C8051F020实验
基于C8051F020单片机的汽车故障诊断仪的研究
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
基于C8051F020单片机的汽车故障诊断仪的研究
引言
随着我国经济建设的不断发展，装有计算机控制系统的新型汽车已
越来越多的应用于人们的日常生活中，这使得汽车的动力性，经济性，安全性，可靠性等有了极大的提高。
但同时也使得汽车的结构复杂多了，也使一般汽车维修诊断与排除汽车故障困难多了，而利用汽车电脑存储的信息，诊断与排除汽车故障的方法也应运而生。
仪器诊断是在经验的基础上发展起来的现代检验方法。
它是与车载故障自诊断系统配套使用的，从本质上看，它相当于自诊断系统的终端设备，起到人机交互的作用。
该方法可在汽车不解体的情况下，用仪器或设备测试汽车性能和故障参数，曲线或波形，甚至能自动分析和判断汽车的技术状况。
随着电喷发动机汽车的普及，汽车故障诊断仪已作为一种必备的维修工具被大多数行业人士所接受。
本文设计的汽车故障诊断仪采用的是CYGNAL公司的低功耗单片机
C8051F020作为核心，具有数据存储，通讯以及LCD显示等各种功能。
该仪器具有低功耗，高精度，携带方便适用于多种场合等特点。
1、诊断仪原理与功能
1.1 硬件原理及作用
专注下一代成长，为了孩子。
基于C8051F020单片机的加热炉温度测控系统的研发
基于C8051F020单片机的加热炉温度测控系统的研发毕业设计（论文）基于C8051F020单片机的加热炉温度测控系统的研发系别自动化工程系专业名称测控技术与仪器班级学号5060824学生姓名李威指导教师金伟2010年06月15日基于C8051F020单片机的加热炉测控系统的研发摘要本课题对工业对象中主要的被控参数电阻炉炉温进行研究，设计了下位机硬件电路、软件程序和上位机软件程序。
硬件电路主要以C8051F020单片机为核心，并且由ADC0809、HD7279a和max232等芯片构成。
以C8051F020单片机为主体，构成一个能进行较复杂的数据处理和较复杂控制功能的智能控制器。
单片机根据输入的各种命令，进行智能计算得到控制值，输出脉冲触发信号，经过保护电路控制双向可控硅的导通角，从而控制电阻炉的加热时间。
软件程序采用两重中断嵌套方式，效率较高。
因为单片机内存有限提出了一种常规控制的方法，即调节K p、K i、K d三个参数，来实现控制。
电阻炉炉温的变化系统为二阶惯性纯滞后大惯性系统，最后分别利用PID算法及模糊控制通过MATLAB进行计算机温度控制仿真，得到了较理想的控制效果。
同时利用串口实现与PC机的通信，用vc编写上位机界面，PC机作为上位机进行较复杂算法的选择和控制。
关键词：单片机，温度控制，PID调节，matlab仿真The Research of C8051F020 SCM Based on The Heating FurnaceControl System DevelopmentAuthor：Li WeiTutor：Jin WeiAbstractThis subject mainly for industrial object of resistance furnace temperature control parameters were studied, and the design of hardware circuit and software program and PC software program. The hardware circuit consists mainly of C8051F020 SCM as the core and ADC0809 7279: max232, etc. To C8051F020 SCM chip as the main body, can form a complex data processing and complex function of intelligent controller. According to the input of various orders chip, intelligent calculated, the output pulse triggering signal components, after protecting circuit control bidirectional thyristor conduction angles, which controls the heating time resistance furnace. Software interrupt nested manner by two, higher efficiency. Because of limited memory chip is proposed, i.e. normal control method of K p mohan, adjust K i, three parameters K d, come to control. The resistance furnace temperature change system for second inertia pure inertial system, finally lag big respectively using PID algorithm and fuzzy control by MATLAB simulation of temperature control, computer got better control effect. While using the serial communication with the PC, written by vc computer interface, PC as PC for complex algorithm of choice and control.Keywords: SCM, temperature control, PID, matlab simulation目录1 绪论 (1)1.1研究背景和研究意义 (1)1.2所要解决的主要问题 (1)1.3研究方法和创新之处 (2)1.4电加热炉的国内外发展现状 (2)1.4.1 定值开关控温法 (3)1.4.2 PID线性控温法 (4)1.4.3 智能温度控制法 (4)1.5系统总体设计方案 (4)1.5.1 系统性能要求及特点 (5)1.5.2 系统硬件方案分析 (6)1.5.3 系统软件方案分析 (7)2 硬件设计 (8)2.1系统硬件总体结构 (8)2.2主控模块的器件选型及设计 (9)2.2.1 单片机的选用 (9)2.2.2 C8051F020片上系统单片机片内资源介绍 (10)2.2.3 系统实验板 (13)2.2.4 复位电路的可靠性设计 (14)2.2.5 晶振电路的设计 (15)2.2.6 串口驱动电路的设计 (16)2.2.7 A/D转换电路设计 (18)2.2.8 过零检测电路的设计 (19)2.2.9 PWM输出电路的设计 (20)2.2.10 键盘及显示电路的设计 (22)3 系统控制算法研究 (25)3.1加热炉的数学建模 (25)3.2PID控制原理 (26)3.2.1 数字PID控制算法 (27)3.2.2 增量式PID仿真结果 (28)3.3模糊自适应PID算法 (29)3.3.1 模糊自适应PID的特点 (29)3.3.2 模糊自适应PID的结构 (30)3.3.3 模糊自适应PID的控制结构原理 (31)3.4加热炉温度的模糊自适应PID控制器的设计 (31)3.4.1 温度值模糊自适应PID的模糊化 (31)3.4.2 模糊自适应PID的模糊规则及推理算法 (32)3.4.3 模糊自适应PID控制器的解模糊化 (33)4 炉温测控系统上位机软件实现技术 (36)4.1M ATLAB软件与VC软件通信的实现 (36)4.2可视化上位机监控界面的实现 (37)总结与展望 (38)5.1总结 (38)5.2展望 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (43)附录A：英文文献 (43)附录B：中文译文 (46)1 绪论1.1 研究背景和研究意义随着世界各国经济的快速发展，对能源的消耗与日俱增，怎样降低功耗提高经济效益，已经成为世界人们所关注的问题。
采用过采样提高C8051F020片内ADC分辨率的研究
Ａｂｓ ｔｒ ａ ｃ ｔ： Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｔ ｏ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｒ ｅ ｂ ｉ ｔ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ，
ｈｉ ｇ ｈｅ ｒ ｒｅ ｓ ｏｌ ｕｔｉ ｏ ｎ ｄｅ ｖｉ ｃｅ ｃｏｓ ｔ ｓ ａ ｒｅ ａｌ ｓ ｏ ｈｉ ｇ ｈｅ ｒ ． Ｃ ８０ ５１ Ｆ０ ２ ０ ｏｎ —ｃ ｈｉ ｐ ＡＤ Ｃ ｉ ｓ ａ １ ２ ｂｉ ｔ， ｉ ｎ ｏｒ ｄｅ ｒ ｔ ｏ ｒ ｅｄ ｕｃ ｅ ｔ ｈｅ ｃｏ ｓｔ
ｔ ｉ ｍｅ ａ ｎｄ ｒ ｅｄ ｕｃ ｅ ｔｈ ｅ ｔ ｈｒ ｏｕｇ ｈｐ ｕｔ ｏｆ ｄ ａｔ ａ．
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏｒ ｄ ｓ： Ａ Ｄ Ｃ； ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｍ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ： Ｃ ８ Ｏ ５ １ Ｆ ０ ２ ０： ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ
， ｎ ＿ ２
式中 是输入信号的最高频率
， 可 以计 算 对 于１ ２ 位和ｌ ６ 位 测 量 的 代 码宽 度 和 温 度 分 辨 过 采样是使用远 大于奈奎 斯特采样频 率的频率对输入信 电 压ｖ 率 （ 可测量 的最小温度变化 ） 。 号进行采样， 即采样频率ｆ ） ） ｆ 。 过采样能提高测量 分辨率， 每
C8051f020IO配置小结五篇
C8051f020IO配置小结五篇第一篇：C8051f020 IO配置小结C8051f020 I/O配置小结020的每个I/O口引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。
同时引入了数字交叉开关，允许将内部数字系统资源映射到P0、P1、P2和P3的端口引脚。
通过设置交叉开关寄存器可将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其他数字信号配置为出现在端口I/O引脚。
必须在访问这些外设的I/O之前配置和允许交叉开关。
注意的问题：1.低端口既能按位寻址，也可以按字节寻址；高端口只能按字节寻址。
2.没有被分配到的引脚作为一般的数字通用I/O口。
3.P1口还可以用作ADC1的模拟输入。
4.P0MDOUT~P3MDOUT用于控制I/O端口每一位的输出状态。
5.EMIF（外部存储器接口）是用于CPU与片外XRAM之间的数据传输通道，通过寄存器EMI0CF和EMI0CN选择和管理端口实现数据的传输。
6.为了能访问片外存储器空间，必须设置EMI0CN寄存器的内容为片外存储器的空间页地址。
7.如果把外部存储器接口（EMIF）设置在高端口则首先要把EMI0CF的PRTSEL位设置为1，选择高端口，同时选择地址的复用或非复用方式，在把XBR的外部寄存器的EMIFLE 位设置为0。
8.复用方式配置：在复用方式下，数据总线和地址总线的第8位共用相同的引脚（AD0~AD7）。
在该方式下，要用一个外部锁存器（如74HC373或相同功能的锁存器）保持RAM地址的低8位。
外部锁存器由ALE(地址锁存使能)信号控制，ALE信号由外部存储器接口逻辑驱动。
9.在总线复用时，需要把地址数据复用端口配置为漏极开路。
