遙控小汽車的有關電路的設計，包括發(fā)射板電

69、路設計、接收板電路設計、電機驅動電路設計和相關的電路圖。和后面的軟件程序設計部分相結合，然后進行系統(tǒng)測試觀察測試結果。</p><p>　　3 遙控小汽車的軟件設計</p><p>　　3.1 發(fā)射板控制程序的設計</p><p>　　發(fā)射板控制程序由主程序和鍵掃描子程序組成，在主程序中，采用調用鍵掃描子程序來完成各個按鍵的功能，其鍵掃描功能子程序流程圖如圖3-1

70、所示</p><p>　　圖3-1 遙控小汽車發(fā)射程序流程圖</p><p>　　3.2 接收處理程序的設計</p><p>　　初始化程序：對轉向電機、前后驅動電機上電時設為停止狀態(tài)，開中斷允許等。</p><p>　　主程序：根據(jù)標志位00H的值判斷進入自動駕駛或手動控制狀態(tài)，其程序流程圖如圖3-2所示。</p><p

71、>　　圖3-2 控制小汽車接收板主程序流程圖</p><p>　　中斷接收程序：對第一位脈沖的寬度進行驗證，然后進行計數(shù)，根據(jù)脈沖的個數(shù)進行相應的控制操作，其程序流程圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 遙控小汽車中斷接收程序流程圖</p><p>　　3.3 源程序的設計</p><p>　　以下是遙控小車發(fā)射及接收完整源

72、程序：</p><p>　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *</p><p>　　* *</p><p>　　* 遙控編碼控制器 *&l

73、t;/p><p>　　* 采用89C2051 *</p><p>　　* *</p><p>　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *<

74、;/p><p>　　P1.0口按鈕為前進，P1.1口按鈕為后退， P1.2口按鈕為左轉彎，P1.3口按鈕 </p><p>　　為右轉彎， P1.4口按鈕為自動駕駛，P3.5口為編碼輸出</p><p>　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *</p>&

75、lt;p>　　* *</p><p>　　* 主程序和中斷程序入口 *</p><p>　　* *</p><p&

76、gt;　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *</p><p>　　其中源程序如附錄1所示。</p><p><b>　　3.4 本章小結</b></p><p>　　本章主要講述軟件設計思路，概括為遙控小汽車發(fā)射程序設計、接收程序設計、源程序

77、設計以及遙控小汽車發(fā)射程序流程圖、接收程序流程圖、中斷程序流程圖等。軟件程序的設計將進入系統(tǒng)測試部分，以觀察測試結果題寫測試結論。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)調試部分</b></p><p>　　4.1系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析</p><p><b>　　1，測試方法和儀器</b></p><p>

78、;　　測試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、MCS51仿真機、直流穩(wěn)壓電源等。</p><p><b>　　測試方法 </b></p><p>　　數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導通狀態(tài)等參數(shù)；</p><p>　　信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接收與傳輸；</p>&

79、lt;p>　　MCS51仿真機用于測試軟件；</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電；</p><p>　　秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務書的基本要求對制成的電動車進行產(chǎn)品測試。</p><p>　　(2) 測試數(shù)據(jù)及測試結果分析： </p><p>　　計時精度分析 計時系

80、統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到1秒/年。</p><p>　　測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機軸光電碼盤檢測技術。電機軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比1/16。車輪周長135mm,光電碼盤與電機軸安裝在一起，電機軸每一轉產(chǎn)生2個脈沖，車輪每轉產(chǎn)生32個脈沖，理論測量精度可達135mm/32=4.22mm<4.5mm</p><p>　　定位精度分析 本設計采用實際

81、測量與軟件補償技術，理論上可使定位精度提高到誤差<10mm。</p><p><b>　　4.2 本章小結</b></p><p>　　本章主要說明系統(tǒng)測試方法及測試數(shù)據(jù)結果分析，來驗證硬件部分和軟件部分相結合的實際效果，這也是檢驗我們這幾個月來的辛苦成果。</p><p><b>　　結 論</b></p&g

82、t;<p>　　歷時二個月的設計過程中，我首先邊查資料，邊在實驗室焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時是“虛焊”的原因，有時可能是阻值選錯。在焊接顯示電路時，我就錯將680歐的電阻焊成了6.8千歐。這使我深深感受到理論與實際間的差距。通過這樣的設計，提高了我的動手能力。每天在實驗室除了焊接線路板，還可以上機編程，使我軟件調試知識也提高了。由于本次實驗需要捍

83、接的器件較多，各器件對于電源電流的需要極大，我們先以雙電源開始調試，發(fā)現(xiàn)所有的開關器件很難穩(wěn)定地給單片機送正確值，只有當更換新電池或小車剛剛啟動時才會很準確，經(jīng)過思考，這都是開關元件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會萎靡不振，于是我們將所有開關器件劃成一個部分，由一塊電池專門供電。</p><p>　　在前輪PWM驅動轉向電路運行中，我們發(fā)現(xiàn)，電機只給一個轉向力，但保持長期轉向時，電機的轉動由于受到強

84、行制動而處于一種相對靜止的狀態(tài)，導致PWM驅動電路產(chǎn)生大量的熱量，我們既利用軟件使其盡量減少長期單向轉動狀態(tài)，又在硬件上，在PWM驅動板上涂上了一層散熱膠，即使發(fā)熱，也不會燒壞PWM驅動電路。在安裝上避障用光電開關之后，其與其它所有開關元件共用同一電源，在運行時發(fā)現(xiàn)三個用于尋跡用的開關元件不能全部正常工作了，據(jù)分析，避障用光電開關由于探測距離遠，功率大，很可能影響其他元件改用單一電源供電后，小車正常工作。在所有電源開啟后，系統(tǒng)即進入6秒

