【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信號(hào)，提取有效指令位并儲(chǔ)存起來(lái)。同時(shí)， MCU 根據(jù)采集到的指令使相應(yīng)的 I/O 口執(zhí)行相應(yīng)的電平輸出，從而達(dá)到 控制驅(qū)動(dòng)模塊的目的。 STC12C5A60S2 單片機(jī) 本 設(shè)計(jì)采用的是 STC12C5A60S2 單片機(jī) ，該單片機(jī) 是 由 宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī) ， 是高速 、 低功耗 、 超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī) ， 指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 但速度快 812 倍 。 STC12C5A60S2 單片機(jī)中包含中央處理器(CPU)、程序存儲(chǔ)器 (Flash)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (SRAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 UART 串口、串口 I/O 接口、高速 A/D 轉(zhuǎn)換、 SPI 接口、 PCA 模塊 、看門(mén)狗及片內(nèi) R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路 等模塊， 幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱(chēng) 得上一 個(gè)片上系統(tǒng)。由于其超強(qiáng)抗干擾的特性，在 電機(jī)控制 等 強(qiáng) 干擾場(chǎng)合 應(yīng)用比較廣泛。 主要特點(diǎn)： （ 1） 增 強(qiáng) 型 8051CPU， 1T 單時(shí)鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； （ 2） 工作電壓： ～ ； （ 3） 工作頻率范圍： 0～ 35MHz，相當(dāng)于普通 8051 單片機(jī) 的 0～ 420MHz； （ 4） 用戶(hù)應(yīng)用程序空間 60K， 片上集成 1280 字節(jié) RAM； 有內(nèi)部 EEPROM 功能 ； （ 5） 通用 I/O 口（ 36/40/44 個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng)I/O 口）， 也 可 通過(guò)寄存器 設(shè)置成準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，強(qiáng)推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開(kāi)漏 四種模式。 每個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò) 120mA； （ 6） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口（ ）直接下載用戶(hù)程序，數(shù) 秒 即可完成 ； （ 7） 內(nèi)部集成 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時(shí)，復(fù)位腳可直接 1K電阻到地） ； （ 8） 集成 外部掉電檢測(cè)電路 ， 在 口有一個(gè)低壓門(mén)檻比較器， 比較電壓 為，誤差為177。 5%； （ 9） 時(shí)鐘源：外部高精度晶體 /時(shí) 鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 (溫漂為177。 5%～177。 10%以?xún)?nèi) )。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 10 用戶(hù)在下載用戶(hù)程序時(shí)，可選擇使用內(nèi)部 R/C 振蕩器或者外部晶體 /時(shí)鐘 。 常溫下內(nèi)部R/C 振蕩器頻率為 11MHZ～ 17MHZ。 精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn) ； （ 10） 共 4個(gè) 16 位定時(shí)器 ， 兩個(gè)與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 16 位定時(shí)器T0和 T1，沒(méi)有定時(shí)器 2， 但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器 ， 再加上 2路 PCA 模塊可再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè) 16位定時(shí)器 ； （ 11） 2 路 PWM/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）， 可用來(lái)當(dāng)做 2 路 D/A 使用， 也可設(shè)置成 2 個(gè)定時(shí)器， 或者 用來(lái)再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持 )； （ 12） 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換 ， 10 位精度 ADC，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每 秒 鐘 25萬(wàn)次 )； （ 13） 通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時(shí)器或 PCA 軟件實(shí)現(xiàn)多串口 功能； （ 14） 工作溫度范圍： 40～ +85℃ (工業(yè)級(jí) )/0～ 75℃ (商業(yè)級(jí) )； （ 15） 封裝 有 LQFP48， LQFP44， PDIP40， PLCC44， QFN40 五種。