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自动作业的工程车控制系统软件设计
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外文翻译--51系列单片机的结构和功能.doc
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自动作业的工程车控制系统软件设计论文.doc
自动作业工程车控制系统软件设计
摘 要：
STC89C52单片机是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。这里介绍的是如何用STC89C52单片机来实现自动作业的工程车的硬件和软件设计。本系统以设计题目的要求为目的，采用STC89C52单片机为控制核心，利用LED灯进行显示，按键进行控制，且利用LG9110驱动芯片进行驱动以实现推土机的前进，左转，右转，后退以及铲斗的上下等功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。采用的技术主要有：1）通过C编程来控制小车的行驶及动作轨迹；2）新型驱动芯片LG9110的采用。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的软件设计方法及测试结果分析。
关键词： STC89C52单片机、 LG9110驱动芯片、 工程车
目录
第1章 绪论1
1.1选题的目的及意义1
1.2工程车在国内外的研究状况及发展趋势1
1.3本课题主要研究内容和设计任务1
第2章 方案设计与论证2
2.1直流电机H桥驱动系统2
2.2显示系统4
2.3系统原理图4
第三章 硬件设计6
3.1 STC89C52单片机硬件结构6
3.2最小应用系统设计6
第四章 软件设计9
4.1语言的选择9
4.2流程框图9
4.3程序流程图10
4.4软件调试13
4.5各功能模块程序14
第五章 工程车制作、焊接、调试及安装18
5.1系统的制作18
5.2系统的焊接18
5.3系统的调试18
第六章 测试结果分析19
6.1测试方法与仪器19
6.2测试结果分析19
结束语20
致 谢21
参考文献22
附 录23
1.1选题的目的及意义
以STC 公司的STC89C52芯片为核心，实现模拟工程车各种功能的控制器，该控制系统可以在无人干预的情况完成各种动作，后期可加入扩展功能模块，也可和用户有良好的互动性，可用外接键盘或遥控器进行操作。通过系统分析、设计、编码和测试，达到实用的目的。
工程车辆由于其作业环境复杂、恶劣，作业任务多样，作业生产率不高，迫切要求将智能技术应用到工程车辆中，开发具有智能化特征的工程车辆以适应工程车辆特殊的工作环境和提高工程车辆的使用性能。通过对该产品的设计及制作，对我个人能力的提升也大有裨益，将会使我对我四年来所学的知识有一个系统的理解和掌握，将会提高我对所学知识的运用能力。在设计中，我将会熟悉并了解芯片的选择，外围电路的设计，软硬件的调试对我来说都是一个很好的锻炼机会，在此次设计中，我定会得到很多宝贵的经验，这将对我日后的工作有很大的益处
1.2工程车在国内外的研究状况及发展趋势
随着我国经济发展和基础设施建设的加快，工程车各行各业的专业化程度普遍提高，运输工具越来越多样化、专用化。工程车如公路运输、工程建设、油田、矿山、电力、电信、邮政、医疗、环卫、食品、航空、公安、消防、司法以及国防建设等各行各业都需要适合本行业特点以及满足本行业特殊功能需要的专用汽车。
工程车课题中的工程车泛指工程建筑机械、城市维护等方面的特殊车辆。工程车具有超凡的本领，有超人的能量，它们在各种复杂艰苦的工况下长时间的作业，在城市的建设和维护上起着举足轻重的作用。
工程车既有汽车的基本特点，又有它们特殊的工作装置。市场上有一些不同造型、不同功能的工程车：动力铲张开它巨大的“嘴”正往渣土车上装卸石块；装载车像大力士一样，举起它强壮的“手臂”，挥动着它锋利的铲斗；清扫车飞快地转动着吸盘清扫街道，维护街道的清洁；扫雪车正忙碌着清扫路边的积雪，保证道路的畅通；高空作业车升起伸缩架将工作人员安全地送到高空维修电线。
1.3本课题主要研究内容和设计任务
本设计首先通过对工程车控制的现状进行调研分析，提出课题研究的需求分析和
系统实现的目标，然后对工程车控制的系统分析与设计,采用模块化方法进行工程车控制器的硬件设计和软件设计，接着阐述系统设计思想与原理，采用分布式体系结构,确定系统开发的编程环境与语言环境，最后软件功能模块编码、调试、运行与测试，形成软件包。在本次设计过程中，主要是通过按键控制达到实现工程车的左转，右转，前进，后退以及先下在前进和先上再后退的功能。当然，在实现这些功能过程中，是需要LED灯来显示各功能的。
- 内容简介：
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西安文理学院本科毕业设计（论文）任务书题 目自动作业的工程车控制系统软件设计学生姓名郭小卫学 号08102080210专业班级机械设计制造及其自动化2班指导教师李红岩职 称讲师教 研 室机械毕业设计（论文）任务与要求任务：1）工程车控制现状调研与需求分析；对工程车控制的现状进行调研分析；提出课题研究的需求分析和系统实现的目标。2）工程车控制的系统分析与设计：采用模块化方法进行工程车控制器的硬件设计和软件设计；阐述系统设计思想与原理；传感器的原理和应用等。3）系统开发环境与结构体系：采用分布式体系结构；确定系统开发的编程环境与语言环境。4）软件的设计与实现：软件功能模块编码、调试、运行与测试，形成软件包并写出使用说明及工艺文件等。要求：（1）采用系统工程思想分析研究课题；对系统进行分析、设计以及实现的过程中尽可能采用新技术；（2）软件分析和设计应该采用规范的软件工程技术，如面向对象的分析和设计技术等；毕业设计（论文）工作进程起止时间工作内容第12周第34周第56周第7周第89周第10周第11周第12周查（借）阅资料，学习自动作业车设计的相关知识，了解所设计的自动作业车需要满足的要求，撰写开题报告。进行自动作业车硬件电路的设计。进行自动作业的工程车软件设计。将硬件和软件匹配调试。撰写毕业论文。检查论文并定稿整理资料准备答辩答辩开始日期 2012-1-10 完成日期 2012-5-11 教研室主任（签字） 系主任（签字） 西安文理学院本科毕业设计（论文）开题报告题 目自动作业的工程车控制系统软件设计学生姓名郭小卫学 号08102080210专业名称机械设计制造及其自动化指导教师李红岩开题时间2012-3-2班 级08机电2班一、 选题目的和意义目的：以STC 公司的stc89c51或52芯片为核心，实现模拟工程车各种功能的控制器，该控制系统可以在无人干预的情况完成各种动作，后期可加入扩展功能模块，也可和用户有良好的互动性，可用外接键盘或遥控器进行操作。通过系统分析、设计、编码和测试，达到实用的目的。意义： 工程车辆由于其作业环境复杂、恶劣，作业任务多样，作业生产率不高，迫切要求将智能技术应用到工程车辆中，开发具有智能化特征的工程车辆以适应工程车辆特殊的工作环境和提高工程车辆的使用性能。通过对该产品的设计及制作，对我个人能力的提升也大有裨益，将会使我对我四年来所学的知识有一个系统的理解和掌握，将会提高我对所学知识的运用能力。在设计中，我将会熟悉并了解芯片的选择，外围电路的设计，软硬件的调试对我来说都是一个很好的锻炼机会，在此次设计中，我定会得到很多宝贵的经验，这将对我日后的工作有很大的益处二、 本课题在国内外的研究状况及发展趋势随着我国经济发展和基础设施建设的加快，工程车各行各业的专业化程度普遍提高，运输工具越来越多样化、专用化。