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毕业设计论文
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小区自动化立体车库毕业设计,毕业设计论文
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小区自动化立体车 库 - 1 - 摘 要 本文主要介绍了由数字电路和单片机构成的“智能大厦自动化立体车库系统”的设计。车库 共有 30 个车位，分三层。每层 10 个车位。一层在地面，二层在地下，用停 10 辆车的面积停放 30 辆车。车库用 户凭各自的非接触式 IC 卡实现车位对位存取。 本次设计系统采用了“多输入 -多输出”的理念，可同时服务多个用户，避免长时间等待。而且在设计中， 采用全自动操作系统 ，实现车库门的自动开启和关闭。FM1702 非接触式 IC 卡的使用实现了用户和系统的信息 交换。 关键词：单片机 自动化立体车库系统 FM1702 ABSTRACT This thesis mainly introduces ”Small-Sized Automatic Stereo Park System” composed of digital circuits and single chip microcontroller. There are totally 30 places in this “threefloor” park. Each floor has ten places. One floor is on the ground and the other two are underground. That means we use the parking mension of ten cars to realize 30 cars to park. Customs can use “FM1702”, the uncontact IC ,to park their cars without getting out of their cars. The single chip microcontroller can read of the dates on the “FM1702” card and calculate then, to realize the right park according to the Engine. The obvious characteristic of this system is the introduction of “Multiinput-Multioutput”. Because the use of the park is concentrative, we use this system which can serve several customs at the same time. Further more , we introduce the “ultra-sound” measuring device to our system in order to measure the distance between our customs and the gate of the park. And we use the FM1702 to realize the communication between our customs and the system. Key words: Single chip mircrocontroller , FM1702 , Automatic stereo park system 论文简介 1、课题研究的主要内容 本次课题主要围绕以单片机为核心的车库系统（设计的智能大厦 车库共有 30个车位，车库分为三层，一层在地面，二层和三层在地下，用停 10 辆车的面积停 30辆车，且每个用户分得一个固定的车位）。课题主要内容可分为六个部分，分别是主nts小区自动化立体车 库 - 2 - 控电路部分、非接触式 IC卡部分，传感器部分、传动部分、机械部分以及软件部分。主控电路部分核心是单片机，该部分完成系统数据的运算和存储、外围设备的地址分配和车辆入库出库的算法控制，是整个系统的重点、难点。非接触式 IC卡部分完成用户信息的读取并送入单片机进行处理。 机械部分是对车库机械设备的设计。传感器部分将检测车辆存取过程中的每一个状态，并在出现事故时及时报警。 2、主控部分简介 主控部分主要由单片机及其相关电路组成。我们选用了 INTEL公司的 8051作为本次设计的单片机，并扩展了两块存储器：一块为 8K*8的 6264ROM，另一块为 8K*8的 2864RAM；可以有效的存储系统信息。由于存在 RAM中的车库信息相当多，我们选用了 8K*8 的芯片。该部分选用了五片 8255 芯片作为对外围设备的控制芯片，并且采用了两片译码器，实现对系统各部件的地址分配。 