單片機應用系統(tǒng)的設計舉例ppt課件

1、1/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術2/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術 設計智能自主循跡小車控制器，詳細要求如下：設計智能自主循跡小車控制器，詳細要求如下： 1途徑檢測途徑檢測 可以檢測白色底板上的可以檢測白色底板上的2.5cm寬的黑色引導線，并可得出小車中心線與寬的黑色引導線，并可得出小車中心線與黑色引導線的偏向。黑色引導線的偏向。 2速度丈量速度丈量 可以丈量小車的實時速度，并將測得的速度用于反響，實現(xiàn)速度閉環(huán)控可以丈量小車的實時速度，并將測得的速度用于反響，實現(xiàn)速度閉環(huán)控制。制。 3舵機舵機 用于根據(jù)途徑情況控制前輪轉向幅度。用于根據(jù)途徑情況控制前輪轉向幅度。 4驅動電機驅動電

2、機 驅動電機用于驅動后輪轉動，為小車提供前進動力。驅動電機用于驅動后輪轉動，為小車提供前進動力。 5小車根據(jù)白色底板上的黑色引導線實現(xiàn)智能自主循跡，要求在不脫小車根據(jù)白色底板上的黑色引導線實現(xiàn)智能自主循跡，要求在不脫離引導線的前提下速度盡能夠快。離引導線的前提下速度盡能夠快。12.1 基于基于STC12C5A60S2的智能自主循跡小車控制器的智能自主循跡小車控制器3/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術1 1單片機選型單片機選型 進展單片機選型時，應盡量了解較多種類單片機的性能進展單片機選型時，應盡量了解較多種類單片機的性能目的和包含的資源。根據(jù)系統(tǒng)的要求，選用適宜的單片機。目的和包含的資源。

3、根據(jù)系統(tǒng)的要求，選用適宜的單片機。目前許多單片機具有較高的集成度，因此，假設有模擬量檢目前許多單片機具有較高的集成度，因此，假設有模擬量檢測的要求時，應盡量選擇帶有測的要求時，應盡量選擇帶有A/DA/D轉換模塊的單片機。并且，轉換模塊的單片機。并且，應該留意所設計系統(tǒng)的運用場所，選擇適當?shù)男酒燃壾姂摿粢馑O計系統(tǒng)的運用場所，選擇適當?shù)男酒燃壾娪眉?、工業(yè)級和商用級。用級、工業(yè)級和商用級。 STC12C5A60S2 STC12C5A60S2單片機片內集成了單片機片內集成了8 8通道通道1010位高速模數(shù)轉位高速模數(shù)轉換器，換器，2 2通道通道PWMPWM，具有較多的通用，具有較多的通用I/O

4、I/O和片上外設定時器、和片上外設定時器、UARTUART等，因此，在本系統(tǒng)的設計中，可以采用等，因此，在本系統(tǒng)的設計中，可以采用STC12C5A60S2STC12C5A60S2作為系統(tǒng)的檢測與控制中心。作為系統(tǒng)的檢測與控制中心。4/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術2 2人機接口的設計選型人機接口的設計選型 為保證小車輕巧靈敏，人機接口要簡單適用。參為保證小車輕巧靈敏，人機接口要簡單適用。參數(shù)設定運用撥碼開關，形狀指示運用發(fā)光二極管，調試時數(shù)設定運用撥碼開關，形狀指示運用發(fā)光二極管，調試時運用串行口得到有用信息，可以經過運用串行口得到有用信息，可以經過ISD51ISD51在線查看參數(shù)變在線

5、查看參數(shù)變化，也可以將參數(shù)發(fā)送到串口，運用串口調試助手或本人化，也可以將參數(shù)發(fā)送到串口，運用串口調試助手或本人編寫的上位機軟件進展察看。編寫的上位機軟件進展察看。3 3途徑檢測和速度丈量途徑檢測和速度丈量 路經檢測和速度丈量均運用光電對管路經檢測和速度丈量均運用光電對管RPR220RPR220作為作為傳感器。不同的是，在途徑檢測中，對接納管的輸出進展傳感器。不同的是，在途徑檢測中，對接納管的輸出進展ADAD采樣；在速度丈量中，將接納管的輸出銜接到比較器電采樣；在速度丈量中，將接納管的輸出銜接到比較器電路，運用比較器的輸出進展丈量。路，運用比較器的輸出進展丈量。5/24增強型8051單片機實用開

