别墅院落地下车库单片机系统的设计

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1、摘 要别墅院落地下停车库旨在解决别墅院落面积较小影响视野的问题，从而达到充分利用空间、节省占地面积使院落空间增大的目的。本设计采用单片机控制的电气系统，对机械升降装置自动控制，有效地解决了别墅院落轿车占用空间的问题。本单片机系统采用89C51单片机作为主控元件，分析了各部分电路的主要功能和工作原理，并设计出了系统的硬件原理图和软件系统流图。关键词：地下车库，单片机，自动控制系统Villa compound underground garage Design of single-chip microcomputer systemAbstractVilla compound underground

2、 parking area lesser yard villa to solve the problem, which affect vision to make full use of space, save that yard space covers an area of purpose. This design USES the single-chip microcomputer control system, electrical machinery and equipment automatic control, which can effectively solve the vi

3、lla compound cars space-consuming problem. This system USES 89C51 microcontroller as the dominant element, analyzes the main functions of each part of the circuit, and the design and work principle of the system hardware and software system flow chart.Keywords: Underground garage，Singlechip，Automati

4、c control system目 录1 绪论12 系统总体方案设计22.1 控制系统概述22.2 自动地下车库控制系统控制器的比较与选择22.3 方案设计33 系统硬件设计43.1 系统电气原理设计43.2 单片机的发展趋势53.3 单片机的选择63.4 89C51的引脚介绍73.4.1 电源及时钟引脚73.4.2 控制引脚83.4.3 I/O口引脚93.5 单片机最小系统的设计103.5.1 复位电路设计103.5.2 看门狗电路设计113.6 单片机外围检测电路设计133.7 故障报警电路设计143.8 输出信号控制电路设计154 系统软件设计164.1 控制系统主程序功能及流程图164

5、.2 自动功能子程序功能及流程图174.3 看门狗子程序流图195 结束语19致 谢20参考文献21附录1 ：别墅院落地下车库单片机系统总图22附录2 ：程序清单231 绪论立体车库起源于20世纪60、70年代的日本、台湾、香港等地，近几年来，随着我国国民经济和汽车制造业的迅速发展，汽车保有量快速增长。北京、上海等大城市以每年15万辆的速度在增加，而道路建设及停车位的建设远低于此。停车难导致的占道停车、占用绿地停车，涉及到投资环境与城市形象，日益引来各方人士的关注。对于别墅项目，配套设施的优劣直接反映生活品质和生活状态。而人们对车库的要求也有了新的变化。不仅风格更加多样化，产品更加精致、更加强

6、调品质、实用，还开始注重高科技在设计中的应用，更多的考虑建筑与自然环境的自然融合与过渡。传统别墅车库不仅占用大量别墅院落空间且较难实现存取车的自动控制。可自动升降的立体停车库可最大限度地节约土地和利用空间，是节省有限的别墅院落空间，拓宽视野的一个有效手段。业内人士指出：可自动升降的立体停车库能够有效地拓宽别墅院落的空间，将是未来几年内别墅停车库发展的主要方向，同时也是开发投资的重点。可自动升降立体停车库的建设蕴藏着商机，人们应该用科学的发展观，理性地思考、规划和投资建设停车库。立体车库的种类比较多，目前国内比较流行的型式有：（1）升降横移式该类的主要特点在于： 节省占地，配置灵活，建设周期短。

7、 价格低，消防、外装修、建设、地基等投资少。 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。 存取车迅速，等候时间短。 运行平稳，工作噪声低。 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。（2）巷道堆垛式巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需求较多的客户使用。（3）垂直提升式垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需要一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安全精度等要求都很高，因此造价较高，但占地

8、却最少。（4）垂直循环式此类型的车库具有如下特点： 占地少，两个泊位面积可停6至10辆车。 外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。 价格低，地丛、外装修、消防等投资少，建设周期短。 可采用自动控制，运行安全可靠。本论文主要是针对别墅院落面积较小，影响视野，为使院落空间增大而设计的由单片机控制的自动车库系统。本自动车库能使汽车自动降入地下，并封闭。自动车库控制系统在汽车移动时，会严格按照各种检测信号状态运行，包括车身越界检测、极限位置检测、基点检测、挂钩检测。若有车身越界、极限报警信号，则车库会停止一切动作，直到报警信号消除。停车业在国外已有进三十年的发展史，在我国大部分技术是引进的，不仅起步晚，