85、鐘倒計時狀態(tài)，6秒鐘倒計時完畢之后，有時后輪電機不能正常啟動。經(jīng)分析，這是屬于正常情況，因為其啟動需要克服很大的慣性，而其電源又不能在瞬間提供很大的電流，所以就沒有動靜。此時，關掉單片機電源，再重新打開后即可進入正常狀態(tài)去正常運行。</p><p>　　本設計采用的是80C51單片機，這主要是因為該單片機的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機。比如采用陵陽單片機，就可以簡化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。</

86、p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過不懈的努力，為期二個多月的畢業(yè)設計終于結束了。經(jīng)過自己不斷的努力和網(wǎng)上查找資料以及*老師的耐心指導和熱情幫助，本設計已經(jīng)基本完成。在這段時間里，*老師對我一直不斷的熱情指導給了我解決問題的思路和方法。同時本系實驗室的開放也為我的設計提供了實習場地。在此對***老師表示深深的感謝。</p><

87、;p>　　通過這次畢業(yè)設計，使我深刻地認識到學好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學三年的學習成果。雖然在這次設計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學習中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月的設計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎。</p><p>　　由于自身水平有限，設計中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。</p&g

88、t;<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 何立民. 單片機高級教程——應用與設計.北京：北航大學出版社，2007.1</p><p>　　[2] 王為青. 51單片機應用開發(fā)案例精選.北京：人民郵電出版社， 2007.8</p><p>　　[3] 樓然苗. 51系列單片機設計實例.北京：北京航空航天大

89、學出版社，2003.3</p><p>　　[4] 高峰.單片微機應用系統(tǒng)設計及實用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.124-126</p><p>　　[5] 張友德，趙志英，涂時亮，單片機微機原理，應用與實驗[M].上海：復旦大學出版社，2003：122-136</p><p>　　[6] INTEL. 16-bit Embedded Cvontrol

90、lers.1991</p><p>　　[7] 謝自美.電子線路設計.實驗.測試[M].武漢：華中科技大學出版社，2000：212-230</p><p>　　[8] 張福學。傳感器使用電路150例.中國技術出版社[M].1992年</p><p>　　[9] 鄔寬民.單片機外圍器件實用手冊，數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊.北京.北京航空航天大學出版社.2001：189-19

91、5</p><p>　　[10] 陳懂，劉榮，金世?。悄苄≤嚨亩鄠鞲衅鲾?shù)據(jù)融合[J]．現(xiàn)代電子技術，2005(6)：3</p><p>　　[11] INTEL. 16-bit Embedded Cvontrollers.1991</p><p>　　[12] 李華.MCS-51系列單片機實用接口技術. 北京：北京航空航天大學出版社，1993[13] 張迎新.單

92、片機微機原理應用及接口技. 北京：國防工業(yè)出版社，2004　</p><p>　　[14] 顏利彪，范蟠果 ,基于單片機的簡易智能電動車[J]，電子技術，2004,4 :8-10 </p><p><b>　　附錄1 程序清單</b></p><p>　　****************************************

93、****************</p><p>　　ORG 0000H </p><p>　　LJMP </p><p>　　ORG 0003H </p><p>　　RETI

94、 </p><p>　　ORG 000BH </p><p>　　RETI </p><p>　　ORG 0013H </p><p>　　RETI

95、 </p><p>　　ORG 001BH </p><p>　　RETI </p><p>　　ORG 0023H </p><p>　　RETI

96、 </p><p>　　ORG 002BH </p><p>　　RETI </p><p>　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *</p

97、><p>　　* *</p><p>　　* 初始化程序中的各變量 *</p><p>　　*

98、 *</p><p>　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *</p><p>　　CLEARMEMIO： CLR A </p><p>　　DEC A

99、 </p><p>　　MOV P1，A </p><p>　　MOV P3，A </p><p>　　MOV IE，#00H </p><p>　　RET

100、 </p><p>　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *</p><p>　　* *</p><p>　　*

101、 主 程 序 *</p><p>　　* *</p><p>　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

102、* * * * *</p><p>　　START： LCALL CLEARMEMIO </p><p><b>　　主體程序</b></p><p>　　MAIN： LCALL KEYWORK </p><p>　　LJMP

103、 MAIN </p><p>　　NOP </p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　LJMP START

104、 </p><p>　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * </p><p>　　* *</p><p>　　*

105、 鍵盤工作子程序 *</p><p>　　* *</p><p>　　* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

106、 * *</p><p>　　KEYWORK： MOV P1，#-0FFH </p><p>　　JNB P1.0，KEY0 </p><p>　　JNB P1.1，KEY1 </p><p>　　JNB P1.4

107、，KEY4 </p><p>　　KEYOUT： RET </p><p>　　KEY0： LCALL DL10MS </p><p>　　JB P1.0，KEYOUT </p>

108、;<p>　　LJMP KEYFUN00 </p><p>　　KEY1： LCALL DL10MS </p><p>　　JB P1.1，KEYOUT </p><p>　　LJMP KEUFUN01 </

109、p><p>　　KEY2： LCALL DL10MS </p><p>　　JB P1.2，KEYOUT </p><p>　　LJMP KEUFUN02 </p><p>　　KEY3： LCALL

110、DL10MS </p><p>　　JB P1.3，KEYOUT </p><p>　　LJMP KEUFUN03 </p><p>　　KEY4： LCALL DL10MS </p><p>

111、　　JB P1.4，KEYOUT </p><p>　　LJMP KEUFUN04 </p><p>　　KEYWORKI： JNB P1.2，KEY2 </p><p>　　JNB P1.3，KEY3 </p&g