【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，缺口進(jìn)入凹槽時(shí)，紅外線可以通過(guò)，缺口離開(kāi)凹槽紅外線被阻擋。由此可見(jiàn)，測(cè)距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個(gè)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)整形器后送入計(jì)數(shù)器或直接送入單片機(jī)中。 為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功 能，我們?cè)跍y(cè)距儀中并列放置了兩個(gè)槽型光電耦合器，遮光盤(pán)先后通過(guò)凹槽可產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)。根據(jù)兩個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生的先后順序與兩個(gè)光電耦合器的位置關(guān)系，即可計(jì)算出玩具車(chē)的行駛方向（前進(jìn)或后退）。 遮光盤(pán)及槽型光電耦合器均安裝在不透光的盒子里，以避免外界光線的干擾，使電路不能正常工作。 測(cè)距原理：將光柵安裝在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光柵也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)安裝在光柵一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點(diǎn)亮，在光柵的另一側(cè)設(shè)有紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號(hào)。由于光柵隨電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，則紅外線三極管接收到的就是一系列脈沖信 號(hào)。將該信號(hào)傳輸?shù)?80C51 單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 方案設(shè)計(jì)與論證 9 計(jì)數(shù)，根據(jù)預(yù)先實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)車(chē)的行車(chē)距離。 本設(shè)計(jì)中用一片四位共陰數(shù)碼管做顯示器，并具有雙重功能，在小車(chē)行駛中顯示小車(chē)的速度狀態(tài)，在小車(chē)停止時(shí)顯示小車(chē)的路程。 系統(tǒng)原理圖 簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)采用 at89s52 單片機(jī)進(jìn)行智能控制。開(kāi)始由手動(dòng)啟動(dòng)小車(chē)，并復(fù)位，當(dāng)經(jīng)過(guò)規(guī)定的起始黑線，紅外光電傳感器檢測(cè)，通過(guò)單片機(jī)控制小車(chē)開(kāi)始記數(shù)顯示并循跡、調(diào)速；系統(tǒng)的自動(dòng)循跡功能通過(guò)紅外 RPR220 傳感器正前方檢測(cè)和左右側(cè)檢測(cè)，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn) ；在電動(dòng)車(chē)進(jìn)駛過(guò)程中，采用電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片 L298，以提高系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能；采用動(dòng)態(tài)共陰顯示行駛速度和里程。 系統(tǒng)原理圖如圖 24 所示。 圖 24 系統(tǒng)原理圖 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 硬件設(shè)計(jì) 10 3 硬件設(shè)計(jì) 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM﹑ RAM﹑ I/O 口﹑定時(shí) /記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)顯示器﹑打印機(jī)﹑ A/D﹑ D/A 轉(zhuǎn) 換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。 80C51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 80C51 單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上 [2]。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行 I/O 口、串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。 1 微處理器 該單片機(jī)中有一個(gè) 8 位的微處理器，與通用的微處理器基本相 同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 3 程序存儲(chǔ)器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)。 4 中斷系統(tǒng) 具有 5 個(gè)中斷源， 2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 5 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)有 2個(gè) 16位的定 時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。 6 串行口 1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。可用來(lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行I/O 口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 硬件設(shè)計(jì) 11 廣。 7 P1 口、 P2 口、 P3口、 P4 口 為 4個(gè)并行 8位 I/O 口。 8 特殊功能寄存器 共有 21 個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)的個(gè)功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的 RAM區(qū)。 由上可見(jiàn)， 80C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類(lèi)全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理 器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。 1 位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真、過(guò)程控制方面非常有效；而 8 位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長(zhǎng)處。 MCS51 單片機(jī)中 8 位機(jī)和 1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是 MCS51單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 80C51是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。用 80C51 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電 路和復(fù)位電路即可，如圖 31 80C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)： (1)有可供用戶使用的大量 I/O 口線。 (2)內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。 (3)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。 圖 31 80C51單片機(jī)最小系統(tǒng) 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 硬件設(shè)計(jì) 12 時(shí)鐘電路 80C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。 