单片机应用系统的设计举例ppt课件

1、1/24增强型8051单片机实用开发技术2/24增强型8051单片机实用开发技术 设计智能自主循迹小车控制器，详细要求如下：设计智能自主循迹小车控制器，详细要求如下： 1途径检测途径检测 可以检测白色底板上的可以检测白色底板上的2.5cm宽的黑色引导线，并可得出小车中心线与宽的黑色引导线，并可得出小车中心线与黑色引导线的偏向。黑色引导线的偏向。 2速度丈量速度丈量 可以丈量小车的实时速度，并将测得的速度用于反响，实现速度闭环控可以丈量小车的实时速度，并将测得的速度用于反响，实现速度闭环控制。制。 3舵机舵机 用于根据途径情况控制前轮转向幅度。用于根据途径情况控制前轮转向幅度。 4驱动电机驱动电

2、机 驱动电机用于驱动后轮转动，为小车提供前进动力。驱动电机用于驱动后轮转动，为小车提供前进动力。 5小车根据白色底板上的黑色引导线实现智能自主循迹，要求在不脱小车根据白色底板上的黑色引导线实现智能自主循迹，要求在不脱离引导线的前提下速度尽能够快。离引导线的前提下速度尽能够快。12.1 基于基于STC12C5A60S2的智能自主循迹小车控制器的智能自主循迹小车控制器3/24增强型8051单片机实用开发技术1 1单片机选型单片机选型 进展单片机选型时，应尽量了解较多种类单片机的性能进展单片机选型时，应尽量了解较多种类单片机的性能目的和包含的资源。根据系统的要求，选用适宜的单片机。目的和包含的资源。

3、根据系统的要求，选用适宜的单片机。目前许多单片机具有较高的集成度，因此，假设有模拟量检目前许多单片机具有较高的集成度，因此，假设有模拟量检测的要求时，应尽量选择带有测的要求时，应尽量选择带有A/DA/D转换模块的单片机。并且，转换模块的单片机。并且，应该留意所设计系统的运用场所，选择适当的芯片等级军应该留意所设计系统的运用场所，选择适当的芯片等级军用级、工业级和商用级。用级、工业级和商用级。 STC12C5A60S2 STC12C5A60S2单片机片内集成了单片机片内集成了8 8通道通道1010位高速模数转位高速模数转换器，换器，2 2通道通道PWMPWM，具有较多的通用，具有较多的通用I/O

4、I/O和片上外设定时器、和片上外设定时器、UARTUART等，因此，在本系统的设计中，可以采用等，因此，在本系统的设计中，可以采用STC12C5A60S2STC12C5A60S2作为系统的检测与控制中心。作为系统的检测与控制中心。4/24增强型8051单片机实用开发技术2 2人机接口的设计选型人机接口的设计选型 为保证小车轻巧灵敏，人机接口要简单适用。参为保证小车轻巧灵敏，人机接口要简单适用。参数设定运用拨码开关，形状指示运用发光二极管，调试时数设定运用拨码开关，形状指示运用发光二极管，调试时运用串行口得到有用信息，可以经过运用串行口得到有用信息，可以经过ISD51ISD51在线查看参数变在线

5、查看参数变化，也可以将参数发送到串口，运用串口调试助手或本人化，也可以将参数发送到串口，运用串口调试助手或本人编写的上位机软件进展察看。编写的上位机软件进展察看。3 3途径检测和速度丈量途径检测和速度丈量 路经检测和速度丈量均运用光电对管路经检测和速度丈量均运用光电对管RPR220RPR220作为作为传感器。不同的是，在途径检测中，对接纳管的输出进展传感器。不同的是，在途径检测中，对接纳管的输出进展ADAD采样；在速度丈量中，将接纳管的输出衔接到比较器电采样；在速度丈量中，将接纳管的输出衔接到比较器电路，运用比较器的输出进展丈量。路，运用比较器的输出进展丈量。5/24增强型8051单片机实用开

6、发技术4电机和舵机的驱动控制电机和舵机的驱动控制 车速控制单元采用车速控制单元采用RS-380SH型直流电机对小车速度进型直流电机对小车速度进展闭环控制。电机驱动电路采用展闭环控制。电机驱动电路采用Freescale公司的公司的MC33886集成集成H-桥芯片。采用桥芯片。采用Futaba S3010型舵机，该舵机不用专型舵机，该舵机不用专门的驱动电路，可直接用门的驱动电路，可直接用1路路PWM控制。控制。5电源电路选型电源电路选型 由于小车采用镍镉蓄电池供电，应选择高效率、低压由于小车采用镍镉蓄电池供电，应选择高效率、低压差的稳压芯片。电池电压差的稳压芯片。电池电压7.2伏，电机直接采用电池

