【文章內(nèi)容簡介】 LM2940 低壓差穩(wěn)壓芯片克服了早期穩(wěn)壓芯片的缺點。與其它的穩(wěn)壓芯片一樣， LM2940 需要外接一個輸出電容來保持輸出的穩(wěn)定性。出于穩(wěn)定性考慮，需要在穩(wěn)壓輸出端和地之間接一個 22uF低等效電阻的電容器。舵機額定工作電壓是 6V，此時舵機的滯后常數(shù)很大，在毫秒級上。我們測量了電機的內(nèi)阻（不考慮感性因素）為 2Ω，綜合電機的功率以及電池電壓10%的波動，簡單計算了一下在 9V 以下電 機 都能工作。經(jīng)過大量的測試，最終發(fā)現(xiàn)在電池電壓不低于 時，舵機電源使用 7V 時，舵機的滯后常舵機 控制器編碼器 傳感器 5V 5V 7V 電 池 10 數(shù)將大大減小。靈敏性將大大提高，所以舵機使用 7V電源。使用兩片 LM2940分別向傳感器、控制器和編碼器供電。使用一片 LM2940 和 3 個整流二極管1N4007 將電壓抬高到 7V 向舵機供電。為了防止電源電壓接反，利用二極管D1作為防反接保護二極管。電路圖如圖 5 所示 控制 電路 此部分是整個智能小車的核心部分，起著控制小車所有運行狀態(tài)的作用。控制的方法有很多，但大多選用單片機作為控制。由于 51 單片機具有 價格低廉操作簡單的特點 ，這里選擇 ATMEL 公司成產(chǎn)的 AT89C51 作為控制的核心部件 .其管腳定義如下： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 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。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器 能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 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 11 為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 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 。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。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。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。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。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。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)。 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。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 單片機管腳如圖 6 所示： 12 V c c4 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 32 22 1P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7/ E AA L E/ P S E NP 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 01234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R E S E TP 3 . 0P 3 . 1P 3 . 2P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7X T A L 2X T A L 1V s s 對于單片機的晶振電 路和復位電路的設計如下圖 7： 13 30pf3 0 p fC1C 2G N D1 1 . 0 5 9 2 mX T A L 1 X T A L 2 晶振電路 2 0 01 k1 0 u f+R S T 復位電路 循跡 電路 本文采用的 CMOS 攝像頭是一種以 CMOS 感光器件為主的高分辨率、低功耗圖像傳感器，為了減少硬件系統(tǒng)開銷，選用數(shù)據(jù)量較少的黑白攝像頭也可滿足要求。面陣 CMOS 攝像頭采用行掃描模式，每行信號為持續(xù)約 56us 的電壓模擬量，根據(jù)采樣點的灰度值輸出不同電平，并經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換輸入控制器。由于賽道是白色背景黑色引導線， 為區(qū)分黑線和白色賽道背景并過濾其他干擾信息，可取黑、白兩個閾值帶分別對應于黑色引導線與白色背景的值。確定閾值帶的寬度和基值時應考慮不同光線和不同攝像頭型號，以滿足在各種光線條件下誰都能準確識別黑色引導線。 循跡模塊采用 CMOS 圖像傳感器作為采集視頻信號的主控芯片。由于 CCD目前的技術比較成熟，在尺寸方面也具有一定的優(yōu)勢（由于工藝方面的原因CMOS 的尺寸無法做的很大），但其工藝復雜、成本 高、耗電量大、像素提升難度大等問題也是不可否認的。而 CMOS 由于制造工藝簡單，因此可以在普通半導體生產(chǎn)線上進行生產(chǎn)，其制造 成本比較低廉。 故采用 CMOS 圖像傳感器。OV7620 是一款 CMOS 攝像頭器件，是一款彩色 CMOS 型圖像采集集成芯片，提供高性能的單一小體積封裝，該器件分辨率可以達到 640X480，傳輸速率可以達到 30 幀。