【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2 單片機(jī)有 4 組 8位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8位（ 8根引腳），共 32 根。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 此部分是整個(gè)小車運(yùn)行的核心部件，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用?？刂品椒ㄓ泻芏啵蟛糠侄疾捎脝纹瑱C(jī)控制。由于 51 單片機(jī)具有價(jià)格低廉是使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，這里選擇了 ATMEL 公司的 STC89C52 作為控制核心部件。 STC89C52單片機(jī)系列的存儲(chǔ)器用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 截然分開(kāi)，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各有自己的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。 STC89C52的存 儲(chǔ)器可分為五類：程序存儲(chǔ)器，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，特殊功能寄存器，位地址空間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 復(fù)位 操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這佯，只要電源 Vcc的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)紙 共 26 頁(yè) 第 9 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的， （ a）上電復(fù)位 （ b）按鍵電平復(fù)位 （ c）按鍵脈沖復(fù)位 圖 25 復(fù)位電路 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于 2個(gè)機(jī)器周期。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖 25（ b） 上電復(fù)位方式。 光電電路概況 防撞 正前方的一對(duì)紅外發(fā)射與接受探頭，可以良好的完成前方是否有障礙物的判斷，當(dāng)前方無(wú)障礙物時(shí)沒(méi)有紅外光線被反射，機(jī)器人按原來(lái)路線行走。當(dāng)有紅外光線反射時(shí)，機(jī)器人會(huì)根據(jù)內(nèi)部的智能程序來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能 。 尋跡 智能尋跡機(jī)器人之所以能夠?qū)ほE，主要是由前方的兩對(duì)紅外發(fā)射與接收探頭來(lái)完成的。我們知道光有反射的特性。 所以說(shuō)當(dāng)前方的紅外發(fā)射出來(lái)的光線遇到物體時(shí)，就會(huì)形成反射的光線，而這個(gè)經(jīng)反射的紅外光線剛好被紅外接收探頭接收到。當(dāng)紅外接收探頭接收到信號(hào)后，再將信號(hào)送到單片機(jī)由單片機(jī)內(nèi)部的程序來(lái)控制機(jī)器人的情況。 紅外光線有一個(gè)反射特性。但對(duì)于不同的物體反射特性是不一樣的，特別是對(duì)白色反光的物體，紅外光線的反射量將會(huì)多一點(diǎn)。而對(duì)黑色不反光的物體，紅外反射量將會(huì)大量的減少。 顯示電路 數(shù)碼管 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼長(zhǎng) 春 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)紙 共 26 頁(yè) 第 10 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極 (COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 發(fā)光二極管 LED 發(fā)光原理：發(fā)光二極管是由 Ⅲ Ⅳ 族化合物，如 GaAs（砷化鎵）、 GaP（磷化鎵）、 GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是 PN 結(jié)。因此它具有一般PN 結(jié)的 IN 特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂?、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由 N 區(qū)注入 P 區(qū)，空穴由 P 區(qū)注入 N 區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū) 域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光 。 假設(shè)發(fā)光是在 P 區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合 外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近 PN 結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。 電機(jī)控制 電路 電機(jī) 的選擇方案 方案 1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降 ，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。 方案 2：直流電機(jī)：直流電機(jī)的控制方法比較簡(jiǎn)單，只需給電機(jī)的兩根控制線加上適當(dāng)?shù)碾妷杭纯墒闺姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，電壓越高則電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。對(duì)于直流電機(jī)的長(zhǎng) 春 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)紙 共 26 頁(yè) 第 11 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 速度調(diào)節(jié)，可以采用改變電壓的方法，也可采用 PWM 調(diào)速方法。 PWM 調(diào)使加在直流電機(jī)兩端的速就是電壓為方波形式，通過(guò)改變方波的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 基于以上分析，我們選擇了方案 一 ，使用直流電機(jī)作為電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 原理 從單片機(jī)輸出的信號(hào)功率很弱，即 使在 沒(méi) 有其它外在負(fù)載時(shí)也無(wú)法帶動(dòng)電機(jī)，所以在實(shí)際電路中我們加入了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提高輸入電機(jī)信號(hào)的功率，從而能夠根據(jù)需要控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) LG9110 是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個(gè) TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)，它具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道能通過(guò) 750～800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá) ～ ；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降與靜態(tài)電流 ；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開(kāi)關(guān)功率管的使用上安全可靠。 9110 被廣泛應(yīng)用于玩具汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)閥門電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電磁門鎖驅(qū)動(dòng)等電路上。 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)紙 共 26 頁(yè) 第 12 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 26 LG9110 管腳及功能 聲控 聲控裝置 —話筒采用了模擬電路數(shù)字電路的有機(jī)結(jié)合，聲控使機(jī)器人更有趣，我們可以用拍手來(lái)控制小車的運(yùn)行與停止。模擬電路的建立有效的濾除了多余的雜波，運(yùn)行更可靠 。 串口通信 COM端口連接座采用 RS232連接形式，為電腦 機(jī)器人實(shí)現(xiàn) RS232通信建立了接口。同 時(shí)它還是程序下載與燒錄不可少的端口，通過(guò)它讓你完全 ISP/IAP 編程，無(wú)需編程器。 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)紙 共 26 頁(yè) 第 13 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 檢測(cè)（ 黑線） 軟件控制 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 控制小車 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)方案和框圖 整個(gè)路系統(tǒng)分為檢測(cè)、控制、驅(qū)動(dòng)三個(gè)模塊。首先利用 光電對(duì)管 對(duì)路面信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)比較器處理之后，送給軟件控制模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，輸出相應(yīng)的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制整個(gè)小車的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)方案方框圖如圖所示： 圖 31智能小車尋跡系統(tǒng)框 該簡(jiǎn)易智能小車在畫有黑線的白紙“路面”上行使 ,由于黑線和白線對(duì)光線的反射系數(shù)不同 ,可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路” —— 黑線。判斷信號(hào)可通過(guò)單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊修正前進(jìn)方向，以使其保持沿著黑線行進(jìn)。當(dāng)小車脫離軌道時(shí)，即當(dāng)置于中間的一只光 電開(kāi)關(guān)脫離軌道時(shí)，等待外面任意一只檢測(cè)到黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開(kāi)關(guān)重新檢測(cè)到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛。在該模塊中利用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法 —— 紅外探測(cè)法。 紅外探測(cè)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)。在小車行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號(hào)。 本設(shè)計(jì)以 STC89C52 單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心。采用紅外光電傳感器檢測(cè)路面黑線及障礙物，用光敏電阻檢測(cè)、判斷車庫(kù)位置，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn) 智能小車 行進(jìn)、繞障、停止的精確控制以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示。通過(guò)對(duì)電路的優(yōu)化組合，可以最大限度地利用 51 單片機(jī)的全部資源。 P0 口用于數(shù)碼管顯示， P1 口用于電動(dòng)機(jī)的 PWM 驅(qū)動(dòng)控制， P2， P3 口用于傳感器的數(shù)據(jù)采集與中斷控制。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，降低了總體設(shè)計(jì)的成本。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，降低了總體設(shè)計(jì)的成本。 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)紙 共 26 頁(yè) 第 14 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 32系統(tǒng)總 流程 圖 該系統(tǒng)配套的軟件程序采用模塊結(jié)構(gòu)，由 C 語(yǔ)言編寫完成。主要由初始化程序、偏道調(diào)整程序、偏離光源調(diào)整程序、聲光指示子程序、讀