9、也不很成熟，但市场潜力非常大，有待于我们去拓展。2 系统总体方案设计2.1 控制系统概述自动地下车库动作复杂，要求控制系统实现速度控制、安全互锁控制和车身定位控制。自动地下车库对控制系统主要有以下几个方面的要求：（1）自动操作存取车时，单钮操作，只要按动所选按钮（存车/取车），控制系统根据当前车库状况，以最短的时间完成车辆的出入库。（2）安全互锁控制自动地下车库不允许因错误动作造成车辆损坏，所以安全装置是必不可少的，如光电检测装置。控制系统在有车身越界、极限报警信号时，车库会停止一切动作，直到报警信号消除。（3）高速、平稳一些大型的自动车库平均存取车时间能够达到少于90秒，这就要求传动装置以高

10、速度运行，同时，为了保证安全、低噪声与平稳起、制动，自动车库驱动装置一般都采用交流变频调速技术。2.2 自动地下车库控制系统控制器的比较与选择PLC和单片机作为机电一体化设备的两种重要的控制装置，各有优缺点，本控制系统设计时，对两种控制器进行了研究，比较如下：PLC是为了进行逻辑控制而研制的。当然，随着PLC的发展，其应用已不再局限于逻辑控制。PLC的使用对象是工厂的电气设计者和一般不太熟悉计算机的电气设计人员。因此，其设计思想和编程语言均参照继电器的概念和设计思想而成，很适合逻辑控制，并容易为一般电气设计人员掌握和使用。特别是PLC的梯形图编程语言，即使对计算机毫无概念的人也可以使用。正因为

11、如此，也就使PLC系统本身设计时，没有给使用者留有二次开发的余地。这里所指的二次开发是指利用PLC的系统资源进行模块机新的功能单元设计。PLC主要是利用逻辑运算以实现各种开关的控制。不同型号PLC机的价格不同，而且价格随I/O点数增多而提高。如有模拟量输入输出，则需另配模拟量接口模块。单片机是计算机技术，特别是微型机技术与半导体集成电路工艺发展的结晶。它在一块芯片上集成了一台微型计算机的主要部分，单片机成本低，集成度高，可灵活地组成各种智能控制装置。它能针对性地设计成专家系统，解决从简单到复杂的各种任务，实现最佳的性能价格比。可以毫不夸张地说，凡是采用各种模拟电路、数字脉冲电路及逻辑控制电路来

12、实现测控的装置，均可用单片机来代替。而且从芯片的设计制造开始，就考虑了对工业环境的适应性，因而抗干扰性强，温度范围宽。采用单片机可实现各种复杂的控制要求，方便地增加或改变控制功能，控制更灵活，二次开发性能极佳。所以，综合考虑以上各方面，本控制系统采用单片机作为控制器。2.3 方案设计别墅院落自动地下车库控制系统主要包括四个部分：传感器检测系统、控制系统、动力系统和报警系统。自动地下车库控制的方法，包括如下步骤：（1）车库没有存取车辆要求时，载车板停留在基点位置。（2）如需存车按如下步骤进行： 申请存车，按动存车按钮。 单片机根据接收到的存车信号，检测各信号运行状态是否正常，若正常，自动打开库门

13、，载车板上升至上限位点，司机可以直接把车开进车库。 单片机根据传感器检测的信号，判断车身是否越界，是否达到极限位置，若各信号均正常，司机按下确认存车按钮，车库载车板下降至基点，并自动合上库门，存车完成。（3）若要取车按如下步骤进行： 申请取车，按下取车按钮。 单片机根据接收到的取车信号，检测各信号运行状态是否正常，若正常，自动打开库门，载车板上升至上限位点，司机可以进车库准备开车。 取出车后，单片机根据压力传感器和位置传感器检测到的信号判断车身是否完全离开车库，若完全离开车库，则控制车库载车板降至基点，并自动合上库门，取车完成。 为了实现车库的各种控制功能，本文设计了一个单片机专用控制系统，主

