个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 3.2.2 MCS-51单片机引脚介绍

123456789P10P11P12P13P14P15P16P17RESETVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VP403938373635343332313029282726252423222110111213141516RXDTXDINT0INT1T0T1WRALE/PPSENP27P26P25P24P23P22P21P2017181920RDX2X1GND

图3.4 单片机芯片引脚

引脚信号功能介绍： （1）电源引脚GND和VCC

GND为电压接地端, VCC为+5v电源端. （2）时钟电路引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1和XTAL2是外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线用于外接石英晶体振荡器和电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号 。 （3）控制信号引脚ALE、PSEN、EA和RST

①ALE/PROG

此引脚是地址锁存控制信号。在访问外部存储器时，ALE用于锁存出现在P0口的低8位地址，以实现低位地址和数据的隔离。 ②PSEN

此引脚是片外程序存储器选通信号，低电平有效。 ③EA/VPP

此引脚是访问外部程序存储器的控制信号，低电平有效。 ④RST/VPD

此引脚是复位信号，高电平有效、当此输入端保持2个机器周期以上的高电平时，就可以完成单片机的复位初始化操作。此引脚的第二功能VPD为备用电源输入端。

（4）I／O(输入/输出)端口。（Port）P0、P1、P2和P3

这四个口均可作为双向通用的I/O口用。另外，P3口的第二功能见表1。

P3.0 RxD 串行数据接收

P3.1 TxD 串行数据发送

P3.2 外部中断0申请 INT0

P3.3 外部中断1申请 INT1

P3.4 T0 定时器/计数器0计数输入

P3.5 T1 定时器/计数器1计数输入

P3.6 外部写选通 WR

P3.7 外部读选通 RD

表1 P3口引脚信号的第二功能 3.2.3稳压电源

电源提供的电压往往会随交流电源电压的波动和负载的变化而变化。电压的不稳定有时会产生测量和计算的误差，引起控制装置的工作不稳定，甚至根本无法正常工作。特别是在精密电子测量仪器、自动控制、计算装置及晶闸管的触发电路等都要求有很稳定的直流电源供电。

图3.5时本系统所采用的已经被广泛应用的单片集成稳压电源7805稳压电源的接线图。

图3.5 7805接线图

7805输出稳定的+5V电压，图3.6为7805稳压器的外形、管脚图

图3.6 7805稳压器外形、管脚图

其内部电路也是串联型晶体管稳压电路。这种稳压器只有输入端1、输出端3和公共端2三个引出端，故也称为三端集成稳压器。使用时只需在其输入端和输出端与公共端之间各并联一个电容即可。C1用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，接线不长时也可不用。C2是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动。Cl一般在0.1～1μF之间，如0.33μF，C2可用1μF。 3.2.4 复位电路

单片机复位后，程序计数器PC和特殊功能寄存器的状态都恢复到原来的初始值，等待计算机的下一步命令的状态。RST引脚是复位信号的输入端，复位信号为高电平有效。当高电平持续24个振荡脉冲周期（两个机器周期）以上时，单片机完成复位。外部电路产生的复位信号由RST引脚送入片内斯密持触发器，再由片内复位电路在每个机器周期对斯密特触发器进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。

开关复位实际上是上电复位兼按键手动复位。上电复位是在单片机接通电源时，对电容充电来实现的。上电瞬间，RST端的电位与VCC相同。随着充电电流的减小，RST端的电位逐渐下降，只要在RST端有足够长的时间保持阈值电压，AT89S51单片机便可自动复位。当手动开关常开时，为上电复位，按键手动复位分为电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使RESET端经电阻与VCC电源接通而实现的，电路如图3.7所示。

图3.7 AT89S51芯片的开关复位电路

3.2.5 时钟源

内部时钟方式是利用AT89S51内部的振荡电路，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。最常用的内部时钟方式是采用外接石英晶体和电容组成的并联谐振回路，电容和一般取30pF左右，C1和C2的大小对振荡频率起微调作用；晶体的谐振频率范围为1.2～12MHz。晶体的谐振频率越高，系统的时钟频率也越高，单片机运行速度也就越快。

