立体停车场控制系统设计.doc

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 本 科 毕 业 设 计 论 文 立体停车场控制系统设计 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 所 在 单 位 答 辩 日 期 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 摘 要 随着中国经济的迅猛发展 城市汽车的拥有量不断增加 汽车在给人们带来 交通快捷方便的同时 由于停车管理不善等问题也给人们带来了诸多不便 为 满足人们生活和工作环境更科学 更规范的要求 管理高效 安全合理 快捷 方便的智能停车场管理系统己成为许多大型综合性建筑物和居民小区必备的配 套设施 地处繁华地带的许多高级公寓 大型娱乐场所 宾馆 办公楼 球场 等停放汽车较多 车流量大 为了保证车辆安全和交通方便 迫切需要采用自动 化程度高 方便快捷的智能停车场管理系统 提高停车场管理水平 射频识别 Radio Frequency Identification 是一种无线数据通信技术 它成功地将射频技术和IC卡技术相结合 RFID 技术应用到现代化停车场的管理 中 可更有效地管理停车场 具有使车辆进出有序 手续简便 速度快 安全 防盗 管理自动化 收费公正合理 应收费用不流失以及减少管理人员等优点 本文详细介绍了立体停车场控制系统的硬件设计和软件实现 系统是由单 片机 储存器 显示器 读卡器 键盘和接口芯片组成 单片机最小系统由单 片机 复位电路 监视电路组成 用来实现对整个系统的控制管理 显示器是 由8位LED显示器及其驱动电路组成 用来在硬件上显示车位卡号信息 读卡器 是由载波生成电路 天线 解调滤波电路 功率放大电路组成 用来读取用户 卡号信息 键盘是由16个按键组成 用来输入车辆信息 存储器是由2732存储 器芯片和6264数据存储器组成 用来存储车辆信息 本系统在功能上实现了车 位的自动检测 空车位的自动给定和车辆的自动存取 具备了自动化立体车库 的基本功能 关键词 立体停车场 单片机 自动控制 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 Abstract With the rapid development of China s economy city car ownership of increasing car in bringing people traffic convenient at the same time due to poor management parking problems also give people have brought much inconvenience To satisfy people life and working environment more scientific and more the requirement of the specifications management efficiency safe and reasonable quick and convenient intelligent parking management system has become many large comprehensive buildings and residential area of the necessary facilities Busy district is located in many of the top apartment large entertainment hotel office building stadium parking cars such as more big cars in order to ensure the safety and convenient transportation the urgent need to adopt a high degree of automation fast and convenient intelligent parking management system improve the management level of the parking lot Radio Frequency Identification is a kind of wireless data communication technology it successfully if technology and IC card technology combined RFID technology is applied to the management of a modern parking lot can be more effective management of the parking lot have make cars in orderly procedure is simple fast safe guard against theft management automation charge fair and reasonable accounts and to reduce the loss cost management personnel