3、非接触式 IC 卡部分 非接触式 IC卡部分主要分两块，一块分卡片，一块为读卡器。本次选用了复旦微电子股份有限公司设计的 FM11RF08 非接触式射频卡芯片和 FM1702 非接触式读卡器专用芯片。二者支持 ISO1443typeA通信协议，多种加密算法和三重认证。其安全性能好，且操作距离可达 10CM。用户可以不下车完成刷卡操作， 专用寄存器 FIFO可以存储用户信息并把信息发送到单片机中。此 FM1702 读写芯片的功能和 PHILIP的 MFRC500读卡芯片的功能很相似，但价格却只有后者的四分之一。 4、传感器部分简介 本次设计主要选 用 接近 开关传感器。接近开关安装在车位上，它可以测到车位上是否有车，并在有车时向单片机发出信号。 5、传动部分简介 本次设计的立体车库系统中的载车箱要根据用户车位的不同而上下移动，需要有传动装置来实现。本次系统的传动部分大体可分为传动方式， 平层器， 电机选型及安装，减速方式，传动材料等。 6、机械部分简介 机械部分包括了电机部分、传动部分及车库基本设计部分。电机部分是本部分的重点，它包括了电机的驱动，选型，安装及固态继电器。车库基本设计部分主要是根据所查得的数据对车库的整体结构进行初步设计。 nts小区自动化立体车 库 - 3 - 7、软件编程简介 这部分 主要是对各芯片进行初始化和车辆入库出库的程序算法设计。在出入库程序上，我们采用了“多输入 多输出”方式，即第一个用户进入车库后，第二个用户（如果此用户的车位和前一个用户的车位非同一载车箱）可不用等第一个用户出库而可直接入库存车。 8、电源简介 我们引用家用 220V 电源，经变压 、 整流 、 滤波 、 稳压后输出两个 +5伏直流 和一个 +15伏直流电源。两个 +5V分别为数字电源和模拟电源， +15V 为固态继电 器供电。 前 言 随着我国经济的发展，越来越多的智能大厦 住户有了自己的私家车，这就是使得原本有限的 职能小区公共面积被一排排的车占用，影响了人们的生活。智能大厦nts小区自动化立体车 库 - 4 - 三层简易升降 类停车库是解决上面问题的一种有效措施。因此，我们选择了“智能大厦 自动化立体车库系统”做为我们的毕业设计题目。 在设计的过程中，我们根据设计任务书的具体要求设计了几种可行方案，经过比较论证后，我们从中选出了一个最合理的设计方案。 本次设计是在王惠中老师的精心指导和全组同学的全力努力合作下进行的。在后面的系统介绍中，我们将给出设计思路，方案选择，器件选择， 元件明细表，软硬件分析，程序流程图及源程序。 在本次设计中，王惠中老师对我们的设计进行了精心的指导和大力的帮助，使我们能顺利的完成本次设计任务，在此，我们致以衷心的感谢和敬意！ 此外，本次设计也自始至终得到了电信学院各方的大力支持，在此表示感谢！由于水平有限，时间仓促，设计中难免有这样那样的错误，望请各位老师批评指正。 作者 2006 年 兰州 目录 第一部分：系统介绍 第一章：绪论 -6 第二章：方案的比较及论证 -7 第二部分：硬件部分 nts小区自动化立体车 库 - 5 - 第一章： 设计基础 -9 第二章： I/O 接口 扩展电路设计 -20 第三章： 存储器扩展电路设计 -24 第四章 : 电源系统设计与监控 -33 第三部分：非接触式 IC 卡部分 第一章： 方案的比较及论证 -46 第二章： 非接触式 IC 卡 -48 第四部分：传感器部分 第一章：接近开关 -64 第二章：超声波测距装置 -77 第五部分： 硬件结构设计及设备选型 第一章 ：机械结构设计 -85 第二章： 电气接线图及其原理 -89 第三章： 设备选型 -93 第六部分：软件部分 第一章：方案的比较及论证 -105 第二章：流程图 -105 第三章：原程序 -105 参考文献 第一部分：系统介绍 - 第一章：绪 论 近年来，随着机动车数量的急剧增长，国内许多城市停车难的问题越来越突出，北京、上海、广州等大城市情况尤为严重。造成这种局面的原因一方面是由于机动nts小区自动化立体车 库 - 6 - 车发展速度过快，城市规划者和建筑设计师对此估计不足，另外一 个很重要的原因就是土地资源有限，而传统的地面停车场和地下停车场存在着占地使用率低、车位土地使用成本较高等缺陷。因此，在这样一种情况下，立体车库以及自动化立体车库目前开始在一些城市应运而生，它为解决城市停车难的问题提供了一个很好的方案。 立体车库本身的发展已经有几十年的历史了，产品分类也有许多种，如简单的有采用液压和机械机构的两层或多层停车架式的，复杂些的有水平横移式和 垂直循环式，还有电梯式的等等，这些都属于立体车库家族的成员，但都没有引起人们太多的注意，直到自动化立体车库的出现，其以大容量、自动化、占地小 、方便性等优点极大地吸引了车库建设者和普通老百姓的兴趣。自动化停车系统作为一个系统工程产品，本身就是一个集中了自动控制、计算机、网络、智能 卡、机械拖动等多学科技术的高科技产品，另外还需配套消防、通风、照明、供电、监控、车位引导、收费管理等子系统，所以整个系统属于一个技术含量较高的复杂的系统工程。 