10.ALE高/低脉宽占1个SYSCLK周期，地址建立/保持时间占0个SYSCLK周期，/WR和/RD占12个SYSCLK周期，EMIF工作在地址/数据复用方式，即：EMI0CF |= 0x2c;EMI0TC |= 0x2c;配置EMIF的步骤是：先将EMIF选到低端口或高端口；然后选择复用方式或非复用方式；再选择存储器的模式（只用片内存储器、不带块选择的分片方式、带块选择的分片方式或只用片外存储器）；然后设置EMI0TC；最后通过寄存器PnMDOUT和P74OUT选择所期望的相关端口的输出方式。
C8051F020单片机完成16路信号源的输出
二、系统方案论证
本系统有 DA 输出部分、AD 反馈部分、串口输出部分组成，系统框图下：
URAT输 出
电脑上 位机
DA
单片机
AD
多路模 拟开关
跟随输 入
采样保 持部分
滤波电 路
放大部 分
16选1开 关
16路信 号输入
输出
1.单片机部分
图 1.系统流程图
单片机选用 C8051F020，是完全集成的混合信号系统级 MCU 芯片，具有 64
图 14.放大输出电路
图 15.仿真波形
5.串行通信方式的选择与上位机的选择
单片机通过 URAT 发送数据至上位机长采用以下 2 种方法即通过蓝牙或 TTL 转串口线将单片机数据发送到电脑上位机。其中由于蓝牙使用较为方便， 故采用集成蓝牙模块。上位机需要直观显示单片机发出数据，故采用 Serial_Digital_Scope V2。
系统集成与应用 实验报告
2013/2014 学年第 2 学期
学生姓名:
*杰
学 号：
*
学 院:
仪器与电子学院
专 业:
电子科学与技术
题 目 : 用 C8051F020 单片机完成 16 路信号源的输出
指导教师： 焦新泉 2014 年 5 月 15 日
一、 设计任务与要求
C8051F单片机C程序精确延时的方法
编译情况相同。３种循环语句在Ｋｅｉｌ Ｃ５１中具有不同编 译特点的原因在于它们的流程不同。ｄｏ—ｗｈｉｌｅ语句是先 执行后判断，ｗｈｉｌｅ和ｆｏｒ语句都是先判断后执行。进行
多层循环时，使用ｄｏ—ｗｈｉｌｅ语句具有更大的优势：编译的 汇编代码就如直接用汇编语言编写的程序，结构紧凑，编
译效率高，条件转移控制循环次数的过程简单。因此，虽
Ｃ８０５１Ｆ单片机是完全集成的混合信号系统级芯片 （Ｓ０ｃ），其ＭＣＵ系统控制器的内核是ＣＩＰ一５１微控制器。 ＣＩＰ一５１的指令集与标准８０５１指令集完全兼容。ＣＩＰ一 ５１采用流水线指令结构，指令时序与标准８０５ｌ不同： ７０％指令的执行时间为ｌ或２个系统时钟周期；所有指令 时序都以时钟周期计算；大多数指令执行所需的时钟周期 数与指令的字节数一致；条件转移指令在不发生转移时和 发生转移时的时钟周期数不同。同标准８０５１相比， Ｃ８０５１Ｆ单片机实现程序延时的方法更复杂些。
ｖｏｉｄ ＳｉｎｇｌｅＣｉｒｃｌｅ（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｔ）｛ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ Ｘ＝ｔ，Ｙ ５ ｔｌ
ｔ基金项目：福建省教育厅科技硬目（ｊＢ０７２７７）。
ｄｏ（
；
｝ｗｈｉｌｅ（一一ｔ）； ｗｈｉｌｅ（ｘ一一）；
ｆｏｒ（；ｙ－－一；）； ｝
使用Ｋｅｉｌ Ｃ５１ Ｖ７．５０编译器编泽，得到的汇编代码如 下：
２丁＋（７ｌ＋３）Ｔ·（Ｘ一１）＋（，ｌ＋２）Ｔ＝ＺＴ＋（行＋３）Ｔ·Ｘ一１’
同理，可得Ｄｅｌａｙ函数的延时时间： ｛２Ｔ＋［２Ｔ＋（咒＋３）Ｔ·ｘ—Ｔ＋３Ｔ］·ｙ一丁＋３丁）·
￡一１’＋５丁＝｛［４ｙ＋（咒＋３）Ｘ·ｙ＋４］·￡＋４｝·Ｔ 其中，５丁为返回指令ＲＥＴ的时钟周期数。考虑调用Ｄｅ－ ｌａｙ函数的ＬＣＡＬＬ指令（时钟周期数为４Ｔ）和参数传递的 ＭＯＶ指令（时钟周期数为２ｎ，则总延时时间ｔ且为
C8051F系列实验指导书
第二章 C8051单片机实验内容
三 实验硬件电路，LED电路见图2-1，开关电 路见图2-2，
图2-1 八位LED灯电路图
第二章 C8051单片机实验内容
图2-2 拨档开关电路图
第二章 C8051单片机实验内容
C8051F020/1/2/3 内部有5 个计数器/定时器：其中三个16 位 计数器/定时器与标准8051 中的计数器/定时器兼容，还有两个 16 位自动重装载定时器可用于ADC、SMBus、UART1 或作为 通用定时器使用。
第一章：单片机实验设备简介
(5)、下载代码到FLASH： • 简单地按下生成工具栏中的下载按钮 或 使用Debug 菜单中的“Download”命令，就可 以下载程序到目标处理器的flash 中（注意： 只有在执行“Connect”命令后才能下载代码 到目标硬件）。 • 下载成功之后，点击运行/终止键（绿色圆点/ 红色）运行程序，再点即终止运行，终止后可 修改程序。
单片机与PLC技术实验指导书
实验地点： 一区主楼623房间 指导教师：胡振坤
进实验室领取C8051及PLC实验报告 带相关数据手册或课件，需要查阅。 不用带鞋套。
第一章：单片机实验设备简介
1.1 C8051F系统实验设备的组成 • NCD-CIP51F020 综合实验设备由 C8051F020 CPU 板和系统实验板二部分组 成，见图1-1，应用该设备可进行片上系统 单片机较典型应用的实验。
图2-3 定时器列表
第二章 C8051单片机实验内容
定时器3 是一个16 位的计数器/定时器，由两个8位的SFR组成， TMR3L（低字节）和TMR3H （高字节）。
图2-4 定时器3的工作方式
第二章
1 6 2 10
北京工业大学8051单片机实验报告材料
8051单片机实验报告专业：电子科学与技术：学号：120231指导教师：金冬月第一单元单片机程序调试环境使用及并行数据传送操作训练1-1修改例程一的源程序：将A寄存器的初值改为80H（正逻辑，数据位为1表示发光二极管点亮），再对源程序进行简单修改，使程序运行后发光二极管点亮情况与修改前相同。
