自動立體停車庫控制系統設計.doc

目 錄1 引言12 系統總體方案設計42.1 控制原理42.2 控制功能42.3 方案設計53 系統硬件設計63.1 單片機的發(fā)展趨勢63.2 單片機的選擇73.3 89C51的引腳介紹83.4 單片機最小系統的設計113.5 顯示鍵盤電路的設計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 系統的軟件設計224.1 控制系統的主程序功能及流程圖234.2 最優(yōu)車位的實現234.3 鍵盤掃描子程序264.4 顯示子程序274.5 存車信號處理子程序284.6. 取車信號處理子程序295 總結30參考文獻31謝 辭32附錄一33附錄二421 引言近幾年來，隨著我國國民經濟和汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，汽車保有量快速增長。北京、上海等大城市以每年15萬輛的速度增加，而道路建設及停車位的建設遠低于此。停車難所導致的占道停車、占用綠地停車，不僅使交通堵塞問題更加嚴重，而且涉及到投資環(huán)境和城市現象，日益引來各方人士的關注。如果停車難問題和交通擁擠問題得不道妥善解決，將同時影響了轎車進入家庭的步子，影響汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，影響國民經濟的穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展。1997年，深圳注冊車輛40萬輛，異地注冊在深圳行駛車輛12萬輛，停車位僅4萬多個，北京機動車保有量近140萬輛加上每天幾十萬輛進京車輛，公共停車位僅8萬多個。廣州市機動車輛保有量為90萬輛，外地進市車輛10萬輛，共100萬輛，僅有停車位9萬個。專家指出只有公共停車位置達到機動車輛總數的1525%左右，才能緩解停車難問題。香港擁有注冊機動車輛53 萬輛，停車位40 萬個，與之相比，我們是有很大差距的。進入21世紀以來，隨著我國社會與經濟的發(fā)展，轎車特別是私家轎車的生產量和社會保有量迅速增加。近幾年來，我國私人購車占售車總量的比例大幅遞增，到1999年己經突破了50%中國汽車需求量和保有量出現了加速增長的趨勢。2000到2002年實際汽車保有雖分別為1608. 91萬、1802. 04萬和2053. 17萬輛，年平均增長速度分別達到了10.73%、12%、13.94%。2003年汽車保有量達到2353萬量，比2002年增長14.6%。以上事實說明，2004-2010年我國汽車保有量以及由此帶動的汽車需求量將繼續(xù)呈加速增長的趨勢。隨著居民收入提高、汽車價格的下降和消費環(huán)境的改善，預計2004-2010年，中國汽車保有量將以16%以上的速度增長。以2002年的實際值為基數，假定2004 -2010年汽車保有量按16 %的速度增長，則到2010年我國汽車保有量將在6650萬一8431萬輛之間。另外，新增汽車需求量與汽車保有量呈線性關系，即新增汽乍需求量=新增汽車保有量+汽車更新量，如果汽車更新量為汽車保有量的6%，則新增汽車需求量=新增汽車保有量+0.06汽車保有量。因此，可以推算出2010年汽車的年銷量將達到1317萬1911萬量之間。隨著汽車數量日益劇增，解決停車問題日益嚴重，尤其是居民小區(qū)、人型公共消費場所等，寸一上如金，停車場向空間發(fā)展，己勢在必行。根據有關市場調查，目前在大中型城市對立體車庫的年需求量至少為10萬個車位，但該類產品供應量很少，國內只有30家左右企業(yè)的少量產品供應市場。外國的相關公司吞好這一巨大的市場，目前開始有產品向中國出口，但足其價格高，使用成本與收費高，使國內市場難以接受，限制其推廣使用在我國，除北京、上海等特大城市外，沿海工業(yè)發(fā)達、人口密集的城市和地區(qū)也已經陸續(xù)開始安裝和使用立體停車庫，表現出強勁的市場需求。所以從技術、市場、政策等諸多因素分析，該項目已經具備了良好的開發(fā)條件 就有重要的現實意義 立體車庫與傳統的自然地下車庫想比，有許多方面多顯示出優(yōu)越性： 首先，立體車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的底下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據40平方米的面積，如果采用雙層立體車庫，可以使地面的使用率提高80%-90%。例如采用地上多層立體車庫，50平方米的地面積上便可存放放10輛車，這可以大大地節(jié)省有限的上地資源，少量節(jié)省建設開發(fā)成本。 其次，立體車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內或車不停準位置，由電子控制的整個設條便不會運轉。應該說，立體車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。 在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。立體車庫一般不做成套系統，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設立立體車庫。這對目前車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了有效途徑。