【文章內(nèi)容簡介】 Key words:MCU DC motor Infrared Remote Control HS0038 Decode 基于單片機(jī)的紅外遙控小車 第 1 頁 第 1 章 引言 單片機(jī)以其強(qiáng)大的控制能力已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，配以各種 外部 接口 及 傳感器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化 與自動化 。無論是在工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生 ， 還是在國防軍事、航天航空領(lǐng)域，微控 制器都起著舉足輕重的作用。從最初的 8 位控制器到現(xiàn)在的 16 位、 32 位控制器都還有很大的發(fā)展和應(yīng)用空間。 隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷的提高，車已經(jīng)成為生活水平高低的一種象征。大人想要一輛真正的車，小孩子也想要一輛屬于自己的 車。 此次 設(shè)計(jì)的 遙控小 車，具有遙控的功能，可以模擬真的小車，更是小朋友們心中理想的玩具。今天，電子行業(yè)也發(fā)展的非常快，電子產(chǎn)品的價(jià)格在不斷的下調(diào)，所以這款 遙控小 車的電子元件的成本已經(jīng)不是很高，集成芯片的工藝也不斷更新，功能也非常強(qiáng)大，所以設(shè)計(jì)這種遙控小車已經(jīng)不是難事。 智能遙控車 的設(shè)計(jì)包含機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)建、控制系統(tǒng)硬件配置、傳感技術(shù)、控制算法的程序編 寫 等。通過對這些技術(shù)的研究討論，能更進(jìn)一步了解現(xiàn)代智能技術(shù)。本 次 設(shè)計(jì) 的 這 款 智能遙控小 車在普通玩具車小車的機(jī)械部分做了改進(jìn)，使之可以實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向和前進(jìn)速度 控制 ，因此更加接近真實(shí)的車輛。 “ 智能遙控車 ” 運(yùn)用單片機(jī)和紅外傳感器控制 小 車運(yùn)動。遙控器采用 普通電視遙控器， 接收 部分采用專用的紅外接收頭接收 ， 能夠?qū)⒔邮盏降男盘柦庹{(diào)去掉載波，輸出脈寬不等的脈沖，將信息送給單片機(jī)進(jìn)行處理，送出控制信號來控制小車的前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎、 加減速 ， H 橋電路來控制電機(jī)的 正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)小車的前 進(jìn)后退。 另外該小車還具有檢測溫度并顯示的功能，可實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。 基于單片機(jī)的紅外遙控小車 第 2 頁 第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及原理簡介 按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)基本功能模塊：遙控接收模塊、液晶顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、避障模塊、溫度檢測模塊等。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 21所示。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 有些模塊的功能是由硬件完成，有些模塊的功能由軟、硬件配合完成。下面將詳細(xì)介紹各模塊 的基本原理及設(shè)計(jì) 方法。 單片機(jī)控制系統(tǒng) AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器 ， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash， 使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 ： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口 ， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作 ， 支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 8位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。 AT89S52 各引腳描述 1 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個(gè) TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫 “1”時(shí)，引腳用 作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下 ， P0 具有內(nèi)部上拉電阻 。 在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 AT89S52 單片機(jī) 紅外信號接收 電機(jī)驅(qū)動 障礙物檢測 溫度檢測 1602 液晶模塊 基于單片機(jī)的紅外遙控小車 第 3 頁 2 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口 使用。作為輸入 口 使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入 ()，具體如 表 1 所示。 表 1 AT89S52 單片機(jī) P1 口第二功能 引腳號 第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 3 P2 口： P2 口是一個(gè) 具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地 址字節(jié)和一些控制信號。 4 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如表 2 所示 。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號。 