word版可編輯-電子設(shè)計大賽設(shè)計報告精心整理doc(編輯修改稿)
2025-08-11 12:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)的輸入輸出應該包括：1． AD 轉(zhuǎn)換接口（5路）1 陀螺儀：兩路，分別檢測車體的傾斜角速度和轉(zhuǎn)動角速度；2 加速度計：一路，檢測Z軸方向上的輸出電壓；3 調(diào)試輔助：兩路，用于調(diào)試電路參數(shù)的接口。2． PWM接口（2路或4路） 控制左右兩個電極雙方向運行，若采用單極性PWM驅(qū)動，則需要四路PWM接口； 若采用雙極性PWM驅(qū)動，則可以使用兩路。3． 定時器接口（2路） 需要兩個定時器脈沖輸入端口來測量左右兩個電機的轉(zhuǎn)動速度。4． 通訊接口（備用）1 SCI(UART):一路，用于程序下載和調(diào)試接口；2 I2C：（備用）可以直接讀取加速度值。5． IO接口（備用） 輸入輸出接口用于小車的傾斜角度、運行速度的顯示，功能設(shè)置等。明確了整個系統(tǒng)的輸入輸出接口后，我們最終選擇了STC12C5A60S2單片機作為本系統(tǒng)的微處理器，STC12C5A60S2單片機能夠滿足上述分析的所有控制要求。本系統(tǒng)的硬件總體框圖如下圖31所示。 圖31 本系統(tǒng)的硬件總體框圖 單元電路的設(shè)計本系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機為核心處理器，在其最小系統(tǒng)外圍設(shè)計了循跡探測模塊、速度檢測模塊、傾角檢測模塊、轉(zhuǎn)向角速度檢測模塊、電機驅(qū)動模塊等單元電路。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計微處理器選擇STC12C5A60S2單片機，它功耗低，運算速度快，具有豐富的外設(shè)模塊，非常適合控制小車運行，其主要性能指標如下：（1）高速：1個時鐘/機器周期，增強型8051 內(nèi)核，速度比普通8051 快8～12 倍（2）工作頻率：0～35MHz，相當于普通8051：0～420MHz（3）8通道，10位高速ADC，速度可達25 萬次/秒，2路PWM還可當2 路D/A 使用（4） 通道捕獲/比較單元（PWM/PCA/CCP），也可用來再實現(xiàn)2 個定時器或2個外部中 斷（支持上升沿/ 下降沿中斷）（5）4個16位定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1，2路PCA 實現(xiàn)2 個定時器（6） 芯片內(nèi)EEPROM 功能，擦寫次數(shù)10萬次以上（7）高速SPI串行通信端口 如下圖32所示為STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)電路圖，其中包括MCU、晶振電路和復位電路。圖32 STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)電路圖 電機驅(qū)動模塊設(shè)計本電機驅(qū)動模塊設(shè)計采用專用集成芯片L298N作為電機驅(qū)動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。本電機驅(qū)動模塊的電路圖如下圖33所示。 圖33 電機驅(qū)動模塊的電路圖 循跡探測模塊設(shè)計本循跡探測模塊設(shè)計采用兩個五路循跡BFD1000模塊，分別應用于小車水平運行循跡和直立運行循跡。BFD1000專門設(shè)計用作黑（白）線檢測的傳感器，特別適合復雜黑白線、交叉黑白線的檢測，它有六路高靈敏度的紅外傳感器（5 路巡線、1 路蔽障），能夠?qū)诎拙€準確的識別。 速度檢測模塊設(shè)計本速度檢測模塊設(shè)計采用速度傳感器，即固定在電機輸出軸上的光碼盤以及相互配合的光電管器件，如下圖34所示為本模塊的電路圖。光電管器件直接輸出數(shù)字脈沖信號，即可以直接將這些脈沖信號連接到單片機的計數(shù)器端口就可測得小車運行速度。每個光電管輸出兩個脈沖信號，它們波形相同，只是相位相差90度。如果電機正轉(zhuǎn)，第二個脈沖落后90度；如果電機反轉(zhuǎn)，第二個脈沖超前90度。由此，我們可以通過這個關(guān)系判斷電機是否正反轉(zhuǎn)。在實際電路中，我們只需檢測了一路脈沖信號，通過它的頻率測量得到電機的轉(zhuǎn)速。電機的轉(zhuǎn)向則是通過施加在電機上的電壓正負進行判斷的。圖34 速度檢測模塊的電路圖 傾角檢測模塊設(shè)計 本傾角檢測模塊設(shè)計采用的是加速度傳感器MMA7361和村田公司的ENC03系列的陀螺儀進行測量，測得的是傾角速度和重力加速度，分別進行積分和微分就可以得到角度和角速度。由于此加速度傳感器的輸出信號很大，不需要進行放大，所以本模塊只需要對陀螺儀信號進行放大濾波。本傾角檢測模塊的電路圖如下圖35所示。
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