立體車庫的國內外發(fā)展現狀 立體車庫的發(fā)展在國外，尤其在日本己有近30至40年的歷史史，無論在技術上還是在經驗上均己獲得了成功。美、德、日、韓等國家的產品代表了國際的領先水平，國內立體車庫多為進口德國和韓國的產品。在西歐、東南亞、韓國和日本得到了廣泛的應用，形成了一個包括制造、安裝、使用和維修的行業(yè)體系。我國于90年代初開始研究開發(fā)立體車庫，距今己有20幾年的歷程。由于很多新建小區(qū)內住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地而積與住住戶商用而積的矛盾，立體車庫以其平均單車占地面積小的獨特特性，己被廣大用戶接受。 立體車庫的種類比較多，目前國內外比較流行的型式有:1.升降橫移式該類的主要特點在于:a.節(jié)省占地，配置靈活，建設周期短。b.價格低，消防、外裝修、建設、地基等投資少。c.可采用自動控制，構造簡單，安全可靠。d.存取車迅速，等候時間短。e.運行平穩(wěn)，工作噪聲低。f.適用于商業(yè)、機關、住宅小區(qū)配套停車場的使用。 韓國和德國公司的這類產品比較多，二層升降橫移式立體車庫特別適應于原有地庫自走式停車場的改造工程。多層升降橫移式主要適應于高度不受限制的平面自走式停車場的改造，結構簡單且都已模塊化。2.巷道堆垛式或垂直式 巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機進行存取，因此對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成木較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數需要較多的客戶使用。3.垂直提升式 垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機的兩側布置車位，一般地面需一個汽車旋轉臺，可省去司機調頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高(幾十米)，對設備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。4垂直循環(huán)式此類型的車庫具有如卜特點: a.占地少，兩個泊位面積可停6至10輛車。b.外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。c.價格低，地叢、外裝修、消防等投資少，建設周期短。d.可采用自動控制，運行安全可靠。本論文是針對目前國內停車業(yè)的發(fā)展狀況而設計的將車位控制系統。車位控制系統對要存入車輛完成車號輸入、車號顯示、存儲、選擇最優(yōu)車位及將確定的車位信號傳輸等功能；對取出車需完成車號輸入、車號查找、顯示確定車位及車位信號的傳輸等功能。車位控制系統的控制功能分三部分：第一部分為共享功能：車號輸入功能，車號顯示功能。第二部分是存車信號處理功能。車號的存儲功能，存入車輛的最優(yōu)存入車位的選擇功能，最優(yōu)存入車位的顯示功能，最優(yōu)車位的信號處理和傳輸功能，第三部分為取車信號處理功能：1.需取出車輛車號的查找功能，需取出車輛的車位號顯示功能，需取出車輛的車位號的信號傳輸功能。停車業(yè)在國外已有近三十年的發(fā)展史，在我國大部分技術是引進的，不僅起步晚，也不很成熟，但市場潛力十分大，有待于我們去拓展。2 系統總體方案設計2.1 控制原理車位控制系統主要實現了對各種數據的處理，對車牌號的存儲及定位處理，選取最優(yōu)車位時對尋優(yōu)軌跡的數據處理以及車牌號查找時的數據查找等的處理。微處理器需處理不同數據，有時也較繁雜。各種數據不能隨意亂存放，必須根據具體數據的特點按一定的規(guī)則來組織和存放。本文根據各數據元素之間的相互關系，對數據進行了有效的組織，解決了數據存儲方式，并設計出對應的數據處理算法。各數據元素之間的相互關系有兩層含意：一種指各數據元素之間的抽象關系，如先后關系、層次關系等即邏輯關系；另一種指在計算機中存放地址之間的關系，即存儲結構。邏輯關系只考慮數據元素之間邏輯上的先后次序，不分上下層次，稱為線性結構。如數據元素之間在邏輯上還有上下層關系或元素之間互相聯系的情況不規(guī)則，不能簡單地用線性關系來表達時，屬于非線性結構。邏輯結構最終必須以某種具體的形式實現，這種具體的形式就是存儲結構，可用四種基本方法來實現。第一種為順序存儲，即將各數據元素按邏輯上的順序存入在一段連續(xù)的空間內，并使邏輯上相鄰的元素在想念空間上相鄰；第二種為鏈式存儲，各數據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)的若干個地址上，通過鏈接指針表示各元素相鄰的關系；第三種為索引存儲，在這種存儲方式中保存有一個索引表，索引表的每一項由兩部分組成，其中一項表示數據元素的關鍵字，另一項中保存有對應數據元素的實際存放地址；第四種為散列存儲，即直接利用數據元素的關鍵字來計算該數據元素的實際存放地址。車位控制系統處理的數據之間在邏輯上只有先后次序，不分上下層次，都屬于線性結構，存儲結構上則各有不同。數據元素的邏輯設計和存儲設計之后要確定算法。數據處理都有一定目的，實現這個目的的處理方法稱為算法。 2.2 控制功能本章所研究的車位控制系統的控制功能分三部分：第一部分為共享功能；第二部分是存車信號處理功能；第三部分為取車信號處理功能。1一、共享控制功能共享功能是指無論存車或取車都需應用的功能。主要有：1.車號輸入功能，即將要存入或取出的車輛的車牌號從鍵盤上輸入；2.