14、要由单片机、信号检测电路、看门狗电路、故障报警电路和信号输出控制电路组成。其总体系统框图如图1所示：单片机信号检测电路看门狗电路故障报警电路信号输出控制电路图1 系统总体框图3 系统硬件设计3.1 系统电气原理设计控制系统电气原理如图2所示。系统设有SB1、SB2开关，以防止不相关人员的误操作和意外发生1。当意外发生时，按下SB2，整个系统的电源关闭，以保证人员和设备的安全。S2S6用于手动操作，在检修和维护保养时使用。MOTOR1和MOTOR2电机是停车设备专用电机，附带碟式电动与手动刹车，并且带有1/60、1/30速比的减速器，功率分别是2.2KW和0.2KW，且具有传输扭矩大、噪声低等特

15、点。其电路符号及其对应输入如表1所示。图2 电气控制部分原理图表1 电气控制电路符号及其对应输入符号说明输入引脚SB1急停按钮SB2钥匙开关S1车库系统复位按钮9(RST)S2自动/手动选择按钮38(P0.1)S3手动上升按钮37(P0.2)S4手动下降按钮36(P0.3)S5手动开车库门按钮35(P0.4)S6手动关车库门按钮34(P0.5)S7自动运行存车取按钮1(P1.0)S8自动运行取车按钮2(P1.1)S9载车板上限位点检测开关3(P1.2)S10载车板基点检测开关4(P1.3)MOTOR1载车板电机MOTOR2车库门电机S11载车板左挂钩检测开关串联输入12（P3.2）S12载车板

16、右挂钩检测开关S13车身前越界光电检测开关串联输入10（P3.0）S14车身后越界光电检测开关S15车身左极限检测开关串联输入11（P3.1）S16车身右极限检测开关3.2 单片机的发展趋势纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：（1）低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。89C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物

17、理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗，像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。（2）微型单片化 常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、片内数据存储器(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口、中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PWM (脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特

18、色的单片机芯片。 此外，产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。许多单片机都具有多种封装形式，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。（3）主流与多品种共存 虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以89C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，因其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专

19、用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补、相辅相成、共同发展的道路。3.3 单片机的选择使用单片机可较好地完成车库状态信息的定时采集和对传感器采集信号的处理，并可以使设备具有较小的体积，具体型号选用单片机AT89C51。本车库系统属于单片机控制系统，设备集中，功率较小，使用一块单片机就能完成控制任务。单片机AT89C51是美国ATMEL公司生产的AT89系列单片机中的一种8位机，具有较高的性价比，并与MCS-51系列的许多机种都具有兼容性，是一种应用较多的机型。本课题之所以选用ATMEL89系列单片机是因为该系列单片机的最大特点就是在片

20、内含有Flash存储器，因此在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，同时在系统工作的过程中，能有效的保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响信息的保存。AT89C51具有4KB的Flash存储器，在车库中，处理器负责对各传感器检测信号的分析与处理和车库的自动升降，程序体积不超过4KB，可以把程序都放在其中，省略了外部程序寄存器，节省了费用，简化了程序。MCS-51单片机硬件结构及其一些主要特点： 内部程序存储器和内部数据存储器 输入/输出口MCS-51单片机内的I/O口的数量和种类较多且齐全，尤其是它有一个全双工的串行口。 外部程序存储器和外部数据存储器寻址空间MCS-51可对64K

21、B的外部数据存储器寻址且不受该系列中各种芯片型号的影响，而对程序存储器是内外总空间为64KB. 中断与堆栈MCS-51有5个中断源，分为2个优先级，每个中断源的优先级是可编程的，它的堆栈位置也是可编程的，堆栈深度可达128字节。MCS-51子系列有2个16位的定时/计数器，通过编程可以实现四种工作模式。MCS-52子系列有3个16位的定时/计数器。MCS-51在内部RAM中开设了四个通用工作寄存器区，共32个通用寄存器，以适应多种中断或子程序嵌套的要求。 指令系统MCS-51有一个功能很强的指令系统，主要表现在MCS-51的指令系统中增添了减法、乘法、除法、比较、堆栈操作和多种位操作指令。当振

