【文章內(nèi)容簡介】 豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。 方案 2：采用凌陽公司的 16 位單片機(jī)，它是 16 位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語音 處理和識別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽單片機(jī)應(yīng)用語音處理和辨識時(shí)，由于其占用的 CPU資源較多而使得凌陽單 片機(jī)同時(shí)處理其它任務(wù)的速度和能力降低。 方案 3：采用 AT 公司的 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器。 AT89S52 是一個(gè)低功耗，高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 32k 空間的可反復(fù)擦寫 100， 000 次的 Flash 只讀存儲(chǔ)器， 5 具有 2Kbytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)， 32 個(gè) IO 口， 3 個(gè) 8 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。且 AT89S 系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。 綜上所述，采用方案 3。 遙控模塊 方案 1：采用紅外發(fā)射、接收頭，以及編碼芯片 PT226解碼芯片 PT2272 組成紅外的遙控模塊，但是此紅外遙控模塊發(fā)射和接收之間的距離短，而且不能在有障礙物的情況下實(shí)現(xiàn)遙控，遙控性能差，但是此無線遙控小車運(yùn)行速度快，運(yùn)動(dòng)靈活，要求能夠在遠(yuǎn)距離有障礙物的情況下實(shí)現(xiàn)遙控，而此紅外遙控模塊不能達(dá)到要求。 方案 2：采用 RF無線發(fā)射模塊 F05V、 RF無線接收模塊 J04V，以及編碼芯片 PT2262解碼芯片 PT2272 組成的無線遙控模塊，此遙控模塊 在開闊地參考距離大于 150 米，而且能夠在有障礙物的情況下實(shí)現(xiàn) 遙控，能夠達(dá)到此無線遙控小車的性能要求。 綜上所述，所以采用方案 2。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案 1：采用繼電器對電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)速度慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞，壽命短，可靠性差。 方案 2：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻元件價(jià)格昂貴，主要問題是一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。 方案 3：采用 ST 公司的 L298N 電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片 。 工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A；內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作 ； 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 。 綜上所述，采用方案 3。 顯示模塊 方案 1：采用 LED 數(shù)碼管 顯示無線遙控小 車當(dāng)前 的 運(yùn)行狀態(tài)和車載系統(tǒng)上檢測到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)中 主 要用到 10 只 LED 數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示即可達(dá)到 所需 要求。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，壽命長；缺點(diǎn)是只能顯示 0～ 9 的數(shù)字和一些簡單的字符，電路設(shè)計(jì)繁鎖，且占用空間 比較大 。 方案 2：采用 LCD(12864)液晶顯示，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示更多的字符，工作電流比 LED 6 小，故其功耗低，且可以有良好的人機(jī)界面，直觀，顯示效果漂亮，體積小。 綜上所述，采用方案 2。 溫度 檢測模塊 方案 1：采用 熱電阻式的鉑電阻溫度傳感器 和 濕敏電阻式的濕度傳感器 ，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜壽命長；缺點(diǎn)是外圍電路相互獨(dú)立而且相對復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)精度 不高 。 方案 2：采用數(shù)字式 溫度 傳感器 DS18B20， DS18B20 數(shù)字 溫度 傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的 溫度 復(fù)合傳感器， 它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和 溫度 傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。 綜上所述，采用方案 2。 無線通信模塊 在本設(shè)計(jì)中，為了使遙控小車當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及將車載系統(tǒng)檢測到當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)傳送到遙控平臺的顯示接口，就必須使用無線數(shù)據(jù)收發(fā)通訊模塊。我們采用NRF905， 該模塊與單片機(jī)接口比較簡單，但價(jià)格比較貴。 電源模塊 在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)、車載系統(tǒng)、遙控 器獨(dú)立供電。電 機(jī)驅(qū)動(dòng)電源采用四節(jié)五號干電池供電；車載系統(tǒng)采用 5V電壓供電；無線發(fā)射接受頭 F05V、 J04V以及 單片射頻發(fā)射器芯片 NRF905 是 3V 電源供電， 遙控器同樣采用 5V電壓供電。 綜上所述，采用 7805 穩(wěn)壓芯片， 3V穩(wěn)壓管。 7 第 3章 車載模塊 設(shè)計(jì) 車載模塊是無線遙控小車的核心。它完成的主要工作包括：接收遙控器的控制命令并解析；控制一臺 驅(qū)動(dòng) 電機(jī)和一臺轉(zhuǎn)向電機(jī)；采集小車當(dāng)前環(huán)境的 溫度 ；將小車當(dāng)前運(yùn)行的狀態(tài)和采集到的 溫度 數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)通信傳輸給遙控器。車載模塊主要有以下部分電路構(gòu)成：電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制電路 、 無線遙控接收電路 和 無線數(shù) 據(jù)采集電路 。下面將對整個(gè)車載模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制 電路 設(shè)計(jì) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制電路 由主控芯片 AT89S52 單片機(jī)、 74LS0 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N組成，主控芯片 AT89S52 的 T0 定時(shí)器產(chǎn)生 占空比可變的 PWM 信號 ， 產(chǎn)生不同的直流電壓控制運(yùn)動(dòng)電機(jī)的速度、轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 主控芯片 AT89S52 AT89S52 是由美國 Atmel 公司生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能 8位單片機(jī)。該芯片采用 FLASH 存儲(chǔ)技術(shù)，內(nèi)部具有 2KB 字節(jié)快閃存存儲(chǔ)器，采用 DIP 封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應(yīng)用 最為普及的單片機(jī)。 