自動(dòng)立體停車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

目 錄1 引言12 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1 控制原理42.2 控制功能42.3 方案設(shè)計(jì)53 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)63.2 單片機(jī)的選擇73.3 89C51的引腳介紹83.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)113.5 顯示鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)133.6 鎖存器 74LS373的介紹與選擇183.8 2732的芯片引腳功能193.9 6264引腳功能的介紹與選擇203.10 8255芯片介紹204 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)224.1 控制系統(tǒng)的主程序功能及流程圖234.2 最優(yōu)車(chē)位的實(shí)現(xiàn)234.3 鍵盤(pán)掃描子程序264.4 顯示子程序274.5 存車(chē)信號(hào)處理子程序284.6. 取車(chē)信號(hào)處理子程序295 總結(jié)30參考文獻(xiàn)31謝 辭32附錄一33附錄二421 引言近幾年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)制造業(yè)的迅速發(fā)展，汽車(chē)保有量快速增長(zhǎng)。北京、上海等大城市以每年15萬(wàn)輛的速度增加，而道路建設(shè)及停車(chē)位的建設(shè)遠(yuǎn)低于此。停車(chē)難所導(dǎo)致的占道停車(chē)、占用綠地停車(chē)，不僅使交通堵塞問(wèn)題更加嚴(yán)重，而且涉及到投資環(huán)境和城市現(xiàn)象，日益引來(lái)各方人士的關(guān)注。如果停車(chē)難問(wèn)題和交通擁擠問(wèn)題得不道妥善解決，將同時(shí)影響了轎車(chē)進(jìn)入家庭的步子，影響汽車(chē)制造業(yè)的迅速發(fā)展，影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展。1997年，深圳注冊(cè)車(chē)輛40萬(wàn)輛，異地注冊(cè)在深圳行駛車(chē)輛12萬(wàn)輛，停車(chē)位僅4萬(wàn)多個(gè)，北京機(jī)動(dòng)車(chē)保有量近140萬(wàn)輛加上每天幾十萬(wàn)輛進(jìn)京車(chē)輛，公共停車(chē)位僅8萬(wàn)多個(gè)。廣州市機(jī)動(dòng)車(chē)輛保有量為90萬(wàn)輛，外地進(jìn)市車(chē)輛10萬(wàn)輛，共100萬(wàn)輛，僅有停車(chē)位9萬(wàn)個(gè)。專(zhuān)家指出只有公共停車(chē)位置達(dá)到機(jī)動(dòng)車(chē)輛總數(shù)的1525%左右，才能緩解停車(chē)難問(wèn)題。香港擁有注冊(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)輛53 萬(wàn)輛，停車(chē)位40 萬(wàn)個(gè)，與之相比，我們是有很大差距的。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，轎車(chē)特別是私家轎車(chē)的生產(chǎn)量和社會(huì)保有量迅速增加。近幾年來(lái)，我國(guó)私人購(gòu)車(chē)占售車(chē)總量的比例大幅遞增，到1999年己經(jīng)突破了50%中國(guó)汽車(chē)需求量和保有量出現(xiàn)了加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2000到2002年實(shí)際汽車(chē)保有雖分別為1608. 91萬(wàn)、1802. 04萬(wàn)和2053. 17萬(wàn)輛，年平均增長(zhǎng)速度分別達(dá)到了10.73%、12%、13.94%。2003年汽車(chē)保有量達(dá)到2353萬(wàn)量，比2002年增長(zhǎng)14.6%。以上事實(shí)說(shuō)明，2004-2010年我國(guó)汽車(chē)保有量以及由此帶動(dòng)的汽車(chē)需求量將繼續(xù)呈加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。隨著居民收入提高、汽車(chē)價(jià)格的下降和消費(fèi)環(huán)境的改善，預(yù)計(jì)2004-2010年，中國(guó)汽車(chē)保有量將以16%以上的速度增長(zhǎng)。以2002年的實(shí)際值為基數(shù)，假定2004 -2010年汽車(chē)保有量按16 %的速度增長(zhǎng)，則到2010年我國(guó)汽車(chē)保有量將在6650萬(wàn)一8431萬(wàn)輛之間。另外，新增汽車(chē)需求量與汽車(chē)保有量呈線性關(guān)系，即新增汽乍需求量=新增汽車(chē)保有量+汽車(chē)更新量，如果汽車(chē)更新量為汽車(chē)保有量的6%，則新增汽車(chē)需求量=新增汽車(chē)保有量+0.06汽車(chē)保有量。因此，可以推算出2010年汽車(chē)的年銷(xiāo)量將達(dá)到1317萬(wàn)1911萬(wàn)量之間。隨著汽車(chē)數(shù)量日益劇增，解決停車(chē)問(wèn)題日益嚴(yán)重，尤其是居民小區(qū)、人型公共消費(fèi)場(chǎng)所等，寸一上如金，停車(chē)場(chǎng)向空間發(fā)展，己勢(shì)在必行。根據(jù)有關(guān)市場(chǎng)調(diào)查，目前在大中型城市對(duì)立體車(chē)庫(kù)的年需求量至少為10萬(wàn)個(gè)車(chē)位，但該類(lèi)產(chǎn)品供應(yīng)量很少，國(guó)內(nèi)只有30家左右企業(yè)的少量產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)。外國(guó)的相關(guān)公司吞好這一巨大的市場(chǎng)，目前開(kāi)始有產(chǎn)品向中國(guó)出口，但足其價(jià)格高，使用成本與收費(fèi)高，使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)難以接受，限制其推廣使用在我國(guó)，除北京、上海等特大城市外，沿海工業(yè)發(fā)達(dá)、人口密集的城市和地區(qū)也已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)始安裝和使用立體停車(chē)庫(kù)，表現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求。所以從技術(shù)、市場(chǎng)、政策等諸多因素分析，該項(xiàng)目已經(jīng)具備了良好的開(kāi)發(fā)條件 就有重要的現(xiàn)實(shí)意義 立體車(chē)庫(kù)與傳統(tǒng)的自然地下車(chē)庫(kù)想比，有許多方面多顯示出優(yōu)越性： 首先，立體車(chē)庫(kù)具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。以往的底下車(chē)庫(kù)由于要留出足夠的行車(chē)通道，平均一輛車(chē)就要占據(jù)40平方米的面積，如果采用雙層立體車(chē)庫(kù)，可以使地面的使用率提高80%-90%。例如采用地上多層立體車(chē)庫(kù)，50平方米的地面積上便可存放放10輛車(chē)，這可以大大地節(jié)省有限的上地資源，少量節(jié)省建設(shè)開(kāi)發(fā)成本。 其次，立體車(chē)庫(kù)與地下車(chē)庫(kù)相比可更加有效地保證人身和車(chē)輛的安全，人在車(chē)庫(kù)內(nèi)或車(chē)不停準(zhǔn)位置，由電子控制的整個(gè)設(shè)條便不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該說(shuō)，立體車(chē)庫(kù)從管理上可以做到徹底的人車(chē)分流。 