22、荡器频率接最高12MHZ时，大部分指令执行时间为1s，少部分为2s，乘除指令的执行时间也只有4s。 布尔处理器MCS-51的布尔处理器实际上是一个完整的一个微计算机，这个一位的微机有自己的CPU 、位寄存器、I/O口和指令集。把八位微机和一位微机结合在一起，是微机技术上的一个突破。一位机在开关决策、逻辑电路仿真和实时测控方面非常有效，而八位机在运算处理、智能仪表常用的数据采集方面有明显的长处。在MCS-51系列单片机中八位机和一位机（布尔处理器）的硬件资源是复合在一起的，二者相辅相成，这是MCS-51在设计上的精美之处，也是一般微机所不具备的。 3.4 89C51的引脚介绍掌握MCS-51单片

23、机，应首先了解MCS-51的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能。MCS-51系列中各种芯片的移交是互相兼容的。制造工艺为HMOS的MCS-51的单片机都采用40只引脚的双列直插封装（DIP方式，如图所示）。目前大多数为此类封装方式。制造工艺为CHMOS的8031/89C51/87C51除采用DIP封装方式以外，还采用方行封装方式，为44只引脚（其中4只是无用的引脚）如图3所示：40只引脚按其功能来分2，可分为如下3类： 电源及时钟引脚：Vcc、Vss;XTAL1、XTAL2。 控制引脚：/PSEN、ALE、/EA、RESET I/O口引脚；P0、P1、P2、P3、为4个8位I/O口的外部引脚。下面结

24、合图3来介绍各引脚的功能。3.4.1 电源及时钟引脚（1）电源引脚电源引脚接入单片机的工作电源 Vcc(40引脚)：接+5V电源。 Vss(20引脚)：接地（2）时钟引脚2个时钟引脚XTAL1，XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个振荡器，它为单片机提供了时钟信号。2个时钟引脚也可以外接独立的晶体振荡器。XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。型号同

25、样为AT89C51的芯片，在其后面还有频率编号，有12,16,20,24MHz可选。大家在购买和选用时要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振荡频率为24MHz,40P6封装的普通商用芯片。根据综上分析，此次设计中的最小系统的设计采用89C51芯片作为最小系统芯片是最佳选择。 XTAL1（19引脚）：接外部晶体的1个引脚。该引脚内部是1个反相放大器的输入端。这个反相放大器构成了片内振荡器/如果采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2（18引脚）：接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。若采用外部时钟振荡器时，该引脚接收时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时

26、钟发生器的输入端。3.4.2 控制引脚此类引脚提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。（1）RST/Vpd(9引脚)：RST（RESET）是复位信号输入断，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平时候，就可以完成复位操作。在单片机正常工作时，此引脚应为0.5V低电平。Vpd为本引脚的第二功能，即备用电源的输入断。当主电源Vcc发生故障，降低到某一规定值的低电平时，将+5V电源自动接入RST端，为内部RAM提供备用电源，以保证片内RAM中的信息不丢失，从而使单片机在复位后能继续正常运行。（2）ALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断输

27、出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲号输出，此频率为时钟振荡频率的1/6。如果有脉冲信号输出，则单片机基本上是完好的。应该注意的是，每当MCS-51访问外部数据存储器时，在2个机器周期中ALE只出现1次，即丢失1个ALE脉冲。因此，严格来说，用户不宜用ALE做精确的时钟源或定时信号。ALE端可以驱动8个LS型TTL负载。/PROG为本引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端（3）/PSEN：程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程