6、發(fā)技術4電機和舵機的驅動控制電機和舵機的驅動控制 車速控制單元采用車速控制單元采用RS-380SH型直流電機對小車速度進型直流電機對小車速度進展閉環(huán)控制。電機驅動電路采用展閉環(huán)控制。電機驅動電路采用Freescale公司的公司的MC33886集成集成H-橋芯片。采用橋芯片。采用Futaba S3010型舵機，該舵機不用專型舵機，該舵機不用專門的驅動電路，可直接用門的驅動電路，可直接用1路路PWM控制。控制。5電源電路選型電源電路選型 由于小車采用鎳鎘蓄電池供電，應選擇高效率、低壓由于小車采用鎳鎘蓄電池供電，應選擇高效率、低壓差的穩(wěn)壓芯片。電池電壓差的穩(wěn)壓芯片。電池電壓7.2伏，電機直接采用電池

7、電壓，伏，電機直接采用電池電壓，舵機采用舵機采用6伏電壓，單片機及其外圍電路需求伏電壓，單片機及其外圍電路需求5伏電壓。在伏電壓。在此，選用常見的此，選用常見的REG1117-5輸出輸出5V和和REG1117-ADJ輸出可調線性穩(wěn)壓芯片。輸出可調線性穩(wěn)壓芯片。6/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術1 1CPUCPU根本單元電路根本單元電路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增強型8051單片機實用開發(fā)技術2人機接口電路人機接口電路12345678S1SW-DIP410Kx4P00P01P02P03VCC330 x4D2D1VCCLED1D5+C6VCCR1R2R4LED247

9、F1K1K1Ka）撥碼開關b）運行和電源指示8/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術3途徑檢測與測速電路途徑檢測與測速電路231411AU10ALM32410KR2810KR27IC0VCC2143U9RPR220200R2510KR26VCCVCC0.01uFC72143U2RPR220200R510KR6AIN0VCC2143U8RPR220200R2310KR24AIN6VCC.a）路徑檢測電路b）測速電路9/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術4電機驅動電路電機驅動電路 AGND1FS2IN13V+4V+5OUT16OUT17DNC8PGND9PGND10PGND11PGND12D21

10、3OUT214OUT215V+16Ccp17D118IN219DNC20U11MC338861.3KR3147pFC8PWMNPWMP12J1Header 21KR301KR29VBATVCC10/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術5電源電路電源電路100uFC1247uFC140.1uFC130.1uFC15VCCVBATADJ1IN3OUT2OUT4U12REG1117-ADJVBAT10uFC9120R321KR3110uFC100.1uFC11+6VGND1IN3OUT2OUT4U13REG1117-511/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術 單片機的檢測報警程序采用單片機的檢測報

11、警程序采用C言語編寫。言語編寫。 單片機的單片機的7個個ADC轉換通道對小車途徑檢測的模擬量進轉換通道對小車途徑檢測的模擬量進展采樣，進展二值化和坐標變換后得到小車中心與途徑的展采樣，進展二值化和坐標變換后得到小車中心與途徑的偏向，然后根據(jù)偏向大小對舵機轉角和小車速度進展相應偏向，然后根據(jù)偏向大小對舵機轉角和小車速度進展相應的調整。由于舵機和電機驅動對的調整。由于舵機和電機驅動對PWM頻率要求差別較大，頻率要求差別較大，驅動電機的驅動電機的PWM由單片機內部由單片機內部PWM模塊產生，而驅動舵模塊產生，而驅動舵機的機的PWM那么由定時器那么由定時器T0產生。產生。12/24增強型8051單片機

12、實用開發(fā)技術系統(tǒng)的詳細要求如下：系統(tǒng)的詳細要求如下： 1壓力檢測：檢測來自壓力傳感器輸出的電壓信號壓力檢測：檢測來自壓力傳感器輸出的電壓信號05V。 2工程變換：即將工程變換：即將ADC轉換結果再轉換為壓力大小僅保管整數(shù)部分。轉換結果再轉換為壓力大小僅保管整數(shù)部分。 3鍵盤：用于設置壓力的報警值和當前時間。鍵盤：用于設置壓力的報警值和當前時間。 4數(shù)碼數(shù)碼LED顯示：用于顯示壓力報警值的上限和下限，并顯示當前壓力顯示：用于顯示壓力報警值的上限和下限，并顯示當前壓力值。壓力值在值。壓力值在0100之間。之間。 5當前壓力值超越報警值時，經過蜂鳴器報警，并控制電機執(zhí)行相應的當前壓力值超越報警值時，