$include (C8051F020.inc) ;C8051F02x系列单片机信息头文件包含伪指令LCALL Init_Device ;调用初始设置子程序MOV A,#080H ;赋初始值并在发光二极管上显示该数值 CPL AMOV P3,ALOOP: CALL DELAYCALL DELAYCALL DELAYCALL DELAYCALL DELAYRR A ;A寄存器容右移1位并送发光二极管显示 MOV P3,AAJMP LOOP ;无限循环DELAY: MOV R5,#0H ;延时子程序D1: MOV R6,#0HDJNZ R6,$DJNZ R5,D1RET$include (Init_Device.inc) ;初始设置子程序文件包含伪指令 END将LED向左循环移位点亮改为向右循环移位点亮。
$include (C8051F020.inc) ;C8051F02x系列单片机信息头文件包含伪指令LCALL Init_Device ;调用初始设置子程序MOV A,#07FH ;赋初始值并在发光二极管上显示该数值 MOV P3,ALOOP: CALL DELAYCALL DELAYCALL DELAYCALL DELAYCALL DELAYRL A ;A寄存器容右移1位并送发光二极管显示 MOV P3,AAJMP LOOP ;无限循环DELAY: MOV R5,#0H ;延时子程序D1: MOV R6,#0HDJNZ R6,$DJNZ R5,D1RET$include (Init_Device.inc) ;初始设置子程序文件包含伪指令END加快LED循环移位点亮的速度。
C8051F020单片机实验接线表
一、C8051F020单片机实验接线表(注:黑体部分已调试通过)3.8 WDT看门狗实验一、实验目的熟悉汇编语言编程，掌握C8051F020内部WDT的使用。
二、实验内容通过改变延时程序的延时值，使延时值分别小于和大于WDT设置的定时间隔，运行程序，观察P0.0控制的发光二极管L8的变化。
三、实验原理介绍MCU内部有一个使用系统时钟的可编程看门狗定时器（WDT）。
当看门狗定时器溢出时，WDT将强制CPU进入复位状态。
为了防止复位，必须在溢出发生前由使用软件重新触发WDT。
如果系统出现了软件/硬件错误，使使用软件不能重新触发WDT，则WDT将溢出并产生复位，这样可以防止系统失控。
WDT是一个使用系统时钟的21位定时器。
该定时器检测对其控制寄存器的两次写操作的时间间隔。
如果这个时间间隔超过了编程的极限值，将产生WDT复位。
可以根据需要用软件允许和禁止WDT，或根据需要将其设置为永久性允许状态。
可以通过看门狗定时器控制寄存器（WDTCN）控制看门狗的功能。
(1)允许/复位WDT看门狗定时器的允许和复位是通过向WDTCN寄存器写入0xA5来实现的。
用户的使用软件应周期性地向WDTCN写入0xA5，以防止看门狗定时器溢出。
每次系统复位都将允许并启动WDT。
(2)禁止WDT向WDTCN寄存器写入0xDE后再写入 0xAD将禁止WDT。
下面的代码说明禁止WDT的过程：CLR EA ；禁止所有中断MOV WDTCN，#0DEh ；禁止看门狗定时器MOV WDTCN，#0ADhSETB EA ；重新允许中断必须在4个时钟周期之内写0xDE和写0xAD，否则禁止操作将被忽略。
在这个过程期间应禁止中断，以避免两次写操作之间延时。
（3）锁定WDT向WDTCN写入0xFF将使禁止功能无效。
WDT一旦被锁定，在下一次复位之前禁止操作将被忽略，写0xFF并不允许或复位看门狗定时器。
如果使用程序想一直使用看门狗，则应在初始化代码中向WDTCN写入0Xff.(4)设置WDT定时间隔WDTCN.[2~0]控制看门狗的超时间隔。
C8051F020实验指导书
单片机实验指导书目录第一章：实验设备简介 (1)1.1 系统实验设备的组成 (1)1.2 Silicon Labs C8051F 单片机开发工具简介 (1)1.3 DICE-C8051F嵌入式实验/开发系统简介 (3)第二章集成开发环境KEIL C软件使用指南 (6)2．1 KEIL C软件具体使用说明 (7)第三章实验指导 (20)3.1 C8051F 单片机I/O 口交叉开关设置 (20)3.2 数字I/O端口实验 (22)3.3 定时器实验 (24)3.4 外部中断实验 (27)3.5 键盘显示实验 (29)3.6 六位动态LED数码管显示实验 (31)3.7 RS3232串口通讯实验 (33)3.8 综合设计 (35)使用特别说明：(1) 每次实验前，请仔细阅读实验指导，连线完毕，检查无误后，方可打开电源。
即连线时必须在断电状态下。
(2) 程序运行过程中，不要关闭电源，如果要断电，必须停止运行程序，并且退出程序调试状态，否则会引起KEIL C软件非正常退出，甚至引起DICE-EC5仿真器工作异常。
(3) 如出现上述（2）的的误操作，引起DICE-EC5仿真器工作异常，可对DICE-EC5仿真器进行复位。
（在光盘中找到文件夹“USB Reset”中的“USB Debug Adapter Firmware Reset”文件，双击运行，在弹出的对话框中点击“Update firmware”按钮，在提示成功后，点击“OK”按钮，退出复位程序。
DICE-EC5仿真器即可正常工作。
在下一次调试、下载程序时会提示“Do you want to update serial adapter now? ”,点击“确定”即可。
第一章：实验设备简介1.1 系统实验设备的组成DICE-C8051F嵌入式实验/开发系统由C8051F020 CPU 板、DICE-EC5仿真器和系统实验板三部分组成，应用该设备可进行片上系统单片机较典型应用的实验，请参见以下介绍。
智能小车实验报告
智能⼩车实验报告智能⼩车实验报告摘要为了使智能⼩车在赛道上按题⽬要求⾏驶，我们对整个系统进⾏了研究，通过论证分析确⽴了较优的设计⽅案。
本系统选⽤履带⼩车为车体。
以c8051f020单⽚机为控制核⼼。
⽤12v锂电池供电，并利⽤7805将电压稳⾄5v以满⾜单⽚机及驱动等其它模块对电压的需求。
⽤L298N驱动双直流电机，通过传感器检测、控制电动机的⽅向、快慢、启停。
循迹模块运⽤保证了⼩车安全在赛道上⾏驶。
⼩车上还装有⽆线接收模块，在两车之间实现信息传输。
通过各模块的配合，在程序的控制下，最后检测证明⼩车能够快速稳定的实现在赛道上⾏驶、超车等任务，不仅能够完成基本部分，也能完成发挥部分。
