【正文】 兩種方式。在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。振蕩晶體可 在 到 12MHZ 之間選擇。 80C51單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。用 80C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如 21 80C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。 P0 口、 P1 口、 P2 口、 P3 口為 4 個(gè)并行 8 位 I/O 口。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 中斷系統(tǒng) 具有 5 個(gè)中斷源， 2 級中斷優(yōu)先權(quán)。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，但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。 圖 15 系統(tǒng)原理圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 2 章 硬件設(shè)計(jì) 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM﹑ RAM﹑ I/O 口﹑定時(shí) /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(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。將該信號傳輸?shù)?0C51 單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，根據(jù)預(yù)先實(shí)測的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)車的行車距離。根據(jù)兩個(gè)脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩個(gè)光電耦合器的位置關(guān)系，即可計(jì)算出玩具車的行 駛方向（前進(jìn)或后退）。 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。 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(qiáng)以及可見光傳感器所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，故采用紅外光電碼盤測速方案。但是，滯回比較器畢竟是模擬器件，溫度的漂移是它無法消除的。這種情況，通常是不允許的。具體措施多為在集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端并聯(lián)二極管。 由于比較器的上述特點(diǎn)，在分析時(shí)不能象對待放大電路那樣去計(jì)算放大倍數(shù)，應(yīng)當(dāng)著重抓住比較器的輸出從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平的臨界條件所對應(yīng)的輸入電壓值（閾值）來分析輸入量與輸出量之間的關(guān)系。 什么是電壓比較器 簡單地說， 電壓比較器是對兩個(gè)模擬電壓比較其大小，并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，在要求不高時(shí)可采用通用運(yùn)放來作比較器電路 。對它的要求是 ：鑒別要準(zhǔn)確，反應(yīng)要靈敏，動(dòng)作要迅速，抗干擾能力要強(qiáng)，還應(yīng)有一定的保護(hù)措施，以防止因過電壓洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 或過電流而造成器件損壞。 方案三：電壓比較器方案。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時(shí)仍不能滿足某些特殊要求。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉。線圈中的電流方向改為 d→ c→ b→ a ,用左手定則判斷電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向未變，電樞仍逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。電刷 A﹑ B 兩端加直流電壓 U，若電流從電源的正極流出，經(jīng)過電刷 A 與換向片 1 而流入電動(dòng)勢線圈，電流方向?yàn)閍→ b→ c→ d，然后再經(jīng)過換向片 2 與電刷 B 流回電源的負(fù)極。系統(tǒng)通過電橋的輸出端為轉(zhuǎn)向電機(jī)供電。前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器。 此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。見圖 11 電動(dòng)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 車的方向檢測電路。 及光線檢行車起始、終點(diǎn)測： 本系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測路面的起始、終點(diǎn)（ 2cm寬的黑線），玩具車底盤上沿黑線放置一套，以適應(yīng)起始的記數(shù)開始和終點(diǎn)的停 車的需要。為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車的前行與倒車，本設(shè)計(jì)采用了可逆 PWM 變換器。 (3) 由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。 VM 系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。采用紅外測距儀檢測行車距離，采用直流電機(jī)控制小車的前行后退，利用超聲波障礙檢測，利用其特性超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，其頻率超過 20KHZ，分橫向振蕩和縱向振蕩兩種，超聲波可以在氣體﹑液體及固體中傳播，其傳播速度不同。 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光 電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)車的智能控制。可見其研究意義很大。s automatic obstacle avoidance。最后， 通過 匯編語言編程控制 51單片機(jī)系統(tǒng)來決策智能車的行駛狀態(tài)。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于 51 單片機(jī) 的智能小車研究 摘 要 80C51 單片機(jī)是一款八位單片機(jī)，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。 整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。 with PWM speed control technology to achieve the speed of the motor vehicle and auto parking。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。 本次設(shè)計(jì)采用的是 MCS51系列的 80C51 單片機(jī) 以 80C51 為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。 最后的整體電路圖用畫圖軟件 Protel 99 SE 來畫，我在此設(shè)計(jì)中對此軟件有了更多的了解，對此軟件的應(yīng)用也更加熟練，整個(gè)電路圖都是我一人完成，我 感覺這個(gè)畫圖軟件真的是很有用我很有必要熟練掌握此軟件的應(yīng)用，會對以后的工作學(xué)習(xí)有很大幫助的。 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整 流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。 與 VM 系統(tǒng)相比， PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)： (1) 由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平 穩(wěn)，洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 調(diào)速 范圍較寬，可達(dá) 1： 10000 左右。 根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了 H 型單極型可逆 PWM 變換器進(jìn)行調(diào)速。可逆 PWM 變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有 H 型、 T 型等類型。利用超聲波傳感器檢測障礙。 