28、序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚外接部程序存储器的/OE端。/PSEN端可以驱动8个LS型TTL负载。如果检查一个MCS-51单片机应用系统上电后，CPU能否正常到外部程序存储器读取指令码，可用示波器查/PSEN端有无脉冲输出。（4）/EA/Vpp（Enable Address/Voltage Pulse of Programing,31脚）：/EA功能为内外程序存储器选择控制端。 当/EA引脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH时，即超出片内程序存储器的4KB地址范围，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。 当/E

29、A引脚为低电平时，单片机则只访问外部程序存储器，不论是否有内部程序存储器。对于8031来说，因其无内部程序存储器，所以该引脚必须接地，这样只能选择外部程序存储器。 Vpp为本引脚的第二功能。在对EPROM型单片机8751内EPROM固化编程时，用于施加叫高的编程电压。对于89C51，则加在Vpp引脚的编程电压为+12V或+5V。3.4.3 I/O口引脚（1）P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。（2）P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。（3）P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS

30、型TTL负载。（4）P3口：8位准双星I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。这里要特别注意准双向与双向三态口的差别。P1口，P2口，P3口是3个8位双向的I/O口，各口线在片内均有固定的上拉电阻。当这3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写1，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O口。其引脚图如图3所示：图3 89C51引脚图3.5 单片机最小系统的设计 此次设计选用89C51的最小系统，89C51内部有4KB闪烁存储器，芯片本身就是一个最小系统。在能满足系统的性能要求情况下，可优先考虑采用此种方案。用这种芯片构成的最小系统简单很可靠。用89C51单片

31、机构成的最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，该系统与其他最小系统相比，省去了外扩程序存储器的工作，该最小应用系统只能用作一些小型的数字量的测控单元。单片机最小系统电路如图4所示：3.5.1 复位电路设计微处理器在上电、掉电及低压供电时，监控器产生脉冲信号这可以保证微处理器实现上电自动复位：当供电压过低时，防止CPU失控。电源电压Vcc升到1V时RESET引脚变为低电平，随着Vcc的继续升高，RESET一直保持低电平。当Vcc高于复位门限电平时，RESET并不马上变为高电平，而是要滞后一个复位脉冲宽度（约200ms）后再变为高电平。当Vcc低于复位门限电平，RESET引脚马上

32、变成低电平，即使以后Vcc恢复且高于复位门限电平，RESET也不马上变成高电平，而是要延迟一个复位脉冲宽度。掉电时，Vcc只要低于复位门限电平，RESET立即变为低电平。图4 89C51最小系统图3.5.2 看门狗电路设计MCS-51的PC受到干扰而失控，引起程序乱飞，可能会使程序陷入死循环。指令和软件技术不能使失控的程序摆脱死循环的困境，这时系统将完全瘫痪。如果操作人员不在场，可按下人工复位按钮，强制系统复位。但操作人员不可能一直监控着系统，即使监视着系统，也往往是在引起不良后果之后才进行人工复位。能不能不要人来监视，就能使系统摆脱死循环，重新执行正常的程序呢？这可采用“看门狗”技术来解决这

33、一问题。“看门狗”技术就是使用一个计数器来不断计数，监视程序循环运行。若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了死循环，这时计数器溢出，然后强迫系统复位，在复位入口0000H处安排一段出错处理程序，使系统运行进入正轨.另外，在单片机系统运行时，有可能会发生电源掉电的意外情况，一些重要的数据可能丢失。这时需要系统应首先检测到电源的变化，然后通过切换电路把备用电池接入系统，以保护RAM中的数据不丢失。目前看门狗电路和掉电保护电路，都已经集成在一片微处理器监控芯片中。因此MCS-51只需要扩展一片微处理器监控芯片即可。这类芯片集成化程度高，功能齐全，具有广阔的应用前景。在单片机应用系统中使用