关键词：c8051f020，驱动，⽆线模块，寻迹1 系统⽅案设计本实验要求甲、⼄两辆⼩车同时起动，先后通过起点标志线，在⾏车道同向⽽⾏，实现两车交替超车领跑功能。
在对题⽬和赛道深⼊了解的基础上，我们确⽴了⼩车需要的以下基本模块：控制模块、电机驱动模块、寻迹模块、通讯模块、电源模块。
作为智能⼩车，必须拥有能够满⾜条件的⼤脑。
因此要选取合适的单⽚机作为控制模块的核⼼。
题⽬还要求⼩车完成题⽬的时间要尽可能短，所以要选取合适的电机驱动，使⼩车能够有⾜够的速度。
另外⼩车还要能够稳定安全的在赛道上⾏驶，尽量避免偏离赛道，更要防⽌⼩车冲出赛道，因此需在⼩车上安装循迹模块。
本题还需要两车配合⾏驶，两车之间进⾏通讯是很有必要的。
⽽作为电⼒系统，电源模块是必不可少的。
确定了⼩车系统需要的模块，接下来就对各模块的分析选取做详细的介绍。
1.1 控制模块⽅案⼀：使⽤传统51系列单⽚机，传统51单⽚机价格便宜，控制简单，但是它的运算速度慢，⽚内资源少，存储器容量⼩，难以实现复杂的算法。
⽅案⼆：使⽤C8051F系列单⽚机，C8051F单⽚机使⽤CIP-51微控制器内核，是标准的混合信号⽚上系统(SOC)，除了具有标准8051的数字外设部件之外，⽚内还集成了数据采集和控制系统中常⽤的模拟部件和其它数字外设及功能部件．如电压⽐较器PAC,ADC,DAC,SPI, SMBus(I2C)，UART等，特别⽅便进⾏数据的实时采集与控制。
C8051F单片机实验系统设计
C8051F单片机实验系统设计摘要：为满足单片机学习中对实践技能的要求，提高单片机开发系统的稳定性和可扩展性，降低系统功耗，设计了一种基于FPGA的C8051F单片机开发板。
利用FPGA实现键盘扫描、液晶驱动、地址译码以及其他外设接口，大幅度简化外围电路结构。
系统可在高低频时钟间切换以减小功耗，并增加了音频处理模块，实现基本的音频信号的存储和回放。
实验结果表明，该电路板相比普通的单片机开发板系统功耗减小50％左右，拥有最高达25 MIPS的处理速度，单片机可以直接驱动多达20多个LS TTL门电路，FPGA的引入使得外扩其他电路更为方便和灵活，具有良好的扩展性。
关键词：单片机；FPGA；外围电路；电路板目前高校单片机教学中大多是以MCS51单片机为首选机型进行讲解，所开发的教学实验系统也多是基于MCS51系列单片机开发设计的。
然而，随着单片机的应用进入SoC时代，其不足和缺陷也显而易见：片上资源不够丰富，功耗较大，处理速度很有限，电路庞大且复杂，可靠性和可维护性较差，难以满足高水平的设计要求。
为了进一步简化电路结构，提出一种C8051F单片机实验系统设计方案，该方案采用FPGA实现单片机各种外设接口。
FPGA作为一种可编程逻辑器件凭借其优越的可扩展性能受到设计者的青睐，逐渐成为分立元件的替代者。
通过对FPGA编程，实现任何数字元件的逻辑功能，设计者可以通过原理图输入或硬件描述语言，方便地设计一个数字系统，这使得单片机外围电路的设计简单、灵活、可靠。
本系统是为单片机实践教学而开发的，因此要求单片机的功能齐全，满足教学中各种实验的要求。
一般的实验板的功能有：模拟数字信号转换实验、通信接口实验、存储器实验、各种显示实验，人机交互实验等等。
除此之外，还要考虑由于是非商业性质的开发，对一些功能的精度要求不是很高，在选择最理想价格的同时，选择尽可能多而全的片上资源，留待后期开发扩充。
基于以上考虑，该平台使用SoC系统级的C8051F020单片机作为核心控制器，CycloneⅡEP2C8型FPGA 实现外设接口，加上LCD、键盘、UART串口等人机交互的模块。
C8051F020单片机的RS485串行通信设计
C8051F020单片机的RS485串行通信设计关键字：单片机串行通信RS485l 引言随着计算机技术和测控技术的不断发展，在以单片机为核心的数据采集系统中，需要实现单片机和计算机之间的数据交换，并以此来发挥单片机和计算机各自的长处，提升整个系统的性能价格比。
在计算机网络和工业控制系统中，经常需要采用串行通信来实现远程数据传输。
目前，有多种接口标准可用于串行通信，包括RS232、RS422、RS485等。
RS232是最早的串行接口标准，在短距离、较低波特率串行通信中得到了广泛应用。
但是，RS232通信存在着传输速度慢、传输距离短、信号容易受到干扰等不足，其应用局限性已日益突出。
而RS485通信采用差分方式来消除噪声，即信号在发送前会分解为正负2条线路，当到达接收端时将信号相减，使噪声相互抵消，还原成原来的信号，这种方式对共模干扰抑制能力较强，已广泛应用于工业控制等领域。
要实现单片机与计算机之间的RS485通信，一般可以采用2种方法：一种方法是在单片机与计算机两端分别采用RS232与RS485电平转换装置；另一种方法是采用RS485通信卡，并将其插在计算机主板上。
采用前一种方法的优点是硬件装置安装简便，软件编程相对简单；缺点是通信速率被限制在20 kb/s以内。
第二种方法的优点是通信距离较远，速率较高，可达10 Mb/s；缺点是需要安装通讯卡和驱动程序，并进行必要的设置。
本文采用第二种方法。
2 总体架构在某型电子设备研制中，选用美国Cygnal公司生产的一种soc型8位单片机C8051F020，对测控系统进行数据采集。
该单片机是C8051F系列的F02X子系列，其性价比在工业控制领域具有较强的竞争力。
它是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051指令集完全兼容的CIP一51内核，对于熟悉51单片机的技术人员来说，在硬件设计及软件编程上大大提高了开发效率。
测控计算机采用研华的IPC-610工控机，并选用PCL一846B通信卡进行RS485串行数据通信，该通信卡包含4通道，每个通道可以对32个节点进行通信。
基于单片机C8051F020的电力参数测量
基于C8051F020单片机的电力参数测量摘要：当今，电能作为一种重要的能源，与我们的生活、工作有着密切的联系，因此如何来测量它的参数就具有重要的现实意义。
本文介绍了一种基于C8051F020单片机的电力运行参数测量装置。
