【導(dǎo)讀】PWM直流調(diào)速功能。路面黑線檢測使用反射式光電傳感器，采用PWM電路控制電。速行駛，利用與MAX7219連接的LED來顯示時間和總的路程。級，靈活性和適應(yīng)性更強(qiáng)。將電子化和智能化用于汽車控制是對汽車工業(yè)的一次變革?，F(xiàn)整個過程的智能化調(diào)速。

　　

【正文】 6為數(shù)據(jù)采集電路原理圖。圖中 WW51P 芯片的 2 端為光發(fā)射， 4 端為光接收。當(dāng)光電反射器在黑白面上移動時， 4 端便得到一個變化的脈沖 電壓。在對不同介質(zhì)材料進(jìn)行綜合比較后，我們選擇光電反射器離地面為 的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，由于該脈沖電壓不是個標(biāo)準(zhǔn)的電壓，所以需要經(jīng)過一個施密特電路整形后得到一 TTL 電平送單片機(jī)。 信號送入 AT89C51 外中斷 0 (INT0)輸入。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 21 TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U1NE5551 2 3 4WW51PC6200KR91KR101MVR1+5V+5VINT0 圖 46 信號采集電路 路程檢測模塊設(shè)計 本系統(tǒng) 的路程檢測采用在小車的后輪上貼一白紙及輪框上也貼有一片光電傳感器，對車輪的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行采集，送進(jìn) AT89C51 單片機(jī)的計數(shù)器端口 T1。如圖47 所示的光電檢測電路。假設(shè)在地面鋪一張白紙，當(dāng)在白紙上時，光線通過白紙反射后，光敏三極管接收到發(fā)射光，此時 A 點輸出低電平， B點輸出高電平，從而使 Vout 輸出低電平；當(dāng)在白紙的黑色條紋上時，光線不能通過黑色條紋反射，光敏三極管接收不到反射光線，此時 A點輸出高電平 ， B點輸出低電平，從而使 Vout 輸出為高電平。使 Vout 的輸出連接到 AT89C51 單片機(jī)的定時器 T1口，能夠把接收 到的信號傳到單片機(jī)，從而達(dá)到計數(shù)的功能 [1]。 1MVR21KR111KR12R131KR14T71274LS041 274LS04光電檢測+5VT1VoutAB 圖 47光電檢測電路圖 車輪每轉(zhuǎn)一周就由其產(chǎn)生一個低電平脈沖，輸入單片機(jī)內(nèi)，使單片機(jī)外部 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 22 中斷 1（ INT1） 產(chǎn)生中斷，從而使里程脈沖累計一次，通過累加器計數(shù)，并通過數(shù)碼管顯示。根據(jù)車輪周長及脈沖個數(shù)實現(xiàn)里程計數(shù)功能。對車 輪的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行采集，送進(jìn)計數(shù)器端口（ T1）。經(jīng)單片機(jī)處理后，用 、 分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向以及脈寬，車載顯示器在運行過程中顯示通過地面標(biāo)志的數(shù)量。在車停后，顯示小車通過全程的時間及里程。數(shù)據(jù)的計算有距離的計算和時間的計算。 （ 1） 距離 的計算：速度的檢測信號送入 T1。利用單片機(jī) AT89C51 采集輸出的脈沖個數(shù) 進(jìn)行計數(shù)結(jié)果設(shè)為變量 COUNT，一個脈沖所對應(yīng)的小車前進(jìn)的距離乘以脈沖的個數(shù)便得到小車前進(jìn)的距離 。 即：距離 =脈沖個數(shù) 單個脈沖所對應(yīng)的小車前進(jìn)的距離 。 （ 2） 時間的計算：定時器 0 工作在模式 1 下， 16 位計數(shù)器，設(shè)定計數(shù)器 的計數(shù)初值為 1600000216 ? 并且允許中斷，中斷一次表明間隔時間為 60ms，對中斷次數(shù) TCICOUNT進(jìn)行累計 。則時間 TIMER的計算公式為 TIMER= (TCICOUNT*60ms)／ 100。 程序入口參數(shù)： 20H24H 內(nèi)存單元作為里程計數(shù)用（ 23H 為跑道條數(shù)存放 單元），采用十進(jìn)制計數(shù)，最大計數(shù)值為 999m。當(dāng)退出時，將計數(shù)值移入 74H~76H顯示數(shù)據(jù)存儲單元。當(dāng)小車在白紙上時，輸出為高電平；當(dāng)遇到黑條時，輸出低電平脈沖，作中斷計數(shù)判斷用 [2]。路程檢測程序流程圖下所示 。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 23 圖 48 定時計數(shù)程序流程圖 入 棧 開 始 給計數(shù)器賦值 50MS R4 減 1 給 R4 重賦初值。 