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第一章、總述

80C51芯片資料：

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第二章、方案設(shè)計與論證

一、直流調(diào)速系統(tǒng)

方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。

二、檢測系統(tǒng)

圖2.1電動車的方向檢測電路(a)

圖2.2電動車的方向檢測電路(b)

圖2.3前行與倒車控制電路

檢測放大器方案：
方案一：使用普通單級比例放大電路。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價格低廉。但是也存在著許多不足。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。
方案二：采用差動放大電路。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時仍不能滿足某些特殊要求。例如，在測量本設(shè)計中的光電檢測信號時需要把檢測過來的電平信號放大并濾除干擾，而且要求對共模干擾信號具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。這種情況下須采用差動放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。但在實(shí)際操作中，往往滿足了高共模抑制比的要求，卻使運(yùn)算放大器輸出飽和；為獲得單片機(jī)能識別的TTL電平卻又無法抑制共模干擾。
方案三：電壓比較器方案。電壓比較器的功能是比較兩個電壓的大小，例如將一個信號電壓Ui和一個參考電壓Ur進(jìn)行比較，在Ui>Ur和Ui<Ur兩種不同情況下，電壓比較器輸出兩個不同的電平，即高電平和低電平。而Ui變化經(jīng)過Ur時，比較器的輸出將從一個電壓跳變到另一個電平。比較器有各種不同的類型。對它的要求是：鑒別要準(zhǔn)確，反應(yīng)要靈敏，動作要迅速，抗干擾能力要強(qiáng)，還應(yīng)有一定的保護(hù)措施，以防止因過電壓或過電流而造成器件損壞。
比較器的特點(diǎn)：
⑴  工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。放大、運(yùn)算電路為了實(shí)現(xiàn)性能穩(wěn)定并滿足
一定的精度要求，這些電路中的運(yùn)放均引入了深度負(fù)反饋；而為了提高比較器的反應(yīng)速度和靈敏度，它所采用的運(yùn)放不但沒有引入負(fù)反饋，有時甚至還加正反饋。因此比較器的性能分析方法與放大、運(yùn)算電路是不同的。
⑵  非線性。由于比較器中運(yùn)放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)，它的兩個輸入端之間的電位差與開環(huán)電壓放大倍數(shù)的乘積通常超過最大輸出電壓，使其內(nèi)部某些管子進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，因此在絕大多數(shù)情況下輸出與輸入不成線性關(guān)系，即在放大、運(yùn)算等電路中常用的計算方法對于比較器不再適用。
⑶  開關(guān)特性。比較器的輸出通常只有高電平和低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài)，因此它相當(dāng)與一個受輸入信號控制的開關(guān)，當(dāng)輸入電壓經(jīng)過閾值時開關(guān)動作，使輸出從一個電平跳變到另一個電平。由于比較器的輸入信號是模擬量，而它的輸出電平是離散的，因此電壓比較器可作為模擬電路與數(shù)字電路之間的過渡電路。
由于比較器的上述特點(diǎn)，在分析時既不能象對待放大電路那樣去計算放大倍數(shù)，也不能象分析運(yùn)算電路那樣去求解輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系，而應(yīng)當(dāng)著重抓住比較器的輸出從一個電平跳變到另一個電平的臨界條件所對應(yīng)的輸入電壓值（閾值）來分析輸入量與輸出量之間的關(guān)系。
如果在比較器的輸入端加理想階躍信號，那么在理想情況下比較器的輸出也應(yīng)當(dāng)是理想的階躍電壓，而且沒有延遲。但實(shí)際集成運(yùn)放的最大轉(zhuǎn)換速率總是有限的，因此比較器輸出電壓的跳變不可能是理想的階躍信號。電壓比較器的輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剿毜臅r間稱為響應(yīng)時間。響應(yīng)時間越短，響應(yīng)速度越快。
減小比較器響應(yīng)時間的主要方法有：
(1) 盡可能使輸入信號接近理想情況，使它在閾值附近的變化接近理想階躍
且幅度足夠大。
(2) 選用集成電壓比較器。
(3) 如果選用集成運(yùn)放構(gòu)成比較器，為了提高響應(yīng)速度可以加限幅措施，以避免集成運(yùn)放內(nèi)部的管子進(jìn)入深飽和區(qū)。具體措施多為在集成運(yùn)放的兩個輸入端并聯(lián)二極管。如圖2.4 電壓比較器電路所示：

圖2.4 電壓比較器電路

在本設(shè)計中，光電傳感器只輸出一種高低電平信號且伴有外界雜波干擾，所以我們嘗試采用了一種滯回比較器。簡單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差，也就是說如果輸入信號因受干擾在閾值附近變化，則比較器輸出就會反復(fù)的從一個電平跳到另一個電平。如果用這樣的輸出電壓控制電機(jī)或繼電器，將出現(xiàn)頻繁動作或起�，F(xiàn)象。這種情況，通常是不允許的。而滯回比較器則解決了這個問題。滯回比較器有兩個數(shù)值不同的閾值，當(dāng)輸入信號因受干擾或其他原因發(fā)生變化時，只要變化量不超過兩個閾值之差，滯回比較器的輸出電壓就不會來回變化。所以抗干擾能力強(qiáng)。但是，滯回比較器畢竟是模擬器件，溫度的漂移是它無法消除的。
方案四：施密特觸發(fā)器。綜合考慮系統(tǒng)的各項性能，最后我們決定采用數(shù)字器件——施密特觸發(fā)器。施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的變形，它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā)方式為電平觸發(fā)，只要外加觸發(fā)信號的幅值增加到足夠大，它就從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。施密特觸發(fā)器具有與滯回比較器相類似的滯回特性，但施密特觸發(fā)器的抗干擾能力比滯回比較器更強(qiáng)。

2．行車距離檢測
由于紅外檢測具有反應(yīng)速度快、定位精度高，可靠性強(qiáng)以及可見光傳感器所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，故采用紅外光電碼盤測速方案。具體電路同圖2.5 行車距離檢測電路所示：

圖2.5 行車距離檢測電路

紅外測距儀由測距輪，遮光盤，紅外光電耦合器及凹槽型支架組成的。測長輪的周長為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值（如本設(shè)計中采用0.1米），精度根據(jù)電動車控制的需要確定。測距輪安裝在車輪上，這樣能使記數(shù)值準(zhǔn)確一些。遮光盤有一缺口，盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動時，缺口進(jìn)入凹槽時，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻擋。由此可見，測距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個脈沖信號經(jīng)過整形器后送入計數(shù)器或直接送入單片機(jī)中。
為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我們在測距儀中并列放置了兩個槽型光電耦合器，遮光盤先后通過凹槽可產(chǎn)生兩個脈沖信號。根據(jù)兩個脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩個光電耦合器的位置關(guān)系，即可計算出玩具車的行駛方向（前進(jìn)或后退）。
遮光盤及槽型光電耦合器均安裝在不透光的盒子里，以避免外界光線的干擾，使電路不能正常工作。
測距原理：將光柵安裝在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，光柵也隨之轉(zhuǎn)動，同時安裝在光柵一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點(diǎn)亮，在光柵的另一側(cè)設(shè)有紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號。由于光柵隨電機(jī)高速轉(zhuǎn)動，則紅外線三極管接收到的就是一系列脈沖信號。將該信號傳輸?shù)?0C51單片機(jī)的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)，根據(jù)預(yù)先實(shí)測的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計算出電動機(jī)車的行車距離。

