【正文】 0 具有 一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管 .當發(fā)射管的紅外信號經反第 3 章 硬件設計 17 射被接收管接收后 ,接收管的電阻會發(fā)生變化 ,在電路上一般以電壓的變化形式體現出來 ,而經過 ADC 轉換或 LM324 等電路整形后得到處理后的輸出結果 .電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號強度 ,常表現在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面 .硬件參考原理圖 如圖 34 所示。 圖 34 循跡原理圖 LM324 比較器 LM324四比較器功能應用。 LM324集成塊內部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是： (1)失調電壓小，典型值為 2mV； (2)電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為 177。1V177。18V； (3)對比較信號源的內阻限制較寬； (4)共模范圍很大，為 0~（ ） Vo； (5)差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； (6)輸出端電位可靈活方便地選用。 LM324類似于增益不可調的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用 “+”表示，另一個稱為反相輸入端，用 “”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM324輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當 “+”端電壓高于 “”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當 “”端電壓高于 “+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個輸入吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 18 端電壓差別大于 10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM324用在弱信號檢測等場合是比較理想的。 LM324的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體 三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各 比較器的輸出端允許連接在一起使用。 避障 系統 避障原理 采用一只紅外對管置于小車右側。通過測試此種方案就能很好的實現小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。其原理與循跡一樣， 利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號，再通過LM324 作比較器來采 集高低電平，從而實現信號的檢測 。具體來說，當小車行進過程中，如果遇到障礙，紅外檢測頭亮燈時，收到一個低電平，左電機停止工作，右電機正常工作，小車左轉避開障礙。 避障報警 在小車行進過程中，如果小車前方發(fā)現障礙物，必然會被紅外傳感器捕捉到，將信號回饋給單片機，再由單片機控制報警電路，小車將會立即停止前進，發(fā)出報警。原理圖見圖 35。 圖 35 報警系統 第 3 章 硬件設計 19 無線 遙控系統 無線模塊由發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，發(fā)射電路主要是是通過遙控器芯片 HT6221 控制，接收電路是用一體化紅外接收頭 HS0038。 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路是遙控器芯片 HT6221 將紅外碼調制成 38KHZ的脈沖信號通過紅外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。電路原理圖見圖 36。 K6 K7 K8 K9D6L E DC 1 01 0 0 pC 1 11 0 0 pR 1 21kR 1 347X2CR Y S T A LK2 K3 K4 K5D7L E DR 1 43 3 0R11R22R33R44DO UT5V D D6D77X28X19VSS10A IN20C119C218C317C416C515C614C713C812L E D11HT 6 2 2 1Q1B U80 6 圖 36 紅外發(fā)射電路 圖中 D6 就是紅外發(fā)射二極管， R13 是限流電阻 47Ω，由此可見，紅外發(fā)射管的電流是很大的，這是為了保證足夠的發(fā)射功率。 D7 是按鍵指示，在有按鍵按下時此二極管亮。 HT6221 的編碼規(guī)則是：當一個鍵按下超過 36ms，振蕩器使芯片激活，如果這個按鍵按下且延遲大約 108ms，這 108ms 發(fā)射代碼由一個起始碼 (9ms)，一個結果碼 ()，低 8 位地址碼 (9ms~18ms)，高 8 位地址碼 (9~18ms)， 8 位數據碼(9~18ms)和這 8 位數據碼的反碼 (9~18ms)組成，如果按鍵按下超過 108ms 仍未松開，接下來發(fā)射的代碼將僅由起始碼 (9ms)和結束碼 ()組成。按照上圖的接法， K2~K9 的數據碼分別為： 0x00， 0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07。就是說如果接收電路里收到這些數據碼中的某一個就知道哪一個鍵按下了，從而執(zhí)行規(guī)定的動作。 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 20 HT6221 簡介 HT6221 是一款常用的遙控器芯片，其各引腳功能說明見表 33： 表 33 HT6221 引腳說明 引腳號 引腳名稱 I/O 描述 14 R1R4 輸入 鍵盤行控制，高電平有效 5 DOUT 輸出 串行數據輸出引腳， 38KHz 發(fā)射頻率 6 VDD 輸入 7 D7 輸入 最重要數據位代碼設置 8 X2 輸出 455KHz 振蕩器輸出 9 X1 輸入 455KHz 振蕩器輸入 10 Vss 輸入 地 11 LED 輸出 發(fā)射輸出 1219 C8C1 輸入 /輸出 鍵盤列控制 20 AIN 輸入 低 8 位地址碼輸入 紅外接收電路 紅外接收電路最簡單，使用 HS0038（如圖 37）一體化紅外接收頭，只需要連接 3 只引腳就可以了，至于信號的解調是它內部做的事，只需搞清楚它的輸出信號就可以了。 OUT 即是解調信號的輸出端，直接接單片機 I/O 口就可以了。在沒有接收到紅外信號的時候輸出高電平，有信號時輸出 HT6221 的編碼，直接提供給單片機。 圖 37 一體化紅外接收探頭 HS0038 第 3 章 硬件設計 21 顯示 系統 LCD1602 簡介 顯示模塊用液晶顯示器 LCD1602 來顯示小車各種運動狀態(tài)。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊 。它有若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔 每行之間也有也有間隔 起到了字符間 距和行間距的作用。 