【正文】 1 的方向給定 ； 管腳 23CH1STA2/CH1DCPWM： 輸出管腳，控制 直流電機(jī) 1，直流 電機(jī) 1 的 PWM 波 輸出 ； 直流電機(jī)控制寄存器： MMC1 內(nèi)部共有 13 個(gè)寄存器， 用于設(shè)定， 控制三通道電機(jī)工作。 復(fù)位后所有寄存器內(nèi)容為 00H。輸出頻率固定 16KHz，通過調(diào)節(jié)占空比控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 ?寫數(shù)據(jù)幀包括兩個(gè)字節(jié)，命令字及寄存器數(shù)據(jù)，命令字字節(jié)在先。 MMC1 進(jìn)入睡眠模式時(shí)， SLEEP 引腳輸入邏輯高電平，可解除睡眠模式，進(jìn)入正常工作模式。 圖 紅外對管檢測過程示意圖 轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪碼盤 將車輪轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為電壓信號 LM339 電壓比較電路 紅 外對管 檢測 穩(wěn)定的數(shù)字量高低電平信號 C8051F330 主控單片機(jī) 寧波大學(xué) 信息科學(xué)與工程 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 通過紅外對管對車輪碼盤的黑白碼進(jìn)行檢測， 由紅外對管檢測車軸齒輪上的黑色線段，如圖 所示 ， 當(dāng)對管檢測到黑色線段時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖 [6]，將低電平脈沖通過電壓比較器LM339 比較后，得到穩(wěn)定的 數(shù)字 量 高低電平，通過 C8051F330 的 I/O 端口 、 進(jìn)行計(jì)數(shù) 。 RFM12 無線信號 接收 電路 圖 RFM12 無線模塊電路原理圖 RF12 是一款低成本高集成的 FSK 收發(fā)一體 IC 電路 ,其內(nèi)部集成了所有的 RF 功能模塊電路 , 連接電動(dòng)小車的主控芯片 C8051F330。 此電路可以工作在 315/433/868/915MHZ 四個(gè)頻段 。 通過管腳 nIRQ 與單片機(jī) C8051F330 的 管腳相連，采用電平邊沿觸發(fā)方式，一旦管腳 nIRQ產(chǎn)生負(fù)跳變，單片機(jī) C8051F330 即進(jìn)入優(yōu)先級最高的中斷，處理 RFM12 無線模塊接收到的信號。 C8051F020 最小系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) T M S1T C K2T D I3T D O4R S T5C P 16C P 1+7C P 08C P 0+9AGND10AV+11V R E F12AGND13AV+14V R E F D15V R E F 016V R E F 117A I N 0018A I N 0119A I N 0220A I N 0321A I N 0422A I N 0523A I N 0624A I N 0725XTAL126XTAL227MONEN28AIN27/A15/P1729AIN26/A14/P1630AIN25/A13/P1531AIN24/A12/P1432AIN23/A11/。 ⑵ A、 B、 C 三個(gè)聲波信號接收點(diǎn)，采用駐 極體話筒作為傳感器，將聲波信號采集進(jìn)來后，經(jīng)過前級放大、 帯通 濾波 、電壓比較處理后，將接收到的微弱聲波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量高低電平脈沖 [7]，送入 C8051F020 單片機(jī)運(yùn)算。 接收數(shù)據(jù)： 無線模塊每次通訊接收 三個(gè)數(shù)組，每個(gè)數(shù)組為 16 位 2 進(jìn)制數(shù)據(jù) 分別為： 數(shù)組 1： FIFO_data[0] 數(shù)組 2： FIFO_data[1] 數(shù)組 3： FIFO_data[2] 其中， 數(shù)組 1 和 數(shù)組 3 為 通訊 首尾校驗(yàn)位，保證了數(shù)據(jù)接收的準(zhǔn)確性 ，提高 了抗干擾能力 。同聲波信號處理電路的無線發(fā)射模塊，構(gòu) 成一個(gè)完整的收發(fā)系統(tǒng) 。 