行車方向檢測電路采用反射 接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。正常行駛時(shí)，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號；電動(dòng)車經(jīng)過黑線時(shí)，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號后送 80C51 單片機(jī)處理，判斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài) 。電橋上設(shè)置有兩組開關(guān)，一組常閉，另一組常開。通過對繼電器開閉的控制即可控制電機(jī)的開斷和轉(zhuǎn)速方向進(jìn)而達(dá)到 控制玩具車前行與倒車的目的，實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制系統(tǒng)的糾偏功能。根據(jù)電磁力定律，線圈邊 ab 與 cd 在磁場中分別受到電磁力的作用，其方向可用左手洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 定則確定，當(dāng)線圈 ab 轉(zhuǎn)到 S 極面下， cd 轉(zhuǎn)到 N 極面下時(shí)，流經(jīng)線圈的電流方向必須改變，這樣導(dǎo)體受到的電磁力方向才能不變，從而保持 電動(dòng)機(jī)沿 著一個(gè)固定的方向旋轉(zhuǎn)。 綜上所述可知，直流電動(dòng)機(jī) 換向器可以使正電刷 A 始終與經(jīng)過 N 極面下的導(dǎo)體相連，負(fù)電刷 B 始終與經(jīng)過 S 極面下的導(dǎo)體相連，故電刷之間的電壓是直流電，而線圈內(nèi)部的電流則是交變的。但是也存在著許多不足。例如，在測量本設(shè)計(jì)中的光電檢測信號時(shí)需要把檢測過來的電平信號放大并濾除干擾，而且要求對共 模干擾信號具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。電壓比較器的功能是比較兩個(gè)電壓的大小，例如將一個(gè)信號電壓 Ui 和一個(gè)參考電壓 Ur 進(jìn)行比較，在 UiUr 和 UiUr兩種不同情況下，電壓比較器輸出兩個(gè)不同的電平，即高電平和低電平。 比較器的特點(diǎn)： 電壓比較簡稱器是一種常用的集成電路。 (1) 工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。 減小比較器響應(yīng)時(shí)間的主要方法有： (1) 盡可能使輸入信號接 近理想情況，使它在閾值附近的變化接近理想階躍且幅度足夠大。如圖 13 電壓比較器電路所示： 圖 13 電壓比較器電路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 在本設(shè)計(jì)中，光電傳感器只輸出一種高低電平信號且伴有外界雜波干擾，所以我則比較器輸出就會反復(fù)的從一個(gè)電平跳到另一個(gè)電平們嘗試采用了一種滯回比較器。而滯回比較器則解決了這個(gè)問題。 方案四：施密特觸發(fā)器。具體電路同圖 14行車距離檢測電路所 示： 圖 14 行車距離檢測電路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 紅外測距儀由測距輪，遮光盤，紅外光電耦合器及凹槽型支架組成的。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，缺口進(jìn)入凹槽時(shí)，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻擋。 遮光盤及槽型光電耦合器均安裝在不透光的盒子里，以避免外界光線的干擾，使電路不能正常工作。 顯示電路 本設(shè)計(jì)中用兩片 4位八段數(shù)碼管 gem4561ae作顯示器 ,并具有雙重功能 ,在小車不行駛時(shí)其中一片顯示年﹑月 ,另一片顯示時(shí)﹑分； 當(dāng)小車行駛時(shí) ,分別顯示時(shí)間和行駛距離。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器﹑打印機(jī)﹑ A/D﹑ D/A 轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。 微處理器 該單片機(jī)中有一個(gè) 8 位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的 處理。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。 特殊功能寄存器 共有 21 個(gè)，用于對片內(nèi)的個(gè)功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。 1 位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而 8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長處。由于集成度的限制，最小 應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度 。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO 電容。 最簡單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 容充電來實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。 前向通道設(shè)計(jì) 單片機(jī)用與測控系統(tǒng)時(shí)，總要有與被測對象相聯(lián)系的前向通道。 前向通道的含義 當(dāng)將單片機(jī)用作測﹑控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中總要有被測信號輸入通道，有計(jì)算機(jī)拾取必要的輸入信息。 對被測對象的信號的拾取其主要任務(wù)就是最忠實(shí)地反映被測對象的真實(shí)狀態(tài)，它包括實(shí)時(shí)性與測量精度。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，對信號輸入、傳感、變換應(yīng)作廣義理解，例如開關(guān)量的檢測及信號輸入，在單片機(jī)的各種應(yīng)用系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。這些應(yīng)用系統(tǒng)沒有被測對象，故不需要前向通道。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，易于使用，且在 10m以內(nèi)能給出精確的測量。 表 21 傳感器性能比較表 傳感器類型 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 超聲波 視覺 激光雷達(dá) MMW 雷達(dá) 價(jià)格合理，夜間不受影響。 不能直接測量距離，算法復(fù)雜，處 理速度慢。但是算法復(fù)雜，處理速度慢。但是仍存在性價(jià)比的問題 。 超聲波傳感器的材料主要為壓電晶體。后向通道是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)算處理后，對控制對象的 輸出通道接口。輸出伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制信號，而伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的狀態(tài)反饋信號通常是作為檢測信號輸入前向通道。 根據(jù)單片機(jī)輸出信號形態(tài)及控制對象要求，后向通道應(yīng)解決 功率驅(qū)動(dòng)將單片機(jī)輸出信號進(jìn)行功率放大，以滿足伺服驅(qū)動(dòng)的功率要求。 數(shù) /模轉(zhuǎn)換。我們在設(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式 H 型變換器，它是由 4 個(gè)三極電力晶體管和 4 個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 雙極式 PWM 變換器的優(yōu)點(diǎn)如下： (1) 電流一定連續(xù)； (2) 可使電動(dòng)機(jī)在四象限中運(yùn)行； (3) 電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； (4) 低速時(shí)，每個(gè)晶 體管的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通； (5) 低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達(dá) 20200 左右。一個(gè)輸入信號是鋸齒波調(diào)制信號，另一個(gè)是控制電壓，其極性大小可隨時(shí)改變，與鋸齒波調(diào)制信號相減，從而在運(yùn)算放大器 的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。 雙極式 H 型變換器是由 4 個(gè)電力三極管和 4 個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。 采用 PWM 方法調(diào)