【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U1L298NIN1IN2IN3IN4EAEBGND+5+GNDD2 D3 D5 D6D7 D8 D9 D101234P2Header 4 圖 33 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 原理 圖 L298N 為 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專(zhuān) 用驅(qū)動(dòng)芯片 ( Dual FullBridge Driver ) ，內(nèi)部包含 4 信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)二相或1 個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè) HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的 IO 端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)。 循跡模塊設(shè)計(jì) 循跡采用反射式光電傳感器，反射式光電傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射一定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外信號(hào)，當(dāng)紅外的檢查方向遇到障礙物（反射面）時(shí)，紅外信號(hào)反射回來(lái)被接收管接收。經(jīng)處理之后，通過(guò)數(shù)字傳感器接口返回微控制器，微控制器可利用紅外波的返回信號(hào)來(lái)識(shí)別周?chē)h(huán)境的變化。當(dāng) 遇到黑線(xiàn)時(shí)，圖中三極管 8050 導(dǎo)通，反相器輸入口處檢測(cè)到低電平，經(jīng)反相器后變?yōu)楦唠娖?，供單片機(jī)識(shí)別，同時(shí)指示燈被點(diǎn)亮，圖中滑動(dòng)變阻器，可方便改變光電傳感器的輸入電流，從而改變靈敏度，圖中 電容，可減少電路中“毛刺”，以增加電路的抗干擾能力。 循跡模塊 原理圖 如圖 33 所示。 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 33 循跡模塊 原理 圖 在本設(shè)計(jì)中我們采用紅外一體式發(fā)射接收器，發(fā)射管和接收管的直徑都為 3mm，系統(tǒng)中我們?cè)O(shè)計(jì)反射距離在 左左，此時(shí)探測(cè)環(huán)境都在檢測(cè)電路板之下，不易受到其 他光線(xiàn)的干擾。傳感器都選用 RPR220 發(fā)射紅外傳感器。該封裝形狀規(guī)則，便于安裝。 紅外一體式發(fā)射接收器由于感應(yīng)的是紅外光，常見(jiàn)光對(duì)它不干擾。紅外一體式發(fā)射接收器檢測(cè)黑線(xiàn)的原理為：由于黑色吸光，當(dāng)紅外發(fā)射管發(fā)出的關(guān)照射在上面后反射的部分比較小，接收管接收到地紅外線(xiàn)也就較少，表現(xiàn)為電阻比較大，通過(guò)外接的電路就可以讀出檢測(cè)的狀態(tài)，同理當(dāng)照在白色表面時(shí)發(fā)射的紅外線(xiàn)就比較多，表現(xiàn)為接收管的電阻比較小。本設(shè)計(jì)中當(dāng)檢測(cè)到黑線(xiàn)，小車(chē)會(huì)自動(dòng)偏轉(zhuǎn)而遠(yuǎn)離邊緣的黑線(xiàn)。 避障模塊設(shè)計(jì) 避免追尾相撞：小車(chē)前方設(shè)置一紅外傳感器， 小車(chē)后面設(shè)置一個(gè)擋板，當(dāng)兩車(chē)接近到一定距離時(shí)，紅外傳感器檢測(cè)到對(duì)方尾部的擋板，輸送電平給單片機(jī)，由單片機(jī)控制 PWM 調(diào)制脈沖來(lái)改變小車(chē)速度。避障 模塊 原理圖如圖 35 所示。 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 35 避障模塊 原理 超車(chē)：當(dāng)甲車(chē)檢測(cè)到超車(chē)標(biāo)志線(xiàn)后，轉(zhuǎn)而循跡外環(huán)的同時(shí)，甲車(chē)減速，甲車(chē)和乙車(chē)保持紅外避障傳感器設(shè)置的距離，轉(zhuǎn)檢測(cè)完超車(chē)標(biāo)志后，轉(zhuǎn)而循跡超車(chē)區(qū)的內(nèi)環(huán)黑線(xiàn)，速度超過(guò)甲車(chē)并循跡黑線(xiàn)返回起點(diǎn)， 而甲車(chē)尋到轉(zhuǎn)彎標(biāo)志線(xiàn)后繼續(xù)循跡外線(xiàn)回到原點(diǎn)。 電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小 (也有 兩個(gè)數(shù)字電壓比較的，這里不介紹 )，并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，比較器，它有兩個(gè)輸入端：同相輸入端 (“+” 端 ) 及反相輸入端 (“”端 )，有一個(gè)輸出端 Vout(輸出電平信號(hào) )。另外有電源 V+及地 (這是個(gè)單電源比較器 )，同相端輸入電壓VA，反相端輸入 VB。 VA 和 VB 的變化。在時(shí)間 0～ t1 時(shí)， VAVB；在t1～ t2 時(shí)， VBVA；在 t2～ t3 時(shí)， VAVB。在這種情況下， Vout 的輸出如圖 1(c)所示： VAVB 時(shí)， Vout 輸出高電平 (飽和輸出 )； VBVA 時(shí)，Vout 輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個(gè) 電壓大。 顯示模塊設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)中要進(jìn)行動(dòng)態(tài) 超車(chē)次數(shù)： 一種方法是采用 LCD1602 液晶顯示器。 LCD 具有功耗低，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。不緊可以顯示數(shù)字、字符，而且可以顯示漢字和圖形，但由于顯示內(nèi)容不多 。 另一種方法是采用 八段 數(shù)碼管顯示 ，可以使用多個(gè)獨(dú)立的八段數(shù)碼管 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 來(lái)自己拼接，其優(yōu)點(diǎn)是位數(shù)不限，布局靈活；也可以直接使用集成好的多位數(shù)碼管，其優(yōu)點(diǎn)是引線(xiàn)簡(jiǎn)單，價(jià)格也相對(duì)便宜許多。 多位數(shù)碼管可以使用多個(gè) I/O 端口驅(qū)動(dòng)，如 P0P3 分別驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)數(shù)碼管，但是這樣極大地浪費(fèi)了 I/O 資源，所以通常在實(shí)際使用中用 動(dòng)態(tài)掃描的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼管的顯示。