7、电压，伏，电机直接采用电池电压，舵机采用舵机采用6伏电压，单片机及其外围电路需求伏电压，单片机及其外围电路需求5伏电压。在伏电压。在此，选用常见的此，选用常见的REG1117-5输出输出5V和和REG1117-ADJ输出可调线性稳压芯片。输出可调线性稳压芯片。6/24增强型8051单片机实用开发技术1 1CPUCPU根本单元电路根本单元电路P02P03VCCC30.1FXTAL215XTAL116PWM1/P4.37VCC41GND17P1.0/ADC043P0.040P0.139P0.238P0.33747RXD/P3.06TXD/P3.18STC12C5A60S2RXDTXDC147pFC

8、247pF11.0592MHzAIN0P00P01AIN4PWMPP2.019LED1P2.1 20LED2INT0/P3.29IC044 AIN12AIN54546AIN2AIN3+C447FP4.7/RST5R3P3.714PWMNP4.242SteerPWM3AIN6P1.1/ADC1P1.2/ADC2P1.3/ADC3P1.4/ADC4P1.5/ADC5P1.6/ADC61K7/24增强型8051单片机实用开发技术2人机接口电路人机接口电路12345678S1SW-DIP410Kx4P00P01P02P03VCC330 x4D2D1VCCLED1D5+C6VCCR1R2R4LED247

9、F1K1K1Ka）拨码开关b）运行和电源指示8/24增强型8051单片机实用开发技术3途径检测与测速电路途径检测与测速电路231411AU10ALM32410KR2810KR27IC0VCC2143U9RPR220200R2510KR26VCCVCC0.01uFC72143U2RPR220200R510KR6AIN0VCC2143U8RPR220200R2310KR24AIN6VCC.a）路径检测电路b）测速电路9/24增强型8051单片机实用开发技术4电机驱动电路电机驱动电路 AGND1FS2IN13V+4V+5OUT16OUT17DNC8PGND9PGND10PGND11PGND12D21

10、3OUT214OUT215V+16Ccp17D118IN219DNC20U11MC338861.3KR3147pFC8PWMNPWMP12J1Header 21KR301KR29VBATVCC10/24增强型8051单片机实用开发技术5电源电路电源电路100uFC1247uFC140.1uFC130.1uFC15VCCVBATADJ1IN3OUT2OUT4U12REG1117-ADJVBAT10uFC9120R321KR3110uFC100.1uFC11+6VGND1IN3OUT2OUT4U13REG1117-511/24增强型8051单片机实用开发技术 单片机的检测报警程序采用单片机的检测报

11、警程序采用C言语编写。言语编写。 单片机的单片机的7个个ADC转换通道对小车途径检测的模拟量进转换通道对小车途径检测的模拟量进展采样，进展二值化和坐标变换后得到小车中心与途径的展采样，进展二值化和坐标变换后得到小车中心与途径的偏向，然后根据偏向大小对舵机转角和小车速度进展相应偏向，然后根据偏向大小对舵机转角和小车速度进展相应的调整。由于舵机和电机驱动对的调整。由于舵机和电机驱动对PWM频率要求差别较大，频率要求差别较大，驱动电机的驱动电机的PWM由单片机内部由单片机内部PWM模块产生，而驱动舵模块产生，而驱动舵机的机的PWM那么由定时器那么由定时器T0产生。产生。12/24增强型8051单片机

12、实用开发技术系统的详细要求如下：系统的详细要求如下： 1压力检测：检测来自压力传感器输出的电压信号压力检测：检测来自压力传感器输出的电压信号05V。 2工程变换：即将工程变换：即将ADC转换结果再转换为压力大小仅保管整数部分。转换结果再转换为压力大小仅保管整数部分。 3键盘：用于设置压力的报警值和当前时间。键盘：用于设置压力的报警值和当前时间。 4数码数码LED显示：用于显示压力报警值的上限和下限，并显示当前压力显示：用于显示压力报警值的上限和下限，并显示当前压力值。压力值在值。压力值在0100之间。之间。 5当前压力值超越报警值时，经过蜂鸣器报警，并控制电机执行相应的当前压力值超越报警值时，