工程车如公路运输、工程建设、油田、矿山、电力、电信、邮政、医疗、环卫、食品、航空、公安、消防、司法以及国防建设等各行各业都需要适合本行业特点以及满足本行业特殊功能需要的专用汽车。 工程车课题中的工程车泛指工程建筑机械、城市维护等方面的特殊车辆。工程车具有超凡的本领，有超人的能量，它们在各种复杂艰苦的工况下长时间的作业，在城市的建设和维护上起着举足轻重的作用。 工程车既有汽车的基本特点，又有它们特殊的工作装置。市场上有一些不同造型、不同功能的工程车：动力铲张开它巨大的“嘴”正往渣土车上装卸石块；装载车像大力士一样，举起它强壮的“手臂”，挥动着它锋利的铲斗；清扫车飞快地转动着吸盘清扫街道，维护街道的清洁；扫雪车正忙碌着清扫路边的积雪，保证道路的畅通；高空作业车升起伸缩架将工作人员安全地送到高空维修电线。 三、 主要研究内容 本系统软件采用模块化结构，有主程序和避障子程序，中断子程序，算法子程序等构成。 1 对硬件电路进行熟悉，并且进一步了解用C语言进行程序编写。 2 用C语言对电路的各模块进行编程。 3 将硬件与软件进行匹配，进行调试。 4撰写毕业论文指导教师意见及建议：本科题以自动控制的工程车为例研究了硬件和软件的设计过程，在自动化领域软件已经成为不可或缺的一个重要组成部分，通过对文献和资料的查找，该生对课题有了一定的认识，明确研究内容，在后续工作中应重点掌握编程和软件调试的方法。同意开题。 签字： 年 月 日教研室审核意见： 签字： 年 月 日注：此表前三项由学生填写后，交指导教师签署意见，经教研室审批后，才能开题。Structure and function of the MCS-51 series Structure and function of the MCS-51 series one-chip computer MCS-51 is a name of a piece of one-chip computer series which Intel Company produces. This company introduced 8 top-grade one-chip computers of MCS-51 series in 1980 after introducing 8 one-chip computers of MCS-48 series in 1976. It belong to a lot of kinds this line of one-chip computer the chips have,such as 8051, 8031, 8751, 80C51BH, 80C31BH,etc., their basic composition, basic performance and instruction system are all the same. 8051 daily representatives- 51 serial one-chip computers . An one-chip computer system is made up of several following parts: ( 1) One microprocessor of 8 (CPU). ( 2) At slice data memory RAM (128B/256B),it use not depositting not can reading /data that write, such as result not middle of operation, final result and data wanted to show, etc. ( 3) Procedure memory ROM/EPROM (4KB/8KB ), is used to preserve the procedure , some initial data and form in slice. But does not take ROM/EPROM within some one-chip computers, such as 8031 , 8032, 80C ,etc. ( 4) Four 8 run side by side I/O interface P0 four P3, each mouth can use as introduction , may use as exporting too. ( 5) Two timer / counter, each timer / counter may set up and count in the way, used to count to the external incident, can set up into a timing way too, and can according to count or result of timing realize the control of the computer. ( 6) Five cut off cutting off the control system of the source . ( 7) One all duplexing serial I/O mouth of UART (universal asynchronous receiver/transmitter (UART) ), is it realize one-chip computer or one-chip computer and serial communication of computer to use for. ( 8) Stretch oscillator and clock produce circuit, quartz crystal finely tune electric capacity need outer. Allow oscillation frequency as 12 megahertas now at most. Every the above-mentioned part was joined through the inside data bus .Among them, CPU is a core of the one-chip computer, it is the control of the computer and command centre, made up of such parts as arithmetic unit and controller , etc. The arithmetic unit can carry on 8 persons of arithmetic operation and unit ALU of logic operation while including one, the 1 storing device temporarilies of 8, storing device 2 temporarily, 8s accumulation device ACC, register B and procedure state register PSW, etc. Person who accumulate ACC count by 2 input ends entered of checking etc. temporarily as one operation often, come from