在地下車(chē)庫(kù)中采用機(jī)械存車(chē)，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運(yùn)行中的耗電量比工人管理的地下車(chē)庫(kù)低得多。立體車(chē)庫(kù)一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺(tái)集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢(shì)，在住宅區(qū)的每個(gè)組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立立體車(chē)庫(kù)。這對(duì)目前車(chē)庫(kù)短缺的小區(qū)解決停車(chē)難的問(wèn)題提供了有效途徑。立體車(chē)庫(kù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 立體車(chē)庫(kù)的發(fā)展在國(guó)外，尤其在日本己有近30至40年的歷史史，無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗(yàn)上均己獲得了成功。美、德、日、韓等國(guó)家的產(chǎn)品代表了國(guó)際的領(lǐng)先水平，國(guó)內(nèi)立體車(chē)庫(kù)多為進(jìn)口德國(guó)和韓國(guó)的產(chǎn)品。在西歐、東南亞、韓國(guó)和日本得到了廣泛的應(yīng)用，形成了一個(gè)包括制造、安裝、使用和維修的行業(yè)體系。我國(guó)于90年代初開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)立體車(chē)庫(kù)，距今己有20幾年的歷程。由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車(chē)位的配比為1:1，為了解決停車(chē)位占地而積與住住戶商用而積的矛盾，立體車(chē)庫(kù)以其平均單車(chē)占地面積小的獨(dú)特特性，己被廣大用戶接受。 立體車(chē)庫(kù)的種類(lèi)比較多，目前國(guó)內(nèi)外比較流行的型式有:1.升降橫移式該類(lèi)的主要特點(diǎn)在于:a.節(jié)省占地，配置靈活，建設(shè)周期短。b.價(jià)格低，消防、外裝修、建設(shè)、地基等投資少。c.可采用自動(dòng)控制，構(gòu)造簡(jiǎn)單，安全可靠。d.存取車(chē)迅速，等候時(shí)間短。e.運(yùn)行平穩(wěn)，工作噪聲低。f.適用于商業(yè)、機(jī)關(guān)、住宅小區(qū)配套停車(chē)場(chǎng)的使用。 韓國(guó)和德國(guó)公司的這類(lèi)產(chǎn)品比較多，二層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)特別適應(yīng)于原有地庫(kù)自走式停車(chē)場(chǎng)的改造工程。多層升降橫移式主要適應(yīng)于高度不受限制的平面自走式停車(chē)場(chǎng)的改造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且都已模塊化。2.巷道堆垛式或垂直式 巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)采用堆垛機(jī)作為存取車(chē)輛的工具，所有車(chē)輛均由堆垛機(jī)進(jìn)行存取，因此對(duì)堆垛機(jī)的技術(shù)要求較高，單臺(tái)堆垛機(jī)成木較高，所以巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)適用于車(chē)位數(shù)需要較多的客戶使用。3.垂直提升式 垂直提升式立體車(chē)庫(kù)類(lèi)似于電梯的工作原理，在提升機(jī)的兩側(cè)布置車(chē)位，一般地面需一個(gè)汽車(chē)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，可省去司機(jī)調(diào)頭。垂直提升式立體車(chē)庫(kù)一般高度較高(幾十米)，對(duì)設(shè)備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價(jià)較高，但占地卻最小。4垂直循環(huán)式此類(lèi)型的車(chē)庫(kù)具有如卜特點(diǎn): a.占地少，兩個(gè)泊位面積可停6至10輛車(chē)。b.外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。c.價(jià)格低，地叢、外裝修、消防等投資少，建設(shè)周期短。d.可采用自動(dòng)控制，運(yùn)行安全可靠。本論文是針對(duì)目前國(guó)內(nèi)停車(chē)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r而設(shè)計(jì)的將車(chē)位控制系統(tǒng)。車(chē)位控制系統(tǒng)對(duì)要存入車(chē)輛完成車(chē)號(hào)輸入、車(chē)號(hào)顯示、存儲(chǔ)、選擇最優(yōu)車(chē)位及將確定的車(chē)位信號(hào)傳輸?shù)裙δ?；?duì)取出車(chē)需完成車(chē)號(hào)輸入、車(chē)號(hào)查找、顯示確定車(chē)位及車(chē)位信號(hào)的傳輸?shù)裙δ?。?chē)位控制系統(tǒng)的控制功能分三部分：第一部分為共享功能：車(chē)號(hào)輸入功能，車(chē)號(hào)顯示功能。第二部分是存車(chē)信號(hào)處理功能。車(chē)號(hào)的存儲(chǔ)功能，存入車(chē)輛的最優(yōu)存入車(chē)位的選擇功能，最優(yōu)存入車(chē)位的顯示功能，最優(yōu)車(chē)位的信號(hào)處理和傳輸功能，第三部分為取車(chē)信號(hào)處理功能：1.需取出車(chē)輛車(chē)號(hào)的查找功能，需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)顯示功能，需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)的信號(hào)傳輸功能。停車(chē)業(yè)在國(guó)外已有近三十年的發(fā)展史，在我國(guó)大部分技術(shù)是引進(jìn)的，不僅起步晚，也不很成熟，但市場(chǎng)潛力十分大，有待于我們?nèi)ネ卣埂? 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 控制原理車(chē)位控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種數(shù)據(jù)的處理，對(duì)車(chē)牌號(hào)的存儲(chǔ)及定位處理，選取最優(yōu)車(chē)位時(shí)對(duì)尋優(yōu)軌跡的數(shù)據(jù)處理以及車(chē)牌號(hào)查找時(shí)的數(shù)據(jù)查找等的處理。微處理器需處理不同數(shù)據(jù)，有時(shí)也較繁雜。各種數(shù)據(jù)不能隨意亂存放，必須根據(jù)具體數(shù)據(jù)的特點(diǎn)按一定的規(guī)則來(lái)組織和存放。本文根據(jù)各數(shù)據(jù)元素之間的相互關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效的組織，解決了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，并設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法。各數(shù)據(jù)元素之間的相互關(guān)系有兩層含意：一種指各數(shù)據(jù)元素之間的抽象關(guān)系，如先后關(guān)系、層次關(guān)系等即邏輯關(guān)系；另一種指在計(jì)算機(jī)中存放地址之間的關(guān)系，即存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。邏輯關(guān)系只考慮數(shù)據(jù)元素之間邏輯上的先后次序，不分上下層次，稱(chēng)為線性結(jié)構(gòu)。如數(shù)據(jù)元素之間在邏輯上還有上下層關(guān)系或元素之間互相聯(lián)系的情況不規(guī)則，不能簡(jiǎn)單地用線性關(guān)系來(lái)表達(dá)時(shí)，屬于非線性結(jié)構(gòu)。