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1、单片机最小系统设计 摘要：本智能小车采用单片机AT89C51作为控制器，来控制小车的电机正转、反转等功能，用灰度传感器检测，实现小车沿着黑线行走。所以，小车主要分为三部分：最小系统的设计，电机的驱动，灰度传感器的检测。而我们小组主要负责单片机最小系统，接下来，我们将对这一部分进行设计与调试。关键词：51单片机 AD转换 7805稳压电源一、 系统设计1、 系统设计思路（1）总体框架图：灰度传感器电机驱动单片机AT89C51（2）单片机最小系统的框架图：电源部分A/D转化AT89C512、 单片机最小系统原理图 见附录一3、 各功能块的划分与组成（1）AT89C512条主电源引脚VCC GND；
2、2条外接晶体引脚XTAL1/2；4条控制或与其他电源复用的引脚；32条I/O引脚。（2）电源电路采用7805，将电源降至5V，提供芯片正常工作。（3）晶振与复位(a)时钟电路 89C51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。89C51单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHZ到12MHZ之间选择, 我们采用的是11.0592MHZ的晶振。电容值无严格要求
3、，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值，但在60pF到70pF时振荡器有较高的频率稳定性。所以本设计中，振荡晶体选择6MHZ,电容选择65pF。在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用NPO电容。(b)复位电路 89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位电路通常采用上
4、电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用6MHZ时C取22uF,R取1K。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图。时钟频率选用6MHZ时，C取22uF,Rs取200，RK取1K。（4）A/D转化采用A/D0832实现由模拟信号向数字信号的转化功能。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适
5、应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要
6、进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能。当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入
7、端IN+进行输入。 到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATD0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。软件编程：SETB ADDI ;初始化通道选择 NOP NOP CLR ADCS
8、 ;拉低/CS端 NOP NOP SETB ADCLK ;拉高CLK端 NOP NOP CLR ADCLK ;拉低CLK端,形成下降沿 MOV A,B MOV C,ACC.1 ;确定取值通道选择 MOV ADDI,C NOP NOP SETB ADCLK ;拉高CLK端 NOP NOP CLR ADCLK ;拉低CLK端,形成下降沿2 MOV A,B MOV C,ACC.0 ;确定取值通道选择 MOV ADDI,C NOP NOP SETB ADCLK ;拉高CLK端 NOP NOP CLR ADCLK ;拉低CLK端,形成下降沿3 SETB ADDI NOP NOP MOV R7,#8 ;准
9、备送下后8个时钟脉冲 AD_1: MOV C,ADDO ;接收数据 MOV ACC.0,C RL A ;左移一次 SETB ADCLK NOP NOP CLR ADCLK ;形成一次时钟脉冲 NOP NOP DJNZ R7,AD_1 ;循环8次 MOV C,ADDO ;接收数据 MOV ACC.0,C MOV B,A MOV R7,#8 AD_13: MOV C,ADDO ;接收数据 MOV ACC.0,C RR A ;左移一次 SETB ADCLK NOP NOP CLR ADCLK ;形成一次时钟脉冲 NOP NOP DJNZ R7,AD_13 ;循环8次 CJNE A,B,ADCONV
10、;数据校验 SETB ADCS ;拉高/CS端 CLR ADCLK ;拉低CLK端 SETB ADDO ;拉高数据端,回到初始状态 RET 二、单片机与小车的连接与控制设计简易智能小车采用89C51单片机进行智能控制。开始由手动启动小车，并复位，当经过规定的起始黑线，由灰度传感器检测，通过单片机控制小车开始记数显示并避障、调速；系统的自动避障功能通过灰度传感器正前方检测和红外光电传感器左右侧检测，由单片机控制实现；在电动车进驶过程中，采用双极式H型PWM脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能；采用动态共阴显示行驶时间和里程。原理结构图：软件流程： 三、系统测试流水灯的设计 测试单片机最小系统，因
11、为是用P1口作为控制口，所以用P1口产生8个流水灯效果，以检测单片机最小系统是否正常。送0灯亮源程序代码： ORG 0000H LJMPMAINMAIN:MOVR0,#8 MOVA,#FEH MOVP1,A LCALLDLYAA:ROLA MOVP1,A LCALL DLY DJNZR0,AA LJMPMAINDLY:MOVR6,#10DLY1:MOVR7,#100DLY2:DJNZR7,DLY2 DJNZR6,DLY1 RETEND二、 结论 本设计整体采用芯片较少，成本较低，其次基本思路清晰，逻辑简单明了，调试较为复杂，总体预期较好。三、 参考文献 【1】模拟电子技术基础(第4版) （ 作
12、者： 华成英，童诗白）出 版社： 高等教育出版社 【2】数字电子技术基础（第5版）（作者：阎石）出 版 社：高等教育出版社【3】单片机原理与接口技术（修订版）（作者：赵嘉蔚，张家栋，霍凯）出版社：清华大学出版社四、 附录见附录附录一：最小系统原理图附录二：最小系统PCB板附录三：最小系统的元件清单名 称型 号数 量51单片机W78E581晶 振Y1 11.0592MHZ2AD转换器ADC08321稳压器78051开 关S1 SW-PB1电 容C1 22uf C2 30pf C3 30pf C4 1000uf C5 0.1uf C6 22uf C7 0.1uf7lED 灯LED1 LED2 LED33复位按钮K11电 阻R1 470欧 R2 470欧R3 1K欧 R4 1K欧4滑动变阻器R5 1K欧 R6 1K欧2插 针P1P7 Header 47第 14 页 共 14 页