三、顯示電路
本設(shè)計中用兩片4位八段數(shù)碼作顯示器,并具有雙重功能,在小車不行駛時其中一片顯示年、月,另一片顯示時、分；當(dāng)小車行駛時,分別顯示時間和行駛距離。

四、系統(tǒng)原理圖

簡易智能電動車采用80C51單片機(jī)進(jìn)行智能控制。開始由手動啟動小車，并復(fù)位，當(dāng)經(jīng)過規(guī)定的起始黑線，由超聲波傳感器和紅外光電傳感器檢測，通過單片機(jī)控制小車開始記數(shù)顯示并避障、調(diào)速；系統(tǒng)的自動避障功能通過超聲波傳感器正前方檢測和紅外光電傳感器左右側(cè)檢測，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)；在電動車進(jìn)駛過程中，采用雙極式H型PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，以提高系統(tǒng)的靜動態(tài)性能；采用動態(tài)共陰顯示行駛時間和里程。

系統(tǒng)原理圖如圖2.6所示。

圖2.6 系統(tǒng)原理圖

第三章、硬件設(shè)計

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：

一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)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(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒�，設(shè)計相應(yīng)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(shè)備，如鍵盤顯示器﹑打印機(jī)﹑A/D﹑D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。

一、80C51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

80C51單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上[2]。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。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)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。

1、微處理器：該單片機(jī)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(yùn)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(jìn)行位變量的處理。

2、數(shù)據(jù)存儲器：片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)，用來存儲程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。

3、程序存儲器：由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)。

4、中斷系統(tǒng)：具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。
5、定時器/計數(shù)器：片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器，具有四種工作方式。

6、串行口：1個全雙工的串行口，具有四種工作方式�？捎脕磉M(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。

7、P1口、P2口、P3口、P4口為4個并行8位I/O口。
8、特殊功能寄存器：共有21個，用于對片內(nèi)的個功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)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)。

由上可見，80C51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得一提的是該單片機(jī)CPU中的位處理器，它實(shí)際上是一個完整的1位微計算機(jī)，這個一位微計算機(jī)有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長處。MCS-51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個突破，這也是MCS-51單片機(jī)在設(shè)計的精美之處。

二、最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

80C51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。用80C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖3.1 80C51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。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。其應(yīng)用特點(diǎn)：

(1)有可供用戶使用的大量I/O口線。

(2)內(nèi)部存儲器容量有限。

(3)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。

圖3.1 80C51單片機(jī)最小系統(tǒng)

1、時鐘電路
80C51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。80C51單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。
本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CX1、CX2可在20pF到100pF之間取值，但在60pF到70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇6MHZ,電容選擇65pF。在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。
2、復(fù)位電路
80C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。
復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。
最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。時鐘頻率用6MHZ時C取22uF,R取1KΩ。
除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位電路見圖3.2。時鐘頻率選用6MHZ時，C取22uF,Rs取200Ω，RK取1KΩ。

圖3.2 80C51復(fù)位電路

三、前向通道設(shè)計
單片機(jī)用與測控系統(tǒng)時，總要有與被測對象相聯(lián)系的前向通道。因此，前向通道設(shè)計與被測對象的狀態(tài)、特征、所處環(huán)境密切相關(guān)。在前向通道設(shè)計時要考慮到傳感器或敏感元件選擇、通道結(jié)構(gòu)、信號調(diào)節(jié)、電源配置、抗干擾設(shè)計等。在通道電路設(shè)計中還涉及到模擬電路諸多問題。

1﹑前向通道的含義
當(dāng)將單片機(jī)用作測﹑控系統(tǒng)時，系統(tǒng)中總要有被測信號輸入通道，有計算機(jī)拾取必要的輸入信息。作為測試系統(tǒng)，對被測對象拾取必要的原始參量信號是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對控制系統(tǒng)來說，對被控對象狀態(tài)的測試以及對控制條件的監(jiān)測也是不可缺少的環(huán)節(jié)。對被測對象狀態(tài)的測試一般都離不開傳感器或敏感元件，這是因為被測對象的狀態(tài)參數(shù)常常是一些非電物理量，如溫度、壓力、載荷、位移等，而計算機(jī)是一個數(shù)字電路系統(tǒng)。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。
對被測對象的信號的拾取其主要任務(wù)就是最忠實(shí)地反映被測對象的真實(shí)狀態(tài)，它包括實(shí)時性與測量精度。同時使這些測量信號能滿足計算機(jī)輸入接口的電平要求。
因此，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的前向通道體現(xiàn)了被測對象與系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號輸入通道，原始參數(shù)輸入通道。由于在該通道中主要是傳感器與傳感器有關(guān)的信號調(diào)節(jié)、變換電路,故也可稱為傳感器接口通道。
在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，對信號輸入、傳感、變換應(yīng)作廣義理解，例如開關(guān)量的檢測及信號輸入，在單片機(jī)的各種應(yīng)用系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。最簡單的開關(guān)量輸入通道就是一個具有TTL電平的狀態(tài)開關(guān)，如水銀溫度觸點(diǎn)、溫度晶閘管、時間繼電器、限位開關(guān)等。故只要反映外界狀態(tài)的信號輸入通道都可稱為前向通道。并不是所有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都有前向通道，例如時序控制系統(tǒng)，只根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的時間序列來控制外部的運(yùn)行狀態(tài)；分布式測控系統(tǒng)中的智能控制總站完成上級主計算機(jī)與現(xiàn)場測、控子站計算機(jī)之間的指令、數(shù)據(jù)傳送。這些應(yīng)用系統(tǒng)沒有被測對象，故不需要前向通道。

2﹑前向通道的設(shè)計
（1）傳感器的比較如下識別障礙的首要問題是傳感器的選擇，下面對幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行說。探測障礙的最簡單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標(biāo)發(fā)射超聲波脈沖，計算其往返時間來判定距離的。該方法被廣泛應(yīng)用于移動機(jī)器人的研究上。其優(yōu)點(diǎn)是價格便宜，易于使用，且在10m以內(nèi)能給出精確的測量。不過在ITS系統(tǒng)中除了上文提出的場景限制外，還有以下問題。首先因其只能在10m以內(nèi)有效使用，所以并不適合ITS系統(tǒng)。另外超聲波傳感器的工作原理基于聲，即使可以使之測達(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的干擾，所以在CW/ICC系統(tǒng)中使用是不實(shí)際的。