車號顯示功能，即將從鍵盤上鍵入的車牌號碼在顯示器上顯示出來，以便確認是否輸入正確。二、存車信號處理功能存車信號處理功能是指車位控制系統在有車輛需存入車庫所應完成的功能，主要包括以下幾項：1.車號的存儲功能，即將鍵盤上輸入的車牌號碼存入單片機的存儲器中；2.存入車輛的最優(yōu)存入車位的選擇功能，即根據現有的車輛存入情況選擇最優(yōu)存入車位的功能；3.最優(yōu)存入車位的顯示功能，即將已選定的最優(yōu)車位在顯示器上顯示出來的功能；4.最優(yōu)車位的信號處理和傳輸功能，即將選定的最優(yōu)車位轉換成信號并將信號傳輸給存取車控制系統的功能。三、取車信號處理功能取車信號處理功能是指停車庫中已存入車輛需取出時所需功能，主要有以下幾項：1.需取出車輛車號的查找功能，即根據輸入的車牌號碼，在已存入車輛中查找需取出車輛的位置；2.需取出車輛的車位號顯示功能，即將需去取出車輛的存放車位號在顯示器上顯示出來；3.需取出車輛的車位號的信號傳輸功能，即將需取出車輛的車位號處理后傳輸給存取車控制系統的功能。 2.3 方案設計車位控制指對要存入車輛完成車號輸入、車號顯示、存儲、選擇最優(yōu)車位及將確定的車位信號傳輸等功能；對取出車需完成車號輸入、車號查找、顯示確定車位及車位信號的傳輸等功能?？刂泼姘迨擒囄豢刂撇糠值慕M成部分之一，面板上有輸入鍵和顯示器，輸入鍵包括數字鍵、字母鍵及存取車、確定、刪除、手動/自動、開門、關門、急停等控制鍵。顯示器是8 位的，六位用來顯示車牌號，兩位顯示車位號。為了實現車位控制系統和各項控制功能，本文設計了一個微處理器專用控制系統，主要由單片機、儲存器、顯示器、鍵盤和接口芯片組成。圖1-1 是車位控制系統的硬件結構框圖程序存儲器鍵 盤單 片 機數據存儲器停車位顯示燈看 門 狗控制面板LED顯示圖2-1 硬件結構框圖3 系統硬件設計 3.1 單片機的發(fā)展趨勢現在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數不勝數，應有盡有，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，為單片機的應用提供廣闊的天地。2 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。89C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。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，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。 2.微型單片化 現在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、片內數據存儲器(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PWM (脈寬調制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。此外，現在的產品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小。3現在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機構成的系統正朝微型化方向發(fā)展。3.主流與多品種共存現在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以89C51為核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統的有PHILIPS公司的產品，ATMEL公司的產品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以89C51為核心的單片機占據了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機產量與日俱增，與其低價質優(yōu)的優(yōu)勢，占據一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。 3.2 單片機的選擇美國Intel公司1980年推出了MCS-51系列高檔8位單片機。提高了芯片的集成度，性能上大為提高，增加了多種片內硬件功能，并擴展了功能單元的種類和數量。4MCS-51單片機硬件結構及其一些主要特點：1.內部程序存儲器和內部數據存儲器2.輸入/輸出口MCS-51單片機內的I/O口的數量和種類較多且齊全，尤其是它有一個全雙工的串行口。3.外部程序存儲器和外部數據存儲器尋址空間MCS-51可對64KB的外部數據存儲器尋址且不受該系列中各種芯片型號的影響，而對程序存儲器是內外總空間為64KB.4.中斷與堆棧MCS-51有5個中斷源，分為2個優(yōu)先級，每個中斷源的優(yōu)先級是可編程的，它的堆棧位置也是可編程的，堆棧深度可達128字節(jié)。MCS-51子系列有2個16位的定時/計數器，通過編程可以實現四種工作模式。MCS-52子系列有3個16位的定時/計數器。MCS-51在內部RAM中開設了四個通用工作寄存器區(qū)，共32個通用寄存器，以適應多種中斷或子程序嵌套的要求。6.指令系統MCS-51是一個功能很強的指令系統，主要表現在MCS-51的指令系統中增添了減法、乘法、除法、比較、堆棧操作和多種位操作指令。