【正文】 **大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于步進(jìn)電機(jī)的畫(huà)圓小車(chē)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文第一章 緒論智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是未來(lái)生產(chǎn)生活的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用途。智能畫(huà)圓小車(chē)車(chē)就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)的基于步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)畫(huà)圓小車(chē)，采用AT89S52單片機(jī)作為小車(chē)的控制核心，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的控制可以讓小車(chē)自己在地上畫(huà)圓，實(shí)現(xiàn)智能。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較容易實(shí)現(xiàn)，但具有高度的智能化、人性化，一定程度體現(xiàn)了智能。1. 1背景移動(dòng)機(jī)器人作為現(xiàn)代高科技的集成體，是21世紀(jì)的科技制高點(diǎn)之一。移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)該說(shuō)它是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)綜合性的結(jié)果。同時(shí)，它為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一門(mén)有著重大影響的科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)后各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，而移動(dòng)對(duì)機(jī)器人的研究成果又提高了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。比如說(shuō)日本，戰(zhàn)后以后開(kāi)始進(jìn)行汽車(chē)工業(yè)，這時(shí)候由于它人力的缺乏，它迫切需要一種機(jī)器人來(lái)進(jìn)行大批量的制造，提高生產(chǎn)效率降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這是社會(huì)發(fā)展需求本身的一個(gè)需求。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類(lèi)自身發(fā)展的必然結(jié)果，人們?cè)诓粩嗵接懽匀弧⒄J(rèn)識(shí)自然、改造自然過(guò)程中，需求一種能夠解放人的自動(dòng)化裝置。那么這種自動(dòng)化裝置就是代替人們能夠從事復(fù)雜和繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)到的世界的認(rèn)識(shí)和改造，這也是人們?cè)诳萍及l(fā)展過(guò)程中的一個(gè)客觀(guān)需要。但另一方面，盡管人們有各種各樣的好的想法，但是它也歸功于電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生提供了強(qiáng)大的技術(shù)保證。1. 2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀機(jī)器人技術(shù)是一個(gè)國(guó)家高技術(shù)實(shí)力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，它涉及到多個(gè)學(xué)科，機(jī)械、電工、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)測(cè)量、人工智能、傳感技術(shù)等等，是眾多領(lǐng)域的高科技。而移動(dòng)機(jī)器人比賽就是機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要研究方向，目前許多國(guó)家己經(jīng)把移動(dòng)機(jī)器人比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。移動(dòng)機(jī)器人比賽是一種高科技對(duì)抗活動(dòng)，各國(guó)專(zhuān)家學(xué)者通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人競(jìng)賽，不斷推進(jìn)了在競(jìng)賽型移動(dòng)機(jī)器人方面的研究，不斷改進(jìn)機(jī)器人尋址速度和算法研究，試圖讓機(jī)器人更接近智能化，它集高科技、娛樂(lè)和比賽于一體，引起了各國(guó)的廣泛關(guān)注和極大興趣，從而推動(dòng)了移動(dòng)機(jī)器人研究的熱潮。1. 2設(shè)計(jì)本作品的意義通過(guò)獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作一輛具有簡(jiǎn)單畫(huà)圓的小車(chē)，通過(guò)查閱資料了解目前專(zhuān)業(yè)的發(fā)展情況，獲得項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)的能力，對(duì)所學(xué)的模擬電路，數(shù)字電路，單片機(jī)應(yīng)用和PCB制作方法進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，為未來(lái)設(shè)計(jì)出適合工業(yè)生產(chǎn)和生活的智能產(chǎn)品。本人是電子愛(ài)好者，需要幫助的可以加354634241.第二章 硬件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)底層電路的功能主要包括：由單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003使小車(chē)按照設(shè)定的程序轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到智能畫(huà)圓的目的。系統(tǒng)采用模塊化的硬件設(shè)計(jì)方法，綜合底層電路功能，因此硬件部分主要包括電源電路、單片機(jī)小系統(tǒng)電路、ULN2003步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、LCD1602液晶顯示電路、按鍵電路。本章將對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。下圖為硬件結(jié)構(gòu)總體框圖：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源電路震蕩電路復(fù)位電路LCD1602顯示模塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)按鍵電路M 圖一 硬件總體結(jié)構(gòu)圖因?yàn)閱纹瑱C(jī)、LCD1602液晶、ULN2003和步進(jìn)電機(jī)工作電源均為+5V，且底層電路功耗較小，電源采用電池供電。采用LM7805三端穩(wěn)壓片即可滿(mǎn)足要求。采用7805三端穩(wěn)壓片即可滿(mǎn)足要求。在使用時(shí)LM7805輸入輸出端加上濾波電容使輸出的電壓更穩(wěn)定。而且還設(shè)計(jì)了開(kāi)關(guān)和電源指示等，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)更人性化，方便用戶(hù)使用。用三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。具體電路圖如下： 圖二 電源電路 單片機(jī)小系統(tǒng)電路單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路，或者稱(chēng)為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等。單片機(jī)接口電路主要用來(lái)連接計(jì)算機(jī)和其它外部設(shè)備。這里我們使用Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S52各引腳功能介紹：VCC：AT89S52 電源正端輸入，接+5V。 VSS：電源地端。XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩個(gè)引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：AT89S52的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S52便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開(kāi)始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp：EA為英文External Access的縮寫(xiě)，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)引腳為低電平后，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來(lái)執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的縮寫(xiě)，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。AT89S52可以利用這個(gè)引腳來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線(xiàn)（A0～A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳T89S52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫(xiě)，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。其引腳分配如下：：RXD，串行通信輸入。：TXD，串行通信輸出。：INT0，外部中斷0輸入。：INT1，外部中斷1輸入。：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入信號(hào)。：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。主要電路：(1) 復(fù)位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。這里電阻值取R=10K，電容C=100uf。圖三 復(fù)位電路 (2) 晶振電路: CPU工作時(shí)都必須有一個(gè)時(shí)鐘脈沖。(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合)/12MHz(產(chǎn)生精確的uS級(jí)時(shí)歇,方便定時(shí)操作)。(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合)/12MHz(產(chǎn)生精確的uS級(jí)時(shí)歇,方便定時(shí)操作)。圖四 晶振電路單片機(jī)小系統(tǒng)的整體電路圖如下：圖五 單片機(jī)小系統(tǒng)電路 LCD1602液晶顯示電路 LCD1602液晶顯示電路的功能是顯示小車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)、顯示設(shè)置的半徑數(shù)據(jù)、提供良好的人機(jī)交互界面、方便用戶(hù)使用。使用LCD1602 液晶顯示，成本低，亮度高，外圍電路簡(jiǎn)單。顯示采用LCD1602字符型液晶，1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中： 　 第1腳：VSS為電源地 　　第2腳：VDD接5V電源正極 　　第3腳：V0為液晶顯示