【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出在每個(gè)機(jī)器周期中由復(fù)位電路采樣一次。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。所謂上電復(fù)位，是指計(jì)算機(jī)加電瞬間，要在 RST 引腳出現(xiàn)大于 10MS 的正脈沖，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。按鈕復(fù)位是指用戶按下“復(fù)位”按鈕，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。如圖 35 是上電復(fù)位及按鈕復(fù)位的一種實(shí)用電路。 上電時(shí)， +5V 電源立即對(duì)單片機(jī)芯片供電，同時(shí)經(jīng)電阻 R對(duì)電容 C7 充電。 C7 上電壓建立的規(guī)程就產(chǎn)生一定寬度的負(fù)脈沖，經(jīng)反向后， RST 上出現(xiàn)正脈沖使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位。按鈕按下時(shí)， RST 上同樣出現(xiàn)高電平，實(shí)現(xiàn)了按 鈕復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平和單片機(jī)一致，則可以與單片機(jī)復(fù)位腳相連， 其電路圖如下圖： 10 圖 35 復(fù)位電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 L298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N,內(nèi)部同樣包 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。它是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于 H 橋集成電路，與L293D 的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。其輸出電流為 2A，最高電流為 4A，最高工作電壓 50V，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)、步進(jìn)電 機(jī)、電磁閥、特別是輸入端可以與單片機(jī)直接相連，從而很方便的受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，可以直接控制兩路電機(jī)，并可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)該功能只需改變輸入端的邏輯電平。 L298N 引腳封裝圖如下所示。 圖 36 L298N 引腳封裝圖 L298N 驅(qū)動(dòng)電路框圖如下圖： 11 圖 37 L298N 驅(qū)動(dòng)電路框圖 L298N 引腳功能表 表 31 L298N 引腳功能表 12 電路連接圖如下所示。 圖 38 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 故該模塊采用芯片 L298N 控制兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以及改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。板上的ＥＮＡ與ＥＮＢ為高電平時(shí)有效，只有當(dāng)ＥＮＡ與ＥＮＢ為高電平時(shí)電機(jī)才旋轉(zhuǎn)，否則單機(jī)不轉(zhuǎn)，這里的電機(jī)指的是ＴＴＬ電平。ＥＮＡ為ＩＮ１和ＩＮ２的使能端，ＥＮＢ為ＩＮ３和ＩＮ４的使能端。當(dāng)ＥＮＡ＝１，ＩＮ１＝１ＩＮ２＝０時(shí)電機(jī)１正轉(zhuǎn)，ＥＮＡ＝１，ＩＮ１＝０ＩＮ２＝１電機(jī)１反轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)ＥＮＢ＝１，ＩＮ３＝１ＩＮ４＝０電機(jī)２正轉(zhuǎn)，ＥＮＢ＝１，ＩＮ３＝０ＩＮ４＝１ 電機(jī)２反轉(zhuǎn)。ＯＵＴ１、ＯＵＴ 2 接電機(jī) 1，ＯＵＴ ＯＵＴ 4 接電機(jī) 2。 POWER 接直流電源，注意正負(fù)，電源正端為 VCC，電源負(fù)端為 GND。 其中 SENASEA、 SENASEB 分別為兩個(gè) H 橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以直接接地。VCC， VS 是接電源引腳，電壓范圍分別是 、 ，設(shè)計(jì)中ＶＣＣ端與單片機(jī)電源共用５Ｖ工作電源，ＶＳ端獨(dú)立接９Ｖ電源。ＢＮＡ，ＥＮＢ為使能端，低電平禁止輸出。ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３、ＩＮ４為數(shù)據(jù)輸入引腳，對(duì)應(yīng) L298N 的 12 分別接到 AT89S52 的 ；ＯＵＴ１、ＯＵＴ ＯＵＴＯＵＴ 4 為數(shù)據(jù)輸出引腳分別接電機(jī)的正負(fù)極。若有接收到信號(hào)，則把相對(duì)應(yīng)的高電平輸入給單片機(jī) 對(duì)應(yīng)的 I/O 口，并通過(guò)程序使單片機(jī) 對(duì)應(yīng)I/O 口置高電平，并傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)小車的走動(dòng)。若沒(méi)接收到信號(hào)，則繼續(xù)檢測(cè)。 15 腳是輸出電流反饋腳，其它與 L293 相同。下圖是其與 AT89S52 單片機(jī)連接的電路圖。 13 圖 39 L298N 與 AT89S52 單片機(jī)連接原理圖 L298N 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，它靠?jī)蓚€(gè)引腳控制一個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)制后面兩個(gè)輪子轉(zhuǎn)速或正反轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到控制小車轉(zhuǎn)向的目的。