通過反復(fù)試驗(yàn)， 觀察比較 A、 B 車輪的脈沖波形，對 A、 B 電機(jī) 的 PWM 波的占空比進(jìn)行調(diào)整，使得 A、 B 輪實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同，保證了直線行駛，通過硬件電路的檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)建模模型，并保證了作品按照理論動(dòng)態(tài) 過程分析進(jìn)行運(yùn)動(dòng) 。 通過 SLEEP 功能的使用，可以進(jìn)一步降低電動(dòng)車的功耗。 圖 MMC1芯片 SPI 通訊寫數(shù)據(jù)時(shí)序圖 讀數(shù)據(jù)： ?主控 C8051F330 發(fā)送讀數(shù)據(jù)幀給 MMC1， MMC1 接收后返回相應(yīng)寄存器數(shù)據(jù)。 ?SCK 頻率： 500Hz～ 100KHz。此多為電機(jī)實(shí)際誤差引起， 這種誤差 雖然不可避免，但是可以調(diào)整消除。 寄存器地址 00H~0CH，低四位有效， 每個(gè)寄存器固定長度 8 位。 圖 LM386 輸出聲波波形 聲波定位電動(dòng)車設(shè)計(jì) 24 NEC 電機(jī)控制 ASSP芯片 MMC1 處理電路、 LB1836 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 圖 MMC1芯片電路、 LB1836 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖 本設(shè)計(jì)采用 NEC 公司的專用電機(jī)控制芯片 MMC1，其 為多通道兩相四線式步進(jìn)電機(jī) /直流電機(jī)控制芯片，基于 NEC 電子 16 位通用 MCU（ PD78F1203）固化專用程序?qū)崿F(xiàn)。 本設(shè)計(jì)采用音頻信號專用放大芯片 LM386， LM386 是專為低損耗電源所設(shè)計(jì)的功率放大器，它內(nèi)建增益為 20，通過 PIN1 和 PIN8 腳位間電容的搭配，增益最 高可達(dá) 200。 buf_data[1]=FIFO_data[1]。 單片機(jī) C8051F0330 RFM12 無線模塊 nIRQ SCK SDO SDI nSEL SPI 通信方式 電平負(fù)跳變觸發(fā)中斷 聲波定位電動(dòng)車設(shè)計(jì) 22 通過配置單片機(jī)寄存器“ IT01CF=0x02”， 設(shè)置 為外部中斷 0，邊沿觸發(fā)， 低電平有效 。 從器件 （ MMC1芯片） SDTXD SORXD SCK 主器件 （ C8051F0330） — SCK SPI 通信 寧波大學(xué) 信息科學(xué)與工程 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 通過這 3 個(gè)端口通訊的信息： 電機(jī) A、 B 的型號，直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī) ； 電機(jī) A、 B 的工作方式，正向或反向運(yùn)轉(zhuǎn)； 電機(jī) A、 B 的占空比； 端口分配方式： 使用為 SO 端口 ，作為單片機(jī)的 接收 ，漏極開路方式 ； 使用為 SD 端口，作為單片機(jī)的 發(fā)送，推挽方式 ； 使用為 SCK 端口，作為串行時(shí)鐘 ，推挽方式 ； 端口 、 ，接收車輪碼盤計(jì)數(shù)脈沖 ： C8051F330 通過 I/O 口 、 接收 A、 B 兩個(gè)車輪的碼盤脈沖信號，單片機(jī)對脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù) 處理。 端口 ，輸出聲波信號 : 使用 C8051F330 的 口輸出頻率為 2kHz，幅值為 的方波信號。 在電動(dòng)小車控制中心的設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，并且時(shí)效性要求高 ， 而 C8051F330擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向 CIP51 提供 14 個(gè)中斷源（標(biāo)準(zhǔn) 8051 只有 7 個(gè)中斷源） 。