立体停车场控制系统设计

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RADIOFREQUENCYIDENTIFICATION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ABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFCHINASECONOMY,CITYCAROWNERSHIPOFINCREASING,CARINBRINGINGPEOPLETRAFFICCONVENIENTATTHESAMETIME,DUETOPOORMANAGEMENTPARKINGPROBLEMSALSOGIVEPEOPLEHAVEBROUGHTMUCHINCONVENIENCETOSATISFYPEOPLELIFEANDWORKINGENVIRONMENT,MORESCIENTIFICANDMORETHEREQUIREMENTOFTHESPECIFICATIONS，MANAGEMENTEFFICIENCY,SAFEANDREASONABLE,QUICKANDCONVENIENTINTELLIGENTPARKINGMANAGEMENTSYSTEMHASBECOMEMANYLARGECOMPREHENSIVEBUILDINGSANDRESIDENTIALAREAOFTHENECESSARYFACILITIESBUSYDISTRICTISLOCATEDINMANYOFTHETOPAPARTMENT,LARGEENTERTAINMENT,HOTEL,OFFICEBUILDING,STADIUMPARKINGCARSSUCHASMORE,BIGCARS,INORDERTOENSURETHESAFETYANDCONVENIENTTRANSPORTATION,THEURGENTNEEDTOADOPTAHIGHDEGREEOFAUTOMATION,FASTANDCONVENIENTINTELLIGENTPARKINGMANAGEMENTSYSTEM,IMPROVETHEMANAGEMENTLEVELOFTHEPARKINGLOTRADIOFREQUENCYIDENTIFICATIONISAKINDOFWIRELESSDATACOMMUNICATIONTECHNOLOGY,ITSUCCESSFULLYIFTECHNOLOGYANDICCARDTECHNOLOGYCOMBINEDRFIDTECHNOLOGYISAPPLIEDTOTHEMANAGEMENTOFAMODERNPARKINGLOT,CANBEMOREEFFECTIVEMANAGEMENTOFTHEPARKINGLOT,HAVEMAKECARSINORDERLY,PROCEDUREISSIMPLE,FAST,SAFEGUARDAGAINSTTHEFT,MANAGEMENTAUTOMATION,CHARGEFAIRANDREASONABLE,ACCOUNTSANDTOREDUCETHELOSSCOSTMANAGEMENTPERSONNEL,ETCTHISPAPERINTRODUCESTHEPARKINGLOTOFTHECONTROLSYSTEMOFTHREEDIMENSIONALDESIGNOFHARDWAREANDSOFTWAREIMPLEMENTATIONTHESYSTEMISBYSINGLECHIPMICROCOMPUTER,PACKET,DISPLAY,CARDREADER,THEKEYBOARDANDTHEINTERFACECHIPCOMPOSITIONSINGLECHIPMINIMIZESYSTEMBYSINGLECHIPMICROCOMPUTERANDRESETCIRCUIT,SURVEILLANCEOFCIRCUIT,USEDTOREALIZETHECONTROLOFTHEMANAGEMENTOFTHEWHOLESYSTEM；THEDISPLAYISBYEIGHTLEDDISPLAYANDITSDRIVINGCIRCUITCOMPOSITION,USEDTODISPLAYCARDNUMBERONHARDWAREPARKINGINFORMATION；READERISGENERATEDBYTHECARRIERCIRCUIT,ANTENNA,DEMODULATIONFILTERCIRCUIT,POWERAMPLIFIERCIRCUITMAKEUP,TOREADTHEUSERINFORMATIONCARDNUMBER；THEKEYBOARDISCOMPOSEDBY16BUTTONS,USEDTOENTERVEHICLEINFORMATIONMEMORYISMADEOF2732MEMORYCHIPSAND6264DATAMEMORYCOMPOSITION,VEHICLESUSEDTOSTOREINFORMATIONTHISSYSTEMONTHEFUNCTIONREALIZESTHEAUTOMATICDETECTION,EMPTYCARPARKINGISONEOFTHEAUTOMATICGIVENANDVEHICLESTOBEAUTOMATICACCESS,WITHTHEAUTOMATEDGARAGESBASICFUNCTIONSKEYWORDSSTEREOGARAGESINGLECHIPSMACHINEAUTOMATICCONTROL目录摘要IABSTRACTII目录III第1章绪论111课题背景及研究的意义112国内外研究背景及现状2121国外研究背景及现状2122国内研究背景及现状313本文研究的主要内容414论文的组织结构4第2章系统的总体设计621课题背景及研究的系统的组成622系统的控制功能623系统的工作过程724系统的开发环境7241单片机系统的开发环境7242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1031单片机的发展趋势1032单片机的选择1033单片机最小系统设计1234显示器电路的设计1435键盘电路的设计1636读卡器电路的设计18361读卡器功能介绍18362读卡器电路图设计18372732存储器芯片20386264数据存储器2039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2341控制系统的主程序功能及流程图2342最优车位的实现2343键盘扫描子程序2544显示子程序2645存车信号处理子程序2646取车信号处理子程序2747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3151系统各功能硬件系统调试31511单片机最小系统31512显示器电路31513键盘电路31514读卡器电路3252系统联调32结论33参考文献34致谢35第1章绪论11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219亿辆。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1518个停车位，而很多城市却只有35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8090，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。12国内外研究背景及现状121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24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。