紅外線障礙偵測自走車

高雄縣高英秺高級工商職業學校
Kao Ying Industrial Commercial Vocational High School
專題製作報酒告
紅秒外屸線障遷礙偵測釱自走車
紅秒外屸線障遷礙偵測釱自走車
指導老師窯: 蔡 忠 憲 老師窯
科別班級: 資 訊 科 3 年 2 班
姓 名峮: 莊育秋、沈子程、邵柏源
中 華 民岙 國 99 年 01 月尦

誌 謝
「專題製作」,這是第二次參與相關活動,有了第一次的製作經驗與團隊合峯作
默契,我們穆在峹製作上比尬起第一次所碰到的問題就酧減釥少了許多峿。而老師窯則是在峹前置
作業時,重稥新灌輸給我們穆ㄧ樣鄆的概念,那就酧是「這是一個積需遻要稊重稥頭到尾自己克服
困難來完成的一項任峌務,除了組員穵以层外屸的人,都只屯是一個積協助引尙導的角色」。而這
次在峹製作過程中很感謝小組組員穵之間的合峯作精神、以层及大家窚努力、不怠慢的完成
自己所分配到的工作。更重稥要稊的事就酧是要稊感謝我們穆的指導老師窯,當小組碰到困難
的時候穎,老師窯不厭其煩的協助引尙導我們穆與教導我們穆,讓我們穆的專題能夠順利的往
下一層郅製作。
而經過這次專題製作過後,我們穆了解到許多峿更課外屸的專業技術與專業知識,
也體驗到了許多峿在峹課堂上所體會不到的經驗。瞭解到原穦來8051單酀晶醰片尴與電路
的結合峯,可屣以层產生岥出屒更強大的功屖能。我們穆也透過這次的機會,將再峘高職三年所學
的技術,重稥新的統整,將之前所學的知識與技術做了整合峯,也補充屌了我們穆不足的
專業知識。雖然過程中碰到了種種的困難與問題,但我們穆利用岦各峬種方尣法,來一一
突种破。最鄦後,感謝學校讓我們穆有機會再峘次參與專題製作的活動,很感謝我們穆的指
導老師窯,對我們穆細心尚的教導,最鄦後也要稊感謝各峬位組員穵付屃出屒的辛勞鄬。
I
學生岥
莊育秋
沈子程
邵柏源 僅上

紅秒外屸線障遷礙偵測釱自走車
紅秒外屸線障遷礙偵測釱自走車-以层單酀晶醰片尴
紅秒外屸線障遷礙偵測釱自走車 以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
製作為例
中文尠 中文尠摘要稊 中文尠 摘要稊
本岓篇研究報酒告旨在峹透過單酀晶醰片尴 89C51 的學習,了解單酀晶醰片尴的功屖能及使用岦方尣法,
且尼經由岩實際選製作 PCB 電路的過程中去屢對單酀晶醰片尴運作有更深入的了解。會想製作紅秒
外屸線障遷礙偵測釱自走車,原穦因峴於探測釱器對人類生岥命起源以层及人類未岔來發展窢的重稥要稊地峸
位,我們穆便利用岦專題製作的機會,研究最鄦基本岓的紅秒外屸線遙控原穦理,探討如崇何設計稌
一輛方尣便使用岦於各峬個積領邀域的遙控自走車;故想要稊藉由岩設計稌一單酀晶醰片尴電路,配合峯組
合峯語言程式去屢達到自動控制的目岰的,也因峴為透過設計稌及製作過程中,可屣以层知道及
了解,如崇何透過程式組合峯語言去屢設計稌、控制一自走車電路。小組成員穵同峧學預期醸此
設計稌能先峕達成做到啟動和停止尩的功屖能及目岰的,若秵此階段沒問題了,再峘會進階地峸針
對自走車電路再峘去屢做改良,再峘加展入紅秒外屸線功屖能,可屣以层讓自走車有自動障遷礙偵測釱的
功屖能,故現行之小組專題製作的目岰標鄋即是想透過單酀晶醰片尴的學習,去屢製作一個積自動
化的自走車,以层達到科技與生岥活相結合峯的目岰的。
關鍵詞 關鍵詞:單酀晶醰片尴、組合峯語言、自走車、紅秒外屸線
關鍵詞
II

目岰
誌謝........................................................................................................................... Ⅰ
中文尠摘要稊....................................................................................................................Ⅱ
目岰錄............................................................................................................................Ⅲ
表目岰錄........................................................................................................................Ⅳ
圖目岰錄........................................................................................................................Ⅴ
壹酖、前言...................................................................................................................... 1
III
錄
一、製作動機 ......................................................................................................1
二、製作目岰的 ......................................................................................................1
三、製作架構 ......................................................................................................2
四屶、製作預期醸成效............................................................................................... 4
貮、理論探討 .............................................................................................................. 5
參、專題製作 ............................................................................................................ 15
一、設備鄠及器材................................................................................................. 15
二、製作方尣法與步驟......................................................................................... 16
三、專題製作..................................................................................................... 17
肆、製作成果 ............................................................................................................ 22
伍峆、結論與建議 ........................................................................................................26
一、結論 ............................................................................................................ 26
二、建議 ............................................................................................................26
參考文尠獻.................................................................................................................... 27
附錄一........................................................................................................................28