person who store 1 operation is it is it make operation to go on to count temporarily , operation result and loopback ACC with another one. In addition, ACC is often regarded as the transfer station of data transmission on 8051 inside . The same as general microprocessor, it is the busiest register. Help remembering that agreeing with A expresses in the order. The controller includes the procedure counter , the order is depositted, the order decipher, the oscillator and timing circuit, etc. The procedure counter is made up of counter of 8 for two, amounts to 16. It is a byte address counter of the procedure in fact, the content is the next IA that will carried out in PC. The content which changes it can change the direction that the procedure carries out . Shake the circuit in 8051 one-chip computers, only need outer quartz crystal and frequency to finely tune the electric capacity, its frequency range is its 12MHZ of 1.2MHZ. This pulse signal, as 8051 basic beats of working, namely the minimum unit of time. 8051 is the same as other computers, the work in harmony under the control of the basic beat, just like an orchestra according to the beat play that is commanded. There are ROM (procedure memory , can only read ) and RAM in 8051 slices (data memory, can is it can write ) two to read, they have each independent memory address space, dispose way to be the same with general memory of computer. Procedure 8051 memory and 8751 slice procedure memory capacity 4KB, address begin from 0000H, used for preserving the procedure and form constant. Data 8051- 8751 8031 of memory data memory 128B, address false 00FH, use for middle result to deposit operation, the data are stored temporarily and the data are buffered etc. In RAM of this 128B, there is unit of 32 byteses that can be appointed as the job register, this and general microprocessor is different, 8051 slice RAM and job register rank one formation the same to arrange the location. It is not very the same that the memory of MCS-51 series one-chip computer and general computer disposes the way in addition. General computer for first address space, ROM and RAM can arrange in different space within the range of this address at will, namely the addresses of ROM and RAM, with distributing different address space in a formation. While visiting the memory, corresponding and only an address Memory unit, can ROM, it can be RAM too, and by visiting the order similarly. This kind of memory structure is called the structure of Princeton. 8051 memories are divided into procedure memory space and data memory space on the physics structure, there are four memory spaces in all: The procedure stores in one and data memory space outside data memory and one in procedure memory space and one outside one, the structure forms of this kind of procedure device and data memory separated form data memory, called Harvard structure. But use the angle from users, 8051 memory address space is divided into three kinds: (1) In the slice, arrange blocks of FFFFH , 0000H of location , in unison outside the slice (use 16 addresses). (2) The data memory address space outside one of 64KB, the address is arranged from 0000H 64KB FFFFH (with 16 addresses ) too to the location. (3) Data memory address space of 256B (use 8 addresses). Three above-mentioned memory space addresses overlap, for distinguishing and designing the order symbol of different data transmission in the instruction system of 8051: CPU visit slice, ROM order spend MOVC , visit block RAM order uses MOVX outside the slice, RAM order uses MOV to visit in slice. 