【文章內(nèi)容簡介】 1 單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是該單片機 CPU 中的位處理器，它實際上是一個完整的1 位微計算機，這個一位微計算機有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。 1位機在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而 8 位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。 MCS51 單片機中 8 位機和 1位機的硬件資源復合在一起，二者相輔相承，它是單片機技術(shù)上的一個突破，這也是 MCS51單片機在設(shè)計的精美之處。 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 80C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機 ，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。 在本次課程設(shè)計中，我使用的便是 51 單片機最小系統(tǒng)。 用80C51 單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可， 如圖 80C51 單片機最小系統(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： 有可供用戶使用的大量 I/O 口線。 14 / 30 內(nèi)部存儲器容量有限。 圖 80C51 單片機最小系統(tǒng) 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 時鐘電路 80C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。80C51 單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。 本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTALXTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，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。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(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 時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇 6MHZ,電容選擇 65pF。 在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機芯片安裝，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。 復位電路 80C51 的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位引腳 RST 通過一個斯密特觸 發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。 15 / 30 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。 最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位。時鐘頻率用 6MHZ 時 C取 22uF,R 取 1KΩ。 除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過 RST端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通 而實現(xiàn)的。按鍵手動復位電路見 圖 。時鐘頻率選 用 6MHZ 時， C取 22uF,Rs 取 200Ω， RK取 1KΩ。 圖 80C51 復位電路 電路設(shè)計 選好單片機后，我們將各個模塊逐個進行調(diào)試。 16 / 30 電機安裝與驅(qū)動 將四個電機安裝在小車底盤上，并固定好，然后將電機與 L298N 模塊相連，通過以上的介紹，我們可以知道， 如果是做兩輪驅(qū)動， 需要 一個 L298N，4 輪驅(qū)動 需要 用 2個 L298N。 其中， 一個控制左上，右上 , 一個控制左下，右下。 我們分別將其編號為 1號和 2號。 1 號 L298N 的 in1in2 控制右上，in3in4 控制左上。 2 號 L298N 的 in1in2 控制左下， in3in4 控制右下。我們用 P0^0~P0^3 控制 L298N輸入，這樣，兩個 l298n 需要 8個輸入，即占用單片機的 8 個端口，在實驗的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，左上左下的電機是同步的，右上右下電機是同步的。