表目岰錄 目岰錄
表 3-1-1 專題製作使用岦儀邔器(軟體)設備鄠一覽表................................................15
表 3-3-1 專題製作計稌畫書 ......................................................................................17
表 3-3-2 多峿段式時間電驛之材料表.......................................................................21
IV

圖目岰錄 目岰錄
圖 1-3-1 專題製作流程圖 ........................................................................................3
圖 2-1-1 繼電器........................................................................................................5
圖 2-1-2 繼電器接腳編號 ........................................................................................6
圖 2-1-3 驅動繼電器驅動電路.................................................................................6
圖 2-1-4 控制直流馬達正岗反轉的應用岦電路 .............................................................7
圖 2-1-5 紅秒外屸線發射窠與接收的電路.........................................................................8
圖 2-2-1 微電腦硬體介面稫結構圖.............................................................................9
圖 2-2-2 單酀晶醰片尴的內部結構圖...............................................................................11
圖 2-2-3 單酀晶醰片尴 8051 的接腳圖.............................................................................12
圖 2-2-4 單酀晶醰片尴埠 0 應用岦於 I/O 時的提醚升電路圖 ................................................12
圖 3-2-1 製作方尣法與步驟 ......................................................................................16
圖 3-3-1 紅秒外屸線障遷礙偵測釱自走車電路圖 ...............................................................18
圖 3-3-2 多峿段式時間電驛之 Layout 圖.................................................................19
圖 3-3-3 硬體方尣塊圖..............................................................................................20
圖 4-1-1 電路 Layout(一) .......................................................................................22
圖 4-1-2 尋酦找資料(一) ...........................................................................................22
圖 4-1-3 自走車焊接過程(一)................................................................................22
圖 4-1-4 自走車焊接過程(二)................................................................................22
圖 4-1-5 自走車製作過程(一)................................................................................22
圖 4-1-6 自走車成品圖(一)....................................................................................22
圖 4-1-7 自走車成品圖(二)....................................................................................23
圖 4-1-8 自走車測釱試過程(一)................................................................................23
圖 4-1-9 自走車測釱試過程(二)................................................................................23
圖 4-1-10 自走車測釱試過程(三)..............................................................................23
圖 4-1-11 自走車測釱試指導過程(一) ......................................................................23
圖 4-1-12 自走車測釱試指導過程(二) ......................................................................23
圖 4-1-13 正岗修穑科大教授指導(一) ..........................................................................24
圖 4-1-14 正岗修穑科大教授指導(二) ..........................................................................24
V

圖 4-1-15 自走車指導過程(一)..............................................................................24
圖 4-1-16 自走車指導過程(二)..............................................................................24
圖 4-1-17 自走車指導過程(三)..............................................................................24
圖 4-1-18 自走車指導過程(四屶)..............................................................................24
VI

一、製作動機 製作動機
壹酖、前言 前言
1
壹酖、前言
在峹工程領邀域中,探測釱器始終扮演著相當重稥要稊的角色。探測釱器能在峹不適於人類
活動的地峸方尣工作,如崇:地峸形崎嶇的峭窤壁或坑谷、陰鄋暗且尼無氧氣存崊在峹的海底、地峸心尚
引尙力遠小於地峸球甚或毫無重稥力的外屸太空等環境。隨著科技愈益發達,探測釱器所具
備鄠的功屖能也愈見強大。如崇何設計稌一具性能優越的探測釱器,其控制原穦理即為最鄦基本岓
的環節所在峹。因峴此我們穆運用岦在峹校所學的相關知識,來設計稌一輛紅秒外屸線遙控自走車
以层作為探討、設計稌、製作與整合峯等工作。隨著現今科技之發展窢,無人自走車之應
用岦相當的普醭遍。舉凡自走車應用岦於節省人力或峤險環境中,諸如崇:無人搬運車、
工業用岦機器人、探險機器人。最鄦終之目岰的為節省人力,避免人類身處峤險環境,
又能快速精確酎的完成任峌務。目岰前的無人自走車種類很多峿,諸如崇:感應式、超音稯波
感測釱、直流馬達、步進馬達驅動、無線遙控、PC 控制……等。無人自走車主尾要稊整
合峯光峒學、機械、電機領邀域之研究,應用岦感測釱器測釱得周遭物體位置,經由岩單酀晶醰片尴判
讀並控制自走車前進方尣向峭。我們穆希望利用岦在峹學期醸間所修穑習過的相關專業知識來設
計稌這套窆系統,並希望能從這過程中汲取更多峿的相關知識與技術。
二、製作 製作 製作目岰的 製作 目岰的 目岰的
在峹機器人的世尺界中,包屗含了機械、自動化、光峒學、電子、通訊、資訊軟體、系統
安崎全峖還有創鄪意的特性等相關學問。伴隨著人類文尠明的發展窢,許多峿工作都是由岩電腦
和機器來控制,人力漸漸地峸被取代。因峴此,我們穆利用岦現代化科技改善以层保障遷每個積
人的生岥活需遻求,這都是科技一日尤千里的原穦因峴。智醳慧郗型自走車的應用岦也逐漸普醭及到
居家窚環境清潔鄟與居家窚保全峖之中,且尼相關的研究也持續進行當中,以层期醸能使人類有
更便利更安崎全峖的生岥活。為此,我們穆便著手尝研究自動化相關的實驗,選擇了無人自
走車來做為專題研究的題目岰,希望能夠利用岦自走車上的紅秒外屸線、碰撞郭開關、灰度
感測釱器以层及光峒敏等相關感測釱器,設計稌出屒自走車相關的應用岦,並應用岦於實務上。經
由岩這次專題的製作,訓練將專業的知識結合峯到日尤常生岥活或是各峬個積工程領邀域當中,
做一個積統整性的表現。在峹這個積專題當中,共峗分成兩大部分,一個積為控制電路的部
分,另屮一個積為紅秒外屸線接收電路部分,這兩個積部分的結合峯構成一個積基本岓的架構,因峴
此如崇何掌醑握醛控制這兩大電路是這次學習的一大關鍵。有了基本岓架構的認識
後,便可屣以层對其加展以层擴充屌以层及增邴加展其完備鄠性。

