【文章內(nèi)容簡介】 片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號（RST）送施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。(2)復(fù)位操作方式復(fù)位操作有上電自動復(fù)位、按鍵電平復(fù)位、外部脈沖復(fù)位和自動復(fù)位四種方式。圖5 單片機復(fù)位電路圖本次設(shè)計采用的是上電復(fù)位，上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，只要電源VCC的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。復(fù)位時間計算方式：（R）*（C）=(歐姆）*（法拉）＝秒R＝，C＝10UF 則延時時間是（*1000）*（10/1000000）＝AT89C52 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖10。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容CC2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF177。10pF。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖10 右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。晶振電路是單片機不可缺少的，這種電路是單片機內(nèi)部振蕩電路，由只需要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳邊接一個晶體振蕩器或一個陶瓷振蕩器，并通過兩個電容后接地即可， XTAL1 和XTAL2分別為單片機片內(nèi)反相器的輸入和輸出端口，因為單片機內(nèi)部工作 需要時鐘，產(chǎn)生機器周期，振蕩電容一般選取1030PF，振蕩電路的頻率要滿足單片機的工作頻率要求，單片機才能正常工作。如圖6所示。at系列單片機是12分頻，如用12M的晶振分頻后就是 12M/12=1M 一個指令周期就是 1/1M=1us。這樣使單片機具有良好的抗干擾能力。圖6 單片機晶振電路圖湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）尋跡傳感器模塊的設(shè)計是整個智能小車設(shè)計中最重要的一部分，其作用相當于人的眼睛和耳朵，采集外部路面的信息并將其送入單片機進行數(shù)據(jù)處理，其能否正常工作直接影響著小車隊路面的判斷以及小車下一步的行動，因而其布局的合理性與有效對小車穩(wěn)定而又快速的行駛起著關(guān)鍵的作用。我們認為在傳感器的布局中，要解決兩個問題：信息檢測的精確度和信息檢測的前沿性。（1）本設(shè)計中選用的傳感器如圖7所示，白色為：紅外發(fā)射探頭（連續(xù)的發(fā)射紅外光線）。黑色為：紅外接收探頭（接收反射回來的紅外光線）圖7 紅外發(fā)射管與紅外接收探頭本設(shè)計中安裝了三組紅外探頭，排成三角形。（2） 傳感器電路圖如圖8所示，詳細全圖見附錄圖8 紅外發(fā)射與接收探頭相關(guān)的匹配電阻220電阻：紅外發(fā)射器的降壓與限流電阻（完成對紅外發(fā)射器的保護）。因為單片機的電源是5V，流過放光二極管的電流小于20MA，~2V。所以根據(jù)單片機電源減去二極管管壓降除以流過二極管電流，就可以得到所需要的電阻。15K電阻：紅外接收探器的光信號變電信號電阻（完成將反射回來的光信號）。15K的電阻選擇是隨意選擇的，也可以選擇10K，20K。因為紅外接收探頭在工作時，就相當于一個開關(guān)，所以電阻是隨意的。紅外發(fā)射與紅外接收，V1紅外發(fā)射器：主要完成紅外線的發(fā)射，V2紅外接收器：主要完成將反射回來的紅外光線接收到后再由電阻轉(zhuǎn)換為電信號。（3）尋跡小車的尋跡原理尋跡小車之所以能夠?qū)ほE，主要是由小車下方的兩對紅外發(fā)射與接收探頭來完成的。我們知道光有反射的特性。所以說當下方的紅外發(fā)射出來的光線遇到物體時，就會形成反射的光線，而這個經(jīng)反射的紅外光線剛好被紅外接收探頭接收到。當紅外接收探頭接收到信號后，再將轉(zhuǎn)變成的電信號送到單片機由單片機內(nèi)部的程序來控制小車的運行。那么如何知道是黑線還是白線呢？原來紅外光線有一個反射特性。但對于不同的物體反射特性是不一樣的，特別是對白色反光的物體，紅外光線的反射量將會多一點。而對黑色不反光的物體，紅外反射量將會大量的減少。那么我們就可以利用這個特性來完成黑與白的判斷。通過電路的合理安裝，可以將這種接收到的紅外光線變化量轉(zhuǎn)換為電壓值傳送到單片機中。返回的電壓值為低電平，而單片機就可以進行各種智能化控制了。例如，完成黑白線的尋跡功能，還有倒車停車的功能。