LCD1602 功能特性 1602LCD 有以下特性： （ 1） +5V電壓，對比度可調； （ 2）內含復位電路； （ 3） 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能； （ 4）有 80 字節(jié)顯示數據存儲器 DDRAM； （ 5）內建有 160 個 5X7 點陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM； （ 6） 8 個可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM。 LCD1602 引腳說明 字符型 LCD1602 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來的 2條線是背光電源線 VCC（ 15 腳）和地線 GND（ 16 腳）。引腳說明如下： 表 34 LCD 引腳說明 引腳號 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 1 VSS 電源地 2 VCC 電源（ +5V） 3 VEE 對比調整電壓 4 RS 0/1 輸入 0=輸入指令 1=輸入數據 5 R/W 0/1 輸入 0=向 LXD 寫入指令或數據 1=從 LCD 讀取信息 6 E 1,10 輸入 使能信息號， 1 時讀取信息， 10 執(zhí)行指令 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 22 續(xù)表 34 LCD 引腳說明 引腳號 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 7 DB0 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line0（最低位） 8 DB1 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line1 9 DB2 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line2 10 DB3 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line3 11 DB4 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line4 12 DB5 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line5 13 DB6 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line6 14 DB7 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line7（最高位） 15 A +VCC LCD 背光電源正極 16 K 接地 LCD 背 光電源負極 最小單元電路系統 復位電路模塊 計算機在啟動運行時都需要復位，使中央處理器 CPU 和系統中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS51單片機有一個復位引腳 RST，它是史密特觸發(fā)輸入 (對于 CHMOS單片機， RST引腳的內部有一個拉低電阻 )，當振蕩器起振后該引腳上出現 2個機器周期 (即 24個時鐘周期 )以上的高電平，使器件復位，只要 RST保持高電平， MCS51保持復位狀態(tài)。此時 ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸 出高電平。 RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出復位?CPU從初始狀態(tài)開始工作。 單片機采用的復位方式是自動復位方式。對于 MOS(AT89C51)單片機只要接一個電容至 VCC即可。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在 RST端出現一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使 MCS51有效的復位。 RST端在加電時應保持的高電平時間包括 VCC的上升時間和振蕩器起振的時間， Vss上升時間若為 10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關。 10MHZ時約為 1ms， 1MHZ時約為10ms，所以一般為了可靠的復位， RST在上電應保持 20ms以上的高電平。 RC時間常數越大，上電 RST端保持高電平的時間越長。 若復位電路失效，加電后 CPU 從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統就不能正第 3 章 硬件設計 23 常運轉。復位電路如圖 38 所示。 圖 38 單片機復位電路 時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。 MCS51單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為 12MHZ MCS51內部都有一個反相放大器， XTAL XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產生時鐘送至單片機內部的各個部件。 AT89C51是屬于 CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結構上有別于NMOS型的單片機。 CMOS型單片機內部（如 AT89C51）有一個可控的負反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖 38為 CMOS型單片機時鐘電路框圖。振蕩器工作受 /PD端控制，由軟件置 “1”PD（即特殊功能寄存器 ）使/PD＝ 0，振蕩器停止工作，整個單片機也就停止工作，以達到節(jié)電目的。清 “0”PD，使振蕩器工作產生時鐘，單片機便正常運行。圖中 SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產生的時鐘頻率主要由 SYS參數確定（晶振上標明的頻率） 。電容 C1和 C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率 f起微調作用（ CC2大， f變?。?，其典型值為 22pF。時鐘振蕩電路如圖 39。 圖 39 時鐘振蕩電路 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 24 本章小結 本章是在各個電路模塊的設計方案確定之后，對各電路中所用的元器件進行整理和介紹。在本章中列出了此次設計所用的全部器件以及一些主要技術和器件的介紹。這樣不僅能使我們能夠正確的選擇合適的元器件，而且能讓我們對各個主要器件的功能和內部結構有詳細的了解，為以后系統程序的編寫做了充分的準備。第 4 章 軟件設計 25 第 4 章 軟件設計 發(fā)送 端 程序流程圖 發(fā)送端主程序流程圖 圖 41 為發(fā)送端主程序流程圖，通過掃描的按鍵值來確定發(fā)送的紅外信號，使不同的按鍵有不同的紅外代碼，這樣經接收端解碼后，能使小車實現多個運動狀態(tài)。 圖 41 發(fā)送端主程序流程圖 發(fā)送端中斷子程序流程圖 圖 42 為發(fā)送端中斷子程序流程圖，該中斷運為定時 0 中斷，主要完成紅外信號的編碼和發(fā)送。 開始 設置初始參數 掃描按鍵 開中斷 是否有鍵按下 發(fā)送數據 Y N 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 26 圖 42 發(fā)送端中斷子程序流程圖 接收端 程序 流程圖 接收端主程序流程圖 接收端程序主要完成紅外信號的接收、解碼，以及直流電動機的驅動和液晶屏的顯示。紅外信號的接收