停车库共分三层，一层在地上，两层在地下。用停 10 辆车的面积停 30 辆车。小区的住户凭 IC 卡实现车辆的入库和出库，把信息输入到单片机，单片机对数据处理后通过三相异步电机实现车位对位存取。车位状态通过接近开关输入到单片 机中。该系统方便，安全，快捷。 本次毕业设计尝试用单片机实现系统功能，在降低成本的基础上，把单片机的特点容入整个系统。 第二章：方案的比较和论证 自动化立体车库系统是一种功能多，利用率高的车库系统。它主要由机械系统，电气系统和信息系统组成。电气系统和信息管理系统合成nts小区自动化立体车 库 - 7 - 为控制系统。 实现控制系统的方案较多，主要为单片机控制， PLC 控制两种。 MCS-51 系列单片机具有比较丰富的内部资源，性能全面而且适应性强，能覆盖多种应用需要。用户可以根据需要设计成各种不同的控制系统，尤其在工业自动化 控制 、 自动检测 、 智能仪器仪表 、 家电等各个方面。其特点： 1） 小巧灵活 、 成本低 、 易于产品化。它能方便的组成各种智能检测 、 控制设备及各种智能仪器仪表。 2） 价格低廉。 3） 可靠性好，适应温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求实际的，能适应各种恶劣环境。 4） 易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能的指令。 5) 可以方便的实现多机和分布式控制系统。 可编程控制器 PLC 是由工业微型计算机 、 输入 /输出设备 、 保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺 序 、 周期性工作的特征，从应用的角度看可编程控制器具有如下特点： 1） 可靠性高：由于可编程控制器的输入 /输出端口均采用继电器或光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰措施，使其具有很高的抗干扰能力，因而能在恶劣的环境下可靠工作； 2） 体积小：由于在制造时采用了大量的大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化： 3） 通用性好：由于可编程控制器采用模块化结构，一般有 CPU模块 、 电源模块 、 PID 模块 、 模拟输入和输出模块等，可以nts小区自动化立体车 库 - 8 - 用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可 ，因而具有很好的适用性； 4） 使用方便：对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入 /输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无须对系统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。 单片机在实际生活中无处不在，应用极其广泛，功能极其强大。且扩展极其方便，外围配套电路发展也很快，有一批成形的芯片可以直接应用。在价格上也占绝对优势，一个 80c51 只有十几块钱。这使整个系统的花费大大减少。 本次设计要求设计的是一个智能大厦 的自动化立体车库，规模较小。综合以上两种方案的分析，兼顾经 济因素和锻炼自己的能力的目的，本次设计采用单片机方案。关于设计的组成和工作原理，详见此后各个章节。 第二部分：硬件部分 第一章 单片机控制系统设计基础 MCS 51 系列单片机是 80 年代推出的 8 位单片微型计算机，共有 P0 P3四个这样的并行口，可提供 32根 I/O线，每根线都是双向的，其余用于芯片控制的寄存器中。与芯片引脚有关的特殊功能寄存器是 P0 P3，它们实际上是 4个八位锁存器（每nts小区自动化立体车 库 - 9 - 个 I/O口一个），每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。 在这次设计中我们用了 8051 单片机， 8051 是 MCS-51 的典型产品， 它不仅体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，而且和 PLC 和 PIC 相比来说它有价格便宜的优点，应用于各个领域，是我们比较熟悉的单片机，所以我们选用了它。 一 8051单片机内部结构 1. 基本特性 8位 CPU、片内振荡器 * 4k字节 ROM、 128 字节 RAM * 21个特殊功能寄存器 （ SFR） * 32根并行 I/O线 * 可寻址的 64k字节外部数据、程序存 储 空间 * 2个 16位定时器、计数器 * 中断结构：具有二个优先级、五个中断源 * 一个全双口串行 I/O口 * 位寻址（即可寻找某位的内容）功能，适于按位进行逻辑运算的位处理器。 128字节 RAM、 4k字节 ROM和中断、串行口及定时器模块外，还有 4 组 I/O口 P0P3，余下的就是 CPU 的全部组成。 