【正文】 向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。GND：接地。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。 本章小結(jié)本章將系統(tǒng)拆分成了若干個(gè)功能模塊，并且對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵部分進(jìn)行了方案的分析與選擇。接收電路RX2的4腳和5腳之間接的電阻阻值要和TX2的11腳、12腳間的電阻阻值接近，相差在20%之內(nèi)方可正確的解碼，本設(shè)計(jì)中這兩個(gè)電阻都選用150KΩ；2腳接地；13腳接35V電源；3腳接輸入信號(hào)，由一體化紅外接收頭1838輸出的信號(hào)需要加一個(gè)反向器才是正確的編碼信號(hào)；6腳、7腳、10腳、11腳、12腳為5路遙控命令的輸出端，分別和TX2的5路輸入端的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。不過這些工作都由一塊集成電路完成，自己需要做的是搭建外圍電路，當(dāng)選定一種型號(hào)的發(fā)射IC后只要按照它的說明書上的典型電路搭建就可以了。所以，我選擇了方案三來實(shí)現(xiàn)供電。通過比較，我采用方案三。但此方案過于依賴硬件、成本較高、缺乏創(chuàng)造性，而且置于小車左方的紅外對(duì)管用到的幾率很小，所以最終未采用。通過比較，我選擇第三種方案來實(shí)現(xiàn)循跡功能。其中R1與L1 為第一級(jí)方向控制傳感器， R2 與L2 為第二級(jí)方向控制傳感器。只不過如果小車運(yùn)動(dòng)速度過快，由于慣性的緣故，左右只有一級(jí)方向控制傳感器的情況下，不能很好地實(shí)現(xiàn)循跡功能，有可能跨國黑線，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)所要求的功能不能很好地實(shí)現(xiàn)，故未采納此方案。 循跡模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測，但實(shí)際效果并不理想，對(duì)行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。并且用數(shù)碼管顯示不直觀。此方案雖然軟件設(shè)計(jì)比較簡單，但是硬件設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，并且用數(shù)碼管進(jìn)行狀態(tài)顯示很不直觀?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了L298N。方案三：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下：方案一：選用一片CPLD（如EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。將系統(tǒng)拆分成以上的這些基本功能模塊后，再根據(jù)各個(gè)模塊所要完成的功能分別去設(shè)計(jì)，也就是按照“逐步求精”的思想去設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，這將使設(shè)計(jì)工作細(xì)化，也有助于制定進(jìn)度安排。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。同時(shí)也標(biāo)志了自動(dòng)控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時(shí)代的一員。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)紅外遙控的電動(dòng)車，使之可按遙控器的控制行走。在實(shí)踐中檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí),從而加強(qiáng)理論與實(shí)踐的相結(jié)合。也同時(shí)希望在設(shè)計(jì)中使用更多的先進(jìn)技術(shù)且能有效的控制設(shè)計(jì)成本，使其表現(xiàn)出極高的性價(jià)比和極強(qiáng)的市場競爭力。比如說蘋果公司把產(chǎn)品90%的利潤帶走，而只給制造商留下10%，少部分人拿走了巨額財(cái)富，卻要讓數(shù)十萬人再去瓜分那可憐的10%利潤。當(dāng)今市場傳統(tǒng)低科技含量產(chǎn)品比重逐步縮水，而高科技含量的電子產(chǎn)品則蒸蒸日上?，F(xiàn)今智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。所以，及時(shí)投入精力廣泛開展這方面的研究，無論對(duì)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，還是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都有重大的現(xiàn)實(shí)意義。希望在以后能在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域扎根創(chuàng)新，與時(shí)俱進(jìn)，有所成就，撐起IT行業(yè)一片天地，并應(yīng)用于民生，造福于大眾。 體驗(yàn)一個(gè)科研項(xiàng)目開發(fā)的全過程，學(xué)會(huì)單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用方法,鍛煉應(yīng)用能力,動(dòng)手能力。該電動(dòng)車要具備下述功能：（1）能夠接受并識(shí)別紅外遙控信號(hào)，并根據(jù)此命令動(dòng)作；（2）具有避障功能，當(dāng)探測到有障礙物時(shí)能夠及時(shí)避開；（3）能夠顯示停車、倒車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)；（4）能夠按事先設(shè)定好的軌跡行走。