5當振蕩器頻率接最高12MHZ時，大部分指令執(zhí)行時間為1s，少部分為2s，乘除指令的執(zhí)行時間也只有4s。7.布爾處理器特別值得一提的是MCS-51的布爾處理器。它實際上是一個完整的一個微計算機，這個一位的微機有自己的CPU ,位寄存器、I/O口和指令集。把八位微機和一位微機結合在一起，是微機技術上的一個突破。一位機在開關決策、邏輯電路仿真和實時測控方面非常有效，而八位機在運算處理、智能儀表常用的數據采集方面有明顯的長處。在MCS-51系列單片機中八位機和一位機（布爾處理器）的硬件資源是復合在一起的，二者相輔相成，這是MCS-51在設計上的精美之處，也是一般微機所不具備的。 3.3 89C51的引腳介紹掌握MCS-51單片機，應首先了解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。目前大多樹為此類封裝方式。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只是無用的引腳）如圖3-1所示740只引腳按其功能來分，可分為如下3類：1. 電源及時鐘引腳：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8位I/O口的外部引腳。下面結合圖3-1來介紹各引腳的功能。電源及時鐘引腳1電源引腳電源引腳接入單片機的工作電源（1） Vcc(40引腳)：接+5V電源。（2） Vss(20引腳)：接地2時鐘引腳2個時鐘引腳XTAL1，XTAL2外接晶體與片內的反相放大器構成了1個振蕩器，它為單片機提供了時鐘信號。2個時鐘引腳也可以外接獨立的晶體振蕩器。XTAL1是片內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，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。8晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內選擇。電容取30PF左右。型號同樣為AT89C51的芯片，在其后面還有頻率編號，有12,16,20,24MHz可選。大家在購買和選用時要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振蕩頻率為24MHz,40P6封裝的普通商用芯片。根據綜上分析，此次設計中的最小系統的設計采用89C51芯片作為最小系統芯片是最佳選擇。（1）XTAL1（19引腳）：接外部晶體的1個引腳。該引腳內部是1個反相放大器的輸入端。這個反相放大器構成了片內振蕩器/如果采用外接晶體振蕩器時，此引腳應接地。（2）XTAL2（18引腳）：接外部晶體的另一端，在該引腳內部接至內部反相放大器的輸出端。若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘振蕩器的信號，即把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。2控制引腳此類引腳提供控制信號，有的引腳還具有復用功能。（1）RST/Vpd(9引腳)：RST（RESET）是復位信號輸入斷，高電平有效。當單片機運行時，在此引腳加上持續(xù)時間大于2個機器周期的高電平時候，就可以完成復位操作。在單片機正常工作時，此引腳應為0.5V低電平。Vpd為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入斷。當主電源Vcc發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時，將+5V電源自動接入RST端，為內部RAM提供備用電源，以保證片內RAM中的信息不丟失，從而使單片機在復位后能繼續(xù)正常運行。ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號，當單片機上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。當單片機訪問外部存儲器時，ALE輸出信號的負跳沿用于單片機發(fā)出的低8位地址經外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。即使不訪問外部鎖存器，ALE端仍有正脈沖號輸出，此頻率為時鐘振蕩頻率的1/6。如果有脈沖信號輸出，則單片機基本上是完好的。應該注意的是，每當MCS-51訪問外部數據存儲器時，在2個機器周期中ALE只出現1次，即丟失1個ALE脈沖。因此，嚴格來說，用戶不宜用ALE做精確的時鐘源或定時信號。ALE端可以驅動8個LS型TTL負載。/PROG為本引腳的第二功能。在對片內EPROM型單片機編程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端（3）/PSEN：程序存儲器允許輸出控制端。在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。此引腳外接部程序存儲器的/OE端。/PSEN端可以驅動8個LS型TTL負載。 如果檢查一個MCS-51單片機應用系統上電后，CPU能否正常到外部程序存儲器讀取指令碼，可用示波器查/PSEN端有無脈沖輸出。 （4）/EA/Vpp（Enable Address/Voltage Pulse of Programing,31腳）：/EA功能為內外程序存儲器選擇控制端。 