2 8051的性能参数如下表 1 特 点 8051 程序存储器（字节） 4K RAM（字节） 128 片外程序存储器（字节） 64K 片外数据存储器（字节） 64K nts小区自动化立体车 库 - 10 - 最高时钟频率（ MHz） 12 典型指令时间（ S） 1 16位定时器 /计数器 2 串行口通讯 同步模式 互换 异步模式 I/O线数 32 中断源（二级） 5 电源（ ICC MAXmA） 125 可编程电源模式 休假（ mA） 掉电（ mA） 10 二 8051单片机引脚及其功能 1 8051芯片引脚说明 8051单片机采用 40引脚双列直插封装（ DIP）方式。 （ l） P0.0 P0.7 P0口 8位双向口线（在引脚的 39 32号端子）。 （ 2） P1.0 P1.7 P1口 8位双向口线（在引脚的 1 8号端子）。 （ 3） P2.0 P2.7 P2口 8位双向口线（在引脚的 21 28号端子）。 nts小区自动化立体车 库 - 11 - （ 4） P3.0 P3.7 P2口 8位双向口线（在引脚的 10 17号端子）。 这 4个 I/O口具有不完全相同的功能 P3 . 23334353637383940323130292827P1 . 2P1 . 3/ RDP3 . 0P3 . 1P1 . 0P1 . 1P3 . 4P3 . 3P0 . 0P3 . 7P3 . 6P3 . 5P0 . 2P0 . 11234567891011121314151617181920262524232221P0 . 4P0 . 5P0 . 6P0 . 7EAP S E NVCCP2 . 4P2 . 3P2 . 2P2 . 1P2 . 0P1 . 4P1 . 5P1 . 6P1 . 7V P D / RS/ R X D/ T X D/ T0/ T1X T A L1X T A L2VSSVDD/P R O G / A L EP2 . 5P2 . 6P2 . 7P0 . 3/ WR/ I N T0/ I N T1T8051图 4 8051 引脚图 P0口有三个功能： 1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图 1 中的 D0 D7为数据总线接口） 2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图 1 中的 A0 A7为地址总线接口） 3、不扩展时，可做一般的 I/O 使用，但内部无上拉电阻，作为输入 或输出时应在外部接上拉电阻。 P1口只做 I/O口使用：其内部有上拉电阻。 P2口有两个功能： 1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用 2、做一般 I/O口使用，其内部有上拉电阻； P3口有两个功能： 除了作为 I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来nts小区自动化立体车 库 - 12 - 设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。 P3口的特殊功能（即第二功能） ,使 P3端品各线处于第二功能的条件是 : 1串行 I/O处于运行状态 (RXD,TXD); 2打开了处部中断 (INT0,INT1); 3定时器 /计数器处于外部计数状态 (T0,T1) 4执行读写外部 RAM 的指令 (RD,WR) 在应用中 ,如不设定 P3端口各位的第二功能 (WR,RD信叼的产生不用设置 ),则 P3端口线自动处于第一功能状态，也就是静态 I/O 端口的工作状态。在更多的场合是根据应用的需要，把几条端口线设置为第二功能，而另外几条端口线处于第一功能运行状态。在这种情况下，不宜对 P3端口作字节操作，需采用 位操作的形式。 RST/VPD：复位信号线 。 当输入的信号连续 2 个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。 ALE/PROG：地址锁存 允许 /编程线，配合 P0口引脚的第二功能使用。 PSEN：外部程序存储器读选通信号线 。 在读外部 ROM时 PSEN低电平有效，以实现外部 ROM单元的读操作。 1、内部 ROM读取时， PSEN不动作； 2、外部 ROM读取时，在每个机器周期会动作两次； 3、外部 RAM读取时， 两个 PSEN脉冲被跳过不会输出； 4、外接 ROM时，与 ROM的 OE脚相接。 EA/VPP：内部和外部程序存储器的选择线 。 接高电平时： CPU 读取内部程序存储器（ ROM）扩展外部 ROM， 当读取内部程序存储器超过 0FFFH（ 8051） 1FFFH（ 8052）时自动读取外部 ROM。 接低电平时： CPU读取外部程序存储器（ ROM）。 8751烧写内部 EPROM时，利用此脚输入 21V的烧写电压。 XTAL1 和 XTAL2：接外部石英晶体 。 