etc This paper introduces the parking lot of the control system of three dimensional design of hardware and software implementation The system is by single chip microcomputer packet display card reader the keyboard and the interface chip composition Single chip minimize system by single chip microcomputer and reset circuit surveillance of circuit used to realize the control of the management of the whole system The display is by eight LED display and its driving circuit composition used to display card number on hardware parking information Reader is generated by the carrier circuit antenna demodulation filter circuit power amplifier circuit make up to read the user information card number The keyboard is composed by 16 buttons used to enter vehicle information Memory is made of 2732 memory chips and 6264 data memory composition vehicles used to store information This system on the function realizes the automatic detection empty car parking is one of the automatic given and vehicles to be automatic access with the automated garage s basic functions KeyKey wordswords Stereo garage Single Chips Machine Automatic control 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 III 第 1 章 绪 论 1 1 1 课题背景及研究的意义 1 1 2 国内外研究背景及现状 2 1 2 1 国外研究背景及现状 2 1 2 2 国内研究背景及现状 3 1 3 本文研究的主要内容 4 1 4 论文的组织结构 4 第 2 章 系统的总体设计 6 2 1 课题背景及研究的系统的组成 6 2 2 系统的控制功能 6 2 3 系统的工作过程 7 2 4 系统的开发环境 7 2 4 1 单片机系统的开发环境 7 2 4 2 计算机界面开发环境 9 第 3 章 单片机控制系统的硬件设计 10 3 1 单片机的发展趋势 10 3 2 单片机的选择 10 3 3 单片机最小系统设计 12 3 4 显示器电路的设计 14 3 5 键盘电路的设计 16 3 6 读卡器电路的设计 18 3 6 1 读卡器功能介绍 18 3 6 2 读卡器电路图设计 18 3 7 2732 存储器芯片 20 3 8 6264 数据存储器 20 3 9 可编程并行接口 8255 芯片 21 第 4 章 立体停车场控制系统的软件设计 23 4 1 控制系统的主程序功能及流程图 23 4 2 最优车位的实现 23 4 3 键盘扫描子程序 25 4 4 显示子程序 26 4 5 存车信号处理子程序 26 4 6 取车信号处理子程序 27 4 7 读卡器子程序 28 第 5 章 立体停车场控制系统的调试与测试 31 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 5 1 系统各功能硬件系统调试 31 5 1 1 单片机最小系统 31 5 1 2 显示器电路 31 5 1 3 键盘电路 31 5 1 4 读卡器电路 32 5 2 系统联调 32 结 论 33 参 考 文 献 34 致 谢 35 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 第 1 章 绪 论 1 1 课题背景及研究的意义 随着汽车工业的发展 以及国家的经济型社会 节约型经济的政策 可持 续发展战略等 决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题 近年来 随 着中国经济的迅速发展 城镇人口剧增 汽车拥有量日益提高 由于汽车数量 的快速增加 对停车场的需求必将日益提高 停车难的问题越来越突出 人们 对停车的要求也越来越迫切 截至 2011 年 8 月底 中国机动车保有量达到 2 19 亿辆 其中 汽车保有量首次突破 1 亿辆 与此同时 汽车数量的增长与 停车位短缺的矛盾日益突出 按照国家标准百辆机动车应设有 15 18 