視覺傳感器在CW系統(tǒng)中使用得非常廣泛。其優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價格合理，在一定的寬度和視覺域內(nèi)可以測量定多個目標(biāo)，并且可以利用測量的圖像根據(jù)外形和大小對目標(biāo)進(jìn)行分類。但是算法復(fù)雜，處理速度慢。雷達(dá)傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)使用了幾十年。主要優(yōu)點(diǎn)是可以魯棒地探測到障礙而不受天氣或燈光條件限制。近十年來隨著尺寸及價格的降低，在汽車行業(yè)開始被使用。但是仍存在性價比的問題。

（2）超聲波障礙檢測

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�，它可以將電能轉(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)計采用T/R-40-12小型超聲波傳感器作為探測前方障礙物體的檢測元件，其中心頻率為40Hz，由80C51發(fā)出的40KHz脈沖信號驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)送器發(fā)出40KHz的脈沖超聲波，如電動車前方遇到有障礙物時，此超聲波信號被障礙物反射回來，由接收器接收，經(jīng)LM318兩級放大，再經(jīng)帶有鎖相環(huán)的音頻解碼芯片LM567解碼，當(dāng)LM567的輸入信號大于25mV時，輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖�，�?0C51單片機(jī)處理。超聲波檢測如圖3.3超聲波檢測電路所示。

圖 3.3 超聲波檢測電路

四、后向通道設(shè)計
在工業(yè)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)總要對控制對象實(shí)現(xiàn)操作，因此，在這樣的系統(tǒng)中，總要有后向通道。后向通道是計算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)算處理后，對控制對象的輸出通道接口。
根據(jù)單片機(jī)的輸出和控制對象實(shí)現(xiàn)控制信號的要求，后向通道具有以下特點(diǎn)：
（1）小信號輸出、大功率控制。根據(jù)目前單片機(jī)輸出功率的限制，不能輸出控制對象所要求的功率信號。
（2）是一個輸出通道。輸出伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制信號，而伺服驅(qū)動系統(tǒng)中的狀態(tài)反饋信號通常是作為檢測信號輸入前向通道。
（3）接近控制對象，環(huán)境惡劣�？刂茖ο蠖酁榇蠊β仕欧�(qū)動機(jī)構(gòu)，電磁、機(jī)械干擾較為嚴(yán)重。但后向通道是一個輸出通道，而且輸出電平較高，不易受到直接損害。但這些干擾易從系統(tǒng)的前向通道竄入。
單片機(jī)在完成控制處理后，總是以數(shù)字信號通過I/O口或數(shù)據(jù)總線送給控制對象。這些數(shù)字信號形態(tài)主要有開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，可直接用于開關(guān)量、數(shù)字量系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)，但對于一些模擬量控制系統(tǒng)，則應(yīng)通過數(shù)／模轉(zhuǎn)換成模擬量控制信號。
根據(jù)單片機(jī)輸出信號形態(tài)及控制對象要求，后向通道應(yīng)解決：
（1} 功率驅(qū)動。將單片機(jī)輸出信號進(jìn)行功率放大，以滿足伺服驅(qū)動的功率要求。
（2）干擾防治。主要防治伺服驅(qū)動系統(tǒng)通過信號通道﹑電源以及空間電磁場對計算機(jī)系統(tǒng)的干擾。通常采用信號隔離﹑電源隔離和對功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)過零切換等方法進(jìn)行干擾防治。
（3）數(shù)/模轉(zhuǎn)換。對于二進(jìn)制輸出的數(shù)字量采用D/A變換器；對于頻率量輸出則可以采用本設(shè)計調(diào)速采用PWM調(diào)速：
為順利實(shí)現(xiàn)電動小汽車的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，本設(shè)計采用了可逆PWM變換器�？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有H型、T型等類型。我們在設(shè)計中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個三極電力晶體管和4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。圖3.4為雙極式H型可逆PWM變換器的電路原理圖。4個電力晶體管的基極驅(qū)動電壓分為兩組。VT1和VT4同時導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動電路中Ub1=Ub4；VT2和VT3同時動作，其驅(qū)動電壓Ub2=Ub3= -Ub1。
雙極式PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)如下：
（1）電流一定連續(xù)；
（2）可使電動機(jī)在四象限中運(yùn)行；
（3）電機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；
（4）低速時，每個晶體管的驅(qū)動脈沖仍較寬，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)20000左右。

圖3.4 雙極式H型可逆PWM變換器電路原理圖

1、脈寬調(diào)制原理：
脈寬調(diào)制器本身是一個由運(yùn)算放大器和幾個輸入信號組成的電壓比較器。運(yùn)算放大器工作在開換狀態(tài)，稍微有一點(diǎn)輸入信號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，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。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個輸入信號。一個輸入信號是鋸齒波調(diào)制信號，另一個是控制電壓，其極性大小可隨時改變，與鋸齒波調(diào)制信號相減，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。只要改變控制電壓的極性,也就改變了PWM變換器輸出平均電壓的極性,因而改變了電動機(jī)的轉(zhuǎn)向.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)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速.只要鋸齒波的線性度足夠好,輸出脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的.
2、邏輯延時環(huán)節(jié)：
在可逆PWM變換器中,跨接在電源兩端的上下兩個晶體管經(jīng)常交替工作.由于晶體管的關(guān)斷過程中有一段存儲時間和電流下降時間,總稱關(guān)斷時間,在這段時間內(nèi)晶體管并未完全關(guān)斷.如果在此期間另一個晶體管已經(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.為避免發(fā)生這種情況,設(shè)置了由RC電路構(gòu)成的延時環(huán)節(jié).
3、電源的設(shè)計
本設(shè)計的電源為車載電源。為保證電源工作可靠，單片機(jī)系統(tǒng)與動力伺服系統(tǒng)的電源采用了大功率、大容量的蓄電池；而傳感器的工作電源則采用了小巧輕便的干電池。

五、顯示電路設(shè)計
本設(shè)計中用兩片4位八段數(shù)碼管gem4561ae作顯示器,并具有雙重功能,在小車不行駛時其中一片顯示年月,另一片顯示時.分. 當(dāng)小車行駛時,分別顯示時間和行駛距離原理圖如圖1.
本設(shè)計中采用新型芯片EM78P458作為顯示驅(qū)動器,它的管腳如圖3.5 EM78P458管腳介紹所示,用單片機(jī)的并行口控制,一個數(shù)碼顯示電路用4個口線,用專用驅(qū)動芯片控制可以減少對CPU的利用時間,單片機(jī)將有更多的時間去完成其他功能.

