【正文】 I/O 描述 14 R1R4 輸入 鍵盤行控制，高電平有效 5 DOUT 輸出 串行數(shù)據(jù)輸出引腳， 38KHz 發(fā)射頻率 6 VDD 輸入 7 D7 輸入 最重要數(shù)據(jù)位代碼設置 8 X2 輸出 455KHz 振蕩器輸出 9 X1 輸入 455KHz 振蕩器輸入 10 Vss 輸入 地 11 LED 輸出 發(fā)射輸出 1219 C8C1 輸入 /輸出 鍵盤列控制 20 AIN 輸入 低 8 位地址碼輸入 紅外接收電路 紅外接收電路最簡單，使用 HS0038（如圖 37）一體化紅外接收頭，只需要連接 3 只引腳就可以了，至于信號的解調(diào)是它內(nèi)部做的事，只需搞清楚它的輸出信號就可以了。 圖 35 報警系統(tǒng) 第 3 章 硬件設計 19 無線 遙控系統(tǒng) 無線模塊由發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，發(fā)射電路主要是是通過遙控器芯片 HT6221 控制，接收電路是用一體化紅外接收頭 HS0038。另外，各 比較器的輸出端允許連接在一起使用。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用 “+”表示，另一個稱為反相輸入端，用 “”表示。 TCRT5000 光電對管簡介 在小車具體的循跡行走過程中， 我選用 TCRT5000 型光電對管。 調(diào)速部分直接連接到了 單片機接口，只要在程序中進行合理的設置，在相應的端口就有 PWM 信號產(chǎn)生，加在小車電機兩端的電機就是 PWM 電壓信號。比如讓右側的輪子停轉，左側的輪子前傳，對應的端口P4_7P4_4 輸出狀態(tài)為 0001，此時小車就會向右前方旋轉，最終實現(xiàn)右前轉。由于本芯片的工作電流比較大，發(fā)熱量也比較大，所以在本芯片的散熱片上又連接了一塊鋁合金，以增大它的散熱面積。 L298N 見圖 33 圖 33 L298N 它的引腳 2， 3， 13， 14 為 L298N 芯片輸入到電動機的輸出端，其中引腳 2和 3 能控制兩相電機，對于直流電動機，即可控制一個電動機。 L298N 可驅動兩個電機 , OUT l、 OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接兩個電動機。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 （ ILL）這是由于上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 GND：接地。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。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%之第 2 章 總體方案設計 9 內(nèi)方可正確的解碼，本設計中這兩個 電阻都選用 150KΩ； 2 腳接地； 13 腳接 35V電源； 3 腳接輸入信號，由一體化紅外接收頭 1838 輸出的信號需要加一個反向器才是正確的編碼信號； 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)相對應。 所以，我選擇了方案三來實現(xiàn)供電。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管用到的幾率很小，所以 最終未采用。其中 R1 與 L1 為第一級方向控制傳感器， R2 與 L2 為第二級方向控制傳感器。 循跡模塊方案設計與論證 方案一： 采用簡易光電傳感器結合外圍電路探測，但實際效果并不理想，對行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質影響。此方案雖然軟件設計比較簡單，但是硬件設計相對復雜，并且用數(shù) 碼管進行狀態(tài)顯示很不直觀。 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。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進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，實現(xiàn)控制與處理的功能。充分發(fā)揮了單片機的性能。 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 2 設計主要內(nèi)容和要求 設計主要內(nèi)容 設計一個紅外遙控的電動車，使之可按遙控器的控制行走。也同時 希望在設計中使用 更多的 先進技術且能有效的控制設計成本，使其表現(xiàn)出極高的性價比和極強的市場競爭力。當今市場傳統(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。小車設計主要由單片機控制系統(tǒng)模塊、電機驅動模塊、循跡模塊、避障模塊、顯示模塊以及無線接收發(fā)射模塊組成，集成驅動、控制、傳感和能源等于一體。 這次設計通過基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實現(xiàn)了小車循跡避障、顯示運動狀態(tài)等功能。 我國作為世界電子產(chǎn)品生產(chǎn)大 國，可在高科技產(chǎn)品的發(fā)展方面和外國的差距還是有的 。通過設計 培養(yǎng)學生綜合運用四年大學所學知識去分析問題和解決實際問題的能力。 設計意義 隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活，以單片機為核心的智能控制系統(tǒng)就是其中之一。第 2 章 總體方案設計 3 第 2 章 總體方案設計 系統(tǒng)原理框圖 按照設計要求，系統(tǒng)可以分為以下幾個基本功能模塊：無線遙控模塊、顯示模塊、避障模塊、循跡模塊、顯示 模塊、電機驅動模塊以及報警模塊等。同時， CPLD 的處理速度非?？欤≤嚨男羞M速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點上， MCU 就已經(jīng)可以 勝任了。根據(jù)這些分析 ,我選定了 AT89C51 單片機作為本設計的主控裝置， 51 單片機具有功能強大的位操作指令， I/O 口均可按位尋址，程序空間多達8K，對于本設計也綽綽有余，更可貴的是 51 單片機價格非常低廉。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高， H 型橋式電路保證了簡 單的實現(xiàn)轉速和方向的控制，電子管的開關速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術。對于本系統(tǒng)來說，由于 CPU 任務多，時間資源有限，此方案反而會使系統(tǒng)變得復雜而且難以調(diào)試。 方案二： 采用 2 只紅外對管，分別置于小車車身前軌道的兩側，根據(jù)兩只光電開關接受到白線與黑線的情況來控制小車轉向來調(diào)整車向，測試表明，只要合理安裝好兩只光電開關的位置就可以很好的實現(xiàn)循跡的功 能?？梢钥闯觯诙壏较騻鞲衅鲗嶋H是第一級的后備保護，從而提高了小車循跡的可靠性。