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 5 RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將 使 單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG——當(dāng)訪問外部程存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：基于單片機(jī)的紅外遙控小車 第 4 頁 每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 PSEN——程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每 個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間 當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 EA/VPP——外部訪問允許，欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 FLASH 存儲器編程時(shí)，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 表 2 AT89S52 P3 口 特殊功能 引腳 號 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) 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 ) 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 是一個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，是定時(shí)器或外部事件計(jì)數(shù)器。定時(shí)器 2 有三種操作方式：捕獲方式、自動重裝方式和波特速率發(fā)生器方式。工作方式由 T2CON 的控制位選擇。 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 控制寄存器 T2CON T2CON 可位尋址，地址為 0C8H。其各位定義如 表 3 所示。 表 3 T2CON 位定義 位 序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位標(biāo)志 TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RL2 位地址 CF CEH CDH CCH CBH CAH C9H C8H TF2： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 溢出標(biāo)志位。當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 溢出時(shí)， TF2 置 1，TF2 置位后只能用軟件清除。 當(dāng) RCLK=1 或 TCLK=1 時(shí)， TF2 將不被 置位。 EXF2： 在捕捉 /重裝模式下， T2 的外部觸發(fā)標(biāo)志。 基于單片機(jī)的紅外遙控小車 第 5 頁 當(dāng) EXEN2=1 時(shí)，引腳 T2EX/ 的負(fù)跳變，使 EXF2=1，并產(chǎn)生 T2 中斷。EXF2 只能用軟件清除。當(dāng) DCEN=1 時(shí)， T2 處于向上 /向下計(jì)數(shù)模式， EXF2 部引起中斷。 RCLK： 接收時(shí)鐘允許。 當(dāng) RCLK=1 時(shí)， T2 的溢出脈沖可作為串行口方式 1 和方式 3 的接收時(shí)鐘； 當(dāng) RCLK=0 時(shí)， T1 的溢出脈沖將作為串行接收時(shí)鐘。 TCLK： 發(fā)送時(shí)鐘允許。 當(dāng) TCLK=1 時(shí)， T2 的溢出脈沖可作為串行口方式 1 和方式 3 的發(fā)送時(shí)鐘； 當(dāng) TCLK=0 時(shí)， T1 的溢出脈沖將作為串行發(fā)送時(shí)鐘。 EXEN2： T2 外部允許。 當(dāng) EXEN2=1 時(shí)， T2EX 的負(fù)跳變引起 T2 捕捉或重裝，此時(shí) T2 不能用做串行口的串行時(shí)鐘。 當(dāng) EXEN2=0 時(shí)， T2EX 的負(fù)跳變將不起作用。 TR2： T2 啟動控制位。 當(dāng) TR2=1 時(shí)，啟動 T2； TR2=0 時(shí)，停止 T2。 C/T2： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 工作方式選擇位。 C/ T2＝ 0，為定時(shí)工作方式； C/ T2＝ 1，為計(jì)數(shù)工作方式。 CP/RL2： T2 捕捉 /重裝功能選擇位。 當(dāng) CP/ RL2=1 且 EXEN2=1 時(shí)，引腳 T2EX/ 的負(fù)跳變引起捕 捉操作。 當(dāng) CP/ RL2=0 且 EXEN2=1 時(shí)，引腳 T2EX/ 的負(fù)跳變引起自動重裝操作。 當(dāng) CP/ RL2=0 且 EXEN2=1 時(shí)， T2 溢出將引起捕捉自動重裝操作。 2 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 模式寄存器 T2MOD 表 4 T2MON 位定義 位 序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位標(biāo)志 — — — — — — T2OE DCEN T2MOD 不可位尋址，地址為 0C9H。其各位定義如 表 4 所示。 T2OE：定時(shí)器 2 輸出允許位。 當(dāng) T2OE=1 時(shí)，允許時(shí)鐘輸出至引腳 T2/； 當(dāng) T2OE=0 時(shí)，禁止引腳 T2/ 輸出。 基于單片機(jī)的紅外遙控小車 第 6 頁 DCEN：計(jì)數(shù)器方向控制。 當(dāng) DCEN=0 時(shí)， T2 自動向上計(jì)數(shù)； 當(dāng) DCEN=1 時(shí)， T2 向上 /向下計(jì)數(shù)方式，由引腳 T2EX 狀態(tài)決定計(jì)數(shù)方向。 3 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 操作方式選擇 見表 5 表 5 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 操作模式 C/ T2 RCLK+TCLK CP/ RL2 T2OE TR2 模 式 X 0 0 0 1 16 位自動重裝模式 X 0 1 0 1 16 位捕捉模式 X 1 X X 1 波特率發(fā)生器模式 X 1 X 1 1 時(shí)鐘輸出模式 X X X X 0 T2 停止 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括振蕩電路和復(fù)位電路，見圖 22 所示。晶振采用 12M晶振，指令周期為 1us，復(fù)位電路采用上電復(fù)位和手動按鍵復(fù)位。 圖 22 單片機(jī)最小系統(tǒng) 液晶顯示 液晶顯示在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用率相當(dāng)高，普通的七段數(shù)碼管顯示器只能顯示數(shù)字，若遇到要顯示英文字符時(shí)， 則一定會選擇使用液晶顯示器我們所用的LCD 模塊，其背面含有控制電路，其上面有專門的 IC 來完成 LCD 的動作控制，在自行設(shè)計(jì)的接口中，只要送入適當(dāng)?shù)拿畲a和欲顯示的數(shù)據(jù)， LCD 便會將字符顯示出來，控制方法非常簡單。 基于單片機(jī)的紅外遙控小車 第 7 頁 其 基本特性 如下： A．容易和 4Bit/8Bit MPU 相連 ； B．可選擇 5 7或 5 10點(diǎn)陣字符 ； C．顯示數(shù)據(jù) RAM容量 :80 8Bit (80 字符 )； D．字符發(fā)生器 ROM 能提供用戶所需字符庫或標(biāo)準(zhǔn)庫 。 字庫容量 :192 個(gè)字符 (57點(diǎn)字型 )。 32 個(gè)字符 (5 10 點(diǎn)字型 )； E． DDRAM 和 CGRAM