【文章內(nèi)容簡介】 生或外部方式產(chǎn)生。在1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。從XTAL1接入。由于外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有要求。本設(shè)計(jì)選用的是12MHZ無源晶振、2個(gè)22pF電容，使得一個(gè)機(jī)器周期是1μs。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，而兩個(gè)電容則是起到并聯(lián)諧振的作用，如果沒電容，振蕩電路會(huì)因?yàn)闆]有回路而停振，電路不能正常工作。 單片機(jī)晶振電路圖 復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。施密特觸發(fā)電路是一種波形整形電路，當(dāng)任何波形的信號(hào)進(jìn)入電路時(shí)，輸出在正、負(fù)飽和之間跳動(dòng)，產(chǎn)生方波或脈波輸出。不同于比較器，施密特觸發(fā)電路有兩個(gè)臨界電壓且形成一個(gè)滯后區(qū)，可以防止在滯后范圍內(nèi)之噪聲干擾電路的正常工作。如遙控接收線路，傳感器輸入電路都會(huì)用到它整形。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作[6] [7]。 單片機(jī)復(fù)位電路圖 光電傳感器模塊循跡光電傳感器原理，就是利用黑線對(duì)紅外線不同的反射能力通過光敏二極管或光敏三極管，接收反射回的不同光強(qiáng)信號(hào)，把不同光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，最后通過電阻，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的高低電平。 循跡傳感器電路圖循跡傳感器工作原理：TC端是傳感器工作控制端，為高電平時(shí)，發(fā)光二極管不工作，傳感器休眠，為低電平時(shí)，傳感器啟動(dòng)。Signal端為檢測(cè)信號(hào)輸出，當(dāng)遇到黑線，黑線吸收大量的紅外線，反射的紅外線很弱，光敏三極管不導(dǎo)通，Signal輸出高電平；當(dāng)遇到白線，與黑線相反，反射的紅外線很強(qiáng)，使光敏三極管導(dǎo)通，Signal輸出低電平。這種探測(cè)方法，即利用紅外線在不同顏色的表面特征，具有不同的反射性能，汽車行駛過程中接收地面的紅外光。當(dāng)紅外光遇到白色路線，地板發(fā)生漫反射，安裝在小型車的反射光接收器接收；如果是遇到黑色路線，紅外光將被黑線吸收，安裝在小車上的接收管沒有收到紅外光。控制器會(huì)根據(jù)是否收到反射的紅外光為判斷依據(jù)來確定的黑線的位置和小車的路線。紅外探測(cè)器距離通常是不應(yīng)超過15厘米的。紅外發(fā)射和接收紅外線感應(yīng)器，可以使自己或直接使用集成紅外探頭。調(diào)整左右傳感器之間的距離，兩探頭距離約等于黑線寬度最合適，選擇寬度為3 – 5厘米的黑線。該傳感器的靈敏度是可調(diào)的，傳感器有時(shí)遇到黑線卻不能送出相應(yīng)的信號(hào)，通過調(diào)節(jié)傳感器上的可調(diào)電阻，適當(dāng)?shù)脑龃蠡驕p小可改變靈敏度。另外，循跡傳感器的放置也是有講究的，有兩種方法，一種是兩個(gè)都是放置在黑線內(nèi)側(cè)緊貼黑線邊緣，第二種是都放置在黑線的外側(cè)，同樣緊貼黑線邊緣。本設(shè)計(jì)采用第二種方法。單片機(jī)燒錄程序后，就可以執(zhí)行循跡指令了。如果小車向前行駛時(shí)向左偏離了黑線，那么右邊傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平，單片機(jī)判斷這個(gè)信號(hào)，然后向右拐回到黑線。兩傳感器輸出信號(hào)為低電平時(shí)，小車前進(jìn)。如果小車向右偏離黑線，左邊傳感器產(chǎn)生一個(gè)高電平，單片機(jī)判斷這個(gè)信號(hào)，然后向左拐。這樣，小車一定不會(huì)偏離黑線。若兩個(gè)光電傳感器同時(shí)輸出的信號(hào)為高電平，即單片機(jī)判斷的都為高電平時(shí)，小車向前直走。 傳感器分布傳感器通過信號(hào)采集，向單片機(jī)提供信息。因此傳感器合理的布局很重要，傳感器布局需要考慮小車行駛過程中信息檢測(cè)的準(zhǔn)確度和前瞻性，能使在相同數(shù)量的傳感器下，獲得更多的數(shù)據(jù)。傳感器的布局一般有以下三種：一字型布局，M型布局和活動(dòng)型布局。一字型布局即所有傳感器在同一直線上。一字型布局分為等距排布型和非等距排布型。等距排布型不利于采集準(zhǔn)確的彎道信息?？紤]到弧度信息采集的連貫性，非等距排布采用等角原則，即在垂直平分線上方處某點(diǎn)，以等角的引射線與直線的交點(diǎn)就是傳感器的分布點(diǎn)，此種方法檢測(cè)連貫簡單，更容易控制小車。M型布局即傳感器的布局成M型，M型布局最適合檢測(cè)多彎道的軌跡。由于傳感器不在同一直線上，故小車轉(zhuǎn)彎時(shí)，左右兩邊后部的傳感器有較大的采樣空間，兩邊前端的傳感器則對(duì)采集的信號(hào)有更好的前瞻性，M型中間底部的傳感器擇更好的確定小車的位置。整個(gè)布局有利于在彎道處提高小車速度。但相對(duì)一字型布局，M型布局容易產(chǎn)生不穩(wěn)定信號(hào)，從而產(chǎn)生信號(hào)震蕩，影響小車行駛的穩(wěn)定性?；顒?dòng)型布局采用矩陣模式，將傳感器排布成矩陣形狀，通過對(duì)不同位置傳感器采集到信息的選擇來適應(yīng)各種不同的跑道。這樣對(duì)不同路況有更強(qiáng)的適應(yīng)性。 此種方案可調(diào)性大，但此種方法需要較多傳感器，冗余較大，比較笨重，增加小車的重量，不利于小車的加減速。最終決定采用M型布局方法來對(duì)4個(gè)傳感器進(jìn)行布局，這種布局方法的前瞻性最好。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)采用L298N電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片帶動(dòng)兩個(gè)12V的直流電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器等組成。其中L298N是ST公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢则?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V。直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，直接通過單片機(jī)的IO端口提供信號(hào)，使得電路簡單，使用更方便。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)VSS，~7V的電壓。4腳VS接電壓源，~46V。 A，可驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載。