通過測試此種方案就能很好的實現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。 方案一： 將紅外碼調(diào)制成 38KHZ 的脈沖信號通過紅 外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。 通過比較，兩種方案都可實現(xiàn)無線遙控功能，不過方案二成本較高，所以選取方案一作為本次設計最終方案。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機 器周期的高電平時間。另外，該引腳被略微拉高。 XTAL1： 片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘放大器電路的輸出端。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機，輸出腳 SENSEA 和SENSEB 用來連接電流檢測電阻， Vss 接邏輯控制的電源。引腳 5，7， 10， 12 為單片機輸入到 L298N 芯片的輸入引腳。由上表可知兩個電機都正轉的控制組合為 P4_7P4_4 為1001，也就是說只要把 P4_7P4_4 設置為 1001 就實現(xiàn)了小車的前進功能。造成這種現(xiàn)象的原因是：小車轉彎是通過一側的輪子停轉，另一側的輪子正 轉或者反轉實現(xiàn)的。 循跡 系統(tǒng) 循跡原理 小車循跡原理是 小車在畫有黑線的白紙 “路面 ”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強弱來判斷 “道路 ”黑線。 LM324集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是： (1)失調(diào)電壓小，典型值為 2mV； (2)電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為 177。當 “”端電壓高于 “+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。其原理與循跡一樣， 利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質的特點。 K6 K7 K8 K9D6L E DC 1 01 0 0 pC 1 11 0 0 pR 1 21kR 1 347X2CR Y S T A LK2 K3 K4 K5D7L E DR 1 43 3 0R11R22R33R44DO UT5V D D6D77X28X19VSS10A IN20C119C218C317C416C515C614C713C812L E D11HT 6 2 2 1Q1B U80 6 圖 36 紅外發(fā)射電路 圖中 D6 就是紅外發(fā)射二極管， R13 是限流電阻 47Ω，由此可見，紅外發(fā)射管的電流是很大的，這是為了保證足夠的發(fā)射功率。 圖 37 一體化紅外接收探頭 HS0038 第 3 章 硬件設計 21 顯示 系統(tǒng) LCD1602 簡介 顯示模塊用液晶顯示器 LCD1602 來顯示小車各種運動狀態(tài)。此時 ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸 出高電平。 若復位電路失效，加電后 CPU 從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正第 3 章 硬件設計 23 常運轉。圖中 SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要由 SYS參數(shù)確定（晶振上標明的頻率） 。 開始 設置初始參數(shù) 掃描按鍵 開中斷 是否有鍵按下 發(fā)送數(shù)據(jù) Y N 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 26 圖 42 發(fā)送端中斷子程序流程圖 接收端 程序 流程圖 接收端主程序流程圖 接收端程序主要完成紅外信號的接收、解碼，以及直流電動機的驅動和液晶屏的顯示。在本章中列出了此次設計所用的全部器件以及一些主要技術和器件的介紹。 AT89C51是屬于 CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結構上有別于NMOS型的單片機。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在 RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使 MCS51有效的復位。 LCD1602 功能特性 1602LCD 有以下特性： （ 1） +5V電壓，對比度可調(diào)； （ 2）內(nèi)含復位電路； （ 3） 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能； （ 4）有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM； （ 5）內(nèi)建有 160 個 5X7 點陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM； （ 6） 8 個可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM。就是說如果接收電路里收到這些數(shù)據(jù)碼中的某一個就知道哪一個鍵按下了，從而執(zhí)行規(guī)定的動作。原理圖見圖 35。因為當輸出晶體 三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。避障亦是此原理。 （ 3） PWM 調(diào)速原理 AT89C51 單片機有集成的定時器產(chǎn)生 PWM 波形，我們可通過用它的一個定時器來產(chǎn)生占空比和頻率可調(diào)方波來控制電機的轉速。 方案一： 在設計中只要讓一側的電機停轉，讓另一側的電機正傳或反轉，這樣小車就會朝著一個方向偏轉。引腳 8 為芯片的接地引腳，它與 L298N 芯片的散熱片連接在一起。其內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅動電路 , 即內(nèi)含二個吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 14 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準 TT L 邏輯電平信號，可驅動46V、 2A 以下的電機。 電機驅動 系統(tǒng) 電機驅動電路 由 L298N 構成的 PWM 功率放大器的工作形式為單極可逆模式， PWM 電路由四個大功率晶體管組成 H 橋電路構成，四個晶體管分為兩組，交替導通和截止，兩個 H 橋的下側橋晶體管發(fā)射極連在一起， 1 腳和 15 腳可單獨引出連接電流采樣電阻器 , 形成電 流傳號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 AT89C51 引腳說明 AT89C51 的引腳說明如下： VCC：供電電壓。 AT89C51 簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（