當/EA引腳為高電平時，單片機訪問片內程序存儲器，但在PC（程序計數器）值超過0FFFH時，即超出片內程序存儲器的4KB地址范圍，將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內的程序。 當/EA引腳為低電平時，單片機則只訪問外部程序存儲器，不論是否有內部程序存儲器。對于8031來說，因其無內部程序存儲器，所以該引腳必須接地，這樣只能選擇外部程序存儲器。 Vpp為本引腳的第二功能。在對EPROM型單片機8751內EPROM固化編程時，用于施加叫高的編程電壓。10對于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）及數據總線分時復用口，可驅動8個LS型TTL負載。（2）P1口：8位準雙向I/O口，可驅動4個LS型TTL負載。（3）P2口：8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用，可驅動4個LS型TTL負載。（4）P3口：8位準雙星I/O口，雙功能復用口，可驅動4個LS型TTL負載。這里要特別注意準雙向與雙向三態(tài)口的差別。P1口，P2口，P3口是3個8位雙向的I/O口，各口線在片內均有固定的上拉電阻。當這3個準雙向I/O口作輸入口使用時，要向該口先寫1，另外準雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O口。其引腳圖如下所示：圖3-1 89C51引腳圖 3.4 單片機最小系統的設計 （1）此次設計選用89C51的最小系統，89C51內部有4KB閃爍存儲器，芯片本身就是一個最小系統。11在能滿足系統的性能要求情況下，可優(yōu)先考慮采用此種方案。用這種芯片構成的最小系統簡單很可靠。用89C51單片機構成的最小應用系統時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，該系統與其他最小系統相比，省去了外擴程序存儲器的工作，該最小應用系統只能用作一些小型的數字量的測控單元。單片機最小系統電路如圖32所示 圖3-2 89C51最小系統（2） 看門狗電路設計MCS-51的PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能會使程序陷入死循環(huán)。指令和軟件技術不能使失控的程序擺脫死循環(huán)的困境，這時系統將完全癱瘓。如果操作人員不在場，可按下人工復位按鈕，強制系統復位。但操作人員不可能一直監(jiān)控著系統，即使監(jiān)視著系統，也往往是在引起不良后果之后才進行人工復位。能不能不要人來監(jiān)視，就能使系統擺脫死循環(huán)，重新執(zhí)行正常的程序呢？這可采用“看門狗”技術來解決這一問題。12“看門狗”技術就是使用一個計數器來不斷計數，監(jiān)視程序循環(huán)運行。若發(fā)現時間超過已知的循環(huán)設定時間，則認為系統陷入了死循環(huán)，這時計數器溢出，然后強迫系統復位，在復位入口0000H處安排一段出錯處理程序，使系統運行進入正軌.另外，在單片機系統運行時，有可能會發(fā)生電源掉電的意外情況，一些重要的數據可能丟失。這時需要系統應首先檢測到電源的變化，然后通過切換電路把備用電池接入系統，以保護RAM中的數據不丟失。目前看門狗電路和掉電保護電路，都已經集成在一片微處理器監(jiān)控芯片中。因此MCS-51只需要擴展一片微處理器監(jiān)控芯片即可。這類芯片集成化程度高，功能齊全，具有廣闊的應用前景。在單片機應用系統中使用微處理器監(jiān)控芯片，可以大大提高單片機應用系統的抗干擾能力和可靠性。1）復位電路微處理器在上電、掉電及低壓供電時，監(jiān)控器產生脈沖信號這可以保證微處理器實現上電自動復位：當供電壓過低時，防止CPU失控。電源電壓Vcc升到1V時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Vcc高于復位門限電平時，RESET并不馬上變?yōu)楦唠娖?，而是要滯后一個復位脈沖寬度（約200ms）后再變?yōu)楦唠娖健．擵cc低于復位門限電平，RESET引腳馬上變成低電平，即使以后Vcc恢復且高于復位門限電平，RESET也不馬上變成高電平，而是要延遲一個復位脈沖寬度。掉電時，Vcc只要低于復位門限電平，RESET立即變?yōu)榈碗娖健?）看門狗電路此次設計選用MAX690A微處理器做為監(jiān)控器芯片。14看門狗電路計數器定時電路，在WDI端輸入一個脈沖（TTL電平，寬度可小至50ms），定時器開始計數。若WDI引腳懸空或接至阻態(tài)輸出的緩沖器上定時器則停止計數，并且清零。當定時器啟動后，若在1.6s內沒有向WDI輸入脈沖，監(jiān)控器將輸出一個復位信號，引腳RESET變低電平，同時定時器清零，只要RESET為低電平，定時器將一直停止工作。MCS-51與MAX690A自動監(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 看門狗電路原理圖 3.5 顯示、鍵盤電路的設計（1）顯示電路的設計LED顯示器結構常用的LED顯示器分為8段（或7段，8段比7段多了1個小數點“dp”段）。每一個段對應1個發(fā)光2極管。這種顯示器有共陽極和共陰極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。