基于51單片機控制的障礙檢測器

1、目錄1 緒論12 設(shè)計目的13整體設(shè)計13.1 設(shè)計要求13.2 設(shè)計思路13.3 設(shè)計方案24 硬件電路設(shè)計44.1 單片機系統(tǒng)44.1.1 單片機型號選擇44.1.2 STC89C52硬件簡介54.2 鏡面反射式光電開關(guān)模塊54.3復(fù)位電路和晶振電路64.3.1 復(fù)位電路設(shè)計64.3.2晶振電路設(shè)計64.4 LCD顯示模塊74.4.1液晶1602的工作原理74.4.2液晶1602的引腳說明84.4.3讀寫時序操作及基本操作指令94.5 總體電路設(shè)計104.5.1 各模塊組成104.5.2 元件清單115 程序設(shè)計115.1 程序設(shè)計總思路115.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計125.2.1 主程序12

2、5.2.2 LCD1602初始化136仿真156.1 軟件調(diào)試156.2 仿真結(jié)果156.2.1系統(tǒng)仿真、實際結(jié)果圖157 心得體會178 參考文獻17附錄118元件清單18附錄219源程序：19(1) 頭文件Include.h源程序19(2) 顯示屏lcd1602.c源程序19(3) 主模塊main.c源程序23基于51單片機控制的障礙檢測器1 緒論目前許多的課程設(shè)計都具有一定的智能化，所以檢測障礙物模塊的研究必不可少，這樣可以提高產(chǎn)品的智能化，例如小車循跡，機器人智能行走等等都需要用到智能的障礙檢測器用來提供產(chǎn)品對所處環(huán)境的判斷。本文主要闡述一種基于光電開關(guān)和單片機實時測出前方障礙的設(shè)計。

3、以STC89C52RC單片機為核心，光電開關(guān)檢測前方障礙，實現(xiàn)對產(chǎn)品前方障礙的檢測。該障礙檢測器能將傳感器輸入到單片機的脈沖信號送至LCD1602顯示。軟件部分用C語言進行編程，采用模塊化設(shè)計思想。該系統(tǒng)硬件電路簡單，子程序具有通用性，符合設(shè)計要求。2 設(shè)計目的了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的共工作內(nèi)容和具體設(shè)計方法。培養(yǎng)獨立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)問題的能力；培養(yǎng)查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；工程繪圖的能力；書寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。通過這一學(xué)期的學(xué)習(xí)，覺得課堂上學(xué)到的理論知識沒有能夠及時的轉(zhuǎn)化為動手能力和實驗?zāi)芰Γ?/p>

4、而課程設(shè)計環(huán)節(jié)正好解決了這一隱患，使我們能夠真正的把學(xué)到的理論轉(zhuǎn)換為實踐。鑒于此，本人選擇障礙檢測器儀作為研究方向，一方面為了增進對單片機的認識，加深對單片機理論方面的理解，鞏固所學(xué)理論知識；掌握單片機的內(nèi)部功能模塊的應(yīng)用；另一方面培養(yǎng)自己系統(tǒng)設(shè)計的思想，培養(yǎng)自己的軟件設(shè)計能力，提高自己的動手能力；培養(yǎng)自己查閱相關(guān)資料、撰寫文檔的能力和自學(xué)、科研的能力。3整體設(shè)計3.1 設(shè)計要求利用光電開關(guān)的檢測，觀點開關(guān)在檢測到空心區(qū)域會讓光電開關(guān)的信號通過通過比較器產(chǎn)生高電平送給單片機，在實心區(qū)域會隔離光電開關(guān)的信號通過比較器產(chǎn)生低電平送給單片機，通過高低電平的切換和數(shù)據(jù)處理后我們可以實時的測出前方是否有

5、障礙物。3.2 設(shè)計思路（1）根據(jù)設(shè)計要求，選擇STC89C52RC單片機為核心控制器件。（2）光電開關(guān)和碼盤組成脈沖采集模塊。（3）實時檢測結(jié)果顯示采用LCD1602液晶顯示屏。3.3 設(shè)計方案障礙檢測器由五部分組成，有單片機的核心的主控電路，有提供時鐘信號的晶振電路，有提供初始化的復(fù)位電路，有顯示結(jié)果的顯示電路，還有主要的障礙檢測電路。五個模塊各司其職，又緊密聯(lián)系，當(dāng)光電開關(guān)模塊檢測到前方有障礙物時輸入高電平給單片機，再由單片機控制1602顯示屏顯示“異?！弊謽?；當(dāng)光電開關(guān)模塊檢測到前方?jīng)]有障礙物時輸入低電平給單片機，再由單片機控制1602顯示屏顯示“正?！弊謽?。4 硬件電路設(shè)計4.1 單