調(diào)用加 1 秒操作子程 調(diào)用秒計時單元清 0 子程序 出 棧 調(diào)用 分計時單元清 0 子程 調(diào)用分加 1子程序 結(jié) 束 判斷 R4是否為 0 判斷是否為 60S 判斷是否為 60 分 N Y 小于 60 大于或等于 60 小于 60 大于或等于 60 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 24 顯示模塊設(shè)計 傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路占用的系統(tǒng)資源較多。若是動態(tài)顯示， 8位顯示驅(qū)動電路 一般由 1 片 8255， 4 片 5407 構(gòu)成，不僅硬件資源占用多，而且需要由軟件定時刷新，軟件資源占用也不少；若是靜態(tài)顯示， 8位數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路一般由 8 片 54LS164 構(gòu)成，硬件資源占用太多?，F(xiàn)在一片 MAX7219 便可完成 8位數(shù)碼管的顯示驅(qū)動任務(wù)。 LED 數(shù)碼管具有：低耗能、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高低溫，對外界環(huán)境要求低易于維護(hù)，同時其精確度比較高，操作簡單 [4]。 MAX7219 是一種串行接口的 8位數(shù)碼管顯示驅(qū)動器。它與通用微處理器只有3 根串行相連，最多可驅(qū)動 8 個共陰數(shù)碼管或 64 個發(fā)光 二極管。它內(nèi)部可存儲顯示信息的 8 8 靜態(tài) RAM，動態(tài)掃描電路以及段位驅(qū)動器。它的特點有：（ 1）串行接口的傳輸速率可達(dá) 10MHZ；（ 2）獨立的發(fā)光二極管段控制；（ 3） 譯碼與非譯碼兩種顯示方式可選；（ 4）數(shù)字、模擬兩種亮度控制方式；（ 5）可以級聯(lián)使用。 功能分析 MAX7219 芯片為 MAXIM 公司推出的串輸入 /輸出共陰極顯示驅(qū)動器，是用一個芯片實現(xiàn)以往用軟件完成的動態(tài)顯示電路掃描工作的器件。每片可控制顯示 8個七段 LED 數(shù)碼管、條形圖或 64 個發(fā)光二極管，控制字簡單，可與各種微機(jī)接口。為 24 個引腳芯片，除與顯示器連接外，與微機(jī)串行口為 3 線連接，芯片外部電路僅為一限制峰值段電流的電阻，線路簡單，極大地方便了對顯示器件的控制。該芯片控制的顯示位數(shù)多，控制字少，可對全部或個別顯示位的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。并可方便地進(jìn)行多個芯片的級聯(lián)，擴(kuò)展顯示容量。 MAX7219 有多種封裝形式，如窄式 DIP 封裝。 該部分選用芯片 MAX7219 來作顯示單元的主控芯片，由于 MAX7219 是一種串行接口的 8位數(shù)碼管顯示驅(qū)動器。它與通用微處理器只有 3 根串行線相連，最多可驅(qū)動 8 個共陰數(shù)碼管或 64 個發(fā)光二極管。它內(nèi)部有可 存儲顯示信息的 8 8靜態(tài) RAM，動態(tài)掃描電路，以及段、位驅(qū)動器。它的特點有：串行接口的傳輸速率可達(dá)到 10MHz；獨立的發(fā)光二極管段控制；譯碼與非譯碼兩種顯示方式可選；數(shù)字、模擬兩種亮度控制方式；可以級聯(lián)使用。 在圖 49 中 AT89C51 單片機(jī)與 MAX7219 組成一個數(shù)碼管的顯示系統(tǒng)。其中單片機(jī)的 作為串行數(shù)據(jù)線， 作為數(shù)據(jù)加載控制線， 作為時鐘線。由單片機(jī)向 MAX7219 輸送信息的工作流程描述如下： 1．將 置“低”； 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 25 2．將 置成與“ D15”相同的狀態(tài)； 3．將 先置“低”，再置“ 高”，產(chǎn)生 1個移位脈沖將“ D15“移入 MAX7219； 4．重復(fù)過程 3 將“ D14~D0“移入 MAX7219； 5．將 置“高“，將” D7~D0“送入 MAX7219 片內(nèi)相應(yīng)的寄存器。 U1AT89C51DOUT24LOAD12ISET18V+19CLK13DIG0DIG7GND9GND4SEG ASEG .DPDIN1U3MAX7219+5VGND接 LED 的 端接 LED 的公共控制端 圖 49 顯示連接圖 MAX7219 的數(shù)據(jù)輸入主要由三根輸入線完成。它們分別是串行數(shù)據(jù)線、時鐘線與加載線。當(dāng) 1 個 16 位的數(shù)據(jù)從高位到低位依次輸入 MAX7219 后，在加載的上升沿將 D7D0送入對應(yīng)的內(nèi)部寄存器。 MAX7219 的輸入時序圖如下圖 410 所示。數(shù)據(jù)由 DIN 引腳輸入，最先輸入的為最高位，在 CLK 的上升沿 將數(shù)據(jù)位移入器件內(nèi)的移位寄存器， LOAD 引腳信號的上升沿將最后移入的 16 位數(shù)據(jù)鎖存入相應(yīng)的寄存器中， LOAD 信號的上升沿必須與 CLK 的上升沿同時 或在其后 。 