邏輯結(jié)構(gòu)最終必須以某種具體的形式實(shí)現(xiàn)，這種具體的形式就是存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可用四種基本方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一種為順序存儲(chǔ)，即將各數(shù)據(jù)元素按邏輯上的順序存入在一段連續(xù)的空間內(nèi)，并使邏輯上相鄰的元素在想念空間上相鄰；第二種為鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)，各數(shù)據(jù)元素存放地址不受約束，可以連成一片，也可以分散在不連續(xù)的若干個(gè)地址上，通過(guò)鏈接指針表示各元素相鄰的關(guān)系；第三種為索引存儲(chǔ)，在這種存儲(chǔ)方式中保存有一個(gè)索引表，索引表的每一項(xiàng)由兩部分組成，其中一項(xiàng)表示數(shù)據(jù)元素的關(guān)鍵字，另一項(xiàng)中保存有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)元素的實(shí)際存放地址；第四種為散列存儲(chǔ)，即直接利用數(shù)據(jù)元素的關(guān)鍵字來(lái)計(jì)算該數(shù)據(jù)元素的實(shí)際存放地址。車(chē)位控制系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)之間在邏輯上只有先后次序，不分上下層次，都屬于線性結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)上則各有不同。數(shù)據(jù)元素的邏輯設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)設(shè)計(jì)之后要確定算法。數(shù)據(jù)處理都有一定目的，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的處理方法稱(chēng)為算法。 2.2 控制功能本章所研究的車(chē)位控制系統(tǒng)的控制功能分三部分：第一部分為共享功能；第二部分是存車(chē)信號(hào)處理功能；第三部分為取車(chē)信號(hào)處理功能。1一、共享控制功能共享功能是指無(wú)論存車(chē)或取車(chē)都需應(yīng)用的功能。主要有：1.車(chē)號(hào)輸入功能，即將要存入或取出的車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)從鍵盤(pán)上輸入；2.車(chē)號(hào)顯示功能，即將從鍵盤(pán)上鍵入的車(chē)牌號(hào)碼在顯示器上顯示出來(lái)，以便確認(rèn)是否輸入正確。二、存車(chē)信號(hào)處理功能存車(chē)信號(hào)處理功能是指車(chē)位控制系統(tǒng)在有車(chē)輛需存入車(chē)庫(kù)所應(yīng)完成的功能，主要包括以下幾項(xiàng)：1.車(chē)號(hào)的存儲(chǔ)功能，即將鍵盤(pán)上輸入的車(chē)牌號(hào)碼存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中；2.存入車(chē)輛的最優(yōu)存入車(chē)位的選擇功能，即根據(jù)現(xiàn)有的車(chē)輛存入情況選擇最優(yōu)存入車(chē)位的功能；3.最優(yōu)存入車(chē)位的顯示功能，即將已選定的最優(yōu)車(chē)位在顯示器上顯示出來(lái)的功能；4.最優(yōu)車(chē)位的信號(hào)處理和傳輸功能，即將選定的最優(yōu)車(chē)位轉(zhuǎn)換成信號(hào)并將信號(hào)傳輸給存取車(chē)控制系統(tǒng)的功能。三、取車(chē)信號(hào)處理功能取車(chē)信號(hào)處理功能是指停車(chē)庫(kù)中已存入車(chē)輛需取出時(shí)所需功能，主要有以下幾項(xiàng)：1.需取出車(chē)輛車(chē)號(hào)的查找功能，即根據(jù)輸入的車(chē)牌號(hào)碼，在已存入車(chē)輛中查找需取出車(chē)輛的位置；2.需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)顯示功能，即將需去取出車(chē)輛的存放車(chē)位號(hào)在顯示器上顯示出來(lái)；3.需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)的信號(hào)傳輸功能，即將需取出車(chē)輛的車(chē)位號(hào)處理后傳輸給存取車(chē)控制系統(tǒng)的功能。 2.3 方案設(shè)計(jì)車(chē)位控制指對(duì)要存入車(chē)輛完成車(chē)號(hào)輸入、車(chē)號(hào)顯示、存儲(chǔ)、選擇最優(yōu)車(chē)位及將確定的車(chē)位信號(hào)傳輸?shù)裙δ埽粚?duì)取出車(chē)需完成車(chē)號(hào)輸入、車(chē)號(hào)查找、顯示確定車(chē)位及車(chē)位信號(hào)的傳輸?shù)裙δ??？刂泼姘迨擒?chē)位控制部分的組成部分之一，面板上有輸入鍵和顯示器，輸入鍵包括數(shù)字鍵、字母鍵及存取車(chē)、確定、刪除、手動(dòng)/自動(dòng)、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、急停等控制鍵。顯示器是8 位的，六位用來(lái)顯示車(chē)牌號(hào)，兩位顯示車(chē)位號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)車(chē)位控制系統(tǒng)和各項(xiàng)控制功能，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)微處理器專(zhuān)用控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)、儲(chǔ)存器、顯示器、鍵盤(pán)和接口芯片組成。圖1-1 是車(chē)位控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖程序存儲(chǔ)器鍵 盤(pán)單 片 機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器停車(chē)位顯示燈看 門(mén) 狗控制面板LED顯示圖2-1 硬件結(jié)構(gòu)框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。2 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有：1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。89C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 2.微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PWM (脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門(mén)狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。3現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3.主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以89C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以89C51為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡(jiǎn)指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專(zhuān)用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。 3.2 單片機(jī)的選擇美國(guó)Intel公司1980年推出了MCS-51系列高檔8位單片機(jī)。提高了芯片的集成度，性能上大為提高，增加了多種片內(nèi)硬件功能，并擴(kuò)展了功能單元的種類(lèi)和數(shù)量。4MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及其一些主要特點(diǎn)：1.內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.輸入/輸出口MCS-51單片機(jī)內(nèi)的I/O口的數(shù)量和種類(lèi)較多且齊全，尤其是它有一個(gè)全雙工的串行口。3.外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間MCS-51可對(duì)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址且不受該系列中各種芯片型號(hào)的影響，而對(duì)程序存儲(chǔ)器是內(nèi)外總空間為64KB.4.中斷與堆棧MCS-51有5個(gè)中斷源，分為2個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)是可編程的，它的堆棧位置也是可編程的，堆棧深度可達(dá)128字節(jié)。MCS-51子系列有2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)四種工作模式。MCS-52子系列有3個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。MCS-51在內(nèi)部RAM中開(kāi)設(shè)了四個(gè)通用工作寄存器區(qū)，共32個(gè)通用寄存器，以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的要求。6.指令系統(tǒng)MCS-51是一個(gè)功能很強(qiáng)的指令系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在MCS-51的指令系統(tǒng)中增添了減法、乘法、除法、比較、堆棧操作和多種位操作指令。5當(dāng)振蕩器頻率接最高12MHZ時(shí)，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為1s，少部分為2s，乘除指令的執(zhí)行時(shí)間也只有4s。7.布爾處理器特別值得一提的是MCS-51的布爾處理器。它實(shí)際上是一個(gè)完整的一個(gè)微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位的微機(jī)有自己的CPU ,位寄存器、I/O口和指令集。把八位微機(jī)和一位微機(jī)結(jié)合在一起，是微機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破。一位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真和實(shí)時(shí)測(cè)控方面非常有效，而八位機(jī)在運(yùn)算處理、智能儀表常用的數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長(zhǎng)處。在MCS-51系列單片機(jī)中八位機(jī)和一位機(jī)（布爾處理器）的硬件資源是復(fù)合在一起的，二者相輔相成，這是MCS-51在設(shè)計(jì)上的精美之處，也是一般微機(jī)所不具備的。 3.3 89C51的引腳介紹掌握MCS-51單片機(jī)，應(yīng)首先了解MCS-51的引腳，熟悉并牢記各引腳的功能。MCS-51系列中各種芯片的移交是互相兼容的。6制造工藝為HMOS的MCS-51的單片機(jī)都采用40只引腳的雙列直插封裝（DIP方式，如圖所示。目前大多樹(shù)為此類(lèi)封裝方式。制造工藝為CHMOS的8031/89C51/87C51除采用DIP封裝方式以外，還采用方行封裝方式，為44只引腳（其中4只是無(wú)用的引腳）如圖3-1所示740只引腳按其功能來(lái)分，可分為如下3類(lèi)：1. 電源及時(shí)鐘引腳：Vcc、Vss;XTAL1、XTAL2。2. 控制引腳：/PSEN、ALE、/EA、RESET3. I/O口引腳；P0、P1、P2、P3、為4個(gè)8位I/O口的外部引腳。下面結(jié)合圖3-1來(lái)介紹各引腳的功能。電源及時(shí)鐘引腳1電源引腳電源引腳接入單片機(jī)的工作電源（1） Vcc(40引腳)：接+5V電源。（2） Vss(20引腳)：接地2時(shí)鐘引腳2個(gè)時(shí)鐘引腳XTAL1，XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了1個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘信號(hào)。2個(gè)時(shí)鐘引腳也可以外接獨(dú)立的晶體振蕩器。XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。8晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。型號(hào)同樣為AT89C51的芯片，在其后面還有頻率編號(hào)，有12,16,20,24MHz可選。大家在購(gòu)買(mǎi)和選用時(shí)要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振蕩頻率為24MHz,40P6封裝的普通商用芯片。根據(jù)綜上分析，此次設(shè)計(jì)中的最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用89C51芯片作為最小系統(tǒng)芯片是最佳選擇。（1）XTAL1（19引腳）：接外部晶體的1個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是1個(gè)反相放大器的輸入端。這個(gè)反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器/如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。（2）XTAL2（18引腳）：接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。若采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。2控制引腳此類(lèi)引腳提供控制信號(hào)，有的引腳還具有復(fù)用功能。（1）RST/Vpd(9引腳)：RST（RESET）是復(fù)位信號(hào)輸入斷，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)候，就可以完成復(fù)位操作。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為0.5V低電平。Vpd為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入斷。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將+5V電源自動(dòng)接入RST端，為內(nèi)部RAM提供備用電源，以保證片內(nèi)RAM中的信息不丟失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號(hào)。即使不訪問(wèn)外部鎖存器，ALE端仍有正脈沖號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的1/6。如果有脈沖信號(hào)輸出，則單片機(jī)基本上是完好的。應(yīng)該注意的是，每當(dāng)MCS-51訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在2個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)1次，即丟失1個(gè)ALE脈沖。因此，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，用戶不宜用ALE做精確的時(shí)鐘源或定時(shí)信號(hào)。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。/PROG為本引腳的第二功能。在對(duì)片內(nèi)EPROM型單片機(jī)編程寫(xiě)入時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端（3）/PSEN：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。