6、片機系統(tǒng)4.1.1 單片機型號選擇單片機就是將微處理器、存儲器、總線、定時器/計數(shù)器、輸入/輸出接口、中斷系統(tǒng)和其它多種功能器件集成在一塊芯片上的微型計算機。具有可靠性高、便于擴展、控制功能強、控制指令豐富、低電壓、低功耗、片內(nèi)存儲容量較小、集成度高、體積小、性價比高、應(yīng)用廣泛、易于產(chǎn)品化等特點。所以單片機的選擇很必要，選擇合適的單片機不僅能做到資源合理利用，更是能更有效的幫助我們完成設(shè)計內(nèi)容，達到理想的設(shè)計成果。在此次研究中，我根據(jù)單片機內(nèi)部的指令結(jié)構(gòu)，程序存儲方式以及功能等幾個方面選擇了STC89C52這種單片機。4.1.2 STC89C52硬件簡介STC89C52單片機作為核心控制體，該

7、單片機具有高可靠，超低價，低功耗，無法解密等優(yōu)點。該單片機屬于雙列直插式封裝的PDI40口管腳。具有4個輸入輸出端口，分別為PORT0、PROT1、PROT2、PROT3，其中P0口是一組8位漏極開路型雙向IO口，校驗時，要求接上拉電阻。其他三個內(nèi)部有30K的電阻，所以不用再外接電阻。此單片機具有6個中斷，其中包括三個定時器中斷，二個外部中斷，一個串口中斷，為全雙工通信口。內(nèi)部有靜態(tài)非易失EEPROM和看門狗。片內(nèi)含8Kbbytes的可反復(fù)檫寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），功能強大，適合許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場合。相比較其他芯片來說比較適合學(xué)生

8、試驗所用，故采用此單片機作為核心控制芯片。核心控制器件選用STC89C52單片機。STC89C52單片機為40管腳雙列直插芯片，它是一種高 性 能，低 功 耗 的8位CMOS微 處 理 器 芯 片，市 場 應(yīng) 用 最 多。而 且 價 格 便 宜，控 制方便，便于應(yīng)用有4個I/O口分別為P1、P2、P3、P4。其中每一個管腳都能做獨立的輸入輸出管腳，它的第9腳位復(fù)位管腳，接上電容和上拉電阻再帶個開關(guān)構(gòu)成復(fù)位電路。18,19管腳接外部晶振和兩個微調(diào)電容構(gòu)成外部晶振電路。單片機、復(fù)位電路、晶振、電源構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)。4.2 鏡面反射式光電開關(guān)模塊光電開關(guān)由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，然后用

9、數(shù)字積分光電開關(guān)或RC積分方式排除干擾，最后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅(qū)動器輸出光電開關(guān)控制信號。利用光學(xué)元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化；利用光束來反射物體；使光束發(fā)射經(jīng)過；長距離后瞬間返回。光電開關(guān)是由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成。發(fā)射器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強度在發(fā)射中經(jīng)過多次選擇，朝著目標不間接地運行。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一

10、電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。工作原理在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。4.3復(fù)位電路和晶振電路4.3.1 復(fù)位電路設(shè)計圖2 復(fù)位電路4.3.2晶振電路設(shè)計圖3

11、晶振電路4.4 LCD顯示模塊4.4.1液晶1602的工作原理1602液晶應(yīng)用非常廣泛，操作簡單，功能強大，采用1602液晶顯示各種數(shù)字信息最為合適，通過對單片機的編程來控制DS1302和DS18B20芯片的讀寫操作來獲取相應(yīng)的信息，再通過對液晶的編程控制將獲取到的信息通過一系列轉(zhuǎn)換從而顯示到1602液晶上。最后達到有實時時鐘、萬年歷、溫度測量、秒表、鬧鐘等功能。系統(tǒng)論證時通過在單片機學(xué)習(xí)板上的試驗操作，能夠達到預(yù)期的效果。具體電路的制作是很簡單的，就接了兩個電阻，一個是10歐姆的背光限流電阻，另一個是2K的LCD極板電壓調(diào)節(jié)電阻。這兩個電阻的阻值怎么定呢？背光比較簡單，它就相當(dāng)于在后面接了幾