该装置采用单片机为测控核心，使用偏差累积增量法对软件同步算法进行改进；采用工程上常用的数值积分算法，将连续函数离散化。
系统能完成对变压器副边电压、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率及系统用电量的测量，并采用按键控制、数码管显示，测量精度高，反应速度快，界面清晰直观。
关键词：C8051F020单片机；电力参数；偏差累积增量法；数值积分引言:在传统的电力参数测量系统中，多采用8051、80C196等普通单片机作为微控制器。
由于其指令周期长，在实时性方面受到了一定的限制。
随着微电子技术的不断进步，C8051F020单片机体现了单片机集多种器件和多种功能于一身，从“片自为战”向“片上系统”过渡的发展方向。
本文将详细介绍高速微控制器C8051F020在电力参数测量系统中的应用和实现。
系统方案设计交流采样方法交流采样法，即直接对连续的模拟信号进行等间隔采样，再用特定的数值算法进行处理。
对周期为T 的被测信号，设T s 为采样周期，在一个周期内于0t 、1t 、…、i t 、…、1-N t 时刻采样N 个点，令00=t ，如果有：0=-∙=∆T T N T S(1)1,,1,00-==∙-=∆N i T i t t S i i(2)同时成立，则称采样为理想同步采样。
这时第i 次采样点的采样时刻N T i t i /∙=(3)然而同步总是相对的，绝对同步只是理想的情况。
在实际同步采样系统中，要严格满足式(3)是很困难的。
为此，定义同步采样时间误差iξ来表示第i 次采样点的实际采样时刻与其理想同步采样时刻的偏差：N T i t i /i ∙-=ξ(4)目前，利用采样值进行工频电参量测量的理论和方法大多建立在理想同步采样基础上的。
C8051F020硬件电路设计
C8051F020硬件电路设计一直觉得自己设计的C8051F020电路板的过程比较凌乱，想找个时间来总结下，所以就有了这篇文章。
其实这个电路板的功能很简单，主要就是板上设计了LCD12864、LCD1602以及键盘的接口，但是在设计过程中出现了很多问题，现在来做个总结。
首先来个电路板的照片如图1所示。
电路板所以的IO口都用牛角座引出，方便连接。
图1 系统板实物图片1、关于ADC的设计。
去年在研究C8051F020片内的ADC0的时候发现一个奇怪的问题，每当采采集电压达到3V左右的时候采集的数字量就已经达到了最大值4095（参考电压接的是3.3v），即使电压再升高，比如达到3.2V，采集的电压的数字量始终是4095（12位的ADC），当时想当然的认为是器件的非线性问题，但是官方给出的数据是转换误差为：±1LSB，当时就一直怀疑芯片给的数据有问题。
为了验证是否是非线性问题，于是就自己做测试，采集到的数据如图2所示。
图2 ADC0测试曲线从图2中看到器件在0~3 V左右的时候采集的数据线性是非常好的，只是在达到3 V以后数据始终是4095。
这到底是什么问题呢，当时由于时间紧，没有仔细的读数据手册，只是在程序中把参考电压的值改为3.1V（测试的时候3.1V 达到极限），这样程序处理也是没有问题的。
现在又要从新设计这个板子，由于时间比较充裕，自己就发誓一定要找到原因。
首先排除的是器件的非线性问题，这个从图2中就已经证实了。
那么是数据手册给的数据有问题么？虽然有这个怀疑，但是想来数据手册给的数据应该是没问题的，那么估计是没有仔细了解数据手册的内容，于是乎就仔细的研读了数据手册。
在一个叫电压基准的电气特性的表格中找到了答案，如图3所示。
图3 电压基准的电气特性从图3中看到外部基准电压的范围为1~A V+-0.3V，这里的A V+为3.3V，也就是说外部输入的参考电压必须比输入给ADC的电源电压小0.3V。
C8051F020 最小系统 实验指导手册
工程的建立及配置........................................................................................7 Configuration Wizard 2 的使用介绍............................................................9 液晶显示......................................................................................................15 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6 液晶显示模块简介............................................................................15 硬件连接............................................................................................16 地址计算方法....................................................................................17 RA8835 底层驱动程序..................................................................... 