8051 one-chip computer have four 8 walk abreast I/O port, call P0, P1, P2 and P3. Each port is 8 accurate two-way mouths, accounts for 32 pins altogether. Every one I/O line can be used as introduction and exported independently. Each port includes a latch (namely special function register ), one exports the driver and a introduction buffer . Make data can latch when outputting, data can buffer when making introduction , but four function of passway these self-same. Expand among the system of memory outside having slice, four port these may serve as accurate two-way mouth of I/O in common use. Expand among the system of memory outside having slice, P2 mouth see high 8 address off; P0 mouth is a two-way bus, send the introduction of 8 low addresses and data / export in timesharing Output grade , P3 of mouth , P1 of P1 , connect with inside have load resistance of drawing , every one of they can drive 4 Model LS TTL load to output. As while inputting the mouth, any TTL or NMOS circuit can drive P1 of 8051 one-chip computers as P3 mouth in a normal way . Because draw resistance on output grade of them have, can open a way collector too or drain-source resistance is it urge to open a way, do not need to have the resistance of drawing outerly . Mouths are all accurate two-way mouths too. When the conduct is input, must write the corresponding port latch with 1 first . As to 80C51 one-chip computer, port can only offer milliampere of output electric currents, is it output mouth go when urging one ordinary basing of transistor to regard as, should contact a resistance among the port and transistor base , in order to the electricity while restraining the high level from exporting P1P3 Being restored to the throne is the operation of initializing of an one-chip computer. Its main function is to turn PC into 0000H initially , make the one-chip computer begin to hold the conduct procedure from unit 0000H. Except that the ones that enter the system are initialized normally,as because procedure operate it make mistakes or operate there arent mistake, in order to extricate oneself from a predicament , need to be pressed and restored to the throne the key restarting too. It is an input end which is restored to the throne the signal in 8051 China RST pin. Restore to the throne signal high level effective , should sustain 24 shake cycle (namely 2 machine cycles ) the above its effective times. If 6 of frequency of utilization brilliant to shake, restore to the throne signal duration should exceed 4 delicate to finish restoring to the throne and operating. Produce the logic picture of circuit which is restored to the throne the signal:Restore to the throne the circuit and include two parts outside in the chip entirely. Outside that circuit produce to restore to the throne signal (RST ) hand over to Schmitts trigger, restore to the throne circuit