个停车位 而很多城市却只有 3 5 个 不及国家标准的三分之一 随着城市化进程的不断 加速 城市寸土寸金已经成为不争事实 为了节约土地 高档写字楼及配套的 立体车库不断建立 并成为未来建设高档写字楼 大型商场 高层住宅小区解 决停车难题的发展趋势 1 作为现代大都市的标志 立体建筑和立体交通都有了显著发展 道路拥挤 车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音 发展立体停车已成为人们 的共识 目前我国经济正处在高速发展时期 随着人们生活水平的不断提高 汽车进入家庭的步伐正在加快 停车产业市场前景广阔 机械式立体车库既可 以大面积使用 也可以见缝插针设置 还能与地面停车场 地下车库和停车楼 组合实施 是解决城市停车难最有效的手段也是停车产业发展的必由之路 当 前 我国许多大城市如北京 上海 深圳都开始大力发展机械式立体停车产业 机械车库与传统的自然地下车库相比 在许多方面都显示出优越性 首先 机 械车库具有突出的节地优势 以往的地下车库由于要留出足够的行车通道 平 均一辆车就要占据 40 平方米的面积 而如果采用双层机械车库 可使地面的使 用率提高 80 90 如果采用地上多层 21 层 立体式车库的话 50 平方 米的土地面积上便可存放 40 辆车 这可以大大地节省有限的土地资源 并节省 土建开发成本 其次机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的 安全 人在车库内或车不停准位置 由电子控制的整个设备便不会运转 应该 说 机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流 解决城市停车难问题而采用立体化停车措施是世界各个国家的普遍做法 尤其是全自动化的机械式立体停车库得到了快速的发展 立体停车充分迎合了 城市发展的需要 确保汽车安全停放 创造了取车时的方便快捷 符合环保需 要 减少了大气污染城市立体车库的广泛使用是对现代静态交通的全新革命 并能显著改善恶化的城市动态交通状况 预计 十二五 期间 中国汽车保有 量将保持较快增长 停车位紧缺形势仍将持续 停车经济 蕴藏巨大商机 在 商场 写字楼 住宅小区等车辆停放密集区均可投资建设立体停车场 市场前 景值得期待 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 1 2 国内外研究背景及现状 1 2 1 国外研究背景及现状 早在 50 多年前 立体停车就在国外有所发展 先后出现了针对家庭使用的 双层停车设备 利用住宅空地建起 2 4 层升降横移停车设备 适合城市中心商 住区使用的停车楼和停车塔 利用广场 建筑物下面的空间建设地下车库 自 70 年代末起 世界经济高速发展 汽车逐渐普及 保有量不断增加 迫使地少 人多 车多的国家 地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开 发和制造应用 以日本 美国 德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研 究处于世界领先水平 韩国和我国的港 澳 台地区的停车业也通过引进 移 植制造 得到了蓬勃发展 较好地解决了本地区的停车难 并开始向外输出技 术和出口产品 世界停车产业正向多元化发展 其停车技术几乎包含了当今机械 电子 液压 光学 磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术 机械方面 应用 了许多新材料 新工艺 设备结构采用模块化设计 便于组合使用 易于安装 拆卸 钢结构选用新型优质钢材 既提高了设备的强度和刚度 又使设备轻巧 美观 载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装 美观 强韧 耐用 控制 技术方面 广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术 使运 行高速平稳 节省电力 振动和噪音也趋于最小 控制形式有 按钮式 锁匙 式 IC 卡式 键盘式 触摸屏式 遥控式等 安全元件采用各种光栅显示屏 光电管 机械式行程开关 磁性接近开关 光敏感应开关等 安全保护装置日 臻完善 如汽车出入声光引导和定位 汽车尺寸和重量自动识别 限速保护与 多重机构互锁 停车泊位自动跟踪 链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形 自动补偿 汽车图象摄影对比安全检测 自动消防灭火系统等 日本是最早应用机械式车库的国家之一 其在上世纪 60 年代初就开发并使 用可最大限度的利用空间的机械式停车设备 当时日本全国汽车保有量大约为 500 万辆 大多采用的是垂直循环式停车设备 从 80 年代开始 日本开始向亚 洲地区的韩国 中国及台湾地区出口产品及技术 韩国机械车库技术是日本机 械停车技术的派生 其机械停车产业从 20 世纪 70 年代中期开始起步 80 年代 开 始引进日本技术 经过消化生产和本土化 90 年代开始为供应使用阶段 由于这几个阶段得到政府的高度重视 各种机械停车设备得到普遍开发和利用 韩国近几年增长速度都在 30 左右 目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段 目前 国外停车场管理系统经过半个多世纪的发展 