当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微 调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VCC：电源 +5V输入 VSS： GND接地。 nts小区自动化立体车 库 - 13 - 三 8051的存储器配置 如下表 4 8051的存储器特点及数据操作 容量 地 址 寻址方式 字节地址 位地址 程序存储器 最大 64KB 0000H FFFFH 无 PC 间址 ,DPTR问址 外部数据存储器 最小 64KB 0000H FFFFH 无 P2Ri间址， DPTR间址 内部数据存储器 128 字节 00H 7FH 00H 7FH 直接寻址， Ri间址，位寻址 特殊功能 寄存器 21 字节 80H FFH(不连续 ) 80H FFH(不连续 ) 直接寻址，位寻址 1存储器系统结构 8051的存储器系统为哈佛结构，分为数据存储器和程序存储器 . 1.1程序存储器 程序存储器存放系统应用程序和表格常数。在实际的单片机应用系统中，应根据系统程序来选择程序存储器的容量和供应状态。 程序存储器有 16 位地址指针 PC和 DPTR，寻址范围为 64KB。可选择片内程序存储器和片外程序存储器。片外程序存nts小区自动化立体车 库 - 14 - 储器必须通过并行扩展总线扩展，同时应将内外程序存储器选择引脚 EA接地；选择片内程序存储器时， EA接高电平。 程序存储器的寻址范围为 0000H FFFFH。无论选择多大容量的程序存储器，其起始地址是 0000H。单片机复位后 PC 指针为 0000H，因此，复位后，程序从 0000H开始运行。 程序存储器中有一个固定的中断入口地址区，这些中断入口地址从 0003H 开始依次按间隔 8个字节安排。 8051有 5个中断源，其相应的入口地址如下表 5： 0003H 外部中断 0入口地址 000BH 定时器 0 溢出中断入口地址 0013H 外部中断 1入口地址 001BH 定时器 1 溢出中断入口地址 0023H 串行口发送 /接受中断入口地址 系统应用程序的第一条指令的入口必须是 0000H，这样，单片机复位后可立即运行系统应用程序。为了跳过中断入口地址区域，应用系统程序的第一条指令应是无条件转移指令，使系统应用程序越过中断入口地址区。 程序存储器的操作有： （ 1） 程序指令的自主操作。程序按照 PC 直至顺序操作或转移操作。 （ 2）表格常数的查表操作。 8051 中查表操作指令为 MOVC，通过 PC 和 DPTR的基址变址寻址方式实现查表操作。 1.2数据存储器 （ 1）片内数据存储器结构 片内数据存储器的 256B 寻址空间上，分为三个不同性 质的空间，即 00H 7FH的 8051 基本的数据存储器； 80H FFH 间接寻址的数据存储器扩展空间； 80H FFH直接寻址的 SFR空间。 8051 片内数据存储器为 00H 7FH 的 128B，是一个多功能复用空间。空间划分有工作寄存器、位寻址区、堆栈与数据缓冲区。 1工作寄存器。工作寄存器共有四组，每组有八个工作寄存器 R0 R7，依次占用00H 1FH单元。 2位寻址区。位寻址区共有 128位，占用 20H 2FH 单元，其位寻址为 00H 7FH，nts小区自动化立体车 库 - 15 - 依次从 20H最低位排向 2FH的最高位。 3堆栈。复位后栈底为 07H，使用中可随意设置。 4数据缓冲区。 30H 7FH单元。 （ 2）片外数据存储器及其操作 8051 不仅为片外数据存储器提供了规范的并行扩展总线，而且有相应的数据传送指令，故把并行扩展的片外数据存储器也归纳在 8051的存储器系统中。 片外数据存储器的寻址范围为 64KB，是独立于程序存储器和片内数据存储器的数据存储空间，它和单片机外围电路扩展统一编址。 片外数据存储器寻址空间的数据传送 使用专门的 MOVX指令。片外数据存储器只能和累加器 A交换数据，通过地址指针 DPTR 或工作寄存器 Ri间接寻址。 四 8051的复位方式 在设计单片机应用系统时，必须了解单片机的复位状态和复位电路的设计。因为单片机应用系统工作时，会要求进入复位工作状态，因而要求复位电路必须准确，可靠地工作。另外，单片机的复位状态与应用系统的复位状态是密切相关的。 1单片机的复位状态 单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的 RST引脚上出现 24 个振荡脉冲（ 2 个机器周期）以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。为了保证系统可靠的复位，在设计复位电路时，通常使 RST 引脚保持 10 ms以上的高电平。只要 RST 保持高电平，则 MCS 51 单片机就循环复位；当 RST 从高电平变为低电平以后，单片机就从 0000H 地址开始执行程序。在复位有效期间，ALE,PSEN,P0,P1,P2,P3 口引脚输出高电平，即使准双向口皆处于输入状态，并将 07H写入栈指针 SP（即设定堆栈底为 07H），同时，将程序计数器 PC 和其余的特殊功能寄存器清为 0（不定的位除外）。