13、經過蜂鳴器報警，并控制電機執(zhí)行相應的動作。壓力值低于下限時，合上控制電機正轉的繼電器，控制電機正轉，壓力動作。壓力值低于下限時，合上控制電機正轉的繼電器，控制電機正轉，壓力升高，壓力值升高到正常范圍后，翻開正轉繼電器，電機停轉；壓力值高于上升高，壓力值升高到正常范圍后，翻開正轉繼電器，電機停轉；壓力值高于上限時，合上控制電機反轉的繼電器，控制電機反轉，壓力值下降到正常范圍后，限時，合上控制電機反轉的繼電器，控制電機反轉，壓力值下降到正常范圍后，翻開反轉繼電器，電機停轉。沒有超越報警值時，繼電器都翻開，電機不轉。翻開反轉繼電器，電機停轉。沒有超越報警值時，繼電器都翻開，電機不轉。 6上位機監(jiān)控軟

14、件設計：經過計算機顯示當前的壓力值以及報警值。上位機監(jiān)控軟件設計：經過計算機顯示當前的壓力值以及報警值。12.2 基于實時操作系統(tǒng)基于實時操作系統(tǒng)uC/OS-II的壓力測控系統(tǒng)的壓力測控系統(tǒng)13/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術1 1單片機選型單片機選型 STC12C5A60S2 STC12C5A60S2單片機片內集成了單片機片內集成了8 8通道通道1010位高位高速模數(shù)轉換器，并且，具有較多的通用速模數(shù)轉換器，并且，具有較多的通用I/OI/O和片上和片上外設定時器、外設定時器、UARTUART等。在本系統(tǒng)的設計中，選等。在本系統(tǒng)的設計中，選用用STC12C5A60S2STC12C5A60

15、S2作為系統(tǒng)的檢測與控制中心。作為系統(tǒng)的檢測與控制中心。2 2程序框架選擇程序框架選擇 由于由于STC12C5A60S2STC12C5A60S2單片機資源比較豐富，單片機資源比較豐富，可以在不用外擴資源的情況下嵌入可以在不用外擴資源的情況下嵌入uC/OS-IIuC/OS-II操作系操作系統(tǒng)。嵌入操作系統(tǒng)的益處是可以大大簡化程序的設統(tǒng)。嵌入操作系統(tǒng)的益處是可以大大簡化程序的設計，因此，這里舍棄了傳統(tǒng)的前后臺程序設計方法，計，因此，這里舍棄了傳統(tǒng)的前后臺程序設計方法，采用了嵌入式操作系統(tǒng)采用了嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-IIuC/OS-II。14/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術3 3人機接口的

16、設計選型人機接口的設計選型 系統(tǒng)要求運用鍵盤設置壓力的報警上限值系統(tǒng)要求運用鍵盤設置壓力的報警上限值和下限值，運用和下限值，運用LEDLED進展顯示。在此，運用進展顯示。在此，運用4 4個按鍵個按鍵作為系統(tǒng)鍵盤，選用作為系統(tǒng)鍵盤，選用8 8位位LEDLED顯示，用以顯示壓力的顯示，用以顯示壓力的報警值上限、下限、當前值和當前時間。報警值上限、下限、當前值和當前時間。 傳統(tǒng)的鍵盤和傳統(tǒng)的鍵盤和LEDLED顯示電路設計，普通采顯示電路設計，普通采用掃描的方式。即，鍵盤采用掃描方式，用掃描的方式。即，鍵盤采用掃描方式，LEDLED顯示顯示采用動態(tài)掃描方式。鍵盤和采用動態(tài)掃描方式。鍵盤和LEDLED設

17、計時，公用其中設計時，公用其中的某些口線。在本例中，鍵盤采用掃描方式，而的某些口線。在本例中，鍵盤采用掃描方式，而LEDLED采用串行并行轉換芯片采用串行并行轉換芯片74HC59574HC595進展顯示。進展顯示。 除了除了LEDLED顯示外，常見的信息顯示方式顯示外，常見的信息顯示方式還有還有LCDLCD顯示即液晶顯示。限于篇幅，有關顯示即液晶顯示。限于篇幅，有關LCDLCD顯示的內容，放在與本教材配套的實驗指點書中講顯示的內容，放在與本教材配套的實驗指點書中講解。解。 為了顯示系統(tǒng)的任務形狀，設計一個運為了顯示系統(tǒng)的任務形狀，設計一個運轉指示燈。當系統(tǒng)正常運轉時，可以以一定的頻率轉指示燈。

18、當系統(tǒng)正常運轉時，可以以一定的頻率閃爍。閃爍。15/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術4 4繼電器控制繼電器控制 單片機單片機I/OI/O引腳本身的驅動才干有限，因此，普引腳本身的驅動才干有限，因此，普通情況下，不能運用單片機的通情況下，不能運用單片機的I/OI/O引腳直接控制繼電引腳直接控制繼電器。在常見的控制系統(tǒng)中，往往利用單片機器。在常見的控制系統(tǒng)中，往往利用單片機I/OI/O引腳引腳加上驅動電路驅動小功率繼電器，這個小功率繼電加上驅動電路驅動小功率繼電器，這個小功率繼電器作為中間繼電器，再用中間繼電器驅動控制大功器作為中間繼電器，再用中間繼電器驅動控制大功率繼電器。運用中間繼電器控制