己经基本进入了智能 化收费的阶段 其使用的收费介质己由传统接触读写类型收费介质转变为非接 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 触类型的新型收费介质 国外停车场收费系统一般采用高度智能化的专用设备 可以实现收费系统的无人化操作 设备制造工艺精良 系统稳定性和产品技术 水平达到较高水平 国外停车场管理系统的一个显著特点是停车交易支付手段 的电子化程度非常高 基本上不存在现金交易的现象 而且许多国外停车场管 理系统还配备了停车车位引导系统 停车车位查询系统等智能化设备 使停车 场管理系统的功能更加完善和丰富 目前 一些国外停车设备厂商正在研究能 够实现 网络化存车 的停车场管理系统 该管理系统能统一调度车位资源 统 一进行交易结算 停车用户在家中通过网络就可以预定停车车位 交纳停车费 用 查询出行目的地的各类停车信息 这种新型停车场管理方式适应了 INTERNET网络在人们日常生活中越来越普及的现状 使停车场管理系统的作用 范围和功能得到了极大的扩展和延伸 当然停车场管理系统在采用大量先进技 术的同时 其系统的造价非常高昂 技术实现难度增大 系统维护成本高 1 2 2 国内研究背景及现状 我国机械式车库的早期研究开发工作是从 80 年代中期开始 90 年代开始 引进和生产停车设备 在北京 上海 广州 深圳等地都有使用 参照日本等 国标准制定的我国行业标准也于近几年出台 目前停车设备生产厂已发展到几 百家 生产各种类型的停车设备 有些停车设备已开始出口 机械式立体车库 是一种具有综合性能的建筑 不仅包含了机械停车设备 其规划建设涉及到区 域整体景观 交通疏导 建筑结构 供电照明 通讯监视 通风排水 环境保 护 安全消防 收费管理等各学科领域 就停车设备本身而言 其机械结构的 发展已形成了停车设备独有的技术特征 需要多学科 多专业的复合型人才积 极参与 把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业 开发出安 全 经济 高效 节能 省地的产品 满足国内外市场的需求 国内停车场管理系统是伴随着国内公用停车场的大量出现而产生并逐步发 展起来的 最初的国内停车场管理系统是在引进和消化吸收国外同类系统的基 础上逐步发展起来的 并在此基础上不断改进提高 发展初期 由于有许多关 键设备国内无法生产 因此停车场管理系统硬件大多采用国外产品 所以这一 阶段的国内停车场管理系统带有更多 集成 的意味 目前 我国新型停车场管理系统还处在应用的初级阶段 许多管理系统在 实际使用中暴露了出一些问题 其表现有 一些管理系统的系统设计不够合理完 善 未能充分考虑我国的实际国情 使新型停车场管理技术不但未能在实际应 用中发挥出应有的作用 相反有些停车场采用的新的技术设备却成为制约管理 系统发挥管理功能的瓶颈 例如有些管理系统采用非常先进的车牌自动识别技 术 意图实现车辆存取过程的无人无实物收费介质的工作方式 但在实际应用 过程中 这种新型技术却经常因无法克服目前有些车牌污损 锈蚀及安装位置 不规范等原因使管理系统无法自动识别 造成系统经常出现非正常的停顿 为 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 了使系统能够正常工作 往往还是需要配备管理人员来辅助实现车辆的识别 这对停车场管理者来说 就得不偿失了 还有的停车场设计者盲目追求高技术 片面追求高智能化 使用一些尚不完善的新技术 往往在使用过程中出现一些 问题而使系统可靠性变差 例如有的停车场管理系统采用远距离射频识别技术 使一些进口读卡机读卡距离提高到数米甚至数十米 虽然这种技术在某种程度 上提高了停车场出入的顺畅性 但在使用中由于停车场出入口停车位置的局限 经常造成多卡之间的无线电干扰 或引起收费系统的误动作 无法完成 一卡 一车 一车一杆 的出入口工作流程 造成收费系统的逻辑错误 应该看到 国内停车场管理系统核心技术的设计水平和设备制造水平与国 外同类系统仍存在一定的差距 国内停车场管理系统使用的一些核心技术如远 距离读卡技术等仍是国外企业的技术专利 如何提高停车管理系统核心技术水 平 如何提高停车管理系统设备制造水平 是目前国内停车管理系统企业普遍 面临的两个问题 停车场管理系统的下一个技术发展方向是智能化 网络化 一方面以智能化设备和完善的管理软件来简化或取代人的劳动 停车场车辆出 入 场内监控以及收费等全过程的完全无人化管理 另一方面通过网络化管理实 现能够在一个相对广阔的地域内了解多个停车场车位情况 提前预定停车位 最终实现 随意 停车 是停车场管理系统最终目标 2 1 3 本文研究的主要内容 本论文主要讲述了立体停车场控制系统的开发研制的全过程 系统设计的 主要目标是为了实现对立体停车场出库 入库的自动控制和管理 其中用到的 关键技术包括 单片机控制技术 射频设别 RFID 技术 串口通信技术 VB 语言 C 语言 汇编语言和硬件电路焊接技术 整个系统基于 Atmel 公司的一款单片机 MCS 51芯片 该芯片是系统的控制 核心 在论文中有其详细的介绍 论文中首先介绍了立体停车场控制系统的研 究背景及意义 对系统中用到的关键技术进行了介绍 接下来讲述了系统的功 能以及其工作原理 过程 描述了立体停车场控制系统的总体组成以及系统开 发环境 本文的重点是立体停车场控制系统的硬件电路的开发和软件设计 这 两部分也是立体停车场控制系统的核心 