sample to output , Schmitt of trigger constantly in each S5P2 , machine of cycle in having one more , then just got and restored to the throne and operated the necessary signal insidly. Restore to the throne resistance of circuit generally, electric capacity parameter suitable for 6 brilliant to shake, can is it restore to the throne signal high level duration greater than 2 machine cycles to guarantee. Being restored to the throne in the circuit is simple, its function is very important. Pieces of one-chip computer system could normal running,should first check it can restore to the throne not succeeding. Checking and can pop ones head and monitor the pin with the oscillograph tentatively, push and is restored to the throne the key, the wave form that observes and has enough range is exported (instantaneous), can also through is it restore to the throne circuit group holding value carry on the experiment to change.51系列单片机的结构和功能51系列单片机是英特尔公司生产的具有一定结构和功能的单片机产品。这家公司在1976年引入8位MCS - 48系列单片机后，于1980年又推出了8位高档的MCS - 51系列单片机。它包含很多种这类型的单片机，如8051，8031，8751，80C51BH，80C31BH等，它们的基本组成，基本性能和指令系统都是一样的。一般情况习惯用8051来代表51系列单片机。一个单片机的系统是由以下几部分组成：（1）一个8位CPU微处理器。（2）静态随机存取存储器，能够储存程序运行过程中产生的数据。（3）程序存储器ROM / EPROM中（4KB/8KB），用来保存程序和一些初始数据。但是在一些单片机中不使用ROM / EPROM中，如8031，8032，80c系列等。（4）4个8排的I / O并行接口P0 P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出。（5）2个定时器/计数器，每个定时器/计数器可设置计数用来计数外部事件，可以设置成常用的定时方式，并可以根据计算或结果控制单片机的运行。（6）五个中断源控制系统。（7）1个双向串行I / O口的UART（通用异步接收器/发送器UART），用于实现单片机的串行通信。（8）振荡器和时钟产生电路，需要外部电源的石英晶体微调电路，允许接在12v的振荡频率上。上述部分通过内部数据总线连接。其中，CPU是单片机的核心，它是单片机的控制和指挥中心，ALU算数逻辑运算单元可进行算术运算和逻辑运算，由1个 8暂时存储器，和2个 8位的累加器组成。Acc累加器是ALU运算结果的存放单元，一般数据通过它来传送。此外，Acc往往被视为对8051内的数据传输中转站。和通常的微处理器一样，它是最繁忙的寄存器。有记忆功能并执行命令。该控制器包括程序计数器，可读写的存储器，振荡器和定时电路等。该程序计数器是有两对8或16位计数器，它是一个字节地址计数器，在个人电脑运行程序时，执行下一个单元的内容，程序执行时可以改变它的内容从而改变运行的结果。在8051芯片震荡电路中，需要外接石英晶体和微调电容，其频率范围为1.2MHz12MHz。该脉冲信号，即为8051的工作周期，是最小的时间单位。8051和其他单片机一样，都有相同的控制和功能，就像乐队也有打击乐器一样。在8051中有ROM（程序存储器，只能读取），和RAM（数据存储器，可以读和写），他们有各自独立的内存地址空间，也有相同的处理方式。8051和8751的程序存储器的存储容量为4KB，地址从0000H开始，在使用过程中其中的数据不变。8051、8751、8031数据存储器的内存为128B，默认地址是00FH，用于保存中间数据和缓存。在这128B的内存中，有32 byteses，被称作工作寄存器，和常用的微处理器不同的是，8051的RAM是按功能来划分模块的。MCS - 51系列单片机和一般电脑的处理方式不同。一般电脑会自动分配地址空间，ROM和RAM的计算机可以安排在不同的空间内，地址范围会根据ROM和RAM的位置分配不同地址空间。在访问的内存，不管是ROM和RAM，只有一个地址对应一个内存单元，都要按这个顺序访问。这种内存结构是所谓的普林斯顿结构。 8051的存储器按物理结构划分可分为程序存储器空间和数据存储空间，共有四个内存空间，按结构位置的不同分为内部程序存储空间、外部程序存储空间、内部数据存储空间和外部数据存储空间。但从用户的使用角度看，8051存储器地址空间被分成三类：（1）片内，安排FFFFH的块，片外的（使用16个地址）串口0000H地址。（2）外部数据存储器地址空间为64KB，地址是从0000H到 FFFFH（含16个地址）的位置排列也。（3）256B的数据存储器（使用8个地址）的地址空间。上述三个重叠的内存空间地址，用8051指令系统的传输不同的数据和使用的功能区分。CPU的访问内存时，访问ROM使用MOVC语句，访问RAM块顺序使用片外操作的MOVX语句，访问内存片段使用MOV语句。8051单片机有4个8并行的I / O端口，分别为P0，P1，P2和P3。每个端口是8位精确的双向口，共占了32针。每一个I / O线可作为独立的入口和出口。每个端口包括一个锁存器（即特殊功能寄存器），一个出口驱动器和引进缓冲器。使数据能够锁存输出，数据可以及时缓冲，其余四个具有相同的功能。接外部存储扩大它们的内存时，这四个口就可作为双向口常用的I / O口，这是，P2口看到高8位地址，P0口是一个公共两用口，传送输出低8的地址和数据。P3口的输出级别小于P1，可以在里面绘制负载电阻，每一个都能驱动4个LS型TTL负载输出。作为输入口时，所有TTL或NMOS电路都可以驱动一个正常的方式8051 - P3口作为单片机的P1口。可以利用改变电阻的输出大小，直接地充当震荡开路，不需要添加外部电阻。其中每个口都是标准的双向口。当在当做输入口时，必须把相应的端口置1来锁闭输出。比如8051单片机，所有端口提供的输出电流只能几毫安，用作输出口时接一个普通的晶体管，要稳定使用，还要接一定电阻。其主要功能是把初始地址设为0000H，使单片机从0000H的地址开始运行程序。除了正常进入系统的初始化，由于操作失误或操作过程错误，也要能够解决错误，重新运行。在8051中RST引脚是一个输入复位键，复位键高电平信号有效
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