圖3.5 EM78P458的管腳

該芯片共有20個管腳，管腳LED1﹑LED2﹑LED3﹑LED4分別接10k電阻和三極管后與4位八段數(shù)碼管5461中的a1﹑a2﹑a3﹑a4四個數(shù)位選擇端相連，這四個數(shù)位選擇端用來產(chǎn)生LED選通信號。
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d0﹑d1﹑d2﹑d3接單片機(jī)并行口，通過對單片機(jī)對芯片進(jìn)行控制。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。

該芯片所驅(qū)動的顯示電路如圖3.6 EM78P458集成顯示電路所示

顯示驅(qū)動器支持動態(tài)顯示，其顯示功能如表4.2真值表所示，0000-1001顯示從0-9數(shù)字，1010是未進(jìn)位時是小數(shù)點(diǎn)清位，1011是進(jìn)位后加小數(shù)點(diǎn)，1100-1111是八段共陰數(shù)碼管的位選。

圖3.6 EM78P458集成顯示電路

第四章、軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計說明
在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實(shí)際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。
在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。
為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。
模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點(diǎn)是：
1、單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試；
2、模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務(wù)在不同條件下調(diào)用；
3、模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計者提供方便。
本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時子程序、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。

一、主程序設(shè)計

程序清單如下：

limiw equ 30h ;厘米位
miao equ 31h ;秒位
fenmi equ 32h ;分米位
fmiao equ 33h ;分秒位
meter equ 34h ;米位
fenzh equ 35h ;分位
point equ 36h ;小數(shù)點(diǎn)位
shimi equ 37h ;十米位
shifn equ 38h ;十分位
sudu equ 39h ;速度控制
jishk equ 3ah ;記時開始
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
org 0000h
ajmp main
org 000bh
ajmp st0
org 001bh
ajmp st1
org 0100h
main:
mov limiw,#00h
mov miao,#00h
mov fenmi,#00h
mov fmiao,#00h
mov meter,#00h
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

復(fù)制代碼

二、顯示子程序設(shè)計

程序清單如下：

xianshi:
mov p1,#0aah
mov p1,#0cch
mov a,limiw
swap a
add a,miao
mov p1,a
nop
nop
mov p1,#0ddh
mov a,fenmi
swap a
add a,fmiao
mov p1,a
nop
nop
mov p1,#0eeh
mov a,#0b0h
add a,point
mov p1,a
nop
nop
mov p1,#0eeh
mov a,meter
swap a
add a,fenzh
mov p1,a
nop
nop
mov p1,#0ffh
mov a,shimi
swap a
add a,shifn
mov p1,a
ret

復(fù)制代碼

三、避障子程序設(shè)計

程序清單如下：

<font face="黑體">zhangai:
jb 25h,stop
jnb 22h,youzhuan
jnb 23h,youzhuan
jnb 24h,zuozhuan
jnb 26h,zuozhuan
ajmp jiance
zuozhuan:
clr p0.5
clr p0.4
mov sudu,#05h
acall delaa
setb p0.4
setb p0.5
mov sudu,#07h
ajmp jiance
youzhuan:
clr p0.6
clr p0.7
mov sudu,#05h
acall delaa
setb p0.7
setb p0.6
mov sudu,#07h
ajmp jiance
stop:
acall delay
jnb 25h,zhangai
clr tr0
mov a,fenmi
mov fenmc,a
mov a,#02h
add a,fenmc
mov fenmc,a
here: cjne a,fenmi,here
clr tr1
setb p2.6
acall delaa
setb p2.7
ajmp $
</font>

復(fù)制代碼

四、整體程序設(shè)計如下所示：

程序清單如下：

limiw equ    30h ;厘米位

      miao equ    31h ;秒位

      fenmi equ    32h ;分米位

      fmiao equ    33h ;分秒位

      meter equ    34h ;米位

      fenzh equ    35h ;分位

      point equ    36h ;小數(shù)點(diǎn)位

      shimi equ    37h ;十米位

      shifn equ    38h ;十分位

      sudu equ    39h ;速度控制

      jishk equ    3ah ;記時開始

      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

      org    0000h

      ajmp    main

      org    000bh

      ajmp    st0

      org    001bh

      ajmp    st1

      org    0100h

main:

      mov limiw,#00h

      mov miao,#00h

      mov fenmi,#00h

      mov fmiao,#00h

      mov meter,#00h

      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

qidong:

      jb p0.0,qidong

      acall delay

      jb p0.0,qidong

      mov sudu,#03h

      clr p2.6

      clr p2.7

      setb tr1

  start:

      jnb p2.3,start

      acall delay

      jnb p2.3,start

      mov sudu,#07h

      setb tr0

      mov jishk,#01h

      call delaa

      call delaa

      call delaa

      call delaa

      call delaa

jiance:

      mov c,p2.0

      mov 22h,c

      mov c,p2.1

      mov 23h,c

      mov c,p2.2

      mov 24h,c

      mov c,p2.3

      mov 25h,c

      mov c,p2.4

      mov 26h,c

zhangai:

      jb 25h,stop

      jnb 22h,youzhuan

      jnb 23h,youzhuan

      jnb 24h,zuozhuan

      jnb 26h,zuozhuan

      ajmp jiance

zuozhuan:

      clr p0.5

      clr p0.4

      mov sudu,#05h

      acall delaa

      setb p0.4

      setb p0.5

      mov sudu,#07h

      ajmp jiance

youzhuan:

      clr p0.6

      clr p0.7

      mov sudu,#05h

      acall delaa

      setb p0.7

      setb p0.6

      mov sudu,#07h

      ajmp jiance

stop:

      acall delay

      jnb 25h,zhangai

      clr tr0

      mov a,fenmi

      mov fenmc,a

      mov a,#02h

      add a,fenmc

      mov fenmc,a

here: cjne a,fenmi,here

      clr tr1

      setb p2.6

      acall delaa

      setb p2.7

      ajmp $

st0:

      push acc

      push psw

      mov th0,#3ch

      mov tl0,#0b0h

      inc zhond

      mov a,#0ah

      cjne a,zhond,out

      mov zhond,#00h

      inc zhodu

      mov a,#02h

      cjne a,zhodu,miepo

      mov point,#0bh

      mov zhodu,#00h

      inc miao

      mov a,#0ah

      cjne a,miao,out

      mov miao,#00h

      inc fmiao

      mov a,#06h

      cjne a,fmiao,out

      mov fmiao,#00h

      inc fenzh

      mov a,#0ah

      cjne a,fenzh,out

      mov fenzh,#00h

      inc shifn

out:

      call xianshi

outb:

      pop psw

      pop acc

      reti

  miepo:

      mov point,#0ah

      ajmp out

st1:

      push acc

      push psw

      inc zhon

      mov a,sudu

      cjne a,zhon,hig

      setb p2.7

      ajmp outi

hig:

      mov a,#0ah

      cjne a,zhon,outi

      mov zhon,#00h

      clr p2.7

outi:

      mov a,#01h

      cjne a,jishk,outb

      jb p2.5,gao

      mov c,p2.5

      mov 21h,c

      orl c,20h

      clr 20h

      jc  youbh

      ajmp outb

gao:

      setb 20h

      ajmp outb

  youbh:

      inc maicho

      mov a,jinweb

      cjne a,maicho,outb

      mov maicho,#00h

      inc bhcs

      mov a,#02h

      cjne a,bhcs,jici

      mov jinweb,#03h

goon:inc limiw

      mov a,#0ah

      cjne a,limiw,out

      mov limiw,#00h

      inc fenmi

      cjne a,fenmi,out

      mov fenmi,#00h

      inc meter

      cjne a,meter,out

      mov meter,#00h

      inc shimi

      ajmp out

jici:

      mov jinweb,#02h

      ajmp goon

xianshi:

      mov p1,#0aah

      mov p1,#0cch

      mov a,limiw

      swap a

      add a,miao

      mov p1,a

      nop

      nop

      mov p1,#0ddh

      mov a,fenmi

      swap a

      add a,fmiao

      mov p1,a

      nop

      nop

      mov p1,#0eeh

      mov a,#0b0h

      add a,point

      mov p1,a

      nop

      nop

      mov p1,#0eeh

      mov a,meter

      swap a

      add a,fenzh

      mov p1,a

      nop

      nop

      mov p1,#0ffh

      mov a,shimi

      swap a

      add a,shifn

      mov p1,a

      ret

  delay:

      mov 46h,#0ffh

      mov 47h,#0ffh

   i:djnz 47h,i1

   i1:djnz 46h,i

      ret

delaa:

   mov 48h,#0ah

ii:mov 49h,#0afh

ii2:mov 50h,#0ffh

ii3:djnz 50h,ii3

      djnz 49h,ii2

      djnz 48h,ii

      ret
復(fù)制代碼

五、軟件抗干擾技術(shù)
提高玩具車智能控制的可靠性，僅靠硬件抗干擾是不夠的，需要進(jìn)一步借助于軟件抗干擾技術(shù)來克服某些干擾。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，無疑為了將大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)等。
1、數(shù)字濾波技術(shù)：
一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬輸入信號中，均含有種種噪音和干擾，它們來自被測量本身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測量和控制，必須消除被測信號中的噪音和干擾。對于這類信號，采用積分時間等于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。后者為隨機(jī)信號，它不是周期信號。對于隨機(jī)干擾，我們可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或濾除。所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重。故實(shí)質(zhì)上它是一種程序濾波。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。
數(shù)字濾波可以根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或濾波參數(shù)，具有靈活、方便，功能強(qiáng)的特點(diǎn)。
數(shù)字濾波可以對頻率很低的信號實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。
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。

2、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)：
干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一點(diǎn)，我們在采集某一開關(guān)量信號時，可多次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全一致方為有效。若多次采樣后，信號總是變化不定，可停止采集，給出報警信號，由于開關(guān)量信號主要是來自各類開
關(guān)型狀態(tài)傳感器，如限位開關(guān)、操作按鈕、電氣觸點(diǎn)等，對這些信號的采集不能用多次平均的方法，必須絕對一致才行。如果開關(guān)量信號超過8個，可按8個一組進(jìn)行分組處理，也可定義多字節(jié)信息暫存區(qū)，按類似方法處理。在滿足實(shí)時性要求的前提下，如果在各次采集數(shù)字信號之間接入一段延時，效果會好一些，就能對抗較寬的干擾。
輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型，對干擾的敏感性相對較大。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，它就會盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，也不管此時數(shù)據(jù)是否有效。輸出設(shè)備和慣性（響應(yīng)速度）與干擾的耐受能力也有很大關(guān)系。慣性大的輸出設(shè)備（如各類電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)）對‘毛刺’干擾有一定的耐受能力。慣性小的輸出設(shè)備（如通行口、顯示設(shè)備）耐受能力就小一些。在軟件上，最為有效的方法就是重復(fù)輸出同一個數(shù)據(jù)。只要有可能，其重復(fù)周期盡可能短些。外設(shè)設(shè)備接受到一個被干擾的錯誤信息后，還來不及作出有效的反應(yīng)，一個正確的信息又來了，就可及時防止錯誤動作的產(chǎn)生。另外，各類數(shù)據(jù)鎖存器盡可能和CPU安裝在同一電路板上，使傳輸線上傳送的都是鎖存好的電位控制信號，對于重要的輸出設(shè)備，最好建立檢測通道，CPU可以檢測通道來確定輸出結(jié)果的正確性。
3、指令冗余技術(shù)：
當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。當(dāng)程序彈飛到某一字節(jié)指令上時，便自動納入正軌。當(dāng)彈飛到某一雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。當(dāng)程序彈飛到三字節(jié)指令上時，因它有兩個操作數(shù)，繼續(xù)出錯的機(jī)會就更大。因此，我們應(yīng)多采用單字節(jié)指令（NOP)或?qū)巫止?jié)指令重復(fù)書寫，這便是指令冗余。指令冗余無疑會降低系統(tǒng)的效率，但在絕大多數(shù)情況下，CPU還不至于忙到不能多執(zhí)行幾條指令的程度，故這種方法還是被廣泛采用。
在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確軌道。在某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)重要的指令前也可插入兩條NOP指令，以保證正確執(zhí)行。指令冗余技術(shù)可以減少程序彈飛的次數(shù)，使其很快進(jìn)入程序軌道，但這并不能保證在失控期間不干壞事，更不能保證程序納入正常軌道后就太平無事了，解決這個問題必須采用軟件容錯技術(shù)。
4﹑軟件陷阱技術(shù)：
指令冗余使彈飛的程序安定下來是有條件的。首先，彈飛的程序必須落到程序區(qū)；其次，必須執(zhí)行到冗余指令。所謂軟件陷阱，就是一套引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進(jìn)行處理的程序。如果我們把這段程序的入口標(biāo)號記為 ERR 的話，軟件陷阱即為一條無條件轉(zhuǎn)移指令，為了加強(qiáng)其捕捉效果，一般還在它前面加兩條 NOP 指令，因此真正的軟件陷阱由3條指令構(gòu)成：

復(fù)制代碼

軟件陷阱安排在以下四種地方：
(1)未使用的中斷向量區(qū)。
(2)未使用的大片ROM空間
(3)表格

5、程序區(qū)
由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，故不影響程序執(zhí)行效率，在當(dāng)前EPROM容量不成問題的條件下，還是多多益善。

六、看門狗技術(shù)
PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，也可能使程序陷入“死循環(huán)” [6]。指令技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫“死循環(huán)”的困境，這時系統(tǒng)完全癱瘓。如果操作者在場，就可以按下人工復(fù)位安鈕，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。但操作者不能一直監(jiān)視著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才進(jìn)行人工復(fù)位。為使程序脫離“死循環(huán)”，通常采用“看門狗技術(shù)”�！翱撮T狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時間，若發(fā)現(xiàn)時間超過已知的循環(huán)設(shè)定時間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了“死循環(huán)”，然后強(qiáng)迫程序返回到0000H入口，在0000H處安排一段出錯處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行納入正規(guī)。
“看門狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，可由軟件實(shí)現(xiàn)，也可由兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用硬件“看門狗”電路。
實(shí)現(xiàn)硬件“看門狗”電路方案較多，目前采用較多的方案有以下幾種：