文中详细的讲述了系统硬件电路的设 计以及软件模块的实现 最后 记录了对系统的调试与测试 并对系统进行了 总结和进一步展望 1 4 论文的组织结构 本文总共分为七章 其内容提要如下 第一章 绪论 介绍了立体停车场控制系统的研究背景 意义以及国内外研 究的历史 当前发展现状和趋势 最后对论文的主要内容和组织结构进行了简 要的论述 第二章 立体停车场控制系统总体设计 详细的介绍了本系统的功能 组成 和工作过程 此外还介绍了本系统设计开发过程中使用的关键技术和开发工具 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 第三章 立体停车场控制系统的硬件开发 对系统中各个硬件电路的开发进 行了详细的介绍 第四章 立体停车场控制系统的软件设计 这部分主要介绍了单片机系统的 总体的软件设计以及各个控制系统的软件设计 第五章 立体停车场控制系统的调试与测试 本章详细介绍了系统的调试过 程以及测设结果 第六章 结束语 总结了系统的优点及缺点 并对系统的改进做了进一步的 展望 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 第 2 章 系统的总体设计 2 1 课题背景及研究的系统的组成 为了实现车位控制系统和各项控制功能 本文设计了一个微处理器专用控 制系统 主要由单片机 储存器 显示器 读卡器 键盘和接口芯片组成 车位控制指对要存入车辆完成车号输入 车号显示 存储 选择最优车位及 将确定的车位信号传输等功能 对取出车需完成车号输入 车号查找 显示确定 车位及车位信号的传输等功能 图2 1 硬件结构框图 控制面板是车位控制部分的组成部分之一 面板上有输入键和显示器 输入 键包括数字键 字母键及存取车控制键 显示器是 8 位的 六位用来显示车牌号 两位显示车位号 2 2 系统的控制功能 本文所研究的车位控制系统的控制功能分三部分 第一部分为共享功能 第二部分是存车信号处理功能 第三部分为取车信号处理功能 3 一 共享控制功能 共享功能是指无论存车或取车都需应用的功能 主要有 1 车号输入功能 即将要存入或取出的车辆信息 从键盘上输入 2 车号显示功能 即将从键盘上键入的车辆信息在显示器上显示出来 以 便确认是否输入正确 二 存车信号处理功能 单 片 机 程序存储器 数据存储器 监视器 读卡器 键 盘 停车位显示器 控制面板显示 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 存车信号处理功能是指车位控制系统在有车辆需存入车库时所应完成的功能 主要包括以下几项 1 车号的存储功能 即将键盘上输入的车辆信息 存入射频卡和单片机的存储器 中 2 存入车辆的最优存入车位的选择功能 即根据现有的车辆存入情况选择最 优存入车位的功能 3 最优存入车位的显示功能 即将已选定的最优车位在显示器上显示出来的 功能 4 最优车位的信号处理和传输功能 即将选定的最优车位转换成信号并将 信号传输给存取车控制系统的功能 三 取车信号处理功能 取车信号处理功能是指停车库中已存入车辆需取出时所需功能 主要有以下 几项 1 需取出车辆车号的查找功能 即根据射频卡中的车辆信息 在已存入车辆中 查找需取出车辆的位置 2 需取出车辆的车位号显示功能 即将需取出车辆的存放车位号在显示器上 显示出来 3 需取出车辆的车位号的信号传输功能 即将需取出车辆的车位号处理后传 输给存取车控制系统的功能 2 3 系统的工作过程 本系统是用来对立体停车场的出库入库进行自动控制与管理的 其具体的 工作过程如下 整个系统连接好上电以后系统处于等待状态 等待用户刷卡存取车辆 1 存车 当用户想要存车时 在入口处领取射频卡 并将车辆的牌照信息 颜色信 息 车型信息等输入射频卡中 进入车库后 先使用射频卡进行刷卡 读卡器 将用户的卡号信息读取出来并送入单片机 单片机将接收到的卡号和系统存储 的有效卡号进行对比 如果用户的卡号有效则可以存车 无效系统则会显示出 是无效的卡 当用户的卡号有效时 系统首先自动搜索车库中是否有空车位 有空车位则选出最优车位 将空车位移动到停车场的入口位置 等用户车辆入 库后再将车位移动回原来的位置 显示器界面上显示出用户的卡号和此时用户 的存车位 如果车库已经满了 则会显示出车库已满的信息 2 取车 当用户想要取车时 用户先刷射频卡 读卡器读取射频卡中的卡号信息并 传送到单片机中 单片机将接收到的卡号进行对比 经判断是有效卡号后 系 统会自动搜索车库中与该卡号相对应的车位信息 接下来将停车位移动的停车 场的出口位置 用户将车取走后 系统再自动将车位移动回原来的位置 此时 将会显示出用户的车已经不在车库中了 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 2 4 系统的开发环境 2 4 1 单片机系统的开发环境 该系统单片机部分程序编译环境采用 Keil Vision2 KEIL C51 标准 C 编 译器为 8051 微控制器的软件开发提供了 C 语言环境 同时保留了汇编代码高效 快速的特点 C51 编译器的功能不断增强 使你可以更加贴近 CPU 本身以及其 它的衍生产品 C51 已经被完全集成到 Vision2 的集成开发环境中了 这个集成开发环境 包含 编译器 汇编器 实时操作系统 项目管理器 调试器 Vision2 IDE 可为它们提供单一而灵活的开发环境 C51 V7 00 版本是目前最高效 灵活的 