12、個發(fā)光二極管，任何時候只要在15、16腳串上個100歐的電位器接上電源，調(diào)節(jié)電位器，覺得亮度合適。此時的阻值便可。LCD液晶極板驅(qū)動電壓調(diào)節(jié)電阻的確定就稍微麻煩一點。在各數(shù)據(jù)線，控制線接好關(guān)通上電源的前提下在第3腳(VEE)和地之間接一個10K的電位器。調(diào)節(jié)電位器。當(dāng)3腳電壓高時為全亮，電壓為0時為全暗(液晶全顯示為黑塊)。用電位器把屏幕從全暗剛好調(diào)到變亮。這時便可調(diào)試程序。待屏幕能正確顯示后再細調(diào)電位器，使對比度合適。這時的阻值便可確定，然后換成等值的固定電阻焊上便可。表1 基本參數(shù)4.4.2液晶1602的引腳說明圖4 LCD1602引腳圖表2 各引腳說明4.4.3基本操作指令1602液晶模

13、塊的讀寫操作、屏 幕 和 光標的操作都是通 過 指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）。 指令1：清顯示，指令碼01H,光標復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標 復(fù) 位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設(shè)置I/D：光 標移動方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯 示 開關(guān)控制。D：控制整體顯 示 的 開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標 或 顯示移 位&

14、#160;S/C：高電平時移 動 顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設(shè) 置 命令DL：高電平時 為 4位 總 線 ，低電平時為8位 總 線 N：低電平時 為 單行顯示，高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。  指令8：DDRAM地址設(shè)置。  指令9：讀忙信號和光標地址BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。  指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。4.4.4讀寫時序操作（1）寫操作： 當(dāng)我們要寫指令

15、字，設(shè)置LCD1602的工作方式時：需要把RS置為低電平，RW置為低電平，然后將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0D7，最后E引腳一個高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。  當(dāng)我們要寫入數(shù)據(jù)字，在1602上實現(xiàn)顯示時：需要把RS置為高電平，RW置為低電平，然后將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0D7，最后E引腳一個高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。 發(fā)現(xiàn)了么，寫指令和寫數(shù)據(jù)，差別僅僅在于RS的電平不一樣而已。（2）讀操作：4.5 總體電路設(shè)計4.5.1 各模塊組成（1）根據(jù)設(shè)計要求，選擇STC89C52RC單片機為核心控制器件。（2）光電開關(guān)脈沖采集模塊。（3）LCD1602液晶顯示屏。（4）復(fù)位電路。（5）晶振電路。4.5.2

16、 使用元件介紹（1）主控芯片:STC89C52RC一塊，光電模塊一個。（2）電阻10K一個(作為復(fù)位電路上拉電阻),10uf電解電容(復(fù)位充電)。（3）LCD1602液晶顯示屏（實時顯示當(dāng)前里程），排阻一個(P0口上拉電阻)。（4）30pf電容兩個和12MHZ晶振一個（晶振穩(wěn)頻，電容濾波）。圖7 整體電路圖5 程序設(shè)計5.1 程序設(shè)計總思路根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，光電模塊子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖所示。開始Lcd1602初始化前方有障礙物？ Yes No顯示正常顯示異常圖8 主程序框圖5.2 系統(tǒng)具體程序設(shè)計5.2.1 主程序設(shè)計通過

17、查詢光電開關(guān)傳輸?shù)母叩碗娖剑瑱z測光電開光前方是否有障礙物。int main(void) LCD_Init(); while(1)if(!KeyPress)Disp_Normal();while(!KeyPress);LCD_Clear();elseDisp_Unusual();while(KeyPress);LCD_Clear();return 0;5.2.2 LCD1602初始化子程序設(shè)計Lcd1602初始化為對相關(guān)寄存器的配置，LCD的配置分為寫數(shù)據(jù)和些命令,需要對RS拉高拉低進行選擇void LCD_Init() LCD_WriteCmd(0x38);/*功能設(shè)定*/ Delayms(1