复位不影响单片机内部的 RAM状态。但上电复位时，由于是重新供电， RAM 在断 电时数据丢失，上电复位后为随机数。 2复位电路设计 通常单片机复位操作有上电复位，信号复位，运行监视复位，运行监视有程序监视和电源监视。 在单片机复位电路设计过程中，经常会使用上电复位和手动复位，最常用的上电复位和开关组合复位电路如图 8所示。 nts小区自动化立体车 库 - 16 - V CCM C S - 51R S T / VPDV SS+ 5 VCR 1R 2图 8开关与上电复位电路 在复位电路中，干扰容易串入复位端，在大多数情况下不会造成单片机错位复位，但会引起内部某些寄存器错位复位。这时可在复位引脚上接一个去耦电容。如果应用现场干扰严重，或整个系统干扰 严重，引起单片机复位，可采用屏蔽的办法解决，如加屏蔽网或移动位置等。 五 .8051的中断系统 如图 12所示 ,8051 提供 5个中断源 .即 : *INT0 外部中断请求 0 *INT1 外部中断请求 1 *TF0 内部定时器 0 *TF1 内部定时器 1 *RI,TI 内部串行口中断 外中断请求 0内部定时器 0外中断请求 1内部定时器 1内部 T串行口 R I N T 0I N T 1中断源识别高优先级中断请求中断向量低优先级中断请求中断向量中断源识别图 12 8051中断系统 1.中断优先级 nts小区自动化立体车 库 - 17 - 8051的中断优先级分为两级。每个中断源都可以通过对中断优先级寄存器 IP中相应位的置位或清零而编程为二级中断中的任一级。置 1位高级优先级， 0为低优先级。低优先级可以被高优先级所中断，但不能被另一个低优先级的中断所中断。若同时接收到两个不同优先级的中断请求，则优先服务于高优先级的中断。假如同时收到同级的不同中断请求，则按照内部查询的次序决定服务对象。因此，在每一个中断级中又有一个按查询次序的中断级别。查询次序如下： IE 0 IE 1IF 0 IF 1 RI + TI高 低 中断优先级寄存器 IP的定义如下： （ M S B ） （ L S B ）IP 0 B 8 HPS PT 1 PX 1 PT 0 PX 0 符号 地址 说明 IP.7、 6、 5 保留 PS IP.4 定义串行口中断优先级 PT1 IP.3 定义定时器 1中断优先级 PX1 IP.2 定义外部中断 1中断优先级 PT0 IP.1 定义定时器 0中断优先级 PX0 IP.0 定义外部中断 0中断优先级 2中断允许 各中断源的中断允许由中断开放寄存器 IE 控制。中断开放寄存器的定义如下： nts小区自动化立体车 库 - 18 - （ M S B ） （ L S B ）IE 0 A 8 HES ET 1 EX 1 ET 0 EX 0EA 符号 地址 说明 EA IE.7 中断总体控制位。 EA=0全部中断被关闭。 EA=1允许每个中断源个别 的开放或关闭 IE.6 保留 IE.5 保留 ES IE.4 串行口中断开放或关闭。 ES=0 关闭 ET1 IE.3 定时器 1溢出中断开放或关闭。 ET1=0为关闭 EX1 IE.2 外部中断 1开放或关闭。 EX1=0 为关闭 ET0 IE.1 定时器 0溢出中断开放或关闭。 ET0=0为关闭 EXO IE.0 外部中断 0开放或关闭。 EX0=0 为关闭 只要中断总体控制位置位，各中断源相应中断标志位置为，各中断源的中断均已选通。每一个中断元都可以单独的开放或关断。这只要用软件向中断开放寄存器IE中 的相应位置位或清零即可。当然用软件对 EA置位或清零可以将全部 5个中断进行总开或总关。 3中断向量地址 5个中断源都有其固定的中断向量地址，即中断服务程序的入口地址。中断向量表如下表 8： 中断源 向量地址 nts小区自动化立体车 库 - 19 - IE0 0003H TF0 000BH IE1 0013H TF1 001BH RI+TI 0023H 4外部中断 外部中断可以通过程序将定时器 /计数器控制寄存器 TCON 的 IT0或 IT1设置成电平触发或调变触发。 ITX=0， INTX脚上为低电平触发中断。 ITX=1，是跳变触发，即负沿触 发中断。 六直流特性（ TA=0 70OC， VCC=4.5 5.5V， VSS=0V）如下表 9 符号 参数 最小值 最大值 单位 测试条件 VIL 输入低电压 -0.5 0.8 V VIH 输入高电压（ RST和 XTAL1除外） 2.0 VCC+0.5 V VIH1 输入高电压 RST（用于复位）， XTAL2 2.5 VCC+0.5 V XTAL1到 VSS VOL 输出低电压端口 1、 2、 3 0.45 V IOL=1.6mA VOL1 输出低电压端口 0 0.45 V IOL=3.2mA VOH 输出高电压端口 1、 2、 3 2.4 V IOH=-80 A VOH1 输出高电压端口 0， ALE PSEN 2.4 V IOH=-400 A IIL 