8051 开发平台 它可以支持所有 8051 的衍生产品 也可以支持所有兼容的仿真器 同时支持第三方开发工具 因此 C51 V7 00 版本无疑是 8051 开发用户的最佳选择 Keil Vision2 的操作界面如图 3 2 1 所示 Keil C51 的集成开发环境的主要功能有以下几点 1 Vision2 for Windows TM 是一个集成开发环境 它将项目管理 源 代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中 5 2 C51 国际标准优化 C 交叉编译器 从 C 源代码产生可重定位的目标模 块 3 A51 宏汇编器 从 80C51 原汇编代码产生可重定位的目标模块 4 BL51 连接 定位器 组合由 C51 和 A51 产生的可重定位目标模块 生 成绝对目标模块 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图 2 2 Keil Vision2 的操作界面 5 LIB51 库管理器 从目标模块生成连接器可以使用的库文件 6 OH51 目标文件至 HEX 格式的转换器 从绝对目标模块生成 Intel HEX 文件 7 RTX 51 实时操作系统 简化了复杂的实时应用软件项目的设计 对该系统单片机芯片进行程序下载采用的是 Genius 通用编程器 这种编程器采 用 40 管脚万用锁紧插座 适应绝大多数器件编程之所需 使用适配器能够支持 非 DIP 封装器件的编程 RS232 串口通讯 通讯波特率 576000bit s 9V 500mA 电源转换器 可选择的器件插入自动探测启动功能 即当您选择该功能并启动后 不再需要每次点击鼠标启动操作 每次当您更换 芯片并锁紧万用插座后操作自动启动 WINDOWS 软件界面 Genius 可以在 WINDOWS95 98 2000 XP 上运行 软 件界面非常友好 软件界面三大主窗口 即 数据 窗口 操作状态及历史 记录 窗口 编程环境及相关信息 窗口 提供丰富有用信息 界面切换灵活 友好 任何时候都将您最关心的窗口推向焦点位置 并能自由切换 Genius 的特点 新概念驱动主电路设计 对各类器件电器兼容性好 电平 规范稳定 功耗低 整机无明显过热 主板采用 SMT 安装工艺 结构紧凑运行 可靠 操作简单明了 绝大部分操作可在工具栏或主菜单中一次完成 长达 500 条操作记录 记录了最近 500 次的操作历史 自动 ID 填充 方便您在批 量生产时标记自己的产品 ID 号 操作错误时具有声音提示并以特殊颜色显示 支持 BIN HEX JED 等多种文件格式 文件加载方式灵活 尤其对缓冲区空白区 的填充方式非常灵活 可以填入 0 xff 0 x00 用户自定义值 或不关心空白区 通过这些方式的灵活应用 可以实现填充 搬迁 连接文件等目的 2 4 2 计算机界面开发环境 本系统计算机界面采用 Visual Basic6 0 开发环境进行开发 下面将对其 进行简要的介绍 Visual Basic 是由微软公司推出的一套完整的 Windows 系统软件开发工具 用于开发 Windows 环境下的各类应用程序 是一种可视化 真正面向对象 采 用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言和工具的完美集成 它编程简单 方便 功能强大 具有与其它语言及环境的良好接口 不需要编程开发人员具 备 C C 或者 Turbo Pascal 语言只是和特别高深的专业知识 只要懂得 Windows 的界面及基本操作 就可以迅速上手 而 VB 在程序界面设计 多媒体 开发方面更是独具优势 因此特别适合初学者和业余人员使用 5 现在比较流行的版本是 Visual Basic6 0 它继承了旧版本 Visual Basic 的所有优点 同时增强了功能和简化了操作界面 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 第 3 章 单片机控制系统的硬件设计 3 1 单片机的发展趋势 现在可以说是单片机百花齐放 百家争鸣的时期 世界上各大芯片制造公司 都推出了自己的单片机 从8 位 16位到32位 数不胜数 应有尽有 有与主流 C51系列兼容的 也有不 兼容的 但它们各具特色 互成互补 为单片机的应用提 供广阔的天地 6 观单片机的发展过程 可以预示单片机的发展趋势 大致有 1 低功耗CMOS化 MCS 51系列的8031 推出时的功耗达630mW 而现在的单片机普遍都在 100mW左 右 随着对单片机功耗要求越来越高 现在的各个单片机制造商基本都采用了 CMOS 互补金属氧化物半导体工艺 89C51就采用了HMOS 即高密度金属氧化物半导 体工艺 和CHMOS 互补高密度金属氧化物半导体工艺 CMOS虽然功耗较低 但由于 其物理特征决定其工作速度不够高 而 CHMOS则具备了高速和低功耗的特点 这些 特征 更适合于在要求低功耗蓄电池供电的应用场合 所以这种工艺将是今后一 段时期单片机发展的主要途径 2 微型单片机 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器 CPU 片内数据存储器 RAM 只读 程序存储器 ROM 并行和串行通信接口 中断系统 定时电路 时钟电路集成在 一块单一的芯片上 增强型的单片机集成了如 A D转换器 PWM 脉宽调制电路 WDT 看门狗 