18、);/*延時1ms確保數(shù)據(jù)準確送達,下同*/ LCD_WriteCmd(0x01); /*清屏，將光標移至左上角*/ Delayms(1); LCD_WriteCmd(0x06);/*設(shè)定進入模式*/ Delayms(1); LCD_WriteCmd(0x0c);/*打開顯示器開關(guān)*/ Delayms(1);void LCD_WriteCmd(u8 cmd) RS = 0;/*拉低進入命令寫入模式*/ EN = 0; P0 = cmd; EN = 1;/*使能數(shù)據(jù)口接收信號*/ Delayms(1);/*延時確保命令寫入*/ EN = 0;void LCD_WriteData(u8 dat)

19、RS = 1;/*拉高進入數(shù)據(jù)寫入模式*/ EN = 0; P0 = dat; EN = 1; Delayms(1); EN = 0;6仿真6.1 軟件調(diào)試軟件仿真過程應(yīng)該為：首先，繪畫出ptotues的電路圖，然后再在kiel4中編寫程序，再然后進行編譯，kiel4中生成王建成110910099.hex文件，再把hex文件添加到protues中的單片機里，再進行仿真，從而得以完成整個的軟件仿真。6.2 仿真結(jié)果6.2.1 系統(tǒng)仿真、實際結(jié)果圖程序編譯情況如圖9所示，主函數(shù)負責(zé)調(diào)用子函數(shù)，以及對光電開關(guān)的查詢。其中的while部分就是查詢光電開關(guān)是否檢測到障礙物的，通過條件判斷開關(guān)，然后顯示結(jié)

20、果，再清屏。圖9 程序調(diào)試圖實物仿真圖如圖10所示，第一幅圖中所示，當(dāng)接地開關(guān)斷開時，P3.4為高電平，表明，光電開關(guān)前方?jīng)]有障礙物，所以顯示屏顯示“異?！弊謽?。第二幅圖中所示，當(dāng)接地開關(guān)閉合時，P3.4為低電平，表明，光電開關(guān)前方有障礙物，所以顯示屏顯示“正?！弊謽?。 圖10 proteus仿真圖6.3實物安裝與文字說明（1）準備元器件，準備焊接；（2）正確焊接元器件，做到不漏焊，不虛焊；（3）焊接好后檢測電路是否焊接有誤，有則及時改正，注意檢查電路的電源和地是否焊接正確；（4）安好全部元器件后，進行調(diào)試；（5）調(diào)試過程：若光電開關(guān)前有障礙物就顯示正常，否則顯示異常如圖11所示 圖 11 實

21、物結(jié)果圖7 心得體會不知不覺地緊張而有序的兩周課程設(shè)計結(jié)束了，回想起來，我感覺學(xué)到了許多有用的知識，以前只是在課堂上，理論性的學(xué)習(xí)過三極管、運算放大器、電容、電阻、單片機，并不知道在實際中如何去運用，計算。甚至不會讀取電阻、電容的阻值；如何去選取電子元器件。通過這兩周的課程設(shè)計，我慢慢得學(xué)會了如何去排除電路的故障，如何解決現(xiàn)有的問題，去分析電路的作用。進一步加強了對單片機編程能力，同時也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。印象最深的是電路設(shè)計焊接完畢后進行調(diào)試，剛開始的時候，自己不知道如何去調(diào)試，從何下手，經(jīng)過指導(dǎo)教師的指點，我一步步進行調(diào)試。在調(diào)試過程中損毀了不少的電器元器件，從損毀的電器元器件中，摸索學(xué)

22、到了如何維修電路，從何下手去檢查電路中出現(xiàn)的故障，自己如何解決故障。我是總想追求完美的人，可總不那么完美。但是我比較驕傲的是我用這兩周的時間讀懂了本次黑線檢測器電路，和更深遠的知識。能夠解決電路中的一般性質(zhì)的問題。這是值得慶幸的事。在這里我很感謝學(xué)校和肖老師給我這次機會，也很感謝自己給了自己一次機會?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在整整半個月的日子里，我學(xué)到很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的內(nèi)容。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)