芯片 L298N 引腳和功能如表 ： 表 32 芯片 L298N 引腳和功能 TCRT5000 紅外反射式接近開(kāi)關(guān) 電路 TCRT5000光電傳感器模塊是基于 TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計(jì)的一款紅外反射式光電開(kāi)關(guān)。傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體 管組成，輸出信號(hào)經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。 （ 1）工作原理： 循跡模塊探測(cè)板子表面黑膠帶的方法是光線射到板子上并反射，由于黑膠帶 14 和板子對(duì)光的反射系數(shù)不同，所以我們可以根據(jù)收到的光的強(qiáng)弱來(lái)判斷黑線，進(jìn)而規(guī)避黑線來(lái)保證小車在板子的行車道中正常前進(jìn)。 傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒(méi)有被反射回來(lái)或被反射回來(lái)但強(qiáng)度不夠大時(shí)，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)， 當(dāng)發(fā)射管的紅外信號(hào)經(jīng)反射被接收管接收后 ,接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化 ,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來(lái) ,而經(jīng)過(guò) ADC 轉(zhuǎn)換或 LM393 等電路整形后得到處理后的輸出結(jié)果 .電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號(hào)強(qiáng)度 ,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面 。 （ 2）電路原理圖： O U T A1I N A2I N + A3G N D4I N + B5I N B6O U T B7V C C8I C 1L M 3 9 3O U TI N A O P T O I S O 1I N A ++5R71 0 3O U T+5+5123J1C O N 3R 1 14 7 kR13 3 0R 1 71 0 kI N A D1L E DR 2 11k 圖 310 TCRT5000 傳感器模塊電路原理圖 35 E18D80NK 紅外避障 傳感器 E18D80NK 紅外避障 傳感器是一種集發(fā)射與接收一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過(guò)調(diào)制后發(fā)出，接收頭對(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)輸入。有效避免了可見(jiàn)光的干擾。透鏡的使用，更增加了該傳感器的檢測(cè)距離，由于紅外光的特性，不同顏色的物體，能探測(cè)的最大距離也有不 同；白色物體最遠(yuǎn)，黑色物體最近。檢測(cè)障礙物的距離可以根據(jù)要求通過(guò)尾部的電位器旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器因其探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見(jiàn)光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)倍受關(guān)注。 傳感器內(nèi)部原理圖 如下圖。 15 圖 311 E18D80NK 傳感器模塊內(nèi)部原理圖 4 系統(tǒng)調(diào)式 根據(jù)方案設(shè)計(jì)的要求，測(cè)試過(guò)程共分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、軟硬聯(lián)調(diào)。電路按模塊調(diào)試，各模塊逐個(gè)調(diào)試后，再進(jìn)行聯(lián)調(diào)。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保電路正常工作后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試， 對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行調(diào) 試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。查看硬件電路的連接是否與邏輯圖一致，用萬(wàn)用表檢測(cè)有無(wú)短路或斷路現(xiàn)象，器件的規(guī)格、極性是否有誤。檢查完畢，用萬(wàn)用表測(cè)量一下電路板正負(fù)電源兩端之間的電阻，排除電源短路的可能性。下圖為小車實(shí)體圖。 16 圖 41 小車實(shí)體圖 （ 1）電機(jī)控制 此模塊調(diào)試實(shí)現(xiàn)的功能是結(jié)合軟件共同實(shí)現(xiàn)，當(dāng)連接單片機(jī)與電機(jī)控制芯片的I/0 加上一定的電平可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)左右轉(zhuǎn)向，前后轉(zhuǎn)向以及停止等功能，同時(shí)通過(guò)程序延時(shí)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。如下表為電機(jī)測(cè)試記錄。 表 41 電機(jī)測(cè)試記錄 小車行駛狀態(tài) 0 1 0 1 小車向前行駛 1 0 1 0 小車向后行駛 0 1 1 0 小車向前右轉(zhuǎn) 1 0 0 1 小車向前左轉(zhuǎn) 0（ 1） 0（ 1） 0（ 1） 0（ 1） 小車停止行駛 （ 2）接近開(kāi)關(guān)傳感器 接近開(kāi)關(guān)傳感器有三個(gè)組成，所以一路一路進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)把紅外對(duì)管放到黑線上時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng) I/O 口收到的電平都為低，輸入電壓為 左右，同時(shí)指示等紅燈亮，且左電機(jī)向前，右電機(jī)向后。當(dāng)把紅外對(duì)管放到白線上時(shí)，對(duì)應(yīng)電平變高，為 17 左右，指示等紅燈不亮，兩個(gè)電機(jī)都向前。 