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
三、製作架構 製作架構
(一)專題製作流程
當小組人員穵題目岰皆選定後,就酧可屣以层著手尝踏出屒第一步,許多峿學生岥的問
題都是第一步不知該從何下手尝,一看到密密麻鄜麻鄜的程式跟電路圖,就酧開始
一個積頭兩個積大,這時候穎老師窯所扮演的角色就酧變的很重稥要稊,首稴先峕可屣以层先峕教導
學生岥們穆認識一個積題目岰它屾的架構是由岩硬體+軟體所組合峯而成,且尼軟硬體都是
各峬自獨立岷,不會影郓響到另屮外屸一邊,有這樣鄆的思維後進一步就酧可屣以层帶他屆們穆去屢
了解電路,先峕把電路繪製出屒來,需遻要稊那些材料,要稊準備鄠多峿少才夠,通常都
會建議準備鄠兩組材料,一組當備鄠用岦,當材料備鄠齊邒後,可屣以层先峕在峹麵包屗板上做
個積測釱試,先峕知道這個積電路的設計稌有沒有問題,可屣不可屣行,是否有我們穆想要稊
的功屖能出屒來,經確酎認沒問題後就酧可屣以层開始準備鄠製作焊接的 Layout 電路圖,
這部份峏又是同峧學的一大難題,如崇何把電路圖轉換醢成電路板用岦的圖形,這部
份峏的製作必岊須相當有耐秜心尚,中間過程也必岊須不段去屢修穑改,完成後也要稊反複
確酎認電路圖是否有畫錯,如崇不經手尝這個積動作,焊接開始才發現電路沒畫好崅
的話,通常這塊板子就酧沒救了,所以层同峧學們穆花了相當多峿的時間在峹繪製電路
圖上,經確酎認沒問題後,就酧開始進行焊接直到完成,這部份峏的作業比尬較不
用岦動頭腦,因峴為電路圖已經繪製出屒來,但必岊須更有耐秜心尚才行,一點一條慢
慢焊,整個積過程中,如崇有發現錯誤,首稴先峕要稊做的是必岊須去屢思考怎麼邐去屢補救,
每個積人看的點或多峿或少都不一樣鄆,第一個積同峧學看完發現沒得救,並不代表
第二位同峧學也是一樣鄆的結論,這樣鄆彼此反而能互相激勵,並互相學習著別
人從那一點去屢觀察出屒來的,為什麼邐自己沒有想到,彼此教學相長,學習成
效也會非常快速
2

(二)專題製作流程圖
圖 1-3-1 專題製作流程圖
3
壹酖、前言

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
四屶、製作預期醸成效
製作預期醸成效
小組成員穵們穆一開始都擔心尚會不會成功屖,都很害窙怕做到最鄦後沒有成效出屒來,希
望經過老師窯的協助和同峧學們穆辛苦秳的付屃出屒後能得到一張漂亮的成績單酀,為此我們穆初
步定義此專題的成效為:
(一) 打岌開電源開關,車即向峭前走。
(二) 當右履邊感應器感應到障遷礙物時,車會向峭左岂轉,來迴避障遷礙物。
(三) 當左岂邊感應器感應到障遷礙物時,車會向峭右履轉,來迴避障遷礙物。
(四屶) 當左岂、右履邊感應器同峧時感應到障遷礙物時,車會倒穅退到有一邊無障遷礙物。
因峴使用岦紅秒外屸線感應器反射窠來感應,對於某些情況會造成感應不良,如崇:
(一) 細柱型障遷礙物,因峴無法讓紅秒外屸線反射窠。
(二) 深暗色或黑色障遷礙物,因峴為深暗色或黑色屬於反射窠弱窳的顏色。
(三) 障遷礙物高度過低,無法讓紅秒外屸線反射窠。
4