具有片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD 監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的 C8051F330/1 是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。 由于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對電源 的影響比較大，故選擇 2 節(jié)電池單獨(dú)為電動(dòng)小車的 2 個(gè)電機(jī)供電，減小對系統(tǒng)電壓的影響。 電動(dòng)小車電源 設(shè)計(jì) 圖 電動(dòng)車電源 電源選擇： 考慮到電動(dòng)小車為一個(gè)獨(dú)立的整體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)， 故 選擇干電池作為其電源。 ⑶ 通過 LM386 聲波功率放大電路將單片機(jī)輸出的周期性方波信號放大，驅(qū)動(dòng)后級 8Ω 2W 喇叭，產(chǎn)生周期性聲波信號。 確定了以 A、 B、 C 三個(gè)接收點(diǎn)接收到聲波時(shí)間差為參考量，每次兩兩一組判別，來判斷電動(dòng)小車準(zhǔn)確位置。 缺點(diǎn)： 對信號接收處理端的運(yùn)算能力、時(shí)效性，提出了比較高的要求 。 缺點(diǎn)： 電動(dòng)小車需要和接收端做到時(shí)鐘同步，易產(chǎn)生誤差。 在聲源控制上采用 C8051F330 單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)和接收點(diǎn)之間的無線通信，控制小車運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生周期性聲波等操作， C8051F330 單片機(jī)的工作頻率 完全能夠達(dá)到要求 ， 由此可見， 采用 C8051F330單片機(jī) 即能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高精度的要求，又能實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比，低功耗的目標(biāo) 。 綜上所述，擬選用方案二。 方案二： 圖 方案二示意圖 采用直流電機(jī)控制小車行駛。 功放電路 單片機(jī) 喇叭 555 方波產(chǎn)生電路 單片機(jī) 喇叭 聲波定位電動(dòng)車設(shè)計(jì) 14 綜上所述，擬選用方案二。 論證： 方案一的優(yōu)勢在本系統(tǒng)中作用不大。 缺點(diǎn)：產(chǎn)生的波形不利于單片機(jī)的控制。而且接收點(diǎn)間距離并不大，干擾容易避免。 能夠滿足 本系統(tǒng)有較高的處理速度要求， 但是由于同步性難以實(shí)現(xiàn)，所以不能使用。 方案三： 圖 方案三示意圖 采用 FPGA 作為控制芯片 ，由一片 FPGA 芯片接收 A、 B、 C 三個(gè)聲波 接收點(diǎn)的信號，作為信號集中處理主控中心 。 A 接收點(diǎn) 單片機(jī) B B 單片機(jī) A B 接 收點(diǎn) C 接收點(diǎn) 單片機(jī) C 聲 波 信 號 聲波定位電動(dòng)車設(shè)計(jì) 12 缺點(diǎn)：需 要三個(gè)單片機(jī)間通訊， 性價(jià)比比較低，功耗高，并且對于聲波信號時(shí)間先后的處理，不僅需要每個(gè)單片機(jī)的計(jì)算，還需加入單片機(jī)間通信環(huán)節(jié)， 并且三個(gè)單片機(jī)的時(shí)鐘不易統(tǒng)一， 啟動(dòng)時(shí)間同步性要求較高， 容易產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致 同步實(shí)時(shí)性弱 ，繼而影響電動(dòng)車的定位精度 。 ⒎ 小車到達(dá) W點(diǎn) 圖 到達(dá) W點(diǎn)實(shí)物圖 圖 B、 C接收點(diǎn)脈沖時(shí)間差 當(dāng)小車到達(dá) W 點(diǎn)時(shí)， 小車上聲波信號到達(dá) B、 C 接收點(diǎn)的距離相同，從而 B、 C 接收點(diǎn)收到 的 脈沖電平信號的為同時(shí)到達(dá)，即 時(shí)間差為零 ，此時(shí)接收端可以判定小車到達(dá)指定位置，立即 通過無線信號 控制 小車停 下 。 