34、微处理器监控芯片，可以大大提高单片机应用系统的抗干扰能力和可靠性。本设计选用X5045微处理器做为监控器芯片4。X5045是XICOR公司生产的具有上电复位、电压监控、看门狗定时器以及E2PROM数据存储4种功能的多用途芯片。其看门狗定时器和电源电压监控功能可对系统起到保护作用，5128位的E2PROM可用来存储单片机系统的重要数据。X5045共8个引脚如图5中所示，其中WP是写保护输入引脚，只有WP为高电平时才可以向E2PROM写数据；RST为复位输出引脚，复位时输出高电平：SI为串行输入引脚，SO为串行输出引脚，SCK为串行时钟引脚，/CS为片选引脚。SI、SO、SCK和/CS均可以和单片

35、机任何一个I/O引脚相连。/CS变为低电平后，在SCK的上升沿采样从SI引脚输入的数据，在SCK的下降沿输出数据到SO引脚。整个工作期间，/CS必须是低电平，WP必须是高电平。在预置的定时周期内，/CS没有从1到0的跳变时，RST输出复位信号。对X5045的操作指令如表2所列：表2 X5045指令设置及其功能指令名称指令格式操作WREN0000 0110设置写使能锁存器（允许写操作）WRDI0000 0100复位写使能锁存器（禁止写操作）RSDR0000 0101读状态寄存器WRSR0000 0001写状态寄存器READ0000 A8011从所选地址的存储器阵列读取数据WRHE0000 A80

36、10把数据写入所选地址的存储器阵列中指令说明： 发送指令或读写字节数据时，都是高位在先； E2PROM存储器地址范围为000H1FFH,A8为0表示操作的地址范围为000H0FFH,A8为1表示操作的地址范围为100H1FFH。X5045还包括1个8位的写使能锁存器和1个8位状态寄存器。写使能锁存器在进行写操作前必须被设置。状态寄存器的各位功能如下（默认值为30H）:7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIPWIP:写操作状态位，只读。WIP=1时，表示芯片正忙于写操作；WIP=0时，表示没有进行写操作。WEL:写使能锁存器状态位，只读。WEL=1时，表示锁存器被设置；WEL=0

37、时，表示锁存器已复位。BL1、BL0:数据块保护位（意义如表3所列），可读写。表3 块地址保护范围BL1BL0受保护的块地址00无01180H1FFH10100H1FFH11000H1FFHWD1、WD0:看门狗定时器超时选择设定位（意义如表4所列）,可读写。表4 看门狗超时周期WD1WD0看门狗超时周期001.4S01600ms10200ms11禁止由X5045引脚功能可知，/CS/WDI引脚为双功能，看门狗定时器电路监测WDI的输入来判断微处理器是否正常工作。在设定的定时时间以内，微处理器必须在WDI引脚上产生一个由高到低的电平的变化，以清零内部定时器，即“喂狗”；否则X5045将产生一个

38、复位信号。在X5045内部的一个控制寄存器中有2位可编程位，决定了定时时间的长短。微处理器可以通过指令来改变看门狗定时时间的长短。 X5045与89C51的SPI接口电路如图5所示：图5 看门狗电路原理图3.6 单片机外围检测电路设计系统运行时，会严格按照各种检测信号状态运行。本系统的检测电路包括存/取车信号检测、车身越界检测、挂钩检测、上限位点检测、基点检测和极限位置检测，由于只需检测车身是否越界、挂钩是否挂上和载板是否到达基点或上限位点，都相当于一个开关量，故在本系统中用开关量代替7。由于开关动作时会对电源造成一定干扰，为了提高单片机系统的可靠性，所有的现场开关信号都经过了光电隔离，分别通

39、过P1.0P1.2和P3.0P3.2端口进入89C51微处理器，以防止对单片机干扰。本系统中的光电隔离器件采用普通三极管型光电耦合器，光电耦合器件是把发光器件(如发光二极管)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一起，通过光线实现耦合构成电一光和光一电的转换器件12。如图4中器件U1所示。当电信号送人光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数字量，当输人为低电平0时，光敏三极管截止，输出为高电平1；当输人为高电平1时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平0。光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地