采用微處理器監(jiān)控器；
采用單穩(wěn)態(tài)電路來實(shí)現(xiàn)“看門狗”，單穩(wěn)定電路可采用74LS123;
采用內(nèi)帶震蕩器的記數(shù)芯片。

   本設(shè)計采用第三種方案實(shí)現(xiàn)“看門狗”電路，下面就對該方案作以介紹。
(1)基本原理
CD4060 是帶震蕩器的14位計數(shù)器，由該芯片構(gòu)成的看門狗電路4060記數(shù)頻率由RT和CT決定。設(shè)實(shí)際的程序所需工作周期為T，分頻器記滿時間為T’,當(dāng)T’>T 且系統(tǒng)正常工作時，程序每隔T對4060進(jìn)行掃描一次，分頻且永無記滿輸出信號。如系統(tǒng)工作不正常（如程序跑飛、死循環(huán)等），程序?qū)?060發(fā)不出掃描信號，分頻器記滿輸出一脈沖號使CPU復(fù)位。
(2)參數(shù)選擇
4060的振蕩頻率f由 RT 、CT決定。Rs用于改善振蕩器的穩(wěn)定性，Rs 要大于RT。一般取Rs=10RT，且RT>1kΩ,CT≥100pF。如果Rs=450Ω，RT=45Ω，CT=1uF,則f=10HZ。4060的振蕩頻率和Qi(i=6,7,8,9,10,12,13,14)的選擇要根據(jù)情況確定。
(3)幾個原則
看門狗電路必須由硬件邏輯組成，不宜由可編程計數(shù)器充當(dāng)，因為CPU失控后，可能會修改可編程器件參數(shù)，使看門狗失效。4060的RST線上阻容組成的微分電路很重要，因為掃描輸入信號是CPU產(chǎn)生的正脈沖，若此信號變“1”后，由于干擾，程序亂飛，微分電路只能讓上跳沿通過，不會封死4060，看門狗仍能計數(shù)起作用。若沒有微分電路，掃描輸入信號上的“1”狀態(tài)封死4060，使之不能記數(shù)，看門狗不起作用。CPU必須在正確完成所有工作后才能發(fā)掃描輸入信號，且程序中發(fā)掃描信號的地方不能太多。否則，正好在哪里有死循環(huán)，看門狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號，不能重新啟動CPU。4060的記滿輸出信號不但要接到MCS-51的RST腳，而且還應(yīng)接到其它芯片的RST腳，因為程序亂飛后，其它具有RST腳的芯片也混亂了，必須全部復(fù)位。

六、可編程邏輯器件
可編程邏輯器件GAL16V8是LATTICE公司研制的一種電可擦除的可重復(fù)編程的低密度PLD器件。它采用更為靈活的可編I/O結(jié)構(gòu)，并采用了先進(jìn)的EECOMS工藝，數(shù)秒內(nèi)即可完成芯片的擦除和編程過程，并可反復(fù)改寫，是產(chǎn)品開發(fā)研制的理想器件之一。
GAL16V8技術(shù)特性
（1）電可擦除工藝
   可重編程單元
   100％成品率
   可重配置邏輯
（2）高性能E2CMOS工藝
   低功耗：45mA最大運(yùn)行功耗，35mA最大維持功耗
   高速度：15～25us最快存取速度
（3）8個輸出邏輯單元
   對于復(fù)雜邏輯設(shè)計具有最大靈活性，GAL16V8可仿真20條引腳的PAL器件，具有功能 / 熔絲圖 /參數(shù)的完全兼容性
（4）預(yù)置、加電復(fù)位全部寄存器
（5）具有保密單元、電子標(biāo)簽
（6）數(shù)據(jù)保持超過20年。

  80C51按鍵電路直接由80C51接口電路查詢。消抖(延時20ms)由軟件延時完成。

實(shí)現(xiàn)電壓測量、頻率測量與實(shí)時時鐘功能的程序如下：（顯示和操作通過矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)）

#include "STC15.h"
#include <intrins.h>
sbit SCK=P1^7;
sbit SDA=P2^3;
sbit RST = P1^3; // DS1302復(fù)位
void Write_Ds1302_Byte(unsigned char temp)
{
unsigned char i;
for (i=0;i<8;i++)
{
SCK=0;
SDA=temp&0x01;
temp>>=1;
SCK=1;
}
}
void Write_Ds1302( unsigned char address,unsigned char dat )
{
RST=0;
_nop_();
SCK=0;
_nop_();
RST=1;
_nop_();
Write_Ds1302_Byte(address);
Write_Ds1302_Byte(dat);
RST=0;
}
unsigned char Read_Ds1302 ( unsigned char address )
{
unsigned char i,temp=0x00;
RST=0;
_nop_();
SCK=0;
_nop_();
RST=1;
_nop_();
Write_Ds1302_Byte(address);
for (i=0;i<8;i++)
{
SCK=0;
temp>>=1;
if(SDA)
temp|=0x80;
SCK=1;
}
RST=0;
_nop_();
RST=0;
SCK=0;
_nop_();
SCK=1;
_nop_();
SDA=0;
_nop_();
SDA=1;
_nop_();
return (temp);
}

復(fù)制代碼

#include "STC15.h"
#include "intrins.h"
#define somenop {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}
#define SlaveAddrW 0xA0
#define SlaveAddrR 0xA1
//總線引腳定義
sbit SDA = P2^1; /* 數(shù)據(jù)線 */
sbit SCL = P2^0; /* 時鐘線 */
//總線啟動條件
void IIC_Start(void)
{
SDA = 1;
SCL = 1;
somenop;
SDA = 0;
somenop;
SCL = 0;
}
//總線停止條件
void IIC_Stop(void)
{
SDA = 0;
SCL = 1;
somenop;
SDA = 1;
}
//應(yīng)答位控制
void IIC_Ack(bit ackbit)
{
if(ackbit)
{
SDA = 0;
}
else
{
SDA = 1;
}
somenop;
SCL = 1;
somenop;
SCL = 0;
SDA = 1;
somenop;
}
//等待應(yīng)答
bit IIC_WaitAck(void)
{
SDA = 1;
somenop;
SCL = 1;
somenop;
if(SDA)
{
SCL = 0;
IIC_Stop();
return 0;
}
else
{
SCL = 0;
return 1;
}
}
//通過I2C總線發(fā)送數(shù)據(jù)
void IIC_SendByte(unsigned char byt)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(byt&0x80)
{
SDA = 1;
}
else
{
SDA = 0;
}
somenop;
SCL = 1;
byt <<= 1;
somenop;
SCL = 0;
}
}
//從I2C總線上接收數(shù)據(jù)
unsigned char IIC_RecByte(void)
{
unsigned char da;
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
SCL = 1;
somenop;
da <<= 1;
if(SDA)
da |= 0x01;
SCL = 0;
somenop;
}
return da;
}