當(dāng) I/O 口不夠 用 時(shí)，可用 2 到 3根普通 I/O 口線(xiàn)外接 74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來(lái)擴(kuò)展 I/O 口，還可用 A/D 做按鍵掃描來(lái)節(jié)省 I/O 口，或用雙 CPU， 三線(xiàn)通信，還多了串口 。本設(shè)計(jì)采用的是 PDIP40 封裝芯片，其管腳圖如圖 32所示： 圖 32 STC12C5A60S2 單片機(jī) PDIP40封裝引腳圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 11 實(shí)物圖如圖 33所示： 圖 33 STC12C5A60S2 單片機(jī) PDIP40 封裝實(shí)物圖 STC12C5A60S2 單片機(jī) ISP（ 在系統(tǒng)可編程 ） 系統(tǒng) STC12C5A60S2 單片機(jī)具有 ISP（ 在系統(tǒng)可編程） 功能 ，無(wú)需專(zhuān)用編程器，可通過(guò)串口（ ）直接下載用戶(hù)程序， ISP(在 系統(tǒng)可編程 )原理圖如圖 34所示： 圖 34 STC12C5A60S2 單片機(jī) ISP(在 系統(tǒng)可編程 )原理圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 12 該圖中上半部分是利用 MAX232 芯片搭建電平轉(zhuǎn)換電路，通過(guò) 9 針串口連接 USB 轉(zhuǎn)串口線(xiàn)，然后 USB 轉(zhuǎn)串口線(xiàn)的 USB 接頭連接電腦，這樣就搭建好了在系統(tǒng)編程的硬件電路。 復(fù)位電路包括兩個(gè)，當(dāng)時(shí)鐘頻率低于 12MHZ 時(shí)，可以使用左側(cè) C6， R5 搭建的復(fù)位電路，此時(shí)只應(yīng)插上 J4 短路帽。當(dāng)時(shí)鐘頻率高于 12MHZ 時(shí)，建議使 用第二復(fù)位功能腳，如圖由 R R7組成的低電平檢測(cè)復(fù)位電路，此時(shí)應(yīng)只插上 J5 短路帽。本設(shè)計(jì)使用的是 12MHZ 晶振，所以使用左側(cè)由 C6， R5 搭建的復(fù)位電路即可。 外部有源晶振電路是有兩個(gè) 30PF 的電容和晶振組成的，當(dāng)外部時(shí)鐘頻率在 33MHZ以上時(shí)，建議直接使用外部有源晶振。如果使用內(nèi)部 R/C 振蕩器時(shí)鐘 (室溫情況下為 :11MHZ～ 17MHZ)， XTAL1 和 XTAL2 腳浮空。本設(shè)計(jì)使用的是 12MHZ 晶振，可以選擇使用內(nèi)部 R/C 振蕩器，但是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器有一個(gè)弊端就是精確度不高，然而本設(shè)計(jì)需要使用串口 ，要用到波特率發(fā)生器，所以為了精確起見(jiàn)，最終還是選擇了使用外部有源晶振。 STC12C5A60S2 單片機(jī)串口 通信 模塊 本設(shè)計(jì)中主要用到了該單片機(jī)的串口通信模塊，一方面是為了下載程序，另一方面是接收來(lái)自 wifi 模塊的信號(hào)。 STC12C5A60S2 單片機(jī)具有 2 個(gè)采用 UART 工作方式的全雙工串行通信接口 (串口 1和串口 2)。 每個(gè)串行口由 2個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器、一個(gè)移位寄存器、一個(gè)串行控制寄存器和一個(gè)波特率發(fā)生器等組成 。 每個(gè)串行口的數(shù)據(jù)緩沖器由 2 個(gè)互相獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器構(gòu)成，可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 。 發(fā)送緩 沖器只能寫(xiě)入 而 不能讀出，接收緩沖器只能讀出 而 不能寫(xiě)入，因 而兩個(gè)緩沖器可以共用一個(gè)地址碼 。 串行口 1的兩個(gè)緩沖器共用的地址碼是 99H， 串行口2的兩個(gè)緩沖器共用的地址碼是 9BH。串行口 1的兩個(gè)緩沖器統(tǒng)稱(chēng)為 SBUF， 串行口 2的兩個(gè)緩沖器統(tǒng)稱(chēng) S2BUF。 STC12C5A60S2 單片機(jī)串行口 1對(duì)應(yīng)的硬件部分是 TxD/ 和 RxD/ 引腳，串行口 2對(duì)應(yīng)的硬件部分是 。因?yàn)樵谡麄€(gè)系統(tǒng)中下載程序和接收 wifi數(shù)據(jù)不同時(shí)，所以只使用了串行口 1 作為通信串口。 STC12C5A60S2 單片機(jī)的兩個(gè)串行口都有 4種工作方式， 分別為方式 0、 3四種，可通過(guò) 串行控制寄存器 SCON 中的 SM0 和 SM1 兩個(gè)位來(lái)選擇所需的工作方式。 主機(jī) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 13 可通過(guò)查詢(xún)或中斷方式對(duì)接收 /發(fā)送進(jìn)行程序處理，使用十分靈活。 詳見(jiàn)表 31。 表 31 STC12C5A60S2 單片機(jī)串口通信工作模式 該單片機(jī)內(nèi)部集成了獨(dú)立波特率發(fā)生器 BRT，同時(shí)也保留了定時(shí)器 1作為波特率發(fā)生器的功能。通信時(shí)的波特率隨 所選工作模式的不同 而變化。 因?yàn)?wifi 模塊傳輸?shù)氖?16進(jìn)制的數(shù)據(jù)，所以選用了方式 1， 8 位 UART 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)選用了獨(dú)立波特率發(fā)生器，可以釋放定時(shí)器 1。 