40、抑制尖脉冲和各种噪声干扰，使通道上的信号噪声比大为提高，主要原因是：光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105106。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的噪声电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极管发光，从而被抑制掉了。本系统的外围检测电路如图6所示。图6 信号检测电路3.7 故障报警电路设计 为了保护用户的财产和人身安全，本系统设计了故障报警电路如图7所示。本系统中的报警信号包括极限报警信号、车身越界报警信号和挂钩报警信号。当系统正常运行时运行指示灯D4亮，若系统接收到车身越界、极限报警或挂钩报警中的任何一

41、个报警信号，其相应的报警指示灯就会点亮，车库就会停止一切动作，直到报警信号消失。图7 报警电路3.8 输出信号控制电路设计 本自动地下车库系统的输出信号有载板上升输出信号、载板下降输出信号、存车输出信号、取车输出信号、车库门开输出信号和车库门闭输出信号。单片机通过检测到的信号执行程序，通过P2.1P2.6端口，输出高电平，经过三极管放大，驱动YG4137继电器线圈，使其相应触点闭合，从而控制车库系统运行。发光二极管用来指示YG4137继电器线圈的吸合与断开13。由于继电器线圈在吸合与断开时存在电感的充放电现象，会对电路的稳定性和安全性造成一定的影响，故用二极管来保护继电器YG4137。其输出信

42、号控制电路如图8所示：图8 输出控制电路4 系统软件设计控制系统软件设计主要是完成自动存、取车操作和运行中故障处理操作，是有主程序、自动功能子程序（包括存车程序和取车程序）和看门狗系统程序组成。其中主程序是用来初始化系统，判断系统是否有故障，选择手动或者是自动功能。手动功能是在系统检修维护或急停后应用，其选择上、下、开、闭按钮使载车板移动到指定位置和控制车库门开启与闭合。自动功能子程序是在系统正常使用情况下使用的，其根据单片机外围送来的检测信号来自动控制载车板的上升与下降，并使其移动到合适位置，同时也可以控制车库门的自动打开与关闭15。看门狗系统程序则是为了防止操作者不在场时程序弹飞到一个临时

43、构成的死循环中而导致系统瘫痪所设计的一个系统程序运行监视系统。4.1 控制系统主程序功能及流程图 主程序完成下述主要功能： 开启电源； 初始化程序的设置； 检测系统是否有故障； 判断系统启用手动功能或自动功能。控制系统主程序流图如图9所示。开 始启动电源故障？自动？报 警手动功能自动功能子程序结 束YNNY初始化图9 控制系统主程序流图4.2 自动功能子程序功能及流程图自动功能子程序完成下述主要功能： 初始化自动功能子程序的设置； 判断是取车还是存车； 完成存车或取车功能。自动功能子程序流图如图10所示。开 始系统初始化存车？载车板上移Y至上限位点？N打开库门存车入库载车板下移至基点？关闭库门

44、结 束YNN取车？打开库门库门打开完毕？YNY载车板上移至上限位点？NY取车出库载车板下移关闭库门NY图10 自动功能子程序4.3 看门狗子程序流图 看门狗子程序流图如图11所示。 初始化程序体喂 狗定时器是否正常？Y尝试恢复定时器N定时器正常？Y强制复位N图11 看门狗子程序流图5 结束语本论文主要根据别墅院落地下车库的特点，在分析总结当前自动地下车库和自动立体车库技术状况的基础上，设计了存/取车控制系统、信号检测系统和故 障报警系统的单片机硬件部分和软件部分。论文系统地分析了自动地下车库的组成特点及结构原理，规划设计了采用AT89C51单片机控制的具有适度柔性、低成本的家用型自动地下车库系

45、统。别墅院落地下车库的研究与开发是一个应用性很强的课题，本论文只是介绍了单片机控制系统的硬件与软件部分，并没有对其进行调试，在调试中可能会遇到一些问题。要使其产品化，能够经受实际应用的严格考验，还需要对其作进一步深入细致的研究，以设计出结构合理、安全可靠、经济实用的自动地下车库。致 谢时光如梭，转眼之间四年的学习生活在这次毕业设计后将画上圆满的句号。在这四年中，河南科技学院的各位领导、老师和同学对我的学习给予了很大的支持和帮助，我在这里不仅体会到了学习的乐趣，而且也感受到了集体给我的关怀，在此谨对各位表示衷心的感谢。本论文的完成是在导师的精心指导和帮助下完成的，在将近半年的时间里，老师在我对课

