【文章內(nèi)容簡介】 個時鐘周期， 6倍于標(biāo)準(zhǔn) 80C51器件。 P89LPC925集成了許多系 7EDF級的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面并降低系統(tǒng)的成本。 P89LPC925單片機(jī)的管腳如圖 31所示： 圖 3－ 1 P89LPC925管腳圖 在圖 3－ 1中： VSS：地 ， 0V參考點(diǎn) 。 VDD：電源 ， 正常操作模式、空閑模式和掉電模式時的電源。 Port 0： P0 是一個可由用戶配置輸出類型的 8位 I/O口，在上電復(fù)位時， P0鎖存器配置為內(nèi)部上拉禁止的僅為輸入模式。 P0管腳的操作模式由端口配置選擇為輸入或輸出。每個端口的管腳均可獨(dú)立配置。 Port1： 除了下面說明的三個管腳外， P1是一個可由 用戶配置輸出類型的 8位 I/O口。在上哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 11 電復(fù)位時， P1鎖存器配置為內(nèi)部上拉禁止的僅 為輸入模式。 P1管腳操作模式由端口配置選擇為輸入或輸出。每個端 口的管腳均可獨(dú)立配置。 Port3： P3是一個可由用戶配置輸出類型的 2位 I/O口，在上電復(fù)位時， P3鎖存器配置為內(nèi)部上拉禁止的僅為輸入模式。 P3管腳的操作模式由端口配置選擇為輸入或輸出。每個端口的管腳均可獨(dú)立配置。 在本設(shè)計中用 — ， 路的接口， VDD用于電源接口， VSS用于接地口線。 電 源 電機(jī)驅(qū)動子系統(tǒng)與信息采集及 單片機(jī) 控制子系統(tǒng)采用雙電源獨(dú)立供電。 6V蓄電池和MC34063 升壓驅(qū)動電機(jī)，普通 9V 方形電池經(jīng) L7805 穩(wěn)壓后提供 5V 子系統(tǒng)電壓 。 光耦隔離和傳輸信號 。 蓄電池電力穩(wěn)定，驅(qū)動力大，電機(jī)運(yùn)行理想 。 信號隔離，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性佳。 電機(jī)部分設(shè)計電路如下圖 3— 2 所示： 3— 2 電源電路 MC34063 升壓驅(qū)動電機(jī) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖 3— 3 所示： SW COLL1SW EM2TIM CAP3GND4IN5VCC6IPK7DRV COLL8MC34063AD10mH1801K1K100pF3v470u471 C3哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 12 圖 3— 3 MC34063內(nèi)部結(jié)構(gòu) MC34063升壓驅(qū)動電機(jī)工作原理： 振蕩器通過恒流源對外接在 CT管腳 (3 腳 )上的定時電容不斷地充電和放電以產(chǎn)生振蕩波形。充電 電流 是恒定的，所以振蕩頻率僅取決于外接定時電容的容量。與門的 C輸入端在振蕩器對外充電時為高電平， D輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時為高電平，當(dāng) C和 D輸入端都變成高電平時觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關(guān)管導(dǎo)通， 電流流過電感，再經(jīng)過開關(guān)管接地。使電感儲存能量。 反之當(dāng)振蕩器在放電期間， C 輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 此時電感中的電流不能突變，所以沿著二極管正向產(chǎn)生電流， 使二極管導(dǎo)通，電容C3儲存能量，再經(jīng)過兩個 1K 電阻進(jìn)行串聯(lián)分壓，將所得到的反饋電壓再送入比較器進(jìn)行比較 ，當(dāng)?shù)玫綕M意的電壓后，輸出端輸出此電壓。 采樣電路 1） .傳感器 本設(shè)計采用光敏二極管作為傳感器對地面上的引導(dǎo)線的光強(qiáng)度模擬量進(jìn)行檢測，四對光敏二極管反射信號與單片機(jī) — 相連 ,也就相當(dāng)于與四路 A/D 轉(zhuǎn)換通道相連。光敏二極管發(fā)射的光經(jīng)被測物體反射后光的強(qiáng)弱可以識別顏色。檢測完畢后將測得的信號送入單片機(jī)內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 傳感器電路如下圖 3— 4 所示： 哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 13 圖 3— 4 傳感器電路 采樣電路原理：由兩個電源組分別給四對發(fā)光元件提供電流， 當(dāng) 發(fā)光二極 管發(fā)出紅外光照射到地面的黑白信號 ，通過發(fā)光二極管的電流要發(fā)生相應(yīng)的變化，二極管電流的變化引起光敏三極管的電流也隨之相應(yīng)的變化，光敏三極管把這個變化的電流傳入單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而由 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 2） . A/D 轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換過程包括采樣、量化與編碼。