L298N是一個(gè)內(nèi)部有兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)芯片，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制，直接連接單片機(jī)管腳，具有兩個(gè)使能控制端，使能端在不受輸入信號(hào)影響的情況下不允許器件工作。L298N有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作。 L298N引腳結(jié)構(gòu) L298N 驅(qū)動(dòng)芯片 L298N引腳編號(hào)與功能引腳編號(hào)名稱功能1電流傳感器A在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測(cè)電流2輸出引腳1內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的輸出端1，接至電機(jī)A3輸出引腳2內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的輸出端2，接至電機(jī)A4電機(jī)電源端電機(jī)供電輸入端,電壓可達(dá)46V5輸入引腳1內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的邏輯控制輸入端16使能端A內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的使能端7輸入引腳2內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的邏輯控制輸入端28邏輯地邏輯地9邏輯電源端邏輯控制電路的電源輸入端為5V10輸入引腳3內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的邏輯控制輸入端111使能端B內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的使能端12輸入引腳4內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的邏輯控制輸入端213輸出引腳3內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的輸出端1，接至電機(jī)B14輸出引腳4內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的輸出端2，接至電機(jī)B15電流傳感器B在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測(cè)電流 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理電路的形狀很像字母H。四個(gè)三極管就是H橋的四條垂直線，而電機(jī)就是H中的橫線。 L298N內(nèi)部H橋驅(qū)動(dòng)電路。被命名為“H橋驅(qū)動(dòng)電路”主要是因?yàn)殡娐返男螤詈芟褡帜窰。四個(gè)三極管就是H橋的四條垂直線，而電機(jī)就是H中的橫線。如圖所示，H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包含四個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須遵循導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管?；诓煌龢O管對(duì)的導(dǎo)通情況可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，電流可可以從左至右流過電機(jī)，也可以從右至左流過電機(jī)。，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右流過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。下面分析另一對(duì)三極管Q2和Q3，當(dāng)兩個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通的情況下，電流將從右至左流過電機(jī)。從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值，該電流僅受電源性能限制，可能燒壞三極管?；谏鲜鲈颍趯?shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。 所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本H橋電路的基礎(chǔ)上增加了四個(gè)二極管來保護(hù)電路。四個(gè)與門同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開關(guān)。采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果DIR－L信號(hào)為“0”，DIR－R信號(hào)為“1”，并且使能信號(hào)是“1”，那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)；如果DIR－L信號(hào)變?yōu)椋骸?”，而DIR－R信號(hào)變?yōu)椤?”，那么Q2和Q3將導(dǎo)通，電流則反向流過電機(jī)。 L298N驅(qū)動(dòng)芯片和直流電機(jī)接線圖 小車運(yùn)動(dòng)邏輯 小車運(yùn)動(dòng)邏輯使能端A使能端B左電機(jī)右電機(jī)左電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)右電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)小車運(yùn)行狀態(tài)IN1IN2IN3IN4111010正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前行111001正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)111011正轉(zhuǎn)停止以右電機(jī)為中心原地右轉(zhuǎn)110110反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)110101反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退111110停止正轉(zhuǎn)以左電機(jī)為中心原地左轉(zhuǎn)電機(jī)控制邏輯如下：以電機(jī)A為例，當(dāng)使能端EN A為高電平時(shí)，如果輸入引腳IN1為低電平而輸入引腳IN2為高電平，電機(jī)A反轉(zhuǎn)；如果輸入引腳IN1為高電平而輸入引腳IN2為低電平，電機(jī)A正轉(zhuǎn)。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的流程目前，52系列單片機(jī)使用的編程語言主要有匯編語言和C語言這兩種。最接近機(jī)器的語言是匯編語言，其常用來編制