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價(jià)值。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求將各個(gè)模塊系統(tǒng)組架起來，畫出系統(tǒng)原理框圖，見圖21。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語言進(jìn)行編寫開發(fā)。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。因此，這種方案是一種較為理想的方案。方案二：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路(如圖22)。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。方案二：采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，利用視覺暫留效應(yīng)，通過對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行不停的掃描來產(chǎn)生視覺效果。方案三：為了能直觀的顯示出小車的各種狀態(tài)，這里使用LCD液晶屏顯示這樣不僅能直觀的顯示出小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且能顯示小車的運(yùn)動(dòng)模式。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因?yàn)?該部件造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。方案三：采用同時(shí)在底盤裝設(shè)4只紅外對(duì)管，進(jìn)行兩級(jí)方向糾正控制，提高其循跡的可靠性。小車行走時(shí)，始終保持黑線在R1和L1這兩個(gè)第一級(jí)傳感器之間，當(dāng)小車偏離黑線時(shí)，第一級(jí)傳感器一旦探測到有黑線，單片機(jī)就會(huì)按照預(yù)先編定的程序發(fā)送指令給小車的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再對(duì)小車路徑予以糾正。 R2L1R1L2圖23 小車底面仰視圖 避障模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用一只紅外對(duì)管置于小車中央。方案三：采用超聲波傳感器置于小車右側(cè)，方向與小車前進(jìn)方向平行，當(dāng)前方出現(xiàn)障礙物時(shí)，超聲波傳感器會(huì)收到信號(hào)，并將傳給單片機(jī)，檢測距離調(diào)整在20cm內(nèi)，即只有在20cm之內(nèi)有障礙時(shí)小車才會(huì)做出避讓動(dòng)作，在這個(gè)范圍之外的障礙小車不予處理。 電源模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用實(shí)驗(yàn)室有線電源通過穩(wěn)壓芯片供電，其優(yōu)點(diǎn)是可穩(wěn)定的提供5V電壓，但占用資源過大。 紅外線模塊方案設(shè)計(jì)與論證由于在遙控端的按鍵數(shù)目有多個(gè)，而紅外通道傳輸?shù)闹荒苁怯?、1組成的串行代碼，所以需要在發(fā)射端對(duì)按鍵進(jìn)行“并串”編碼，在接收端相應(yīng)的要進(jìn)行“串并”解碼。開始時(shí)參照了《電子制作》上的一篇論文，使用的是NEC的upd6121，但是后來發(fā)現(xiàn)這種芯片不是很好買到，即所謂的市場貨源不充足，這是電子制作必須考慮的問題，所以放棄了這款芯片，改選HOTEK的HT6221，他們的性能及其外圍電路幾乎相同。另外，為了方便操作，可以將TX2的5路功能擴(kuò)展成9功能，即在遙控發(fā)射端可以接9個(gè)按鍵。設(shè)計(jì)中采用一片AT89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)所有功能，在軟件方面通過對(duì)結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，基本上實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，并且通過軟件的分層結(jié)構(gòu)將功能實(shí)現(xiàn)和具體的硬件分離開，這將給后續(xù)的各模塊軟件的設(shè)計(jì)帶來方便。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。AT89C51單片機(jī)見圖31。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn), ENA、ENB 接控制使能端，用來輸入PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖見圖32。同理，引腳13和14也可控制一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)，也可以直接接地。該芯片的一些參數(shù)如下：(1) 邏輯部分輸入電壓：6～7V(2) 驅(qū)動(dòng)部分輸入電壓Vs：～46V(3) 邏輯部分工作電流Iss：≤36mA(4) 驅(qū)動(dòng)部分工作電流Io：≤2A(5) 最大耗散功率：25W（T=75℃）(6) 控制信號(hào)輸入電平：高電平：≤Vin≤Vss，低電平：≤Vin≤(7) 工作溫度：25℃～＋130℃(8) 驅(qū)動(dòng)形式：雙路大功率H橋驅(qū)動(dòng) 小車方向與速度控制智能小車首先要能實(shí)現(xiàn)直走，在行進(jìn)中遇到障礙物時(shí)同時(shí)要能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和倒退控制，才能避開障礙物。