基于AT89S51单片机自动往返小车系统设计-论文

1、基于at89s51单片机自动往返小车系统设计-论文基于at89s51单片机自动往返小车系统设计目 录自动往返行驶小汽车的设计设计(摘要) 3第一章 自动往返行驶小汽车系统概述4第二章 主要电路设计6第三章 系统软件设计9结 束 语 21参考文献 22自动往返行驶小汽车的设计 【摘要】at89s51单片机是美国inte公司于1980年推出的产品，它的易用性和多功能性受到了广大电子爱好者的好评。这里要介绍的是用at89s51单片机实现小汽车自动往返功能为目的，采用at89s51单片机为控制核心，利用光电检测器检测道路上的标志，控制电动小汽车的正反向行驶，快慢速行驶，以及停车的位置，并可自动记录往返

2、时间和距离，在显示完时间距离后将会自动播报整个行程所消耗的时间，以及行驶路程。整个系统的电路结构简单，可靠性高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的软硬件设计方法及测试结果分析。【关键字】at89s51单片机 光电检测器继电器。第一章 自动往返行驶小汽车系统概述一、方案设计与论证设计要求：1、采用at89s51单片机，能实现在系统下载烧录功能；2、小车能自动记录行驶时间及里程并能在车上显示。本系统为典型的实时控制系统，易用单片机控制来实现，这里以at89s51单片机为主控元件，提出两种设计方案。1方案一采用at89s51单片机对小车的整个行驶过程进行实时监控，完成所有功能需要19个i/

3、o口，由于at89s51单片机提供32个i/o口，一片即可实现所有功能，这为设计过程提供了极大方便。其主要设计思想是：小车上安装一个光电检测器，利用单片机的iob2外部中断判别光电检测器的结果来确定小车位置，安装一个霍尔元件利用单片机的iob3外部中断判别轮胎转数的结果用以计算路程；利用单片机的ioa0-ioa3控制继电器选择小车的正、反向和加、减速行驶；at89s51十六位单片机提供了丰富的时基信源和时基中断，给设计带量的选择空间，并给设计者提供精确的时基计数，我将利用时基中断向量irq4的1024hz中断源实现定时和计时，为整个行程提供精确的时间显示。其加减速通过大功率电阻消耗功率来实现。

4、这种方案可以使程序简单，易于控制。2方案二此方案也采用at89s51十六位单片机，与第一种方案不同之处在于利用单片机的iob8 、iob9产生控制调速的脉宽和控制小车的正、反行驶，用at89s51十六位单片机的timea和timeb很容易实现脉宽调制，这大大加强了用脉宽调制控制加减速的可选性。3两种方案比较控制部分方案一 、二中对电机的控制基本是相同的，都用继电器控制直流电动机的正反转，但方案二采用调节占空比实现电机的调速，而方案一直接采用消耗电阻的方式来控制加减速，脉宽调制控制加减速有它的好处，即控制电路速度选择可通过软件选择多种速度，但在实际应用中，由于各跑道摩擦力不同，在现场测试时并不好

5、调节速度，而方案一在现场可直接调节速度，使用非常方便；再者，所谓脉宽调制也不能真正实现不消耗功率，因为单片机不能直接驱动电机，用三极管或光藕驱动时，在他们导通时就得消耗大量功率，而第一种方案在全速行驶时也无功率消耗，在整个行程中是以全速行驶为主；方案二要体现出匀速行驶，对脉冲频率要求高，相应地对继电器要求也较高，而第一种方案就无此忧虑。光电检测器的检测部分也是相同的，均采用中断的控制方式，使用一个光电检测器即能使准确确定小车行驶位置。如前所述，方案一比方案二有许多优点，最重要是因为可靠性强，调整简单，有把握在规定的时间内完成此题目。为此我们选用方案一来实现。796基于at89s51单片机自动往

6、返小车系统设计二、系统原理框图系统原理框图如图1所示。 本设计采用at89s51单片机作为自动往返小汽车的检测和控制核心。路面线条测使用反射式红外开关传感器，检测小车的行驶路段；车速和距离检测使用光电编码器，利用pwm技术动态控制电动机的转速，通过软件完成对电动小汽车在不同路段的行驶速度实时控制；用单片机驱动数码管实现对指定行程和所用时间显示；采用双外部电源供电，保证系统工作更加稳定，可靠。本设计的主要特色有： 高效的h型pwm电路，提高电源利用率； 串口数码显示，行驶状态一目了然； 优化的软件算法，智能化的自动控制，定位精确； 前轮导向装置，减少了挡板的摩擦。第二章 主要电路设计1、光电检测