復(fù)制代碼

#include "STC15.h"
#include "ds1302.h"
#include "iic.h"
#include "intrins.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned long u32;
u8 e_write_flag=0;
u8 mode=0;
u8 code t_display[]={ //標(biāo)準(zhǔn)字庫
// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -
0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x40};
void Delay1ms() //@11.0592MHz
{
unsigned char i, j;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
i = 11;
j = 190;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
void delay_ms(u16 i)
{
while(i--)
Delay1ms();
}
void dis_num(u8 x,u8 num) //數(shù)碼管顯示
{
P0=0X01<<x;
P2=0XC0;
P2=0X00;
P0=~t_display[num];
P2=0XE0;
Delay1ms();
P0=0XFF;
P2=0X00;
}
u8 ad() //AD采集
{
u8 i;
IIC_Start();
IIC_SendByte(0x90);
IIC_WaitAck();
IIC_SendByte(0x03);
IIC_WaitAck();
IIC_Start();
IIC_SendByte(0x91);
IIC_WaitAck();
i=IIC_RecByte();
IIC_Stop();
return i;
}
void DS1302_Init() //1302初始化
{
Write_Ds1302(0x8e,0x00);
Write_Ds1302(0x80,0x55);
Write_Ds1302(0x82,0x59);
Write_Ds1302(0x84,0x23);
Write_Ds1302(0x8e,0x80);
}
void show_time() //顯示時間
{
u8 i;
i=Read_Ds1302(0x85);
dis_num(0,(i&0xf0)>>4);
dis_num(1,(i&0x0f));
dis_num(2,10);
i=Read_Ds1302(0x83);
dis_num(3,(i&0xf0)>>4);
dis_num(4,(i&0x0f));
dis_num(5,10);
i=Read_Ds1302(0x81);
dis_num(6,(i&0xf0)>>4);
dis_num(7,(i&0x0f));
}
void write_eeprom(u8 adr,u8 dat) //寫入EEPROM
{
IIC_Start();
IIC_SendByte(0xa0);
IIC_WaitAck();
IIC_SendByte(adr);
IIC_WaitAck();
IIC_SendByte(dat);
IIC_WaitAck();
IIC_Stop();
}
u8 read_eeprom(u8 adr) //讀取EEPROM
{
u8 i;
IIC_Start();
IIC_SendByte(0xa0);
IIC_WaitAck();
IIC_SendByte(adr);
IIC_WaitAck();
IIC_Start();
IIC_SendByte(0xa1);
IIC_WaitAck();
i=IIC_RecByte();
IIC_Stop();
return i;
}
u8 scan_key() //按鍵掃描
{
u8 key,i;
for(i=0;i<2;i++)
{
P3|=0X0F;
switch(i)
{
case 0:{P44=0;P42=1;}break;
case 1:{P44=1;P42=0;}break;
}
key=P3&0X0F;
if(key!=0x0f)
{
delay_ms(30);
key=P3&0X0F;
if(key!=0x0f)
{
while((P3&0X0F)!=0X0F);
switch(key)
{
case 0x0e:return i*4+7;break;
case 0x0d:return i*4+6;break;
case 0x0b:return i*4+5;break;
case 0x07:return i*4+4;break;
}
}
}
}
return 0;
}
void Time0_Init()
{
AUXR = 0x80; //定時器0為1T模式
TMOD = 0x04; //設(shè)置定時器0為16位自動重裝載外部記數(shù)模式
TH0 = TL0 = 0xff; //設(shè)置定時器0初始值
TR0 = 0; //定時器0開始工作
ET0 = 1; //開定時器0中斷
}
void Timer1Init(void) //50毫秒@11.0592MHz
{
AUXR &= 0xBF; //定時器時鐘12T模式
TMOD &= 0x0F; //設(shè)置定時器模式
TL1 = 0x00; //設(shè)置定時初值
TH1 = 0x4C; //設(shè)置定時初值
TF1 = 0; //清除TF1標(biāo)志
TR1 = 0; //定時器1開始計時
ET1 = 1;
}
void Timer2Init(void) //50毫秒@11.0592MHz
{
AUXR &= 0xFB; //定時器時鐘12T模式
T2L = 0x00; //設(shè)置定時初值
T2H = 0x4C; //設(shè)置定時初值
IE2 |= (1<<2); //允許中斷
AUXR |= 0x10; //定時器2開始計時
IE2 |= 0x04; //開定時器2中斷
}
//調(diào)整時間
bit change_time()
{
u8 x,k,temp_0,temp_1,show_flag;
u8 time[3]={0};
x=Read_Ds1302(0x85);
time[0]=((x&0xf0)>>4)*10+(x&0x0f);
x=Read_Ds1302(0x83);
time[1]=((x&0xf0)>>4)*10+(x&0x0f);
x=Read_Ds1302(0x81);
temp_0=x;
time[2]=((x&0xf0)>>4)*10+(x&0x0f);
x=0;
show_flag=1;
while(1)
{
if(show_flag)
{
dis_num(x*3,time[x]/10);
dis_num(x*3+1,time[x]%10);
}
switch(x)
{
case 0:{dis_num(2,10);dis_num(3,time[1]/10);dis_num(4,time[1]%10);dis_num(5,10);dis_num(6,time[2]/10);dis_num(7,time[2]%10);}break;
case 1:{dis_num(0,time[0]/10);dis_num(1,time[0]%10);dis_num(2,10);dis_num(5,10);dis_num(6,time[2]/10);dis_num(7,time[2]%10);}break;
case 2:{dis_num(0,time[0]/10);dis_num(1,time[0]%10);dis_num(2,10);dis_num(3,time[1]/10);dis_num(4,time[1]%10);dis_num(5,10);}break;
}
k=scan_key();
if(k==7)
{
Write_Ds1302(0x8e,0x00);
Write_Ds1302(0x80,(((time[2]/10)<<4)|(time[2]%10)));
Write_Ds1302(0x82,(((time[1]/10)<<4)|(time[1]%10)));
Write_Ds1302(0x84,(((time[0]/10)<<4)|(time[0]%10)));
Write_Ds1302(0x8e,0x80);
return 0;
}
if(k!=0)
{
switch(k)
{
case 4:{x++;if(x==3)x=0;}break;
case 11:{time[x]++;if(time[x]>59)time[x]=0;}break;
case 10:{if((x!=0)&(time[x]==0))time[x]=60;if((x==0)&(time[x]==0))time[x]=13;time[x]--;}break;
}
}
temp_1=Read_Ds1302(0x81);
if(temp_1!=temp_0)
{
temp_0=temp_1;
show_flag=!show_flag;
}
}
}
bit menu_1()//顯示時間和設(shè)置時間
{
u8 k,x;
x=0;
while(1)
{
show_time();
