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80C51单片机硬件方案设计书

封面

作者：

PanHongliang

仅供个人学习

80C51单片机硬件设计

摘要

80C51单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。

这里介绍的是如何用80C51单片机来实现的毕业设计，该设计是结合科研项目而确定的设计类课题。

本系统以设计题目的要求为目的，采用80C51单片机为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。

整个系统的电路结构简单，可靠性能高。

实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。

采用的技术主要有：

（1）通过编程来控制小车的速度；

（2）传感器的有效应用；

（3）新型显示芯片的采用

关键词80C51单片机、光电检测器、PWM调速、电动小车

Abstract

80C51isa8bitsinglechipcomputer.Itseasilyuseingandmulti-functionsufferlargeusers.ThisarticleintroducetheCCUTgraduationdesignwiththe80C51singlechipcopmuter.Thisdesigncombineswithscientificresearchobject.Thissystemregardtherequestofthetopic,adopting80C51forcontrolingcore,supersonicsensorfortestthehinder.Itcanruninahighandalowspeedorstopautomatically.Italsocanrecordthetime,distanceandthespeedorsearchinglightandmarkautomaticallyTheelectriccircuitconstructionofwholesystemissimple,thefunctionisdependable.Experimenttestresultsatisfytherequest,thistextemphasizesintroducedthehardwaresystemdesignsandtheresultanalyse.

Theadoptionoftechniqueas:

（1）Reducethespeedbyprogramtheengine；

（2）efficientapplicationofthesensor;

（3）Theadoptionofthenewdisplaychip.

Keywords80C51singlechipcomputer、lightelectricitydetector、PWMspeedadjusting

目录

摘要I

AbstractII

第一章前言1

第二章方案设计与论证3

（一）直流调速系统3

（二）检测系统4

（三）显示电路9

（四）系统原理图9

第三章硬件设计10

（一）80C51单片机硬件结构10

（二）最小应用系统设计11

（三）前向通道设计12

（四）后向通道设计14

（五）显示电路设计17

第四章软件设计20

（一）主程序设计20

（二）显示子程序设计24

（三）避障子程序设计25

（四）软件抗干扰技术26

（五）“看门狗”技术28

（六）可编程逻辑器件29

第五章测试数据、测试结果分析及结论31

致谢32

参考文献33

附录A程序清单34

附录B硬件原理图42

第一章前言

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。

本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。

本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。

设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车。

根据题目的要求，确定如下方案：

在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。

这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

本设计采用MCS-51系列中的80C51单片机。

以80C51为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。

80C51是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。

下面就简要的介绍一下单片机及其典型应用方式：

“单片机”一词是Single-ChipMicrocomputer较准确的译法，但最能准确反映单片机设计思想﹑并且具有技术眼光的词汇是Microcomputer（微处理器）。

之所以出现了Sigle-chipMicrocomputer一词，实在是因为早期，甚至到MCS-51时期，单片机准确地体现了Sigle-chipMicrocomputer的形态和内容。

然而发展到MCS-96，发展到新一代80C51﹑M68HC05﹑M68HC11系列单片机时，在单片机中着力扩展了各种控制功能。

如A/D﹑PWM﹑PCA计数器捕获/比较逻辑﹑高速I/O口﹑WDT等，已突破了Microcomputer的传统内容，朝Microcomputer的内涵发展。

因此，目前已到了该给单片机正名的时候了，国外已逐渐统一成Microcomputer。

从最初的单片机发展到如今的新一代单片机。

大致经历了三个年代。

如以Intel8位单片机为例，这三个年代划大致是：

第一代：

以1976年推出的MCS-48系列为代表，其主要的技术特征是将CPU和计算机外围电路集成到了一个芯片上，作为与通用CPU分道扬镳﹑构成新型工业微控制器取得了成功，为单片机的进一步发展开辟了成功之路。

第二代：

以MCS-51的8051﹑8052为代表，其主要的技术特征是为片机配置了完善的外部并行总线（AB﹑DB﹑CB）和具有多机识别功能的串行通讯接口（UART）,规范了功能单元的SFR控制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统，为发展具有良好的兼容性的新一代单片机奠定了良好的基础。

无论是第一代还是第二代单片机都还未突破单片计算机的内涵。

第三代：

以80C51系列为代表，它包括了Intel公司发展MCS-51系列的

一代产品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,还包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。

新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA（可编程计数器阵列）﹑WDT（监视定时器）﹑高速I/O口﹑计数器的捕获／比较逻辑等。

这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。

Philips公司还为这一代单片机80C51系列8ｘC592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线----CAN（ControllerAreaNetworkBUS）.

新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。

Microcontroller并没有过分强调“单片”，因为向单片形式发展是一切先进电子系统都在追求的理想，并不为单片机所专有。

单片机的应用方式随对象、环境、规模不同而大相径庭，不必独崇一宗。

按照所使用单片机的类型不同，单片机应用系统结构可分成总线方式和非总线方式。

总线方式的应用系统中，单片机都具有完善的外部扩展总线，如并行三总线（AB、DB、CB）、串行通讯总线（如UART）,通过这些总线可方便地扩展外围单元、外设接口等。

采用总线方式的应用系统多属复杂的工控系统、智能仪表、监测系统，或满足这些应用系统而构成的多机与网络系统。

非总线方式的应用系统省去了外部并行总线，可构成各种小封装芯片，有限的引脚可提供更多的用户I/O口，可使应用系统的芯片数量最少。

非总线方式的应用系统多属小型控制器、测控单元、单元仪表等。

总线方式的单片机在不使用外部并行总线时，外部并行总线引脚可作为I/O口用。

在掩摸用户程序时，还可要求将这些I/O口改造成具有各种驱动能力的I/O口。

本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很低。

该设计具有实际意义，可以应用于考古、医疗器械等许多方面。

第二章方案设计与论证

根据题目的要求，确定如下方案：

在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。

这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

（一）直流调速系统

方案一：

串电阻调速系统。

方案二：

静止可控整流器。

简称V-M系统。

方案三：

脉宽调速系统。

旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压，从而调节电动机的转速。

改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。

该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺点。

且技术落后，因此搁置不用。

V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。

它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。

V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。

它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。

最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。

采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。

当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。

脉冲宽度调制（PulseWidthModulation），简称PWM。

脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。

与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点：

（1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：

10000左右。

由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。

（2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。

（3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。

根据以上综合比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了H型单极型可逆P