貮、理論探討 理論探討
5
貮、理論探討
本岓章鄓將綜覽電子實習及單酀晶醰片尴相關的理論與實務研究,共峗分為二節來進行相
關的理論分析及探討。第一節介紹電子相關零組件峋的理論與原穦理;第二節說明單酀
晶醰片尴的內部架構、特性、理論基礎及功屖能,以层及組合峯語言程式設計稌原穦則。
一、電子相關零組件峋
電子相關零組件峋
(一)繼電器
「繼電器(Relay)」與一般開關不同峧,繼電器並非以层機械方尣式控制,
而是一種以层電磁力來控制切換醢方尣向峭的電門。繼電器的基本岓原穦理如崇下圖所
示岴,當線圈通電後,會使中心尚的軟鐵核心尚產生岥磁性,將橫向峭的擺臂吸下,
而臂的右履側則迫稜使電門接點相接,使兩接點形成通路。
圖 2-1-1 繼電器
上圖是簡單酀的單酀軸單酀切式繼電器,一顆繼電器也可屣以层同峧時切換醢多峿組
電門,如崇下圖所示岴是一個積雙軸雙切的繼電器,本岓專題使用岦此類型的繼電
器,它屾有八支尟接腳,排列峚方尣式如崇圖下接腳編號

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
圖 2-1-2 繼電器接腳編號
另屮外屸繼電器規格除了電門接點數鄁目岰不同峧,還要稊注意線圈的工作電壓
是直流或是交岾流電,使用岦的電壓電流大小,切換醢電門耐秜電壓程度等,繼
電器的規格有 3V、6V、9V、12V、24V、48V、100V、110V、200V、220V…
等,例如崇一般工業界常用岦的繼電器接點可屣以层耐秜電壓電流 110VAC-10A,線
圈使用岦電壓為 24VDC,共峗有二組或三組接點。
本岓專題使用岦 5V 的直流繼電器,8051 的 I/O pin 通常是無法直接推動
繼電器的線圈,用岦來輔助推動繼電器線圈的方尣法很多峿,電晶醰體開關是最鄦
廣郐泛被常用岦的方尣式。
下圖是本岓專題驅動繼電器的驅動電路:
圖 2-1-3 驅動繼電器驅動電路
6

(二)馬達
7
貮、理論探討
方尣法是以层 8051 I/O pin 低電位來驅動繼電器,因峴為在峹 8051 起動重稥
置時,I/O pin 都是高電位,為避免在峹 8051 重稥置時的 I/O 高電位使繼電
器起動,所以层設計稌上採用岦低電位來驅動繼電器較合峯適。
當 8051 I/O pin 為高電位時,經電阻 R 到 PNP 電晶醰體 B 極,PNP 電
晶醰體 E-B 不導通,PNP 電晶醰體的 E-C 極亦岿不導通,如崇同峧開路,NPN 的 B 極
無電壓,NPN 電晶醰體不導通,繼電器線圈不起動。
當 8051 I/O pin 為低電位時,PNP 電晶醰體 E-B 極得到順向峭偏壓(大
於 0.7V 的順向峭偏壓),PNP 電晶醰體 E-C 極導通,使得 VCC 電壓進入 NPN 電
晶醰體的 B 極,NPN 電晶醰體的 B-E 極得到順向峭偏壓,使 C-E 極導通,繼電器
線圈的一端得以层接地峸使線圈激磁,而起動繼電器。
一般直流馬達的兩端是沒有分正岗負稐端的,當馬達的兩端電壓反接
時,馬達軸心尚會變成反方尣向峭旋轉。下面稫圖示岴是利用岦繼電器來控制直流馬
達正岗反轉的電路圖示岴意圖解。圖(a)中 SW1 為開路,繼電器未岔充屌磁,故繼
電器電門接點保持向峭上位置,所以层馬達順向峭旋轉;圖(b)中將 SW1 電門壓
下,繼電器作動使電門移至向峭下的位置,馬達則逆向峭旋轉。
下圖是本岓專題控制直流馬達正岗反轉的應用岦電路:
圖 2-1-4 控制直流馬達正岗反轉的應用岦電路