因此說， 1 號 L298N 的 in1in2 和 2號 L298N 的in3in4 是相同的控制信號， 1號 L298N 的 in3in4 和 2號 L298N 的 in1in2 是相同的控制信號，我們自己焊了一個板子，具有三排排針，然后對應(yīng)的引腳短路，其 中一排連接單片機的引腳，另外兩排分別連接 1號 L298N 和 2 號L298N。這樣，我們就節(jié)省了四個單片機的 IO輸出。 IN 1/IN2 IN 3 /IN4 1 右上 左上 2 左下 右下 圖 L298N 引腳控制 在此模塊中，我們 采用第一種供電方式，即 直接用單片機供電。 紅外循跡模塊 我們將紅外循跡模塊的 D0~D3 與單片機的 P0^4~P0^7 口相連。用來檢測數(shù)據(jù)的輸出，是否檢測到障礙物，當檢測到障礙物，會輸出低電平。 超聲波測距模塊 將 Echo 與 P1^1 相連， Trig 與 P1^2 相連。 DTU 無線控制模塊 17 / 30 首先，對 DTU 進行設(shè)置。使用串口線將 DTU 與電腦相連，打開設(shè)備管理器，查看所用端口。然后打開 LQ1000 GPRS DTU 參數(shù)配置與服務(wù)端軟件。 圖 LQ1000 GPRS DTU 參數(shù)配置 打開串口，進入設(shè)置，然后是終端參數(shù)聯(lián)網(wǎng)設(shè)置。其接入中心 IP 設(shè)置為所在網(wǎng)絡(luò) IP地址。點擊設(shè)置按鈕。 圖 LQ1000 GPRS DTU 終端參數(shù)聯(lián)網(wǎng)設(shè)置 返回 LQ1000 GPRS DTU 參數(shù)配置與服務(wù)端軟件。點擊退出設(shè)置。以上是DTU 設(shè)置過程。 18 / 30 小車的控制 本課程設(shè)計，集成了三個模塊，紅外循跡，超聲波測距與無線通信模塊，因此此智能小車可以工作在三種工作方式下。默認為無線控制模塊。 三種工作模式的選擇都是通過 DTU 無線模塊進行控制。選擇不同的模式，將給單片機發(fā)送不同的指令。 如下圖是自己編寫的上位機程序，右下角部分是控制面板。 圖 LQ1000 GPRS DTU 上位機程序 當我們選擇超聲波測距模式時，小車會進行超聲波測距，并適時根據(jù)距離障礙物的距離進行運動方式的調(diào)整，我們將閾值設(shè)置為 15，當距離小于15cm 時，小車的運動狀態(tài)為先后退 秒后向右運動 秒。 當小車工作在紅外循跡模塊時，小車會按照地面上的黑線前進，及時調(diào)整方向。 當小車工作在 無線 模式 下 ， 我們可以控制小車 5種運動狀態(tài)，前后左右停。 除此之外，小車還可以由手機 控制其 運動狀態(tài)。 下面介紹手機控制小車運動過程。如下圖是手機控制小車運動的 APP。 19 / 30 圖 手機控制小車運動 APP 首先輸入 DTU 所在網(wǎng)絡(luò) IP地址。點擊連接。下面即可對小車的運動狀態(tài)進行控制。 20 / 30 4． 軟件系統(tǒng)設(shè)計 圖 4 智能小車系統(tǒng)程序框圖 21 / 30 其中， 軟件 程序 包括三部分。 第一部分， 51單片機程序編寫，將各個模塊模塊化到一起，控制小車工作在各個模式。 如上圖所示是智能小車的系統(tǒng)程序框圖。主要處理流程包括初始化、判斷等。 初始化主要設(shè)定處理 的各項外設(shè)，如時鐘、定時器、 IO 輸入輸出、 SPI、UART、 DMA 等等。 第二部分，上位機程序的編寫。由 C++的 MFC 程序。編寫了控制小車運動的控制面板。 第三部分，手機 App 編寫。這部分是求教于實驗室的師兄幫助編寫完成的。 經(jīng)過半個學期的努力，終于 順利的完成了 基于 GPRS 無線發(fā)射模塊的 51單片機智能小車設(shè)計 ，可以實現(xiàn)用上位 機控制小車工作在不同的工作模式下，或者是利用手機 APP 控制小車的運動狀態(tài)。 在制作的過程中，遇到了許多問題，并不斷去解決，學習到了許多知識。 首先對于單片機的基礎(chǔ)知識有了一定的了解，更加深入的了解了定時器，中斷的使用。 除此之外，學習了 GPRS 模塊，可以完成遠距離無線控制。軟件方面，進一步學習了程序的模塊化，使得程序更加簡潔。另外，學習了c++編程，編寫了上位機 MFC 程序。 十分具有成就感。 存在的問題， 因為在整個過程中將重點放在無線模塊的調(diào)試，對于超聲波與紅外循跡模塊沒有過多的投入，導致成果檢測的時候發(fā)現(xiàn)超聲波測距模塊硬件出現(xiàn)問題，導致效果不穩(wěn)定。對于紅外循跡模塊， 最初小車的速度過快，當循跡轉(zhuǎn)彎的時候小車來不及反應(yīng)，所以看起來不夠靈敏，因此降低占空比，降低小車的速度可以很好的解決這個問題。 整體來說，雖然任務(wù)大體完成，單仍然存在許多可以改進的地方。例如小車的速度不能實時的控制，距離可以返回給上位機但是不能顯示在小車上， 22 / 30 因此說另外可以添加顯示模塊，對速度距離進行