動(dòng)態(tài)掃描是針對(duì)靜態(tài)顯示而言的，所謂靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止，這種顯示方式的每個(gè)數(shù)碼管相互獨(dú)立，公共端恒定接地（共陰極）或接電源（共陽(yáng)極），每個(gè)數(shù)碼管的每個(gè)字段分別與一個(gè) I/O 口地址相連或與硬件譯碼電路相連，這時(shí)只要 I/O 口或硬件譯碼器有所需電平輸出，相應(yīng)字符即顯示出來(lái)，并保持不變，直到需要更新所顯示字符。采用靜態(tài)顯示方式占用單片機(jī)時(shí)間少，編程簡(jiǎn)單，但其占用的口線(xiàn)多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。而動(dòng)態(tài)掃描則 是一個(gè)一個(gè)地輪流點(diǎn)亮每個(gè)數(shù)碼管，方法是多位數(shù)碼管的 adp 數(shù)據(jù)段都用相同的 I/O引腳來(lái)驅(qū)動(dòng)，而使用不同的 I/O 引腳來(lái)控制位選擇引腳。在動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)，先選中第一個(gè)數(shù)碼管，把數(shù)據(jù)送給它顯示，一定時(shí)間后再選中第二個(gè)數(shù)碼管，把下一個(gè)數(shù)據(jù)送給它顯示，以此類(lèi)推，一直到最后一個(gè)。這樣雖然在某一時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管在顯示，但是只要掃描的速度足夠快（超過(guò)人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間），動(dòng)態(tài)顯示的效果在人開(kāi)來(lái)就是幾個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式比較節(jié)省 I/O 口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示的數(shù) 碼管較多時(shí)， 51 單片機(jī)要依次掃描，占用了單片機(jī)的較多時(shí)間 。 本章小結(jié) 本章主要描述了小車(chē)制作的主要模塊，以及各個(gè)模塊的應(yīng)用及擴(kuò)展。在某些模塊中也添加了相同模塊的比較，使我們?cè)陂喿x時(shí)更能一目了然地看到使用這些模塊的優(yōu)勢(shì)。 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 4章 電路設(shè)計(jì)軟件的使用 仿真軟件的 介紹 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、 代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等，Proteus 資源豐富 。 Proteus 可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有 30 多個(gè)元件庫(kù)。 2． Proteus 可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、 SPI 調(diào)試器、 I2C 調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。 3．除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外， Proteus 還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線(xiàn)路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 4． Proteus 可提供的調(diào)試手段 Proteus 提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和 數(shù)字信號(hào) 。 仿真軟件的 優(yōu)勢(shì) 在 PROTEUS 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在 PROTEUS 的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。 PROTEUS 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 PROTEUS 不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物 演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。 它的元器件、連接線(xiàn)路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。 課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于 PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái) 。 本章小結(jié) 在本章中主要續(xù)寫(xiě)了在畫(huà)原理圖時(shí)時(shí)所用到的 軟件，以及一些軟件的使用辦法及優(yōu)點(diǎn)。讓我們更能體會(huì)語(yǔ)言帶給我們的魅力。 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 5 章 電路的組裝及調(diào)試 電路的組裝 利用單片機(jī)的 P0 口和 P2 口的低四位來(lái)控制數(shù)碼管顯示時(shí)間及路程，P2 口的高四位用來(lái)控制電機(jī)， P1 口的低四位負(fù)責(zé)接收紅外傳感器所傳輸?shù)母叩碗娖叫盘?hào)， 用來(lái)接收避障信號(hào)， 用來(lái)接收測(cè)速模塊傳輸來(lái)的信號(hào)， 和 是電機(jī)模塊的使能。 小車(chē)采用雙層設(shè)計(jì)，上層用來(lái)焊接數(shù)碼管和芯片，同時(shí)它也用來(lái)固定紅外傳感器的傳輸模塊。下層用來(lái)安置電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，也放置電源在下面。 這樣設(shè)計(jì)是為了在使用小車(chē)時(shí)能更好的讓觀看者看到小車(chē)走過(guò)的時(shí)間和路程，在小車(chē)行走的過(guò)程中也能及時(shí)了解小車(chē)前方的紅外傳感器所傳輸給單片機(jī)的信號(hào)。電池盒和電機(jī)驅(qū)動(dòng)放在下方是為了保證小車(chē)的中心重量夠重，讓小車(chē)在行駛的過(guò)程中更加的穩(wěn)定平穩(wěn)。 紅外傳感器的安置采用與垂直方向傾斜 30 度的方法設(shè)置的， 小車(chē)的后輪使用了萬(wàn)向輪，沒(méi)有使用膠皮輪，主要是