19、大功率繼電器的方率繼電器。運用中間繼電器控制大功率繼電器的方法，在普通的電器控制教材上都有詳細的引見，在法，在普通的電器控制教材上都有詳細的引見，在此從略。銜接單片機此從略。銜接單片機I/OI/O引腳和中間繼電器的驅動電引腳和中間繼電器的驅動電路，可以運用現(xiàn)成的集成驅動電路，如路，可以運用現(xiàn)成的集成驅動電路，如ULN2803ULN2803，也，也可以利用分別元件自行設計。為了提高系統(tǒng)的抗干可以利用分別元件自行設計。為了提高系統(tǒng)的抗干擾才干，在單片機的擾才干，在單片機的I/OI/O引腳和中間繼電器之間最好引腳和中間繼電器之間最好采用光電隔離技術。由于本系統(tǒng)只需求控制兩個繼采用光電隔離技術。由于本

20、系統(tǒng)只需求控制兩個繼電器，因此，這里的驅動電路運用分別元件進展設電器，因此，這里的驅動電路運用分別元件進展設計。計。16/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術5 5上位機監(jiān)控軟件的設計上位機監(jiān)控軟件的設計 計算機和單片機的串行通訊可以采用計算機和單片機的串行通訊可以采用RS-232RS-232、RS-422RS-422或或RS-485RS-485總線規(guī)范接口。從硬件總線規(guī)范接口。從硬件上講，計算機的串行口是上講，計算機的串行口是RS232RS232電平的，而單片電平的，而單片機的串口是機的串口是TTLTTL電平的。因此，要實現(xiàn)單片機與電平的。因此，要實現(xiàn)單片機與計算機之間的串行通訊，必需經過電

21、路實現(xiàn)計算機之間的串行通訊，必需經過電路實現(xiàn)TTLTTL電平和電平和232232電平的轉換。常用的電平轉換集成電電平的轉換。常用的電平轉換集成電路是路是MAX232MAX232。 從軟件的角度講，要實現(xiàn)上位機監(jiān)控軟從軟件的角度講，要實現(xiàn)上位機監(jiān)控軟件的設計，需求掌握目前流行的基于件的設計，需求掌握目前流行的基于WindowsWindows操操作系統(tǒng)的軟件設計。可以選擇較容易上手的作系統(tǒng)的軟件設計?？梢赃x擇較容易上手的Visual BasicVisual Basic開發(fā)環(huán)境，進展監(jiān)控軟件的設計。開發(fā)環(huán)境，進展監(jiān)控軟件的設計。17/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術1 1CPUCPU根本單元電路

22、根本單元電路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增強型8051單片機實用開發(fā)技術2 2聲光報警電路聲光報警電路VD2VD1VCCRunVD5+C14VCCU2BELLR4VT1R1R2R21AlarmPWMVCC47F1K1K1K1K19/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術3 3RS232RS232通訊接口電路通訊接口電路 C7C11C9C10C8VCC162738495DB9C1+1C1-3C2-5GND15V-6V+2VCC16TIOUT14R1IN13R1OUT12T1IN11C2+4U3MAX232RXDTXD1F1F1F1F1F20/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術4 4

24、繼電器控制電路圖繼電器控制電路圖 U5TLP521-1NegativeR81KRLY25VSPDTVT38050VD41N4007U4TLP521-1PositiveR5390R61KRLY15VSPDTVT28050VD31N4007VCCR7390VCCVCCVCC21/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術5 5鍵盤和顯示控制電路鍵盤和顯示控制電路 dpgfedcba/SCLR10QA15VCC16QB1SCK11QC2SER14QD3RCK12QE4/G13QF5QG6GND8QH774HC595SPICLKMOSIP27VCCGNDP21U64758a)DIG7DIG6DIG4DIG3

25、DIG2DIG1DIG0/SCLR10QA15VCC16QB1SCK11QC2SER14QD3RCK12QE4/G13QF5QG6GND8QH774HC595SPICLKMOSIP26VCCGNDP22U75.1K8b)DIG5VT49012VT59012VT69012VT79012VCCDIG0DIG1DIG2DIG3COM0COM1COM2COM3VT89012VT99012VT109012VT119012VCCDIG4DIG5DIG6DIG7COM4COM5COM6COM7c)22/24增強型8051單片機實用開發(fā)技術5 5鍵盤和顯示控制電路鍵盤和顯示控制電路 abcdefgdpcomabdcefgdpDS0abcdefgdpabcdefgdpcomabdc