13、经过蜂鸣器报警，并控制电机执行相应的动作。压力值低于下限时，合上控制电机正转的继电器，控制电机正转，压力动作。压力值低于下限时，合上控制电机正转的继电器，控制电机正转，压力升高，压力值升高到正常范围后，翻开正转继电器，电机停转；压力值高于上升高，压力值升高到正常范围后，翻开正转继电器，电机停转；压力值高于上限时，合上控制电机反转的继电器，控制电机反转，压力值下降到正常范围后，限时，合上控制电机反转的继电器，控制电机反转，压力值下降到正常范围后，翻开反转继电器，电机停转。没有超越报警值时，继电器都翻开，电机不转。翻开反转继电器，电机停转。没有超越报警值时，继电器都翻开，电机不转。 6上位机监控软

14、件设计：经过计算机显示当前的压力值以及报警值。上位机监控软件设计：经过计算机显示当前的压力值以及报警值。12.2 基于实时操作系统基于实时操作系统uC/OS-II的压力测控系统的压力测控系统13/24增强型8051单片机实用开发技术1 1单片机选型单片机选型 STC12C5A60S2 STC12C5A60S2单片机片内集成了单片机片内集成了8 8通道通道1010位高位高速模数转换器，并且，具有较多的通用速模数转换器，并且，具有较多的通用I/OI/O和片上和片上外设定时器、外设定时器、UARTUART等。在本系统的设计中，选等。在本系统的设计中，选用用STC12C5A60S2STC12C5A60

15、S2作为系统的检测与控制中心。作为系统的检测与控制中心。2 2程序框架选择程序框架选择 由于由于STC12C5A60S2STC12C5A60S2单片机资源比较丰富，单片机资源比较丰富，可以在不用外扩资源的情况下嵌入可以在不用外扩资源的情况下嵌入uC/OS-IIuC/OS-II操作系操作系统。嵌入操作系统的益处是可以大大简化程序的设统。嵌入操作系统的益处是可以大大简化程序的设计，因此，这里舍弃了传统的前后台程序设计方法，计，因此，这里舍弃了传统的前后台程序设计方法，采用了嵌入式操作系统采用了嵌入式操作系统uC/OS-IIuC/OS-II。14/24增强型8051单片机实用开发技术3 3人机接口的

16、设计选型人机接口的设计选型 系统要求运用键盘设置压力的报警上限值系统要求运用键盘设置压力的报警上限值和下限值，运用和下限值，运用LEDLED进展显示。在此，运用进展显示。在此，运用4 4个按键个按键作为系统键盘，选用作为系统键盘，选用8 8位位LEDLED显示，用以显示压力的显示，用以显示压力的报警值上限、下限、当前值和当前时间。报警值上限、下限、当前值和当前时间。 传统的键盘和传统的键盘和LEDLED显示电路设计，普通采显示电路设计，普通采用扫描的方式。即，键盘采用扫描方式，用扫描的方式。即，键盘采用扫描方式，LEDLED显示显示采用动态扫描方式。键盘和采用动态扫描方式。键盘和LEDLED设

17、计时，公用其中设计时，公用其中的某些口线。在本例中，键盘采用扫描方式，而的某些口线。在本例中，键盘采用扫描方式，而LEDLED采用串行并行转换芯片采用串行并行转换芯片74HC59574HC595进展显示。进展显示。 除了除了LEDLED显示外，常见的信息显示方式显示外，常见的信息显示方式还有还有LCDLCD显示即液晶显示。限于篇幅，有关显示即液晶显示。限于篇幅，有关LCDLCD显示的内容，放在与本教材配套的实验指点书中讲显示的内容，放在与本教材配套的实验指点书中讲解。解。 为了显示系统的任务形状，设计一个运为了显示系统的任务形状，设计一个运转指示灯。当系统正常运转时，可以以一定的频率转指示灯。

18、当系统正常运转时，可以以一定的频率闪烁。闪烁。15/24增强型8051单片机实用开发技术4 4继电器控制继电器控制 单片机单片机I/OI/O引脚本身的驱动才干有限，因此，普引脚本身的驱动才干有限，因此，普通情况下，不能运用单片机的通情况下，不能运用单片机的I/OI/O引脚直接控制继电引脚直接控制继电器。在常见的控制系统中，往往利用单片机器。在常见的控制系统中，往往利用单片机I/OI/O引脚引脚加上驱动电路驱动小功率继电器，这个小功率继电加上驱动电路驱动小功率继电器，这个小功率继电器作为中间继电器，再用中间继电器驱动控制大功器作为中间继电器，再用中间继电器驱动控制大功率继电器。运用中间继电器控制