在單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引腳外接部程序存儲(chǔ)器的/OE端。/PSEN端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。 如果檢查一個(gè)MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)上電后，CPU能否正常到外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼，可用示波器查/PSEN端有無(wú)脈沖輸出。 （4）/EA/Vpp（Enable Address/Voltage Pulse of Programing,31腳）：/EA功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。 當(dāng)/EA引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH時(shí)，即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的4KB地址范圍，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。 當(dāng)/EA引腳為低電平時(shí)，單片機(jī)則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不論是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于8031來(lái)說(shuō)，因其無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以該引腳必須接地，這樣只能選擇外部程序存儲(chǔ)器。 Vpp為本引腳的第二功能。在對(duì)EPROM型單片機(jī)8751內(nèi)EPROM固化編程時(shí)，用于施加叫高的編程電壓。10對(duì)于89C51，則加在Vpp引腳的編程電壓為+12V或+5V。I/O口引腳（1）P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。（2）P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。（3）P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。（4）P3口：8位準(zhǔn)雙星I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。這里要特別注意準(zhǔn)雙向與雙向三態(tài)口的差別。P1口，P2口，P3口是3個(gè)8位雙向的I/O口，各口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻。當(dāng)這3個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫(xiě)1，另外準(zhǔn)雙向I/O口無(wú)高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱(chēng)為雙向三態(tài)I/O口。其引腳圖如下所示：圖3-1 89C51引腳圖 3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （1）此次設(shè)計(jì)選用89C51的最小系統(tǒng)，89C51內(nèi)部有4KB閃爍存儲(chǔ)器，芯片本身就是一個(gè)最小系統(tǒng)。11在能滿足系統(tǒng)的性能要求情況下，可優(yōu)先考慮采用此種方案。用這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單很可靠。用89C51單片機(jī)構(gòu)成的最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，該系統(tǒng)與其他最小系統(tǒng)相比，省去了外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器的工作，該最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的數(shù)字量的測(cè)控單元。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖32所示 圖3-2 89C51最小系統(tǒng)（2） 看門(mén)狗電路設(shè)計(jì)MCS-51的PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能會(huì)使程序陷入死循環(huán)。指令和軟件技術(shù)不能使失控的程序擺脫死循環(huán)的困境，這時(shí)系統(tǒng)將完全癱瘓。如果操作人員不在場(chǎng)，可按下人工復(fù)位按鈕，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。但操作人員不可能一直監(jiān)控著系統(tǒng)，即使監(jiān)視著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才進(jìn)行人工復(fù)位。能不能不要人來(lái)監(jiān)視，就能使系統(tǒng)擺脫死循環(huán)，重新執(zhí)行正常的程序呢？這可采用“看門(mén)狗”技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題。12“看門(mén)狗”技術(shù)就是使用一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)不斷計(jì)數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行。若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過(guò)已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這時(shí)計(jì)數(shù)器溢出，然后強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位，在復(fù)位入口0000H處安排一段出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入正軌.另外，在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，有可能會(huì)發(fā)生電源掉電的意外情況，一些重要的數(shù)據(jù)可能丟失。這時(shí)需要系統(tǒng)應(yīng)首先檢測(cè)到電源的變化，然后通過(guò)切換電路把備用電池接入系統(tǒng)，以保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。目前看門(mén)狗電路和掉電保護(hù)電路，都已經(jīng)集成在一片微處理器監(jiān)控芯片中。因此MCS-51只需要擴(kuò)展一片微處理器監(jiān)控芯片即可。這類(lèi)芯片集成化程度高，功能齊全，具有廣闊的應(yīng)用前景。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用微處理器監(jiān)控芯片，可以大大提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。1）復(fù)位電路微處理器在上電、掉電及低壓供電時(shí)，監(jiān)控器產(chǎn)生脈沖信號(hào)這可以保證微處理器實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位：當(dāng)供電壓過(guò)低時(shí)，防止CPU失控。電源電壓Vcc升到1V時(shí)RESET引腳變?yōu)榈碗娖?，隨著Vcc的繼續(xù)升高，RESET一直保持低電平。13當(dāng)Vcc高于復(fù)位門(mén)限電平時(shí)，RESET并不馬上變?yōu)楦唠娖?，而是要滯后一個(gè)復(fù)位脈沖寬度（約200ms）后再變?yōu)楦唠娖?。?dāng)Vcc低于復(fù)位門(mén)限電平，RESET引腳馬上變成低電平，即使以后Vcc恢復(fù)且高于復(fù)位門(mén)限電平，RESET也不馬上變成高電平，而是要延遲一個(gè)復(fù)位脈沖寬度。