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。為了使LED顯示器顯示不同的符號或數字，就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這樣就要為LED顯示器提供代碼，因此這些代碼可使LED相應的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱之為段碼（或成為字型碼）。顯示器的工作原理由N個LED顯示塊可拼連接成N位的LED顯示器，N個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LED顯示塊中各段的公共端，它控制該LED顯示位的亮或暗。 點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂的靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的導通或截止，例如7段顯示器a、b、c、d、e、f導通，g截止,顯示0。這種顯示方式每一位都需要有一個8位輸出口控制。靜態(tài)顯示時，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可由8255A的輸出口直接驅動。在單片機串行口方式0應用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。當顯示器位數較少時，采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當位數較多時，用靜態(tài)顯示所需要的I/O太多，一般采用動態(tài)顯示方法。靜態(tài)顯示方式：各位的共陰極或共陽極連接在一起并接地；每位的段碼線分別與一個8位的鎖存器輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，是因為各個LED的顯示字符一經確定，相應鎖存器所存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個字符的段碼為止。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，付出的代價是占用的口線較多。如果顯示器的位數增多，則需要增加鎖存器。因此在顯示位數較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式：在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應段并聯在一起，由一個8位I/O口控制，形成段碼線的多路復用，而各位的共陽極或共陰極分別由相應的I/O線控制，形成各位的分時選通。若要各位LED能夠同時顯示出與本位相應的顯示字符，就必須采用動態(tài)顯示方式，即在某一時刻，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閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應位要顯示的字符的段碼。這樣 在同一時刻，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閉狀態(tài)， 在段碼線上舒服將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應的字符，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的字符，雖然這些字符是在不同時刻出現的，而在下一時刻，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暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多為同時亮的假象，達到同時顯示的效果。 LED不同位顯示的時間間隔應根據實際情況而定。發(fā)光二極管從導通到發(fā)光有一定的延時，導通時間太短，則發(fā)光太弱，人眼無法看清，但也不能太長，因為要受限于臨界閃爍頻率，而且次時間越長，占用CPU時間也越長多。另外，顯示位數增多，也將占用大量的CPU時間，因此動態(tài)顯示實質是以犧牲CPU時間來換取器件的減少的。綜上所述，此次設計選靜態(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）鍵盤電路的設計行列式鍵盤接口行列式（也稱矩陣式）鍵盤用于按鍵數目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。1個33的行、列結構可以構成1個具有9個按鍵的鍵盤。同理1個44的行、列結構可以構成1個16個按鍵的鍵盤等等。如圖所示。很明顯，在按鍵數目較多的場合，行列式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口線。 圖3-5 33鍵盤行列式鍵盤工作原理按鍵設置在行、列線交點上，行、列分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線的電平決定。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。這一點是識別行列式鍵盤是否按下的關鍵所在。