聲波定位電動(dòng)車設(shè)計(jì) 10 圖 S’ 點(diǎn) 轉(zhuǎn)向 90度 實(shí)物圖 ⒌ 小車在 S’ 點(diǎn)完成轉(zhuǎn)向 圖 S’ 點(diǎn)完成轉(zhuǎn)向?qū)嵨飯D 圖 B、 C接收點(diǎn)脈沖時(shí)間差 小車在 S’ 點(diǎn)向 W 點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)過程中， 聲波信號不斷被接收點(diǎn) B、 C 收到， 小車到達(dá) W 點(diǎn)之前， 總是C 點(diǎn)先接收到聲波， B 點(diǎn)晚接收到聲波 。 ⒊ 小車到達(dá) OX軸 圖 到達(dá) OX 軸實(shí)物圖 圖 A、 B接收點(diǎn)脈沖時(shí)間差 當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)到達(dá) OX 軸位置時(shí)，小車上聲波信號到達(dá) A、 B 接收點(diǎn)的距離相同，從而 A、 B 接收點(diǎn)收到 的 脈沖電平信號的為同時(shí)到達(dá)，即 時(shí)間差為零 ，此時(shí)接收端可以判定小車到達(dá)指定位置，立即通過無線信號 控制 小車停 下 。 動(dòng)態(tài)過程分析 ⒈ 小車在 起點(diǎn) S點(diǎn) 圖 起點(diǎn) S點(diǎn)實(shí)物圖 圖 A、 B接收點(diǎn)脈沖脈沖時(shí)間差 小車在起點(diǎn) S 點(diǎn)，向 OX 軸 運(yùn)動(dòng)過程中， 聲波信號不斷被接收點(diǎn) A、 B 收 到， 小車 到達(dá) OX 軸之前，總是 A 點(diǎn)先接收到聲波， B 點(diǎn)晚接收到聲波 。 電動(dòng)小車 從 S 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 S’ ，時(shí)間差 Tab 隨著聲源的運(yùn)動(dòng)而減小，當(dāng)時(shí)間差減小到接近零時(shí)，控制 小車停止運(yùn)動(dòng)。 電動(dòng)小車開始運(yùn)行的方向和 OX 軸保持垂直，并且將電動(dòng)小車轉(zhuǎn)向 180 度，電動(dòng)小車能夠自動(dòng)識別起始運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 信息，自行調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向完成行駛路線要求。聲音接收器能利用聲源電動(dòng)車 S 和接收器 A、 B、 C 之間的不同距離，產(chǎn)生一個(gè)生源電動(dòng)車離 Ox 線（或O39。圖中， AB 與 AC 垂直， Ox 是 AB 的中垂 線， O39。 寧波大學(xué) 信息科學(xué)與工程 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2 聲波定位電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本 系統(tǒng)總體上由兩大部分組成。 在不加配重的情況下，電動(dòng)車完成以下運(yùn)動(dòng)：電動(dòng)車從起始端 A 出發(fā)，在 30 秒鐘內(nèi)行駛到中心點(diǎn) C 附近； 60 秒鐘之內(nèi)，電動(dòng)車在中心點(diǎn) C 附近使蹺蹺板處于平衡狀態(tài)，保持平衡 5 秒鐘，并給出 明顯的平衡指示；電動(dòng)車從中的平衡點(diǎn)出發(fā)， 30 秒鐘內(nèi)行駛到蹺蹺板末端 B 處（車頭距蹺蹺板末端 B 不大于 50mm）；電動(dòng)車在 B 點(diǎn)停止 5 秒后， 1 分鐘內(nèi)倒退回起始端 A，完成整個(gè)行程；在整個(gè)行駛過程中，電動(dòng)車始終在蹺蹺板上，并分階段實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)車行駛所用的時(shí)間。 聲波定位電動(dòng)車設(shè)計(jì) 6 ⑶ 20xx 年第 八 屆全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽 F 題《 電動(dòng) 車蹺蹺板 》 圖 電動(dòng)車蹺蹺板示意圖 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)電動(dòng)車蹺蹺板，在蹺蹺板起始端 A 一側(cè)裝有可移動(dòng)的