在一個控制信號的作用下，將需要轉(zhuǎn)換的模擬量每隔一定時間間隔抽取一次樣值，從而使在時間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間上斷續(xù) 變化的模擬量，這一過程稱之為采樣。而量化和編碼簡單說就是把采樣后所得到的離散幅值經(jīng)過舍入的方法變換為與輸入量成比例的二進(jìn)制數(shù)。 A/D 轉(zhuǎn)換電路種類很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理可以分為逐次逼近式、雙積分式、并行式、跟蹤比較式、串并式、電荷平衡式等。目前使用較多的是前三種，并行式 A/D 是一種用編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高速，其速度最快（它的轉(zhuǎn)換速度可在 20～ 50ns 之內(nèi)），價格也很高，一般用于要求高速度的場合；逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器在精度、速度和價格上都適中，是目前最常用的 A/D轉(zhuǎn)換器；雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器具有精度高、抗干擾性好、價 格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但速度較慢，經(jīng)常應(yīng)用于對速度要求不高的儀器儀表中。 在本設(shè)計中 P89LPC925內(nèi)部自帶有 A/D轉(zhuǎn)換器， P89LPC925 包含 1 個 8 位、 4 路逐步逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ ADC1）和 1 個 DAC 模塊（ DAC1）。 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理框圖見圖 3— 3 。每個 A/D 轉(zhuǎn)換器由一個 4 輸入多路轉(zhuǎn)換器組成。多路轉(zhuǎn)換器的輸出通過采樣 保持電路，為兩個比較器提供一個輸入信號?？刂七壿嬤B同逐次逼近式寄存器（ SAR）來驅(qū)動一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，為比較器提供另外一個輸入， 比較器的輸出又回到 SAR。 C1E31 2 3 4 5RP2Header 51 2 3 4 5RP1Header 5VCCVCC哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 14 A/D 轉(zhuǎn)換器原 理框圖如下 3— 5所示： 3— 5 A/D 轉(zhuǎn)換器原理框圖 A/D 轉(zhuǎn)換器的特性： 1 個 8 位 4 路輸入的逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器；每個 A/D 轉(zhuǎn)換器包含 4 個結(jié)果寄存器； 6 種工作模式：固定通道，單次轉(zhuǎn)換模式、固定通道，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、自動掃描，單次轉(zhuǎn)換模式、自動掃描，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、雙通道，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、單步模式； 3 種轉(zhuǎn)換啟動模式、定時器觸發(fā)起動、立即起動－邊沿觸發(fā) ；在 的ADC 時鐘下， 8 位轉(zhuǎn)換時間≥ ；中斷或查詢操作；邊 界限制中斷 ； DAC 輸出到高輸出阻抗的 I/O 口管腳；時鐘分頻器掉電模式。 用于 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入管腳也具有數(shù)據(jù)輸入和輸出功能。為了得到最好的模擬特性，這些用于 ADC 或 DAC 的管腳應(yīng)當(dāng)禁止其數(shù)字輸出和輸入功能，并且斷開與 5V 最大允許電壓的連接。通過將端口設(shè)置成僅為輸入模式來禁止數(shù)字信號輸出。 當(dāng)通過置位 ADINS 寄存器中相應(yīng)的位并且對應(yīng)的 A/D 或 DAC 已被使能時， I/O 管腳的數(shù)字輸入將自動斷開。如果相應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換被使能且器件不處于掉電模式，則 ADINS 寄存器選中管腳的最大允許電壓 為 3V，否則這些管腳的最大允許電壓仍為 5V。 在本設(shè)計中由光敏二極管反射后光的強(qiáng)弱是通過模擬電壓來表征的，每一個接收管都對應(yīng)了一個模擬電壓，將它們進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，并把所得的數(shù)值與每個光敏管設(shè)置的一個閾值電平比較，進(jìn)而判斷智能小車的行進(jìn)狀態(tài)是否需要進(jìn)行調(diào)整。 電機(jī)驅(qū)動部分 本設(shè)計采用二輪驅(qū)動，其中 L293 是控制直流電機(jī)的專用芯片， 其內(nèi)部電路組成原理如圖 3— 6 所示， 它是雙 H 橋高電壓大電流功率集成電路，可以驅(qū)動 2 個直流電動機(jī)等感性負(fù)載。 