7、的设计为了检测到地上的黑线，根据小车所处的位置改变行驶状态，采用64型光电检测器采集外部信息传给iob2作为外部中断源，遇到黑线将产生一个中断，通过对中断的计数确定小车位置，并对行驶状态做出相应的反映。764型光电检测器输出形式为晶体管集电极开路输出，接4.7k的上拉电阻。光电管的测量最大范围为1.518.5cm，实际安装距地面为 2cm。发射管发出红外线光电信号，接收管接收到反射的光信号以后输出低电平,接收管没有接收到反射的光信号时输出高电平，输出电平直接送iob2做外部中断的信源。红外光电检测器连接电路如图2所示。 2主控电路的设计（1）、继电器驱动电路的设计由于单片机i/o口提供的电流太

8、小，不能直接驱动继电器。在这里采用8050来提供一个开关电压，实现i/o口对继电器的驱动，由于继电器的吸合只需5v电压，能够保证它的工作，用in4007去掉继电器断开时线圈产生的反向电流，保护8050。如图3。（2）、速度控制电路的设计本设计方案较为简单，即通过大功率电阻消耗功率来实现，通过对r1、r2的选择能提供八种速度，可根据路面摩擦力大小来调节r1、r2的大小，使小车处于最佳行使状态。具体电路图如图4，其中j1、j2由ioa0控制，j3、j4由ioa1控制，j5、j6分别由ioa2和ioa3控制。3、路程计数的设计 按题要求显示全程速度，可以通过检测车轮转过的转数乘上车轮的周长来计算，霍

9、尔元件就是一种很好的可用于车轮转数计数的元件。霍尔元件基本原理是：在普通转盘计数的仪表中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器。霍尔元件固定安装在计数转盘附近，永磁铁安装在计数盘（例如0.01立方米）位上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次即在信号端产生一个计量脉冲。在普通转盘计数的仪表中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器。本系统中霍尔元件固定安装在计数转盘附近，永磁铁安装在计数盘位上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次即在信号端产生一个计量脉冲。由于霍尔电压很微弱(mv级)，需用霍尔集成电路进行处理，如图5所示。无论信号转子的哪个叶片通过空气间隙时，霍

10、尔信号发生器都将产生一个电位由高到低的脉冲信号,直接送iob3作外部中断源，信号转子通过霍尔元件将产生一个中断，对中断进行计数，此中断的个数即为车轮转过的转数.4、显示电路的设计本系统采用共阴极数码管四个进行动态显示，轮流显示时间和路程，这有利于节省i/o口。显示时间的精度为1s，显示路程的精度为0.01m。用iob8iob11口作为位选控制， ioa8ioa11口传输要显示的数据，数据线和位选线直接接at89s51单片机的i/o口即可，因为i/o口输出电流很小不会对led造成损坏，它的电压值却足以驱动led，这不像别的单片机还要外接驱动电路和电阻，采用at89s51单片机大大减化了设计过程和

11、硬件电路。硬件电路如图6所示 5、语音播报电路的设计at89s51是16位单片机，具有dsp功能，有很强的信息处理能力，最高时钟可达到49m，具备运算速度高的优势等等，这为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。另外at89s51单片机具有32k闪存，事先把所需要的语音信号录制好，整个语音信号经at89s51压缩算法压缩只占有13.2k存储空间，对at89s51单片机的存储系统来说绰绰有余。at89s51单片机自带双通道dac音频输出，dac1、dac2转换输出的模拟量电流信号分别通过aud1和aud2管脚输出，dac输出为电流型输出，经lm396音频放大，即可驱动喇叭放音，放大电路如图5(只

12、列出了dac1,dac2类似)。在dac1、dac2后面接一个简单的音频放大电路和喇叭就能实现语音报功能，这为单片机的音频设计提供了极大方便，音频的具体功能主要通过程序来实现。 6、电源部分电源部分采用四节碱性电池对单片机、数码管等供电，采用九节碱性电池对继电器及电机进行供电，为减少耗电量，数码管未采用全程供电，而是等小车停止后显示所用时间和行驶距离；采用双电源供电消除电动机运转时产生的干扰，保证单片机正常工作。基于at89s51单片机自动往返小车系统设计第三章 系统软件设计软件是本系统的灵魂，在设计软件时，我将从系统实用、可*及方便灵活等几个方面出发，使程序满足本题目的要求。本系统软件分为主