此時(shí)的P4_7P4_4端口數(shù)據(jù)為0110。另外還有左前轉(zhuǎn)，右后轉(zhuǎn)，左后轉(zhuǎn)等動(dòng)作，控制方法類似。方案二：考慮到上述方案存在的缺陷，且小車本身重量過大，電源又太重，實(shí)在找不到電量大且重量輕的電源，我們研究出只有一邊正轉(zhuǎn)一邊反轉(zhuǎn)才能轉(zhuǎn)彎。此時(shí)可以通過調(diào)整PWM的占空比，來改變電機(jī)兩端的平均電壓大小。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。TCRT5000傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來,。18V； (3)對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬； (4)共模范圍很大，為 0~（）Vo； (5)差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； (6)輸出端電位可靈活方便地選用。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM324輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。LM324的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。 避障系統(tǒng) 避障原理采用一只紅外對(duì)管置于小車右側(cè)。具體來說，當(dāng)小車行進(jìn)過程中，如果遇到障礙，紅外檢測頭亮燈時(shí)，收到一個(gè)低電平，左電機(jī)停止工作，右電機(jī)正常工作，小車左轉(zhuǎn)避開障礙。 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路是遙控器芯片HT6221將紅外碼調(diào)制成38KHZ的脈沖信號(hào)通過紅外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。HT6221的編碼規(guī)則是：當(dāng)一個(gè)鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，如果這個(gè)按鍵按下且延遲大約108ms，這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼(9ms)，一個(gè)結(jié)果碼()，低8位地址碼(9ms~18ms)，高8位地址碼(9~18ms)，8位數(shù)據(jù)碼(9~18ms)和這8位數(shù)據(jù)碼的反碼 (9~18ms)組成，如果按鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼將僅由起始碼(9ms)和結(jié)束碼()組成。OUT即是解調(diào)信號(hào)的輸出端，直接接單片機(jī)I/O口就可以了。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。引腳說明如下：表34 LCD引腳說明引腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出作用1VSS電源地2VCC電源（+5V）3VEE對(duì)比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令 1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LXD寫入指令或數(shù)據(jù) 1=從LCD讀取信息6E1,10輸入使能信息號(hào)，1時(shí)讀取信息，10執(zhí)行指令續(xù)表34 LCD引腳說明引腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出作用7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line7（最高位）15A+VCCLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極 最小單元電路系統(tǒng) 復(fù)位電路模塊計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。10MHZ時(shí)約為1ms，1MHZ時(shí)約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電應(yīng)保持20ms以上的高電平。圖38 單片機(jī)復(fù)位電路 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。振蕩器工作受/PD端控制，由軟件置“1”PD（）使/PD＝0，振蕩器停止工作，整個(gè)單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。時(shí)鐘振蕩電路如圖39。37第4章 軟件設(shè)計(jì)第4章 軟件設(shè)計(jì) 發(fā)送端程序流程圖 發(fā)送端主程序流程圖圖41為發(fā)送端主程序流程圖，通過掃描的按鍵值來確定發(fā)送的紅外信號(hào)，使不同的按鍵有不同的紅外代碼，這樣經(jīng)接收端解碼后，能使小車實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。其接收端主程序流程圖如圖43所示。子程序入口辨別接收到的數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)并顯示后轉(zhuǎn)并顯示停轉(zhuǎn)并顯示模式轉(zhuǎn)換并顯示左轉(zhuǎn)并顯示循跡避障模式返回右轉(zhuǎn)并顯示無效為0