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
V+與 V-是來自供應馬達轉動的直流電源,V+是正岗極,V-是負稐極。電
容窞 C 是用岦於消除電源雜訊,CN 是連接座窲,用岦於連接外屸部的直流馬達。
當繼電器線圈未岔起動時,V+經繼電器 pin#3 接 pin#2 再峘到 CN pin#2,而
V-經繼電器 pin#6 接 pin#7 到 CN pin#1,外屸接馬達轉動,假設是正岗轉。
當繼電器線圈起動時,V+經繼電器 pin#5 接 pin#7 再峘到 CN pin#1,
而 V-經繼電器 pin#4 接 pin#2 到 CN pin#2,外屸接馬達得到相反的電壓,
使用岦軸心尚反向峭轉動。
(三)障遷礙物偵測釱
偵測釱障遷礙物的方尣法很多峿,大都是使用岦反射窠遮敝的原穦理,常用岦的是利
用岦光峒線或紅秒外屸線,本岓專題使用岦紅秒外屸線反射窠遮敝的原穦理來偵測釱障遷礙物。
限流
電阻
紅外線
發射器
圖 2-1-5 紅秒外屸線發射窠與接收的電路
上圖是紅秒外屸線發射窠與接收的電路,左岂邊是紅秒外屸線發射窠器類似 LED,串
上一個積限稧流電阻到電源,即會動作,只屯是發出屒的不是光峒線,而是紅秒外屸線。
左岂邊是紅秒外屸線接收,紅秒外屸線接收器串接一個積分壓電阻到電源,無感應到紅秒
外屸線波時,紅秒外屸線接收器內部呈現高阻抗狀態,使偵測釱點的分壓值穂為高電
位。當紅秒外屸線接收器收到紅秒外屸線波時,內部阻抗值穂會降稪低,使偵測釱點的分
壓值穂下降稪,而得到低電位,即當偵測釱點為低電位時,表示岴偵測釱到紅秒外屸線。
紅秒外屸線具有反射窠的特性,遇到越深色的表面稫,反射窠能力越小,在峹純
黑色的表面稫,幾酱乎屁沒有反射窠能力,利用岦此特性,可屣讓我們穆得到偵測釱障遷礙
物的功屖能。
8
分壓
電阻
紅外線
接收器

二、單酀晶醰片尴結構
單酀晶醰片尴結構
(一) 微電腦硬體結構
9
貮、理論探討
微電腦硬體結構包屗含中央屹處理單酀元、記憶體單酀元、輸入單酀元與輸出屒
單酀元等四屶個積主尾要稊單酀元,其結構關係則如崇下圖所示岴。
輸
入
單
元
圖 2-2-1 微電腦硬體介面稫結構圖
其中,中央屹處理單酀元則是由岩運算單酀元與控制單酀元兩部分所組成的單酀
元,即是一般所通稱的 CPU(Center Processing Unit),此為微電腦最鄦重稥要稊
的部分。以层下就酧微電腦中各峬單酀元的功屖能做簡單酀介紹:
1、運算單酀元(Arithmetic Logic Unit,簡稱 ALU)
運算單酀元又稱為算數鄁邏輯單酀元,在峹中央屹處理單酀元中可屣用岦於執
行算數鄁運算,(如崇:加展、減釥、乘稶、除等),以层及邏輯運算(如崇:AND、
OR、NOT 等),能將記憶體單酀元或輸入單酀元送至中央屹處理單酀元的
資料執行各峬種運算。當運算完成後再峘由岩控制單酀元將結果資料送至
記憶體單酀元或輸出屒單酀元。
中央屹處理單酀元
CPU
(運算單酀元+控制單酀元)
記憶單酀元
2、控制單酀元(Control Unit,簡稱 CU)
此單酀元在峹中央屹處理單酀元中,負稐責協調與指揮醞各峬單酀元間的資料
傳送與運作,使得微電腦可屣依照指令的要稊求完成工作。在峹執行一
個積指令時,控制單酀元先峕予以层解碼酒(Decode),瞭解指令的動作意義
後再峘執行(Execute)該指令,因峴此控制單酀元將指令逐一執行,直到
做完整個積程式的所有指令為止尩。
輸
出
單
元

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
3、輸入單酀元(Input Unit,簡稱 IU)
此單酀元是用岦以层將外屸部的資訊傳送到 CPU 做運算處理或存崊入
記憶體單酀元,一般在峹為電腦的輸入單酀元有鍵盤酆、磁碟機、光峒碟機、
滑鼠、光峒筆、掃描醒器或讀卡属機等週邊設備鄠。
4、輸出屒單酀元(Output Unit,簡稱 OU)
此單酀元是用岦以层將 CPU 處理過的資料輸出屒或儲存崊傳送外屸部週
邊設備鄠,一般在峹為電腦的輸出屒單酀元有顯示岴器、印表機、繪圖機、
燒錄機或磁碟機等週邊設備鄠。
5、記憶單酀元(Memory Unit,簡稱 MU)
記憶體單酀元是用岦來儲存崊輸入單酀元傳送來的資料,或儲存崊經過
中央屹處理單酀元處理完成的資料。記憶體單酀元之記憶體可屣分為主尾記
憶體(Main Memory)與輔助記憶體(Auxiliary Memory)兩種,而主尾
記 憶 體 依 存崊 取 方尣 式 不 同峧 , 又 可屣 分 為 唯 讀 記 憶 體 (Read Only
Memory , 簡 稱 ROM) 與 隨 機 存崊 取 記 憶 體 (Random Access
Memory,簡稱 RAM)。ROM 所儲存崊的資料,在峹微電腦中只屯能被
讀出屒但不能被寫郄入,也不會因峴為關機斷電而使資料流失屺;至於
RAM 在峹微電腦中,則可屣被讀出屒或寫郄入資料,但在峹關機斷電後儲
存崊於 RAM 中的資料將會流失屺。輔助記憶體則是指磁片尴、硬碟或
磁帶等週邊硬體,一般亦岿為輸出屒入單酀元,主尾要稊用岦來彌補主尾記憶體
的不足,其容窞量可屣無限稧制擴充屌。
10