供電電路：運動系統(tǒng)供電采用雙電源分別對電機和控制器供電?？紤]到小車是個不斷運動的實驗設(shè)備，采用干電池供電?？偟墓╇娤到y(tǒng)是有6V的大功率電池儲能，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換單元。由一個6V轉(zhuǎn)為5V對控制單元供電；另一個6V電池直接對電機的供電端連接。供電部分的分析將在后面結(jié)合整個系統(tǒng)的供電電路進行詳細介紹。電機驅(qū)動和控制電路：通過51單片機，控制端口對直流電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來對電機進行控制。直流電機的控制一般由單片機的PWM信號來完成，因為單片機引腳產(chǎn)生的電流很小，不足以驅(qū)動需要大電流的電機，所以在這里我們采用電機驅(qū)動芯片L9110，讓單片機控制他，來間接的驅(qū)動電機，他的輸入只要一個單片機信號，輸出腳可以輸出很大的電流。電路圖示見圖9，管腳定義見表1。 圖9 電機驅(qū)動電路圖序號符號功能1OAA路輸出管2VCC電源電壓3VCC電源電壓4OBB路輸出管5GND地線6IAA路輸入管教7IBB路輸入管教8GND地線表1 管腳定義表圖10 管腳波形圖描述：L9110是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性。兩個輸出端能直接驅(qū)動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過750~800mA的持續(xù)電流，~；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機、步進電機或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。采用四節(jié)干電池降壓至5V后給單片機及其他邏輯單元供電。這樣電機啟動及制動時的短暫電壓干擾不會影響到邏輯單元和單片機的工作。建議采用充電電池，這樣蓄電池的電量就比較充足，并且可以充電，重復(fù)使用，具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能，因為干電池電量有限，所以建議不要使用普通干電池，相比而言，時用充電電池價格更加劃算，降低了小車制作成本。所以采取此方案。51 單片機有一個全雙工的串行通信口，使單片機和計算機之間可以方便地進行通信。電平范圍是電路能夠安全可靠識別信號的電壓范圍。CMOS 電路的電平范圍一般是從0 到電源電壓。CMOS 電平中，高電平（~5V）為邏輯1,低電平（0~）為邏輯0.RS232 接口的電平范圍是15V 到+15V,RS232 電平采用負邏輯，即邏輯1:3~15V,邏輯0:+3~+15V.　　單片機的串口是TTL 電平的，而計算機的串口是RS232 電平，要使兩者之間進行通信，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，即單片機的串口要外接電平轉(zhuǎn)換電路芯片把與TTL兼容的CMOS 高電平表示的1 轉(zhuǎn)換成RS232 的負電壓信號，把低電平轉(zhuǎn)換成RS232 的正電壓信號。典型的轉(zhuǎn)換電路給出9V 和+9V.　　本設(shè)計中實現(xiàn)邏輯電平轉(zhuǎn)換可以采用MAX232 芯片的轉(zhuǎn)換接口：MAX232 是MAXIM公司生產(chǎn)的，包含兩路驅(qū)動器和接收器的RS232 轉(zhuǎn)換芯片。MAX232 芯片內(nèi)部有一個電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸人的+5V 電壓轉(zhuǎn)換為RS232 接口所需的177。10V 電壓，尤其適用于沒有177。12V 的單電源系統(tǒng)。與此原理相同的芯片還有MAX20AD 公司的ADDt101 以及SIL 公司的IC1232 芯片。圖 MAX232 芯片引腳　　由于 Protues仿真時不需進行電平轉(zhuǎn)換，所以仿真時沒有用上MAX232 芯片電路，但做實物時需進行電平轉(zhuǎn)換， 所示。MAX232 芯片的T1in 引腳連接AT89C51 （TXD）引腳，MAX232 芯片的R1out 引腳連接AT89C51 （RXD）引腳；MAX232 芯片的T1out 引腳連接DB9 針接口的第2 引腳，MAX232 芯片的R1in 引腳連接DB9 針接口的第3 引腳。 一、無線遙控原理 一個完整的遙控電路由發(fā)射部分和接收部分組成。無線電發(fā)射部分，由一個能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載頻振蕩器和一個產(chǎn)生低頻調(diào)制信號的低頻振蕩器組成。用來產(chǎn)生載頻振蕩的電路一般有多諧振蕩器、互補振蕩器和石英晶體振蕩器等。