掉電時(shí)，Vcc只要低于復(fù)位門(mén)限電平，RESET立即變?yōu)榈碗娖健?）看門(mén)狗電路此次設(shè)計(jì)選用MAX690A微處理器做為監(jiān)控器芯片。14看門(mén)狗電路計(jì)數(shù)器定時(shí)電路，在WDI端輸入一個(gè)脈沖（TTL電平，寬度可小至50ms），定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。若WDI引腳懸空或接至阻態(tài)輸出的緩沖器上定時(shí)器則停止計(jì)數(shù)，并且清零。當(dāng)定時(shí)器啟動(dòng)后，若在1.6s內(nèi)沒(méi)有向WDI輸入脈沖，監(jiān)控器將輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，引腳RESET變低電平，同時(shí)定時(shí)器清零，只要RESET為低電平，定時(shí)器將一直停止工作。MCS-51與MAX690A自動(dòng)監(jiān)控的接線如下，+5V電壓跌落到某電壓值，這就需要合理選擇電阻R7、R8的值，所以R10=1K歐姆，R9=2.6K歐姆。電路圖如下： 圖 3-3 看門(mén)狗電路原理圖 3.5 顯示、鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)（1）顯示電路的設(shè)計(jì)LED顯示器結(jié)構(gòu)常用的LED顯示器分為8段（或7段，8段比7段多了1個(gè)小數(shù)點(diǎn)“dp”段）。每一個(gè)段對(duì)應(yīng)1個(gè)發(fā)光2極管。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極2中，共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽(yáng)極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。為了使LED顯示器顯示不同的符號(hào)或數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這樣就要為L(zhǎng)ED顯示器提供代碼，因此這些代碼可使LED相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱(chēng)之為段碼（或成為字型碼）。顯示器的工作原理由N個(gè)LED顯示塊可拼連接成N位的LED顯示器，N個(gè)LED顯示塊有N位為線和8xN根段碼線。段碼線控制顯示字符的字型，而位選線位各個(gè)LED顯示塊中各段的公共端，它控制該LED顯示位的亮或暗。 點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。所謂的靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，例如7段顯示器a、b、c、d、e、f導(dǎo)通，g截止,顯示0。這種顯示方式每一位都需要有一個(gè)8位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可由8255A的輸出口直接驅(qū)動(dòng)。在單片機(jī)串行口方式0應(yīng)用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。當(dāng)顯示器位數(shù)較少時(shí)，采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，用靜態(tài)顯示所需要的I/O太多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。靜態(tài)顯示方式：各位的共陰極或共陽(yáng)極連接在一起并接地；每位的段碼線分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出相連。之所以稱(chēng)為靜態(tài)顯示，是因?yàn)楦鱾€(gè)LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器所存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個(gè)字符的段碼為止。正因如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易，付出的代價(jià)是占用的口線較多。如果顯示器的位數(shù)增多，則需要增加鎖存器。因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示方式：在多位LED顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時(shí)選通。若要各位LED能夠同時(shí)顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用動(dòng)態(tài)顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符的段碼。這樣 在同一時(shí)刻，4位LED中的只有選通的哪一位顯示出字符，而其他3位則是熄滅的，同樣在下一時(shí)刻，只讓下一位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)， 在段碼線上舒服將要顯示字符的段碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出相應(yīng)的字符，雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在下一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED 顯示器的余輝和人眼的視覺(jué)暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多為同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。 LED不同位顯示的時(shí)間間隔應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太短，則發(fā)光太弱，人眼無(wú)法看清，但也不能太長(zhǎng)，因?yàn)橐芟抻谂R界閃爍頻率，而且次時(shí)間越長(zhǎng)，占用CPU時(shí)間也越長(zhǎng)多。另外，顯示位數(shù)增多，也將占用大量的CPU時(shí)間，因此動(dòng)態(tài)顯示實(shí)質(zhì)是以犧牲CPU時(shí)間來(lái)?yè)Q取器件的減少的。綜上所述，此次設(shè)計(jì)選靜態(tài)顯示是最合適的方法。顯示原理圖如下圖所示 圖3-4 顯示電路（2）鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)行列式鍵盤(pán)接口行列式（也稱(chēng)矩陣式）鍵盤(pán)用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。1個(gè)33的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成1個(gè)具有9個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。同理1個(gè)44的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成1個(gè)16個(gè)按鍵的鍵盤(pán)等等。如圖所示。很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，行列式鍵盤(pán)與獨(dú)立式鍵盤(pán)相比，要節(jié)省很多的I/O口線。 圖3-5 33鍵盤(pán)行列式鍵盤(pán)工作原理按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行、列分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上。無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線的電平?jīng)Q定。列線的電平如果為低，則行線電平為低；列線的電平如果為高，則行線電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別行列式鍵盤(pán)是否按下的關(guān)鍵所在。