【正文】 別進行控制，控制程序較多。轉(zhuǎn)向和動力分開的電動小車是將輪胎分為兩組，一組與點動機相連輸出動力控制小車的行駛；另外一組控制小車的方向。所以本設(shè)計與實際相結(jié)合，現(xiàn)實意義很強。新一代單片機為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系 統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。 AT89S52 是一款八位單片機，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。設(shè)計一款智能電動小車，智能電動小車應(yīng)該具有自動尋找軌跡的功能。 (3) The adoption of the new display chip. Keywords ： 80C52 single chip puter 、 Electricity motive small car、 light electricity detector、 PWM speed adjusting 基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 III 目錄 摘要 ................................................ I Abstract ........................................... II 目錄 .............................................. III 前言 ............................................ 1 1 方案設(shè)計 與論證 ................................. 2 電動小車 ........................................ 2 控制模塊 ........................................ 3 電機控制模塊 .................................... 3 直流調(diào)速系統(tǒng) .................................... 3 電機驅(qū)動模塊 .................................... 5 信號檢測模塊 .................................... 5 行車距離檢測 .................................... 7 系統(tǒng)原理 ........................................ 9 2 硬件設(shè)計 ..................................... 10 AT89S52 單片機硬件結(jié)構(gòu) ........................ 10 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 ............................... 11 3 軟件設(shè)計 ..................................... 13 主程序設(shè)計 ..................................... 13 顯示子程序設(shè)計 ................................. 15 避障子程序設(shè)計 ................................. 15 軟件抗干擾技術(shù) ................................. 15 數(shù)字濾波技術(shù)： ............................ 15 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)： .................. 16 基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 IV 指令冗余技術(shù)： ............................ 16 軟件陷阱技術(shù)： ............................ 17 程序區(qū) .................................... 18 “看門狗”技術(shù) ................................. 18 可編程邏輯器件 ................................. 20 4 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論 ................... 21 致 謝 ......................................... 23 參 考 文 獻 .................................... 24 附錄 1 程序清單 ................................. 25 附錄 2 硬件原理圖 ............................... 34 基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 1 前言 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。畢業(yè)論文 基于單片機的自動往返 小車的設(shè)計 基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 I 摘要 89S52 單片機是一款八位單片機，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。實驗測試結(jié)果滿足 要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計方法及測試結(jié)果分析。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。 根據(jù)題目的要求，本設(shè)計 以 AT89S52 為控制核心 ， 在現(xiàn)有電動小 車的基礎(chǔ)上，加裝傳感器 ， 實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制。它是第三代單片機的代表 ，其 最主要的 技術(shù)特點是向外部接口電路擴展，以 完善 控制功能。 本設(shè)計 采用的 AT89S52 采用 CHOMS 工藝，功耗很低，可用于很多小型設(shè)備中。 基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 2 1 方案設(shè)計與論證 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有電動小車的基礎(chǔ)上，加裝傳感器，實現(xiàn)對路面特殊軌跡的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至主控制器進行處理，然后由主控制器根據(jù)所檢測的數(shù)據(jù)對電動車進行控制 ，實現(xiàn)按照路徑自動行駛。（兩組輪胎的前后順序可調(diào)，其換影響不大。 方案二 ：轉(zhuǎn)向和動力結(jié)合的電動小車。 電動小車 控制器 傳感器 控制信號 路面數(shù)據(jù) 基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 3 綜上分析，本設(shè)計使用方案二。 方案二 ：采用嵌入式系統(tǒng)作為主控制器。AT98S52 是一款低功耗，高性能的 8 位單片機，片內(nèi)含有 8KB 的Flash 片內(nèi)程序存儲器， 256 Bytes 的 RAM， 32個外部雙向輸入 /輸出 (I/O)口， 5 個中斷優(yōu)先級， 2 層中斷嵌套中斷等。 電機控制模 塊 為了實現(xiàn)電動小車對行走路徑的準確定位和精確測量，可以考慮一下兩種方案： 方案一： 采用直流電機。