122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。213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MCS51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。14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。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。第2章系统的总体设计21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21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。22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。23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。24系统的开发环境241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KEILVISION2。KEILC51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。VISION2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。C51V700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，C51V700版本无疑是8051开发用户的最佳选择。KEILVISION2的操作界面如图321所示。KEILC51的集成开发环境的主要功能有以下几点1VISION2FORWINDOWSTM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；2C51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；3A51宏汇编器从80C51原汇编代码产生可重定位的目标模块；4BL51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；图22KEILVISION2的操作界面5LIB51库管理器从目标模块生成连接器可以使用的库文件；6OH51目标文件至HEX格式的转换器从绝对目标模块生成INTELHEX文件；7RTX51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0XFF、0X00、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。242计算机界面开发环境本系统计算机界面采用VISUALBASIC60开发环境进行开发，下面将对其进行简要的介绍VISUALBASIC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TURBOPASCAL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VISUALBASIC60，它继承了旧版本VISUALBASIC的所有优点，同时增强了功能和简化了操作界面。第3章单片机控制系统的硬件设计31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MCS51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。32单片机的选择美国INTEL公司1980年推出了MCS51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。9MCS51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MCS51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MCS51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64KB4中断与堆栈MCS51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。MCS51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。MCS52子系列有3个16位的定时/计数器。MCS51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MCS51有一个功能很强的指令系统，主要表现在MCS51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1S，少部分为2S，乘除指令的执行时间也只有4S。6布尔处理器特别值得一提的是MCS51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MCS51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MCS51在设计上的精美之处，也是一般微机所不具备的。图3189C51引脚图33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32所示P067RXDTALE/OGSNIWVPCFMU图3289C51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MCS51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16S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。MCS51与MAX690自动监控的接线如下，5V电压跌落到某电压值，ERROR输出低电平，这就需要合理选择电阻R3、R4的值，所以R326K欧姆，R41K欧姆。电路图如下图33监视电路原理图34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YGCUTBAPFO和8N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34所示。1AY256G790VCSABDEFGPPBCRWT35键盘电路的设计行列式（也称矩阵式）键盘用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。1个33的行、列结构可以构成1个具有9个按键的键盘。同理1个44的行、列结构可以构成1个16个按键的键盘等等。如图所示。很明显，在按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。图3544键盘1行列式键盘工作原理按键设置在行、列线交点上，行、列分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到5V上。无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线电平亦为高。