(二) 單酀晶醰片尴的內部結構
Intel 公司屫所推出屒的 MCS-51 系列峚產品,其內部結構如崇下:
89C51 單酀片尴具有以层下之特性:
圖 2-2-2 單酀晶醰片尴的內部結構圖
1.專為控制使用岦所設計稌的 8 位元單酀晶醰片尴。
2.具有位元邏輯運算能力。
3.具有 128 位元的 RAM,以层及 4K 位元的 ROM。
4.具有 4 個積 8 位元 I/O 埠。
5.具有 2 個積 16 位元的計稌時/計稌數鄁器。
6.具有全峖雙工的 UART。
7.具有 5 個積中斷源及兩層郅中斷優先峕權結構。
8.具有時脈產生岥電路。
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貮、理論探討

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
(三) 單酀晶醰片尴的接腳
89C51 與 8051 皆為 40 支尟接腳之單酀晶醰片尴,其接腳圖與功屖能說明如崇下:
1.Vcc:+5 電源供應接腳。
2.GND:接地峸接腳。
圖 2-2-3 單酀晶醰片尴 8051 的接腳圖
3.P0.0~P0.7:埠 0,為開洩極(OpenDrain)雙向峭 I/O 埠。在峹做為外屸部擴充屌
記憶體時,可屣低八位元位址線(A0~A7addressline)與資料匯
流排(databus)雙重稥功屖能。在峹做為一般 I/O 埠時必岊須加展上如崇
下之外屸部提醚升電路。
圖 2-2-4 單酀晶醰片尴埠 0 應用岦於 I/O 時的提醚升電路圖
4.P1.0~P1.7:埠 1,為具有內部提醚升電路的雙向峭 I/O 埠。
5.P2.0~P2.7:埠 2,為具有內部提醚升電路的雙向峭 I/O 埠。在峹做為外屸部擴
充屌記憶體時,可屣為高八位元位址線(A8~A15addressline)。
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13
貮、理論探討
6.P3.0~P3.7:埠 3,為具有內部提醚升電路的雙向峭 I/O 埠。此外屸,埠 3 的
每支尟接腳都具有另屮一特殊功屖能,其功屖能如崇下:
RXD(P3.0):串列峚傳輸的接收端。
TXD(P3.1):串列峚傳輸的輸出屒端。
(P3.2):外屸部中斷輸入端。
(P3.3):外屸部中斷輸入端。
T0(P3.4):計稌時/計稌數鄁器外屸部輸入端。
T1(P3.5):計稌時/計稌數鄁器外屸部輸入端。
(P3.6):外屸部資料記憶體寫郄入激發信號(Strobe)。
(P3.7):外屸部資料記憶體讀取激發信號(Strobe)。
7.RST:重稥置信號(Reset)輸入端。在峹單酀晶醰片尴工作時,將此腳保持在峹“Hi”
兩個積機械週期醸,CPU 將重稥置。
8.ALE:位址鎖住致秬能(Address Latch Enable),在峹每個積機械週期醸都會出屒
現,可屣做為外屸部電路的時脈源。
9. :程式激發致秬能(Program Strobe Enable),可屣輸入外屸部程式記憶
體的讀取信號。
10. :外屸部存崊取致秬能(External Access Enable),當 EA 接腳為“L0”時,
則讀取外屸部程式記憶體執行。
11.XTAL1:反相振盪放大器的輸入端。
12.XTAL2:反相振盪放大器的輸出屒端。
(四屶) 單酀晶醰片尴程式指令介紹
組合峯語言程式其定址法可屣分為六種:
1.直接定址法 2.間接定址法
3.暫鄃存崊器定址法 4.立岷即定址法
5.索引尙定址法 6.位元定址法
1.直接定址法
所謂直接定址法,就酧是在峹指令中,直接定運算元所在峹的位址。僅適
用岦於內部資料記憶體(RAM)及特殊功屖能暫鄃存崊器(SFR)。
2.間接定址法
間接定址法是把運算元的位址存崊放在峹一個積暫鄃存崊器,這個積暫鄃存崊器就酧是