k=scan_key();
if(k==4)
{
change_time();
}
switch(k)
{
case 6:{mode=1;return 1;}break;
case 5:{mode=2;return 1;}break;
case 9:{mode=3;return 1;}break;
}
}
}
u8 V[2]={0,0};
bit change_V() //修改電壓上下限
{
u8 k,x,show_flag,temp_0,temp_1;
x=0;
show_flag=1;
temp_0=Read_Ds1302(0x81);
while(1)
{
if(show_flag)
{
if(x)
{
dis_num(4,V[1]/10);
dis_num(5,V[1]%10);
dis_num(6,0);
dis_num(7,0);
}
else
{
dis_num(0,V[0]/10);
dis_num(1,V[0]%10);
dis_num(2,0);
dis_num(3,0);
}
}
if(x)
{
dis_num(0,V[0]/10);
dis_num(1,V[0]%10);
dis_num(2,0);
dis_num(3,0);
}
else
{
dis_num(4,V[1]/10);
dis_num(5,V[1]%10);
dis_num(6,0);
dis_num(7,0);
}
k=scan_key();
temp_1=Read_Ds1302(0x81);
if(temp_1!=temp_0)
{
temp_0=temp_1;
show_flag=!show_flag;
}
if(k!=0)
{
switch(k)
{
case 4:{x++;if(x==2)x=0;}break;
case 11:{
if((x==1)&(V[0]>V[1])&(V[1]<95))
V[x]+=5;
if((x==0)&(V[0]<95))
V[x]+=5;
}break;
case 10:{
if((x==0)&(V[0]>V[1])&(V[0]>4))
V[x]-=5;
if((x==1)&(V[1]>4))
V[x]-=5;
}break;
}
}
if(k==6)
{
write_eeprom(0,V[0]);
delay_ms(50);
write_eeprom(1,V[1]);
return 1;
}
}
}
bit menu_2() //顯示電壓
{
u16 i;
u8 k;
while(1)
{
dis_num(0,10);
dis_num(1,1);
dis_num(2,10);
i=ad();
i=(u16)((float)i*19.6+0.5);
dis_num(4,i/1000);
dis_num(5,i%1000/100);
dis_num(6,i%100/10);
dis_num(7,i%10);
k=scan_key();
if(k==4)
{
change_V();
}
switch(k)
{
case 7:{mode=0;return 1;}break;
case 5:{mode=2;return 1;}break;
case 9:{mode=3;return 1;}break;
}
}
}
u16 timer=0;
u16 zhouqi=0;
u16 c_flag=0;
u8 over_flag=0;
bit menu_3() //頻率周期顯示
{
u8 k,ft=0;
u16 f,t;
EA=1;
TR0=1;
TR1=1;
while(1)
{
dis_num(0,10);
dis_num(1,2);
dis_num(2,10);
if(over_flag)
{
ET0=1;
TR0=1;
TR1=1;
over_flag=0;
f=c_flag*10;
c_flag=0;
}
k= scan_key();
if(k==4)
ft=!ft;
switch(k)
{
case 7:{mode=0;return 1;}break;
case 6:{mode=1;return 1;}break;
case 9:{mode=3;return 1;}break;
}
if(ft) //f
{
dis_num(3,f/10000);
dis_num(4,f%10000/1000);
dis_num(5,f%10000%1000/100);
dis_num(6,f%100/10);
dis_num(7,f%10);
}
else
{
t=1000000/f;
dis_num(3,t/10000);
dis_num(4,t%10000/1000);
dis_num(5,t%10000%1000/100);
dis_num(6,t%100/10);
dis_num(7,t%10);
}
}
}
bit menu_4() //查詢
{
u8 k;
while(1)
{
dis_num(6,0);
dis_num(7,read_eeprom(2));
k= scan_key();
if(k==4)
{
k=0;
while(1)
{
dis_num(0,read_eeprom(3)/10);
dis_num(1,read_eeprom(3)%10);
dis_num(2,10);
dis_num(3,read_eeprom(4)/10);
dis_num(4,read_eeprom(4)%10);
dis_num(5,10);
dis_num(6,read_eeprom(5)/10);
dis_num(7,read_eeprom(5)%10);
k=scan_key();
if((k==7)|(k==6)|(k==5)|(k==4))
break;
}
}
switch(k)
{
case 7:{mode=0;return 1;}break;
case 6:{mode=1;return 1;}break;
case 5:{mode=2;return 1;}break;
}
}
}
void main()
{
u16 i,j;
P0=0X00;
P2=0XA0;
P2=0X00;
P0=0XFF;
P2=0X80;
P2=0X00;
V[0]=read_eeprom(0);
delay_ms(10);
V[1]=read_eeprom(1);
DS1302_Init();
Time0_Init();
Timer1Init();
Timer2Init();
EA=1;
while(1)
{
switch(mode)
{
case 0:menu_1();break; //shijian
case 1:menu_2();break; //dianya
case 2:menu_3();break; //zhouqi
case 3:menu_4();break; //chaxun
}
}
}
//中斷服務(wù)程序
void t0int() interrupt 1 //中斷入口
{
c_flag++;
}
bit t1_c=0;
void t1int() interrupt 3
{
if(t1_c==0)
t1_c=1;
else
{
t1_c=0;
ET0=0;
TR0=0;
TR1=0;
over_flag=1;
}
}
u8 t2_flag=0;
void timer2_int (void) interrupt 12 //50ms *100 5s
{
u16 i;
t2_flag++;
if(t2_flag>=100)
{
t2_flag=0;
i=ad();
i=(u16)((float)i*19.6+0.5);
if(i>V[0]*100)
{
write_eeprom(2,1);
delay_ms(8);
i=Read_Ds1302(0x85);
i=((i&0xf0)>>4)*10+i&0x0f;
write_eeprom(3,i);
delay_ms(8);
i=Read_Ds1302(0x83);
i=((i&0xf0)>>4)*10+i&0x0f;
write_eeprom(4,i);
delay_ms(8);
i=Read_Ds1302(0x81);
i=((i&0xf0)>>4)*10+i&0x0f;
write_eeprom(5,i);
}
if(i<V[1]*100)
{
write_eeprom(2,0);
delay_ms(8);
i=Read_Ds1302(0x85);
i=((i&0xf0)>>4)*10+(i&0x0f);
write_eeprom(3,i);
delay_ms(8);
i=Read_Ds1302(0x83);
i=((i&0xf0)>>4)*10+(i&0x0f);
write_eeprom(4,i);
delay_ms(8);
i=Read_Ds1302(0x81);
i=((i&0xf0)>>4)*10+(i&0x0f);
write_eeprom(5,i);
}
}
}

復(fù)制代碼

附：硬件整體設(shè)計如下所示：

本篇文章部分代碼：

單片機(jī)小車部分程序下載.doc (67 KB, 下載次數(shù): 33)

給大家分享我收集的單片機(jī)經(jīng)典程序：

單片機(jī)經(jīng)典程序與獨(dú)創(chuàng)程序.docx (281.27 KB, 下載次數(shù): 34)

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