有些单片机将LCD 液晶 驱动电路都集成在单一的芯片上 这样单片 机包含的单元电路就更多 功能就越强大 甚至单片机厂商还可以根据用户的要 求量身定做 制造出具有自己特色的单片机芯片 此外 现在的产品普遍要求体积小 重量轻 这就要求单片机除了功能强和 功耗低外 还要求其体积要小 7 现在的许多单片机都具有多种封装形式 其中 SMD 表面封装 越来越受欢迎 使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展 3 主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多 各具特色 但仍以 C51 为核心的单片机占主 流 兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS 公司的产品 ATMEL 公司的产品和中 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 国台湾的 Winbond 系列单片机 以 C51 为核心的单片机占据了半壁江山 而 Microchip 公司的 PIC 精简指令集 RISC 也有着强劲的发展势头 中国台湾的 HOLTEK 公司近年的单片机产量与日俱增 由于其低价质优的优势 也占据一定 的市场份额 此外还有 MOTOROLA 公司的产品 日本几大公司的专用单片机 在 一定的时期内 这种情形将得以延续 将不存在某个单片机一统天下的垄断局 面 走的是依存互补 相辅相成 共同发展的道路 3 2 单片机的选择 美国Intel 公司1980 年推出了MCS 51系列高档8位单片机 提高了芯片的集 成度 性能上 大为提高 增加了多种片内硬件功能 并扩展了功能单元的种类和数 量 9 MCS 51 单片机硬件结构及其一些主要特点 1 内部程序存储器和内部数据存储器 2 输入 输出口 MCS 51单片机内的I O口的数量和种类较多且齐全 尤其是它有一个全双工 的串行口 3 外部程序存储器和外部数据存储器寻址空间 MCS 51可对64KB的外部数据存储器寻址且不受该系列中各种芯片型号的影响 而对程序存储器是内外总空间为 64KB 4 中断与堆栈 MCS 51有5个中断源 分为2个优先级 每个中断源的优先级是可编程的 它的堆栈位置也是可编程的 堆栈深度可达 128字节 MCS 51子系列有2 个16位的 定时 计数器 通过编程可以实现四种工作模式 MCS 52子系列有3 个16位的定时 计数器 MCS 51在内部RAM中开设了四个通用工作寄存器区 共 32个通用寄存器 以适应多种中断或子程序嵌套的要求 5 指令系统 MCS 51有一个功能很强的指令系统 主要表现在 MCS 51的指令系统中增添了 减法 乘法 除法 比较 堆栈操作和多种位操作指令 当振荡器频率最高时 12MHZ 大部分指令执行时间为1 s 少部分为2 s 乘除指令的执行时间也只有 4 s 6 布尔处理器 特别值得一提的是MCS 51的布尔处理器 它实际上是一个完整的一位微计算 机 这个一位的微机有自己的 CPU 位寄存器 I O口和指令集 把八位微机和一位 微机结合在一起 是微机技术上的一个突破 一位机在开关决策 逻辑电路仿真 和实时测控方面非常有效 而八位机在运算处理 智能仪表常用的数据采集方面 有明显的长处 在MCS 51系列单片机中八位机和一位机 布尔处理器 的硬件资源 是复合在一起的 二者相辅相成 这是 MCS 51在设计上的精美之处 也是一般微机 所不具备的 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图3 1 89C51引脚图 3 3 单片机最小系统设计 此次设计选用89C51的最小系统 89C51内部有4KB程序存储器 芯片本身就 是一个最小系统 10 用这种芯片构成的最小系统简单 且可靠 用89C51单片机构成 的最小应用系统时 只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可 该系统与其他 最小系统相比 省去了外扩程序存储器的工作 该最小应用系统只能用作一些小 型的数字量的测控单元 单片机最小系统电路如图 3 2所示 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 ALE PROG 30 PSEN 29 INT1 P3 3 13 INT0 P3 2 12 T1 P3 5 15 T0 P3 4 14 XTAL1 19 XTAL2 18 RESET 9 RD P3 7 17 WR P3 6 16 EA Vp 31 Vcc 40 GND 20 89C51 30pF C1 30pF C2 S1 0 2K R1 8 2K R2 X1 12M VCC P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 ALE PROG 30 PSEN 29 INT1 P3 3 13 INT0 P3 2 12 T1 P3 5 15 T0 P3 4 14 XTAL1 19 XTAL2 18 RESET 9 RD P3 7 17 WR P3 6 16 EA Vp 31 Vcc 40 GND 20 89C51 10uFC3 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图3 2 89C51最小系统 