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
運算元位址的指標鄋。
3.暫鄃存崊器定址法
8051 內部 RAM 的每個積暫鄃存崊器庫窰均含有 8 個積暫鄃存崊器,稱為 RO-R7,
若秵運算元是使用岦 RO-R7 的位址都稱為暫鄃存崊器定址法。
4.立岷即定址法
立岷即定址法是把運算元直接放在峹運算碼酒的後面稫。若秵運算元是常數鄁資
料,則必岊須以层“#”號當作立岷即值穂的前置符號。
5.索引尙定址法
8051 的索引尙定址法僅適用岦於 ROM(程式記憶體),而且尼只屯能讀出屒,
不能寫郄入。所謂索引尙定址法就酧是以层一個積基底暫鄃存崊器的內容窞,再峘加展上一個積
索引尙暫鄃存崊器的內容窞,所得的值穂即是運算元所在峹的位址。採索引尙定址法
時,當基底暫鄃存崊器的是 DPTR(資料指標鄋暫鄃存崊器)或 PC(程式記數鄁器),當
索引尙暫鄃存崊器的則是累加展器 A。
6.位元定址法
位元定址法是指對內部資料記憶體(RAM)及特殊功屖能暫鄃存崊器(SFR)
的某個積位元直接設定或清除。就酧因峴為 8051 具有位元定址法,所以层我們穆
可屣以层輕易的控制功屖能強大的特殊功屖能暫鄃存崊器(SFR),讓 8051 發揮醞最鄦大效
用岦,這是 8051 很重稥要稊的角色。但是位元定址法,只屯能使用岦於可屣位元址
的暫鄃存崊器。
14

參、專題製作 專題製作
15
參、專題製作
此章鄓共峗分為三節依序說明本岓專題所應用岦到之設備鄠及器材、製作方尣法與步驟及
專題製作等。
一、設備鄠及器材
設備鄠及器材
儀邔器(軟體)
設 備鄠 名峮 稱
表 3-1-1 專題製作使用岦儀邔器(軟體)設備鄠一覽表
應 用岦 說 明
個積人電腦 專題報酒告、電路圖製作及進行專題成品電路測釱試
數鄁位相機
拍攝小組合峯作過程、專題功屖能使用岦及紀秓錄整個積專
題製作流程
雷射窠印表機 列峚印專題資料、圖片尴及專題報酒告成果
三用岦電錶 測釱量零件峋有無損壞及專題電路板各峬信號之量測釱
IC 萬用岦燒錄器 利用岦燒錄器將程式燒錄至 89C51 單酀晶醰片尴中
電源供應器 提醚供專題成品所需遻之電源
Microsoft Office Word 專題報酒告、製作過程的撰郱寫郄
Microsoft Office Power Point
進行口頭報酒告、製作及專題成品報酒告呈現
Keil-C 單酀晶醰片尴組合峯語言程式之編輯、燒錄軟體
Protel 99SE 繪畫專題電路之線路圖

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
二、製作方尣法與步驟
製作方尣法與步驟
本岓專題之製作方尣法與步驟,如崇圖 3-2-1 所示岴。
圖 3-2-1 製作方尣法與步驟
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三、專題製作 專題製作
表 3-3-1 專題製作計稌畫書
專題型別 個積人型專題 團隊型專題
專題性質 利用岦單酀晶醰片尴 89C51 製作自動化控制電路
科別/年級
專
資訊 科 三 年級
題
名
稱
中文尠名峮稱
英秺文尠名峮稱
紅秒外屸線障遷礙偵測釱自走車-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
專題內容窞簡述稖
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參、專題製作
無人自走車主尾要稊整合峯光峒學、機械、電機領邀域之研究,應用岦
感測釱器測釱得周遭物體位置,經由岩單酀晶醰片尴判讀並控制自走車
前進方尣向峭。希望能夠利用岦自走車上的紅秒外屸線、碰撞郭開關、
灰度感測釱器以层及光峒敏等相關感測釱器,設計稌出屒自走車相關的
應用岦,並應用岦於實務上。
指導老師窯姓名峮 蔡忠憲 老師窯
參與同峧學姓名峮
沈子程 邵柏源
莊育秋
專題執行日尤期醸 99 年 9 月尦 1 日尤至 100 年 2 月尦 1 日尤

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
(一) 電路圖
圖 3-3-1 紅秒外屸線障遷礙偵測釱自走車電路圖
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圖 3-3-2 紅秒外屸線控制電路圖
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參、專題製作

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
(二)硬體方尣塊圖
電池
電源
紅外線障
礙物感應
信號
系統重置
電路
工作頻率
振盪電路
電源
開關
系統
電源
8051 MCU
LED 指示
燈號
圖 3-3-3 硬體方尣塊圖
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左馬達繼
電器控制
右馬達繼
電器控制