由于行列式鍵盤中行、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、列線信號配合起來并作是的處理，才能確定閉合鍵的位置。掃描法下面以圖中3號鍵被按下為例，來說明此鍵是如何被識別出來的。當3號鍵被按下時，與3號鍵相兩的行線電平將由與此鍵相連的列線電平決定，而行線電平在無按鍵按下時處于高電平狀態(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論。為進一步判定到底是哪一列的按鍵被按下，可采用掃描法來識別。即在某一時刻只讓1條列線處于低電平，其余所有列線處于高電平。當第一列為低電平，其余各列為高電平時，以為是鍵3被按下，所以1行仍處于高電平狀態(tài)；而當第二列為低電平，其余各列為高電平時，同樣我們會發(fā)現第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，以為瓷實號鍵被按下，所以第一行的電平將由高電平轉換到第4列所處的低電平，據此可以判斷第1行第4列的交叉點處的按鍵，即3號鍵被按下。 根據上面的分析，很容易想到識別鍵盤有無鍵盤被按下的方法，此方法分2步進行：第1步，識別鍵盤有無鍵被按下；第2步，如有鍵盤被按下，識別出具體的按鍵。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，則說明有鍵被按下，如果沒有變化，則說明無鍵被按下。上述識別具體按鍵的方法也稱為掃描法，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處的按鍵被按下。（3）鍵盤的工作方式單片機應用系統中，鍵盤掃描只是單片機的工作內容之一。單片機在忙于各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤工作方式的選取應根據實際應用系統中CPU工作的忙、閑情況而定。其原則是既要保證能即使響應按鍵操作，又不要過多的占用CPU的時間，通常，鍵盤工作方式有三種：即編程掃描、定時掃描、中斷掃描。111）編程掃描方式這種方式就是只有當單片機空閑時，才調用鍵盤掃描子程序，反復的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數據，來響應鍵盤的輸入請求。圖為1個48矩陣鍵盤通過8255A擴展I/O口與8031的借口電路原理圖，鍵盤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，PA口輸入8位列信號，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，則說明鍵盤無鍵按下；若不完全為1，則說明鍵盤有可能有鍵按下。2） 用軟件延時10ms來消除按鍵抖動的影響。確實有按鍵按下時，進行下一步。3）在鍵盤掃描子程序中，首先判斷鍵盤上有無鍵按下。其方法為PA口8位輸出全0，讀求按下鍵的鍵號。根據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，在進行按鍵功能的處理操作。（4） 定時掃描的工作方式 單片機對鍵盤的掃描也可以采用定時掃描方式，即每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機內的定時器，產生10ms的定時中斷，CPU響應定時器溢出中斷請求，對鍵盤進行掃描，在有鍵按下時識別出該鍵，并執(zhí)行相應鍵的處理功能程序。（5） 中斷工作方式 為了進一步提高單片機掃描鍵盤的工作效率，可采用中斷掃描方式，即只有在鍵盤有按鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無按鍵按下，單片機將不理睬鍵盤。3.6 鎖存器 74LS373的介紹與選擇本次設計選用的鎖存器為74LS373，它是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，其引腳如圖所示 其內部結構如圖3-4所示其引腳說明如下：D7-D0：8位數據輸入線。Q7-Q0：8位數據輸出線。G：數據輸入鎖存選通引腳，高電平有效。當該信號為高電平時，外部數據選通到內部鎖存器，負跳變時，數據鎖存到鎖存器中G為數據鎖存控制端；當G為“1”時，鎖存器輸出端同輸入端；當G由“1”變“0”時，數據輸入鎖存器中。OE為輸出允許端；當OE為“0”時，三態(tài)門打開；當OE為“1”時，三態(tài)門關閉，輸出呈高阻狀態(tài)。在MCS-51單片機系統中，常采用74LS373作為地址鎖存器使用，其中輸入端1D8D接至單片機的P0口，輸出端提供的是低8位地址，G端接至單片機的地址鎖存允許信號ALE。輸出允許端OE，接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。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。地址線引腳的數目由芯片的存儲容量來定，用來進行單元選擇。D7-D0：數據線引腳。/CE：片選輸入端/OE：輸出允許控制端。/PGM：編程時，加編程脈沖的輸入端。Vpp：編程時，編程電壓（+12V或+25V）輸入端。Vcc+5V，芯片的工作電壓輸入端GND：數字地。NC：無用端。3.8 6264數據存儲器的介紹與選擇6264是8K8位的靜態(tài)數據存儲器芯片，采用CMOS工藝制作，單一+5V電源，額定功耗165mw，典型存取時間為200ns，24線雙列直插式封裝。在此設計中用于擴展89C51內部數據存儲器容量。