80C51 單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2 引腳上外接定時(shí) 元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在 到 12MHZ之間選擇。電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響， CX CX2 可在 20pF 到 100pF 之間取值，但在 60pF到 70pF 時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 6MHZ,電容選擇 65pF。 在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度 穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO電容。 復(fù)位電路 80C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳 RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 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。 最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用 6MHZ 時(shí) C 取 22uF,R 取 1KΩ。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需 要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見(jiàn)圖 32。時(shí)鐘頻率選用 6MHZ 時(shí)， C取 22uF 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 硬件設(shè)計(jì) 13 圖 32 80C51復(fù)位電路 前向通道設(shè)計(jì) 單片機(jī)用與測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，總要有與被測(cè)對(duì)象相聯(lián)系的前向通道。因此，前向通道設(shè)計(jì)與被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)、特征、所處環(huán)境密切相關(guān)。在前向通道設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到傳感器或敏感元件選擇、通道結(jié)構(gòu)、信號(hào)調(diào)節(jié)、電源配置、抗干擾設(shè)計(jì)等。在通道電路設(shè)計(jì)中還涉及到模擬電路諸多問(wèn)題。 1﹑前向通道的含義 當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)﹑控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中總要有被測(cè)信號(hào)輸入通道，有計(jì)算機(jī)拾取必要的輸入信息。作為測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)被測(cè)對(duì)象拾取必要的原始參量信號(hào)是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試以及對(duì)控制條件的監(jiān)測(cè)也是不可缺少的環(huán)節(jié)。 對(duì)被測(cè)對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試一般都離不開(kāi)傳感器或敏感元件，這是因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象的狀態(tài)參數(shù)常常是一些非電物理量，如溫度、壓力、載荷、位移等，而計(jì)算機(jī)是一個(gè)數(shù)字電路系統(tǒng)。因此，在前向通道中，傳感器、敏感元件及其相關(guān)電路占有重要地位。 對(duì)被測(cè)對(duì)象的信號(hào)的拾取其主要任務(wù)就是最忠實(shí)地反 映被測(cè)對(duì)象的真實(shí)狀態(tài)，它包括實(shí)時(shí)性與測(cè)量精度。同時(shí)使這些測(cè)量信號(hào)能滿足計(jì)算機(jī)輸入接口的電平要求。 因此，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的前向通道體現(xiàn)了被測(cè)對(duì)象與系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號(hào)輸入通道，原始參數(shù)輸入通道。由于在該通道中主要是傳感器與傳感器有關(guān)的信號(hào)調(diào)節(jié)、變換電路 ,故也可稱為傳感器接口通道。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，對(duì)信號(hào)輸入、傳感、變換應(yīng)作廣義理解，例如開(kāi)關(guān)量焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 硬件設(shè)計(jì) 14 的檢測(cè)及信號(hào)輸入，在單片機(jī)的各種應(yīng)用系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。最簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量輸入通道就是一個(gè)具有 TTL 電平的狀態(tài)開(kāi)關(guān)，如水銀溫度觸點(diǎn)、溫度晶閘管、時(shí)間繼電器、限位開(kāi)關(guān)等。 故只要反映外界狀態(tài)的信號(hào)輸入通道都可稱為前向通道。 并不是所有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都有前向通道，例如時(shí)序控制系統(tǒng)，只根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)間序列來(lái)控制外部的運(yùn)行狀態(tài)；分布式測(cè)控系統(tǒng)中的智能控制總站完成上級(jí)主計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)、控子站計(jì)算機(jī)之間的指令、數(shù)據(jù)傳送。這些應(yīng)用系統(tǒng)沒(méi)有被測(cè)對(duì)象，故不需要前向通道。 攝像頭傳感器測(cè)量范圍廣泛，由于小車(chē)的工作要求不是太嚴(yán)格，考慮成本太高，所以放棄此放啊，最終選定反射式紅外傳感器。 2﹑前向通道的設(shè)計(jì) （ 1）傳感器的比較 循跡 的首要問(wèn)題是 掃描地面路線 ，下面對(duì)幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明（見(jiàn)表 31 ） 表 31 傳感器性能比較 循跡 的最簡(jiǎn)單的方法是使用 光敏電阻 ，它是利用 電阻的光敏特性 ， 判定光的強(qiáng)弱程度 。該方法被廣泛應(yīng)用于 光控領(lǐng)域 。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，易于使用， 性能穩(wěn)定 。不過(guò)在 此 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 中除了上文提出的場(chǎng)景限制外，還有以下問(wèn)題。首先因其 抗干擾能力太弱 ，所以并不適合 做循跡小車(chē)只用 系統(tǒng)。 攝像頭傳 感器 在 CW系統(tǒng)中使用得非常廣泛。其優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價(jià)格合理， 一定的寬度和視覺(jué)域內(nèi)可以測(cè)量定多個(gè)目標(biāo)，并且可以利用測(cè)量的圖像根據(jù)外形和大小對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)。但是算法復(fù)雜，處理速度慢。雷達(dá)傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)使用了幾十年。主要優(yōu)點(diǎn)是可以魯棒地探測(cè)到障礙而不受天氣或燈光條件限制。近十年來(lái)隨著尺寸及價(jià)格的降低，在汽車(chē)行業(yè)開(kāi)始被使用。但是仍存在性價(jià)比的問(wèn)題 ，本設(shè)計(jì)最終選定利用反射式紅外 RPR220 做地面檢測(cè)。反射式紅外傳感器類(lèi)型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)