【正文】 0 具有 一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管 .當(dāng)發(fā)射管的紅外信號經(jīng)反第 3 章 硬件設(shè)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(xiàn)出來 ,而經(jīng)過 ADC 轉(zhuǎn)換或 LM324 等電路整形后得到處理后的輸出結(jié)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(xiàn)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(yīng)用。 LM324集成塊內(nèi)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(diào)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(nèi)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(diào)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(dāng) “+”端電壓高于 “”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng) “”端電壓高于 “+”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個輸入吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)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(zhuǎn)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(dāng)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(dāng)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(tǒng) 避障原理 采用一只紅外對管置于小車右側(cè)。通過測試此種方案就能很好的實現(xiàn)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(zhì)的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)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(xiàn)信號的檢測 。具體來說，當(dāng)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(zhuǎn)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(xiàn)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(tǒng) 第 3 章 硬件設(shè)計 19 無線 遙控系統(tǒng) 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(diào)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(dāng)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(jié)果碼 ()，低 8 位地址碼 (9ms~18ms)，高 8 位地址碼 (9~18ms)， 8 位數(shù)據(jù)碼(9~18ms)和這 8 位數(shù)據(jù)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(jié)束碼 ()組成。按照上圖的接法， K2~K9 的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)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(shù)據(jù)輸出引腳， 38KHz 發(fā)射頻率 6 VDD 輸入 7 D7 輸入 最重要數(shù)據(jù)位代碼設(shè)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(diào)是它內(nèi)部做的事，只需搞清楚它的輸出信號就可以了。 OUT 即是解調(diào)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(shè)計 21 顯示 系統(tǒng) 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(shù)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(diào)； （ 2）內(nèi)含復(fù)位電路； （ 3） 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能； （ 4）有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM； （ 5）內(nèi)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(diào)整電壓 4 RS 0/1 輸入 0=輸入指令 1=輸入數(shù)據(jù) 5 R/W 0/1 輸入 0=向 LXD 寫入指令或數(shù)據(jù) 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(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)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(shù)據(jù)總線 line0（最低位） 8 DB1 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line1 9 DB2 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line2 10 DB3 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line3 11 DB4 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line4 12 DB5 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line5 13 DB6 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line6 14 DB7 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)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(tǒng) 復(fù)位電路模塊 計算機在啟動運行時都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU 和系統(tǒng)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(fù)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(nèi)部有一個拉低電阻 )，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn) 2個機器周期 (即 24個時鐘周期 )以上的高電平，使器件復(fù)位，只要 RST保持高電平， MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。此時 ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸 出高電平。 RST變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位， CPU從初始狀態(tài)開始工作。 單片機采用的復(fù)位方式是自動復(fù)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(xiàn)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(fù)位。 RST端在加電時應(yīng)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(guān)。 10MHZ時約為 1ms， 1MHZ時約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位， RST在上電應(yīng)保持 20ms以上的高電平。 RC時間常數(shù)越大，上電 RST端保持高電平的時間越長。 若復(fù)位電路失效，加電后 CPU 從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正第 3 章 硬件設(shè)計 23 常運轉(zhuǎn)。復(fù)位電路如圖 38 所示。 圖 38 單片機復(fù)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(nèi)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(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。 AT89C51是屬于 CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機。 CMOS型單片機內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)生的時鐘頻率主要由 SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)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(diào)作用（ CC2大， f變?。涞湫椭禐?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(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 24 本章小結(jié) 本章是在各個電路模塊的設(shè)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(shè)計所用的全部器件以及一些主要技術(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)有詳細的了解，為以后系統(tǒng)程序的編寫做了充分的準(zhǔn)備。第 4 章 軟件設(shè)計 25 第 4 章 軟件設(shè)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(jīng)接收端解碼后，能使小車實現(xiàn)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(shè)置初始參數(shù) 掃描按鍵 開中斷 是否有鍵按下 發(fā)送數(shù)據(jù) Y N 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)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(qū)動和液晶屏的顯示。紅外信號的接收