內(nèi)置 10 位雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換器 ,輸出 8 位圖像數(shù)據(jù) 。具有 14 自動增益和自動白平衡控制 ,能進行亮度、對比度、飽和度、 γ 校正等多種調(diào)節(jié)功能 。其視頻時序產(chǎn)生電路可產(chǎn)生行同步、場同步、混合視頻同步等多種同步信號和像素時鐘等多種時序信號 。5V 電源供電 ,工作時功耗 120mW,待機時功耗 10μW。它支持連續(xù)和隔行兩種掃描方式 ， VGA 與 QVGA 兩種圖像格式；最高像素為 664492，幀速率為 30fps；數(shù)據(jù)格式包括 YUV、 YCrCb、RGB 三種，能夠滿足一般圖像采集系統(tǒng)的要求。 OV7620 圖像傳感器的管腳圖如下 圖 8： OV7620 內(nèi)部可編程功能寄存器的設置有上電模式和 SCCB 編程模式。 OV7620 的控制采用 SCCB(Serial Camera ControlBus)協(xié)議。 SCCB 是簡化的 I2C協(xié)議， SIOI 是串行時鐘輸入線， SIOO 是串行雙向數(shù)據(jù)線，分別相當于 I2C 協(xié)議的 SCL 和 SDA。 SCCB 的總線時序與 I2C 基本 相同，它的響應信號 ACK 被稱為一個傳輸單元的第 9 位，分為 Don’t care 和 NA。 Don’t care 位由從機產(chǎn)生； NA位由主機產(chǎn)生，由于 SCCB 不支持多字節(jié)的讀寫， NA 位必須為高電平。另外， 15 SCCB 沒有重復起始的概念，因此在 SCCB 的讀周期中，當主機發(fā)送完片內(nèi)寄存器地址后，必須發(fā)送總線停止條件， 不然在發(fā)送讀命令時，從機將不能產(chǎn)生 Don’t care 響應信號 。 OV7620 功能寄存器的地址為 0x00～ 0x7C(其中，不少是保留寄存器 )。通過設置相應的寄存器，可以使 OV7620 工作于不同的模式。例如，設置 OV7620 為連續(xù)掃描、 RGB 原始數(shù)據(jù) 16 位輸出方式，需要進行如下設置： I2CSendByte()為寫寄存器函數(shù)，它的第 1 個參數(shù) OV7620 為宏定義的芯片地址 0x42，第 2 個參數(shù)為片內(nèi)寄存器地址，第 3 個參數(shù)為相應的寄存器設定值。 OV7620有 4個同步信號： VSYNC(垂直同步信號 )、 FODD (奇數(shù)場同步信號 )、HSYNC(水平同步信號 )和 PCLK(像素同步信號 )。當采用連續(xù)掃描方式時，只使用 VSYNC 和 HSYNC、 PCLK 三個同步信號，還引入了 HREF 水平參考信號。 LPC2210 的 3 個外部中斷引腳分別 作為 3 個同步信號的輸入，相應的中斷服務程序分別為 Vsync_IRQ()、 Hsync_IRQ()和 Pclk_IRQ()。在內(nèi)存中定義一個二維數(shù)組存儲圖像數(shù)據(jù)，一維用變量 y 表示，用于水平同步信號計數(shù)；二維用變量 x表示，用于像素同步信號計數(shù)。圖像采集的基本流程 當用 SCCB 初始化好 OV7620 后，使能 VSYNC 對應的中斷，在 Vsync_IRQ()中斷服務程序中判斷是否已取得一幀數(shù)據(jù)。若是，則在主程序的循環(huán)體中進行數(shù)據(jù)處理；若不是，則使能 HSYNC 對應的中斷，并將 y 置為 O。在 Hsync_IRQ()中斷服務程序中， 判斷 HREF 的有效電平，若有效，則 y 加 1， x 置為 O，并使能 PCLK 對應的中斷。在 Pclk_IRQ()中斷服務程序中，判斷 HREF 的有效電平，若有效，則 z 增加，同時采集一個像素點的圖像數(shù)據(jù)。 在 OV7620 的 3 個同步信號中， PCLK 的周期最短。當 OV7620 使用 27 MHz的系統(tǒng)時鐘時，默認的 PCLK 的周期為 74 ns。而 LPC2210 的中斷響應時間遠遠大于這個值。 LPC2210 的最大中斷延遲時問為 27 個處理器指令周期，最小延遲時問為 4 個指令周期，再加上中斷服務時間、現(xiàn)場恢復時間等，完成一次中斷響應的時問要 大于 7～ 30 個指令周期。當 LPC2210 使用最高系統(tǒng)頻率 60 MHz 時，它的中斷響應時間遠大于 O． 2～ 0， 6 us，所以只能將 OV7620 的 PCLK 降頻。通過設置時鐘頻率控制寄存器，可將 PCLK 的周期設為 4us 左右。 OV7620 采用 16 位輸出方式時， Y通道和 UV 通道數(shù)據(jù)輸出格式如表 l 所列。從表 l 中可以看出，每一行 Y 通道和 UV 通道交替輸出上一行重復數(shù)據(jù)和本行新數(shù)據(jù)。而在一行之內(nèi)， B 數(shù)據(jù)只在奇數(shù)列出現(xiàn)， R 數(shù)據(jù)只在偶數(shù)列出現(xiàn) 。 表 1 ov7620 16 位輸出格式 R C 1 2 3 4 …… 通道 1 …… UV B11 G12 B13 G14 …… Y 2 G21 R22 G23 R24 …… UV B11 G12 B13 G14 …… Y 16 3 G21 R22 G23 R24 …… UV B31 G32 B33 G34 …… Y CMOS 圖像傳感器的工作原理圖如圖 9 所示： 光 敏 單 元 陣 列 行 選 擇模 擬 數(shù) 字 轉(zhuǎn) 換 電 路模 擬 信 號 處 理 電 路列 選 及 放 大視 頻 時 序 產(chǎn) 生 電 路 曝 光 、 白 平 衡 等 控