步進電機是數(shù)字控制電機，控制也比較簡單，具有瞬時啟動和急速停止的優(yōu)越性，比較適合本系統(tǒng)控制精度高的特點。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。簡稱 VM 系統(tǒng)。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機的損耗和發(fā)熱都比較小。 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱 PWM 變換器。我們在設(shè)計中采用了常用的雙極式 H 型變換器，它是由 4 個三極電力 晶體管和 4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。 方案二： 用功率管（如 TP132， 8A， 70W）構(gòu)成驅(qū)動電路來驅(qū)動電機。光敏電阻原理簡 單，使用方便，價格低廉，但受光照強度影響很大，可靠性不高。 方案三： 采用光電傳感器。本系統(tǒng)共設(shè)計兩個光電三極管，分別放置在電動車車頭的左、右兩個方 向，用來控制電動車的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時，單片機控制轉(zhuǎn)向電機向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時，單片機控制轉(zhuǎn)向電機向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左、右兩側(cè)光電管都受到光照時，單片機控制直行。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導(dǎo)通，發(fā)出一個電平跳變信號。 行 車距離檢測 由于紅外檢測具有反應(yīng)速度快、定位精度高，可靠性強以及可見光傳感器所不能比擬的優(yōu)點，故采用紅外光電碼盤測速方案。 遮光盤有一缺口，盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的 里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。根據(jù)兩個脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩個光電耦合器的位置關(guān)系，即可計算出玩具車的行駛方向（前進或后退）。將該信號傳輸?shù)?80C51 單片機的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)，根據(jù)預(yù)先實測的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計算出電動機車的行車距離。 圖 系統(tǒng) 原理 圖 車頭傳感器模塊控制器模塊P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3左下方傳感器正前方傳感器右下方傳感器A T 8 9 S 5 2電動小車模塊左電動機組右電動機組基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 10 2 硬件設(shè)計 一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如 ROM﹑ RAM﹑ I/O 口﹑定時/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。 程序存儲器： 由于受集成度限制，片內(nèi)有 8KB Flash 存儲器，如果片內(nèi)的只基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 11 讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的 只讀存儲器，片外最多可外擴至 64K 字節(jié)?？捎脕磉M行串行通訊，擴展并行 I/O 口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。 由上可見， AT89S52 單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。用 AT89S52 單片機構(gòu)成最 小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可。 基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 12 (3) 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL XTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇 6MHZ,電容選擇 65pF。復(fù)位引腳 RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。時鐘頻率用 6MHZ 時 C取 22uF,R 取 1KΩ。其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 VCC 接通而實現(xiàn)的。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。 為了完成上述任務(wù)，在進行軟件設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。 主程序設(shè)計 主程序清單 見附表 1。在單片機控制系統(tǒng)中，如能正確的采用軟件抗干擾技術(shù)，與硬件干擾措施構(gòu)成雙道抗干擾防線，無疑為了將大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。對于這類信號，采用積分時間等于 20ms 的整數(shù)倍的雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，可有效的消除其影響。故實質(zhì)上它是一種程序濾波。 數(shù)字濾波器具有以上優(yōu)點，所以數(shù)字濾波在微機應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。在滿足實時性要求的前提下，如果在各次采集數(shù)字信號之間接入一段延時，效果會好一些，就能對抗較寬的干擾。慣性大的輸出設(shè)備（如各類電磁執(zhí)行機構(gòu)）對‘毛刺’干擾有一定的耐受能力。外設(shè)設(shè)備接受到一個被干擾的錯誤信息后，還來不及作出有效的反應(yīng)，一個正確的信息又來了，就可及時防止錯誤動作的產(chǎn)生?；趩纹瑱C的自動往返小車的設(shè)計 17 當(dāng)彈飛到某一雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。 在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入兩條 NOP 指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確軌道。首先，彈飛的程序必須落到程序區(qū)；其次，必須執(zhí)行到冗余指令。 “看門狗”技術(shù) PC 受到干擾而失控，引起程序亂飛，也可能使程序陷入“死循環(huán)” [6]。為使程序脫離“死循環(huán)”，通常采用“看門狗技術(shù)”。 實現(xiàn)硬件 “ 看門狗”電路方案較多，目前采用較多的方案有以下幾種： 采用微處理器監(jiān)控器； 采用單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn) “ 看門狗”，單穩(wěn)定電路可采用 74LS123。 基于單片機的自動往返小車的設(shè)計 19 圖 看門狗電路圖 4060 記數(shù)頻率由 RT和 CT決定。 Rs用于改善振蕩器的穩(wěn)定性， Rs 要大于 RT。 (3)幾個原則 看門狗電路必須由硬件邏輯組成，不宜由可編程計數(shù)器充當(dāng)，因為 CPU 失控后，可能會修改可編程器件參數(shù)，使看門狗失效。否則，正好在哪里有死循環(huán)