这一点是识别行列式键盘是否按下的关键。由于行列式键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在的行和列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来处理，才能确定闭合键的位置。图34显示电路下面以图35中3号键被按下为例，来说明此键是如何被识别出来的。当3号键被按下时，与3号键相连的行线电平将由与此键相连的列线电平决定，而行线电平在无按键按下时处于高电平状态。如果让所有的列线处于低电平，很明显，按键所在的行电平将被接成低电平，根据此行电平的变化，便能判定此行一定有按键被按下。但还不能确定是键3被按下，因为如果键3不被按下，而同一行的键2、1或0之一被按下，均会产生同样的效果。所以，行线处于低电平只能得出某行有按键被按下的结论。为进一步判定到底是哪一列的按键被按下，可采用扫描法来识别。即在某一时刻只让1条列线处于低电平，其余所有列线处于高电平。当第一列为低电平，其余各列为高电平时，因为是键3被按下，所以1行仍处于高电平状态；而当第二列为低电平，其余各列为高电平时，同样我们会发现第1行仍处于高电平状态；直到让第4列为低电平，其余各列为高电平时，因为此时3号键被按下，所以第一行的电平将由高电平转换到第4列所处的低电平，据此可以判断第1行第4列的交叉点处的按键，即3号键被按下。根据上面的分析，很容易想到识别键盘有无键盘被按下的方法，此方法分2步进行第1步，识别键盘有无键被按下；第2步，如有键盘被按下，识别出具体的按键。分别介绍如下首先把所有的列线均置为低电平，检查各行线是否有变化，如果有变化，则说明有键被按下，如果没有变化，则说明无键被按下。其次先把某一列置低电平，其余各列置为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线为低电平，则可确定此行此列交叉点处的按键被按下。2键盘的工作方式单片机应用系统中，键盘扫描只是单片机的工作内容之一。单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。键盘工作方式的选取应根据实际应用系统中CPU工作的忙、闲情况而定。其原则是既要保证能及时响应按键操作，又不要过多的占用CPU的时间，通常键盘工作方式有三种编程扫描、定时扫描、中断扫描。1编程扫描方式这种方式就是只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，反复的扫描键盘，等待用户从键盘上输入命令或数据，来响应键盘的输入请求。图为1个44矩阵键盘通过8255扩展I/O口与89C51的接口电路原理图，键盘采用编程扫描方式工作，8255的PB口低4位输出逐行扫描信号，PA口输入4位列信号，均为低电平有效。8255的A0，A1端分别接于地址线A0、A1上，ERROR与P27相接，ERROR、ERROR分别与89C51的ERROR和ERROR相连。1检查PC口低4位状态，若PC0PC3全为1，则说明键盘无键按下；若不完全为1，则说明键盘有可能有键按下。2用软件延时10MS来消除按键抖动的影响。确实有按键按下时，进行下一步。3在键盘扫描子程序中，首先判断键盘上有无键按下。其方法为PA口位输出全0，判断按下键的行号。根据前面的介绍的方法，逐列置0扫描，读入行线的状态，最后确定按键列号。4等待按键释放后，再进行按键功能的处理操作。2定时扫描的工作方式单片机对键盘的扫描也可以采用定时扫描方式，即每隔一定的时间对键盘扫描一次。在这种扫描方式中，通常利用单片机内的定时器，产生10MS的定时中断，CPU响应定时器溢出中断请求，对键盘进行扫描，在有键按下时识别出该键，并执行相应键的处理功能程序。3中断工作方式为了进一步提高单片机扫描键盘的工作效率，可采用中断扫描方式，即只有在键盘有按键按下时，才执行键盘扫描程序并执行该按键功能程序，如果无按键按下，单片机将不理睬键盘。36读卡器电路的设计361读卡器功能介绍读卡器主要包括读卡器和读卡解码电路组成。读卡器主要是读取电子标签内的数据。读卡解码电路主要是完成信号的编/解码，信号的编/解码不直接由微处理器处理，是为了减轻微处理器的负担，这样在很大程度上提高了微处理器的利用率和系统的性能。14读卡器电路主要是完成射频读写过程，其中包括信号的调制与解调。本系统对于信号的调制采用的是曼彻斯特码MANCHESTER调制。读卡器电路的工作原理是阅读器加电工作后发出定向查询的射频信号，当应答器进入读写器的有效查询范围内，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；读卡器接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到解码电路，再对接收到的信号进行解调、解码；然后将解码后的信号送到为控制器里进行相关的处理，控制器会判断发送来的卡号的身份，以此来判断锁的开关状态。读卡器模块的电路结构图如图361所示。天线载波信号产生电路信号调制电路信号放大电路滤波电路解码电路输出图361读卡器结构图362读卡器电路图设计读卡器模块的基本工作流程如下1读卡器将无线电载波信号经过发射天线向外发射；2当电子标签进入发射天线工作区时，电子标签被激活，将自身的信息的代码经过天线发射出去；3系统的天线再将标签发出的载波信号接收进来，经过天线调节器传输给读卡电路，读卡电路对接收到的信号进行解调、滤波、放大，并将放大后的方波信号送到单片机AT89S52的P24管脚，单片机通过对P24管脚的采样来读取信息。本系统的电路连接原理图如图362所示，主要芯片功能如下1天线天线的电感值345H，线径029MM，圆形内径直径6CM，58圈。2CD406014位二进制串行计数分频和振荡器。它由两部分电路组成，分别是14级分频器和振荡器。分频器部分是由T形触发器组成的14位二进制串行计数/分频器，其分频系数为1616384（由Q3Q9，Q11Q13输出）；振荡可外接RC或晶振。脉冲下降沿进一位。CD4060配合4MHZ晶振产生系统需要的125KHZ时钟。3LM358双单电源通用运算放大器。其功能是将输入的信号进行功率放大。图362读卡器模块电路图372732存储器芯片2732为4KB容量，2732有以下几种工作方式1读方式此时ERROR和ERROR均为有效，芯片中的数据从输出缓冲区送往输出引脚。2输出禁止方式此时ERROR有效，而ERROR无效。这种工作方式往往是多个2732并联在数据总线上，为使存储系统功耗最小，并防止各存储芯片争夺总线，则可把所有2732的ERROR均接地，通过对ERROR端输入高电平或低电平来确定是哪个芯片的数据输出到数据总线上去，而其它芯片处于输出禁止方式。3待机方式当ERROR为无效时，2732处于待机方式。待机时的电流从工作时的125MA降至35MA。这种方式下，输出呈高阻状态，且不受ERROR的限制。4编程方式对2732编程之前，应保持芯片上所有的位均为1。写入信息时，只是把应为0的位由1改为0，而应为1的位则保持不变。5编程禁止方式此时，ERROR端接21伏电压，当ERROR为无效时，则禁止向该芯片写入数据。869DVCGNO/PC图372732的引脚386264数据存储器6264是8K8位的静态数据存储器（SRAM）芯片，采用CMOS工艺制作，单一5V电源，额定功耗165MW，典型存取时间为200NS，24线双列直插式封装。在此设计中用于扩展89C51内部数据存储器容量。数据存储器扩展电路与程序存储器扩展电路相似，所用的地址线、数据线完全相同，读、写控制线用WR、RD。但要考虑的问题比程序存储器涉及的问题要多，如I/O口扩展的统一编址问题。图386