23、論，才是真正的知識，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程遇到了各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計，把以前所學(xué)過的知識重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識。參考文獻【1】譚浩強編著.C程序設(shè)計第二版M北京:清華大學(xué)出版社,1999 【2】徐愛鈞、彭秀華單片機高級語言C51 應(yīng)用程序設(shè)計-北京:北京航空航天大學(xué)出版社2006.1 【3】薛均義、張彥斌. MCS-51 系列單片微型計算機及其應(yīng)用-西安:西安交通大學(xué)出版社 2005.1 【4】樓然苗.51系列單片機設(shè)計實例北京：北京航空航天大學(xué)出版社20

24、06【5】黃智偉傳感器應(yīng)用設(shè)計實例制作一北京：電子工業(yè)出版社2006.4 附錄1元件清單： 2014 年 7月 4 日課題題目基于51單片機控制的障礙檢測器設(shè)計者王建成指導(dǎo)老師肖婧系統(tǒng)功能簡介 結(jié)合光電開關(guān)和單片機測出光電開關(guān)前方的障礙物并在LCD1602上顯示正常，異常；若前方有障礙就顯示正常，沒有就顯示異常。系統(tǒng)原理框圖所需元器件10k電阻一個；10k滑動變阻器一個；10uf電解電容一個；30pf電容兩個；10k排阻一個；開關(guān)一個；光電開關(guān)一個；LCD1602顯示屏一個；STC89C52單片機一片；指導(dǎo)老師意見發(fā)件人（簽名） 年 月 日領(lǐng)件人（簽名） 年 月 日附錄2源程序：(1) 頭文件

25、Include.h源程序：#ifndef _INCLUDE_H #define _INCLUDE_H#include <reg51.h>typedef unsigned char u8;typedef unsigned int u16;void LCD_Init(void);void LCD_Clear(void);void LCD_WriteStr(u8 x,u8 y,u8 *str);void Disp_Normal(void);void Disp_Unusual(void);#endif（2） 顯示屏lcd1602.c源程序：#include <reg51.h>#

26、include <intrins.h>typedef unsigned char u8;typedef unsigned int u16;sbit RS = P20;sbit EN = P21;unsigned char Code=0x00,0x00,0x00,0x0f,0x01,0x01,0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x1e,0x00,0x00,0x00,0x00,0x05,0x05,0x05,0x05,0x0f,0x00,0x00,0x00,0x1c,0x00,0x00,0x00,0x1e,0x00,0x00,0x00,/*正,15*14*/ 0x01,0

27、x05,0x03,0x01,0x0f,0x08,0x07,0x04,0x00,0x00,0x08,0x10,0x1c,0x04,0x18,0x08, 0x07,0x01,0x07,0x05,0x01,0x01,0x01,0x00,0x18,0x00,0x18,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,/*常,15*14*/ 0x00,0x07,0x04,0x07,0x04,0x07,0x02,0x0f,0x00,0x1c,0x04,0x1c,0x02,0x1c,0x08,0x1e,0x02,0x02,0x02,0x02,0x04,0x00,0x00,0x00,0x08,0x08,0x0

28、8,0x08,0x08,0x00,0x00,0x00/*"異",0*/;void Delayms(u16 ms) u8 i;while(ms-) for(i=0;i<120;i+);void LCD_WriteCmd(u8 cmd)RS = 0;EN = 0;P0 = cmd;EN = 1;Delayms(1);EN = 0;void LCD_WriteData(u8 dat)RS = 1;EN = 0;P0 = dat;EN = 1;Delayms(1);EN = 0;void Disp_Normal(void)u8 i;LCD_WriteCmd(0x40);for

29、(i=0;i<64;i+)LCD_WriteData(Codei);Delayms(5); LCD_WriteCmd(0x80);LCD_WriteData(0x00);LCD_WriteData(0x01);LCD_WriteCmd(0xc0);LCD_WriteData(0x02);LCD_WriteData(0x03);LCD_WriteCmd(0x80+2);LCD_WriteData(0x04);LCD_WriteData(0x05);LCD_WriteCmd(0xc0+2);LCD_WriteData(0x06);LCD_WriteData(0x07);void Disp_Unusual(void)u8 i;L