13、模块、两个外部中断和1024时基中断。其中1024时基中断作为全程计时的时钟基准。外部中断irq3的第二个中断源计数小车车轮的转数,中断服务流程图如图9。在小汽车行驶时,用的是小车前部的光电检测器接受外部中断。1.主结构图软件系统的主结构图如图8。小车按复位键后，即启动，以最慢的速度向前行驶，当检测到第一根黑线时，就会全速前进。为了保证小车停车位置正确，在检测到第五和第十一跟黑线时就开始减速行驶。 2.中断服务流程图spce单片机有两个外部中断，分别为ext1和ext2，两个外部输入脚分别为b口的iob2和iob3的复用脚。ext1（iob2）和ext2（iob3）两条外部中断请求输入线，用于

14、输入两个外部中断源的中断请求信号，并允许外部中断以负跳沿触发方式来输入中断请求信号。ext1（iob2）为黑线检测，确定小车位置，ext2（iob3）为轮子转数检测用于计算路程。irq4用做整个行程的时间计数 图9中断服务流程图3.显示和播报时间和路程的显示采用动态显示，显示子程序流程图如图10，语音播报采用at89s51语音播报，流程图如图114、程序清单* 主程序和中断程序入口 *org 0000h ;程序执行起始地址 ljmp start ;跳至startorg 0003h ;外中断0入口 ljmp intex0 ;跳至intex0中断服务程序org 000bh ;定时器t0中断入口 r

15、eti ;中断返回 org 0013h ;外中断1入口 ljmp intex1 ;跳至intex1中断服务程序 org 001bh ;定时器t1中断入口 ljmp intt1 ;跳至intt1中断服务程序org 0023h ;串口中断入口reti ;中断返回org 002bh ;定时器t2中断入口reti ;中断返回* 初始化程序 *clearmemio: mov r0, #70h ;清70h-76h显示单元 mov r7, #07h ;循环次数ml0: mov r0, #00h ;清0 inc r0 ;下一地址 djnz r7, ml0 ;未完再循环 mov tmod,#10h ;t1为16

16、位定时器 mov r4,#14h ;1秒定时用（50毫秒20次） mov tl1,#0b0h ;50毫秒定时用初值 mov th1,#3ch ; mov 20h,#00h ;清0操作 mov 21h,#00h ; mov 22h,#00h ; mov 23h,#00h ; mov 24h,#00h ; clr 30h ;清停车标志 setb et1 ;开t1中断 setb ex1 ;开外中断1 setb it1 ;外中断1采用边沿触发 setb it0 ;外中断0优先级为1（最高） setb ex0 ;开外中断0 setb ea ;开总中断允许 setb tr1 ;开启定时器t1基于at89s

17、51单片机自动往返小车系统设计* 主 程 序 *start: lcall clearmemio ;上电初始化 setb p1.6 ;选择7.5v输出 clr p1.7 ;选择7.5v输出 setb p3.7 ;前进状态 clr p3.6 ;前进状态 clr p1.0 ;电机供电开始main: lcall disp ;led显示一次 ljmp main ;转main循环 nop ;pc值出错处理 nop ljmp start ;重新初始化*外中断0服务程序，用作跑道位置处理 23h作跑道计数器 *intex0: push acc ;堆栈保护 push psw ; clr ex0 ;关中断 lca

18、ll disp ;led显示一次（延时抗干扰） jb p3.2,in0ret ;p3.2为1退出（干扰） inc 23h ;跑道计数器加1 mov a,23h ;数据入a cjne a,#06h,judge1 ;不是第6道转judge1 lcall stop ;是第6道，停车 ljmp in0ret ;转中断退出judge1: cjne a,#03h,judge2 ;不是第3道转judge2 lcall stopslow ;是第3道，变慢车 ljmp in0ret ;转中断退出judge2: cjne a,#04h,judge3 ;不是第4道转judge3 lcall fast ;是第4道，变

19、快车 ljmp in0ret ;转中断退出judge3: cjne a,#05h,in0ret ;不是第5道转inoret退出 lcall stopslow ;是第5道，变慢车in0ret: clr ie0 ;清外中断0中断标志 pop psw ;恢复现场 pop acc ; lcall dl7ms ;延时7毫秒（抗干扰） setb ex0 ;开外中断0 reti ;中断返回* 慢车控制子程序 *stopslow: clr p1.6 ;关7.5v电源 cpl p3.6 ;反向驱动（刹车） cpl p3.7 ;反向驱动 lcall ds50ms ;刹车时间（可根据试车情况调整） lcall ds

20、50ms ; lcall ds50ms ; cpl p3.6 ;正向驱动 cpl p3.7 ;正向驱动 setb p1.7 ;开4.3v电源 ret ;返回;*;* 快车控制子程序 *;*fast: clr p1.7 ; 关4.3v电源 setb p1.6 ; 开7.5v电源 ret ;返回* 停车控制程序 *stop: mov 23h,#00h ;跑道计数单元清0 cpl p3.6 ;反向驱动（刹车） cpl p3.7 ;反向驱动（刹车） lcall ds50ms ;刹车时间 lcall ds50ms ;刹车时间（可调整） setb p1.0 ;关电机电源 setb pt1 ;定时器t1为高