AT89S52 的特點(diǎn) AT89S52 具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1) AT89S52 與 AT89S52 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； (2) 片內(nèi)有 4k 字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器； (3) 全靜態(tài)工作 ， 工作范圍 ： 0Hz～ 24MHz； (4) 三級程序存儲(chǔ)器加密； (5) 128 8位內(nèi)部 RAM； (6) 32位雙向輸入輸出線； (7) 兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； (8) 五個(gè)中斷源 ， 兩級中斷優(yōu)先級； (9) 一個(gè)全雙工的異步串行口； (10) 間歇和掉電兩種工作方式。 AT89S52 的功能描述 AT89S52 是一種低損耗、 高性能、 CMOS8 位微處理器，片內(nèi)有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間 8 為十年。它與 MCA51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替AT89S52 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 AT89S52 系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89S52 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于 4K，四個(gè) I/O 口全部提供給用戶。可用 5V電壓編程 ， 而且擦寫時(shí)間僅需 10ms，僅為 8751/87C51 的擦除時(shí)間 的百分之一 ， 與 8751/87C51的 12V 電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬 (～ 6V)，全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz～24MHz 之間，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～ 12MHz 更具有靈活性 ， 系統(tǒng)能快能慢。 AT89S52 芯片提供三級程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 P0 口是三態(tài)雙向口 ， 統(tǒng) 稱數(shù)據(jù)總線口 ， 因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯?chǔ)器的讀 /寫操作。 AT89S52 引腳功能 AT89S52 單片機(jī)為 40 引腳芯片如圖 31 所示： 123456789RST10RXD11TXD12INT013INT114T015T116WR17RD18XTAL219XTAL120Vss212223242526272829PSEN30ALE31EA323334353637383940VccAT89S52 圖 31 AT89S52引腳分布圖 (1)口線： P P3 共 2 個(gè)八位口。 P1 口是專門供用戶使用的 I/O 口 ， 是準(zhǔn)雙向口，其中 和 除作為普通 I/O用外，還可作為電壓比較器輸入端。 P3 口是雙功能口 ， 該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一 I/O 功能或第二 I/O 功能。作為第一功能使用時(shí)操作同 P1 口。 表 31 引腳介紹 9 VCC 工作電源 +5V GND 電源地 VPP 訪問外部程序存儲(chǔ)器允許信號 RST 復(fù)位信號輸入端 XTAL1 片內(nèi)振蕩器輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于 HMOS 單片機(jī)，該端必須接地，對于 CHMOS單片機(jī)，此引腳用為驅(qū)動(dòng)器 XTAL2 片內(nèi)振蕩器輸出端。在片內(nèi)它是一個(gè)振蕩電路反向放大電路輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率，若需采用外部時(shí)鐘電路，對于 HMOS 單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖，對于 CHMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 ALE 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它作為鎖存擴(kuò)展地址低字節(jié)的控制信號的輸入 (2)控制口線： PSEN(片外選取控制 )、 ALE(地址鎖存控制 )、 EA(片外存儲(chǔ)器選擇 )、RESET(復(fù)位控制 )。 (3)電源及時(shí)鐘： VCC、 VSS、 XTAL XTAL2 操作方法。 (4)總結(jié)其主要的功能特性如下表 32 所示： 表 32 AT89S52的主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 2K 可反復(fù)擦寫 (1000 次 )Flash Rom 15 個(gè)雙向 I/O 口 6 個(gè)中斷源 兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 024MHz 128 X8bit 內(nèi)部 RAM 兩個(gè)外部中斷源 兩個(gè)串行中斷 可直接驅(qū)動(dòng) LED 兩級加密位 低功耗睡眠功能 內(nèi)置一個(gè)模擬比較放大器 可編程 UARL 通道 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 圖 32 為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 10 123456789RST10RXD11TXD12INT013INT114T015T116WR17RD18XTAL219XTAL120Vss212223242526272829PSEN30ALE31EA323334353637383940VccAT89S5212Y130pFC130pFC2220uFC0200RR71KR7S0VCCVCC 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 AT89S52 單片機(jī)最小控制系統(tǒng)電路主要包括：復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、直流電源。 單片機(jī)復(fù)位采用按鍵高電平復(fù)位，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給 AT89S52的復(fù)位引腳 RST 加上大于 2 個(gè)機(jī)器周期 (即 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期 )的高電平就可使AT89S52 復(fù)位。復(fù)位時(shí)， PC 初始化位 0000H，使 AT89S52 單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除 了進(jìn)入系統(tǒng)的初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需要按復(fù)位鍵使 RST 引腳為高電平使 AT89S52 重新啟動(dòng)；除 PC 之外，復(fù)位操作還對其它一些寄存器有影響，復(fù)位時(shí)堆棧指針 SP=07H[3]， 而 4個(gè) I/O 端口 P0~P3 的引腳均為高電平，這在某些控制應(yīng)用中，要考慮 P0~P3 引腳的高電平對接在這些引腳上的外部電路的影響。 AT89S52 單片機(jī)各功能部件運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)的穩(wěn) 定性。常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。此電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。 AT89S52 單片機(jī)整個(gè)程序存儲(chǔ)空間可以分為片外和片內(nèi)兩部分， CPU 訪問片內(nèi)和片外程序存儲(chǔ)器，可由 EA 引腳上所接的電平來確定。 EA 引腳接高電平時(shí)，程序?qū)钠瑑?nèi)程序存儲(chǔ)器開始執(zhí)行，即訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；當(dāng) PC 值超過片內(nèi) ROM 的容量時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外程序存儲(chǔ)器空間執(zhí)行程序。此主控制器最小系統(tǒng)電路 EA 端接高電平，程序?qū)钠瑑?nèi)程序存儲(chǔ)器開始執(zhí)行。 11 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用 L298N， L298N是 SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15腳 Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部同樣包含