逻辑 0输入电流端口 1、 2、 3 -800 A VIN=0.45V nts小区自动化立体车 库 - 20 - IIL2 逻辑 0输入电流 XTAL2 -2.5 mA XTAL1=VSS， VIN=0.45V IL1 到端口 0， EA 之输入电流 10 A 0.45V VINVCC IIH1 到 RST/VPD（复位）之输入高电流 500 A VIN VCC-1.5V ICC 电源 电流 125 mA 输出均断开 CIO I/O缓冲器电容 10 PF fc=1MHz ，TA=25OC 第二章 I/O接口扩展电路设计 一 8255可编程外围并行接口芯片 8255是 Intel公司生产的可编程外围接口芯片，它具有 3个 8位的并行 I/O口，分别称为 PA口、 PB口、和 PC口，其中 PC口又分为高 4位和低 4位口。它们都可通过软件编程来改变其 I/O 口的工作方式。 8255 可以与 MCS 51 单片机系统总线直接接口，其管脚配置如下图所示。 单片机与 8255之间的接口是通过对其数据总线、标准的读 /写以及片选信号的控制来完成的。对 8255 设置不同的控制字可使其选择三种基本的工作方式： 方式 0，方式 1方式 2 1 芯片引脚图 2 工作原理 C 8255 有 A、 B、 C3 个输入输出口。对 B 口来说可有基本输入输出方式和选通输入输出方式两种：对 A 口来说除上述两种方式外，还可有双向传送方式；对 C 口nts小区自动化立体车 库 - 21 - 来说可有基本输入输出方式和选通输入输出控制、双向传送控制方式。 基本输入输出方式的动作较为简单。以 A 口为例，当程序预先设置 A 口为基本输入输出方式后， CPU 就用指令从 A 口（ PA0 PA7）读取 8 位输入数据。若 A 口预先设置为基 本输入输出方式时， CPU就用指令把要输出的数据送至 A口（ PA0 PA7）。 3 电参数： 8255的直流参数 参数名称 符号 测试条件 规范值 单位 最大 最小 输入低电平电压 VIL 0.8 -0.5 V 输入高电平电压 VIH VCC 2.0 V 输出低电平电压（数线） VOL IOL=2.5mA 0.45 V 输出低电平电压（外口） VOL IOL=1.7mA 0.45 V 输出高电平电压（数线） VOH IOH=-400uA 2.4 V 输出高电平电压 （外口） VOH IOH=-200uA 2.4 V 达林顿驱动电流 IDAR REXT=750 VEXT=1.5V -0.4 -1.0 A 电源电流 ICC 120 A nts小区自动化立体车 库 - 22 - 4 8255工作方式 8255有三种基本工作方式： 输入负载电流 IIL VIN=VCC OV 10 A 输出浮动漏电流 IOFL VOUT=VCC0.45V 10 A nts小区自动化立体车 库 - 23 - 方式 0 基本输入 /输出； 方式 1 选通输入 /输出； 方式 2 双向总线（仅 PA口）。 1） “方式 ”选择控制字 8255的工作方式可由 CPU送出一个控制字到 8255的控制字寄存器来选择这个控制字的格式如图（ a）所示，可以分别选择端口 A和端口 B的工作方式，端口 C分成两部分，上半部分随端口 A，下半部分随端口 B。端口 A有方式 0、方式 1、和方式 2三种，而端口 B 只能工作于方式 0和方式 1。 2） C口按位置置位 /复位功能 端口 C 的 8 位中的任一位，可用一个写入 8255 控制口的置复位控制字来置位或复位，如图（ b）所示。例如 ,07H写入控制口 ,置 “ 1” PC3;08H写入控制口 ,置 “ 0” PC4. 工作方式 控制字 1 有 效A 组方式选择00 方式 001 方式 110 方式 2端口 A1 - 输入0 - 输出端口 C1 - 输入0 - 输出（ 上半部 ）端口 B1 - 输入0 - 输出端口 C1 - 输入0 - 输出（ 下半部 ）B 组方式选择0 - 方式 01 - 方式 11 D6D5D4D3D2D1（ a ） 方式 选择控制字D0按位置数 控制字 0 有 效位选择位置 “ 1 ” 置 “ 0 ”标志 ：1 - 置 10 - 置 00 D0D1D2D37 6 5 4 3 2 1 011 11111 11 11 10 0 0 00 0 0 00 0 00B2B1B0nts小区自动化立体车 库 - 24 - (b) 置复位控制字 第三章 存储器扩展电路设计 一 程序存储器扩展 单片机的 8051主要品种中 8051、 8751片内有 4K ROM或 EPROM， 8031片内无程序存储器。在此次设计中，我们选用 8051，我们估计程序总长 4KB 左右，为此选用8KB的 E2PROM2864，留有一定余量。 1.芯片介绍 E2PROM2864 既具有 RAM 的随机读写特点，又具有 ROM 的非易失性优点，每个单元可重复进行一万次改写，保留信息的时间长达 20 年，不存在 E2PROM 在日光下信息缓慢丢失 的问题。 1） . 