18 程序示例............................................................................................19 综合程序示例....................................................................................21 行列扫描原理介绍............................................................................23 硬件连接............................................................................................23 软件流程图........................................................................................24 示例源程序........................................................................................25 示例工程............................................................................................26 硬件连接............................................................................................30 软件设计............................................................................................30 相关寄存器设置................................................................................31 程序示例............................................................................................34
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目 录说明 (3)MT020学习开发板/MT-UDA仿真器说明 (4)一 C8051F020/120单片机学习开发板（MT020）简介 (5)1.1 MT020单片机学习开发板特色 (5)1.2 MT020与国内同类产品比较 (5)1.3 MT020与同类产品实物图比较 (7)二 电路原理图 (8)2.1 MT020电路原理图 (8)2.2 MT020学习开发板TopLayer图 (13)三 快速运行第一个程序 (15)3.1 Keil C51 的安装 (15)3.1.1 系统要求 (15)3.1.2 软件的安装 (15)3.2 MT-UDA调试仿真器驱动程序的安装 (17)3.3 μVision2 集成开发环境 (18)3.3.1 μVision2 集成工具 (18)3.3.2 菜单栏命令、工具栏和快捷方式 (18)3.4 Keil C51使用及与仿真器连调 (23)3.4.1 创建第一个Keil C51 应用程序 (23)3.4.2 程序文件的编译、链接 (29)3.4.3 程序调试 (32)四 MT020学习开发板基础实验 (37)4．1 I/O口控制实验(蜂鸣器驱动实验) (37)4．2 精确延时程序实现 (38)4．3 数码管显示实验 (39)4．4 键盘扫描实验 (40)4．5 中断按键实验 (41)4．6 软件模拟I2C总线实验（EEPROM AT24C01） (42)4．7 利用SMBUS实现基于I2C器件操作实验（读写EEPROM AT24C01） (43)4．8 字符型液晶1602显示实验 (44)4．9 图型液晶12864显示实验 (45)4．10 串口通信实验 (46)4．11 数字温度传感器DS18B20实验 (47)4．12 ADC0片上温度采集实验 (48)4．13 ADC0电压采集实验 (49)4．14 DAC0输出正弦实验 (50)4．15 DAC0输出DTMF信号实验 (51)4．16 比较器（CP）实验 (52)4．17 硬件SPI接口控制跑马灯实验 (53)4．18 用PCA硬件单元实现PWM实验 (54)4．19 用PCA硬件单元实现边沿捕捉实验 (55)4．20 红外数据收发实验 (56)说 明本电子文档是MT020学习开发板实验手册，本文档为作者劳动成果，未经作者同意，请忽用于商业目的。
若文档中涉及了与其它正式出版书籍类同内容，被认为侵权行为，可及时与作者联系，将不适当内容删除。
MT020学习开发板，MT-UDA仿真器购买地址：淘宝店：作者QQ：331215223作者E-MAIL：viewmicro@MT020学习开发板/MT-UDA仿真器说明MT020学习开发板相关说明：1. MT020学习开发板使用的液晶接口中，第19、20脚为背光引脚（J85、J86），默认是将第19脚跟GND短接，第20跟VCC短接，如图2-3-1所示。
若用户使用的液晶背光第19脚为VCC，第20脚为GND，则需要将此处重新连接。
开发板默认使用的液晶型号为RT12864M-1，此液晶第16脚为悬空，如图2-1-5所示。
若客户使用的液晶需要用到此引脚，只需要将J74的P63和NC短接即可。
2．MT020学习开发板左边有电源选择开关，如图2-3-1所示，当开关按下后，选择MT-UDA调试仿真器或外接USB供电，若未按下，则选择外接+5V电源供电。
3．当使用开发板的液晶时，由于液晶需要消耗较大的电流，因此本开发板上在背光处采用了470殴电阻进行了限流，此做法可能无法满足不分用户背光亮度的需求，此时用户需要将限流电阻R1（12864液晶限流电阻）或R8（1602液晶限流电阻）改小。
但此时最好采用外部供电，因为USB线本身有电阻，电流大时有较大的压降，易导致液晶工作不正常。
MT-UDA调试仿真器相关说明：1．MT-UDA调试仿真器插拔顺序：进行调试时，先将JTAG线跟仿真器，目标板（即开发板）相连，然后用USB 线连接电脑和MT-UDA调试仿真器；当调试完成，需要断开时，先将拔去USB线，即断开供电，然后将JTAG线从目标板处断开。
此顺序是为了防止静电无意间烧毁单片机的JTAG引脚。
2．调试仿真器有两个指示灯，一个为电源指示，另一个为调试指示（双色发光管），当用keil c或Silicon Labs IDE软件调试时，只有进入调试模式时，此两盏才会亮，不进入调试模式时，两灯都不亮。