圖 42 左側(cè)檢測(cè)正常 同理對(duì)右邊的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)把紅外對(duì)管放到黑線上時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng) I/O 口收到的電平都為低，輸入電壓為 左右，同時(shí)指示等紅燈亮，且右電機(jī)向前，左電機(jī)向后。當(dāng)把紅外對(duì)管放到白線上時(shí)，對(duì)應(yīng)電平變高，為 左右，指示等紅燈不亮，兩個(gè)電機(jī)都向前。 圖 43 右側(cè)檢測(cè)正常 對(duì)中間的接近開(kāi)關(guān)傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，中間的接近開(kāi)關(guān)傳感器與兩邊的略有不同，中間的不對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，是對(duì)超車標(biāo)志的檢測(cè)。當(dāng)紅外對(duì)管經(jīng)過(guò)黑線時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng) I/O 口收到的電平都為低，輸入電壓為 左右，同時(shí)指示等紅燈亮，當(dāng)把紅外對(duì)管放到白線上時(shí)，對(duì)應(yīng)電平變高，為 左右，指示等紅燈不亮。 18 圖 44 中間計(jì)數(shù)正常 （ 3）紅外線避障 此模塊的檢測(cè)與紅外線尋跡模塊基本一致，相當(dāng)于一路尋跡信號(hào)，在沒(méi)有障礙物時(shí)輸入電壓為 左右，屬于低電平，碰到障礙物電壓跳變?yōu)? 左右，以此來(lái)得到單片機(jī)控制。在調(diào)節(jié)確定電位器電阻后測(cè)試數(shù)據(jù)可以得到，小車的避障有效范圍可以達(dá)到 30CM 左右，同時(shí)也可以再通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的阻值增加和減小有效距離。 圖 45 避障檢測(cè)正常 19 軟件調(diào)試 本系統(tǒng)的軟件調(diào)試因 AT89S52 核心模塊的使用而變得相對(duì)容易， keil 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)本系統(tǒng)的軟件調(diào)試因 AT89S52 核心模塊的使用而變得相對(duì)容易， keil 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，能判 斷語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤， 這樣使調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單，由于本系統(tǒng)是分模塊進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的，所以調(diào)試時(shí)先分模塊進(jìn)行調(diào)試。如小車紅外線尋跡程序，在調(diào)試時(shí)將它放在一個(gè)子程序里單獨(dú)測(cè)試，看其是否能夠完成預(yù)定的功能，如能，測(cè)試通過(guò)，否則，修改并反復(fù)測(cè)試直到通過(guò)。 雖然在軟件的調(diào)試過(guò)程中，綜合利用了設(shè)定斷點(diǎn)、單步、跟蹤等調(diào)試 手段，使得調(diào)試工作更易進(jìn)行。但是也出現(xiàn)了一定的問(wèn)題，接近開(kāi)關(guān)傳感器的計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，電機(jī)延時(shí)沒(méi)起到效果等等。通過(guò)了多次分離合并，修改測(cè)試語(yǔ)句以及單片機(jī)外加 LED 燈觀察現(xiàn)象等方法得以解決，達(dá)到綜合效果。 （ 1）軟件設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)上電以后單片機(jī)對(duì)相應(yīng) I/O 進(jìn)行檢測(cè)，判斷小車開(kāi)始的狀態(tài)，然后向前運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中判斷是否遇到邊界，遇到邊界就做相應(yīng)的操作（左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)），同時(shí)判斷前方有無(wú)障礙物若有障礙物且不在超車區(qū)，就減速慢行直到無(wú)障礙物，若有障礙物且在超車區(qū)，接下來(lái)要判斷是第幾圈，若是第一圈就停止片刻，若是到第二圈則 實(shí)施超車。在運(yùn)行到預(yù)定地點(diǎn)停止。 程序流程圖如下 20 圖 46 程序流程圖如下 開(kāi)始 初始化各端口 超車 判斷全部傳器正常 N Y 向前直行 是邊界 相反方向轉(zhuǎn)向 障礙 到超車區(qū) 暫停 結(jié)束 Y Y Y N N N 減速直行 第 1 圈 停車區(qū) N 21 軟硬聯(lián)調(diào) 本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對(duì)各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試： 單片機(jī)控制模塊 的調(diào)試 、接近開(kāi)關(guān)傳感器調(diào)試、紅外線避障模塊 的調(diào)試 以及電機(jī)控制模塊 的調(diào)試，最后將各模塊組合后結(jié)合軟 件進(jìn)行整體測(cè)試 。 在軟件和硬件都基本調(diào)通的情況下，進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)調(diào)。按照又上向下，模塊化設(shè)計(jì)的理念對(duì)模塊逐個(gè)調(diào)試：首先，調(diào)紅外接近開(kāi)關(guān)模塊，是否能正常檢測(cè)，然后調(diào)試單片機(jī)能否對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，接著調(diào)試單片機(jī)對(duì) L298N 的控制。最后等模塊逐一調(diào)通后，再進(jìn)行聯(lián)調(diào)。再連接成一個(gè)完整的