46、题的学习和研究都给与了无微不至的帮助和关心。导师渊博的学识，敏锐的科学洞察力，严谨的治学态度，强烈的创新思想和对科研教育事业的执著追求都给我留下难忘的印象，并将激励我在今后的工作中勇敢地面对困难和挑战。在论文完成过程中，参考和吸收了许多前人的研究成果，在此一并向他们表示感谢。在我做毕业设计期间，得到了许多老师的关心和支持，是他们无私的爱才使我能够在学习上不断进取，另外，在我设计期间，同组同学也给了我很多的帮助，在此我也向他们表达我真诚的谢意。最后，我要感谢担任我论文评审和评阅的各位老师，谢谢他们提出的宝贵意见和建议。参考文献1 唐义清，谭善文，唐义龙，郝慧峰，谢武斌.基于单片机控制的机械式立体

47、车库J.机械工程与自动化，2006，（2）2 李朝青. 单片机原理及接口技术M. 北京航空航天大学出版社，2005，(05) 3 王晓明. 电动机的单片机控制M.北京航空航天大学出版社，2007，（08）4 林卫星. 基于89C51单片机多功能应用系统J.工业控制计算机, 2002,(02)5 宋继顺. 垂直升降地下一层停车库的设计J.起重运输机械，2007，（12） 6 李学刚. 智能建筑地下汽车库管珲系统电气设计J.建筑电气,2004，（04） 7 刘培东. 自动化立体车库控制系统的研究与开发D.大连理工大学硕士学位论文 8 龚运新. 自动立体停车库设计D. 长春工程学院9 刘华东. 单片

48、机原理与运用M.电子工业出版社,2002，（4）.10 沈德金等. 接口电路与实用程序实例M.北京大学出版社, 2003年11 杨天明，陈杰. 电机与拖动M.北京大学出版社，2006年12 徐大诚，邹丽新，丁建强. 微型计算机控制技术及应用M.高等教育出版社，2003年13 杨青亮.吊篮式立体车库控制系统的研究与设计D.河南大学硕士学位论文14 张毅刚，彭喜源，谭晓昀. MCS51单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社，1999，（07）15 李卫东. 自动立体停车库控制系统设计D.成都理工大学学士学位论文附录1 ：别墅院落地下车库单片机系统总图附录2：程序清单ORG 000HAJMP MAI

49、NORG 0003H AJMP INSERMAIN： MOV PSW，#00H MOV R0， #00H MOV A， #00H ANL P3, #77H SETB EX0 SETB IT0 SETB EAHERE： SJMP HEREINSER： JNB P3.0, D1 MOV P3.6, #00HD1： JNB P3.1, D2 MOV P3.4, #00HD2： JNB P3.2, AUTO MOV P3.5, #00HAUTO： JB P0.1, LOOP4 JNB P1.0, LOOP3LOOP1： SETB P2.6 MOV R0, P1.2 MOV A, R0 JZ LOOP1

50、 MOV P2.6, #00H SETB P2.2 NOP NOP NOP NOPLOOP2： SETB P2.5 MOV R1, P1.3 MOV A, R1 JZ LOOP2 MOV P2.5, #00H SETB P2.1 NOP NOP NOP NOP SJMP LOOP4LOOP3： SETB P2.2 NOP NOP NOP NOPSD： SETB P2.6 MOV R0, P1.2 MOV A, R0 JZ SD MOV P2.6, #00H NOP NOP NOP NOPZD： SETB P2.5 MOV R2, P1.3 MOV A, R2 JZ ZD MOV P2.5, #00H SETB P2.1 NOP NOP NOP NOP SJMP LOOP4LOOP4： END看门狗子程序：START： SETB CS NOP CLK SCK NOP CLK CS NOP RETRETDOG： SETB CS NOP CLR CS NOP SETB CS RETENDX： CLR SCK SETB CS NOP NOP RET