由于行列式鍵盤(pán)中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作是的處理，才能確定閉合鍵的位置。掃描法下面以圖中3號(hào)鍵被按下為例，來(lái)說(shuō)明此鍵是如何被識(shí)別出來(lái)的。當(dāng)3號(hào)鍵被按下時(shí)，與3號(hào)鍵相兩的行線電平將由與此鍵相連的列線電平?jīng)Q定，而行線電平在無(wú)按鍵按下時(shí)處于高電平狀態(tài)。如果讓所有的列線處于低電平，很明顯，按鍵所在的行電平將被接成低電平，根據(jù)此行電平的變化，便能判定此行一定有按鍵被按下。但還不能確定是鍵3被按下，以為如果鍵3不被按下，而同一行的鍵2、1或0之一被按下，均回產(chǎn)生同樣的效果。所以，行線處于低電平只能得出某行有按鍵被按下的結(jié)論。為進(jìn)一步判定到底是哪一列的按鍵被按下，可采用掃描法來(lái)識(shí)別。即在某一時(shí)刻只讓1條列線處于低電平，其余所有列線處于高電平。當(dāng)?shù)谝涣袨榈碗娖剑溆喔髁袨楦唠娖綍r(shí)，以為是鍵3被按下，所以1行仍處于高電平狀態(tài)；而當(dāng)?shù)诙袨榈碗娖?，其余各列為高電平時(shí)，同樣我們會(huì)發(fā)現(xiàn)第1行仍處于高電平狀態(tài)；直到讓第4列為低電平，其余各列為高電平時(shí)，以為瓷實(shí)號(hào)鍵被按下，所以第一行的電平將由高電平轉(zhuǎn)換到第4列所處的低電平，據(jù)此可以判斷第1行第4列的交叉點(diǎn)處的按鍵，即3號(hào)鍵被按下。 根據(jù)上面的分析，很容易想到識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵盤(pán)被按下的方法，此方法分2步進(jìn)行：第1步，識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵被按下；第2步，如有鍵盤(pán)被按下，識(shí)別出具體的按鍵。分別介紹如下：首先把所有的列線均置為低電平，檢查各行線是否有變化，如果有變化，則說(shuō)明有鍵被按下，如果沒(méi)有變化，則說(shuō)明無(wú)鍵被按下。上述識(shí)別具體按鍵的方法也稱(chēng)為掃描法，即先把某一列置低電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行線為低電平，則可確定次行此列交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。（3）鍵盤(pán)的工作方式單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤(pán)掃描只是單片機(jī)的工作內(nèi)容之一。單片機(jī)在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤(pán)的輸入，取決于鍵盤(pán)的工作方式。鍵盤(pán)工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU工作的忙、閑情況而定。其原則是既要保證能即使響應(yīng)按鍵操作，又不要過(guò)多的占用CPU的時(shí)間，通常，鍵盤(pán)工作方式有三種：即編程掃描、定時(shí)掃描、中斷掃描。111）編程掃描方式這種方式就是只有當(dāng)單片機(jī)空閑時(shí)，才調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，反復(fù)的掃描鍵盤(pán)，等待用戶從鍵盤(pán)上輸入命令或數(shù)據(jù)，來(lái)響應(yīng)鍵盤(pán)的輸入請(qǐng)求。圖為1個(gè)48矩陣鍵盤(pán)通過(guò)8255A擴(kuò)展I/O口與8031的借口電路原理圖，鍵盤(pán)采用編程掃描方式工作，8255A的PC口低4位輸出逐行掃描信號(hào)，PA口輸入8位列信號(hào)，均為低電有效。8255A的A0，A1端分別接于地址線A0，A1上，/CS與P2.7相接，/WR、/RD分別與8031的/WR和/RD相連。PC口低4位狀態(tài)，若PC0PC3全1，則說(shuō)明鍵盤(pán)無(wú)鍵按下；若不完全為1，則說(shuō)明鍵盤(pán)有可能有鍵按下。2） 用軟件延時(shí)10ms來(lái)消除按鍵抖動(dòng)的影響。確實(shí)有按鍵按下時(shí)，進(jìn)行下一步。3）在鍵盤(pán)掃描子程序中，首先判斷鍵盤(pán)上有無(wú)鍵按下。其方法為PA口8位輸出全0，讀求按下鍵的鍵號(hào)。根據(jù)前面的介紹的掃描法，逐列置0掃描，讀入行線的狀態(tài)，最后確定按鍵位置。4） 等待按鍵釋放后，在進(jìn)行按鍵功能的處理操作。（4） 定時(shí)掃描的工作方式 單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)的掃描也可以采用定時(shí)掃描方式，即每隔一定的時(shí)間對(duì)鍵盤(pán)掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器，產(chǎn)生10ms的定時(shí)中斷，CPU響應(yīng)定時(shí)器溢出中斷請(qǐng)求，對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，在有鍵按下時(shí)識(shí)別出該鍵，并執(zhí)行相應(yīng)鍵的處理功能程序。（5） 中斷工作方式 為了進(jìn)一步提高單片機(jī)掃描鍵盤(pán)的工作效率，可采用中斷掃描方式，即只有在鍵盤(pán)有按鍵按下時(shí)，才執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無(wú)按鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵盤(pán)。3.6 鎖存器 74LS373的介紹與選擇本次設(shè)計(jì)選用的鎖存器為74LS373，它是一種帶有三態(tài)門(mén)的8D鎖存器，其引腳如圖所示 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示其引腳說(shuō)明如下：D7-D0：8位數(shù)據(jù)輸入線。Q7-Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線。G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通引腳，高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中G為數(shù)據(jù)鎖存控制端；當(dāng)G為“1”時(shí)，鎖存器輸出端同輸入端；當(dāng)G由“1”變“0”時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。OE為輸出允許端；當(dāng)OE為“0”時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)；當(dāng)OE為“1”時(shí)，三態(tài)門(mén)關(guān)閉，輸出呈高阻狀態(tài)。在MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中，常采用74LS373作為地址鎖存器使用，其中輸入端1D8D接至單片機(jī)的P0口，輸出端提供的是低8位地址，G端接至單片機(jī)的地址鎖存允許信號(hào)ALE。輸出允許端OE，接地，表示輸出三態(tài)門(mén)一直打開(kāi)。圖3-6 74LS373的引腳圖3.7 2732的芯片引腳功能如下：A0-A15：地址線引腳。地址線引腳的數(shù)目由芯片的存儲(chǔ)容量來(lái)定，用來(lái)進(jìn)行單元選擇。D7-D0：數(shù)據(jù)線引腳。/CE：片選輸入端/OE：輸出允許控制端。/PGM：編程時(shí)，加編程脈沖的輸入端。Vpp：編程時(shí)，編程電壓（+12V或+25V）輸入端。Vcc+5V，芯片的工作電壓輸入端GND：數(shù)字地。NC：無(wú)用端。3.8 6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的介紹與選擇6264是8K8位的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片，采用CMOS工藝制作，單一+5V電源，額定功耗165mw，典型存取時(shí)間為200ns，24線雙列直插式封裝。