從 DIN 輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過 個 CLK 脈沖 后移到 OUT 引腳上 圖 410 MAX7219的輸入時序圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 26 顯示程序設(shè)計 要對 MAX7219 進(jìn)行編程，首先要對其進(jìn)行必要的設(shè)置。 MAX7219 的串行數(shù)據(jù)格式如下表 1 所示。其中： D12~D15 位不用； D8~D11 為顯示位和各種方式的控制寄存器地址位，可選擇要顯示的位、解碼方式、顯示亮度、掃描位數(shù)、 停止方式、顯示測試等，其地址分布如下表 2所示； D0~D7 為數(shù)據(jù)位，其形式與顯示出的數(shù)字間的關(guān)系與解碼方式有關(guān)。表 2 中 X 可為 16 進(jìn)制任意值，一般取為 0。每組16位數(shù)據(jù)中，首先接受的為最高有效位，最后接受的為最低有效位 [12]。 方式寄存器可設(shè)置個位數(shù)碼管為解碼顯示方式，或非解碼的數(shù)據(jù)位與顯示段直接對應(yīng)的顯示方式。亮度寄存器用于與外部電阻配合控制數(shù)碼管的顯示亮度。掃描限制寄存器控制顯示的位數(shù)。停機(jī)寄存器控制顯示器為停機(jī)或正常工作狀態(tài)，停機(jī)狀態(tài)下掃描振蕩器停止工作，消隱所有顯示位。顯示測試寄存器設(shè)置器件為正常工 作或測試狀態(tài)。空操作寄存器用于多個 MAX7219 級連。器件上電后所有控制寄存器復(fù)位。解碼方式寄存器的值為非解碼方式，亮度寄存器的值設(shè)置為最小，掃描寄存器設(shè)置為僅顯示 1 位，停機(jī)寄存器處于停機(jī)狀態(tài)，顯示消隱。因此MAX7219 必須經(jīng)過初始化后才可正常工作。 程序清單 如下 ： ORG 0000H MAX7219:DIN BIT ；定義變量 CLK BIT LOAD BIT LED_BF EQU 50H ；顯示數(shù)據(jù)首址 AJMP MAIN MAIN: MOV SP.70H LCALL PROCESS ；設(shè)置 MAX7219 初始值 LCALL DISPLAY ；顯示 WAIT。 ； SJMP WAIT 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 27 MAX7219 初始化子程序 PROCECC :MOV A,0BH MOV B,07H LCALL W_7219 MOV A,09H MOV B,00H LCALL W_7219 MOV A,0AH MOV B,09H LCALL W_7219 MOV A,0CH MOV B,01H LCALL W_7219 RET MAX7219 顯示子程序 DISPLAY:MOV R0,LED_BF MOV R4,01H MOV R3,08H C_DISP:MOV A,@R0 MOV B,A MOV A,R4 LCALL W_7219 INC R0 INC R4 DJNZ R3,C_DISP RET W_7219:CLR LOAD LCALL SD_7219 MOV A,B LCALL SD_7219 SETB LOAD RET 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 總 結(jié) 28 結(jié) 論 本系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C51 芯片為核心部件，利用施密特整形，配合軟件實現(xiàn)了小車的黑線檢測、時間顯示等功能，最終使小車完成設(shè)計題目要求的各項任務(wù)。在設(shè)計系統(tǒng)中，力求硬件線路簡單，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點，來滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。本系統(tǒng)中應(yīng)用電機(jī)驅(qū)動和電機(jī)調(diào)速部分可以采用橋式 PWM電路來實現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車往返行駛的 作用 。 另外，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我的理論知識比過去豐富了，實踐能力也得到了提高。但是由于畢業(yè)設(shè)計時間較短，加上我們能力有限，通過 這幾年的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在才發(fā)現(xiàn)自己理論知識并不是掌握的很好，學(xué)得不是很精通，太多知識還是一知半解的，今后還需不斷地鞏固，學(xué)習(xí)，即使我已經(jīng)是非常努力地做了這次畢業(yè)設(shè)計，該系統(tǒng)還有許多不盡如人意的地方，出錯處理不夠等多方面問題。這些都有待今后進(jìn)一步改善。 為了做好這個系統(tǒng)，我查閱了大量資料，邊學(xué)邊做，盡管不太完善，不怎么美觀，但我覺得自己已經(jīng)有所提高，我很不太滿意的同時，也有一點高興的地方，我是盡力做了，我想我以后一定能夠做得更好。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）