SM0 SM1 工作方式 功能說(shuō)明 波特率 0 0 方式 0 同步移位串行方式：移位寄存器 當(dāng) UART_M0x6=0 時(shí)，波特率是 SYSclk/12當(dāng) UART_M0x6=1 時(shí)，波特率是 SYSclk/2 0 1 方式 1 8位 UART，波特率可變 （ 2SMOD/32） *（定時(shí)器 1的溢出率或 BRT獨(dú)立波特率發(fā)生器的溢出率） 1 0 方式 2 9位 UART，波特率固定 （ 2SMOD/64） *時(shí)鐘頻率 1 1 方式 3 9位 UART，波特率可變 （ 2SMOD/32） *（定時(shí)器 1的溢出率或 BRT獨(dú)立波特率發(fā)生器的溢出率） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 14 電源模塊 電源是一個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，電源模塊為系統(tǒng)其他各個(gè)模塊提供所需要的能源保證，因此電源模塊的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。 智能小車(chē) 系統(tǒng)中 需要 供電的部分包括： MCU 系統(tǒng)模塊 、 wifi 模塊和 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。 如圖 35所示： 圖 35 電源模塊供電系統(tǒng)圖 選用的電池： 因?yàn)樾≤?chē)是雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，需要的電能比較多，同時(shí)其他模塊也需要供電，所以需要選擇容量比較大的電池。本設(shè)計(jì)選用的是 、 2020mAh 的鎳鎘電池 ，如圖 36所示。該電池容量大，提供的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá) 10A 以上，可以穩(wěn)定的給各個(gè)模塊供電。 圖 36 電池穩(wěn)壓芯片 5V wifi 模塊 MCU 系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電池 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 15 電源模塊的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、噪聲、干擾和電路 復(fù)雜程度 等方面進(jìn)行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€(gè)硬件電路穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。 電源模塊由若干相互獨(dú)立的穩(wěn)壓電源電路組成。在本設(shè)計(jì)中，除了電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電源是直接取自電池外，其余各個(gè)模塊的工作電壓都需要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。 由于電路中的不同模塊所需要的工作電流容量各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含 多個(gè)穩(wěn)壓電路， 保證為每個(gè)模塊提供足夠的電能 。 穩(wěn)壓芯片的選擇 穩(wěn)壓芯片作用是輸出恒定的電壓 ， 三個(gè)模塊的 工作 電壓都是 5V，所以最后選擇了LM29405穩(wěn)壓芯片。 LM29405 系列穩(wěn)壓芯片是輸出電壓固定的低壓差三端穩(wěn)壓器， 輸出電壓是 5V， 比LM7805 系列穩(wěn)壓芯片的轉(zhuǎn)換效率高， LM7805 系列直接輸入不接輸出的情況下，其內(nèi)部還會(huì)有 3mA 的靜態(tài)電流消耗， 而 LM2940 系列元件的靜態(tài)電流就遠(yuǎn)遠(yuǎn)比它小得多。最大輸出電流 1A，當(dāng)輸出 1A電流時(shí)，最小輸入輸出電壓差小于 ；最大輸入電壓 26V；工 作溫度 40～ +125℃；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過(guò)熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。 LM29405 芯片 有兩種封裝，分別為 TO263 和 TO220，如圖 37所示 ，兩種封裝都是三個(gè)管腳，正視圖從左向右依次是 Vin、 GND 和 Vout。本設(shè)計(jì)中采用的是 TO220 封裝，可以外加散熱片。 圖 37 LM29405 穩(wěn)壓 芯片 封裝圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 16 電源模塊電路圖 根據(jù)每個(gè)模塊的特點(diǎn)，最終確定用三個(gè)穩(wěn)壓電路分別給設(shè)計(jì)中的三個(gè) 工作 模塊供電。其中 wifi 模塊所需要的電流最大，因?yàn)樗袚?dān)攝像頭的工作電能 。 MCU 系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的邏輯電平不需要太大的電流，但是因?yàn)閮烧咝枰綦x以防止電機(jī)工作電流太大而影響 MCU 的正常工作，所以這兩個(gè)模塊也選擇了分別供電。電路圖如圖 38 所示： 圖 38 基于 LM29405 的電源模塊電路圖 圖中 Power 是電池接口， LM2940 兩端的電容可以起到 濾波 、 儲(chǔ)能 和 防止穩(wěn)壓器振蕩的作用。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 17 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 驅(qū)動(dòng)模塊主要是為電機(jī)提供比較大的工作電流，同時(shí)可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而可以讓小車(chē)完成工作動(dòng)作。 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 本設(shè)計(jì)中，小車(chē)用的是雙驅(qū)直 流電機(jī)，所以需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)全橋來(lái)分別控制兩個(gè)電機(jī)。鑒于兩個(gè)電機(jī)功率都不是太大，而 L298N 驅(qū)動(dòng)芯片集兩