一 C8051F020/120单片机学习开发板（MT020）简介大学生电子设计竞赛的首选单片机方案C8051F020/120单片机学习开发板（MT020），是浙江省《单片机原理及应用》精品课程组2009年新推出的，适合电子设计竞赛使用的产品。
由于C8051F020/120单片机具有64个IO口（3.3V接口，耐压5V）、运行速度快（25MIPS/100MIPS）、片上资源丰富、JTAG仿真开发工具价格低廉，是各高校电子设计竞赛单片机选型的绝佳方案。
1.1 MT020单片机学习开发板特色1． 三种供电方式：外部USB供电、外部电源供电、MT-UDA调试仿真器供电，无需电源转换器，即可轻松玩转，方便学习；2．64个IO口、模拟端口全部引出，可以作为最小系统板使用；3．提供详细的实验指导手册（市面上的学习开发板少有实验指导手册）；3．可配接多种规格的12864液晶和1602液晶（市面上的学习开发板一般只配一种型号的12864液晶）；4．提供丰富的基础实验学习例程和综合性设计实验，程序注释详细，综合性设计实验配有设计文档，设计文档完全按照电子竞赛的格式要求；5．独特的LED数码管倒置设计，在做电子钟实验时，巧妙形成两个点的秒闪动，在做温度测量与显示时,形成漂亮的“o C”度；6．提供C8051F电子版书籍，相关设计资料；7．电路板在发货之前均经过测试，保证没有脱焊和虚焊，所有功能和模块没有问题；8．硬件资源丰富，所有功能模块接口全部引出，并作了详细标记；9． C8051F020与120引脚完全兼容，无需要替换外围硬件电路，即可满足更高性能要求；10．方便实现3.3V，5V系统互连，无需考虑接口电压不兼容问题；11．学习开发板小巧，大小为12.9×10cm，方便携带；12．提供全面的技术支持；13．软硬件资源丰富，而出售价格低，在同类产品中性价比较高；12．学习开发板除可实现AD、DA、PCA（PWM）、I2C、SPI、数码管、液晶、按键、串口通信、温度采集等基本实验外，还可完成如下综合性实验：① 等精度频率测量（第三届全国电子竞赛B题，1997年）② RC参数测量（95年全国电子竞赛第四题）③ 函数信号发生器（第五届全国电子竞赛A题，2001年）④ 相位测量（第六届全国电子竞赛C题，2003年）⑤ 幅频特性（第四届全国电子竞赛C题，1999年，第八届全国电子竞赛D题发挥部分，2007年）⑥ 相频特性（第四届全国电子竞赛C题，1999年）⑦ 频谱分析（第八届全国电子竞赛A题，2007年）⑧ 工频有效值测量（第四届全国电子竞赛B题，1999年）⑨ 多路数据采集系统（第四届全国电子竞赛B题，1999年）⑩ 红外逻辑分析仪1.2 MT020与国内同类产品比较C8051F020TBC ML-F020EK MT020学习开发板硬件资源 •1路RS232接口（另一路提供接口）•所有管脚外扩•JTAG调试接口•1路RS232接口•所有管脚外扩•4个按键、4个LED•JTAG调试接口•1路RS232接口•所有管脚外扩•3×4按键矩阵、4个中断按键•JTAG调试接口•6只超高亮数码管显示电路•12864、1602液晶接口电路•74595实现SPI接口控制8只发光管•蜂鸣器电路•两路二阶RC滤波电路•电压调节电路•红外发射、接收一体化电路•555电路产生频率、RC测量电路•AT24CXX EEPROM•DS18B20温度采集•部分模拟端口电压保护软件资源 提供基于C8051F020内部各资源的测试程序•8路12位AD转换及串行通信例程•2路12位DA转换及键盘驱动例程基础实验：•DTMF、正弦波信号发生•扫描按键、中断按键•数码管显示•74HC595实现SPI接口控制发光管•ADC采集•片上温度采集•18B20温度采集•12864、1602液晶显示•串口通信•基于软、硬件模拟的AT24CXX读写操作•PCA实现PWM、上下沿捕捉试验•红外发射接收综合实验：等精度频率测量；水温控制；频谱分析。
其它综合性项目正在完善中。
其它C8051F相关电子书籍；C8051系列单片机原理图、PCB图库；实验指导书（内含原理图）；数据手册；大量源代码；相关实用软件；相关设计资料。
1.3 MT020与同类产品实物图比较图1 ML-F020EK 图2 C8051F020TBC图4 MT020学习开发板二 电路原理图2.1 MT020电路原理图图2-1-1 数码管显示原理图图2-1-2 3*4矩阵键盘、中断型按键、74HC595控制发光管、蜂鸣器硬件原理图图2-1-3 电源原理图图2-1-4 红外收发、RC滤波、555电路、AT24CXX、外部参考电压调节、DS18B20、RS232电平转换电路原理图图2-1-5 最小系统、12864/1602液晶电路原理图2.2 MT020学习开发板TopLayer图图2-2-1 MT020学习开发板TopLayer图2.3 MT020学习开发板实物图解图2-3-1 MT020学习开发板实物图解三 快速运行第一个程序3.1 Keil C51 的安装3.1.1 系统要求安装Keil C51 集成开发软件，必须满足最小的硬件和软件要求，才能确保编译器以及其他程序功能正常，必须具有：(1) Pentium、Pentium－II 或兼容处理器的PC；(2) Windows95、Windows98、Windows NT4.0；(3) 至少16MB RAM；(4) 至少20MB 硬盘空间。
3.1.2 软件的安装下面以Keil C51 V7.0 版为例，介绍如何安装Keil μVision2 集成开发环境。
(1) 进入..\Keil CV7.0\Setup 目录下，这时会看到SETUP.EXE 的安装文件，双击该文件即可开始安装。
(2) 这时会出现如图3-1-1所示的安装初始化画面，稍后弹出一个安装向导对话框如图3-1-2所示，询问用户是安装、修复更新或是卸载Keil C51 软件，用户可以根据需要进行选择，当然若是第一次安装该软件应选择第一项Install Support for Additional．．．安装该软件。
图3-1-1 安装初始化图3-1-2 安装向导画面(3) 单击Next 命令按钮，这时会出现如图3-1-3 所示的安装询问对话框，提示用户是安装完全版还是评估版。