進(jìn)行雙極性 PWM 驅(qū)動控制 ，驅(qū)動力大 ，符合本小車馬達(dá)的驅(qū)動要求 。 哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 15 圖 3— 6 L293 內(nèi)部電路 L293 內(nèi)部包含 4通道邏輯驅(qū)動電路。其后綴有 B、 D、 E 等，除 L293E 為 20 腳外，其它均為 16引腳。其額定工作電流為 1A，最大可達(dá) ， Vss 電壓最小 ，最大可達(dá) 36V； Vs 電壓最大值也是 36V，但經(jīng)過我的實(shí)驗(yàn)， Vs電壓應(yīng)該比 Vss 電壓高，否則有時會出 現(xiàn)失控現(xiàn)象。下表是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系： EN A（ B） IN1（ IN3） IN2（ IN4） 電機(jī)運(yùn)行情況 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H 同 IN2（ IN4） 同 IN1（ IN3） 快速停止 L X X 停止 電 機(jī)驅(qū)動電路如下圖 3— 7 所示： 哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 16 3— 7 電機(jī)驅(qū)動電路 L293 可以驅(qū)動兩個電機(jī)運(yùn)動， 1組控制一個電機(jī)， 2 組控制另一個電機(jī)。其中 ENIN IN2 為 L293 的 1組輸入使能控制， IN1 與 IN2 為輸入端，輸出端為 OUT OUT2。當(dāng) EN1=1， IN1=1， IN2=0，電機(jī)正轉(zhuǎn)； EN1=1， IN1=0， IN2=1，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 EN IN IN4為 L293 的 2組輸入使能控制， IN3 與 IN4 為輸入端，輸出端為 OUT OUT4。當(dāng) EN2=1，IN3=1， IN4=0，電機(jī)正轉(zhuǎn)； EN2=1， IN3=0， IN4=1，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 本設(shè)計電機(jī)調(diào)速 問題根據(jù) PWM（脈寬調(diào)制）原理 由單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)， 具體程序見軟件部份。 直接 PWM技術(shù)的算法 ： 常用 PWM技術(shù)的基本原理是利用高頻載波與控制波進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)制的PWM波。為 滿足逆變電源的需要，減小輸出電壓的諧波含量，載波信號采用對稱的三角波實(shí)現(xiàn) PWM 輸出波形的對稱雙邊調(diào)制，使輸出電壓不含偶次諧波。 用軟件產(chǎn)生 PWM 波形的 算法有很多方法，如：采樣 SPWM 法、均值 PWM法、直接 PWM法等，其中 SPWM 法有三種不同形式：對稱規(guī)則采樣 SPWM、非對稱規(guī)則采樣 SPWM、平均對稱規(guī)則采樣 SPWM，以平均對稱規(guī)則采樣 SPWM 的算法簡單，應(yīng)用較為廣泛。 SPWM 的主要缺點(diǎn)就是電源電壓利 用率不夠高，即輸出電壓不高。均值 PWM 法的基本思想是根據(jù)等面積 PWM 控制方式的原理，選 擇最佳脈沖中心線位置，使得其 PWM 波形的諧波成分量小，均值 PWM 法具有微機(jī)實(shí)現(xiàn)簡單方便 的優(yōu)點(diǎn)，且對各次諧波的抑制均有很好的效果。直接 PWM法與均值 PWM法類似，也是使相 同時 間間隔內(nèi)的 PWM 波 的面積與調(diào)制波的面積相等，其主要的優(yōu)點(diǎn)是，在調(diào)制比固定時，控制規(guī)律正比于調(diào)制深度而反比于輸出頻率，特別使用于電機(jī)的控制，因此本文選擇直接 PWM 法。 E N 11E N 29I N 12I N 27I N 310I N 415O U T 13O U T 26O U T 311O U T 414VC8V C C16GND4GND5GND12GND13L 29 3DA+A+I0I1I2I3100pF哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 17 直接 PWM法的調(diào)制原理如圖 1所示，假定一個周期內(nèi) PWM 波的脈沖數(shù) (即載波比 )為2N，將參考 正弦波 Umsin ω t的整個周期 T分為 2N 等份，則每個區(qū)間的長度 (即載波周期 )為 Ts=T/2N，在第 i 個區(qū)間正弦波的面積為： 38 直接 PWM 的原理 設(shè)輸出 PWM 波的幅值為 E，若采用單極性調(diào)制，則第 i個區(qū)間內(nèi)的 PWM 波形所圍面積為： 若采用雙極性調(diào)制，則第 i個區(qū)間內(nèi)的 PWM 波形所圍面積為 ： 式中 ， Tpi為脈沖的寬度 ， 考慮到有 Ts=Tpi+2Tgi， 令 Sri=Spi， 由式 (1)和式 (2)整理可得 ： 式中 M=Um/E 為調(diào)制深度，由式 (4)或式 (5)可分別計算出 PWM 的脈沖換相點(diǎn)公式為 ： 哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 1