2864的引脚图 如图（一）所示， N C V C CA 12 WEA 7 NCA 6 2 A 8A 5 8 A 9A 4 6 A 11A 3 4 OEA 2 A A 10A 1 CEA 0 D 7D 0 D 6D 1 D 5D 2 D 4G N D D 32 3 4567891 01 11 21 31 4 2 82 72 62 52 42 32 22 12 01 91 81 71 61 51图（一） 2） 2864的结构和特性 A0 Ai：地址输入线， i=10 15； nts小区自动化立体车 库 - 25 - D0 D7：三态数据总线，读或编程校验时为数据输出线，编程时为数据输入线。维持或编程禁止时， D0 D7呈高阻抗； ：选片信号输入线，“ 0”（即 TTL低电平）有效； ：编程脉冲输入线； ：读选通信号输入线 ，“ 0”有效； Vpp：编程电源输入线， Vpp的值因芯片型号和制造厂商而异； Vcc：主电源输入线， Vcc一般为 +5V； GND：线路地。 3） . E2PROM2864A 的工作方式 表二中给出了 Intel 公司生产的常见 2864A 的工作方式。 2864A 芯片中RDY/BUSY为开漏输出，应该上接电阻至 +5V。 表二 CE OE WE RDY/BUSY 输入 /输出 D0 D7 2864A 引脚号 （ 20） （ 22） （ 27） （ 11 13， 15 19） 待 机 V1H 任意 任意 高阻 读 V1L VIL V1H DOUT 写 V1L V1H 负脉冲 D1N DATA查询 V1L V1L V1H DOUT 由表二可知， 2864A有以下四种工作方式： 维持方式 当 CE 为高电平时， 2864A 进入低耗维持方式。此时，输出线呈高阻态，芯片的电流从 140mA降至维持电流 60mA。 读方式 nts小区自动化立体车 库 - 26 - 当 CE和 OE均为低电平而 WE为高电平时，内部的数据缓冲器被打开，数据送上总线，此时可进行读操作。 写方式 2864A提供了两种数据写入 方式：字节写入和页写入。 数据查询方式 数据查询是指用软件来检测写操作中的页存储周期是否完成。 2. 地址锁存器和地址译码器 1） . 地址锁存器 在单片机的 16 位地址分为高 8位 (A15 A8)和低 8位 (A7 A0)。高 8位由 P2口输出，低 8位由 P0口输出。而口又同时是数据输出 /输入接口，故在传送时采用分时方式，先输出低 8位地址，然后传送数据。 但是，在对外部存储器进行读 /写操作时 ,地址必须保持不变，这就需要适当的寄存器存放低 8 位地址，这个外接寄存器就叫地址锁存器。目前，常用的地址锁存器芯片有 74LS273,74LS373 等。在小区自动化立体车库中，所用的 74LS373 式地址锁存器。 74LS373芯片的引脚如图 1所示。 D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7Q 0Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7123456782 01 81 71 674LS373910GV C CG N D1 51 41 31 21 119OE图 74LS373芯片引脚 功能表如下表 1： nts小区自动化立体车 库 - 27 - OE G D Q L H H H L H L L L L X Q不变 H X X 高阻态 注： X表示无关。 D7 D0 ： 8位数据输入线。 Q7 Q0 ： 8位数据输出线。 CLK， G ：数据输入锁存选通信号，高电平有效 。当该信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存。 OE:数据输出锁存信号，低电平有效。当该信号为低电平时，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高阻态。 2） .地址译码器 译码器是将每一组输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号，以表示代码愿意的组合逻辑电路。因此译码是编码的反操作。 在这次设计中我们主要运用了二进制译码器，而二进制译码器又主要运用了 3-8译码器和 2-4译码器两种，下面主要对这两种译码器做主要介绍。 （ 1） 2-4译码器 图 1给出了它 的功能表 E 是 “ 使能 ” 控制端， A、 B 是变量输入端，其中A 表示输入变量的低位， B 为高位， Y0 Y3是译码器的输出。以输出端 Y0=0，其余输出端 Y1 Y3均以 1来表示输入状态 AB=00；以 Y1=0，其余输出均为 1，表示输入代码为 10；以 Y2=0，其余输出均为 1，表示输入代码为 01；以 Y3=0，其余输出均为 1，表示输出代码为 11。由功能表可直接写出 Y0、 Y1、 Y2、 Y3表达式： nts小区自动化立体车 库 - 28 - A B
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