抗干扰和长期可靠得保存数据是单片机应用系统设计必须解决的两个重要 问题 目前在单片机控制系统中 电源的通 断 瞬时电源电压不稳及其他外界 干扰信号引起的程序跑飞是造成死机 数据丢失和系统误动作的主要原因 为 提高单片机控制系统的抗干扰性能 在控制系统中采用看门狗芯片组成复位电 路 该电路能实现上电复位 手动复位和系统运行异常自动复位功能 保证系 统正常稳定工作 看门狗 技术就是使用一个计数器来不断计数 监视程序循环运行 若发 现时间超过已知的循环设定时间 则认为系统陷入了死循环 这时计数器溢出 然后强迫系统复位 在复位入口 0000H处安排一段出错处理程序 使系统运行进入 正轨 另外 在单片机系统运行时 有可能会发生电源掉电的意外情况 一些重要的数 据可能丢失 这时需要系统应首先检测到电源的变化 然后通过切换电路把备用 电池接入系统 以保护RAM中的数据不丢失 目前看门狗电路和掉电保护电路 都已经集成在一片微处理器监控芯片中 因此MCS 51只需要扩展一片微处理器监控芯片即可 这类芯片集成化程度高 功 能齐全 具有广阔的应用前景 在单片机应用系统中使用微处理器监控芯片 可 以大大提高单片机应用系统的抗干扰能力和可靠性 1 复位电路 微处理器在上电 掉电及低压供电时 监控器产生脉冲信号这可以保证微处 理器实现上电自动复位 当供电电压过低时 防止 CPU失控 电源电压Vcc升到1V 时RESET引脚变为低电平 随着Vcc的继续升高 RESET一直保持低电平 12 当Vcc 高于复位门限电平时 RESET并不马上变为高电平 而是要滞后一个复位脉冲宽度 约200ms 后再变为高电平 当Vcc低于复位门限电平 RESET引脚马上变成低电平 即使以后 Vcc恢复且高 于复位门限电平 RESET 也不马上变成高电平 而是要延迟一个复位脉冲宽度 掉 电时 Vcc 只要低于复位门限电平 RESET立即变为低电平 2 监视电路 此次设计选用MAX690 微处理器作为监控器芯片 13 看门狗电路计数器定时电 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 路 在WDI 端输入一个脉冲 TTL电平 宽度可小至50ms 定时器开始计数 若 WDI 引脚悬空或接至高阻态输出的缓冲器上定时器则停止计数 并且清零 当定时器 启动后 若在1 6s内没有向WDI输入脉冲 监控器将输出一个复位信号 引脚 RESET变低电平 同时定时器清零 只要 RESET为低电平 定时器将一直停止工作 MCS 51 与MAX690自动监控的接线如下 5V电压跌落到某电压值 E Er rr ro or r 输出低电 平 这就需要合理选择电阻R3 R4 的值 所以R3 2 6K欧姆 R4 1K欧姆 电路图 如下 图 3 3 监视电路原理图 3 4 显示器电路的设计 常用的LED 显示器为8 段 或7段 8 段比7段多了1个小数点 dp 段 每 一个段对应1个发光2 极管 这种显示器有共阳极和共阴极两种 共阴极 LED显示器 的发光二极管的阴极连接在一起 通常此公共阴极接地 当某个发光二极管的阳 极为高电平时 发光二极管点亮 相应的段被显示 同样 共阳极 LED显示器的发 光二极管的阳极连接在一起 通常此公共阳极接正电压 当某个发光二极管的阴 极接低电平时 发光二极管被点亮 相应的段被显示 为了使 LED显示器显示不同 的符号或数字 就要把不同段的发光二极管点亮 这样就要为 LED显示器提供代码 这些代码可使LED 相应的段发光 从而显示不同字型 因此称该代码为段码 或字 型码 由N个LED 显示块可拼连接成N位的LED显示器 N个LED显示块有N根位选线 1A 1 1Y 2 2A 3 2Y 4 3A 5 3Y 6 GND 7 4Y 8 4A 9 5Y 10 5A 11 6Y 12 6A 13 Vcc 14 74LS06 2 6K R3 1K R4 3 6V VCC Vout 1 Vbatt 2 GND 3 PFI 4 PFO 5 WDI 6 RESET 7 Vcc 8 MAX690 P1 0 RESET INT0 VCC 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 和8 N根段码线 段码线控制显示字符的字型 而位选线为各个 LED显示块中各段 的公共端 它控制该LED显示位的亮或暗 显示原理图如图 3 4所示 1A 1 1Y 2 2A 3 2Y 4 3A 5 3Y 6 GND 7 4Y 8 4A 9 5Y 10 5A 11 6Y 12 6A 13 Vcc 14 74LS07 a 1 b 2 c 3 d 4 e 5 f 6 g 7 dp 8 9 Vcc a 1 b 2 c 3 d 4 e 5 f 6 g 7 dp 8 9 Vcc a 1 b 2 c 3 d 4 e 5 f 6 g 7 dp 8 9 Vcc a 1 b 2 c 3 d 4 e 5 f 6 g 7 dp 8 9 Vcc a 1 b 2 c 3 d 4 e 5 f 6 g 7 dp 8 9 Vcc a 1 b 2 c 3 d 4 e 5 f 6 g 7 dp 8 9 Vcc a 1 b 2 c 3 d 4 e 5 f 6 g 7 dp 8 9 Vcc a 1 b 2 c 3 d 4 e 5 f 6 g 7 dp 8 9 Vcc PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 GND 7 PA7 37 Vcc 26