19、大功率继电器的方率继电器。运用中间继电器控制大功率继电器的方法，在普通的电器控制教材上都有详细的引见，在法，在普通的电器控制教材上都有详细的引见，在此从略。衔接单片机此从略。衔接单片机I/OI/O引脚和中间继电器的驱动电引脚和中间继电器的驱动电路，可以运用现成的集成驱动电路，如路，可以运用现成的集成驱动电路，如ULN2803ULN2803，也，也可以利用分别元件自行设计。为了提高系统的抗干可以利用分别元件自行设计。为了提高系统的抗干扰才干，在单片机的扰才干，在单片机的I/OI/O引脚和中间继电器之间最好引脚和中间继电器之间最好采用光电隔离技术。由于本系统只需求控制两个继采用光电隔离技术。由于本

20、系统只需求控制两个继电器，因此，这里的驱动电路运用分别元件进展设电器，因此，这里的驱动电路运用分别元件进展设计。计。16/24增强型8051单片机实用开发技术5 5上位机监控软件的设计上位机监控软件的设计 计算机和单片机的串行通讯可以采用计算机和单片机的串行通讯可以采用RS-232RS-232、RS-422RS-422或或RS-485RS-485总线规范接口。从硬件总线规范接口。从硬件上讲，计算机的串行口是上讲，计算机的串行口是RS232RS232电平的，而单片电平的，而单片机的串口是机的串口是TTLTTL电平的。因此，要实现单片机与电平的。因此，要实现单片机与计算机之间的串行通讯，必需经过电

21、路实现计算机之间的串行通讯，必需经过电路实现TTLTTL电平和电平和232232电平的转换。常用的电平转换集成电电平的转换。常用的电平转换集成电路是路是MAX232MAX232。 从软件的角度讲，要实现上位机监控软从软件的角度讲，要实现上位机监控软件的设计，需求掌握目前流行的基于件的设计，需求掌握目前流行的基于WindowsWindows操操作系统的软件设计。可以选择较容易上手的作系统的软件设计。可以选择较容易上手的Visual BasicVisual Basic开发环境，进展监控软件的设计。开发环境，进展监控软件的设计。17/24增强型8051单片机实用开发技术1 1CPUCPU根本单元电路

22、根本单元电路P02P03VCCC30.1FXTAL215XTAL116PWM1/ADC4/P1.447VCC41GND17P1.6/ADC63P0.040P0.139P0.238P0.337P2.423RXD/P3.06TXD/P3.1818P4.1/MOSI31P4.2/MISO42P4.2/SCLK7STC12C5A60S2RXDTXDC147pFC247pF11.0592MHzAIN6SPICLKMOSIP00P01NegativePWMP2.120P21P2.2 21P22P2.627P26P2.728P27P2.526 PositiveP2.019P2.322RunAlarm+C44

23、7FP4.0/SSP4.7/RST5R31K18/24增强型8051单片机实用开发技术2 2声光报警电路声光报警电路VD2VD1VCCRunVD5+C14VCCU2BELLR4VT1R1R2R21AlarmPWMVCC47F1K1K1K1K19/24增强型8051单片机实用开发技术3 3RS232RS232通讯接口电路通讯接口电路 C7C11C9C10C8VCC162738495DB9C1+1C1-3C2-5GND15V-6V+2VCC16TIOUT14R1IN13R1OUT12T1IN11C2+4U3MAX232RXDTXD1F1F1F1F1F20/24增强型8051单片机实用开发技术4 4

24、继电器控制电路图继电器控制电路图 U5TLP521-1NegativeR81KRLY25VSPDTVT38050VD41N4007U4TLP521-1PositiveR5390R61KRLY15VSPDTVT28050VD31N4007VCCR7390VCCVCCVCC21/24增强型8051单片机实用开发技术5 5键盘和显示控制电路键盘和显示控制电路 dpgfedcba/SCLR10QA15VCC16QB1SCK11QC2SER14QD3RCK12QE4/G13QF5QG6GND8QH774HC595SPICLKMOSIP27VCCGNDP21U64758a)DIG7DIG6DIG4DIG3

25、DIG2DIG1DIG0/SCLR10QA15VCC16QB1SCK11QC2SER14QD3RCK12QE4/G13QF5QG6GND8QH774HC595SPICLKMOSIP26VCCGNDP22U75.1K8b)DIG5VT49012VT59012VT69012VT79012VCCDIG0DIG1DIG2DIG3COM0COM1COM2COM3VT89012VT99012VT109012VT119012VCCDIG4DIG5DIG6DIG7COM4COM5COM6COM7c)22/24增强型8051单片机实用开发技术5 5键盘和显示控制电路键盘和显示控制电路 abcdefgdpcomabdcefgdpDS0abcdefgdpabcdefgdpcomabdc