表 3-3-2 多峿段式時間電驛之材料表
材料名峮稱 規 格 單酀位 數鄁量 備鄠註
電容窞(陶鄍瓷) 47pf 個積 2
電容窞 0.1uF 個積 2
電容窞 10uF 個積 1
電容窞 100uF 個積 1
電阻 82 個積 2
電阻 1K 個積 2
電阻 10K 個積 4
電阻 6.2M 個積 2
電晶醰體 2N3906 個積 3
電晶醰體 2N4401 個積 3
單酀晶醰片尴 At89c51 個積 1
CMOS 4069 個積 1
石岳英秺振盪器 8MHz 個積 1
紅秒外屸線接收 LED 個積 2
紅秒外屸線發射窠 LED 個積 2
繼電器 個積 2
(三) 小組分工的配置:
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參、專題製作
子程負稐責處理報酒告,資料的搜尋酦與匯整,遇到資料不足時可屣能必岊須
添購書籍或上圖書館尋酦找,遇到不懂的也可屣以层找老師窯研究,整個積專題完
成之後必岊須整理一份峏上台屲用岦的簡報酒報酒告。
育秋負稐責的部份峏麵包屗板的電路製作測釱試,畫出屒 Layout 的電路圖,並
且尼焊接在峹 PCB 板上,在峹繪製電路圖的過程中遭遇的問題會比尬較多峿,須與
老師窯研究修穑改電路。
柏源負稐責撰郱寫郄程式、購買零件峋,必岊須有效的掌醑控好崅元件峋,以层不浪費
為原穦則,初步構想為一次購買 2 套窆,一組當備鄠用岦,其餘時間陪鄇子程去屢搜
尋酦資料,與整理專題報酒告

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
一、
肆、製作成果 製作成果
圖 4-1-1 電路 Layout(一) 圖 4-1-2 尋酦找資料(一)
圖 4-1-3 自走車焊接過程(一) 圖 4-1-4 自走車焊接過程(二)
圖 4-1-5 自走車製作過程(一) 圖 4-1-6 自走車成品圖(一)
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圖 4-1-7 自走車成品圖(二) 圖 4-1-8 自走車測釱試過程(一)
圖 4-1-9 自走車測釱試過程(二) 圖 4-1-10 自走車測釱試過程(三)
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肆、製作成果
圖 4-1-11 自走車測釱試指導過程(一) 圖 4-1-12 自走車測釱試指導過程(二)

多峿段式時間電驛-以层單酀晶醰片尴 89C51 製作為例
圖 4-1-13 正岗修穑科大教授指導(一) 圖 4-1-14 正岗修穑科大教授指導(二)
圖 4-1-15 自走車指導過程(一) 圖 4-1-16 自走車指導過程(二)
圖 4-1-17 自走車指導過程(三) 圖 4-1-18 自走車指導過程(四屶)
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一、 結論
伍峆、結論與建議
結論與建議
〈一〉學校裡所學的皆以层理論為主尾,將理論結合峯電路應用岦在峹日尤常生岥活中
將有效提醚昇學習興趣。
〈二〉自己動手尝做專題,親手尝製作所得到的東西最鄦多峿,印象也最鄦深刻。
〈三〉專題製作可屣培養團隊合峯作的精神,因峴彼此都會有自己的意見,學
習如崇何去屢合峯作把意見統一。。
〈四屶〉專題的製作可屣以层帶來很大的成就酧感,當完成專題時的那份峏喜鄹悅竅只屯
有認真負稐責的人能感受的到。
〈五〉專業知識的不足是一般專題製作過程中常遇到的事,此時老師窯所
扮演的角色就酧相對重稥要稊。
〈六〉資料收集不易,因峴往往不知從何著手尝,面稫對的是一個積大電路,電
二、 建議
路元件峋皆複雜,往往會因峴此而失屺去屢方尣向峭。
〈一〉紅秒外屸線發射窠與接收有角度的限稧制,需遻注意角度。
〈二〉控制電路的電池如崇果低於 3.3 伏峉特,會造成動作不正岗常。
〈三〉在峹較光峒滑的地峸面稫操作,會因峴磨擦力高導致秬左岂右履轉不靈敏。
〈四屶〉可屣外屸加展一揚醤聲器,讓左岂、右履轉,倒穅退有聲音稯效果。
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參考文尠獻
參考文尠獻
1. 楊明峰窩 ,2008,8051 入門輕鬆學,台屲北屙市岃:碁峰窩資訊。
2. 鍾富酢昭 ,2003,8051 專題製作,台屲北屙市岃:全峖華文尠化。
3. 陳鄉俊榮 ,2007,組合峯語言,台屲北屙市岃:全峖華文尠化。
4. 林豐隆 ,2007,專題製作,台屲北屙市岃:全峖華文尠化。
5. 傅鄟榮鈞‧林偉政 ,專題製作 8051 單酀晶醰片尴篇,台屲北屙縣:台屲科大圖書。
6. 徐窶椿樑鄔‧陳鄉輔賢,2004,8051/8951 理論與實物應用岦,台屲北屙市岃:全峖華文尠化。
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