外部时钟方式是将外部振荡信号源直接由XTAL1或XTAL2引脚接入。外部振荡信号接至XTAL2，而反相放大器的输入端XTAL1接地。

图3.8 AT89S51芯片的晶振连接图

由AT89S51芯片、稳压电源、复位电路、时钟源等构成了单片机的最小系统。 3.3输入部分

3.3.1用于巡线的光电传感器介绍

传感器系统已成功地应用于自主移动机器人的实验研究中。传感器是自主移动机器人系统必不可少的重要组成部分之一。在完全结构化的环境中, 假设机器人知道完整准确的环境信息，此时，传感器系统用于引导机器人的运动, 监控预期任务的执行, 处理可能的意外情况。当机器人工作于未知或动态变化的环境中时, 因为不能预先获知环境的信息, 机器人完全依靠传感器系统实时感知环境, 并据此做出各种控制与处理决策。至今为止已经研发了各种用途各种类型的机器人传感器, 如用于定位的测距传感器, 用于感知物体的声纳传感器、激光测距传感器等。

传感器包含以下方面。

(1)传感器是一种测量装置，能够完成一定的检测任务； (2)它的输入量种类很多，且多为模拟信号的非电量；

(3)它的输出量是经转换后的电量信号，且有一定的对应关系和转换精度。 传感器是由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成的。其中敏感元件是在传感器中直接感受被测量的元件，通过它可以将被测量信号转换成为与之有确定联系的、便于转换的非电量信号。该信号再通过传感元件，被转换为电参量。测量转换电路的作用就是将传感元件输出的电参量再转换成易于处理的电压、电流或频率量。图3.9是传感器组成原理框图。

电量（非电量）敏感元件非电量传感元件电参量测量转换电路被测量

图3.9 传感器组成原理框图

本设计采用光电传感器，它的基本转换原理是将被测量转换成光信号的变化，然后将光信号作用于光电元件而转换成电信号的输出。光电传感器可测量的参数很多，一般情况下具有非接触式测量的特点，并且光电传感器的结构简单，具有很高的可靠性且动态响应极快。随着激光光源、光栅、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器越来越广泛地应用于检测和控制领域。

3.3.2光电传感器信号的处理

光电耦合器实际上是一种光电传感器。光电耦合器在微机测控系统中的应用是多方面的，如光电隔离电路，长传输线隔离器，TTL电路驱动器，CMOS电路驱动器，A/D模拟转换开关，交流、直流固态继电器等。

图3.11 光电传感器信号输出

光电耦合器的输入部分为红外发光二极管，可采用TTL或CMOS数字电路驱动。选用输出部分为达林顿的光电隔离器，其电流传输比CTR可达5000%，即适用于负载较大的应用场合。在采用光电耦合器驱动电磁继电器的控制绕组时，应在控制绕组两侧反向并联二极管D，以抑制吸动时瞬时反电势的干扰，从而保护输出管。

光电耦合器的输入部分为红外发光二极管，可采用TTL或CMOS数字电路驱动，如图3.12所示。在图3.12(a)中，输出电压VO受TTL电路反相器控制。当反相器的输入信号为低电平时，输出信号为高电平，发光二极管截止，光敏三极管不导通，VO输出为高电平。反之VO输出为低电平。Rf电阻的主要作用是限制发光二极管的正向电流If。TTL门电流作为红外发光二极管的控制驱动时，其低电平最大输入电流Iol为16mA,在一般情况下，取I为10mA。在TTL门电路输出低电平忽略不计时(一般为0.2V左右)，Rf的计算公式为

RF?VI?VfIf?5V?1.0V?400?

10mARL为负载电阻，若使光电锅台器工作在饱和状态,取光敏三极管电流为0.5mA时,RL=30kΩ，则电流传输比

1IC/If?

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