由低頻振蕩器產(chǎn)生的低頻調(diào)制波，一般為寬度一定的方法。如果是多路控制可以采用每一路寬度不同的方波，或是頻率不同的方法去調(diào)制高頻載波，組成一組組的已調(diào)制波，作為控制信號向空中發(fā)射。接收電路從工作方式分，可以分成超外差接收方式和超再生接收方式。超外差原理利用本地產(chǎn)生的振蕩波與輸入信號混頻，將輸入信號頻率變換為某個預(yù)定的頻率的電路。其優(yōu)點是：①容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量。②具有較高的選擇性和較好的頻率特性。③容易調(diào)整。缺點是電路比較復(fù)雜，同時也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等。超再生電路實際上是一個受控間歇振蕩的高頻振蕩器，這個高頻振蕩器采用電容三點式振蕩器，振蕩頻率和發(fā)射器的發(fā)射頻率相一致。而間歇振蕩又是在高頻振蕩過程中產(chǎn)生的，反過來又控制著高頻振蕩器的振蕩和間歇。間歇振蕩的頻率是由電路的參數(shù)決定的。這個頻率選低了，電路的抗干擾性能較好，接收靈敏度降低；反之亦然。超再生式接收方式具有電路簡單、性能適中、成本低廉的優(yōu)點所以在實際應(yīng)用中被廣泛采用。紅外信號收發(fā)系統(tǒng)的典型電路如圖１所示圖1 紅外遙控系統(tǒng) 一體化紅外接收頭紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通過解調(diào)電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。一體化紅外接收頭，如圖5所示：圖5 紅外接收頭紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在22uf以上。有的廠家建議在供電腳和電源之間接入330歐電阻，進一步降低電源干擾。三、紅外發(fā)射電路M50462功能特點　　M50462AP集成電路用來產(chǎn)生遙控編碼脈沖(即遙控指令)，輸出各種紅外遙控信號，供遙控操作使用。該IC具有3種功能?！　、佼a(chǎn)生定時信號和遙控載濾信號的振蕩器:　?、诋a(chǎn)生8種不同時間出現(xiàn)的鍵位掃描脈沖發(fā)生器:　?、蹖㈡I位碼變換 (碼值變換)成遙控指令功能碼的遙控指令編碼器。4 智能小車軟件設(shè)計開始系統(tǒng)初始化執(zhí)行主程序小車前進電機模式選擇電機左轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)電機右轉(zhuǎn)N是否偏離跑道控制算法控制算法控制算法返回跑道否返回跑道否返回跑道否NNY NYYY圖11 整體程序流程圖流程圖說明：首先開始啟動，進入系統(tǒng)初始化定義引腳，執(zhí)行主程序小車前進。根據(jù)小車的指示燈來判斷小車的運行情況。如果小車偏離跑道，會給單片機一個低電平信號進入電機模式選擇，例如：小車往左跑道偏出，傳感器開始掃描，當紅外接受探頭接受到紅外光線，給單片機底電平信號，這時經(jīng)過單片機內(nèi)部程序的處理設(shè)置合理的延時時間函數(shù)，同時電機左轉(zhuǎn)。直到小車跑回跑道，正常前進。反復(fù)的重復(fù)這樣的動作就可以實現(xiàn)尋跡的功能。判斷用戶碼是否正確Y N 開始改變小車運行狀態(tài)遙控器發(fā)出信號IR1接收數(shù)據(jù)清空數(shù)據(jù)圖12 遙控中斷程序流程圖判斷光敏電阻狀態(tài)點亮前端LED燈無光 熄滅前端LED燈有光 判斷話筒狀態(tài)等待信號無聲 有聲 恢復(fù)小車運行狀態(tài)再次有聲 開始開始改變小車運行狀態(tài)圖13 光感及聲控中斷流程圖最少拍設(shè)計，是指系統(tǒng)在典型輸入信號（如階躍信號，速度信號，加速度信號等）作用下，經(jīng)過最少拍（有限拍），使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。所以，最少拍控制系統(tǒng)，也稱最少拍無差系統(tǒng)，最少拍隨動系統(tǒng)，實質(zhì)上是時間最優(yōu)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能指標就是系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間最短或盡可能短?？梢钥闯鱿到y(tǒng)對閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的要求是快速性和準確性。也就是說讓小車在行駛出跑道后，能在最短的時間內(nèi)回到跑道上。最少拍控制系統(tǒng)的設(shè)計與被控對象的零極位置有很密切的關(guān)系。下面先從簡單情形開始介紹最少拍控制器的設(shè)計。對最小拍控制系統(tǒng)設(shè)計的要求