A0A12為片內13位地址線，D0D7為8位數據線CE為片選信號，OE為讀允許信號線，WE為寫信號線。數據存儲器擴展電路與程序存儲器擴展電路相似，所用的地址線，數據線完全相同，讀，寫控制線用WR，RD但要考慮的問題比程序存儲器涉及的問題要多，如I/O口擴展的統一編址問題。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)數據線。/CE：片選信號輸入線，低電平有效。對于6264芯片，當引腳26（CS）為高電平時，且/CE為低電平時才選中該片。/OE：讀選通信號輸入線，低電平有效。/WE：寫允許信號輸入線，低電平有效。Vcc:工作電源+5V。GND：地線。靜態(tài)SRAM存儲器有讀出，寫入，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 操作控制表信號方式/CE/OE/WED0D7讀VILVILVIH數據輸出寫VILVIHVIL數據輸入維持VIH任意任意高阻態(tài)3.10 8255芯片介紹8255是Inter公司生產的可編程并行I/O接口芯片，它具有3個8位的并行I/O口，3種工作方式，可以通過編程改變其功能，因而使用靈活方便，通用性強，可作為單片機與多種外圍設備連接時的中間接口電路。此設計中8255芯片用于擴展接口。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)雙向數據線，與單片機數據總線連接，用來傳誦數據信息。/CS：片選信號線，低電平有效，表示本芯片被選中。/RD：讀出信號線，低電平有效，控制8255A數據的讀出。/WR：寫入信號線，低電平有效，控制向8255A數據的寫入。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，用來選擇8255A內部的4個端口。8255A的內部結構8255A內部結構見圖，其中包括3個并行數據輸入/輸出端口，2個工作方式的控制電路，1個讀/寫控制邏輯電路和8位數據總線緩沖器。各部件的功能如下： 8255有3個8位并行口，PA、PB和PC。都可以選擇作為輸入/輸出工作模式，但在功能上有點差異。讀/寫控制邏輯電路接收CPU發(fā)來的控制信號/RD、/WR、RESET、地址信號A1A0等，然后根據控制信號的要求，將斷口數據讀出，送往CPU或者將CPU共來的數據寫入端口RESET:復位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內部寄存器（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:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊。 RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數據總線向CPU發(fā)送數據或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數據。 WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數據或控制字寫8255。D0D7:三態(tài)雙向數據總線，8255與CPU數據傳送的通道 PA口：1個8位數據輸出鎖存器和緩沖器；1個8位輸入鎖存器。 PB口：1個8位數據輸出鎖存器和緩沖器；1個8位數據輸入緩沖器。 PC口：1個8位的輸出鎖存器；1個8位數據輸入緩沖器。 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4位的端口，作為端口A、B選通方式操作時的狀態(tài)控制信號。（1） A組和B組控制電路 這是2組根據CPU寫入的命令控制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），本可根據命令字對端口的每一位實現按位置或復位。16（2） 數據總線緩沖器 數據總線緩沖器是1個三態(tài)雙向8位緩沖器，作為8255A與系統總線之間的接口，用來傳送數據、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。（3） 讀/寫控制邏輯電路 圖3-8 8255的引腳圖4 系統的軟件設計 4.1 控制系統的主程序功能及流程圖主程序完成下述主要功能：1. 初始化程序的設置；2. 存取車狀態(tài)的讀入，及車牌號的讀入、顯示；3. 存取車子程序的調入；4. 給存取車控制系統的單片機信號的傳遞。主程序流程圖如圖4-1所示。開 始 初始化鍵盤掃描子程序存車鍵取車鍵NYY調取車子程序調 存 車 子 程 序給存取車控制系統發(fā)信號圖4-1 主程序流程圖 4.2 最優(yōu)車位的實現本文研究的自動立體停車庫有40 個車位，共20 層，每層兩個車位，當有車存入時，微處理器需確定存入哪個車位，就出現了選取最優(yōu)化車位的問題。最優(yōu)化條件首先是存車所需時間最短，其次是以消耗最少能源為準。存車的能量消耗主要與提升層數關系密切，層數越低，能量消耗越少。選取最優(yōu)車位的方法，本論文采用了較簡單的方法，即根據車位的層數排列出選取的順序，根據此順序建立一個現行表最優(yōu)車位庫。每個車位需兩個字節(jié)，第一個字節(jié)表示是否有車存入，第二個字節(jié)表示此位置的車位號。程序在此線性表中進行順序查找。時間和空間的矛盾是計算機世界許多相同的功能出現