在此設(shè)計(jì)中用于擴(kuò)展89C51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量。A0A12為片內(nèi)13位地址線，D0D7為8位數(shù)據(jù)線CE為片選信號(hào)，OE為讀允許信號(hào)線，WE為寫(xiě)信號(hào)線。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路與程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路相似，所用的地址線，數(shù)據(jù)線完全相同，讀，寫(xiě)控制線用WR，RD但要考慮的問(wèn)題比程序存儲(chǔ)器涉及的問(wèn)題要多，如I/O口擴(kuò)展的統(tǒng)一編址問(wèn)題。3.9 6264引腳功能的介紹與選STAM的各引腳功能如下：A0-A14：地址輸入線。D0-D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。/CE：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。對(duì)于6264芯片，當(dāng)引腳26（CS）為高電平時(shí)，且/CE為低電平時(shí)才選中該片。/OE：讀選通信號(hào)輸入線，低電平有效。/WE：寫(xiě)允許信號(hào)輸入線，低電平有效。Vcc:工作電源+5V。GND：地線。靜態(tài)SRAM存儲(chǔ)器有讀出，寫(xiě)入，維持三中工作方式， 這些工作方式的操作控制如表1所示： 表3-1 操作控制表信號(hào)方式/CE/OE/WED0D7讀VILVILVIH數(shù)據(jù)輸出寫(xiě)VILVIHVIL數(shù)據(jù)輸入維持VIH任意任意高阻態(tài)3.10 8255芯片介紹8255是Inter公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，它具有3個(gè)8位的并行I/O口，3種工作方式，可以通過(guò)編程改變其功能，因而使用靈活方便，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。此設(shè)計(jì)中8255芯片用于擴(kuò)展接口。8255A的引腳如圖所示。15由圖所示 8255共有40只引腳，采用雙列直插式封裝，各引腳功能如下：D7D0：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線連接，用來(lái)傳誦數(shù)據(jù)信息。/CS：片選信號(hào)線，低電平有效，表示本芯片被選中。/RD：讀出信號(hào)線，低電平有效，控制8255A數(shù)據(jù)的讀出。/WR：寫(xiě)入信號(hào)線，低電平有效，控制向8255A數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。Vcc：+5V電源。PA7PA0：A口輸入/輸出線。PB7PB0：B口輸入/輸出線。PC7PC0：C口輸入/輸出線。A1A0：地址線，用來(lái)選擇8255A內(nèi)部的4個(gè)端口。8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖，其中包括3個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，2個(gè)工作方式的控制電路，1個(gè)讀/寫(xiě)控制邏輯電路和8位數(shù)據(jù)總線緩沖器。各部件的功能如下： 8255有3個(gè)8位并行口，PA、PB和PC。都可以選擇作為輸入/輸出工作模式，但在功能上有點(diǎn)差異。讀/寫(xiě)控制邏輯電路接收CPU發(fā)來(lái)的控制信號(hào)/RD、/WR、RESET、地址信號(hào)A1A0等，然后根據(jù)控制信號(hào)的要求，將斷口數(shù)據(jù)讀出，送往CPU或者將CPU共來(lái)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入端口RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。CS:片選信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊。 RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許8255通過(guò)數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR:寫(xiě)入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫(xiě)8255。D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道 PA口：1個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；1個(gè)8位輸入鎖存器。 PB口：1個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；1個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 PC口：1個(gè)8位的輸出鎖存器；1個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 通常PA口、PB口作為輸入/輸出口，PC可作為輸入/輸出口，也可在軟件的控制下，分為2個(gè)4位的端口，作為端口A、B選通方式操作時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)。（1） A組和B組控制電路 這是2組根據(jù)CPU寫(xiě)入的命令控制8255A工作方式的控制電路。A組控制PA口和PC口的上半部（PC7PC4）；B組控制PB口和PC口的下半部（PC3PC0），本可根據(jù)命令字對(duì)端口的每一位實(shí)現(xiàn)按位置或復(fù)位。16（2） 數(shù)據(jù)總線緩沖器 數(shù)據(jù)總線緩沖器是1個(gè)三態(tài)雙向8位緩沖器，作為8255A與系統(tǒng)總線之間的接口，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。（3） 讀/寫(xiě)控制邏輯電路 圖3-8 8255的引腳圖4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1 控制系統(tǒng)的主程序功能及流程圖主程序完成下述主要功能：1. 初始化程序的設(shè)置；2. 存取車(chē)狀態(tài)的讀入，及車(chē)牌號(hào)的讀入、顯示；3. 存取車(chē)子程序的調(diào)入；4. 給存取車(chē)控制系統(tǒng)的單片機(jī)信號(hào)的傳遞。主程序流程圖如圖4-1所示。開(kāi) 始 初始化鍵盤(pán)掃描子程序存車(chē)鍵取車(chē)鍵NYY調(diào)取車(chē)子程序調(diào) 存 車(chē) 子 程 序給存取車(chē)控制系統(tǒng)發(fā)信號(hào)圖4-1 主程序流程圖 4.2 最優(yōu)車(chē)位的實(shí)現(xiàn)本文研究的自動(dòng)立體停車(chē)庫(kù)有40 個(gè)車(chē)位，共20 層，每層兩個(gè)車(chē)位，當(dāng)有車(chē)存入時(shí)，微處理器需確定存入哪個(gè)車(chē)位，就出現(xiàn)了選取最優(yōu)化車(chē)位的問(wèn)題。最優(yōu)化條件首先是存車(chē)所需時(shí)間最短，其次是以消耗最少能源為準(zhǔn)。存車(chē)的能量消耗主要與提升層數(shù)關(guān)系密切，層數(shù)越低，能量消耗越少。選取最優(yōu)車(chē)位的方法，本論文采用了較簡(jiǎn)單的方法，即根據(jù)車(chē)位的層數(shù)排列出選取的順序，根據(jù)此順序建立一個(gè)現(xiàn)行表最優(yōu)車(chē)位庫(kù)。每個(gè)車(chē)位需兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)表示是否有車(chē)存入，第二個(gè)字節(jié)表示此位置的車(chē)位號(hào)。程序在此線性表中進(jìn)行順序查找。時(shí)間和空間的矛盾是計(jì)算機(jī)世界許多相同的功能出現(xiàn)