21、优先级 lcall ds10s ;停车10秒 clr pt1 ;恢复t1为低优先级 setb p1.6 ;开7.5v电源（高速） clr p1.7 ;关4.3v clr p1.0 ;电机电源开 cpl 30h ;停车点位置判断标志取反 jb 30h,stren ;为1（中途停车）转stren lcall clr00 ;是终点，调复0程序stren: ret ;返回* 计时清0程序 *clr00: mov 70h,#00h ;计时单元清0 mov 71h,#00h ;计时单元清0 mov 72h,#00h ;计时单元清0 mov 73h,#00h ;计时单元清0 ret ;返回* 外中断1程序，

22、里程计数用 20h、21h、22h、24h作计数器 *intex1: push acc ;堆栈保护 push psw ; clr ex1 ;关外中断1 inc 20h ;圈加1llll: mov a,20h ;判断是否满6圈 cjne a,#06h,lll ;不满6圈转lll退出 mov 20h,#00h ;满6圈清0进位（6圈为1米） inc 21h ;上位加1 mov a,21h ;判断是否满10 cjne a,#0ah,lll ;不满10转lll mov 21h,#00h ; 满10清0进1位 inc 22h ; 高位加1 mov a,22h ; 判断是否满10 cjne a,#0ah,

23、lll ; 不满10转lll mov 22h,#00h ; 满10清0进1位 inc 24h ; 高位加1 mov a,24h ; 判断是否满10 cjne a,#0ah,lll ; 不满10转lll mov 24h,#00h ; 满10清0lll: mov 74h,21h ; 将里程数移入显示单元（个位） mov 75h,22h ; 将里程数移入显示单元（十位） mov 76h,24h ; 将里程数移入显示单元（百位）in1ret: pop psw ;恢复堆栈 pop acc ; setb ex1 ;开外中断1 reti ;中断返回基于at89s51单片机自动往返小车系统设计intt1: p

24、ush acc ;堆栈保护 push psw ; mov tl1,#0b0h ;赋50毫秒定时初值 mov th1,#3ch ; dec r4 ;减1 mov a,r4 ; jnz rett0 ;不为0转rett0 mov r4,#14h ;为0（1秒到）重赋初值 mov r0,#71h ;地址指向71h acall add1 ;加1秒操作 mov a,r3 ; clr c ; cjne a,#60h,cc ;是否为60秒？cc: jc rett0 ;小于60转rett0 acall clr0 ;大于或等于60清0 mov r0,#73h ;指向分计时地址单元 acall add1 ;分加1

25、mov a,r3 ; clr c ; cjne a,#60h,ccc ;是否为60分？ccc: jc rett0 ;小于60转rett0 acall clr0 ;大于或等于60分计时单元清0rett0: pop psw ;恢复堆栈 pop acc ; reti ;中断返回 ; ; 加1操作程序 ; ;add1: mov a,r0 ;取计数值 dec r0 ;指向低一个地址 swap a ;计数值高低四位交换 orl a,r0 ;相或组合成一个数据 add a,#01h ;加1 da a ;十进制调整 mov r3,a ;暂存r3内 anl a,#0fh ;高四位变0 mov r0,a ;放回低

26、地址 mov a,r3 ;取回r3内数据 inc r0 ;地址加1 swap a ;高低四位交换 anl a,#0fh ;高四位为0 mov r0,a ;放回原地址 ret ;返回; ; 清0程序 ;clr0: clr a ;清a mov r0,a ;对应地址单元清0 dec r0 ;指向低一地址 mov r0,a ;清0 ret ;返回 ; 显示程序 ;disp: mov r1,#70h ;显示数据首址 mov r5,#0feh ;扫描字play: mov a,r5 ;扫描字入a mov p2,a ;从p2口输出 mov a,r1 ;取显示数据 mov dptr,#tab ;取段码表首址 m

27、ovc a,a+dptr ; 查数据对应段码 mov p0,a ;段码从p0口输出 lcall dl1ms ;点亮1毫秒 inc r1 ;指向下显示数地址 mov a,r5 ;扫描字入a jnb acc.6,endout ;acc.6=0转endout结束 rl a ;循环左移 mov r5,a ;放回a ajmp play ;转play再显示endout: mov p2,#0ffh ;显示结束处理。p2口置1 ret ;子程序结束;led共阴段码表（0-9）tab: db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh;1毫秒延时程序dl1ms: mov r6,#14hdl1: mov r7,#19hdl2: djnz r7,dl2 djnz r6,dl1