【正文】 先使用圖 42中的“ Manage Components”命令建立組，然后用鼠標直接在組之間移動文件即可。如圖 42 所示 圖 42 添加文件界面 (c)移走項目：在欲移走的文件上點擊鼠標右鍵，會彈出一菜單，執(zhí)行其中 哈爾濱理工大學學士學位論文 23 的“ Remove File ?***?”命令即可。 (b)向 Source Group1 添加文件。加入程序文件的過程如下。 如圖 41 所示，在此我們選擇 Atmel 下的 AT80C52， 確定后，會彈出一“ Copy Standard 8051 Startup Code to Project Folder and Add File to Project”信息， 一般選擇“是”即可。 (1) 建立項目 選擇 Project 菜單下的 New Project 命令，創(chuàng)建新工程，在對話框中設定新工程的位置，輸入新工程名字保存 即可。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil開發(fā)環(huán)境介紹 Keil 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全 Windows界面。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結構，由主程序﹑定時 /計數(shù) 子程序、 尋跡 子程序﹑避障子程序﹑ 遙控 子程序 等 構成。所謂“模塊”，實質上就是 所需要完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制生產。 在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。因此，軟件設計在微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。隨后，由于要對電機進行控制，設計了電源模塊與電機的驅動模塊，以便電機的靈活應用，再加以尋跡、避障、遙控等模塊的設計，完成了小車初步智能化的硬件保證，至此 ，小車的基本構架完成。硬件是智能小車的基礎，只有一個合理、完整的硬件系統(tǒng)才能發(fā)揮出應有的功能，同時穩(wěn)定的硬件系統(tǒng)也為小車的運行提供了良好的軟件運行環(huán)境，從而使小車整個系統(tǒng)達到和諧的目的。 接收電路仍采用避障模塊中的紅外接收電路，如 上 圖 315 所示，其中，紅外 1838 接收到紅外信號后，傳輸給單片機，由單片機采用程序處理進行紅外的解碼，以此來識別遙控器的按鍵，并發(fā)出指令執(zhí)行相應的操作。電路調試簡單，若對發(fā)射信號進行編碼，可實現(xiàn)多路紅外遙控功能。在智能控制中，無線遙控更是成為了不可 或缺的一部分，同時也是為了在特殊情況下按照人為的意愿進行操作的最佳選擇。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度 [11]。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限 幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠近。有紅外編碼信號發(fā)射時，輸出為檢波整形后的方波信號，并直接 哈爾濱理工大學學士學位論文 20 提供給單片機，單片機進行識別處理后，再發(fā)出指令，控制小車的行進。 8 腳：外接電源 VCC 根據(jù) 555 的功能，使用第 3 引角做為紅外信號觸發(fā)端，具體電路如圖 314所示 [10]： 圖 314 紅外發(fā)射電路 該模塊使用一體化紅外接收頭 1838，其電路如 圖 315 所示。 7 腳：放電端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只 電容接地，以防引入干擾。當 RD端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TL、 TH 處于何電平，時基電路輸出為“ 0”，該端不用時應接高電平。它具有占空比可調的優(yōu)點， 555 各管腳功能如下： 1 腳：外接電源負端 Vss 或接地，一般情況下接地。小車在行進過程中由光電開關向前方發(fā)射出紅外線，小車根據(jù)三個光電開關接受信號的情況來判斷前方 是否有 障礙物 。 圖 312 TCRT5000 紅外傳感器 為使反射信號可直接被單片機所識別，使用 LM393 進行信號的放大，原理圖如圖 313 所示： 圖 313尋跡模塊原理圖 避障模塊設計 根據(jù)避障方案的先擇，本次設計采用 NE555 電路進行紅外信號的調制，經(jīng)紅外發(fā)射管發(fā)射后， 當紅外線遇到障礙物時發(fā)生漫反射，反射光被 紅外 接收 一體的 1838 紅外接收頭所識別并 傳給單片機，再由單片機進行判斷并發(fā)出行進避障指令，使小車做出相應的動作。 哈爾濱理工大學學士學位論文 18 (2)檢測距離可調整范圍大， 4～ 13cm 可用。將這個變化轉為電壓信號，就可以被處理器接受并處理，進而實現(xiàn)對反光性差別較大的兩種顏色 (如黑白兩色 )的識別 [9]。 經(jīng)多次實際測試，采用 PWM技術進行小車調速、轉向操作具有如下優(yōu)點： ，能消除靜摩擦死區(qū) ，每個晶體管的驅動脈沖仍較寬 ，有利于保證晶體管可靠導通 ，調速范圍較大 尋跡模塊設計 根據(jù)此前方案論證，選用紅外反射式光電傳感器， 它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器， 由 1 個紅外發(fā)射管 (發(fā)射器 )和 1 個光電二極管 (接收器 )構成。二極管要有足夠的回復時間和足夠電流承受能力。 L298需要兩個電壓，一個為邏輯電路工作所需的 5V電壓 Vcc，另一個為功率電路所需的驅動電壓 Vs。 圖 310 L298引腳及外形圖 表 33列出了 L298的各引 腳功能。 IN IN4端控制方法與 IN IN2端相同，不再贅述。對于 L298驅動芯片，內部已集成 2個 H橋，只需在使能控制端 EN EN2加載 PWM波，通過調節(jié) PWM波的占空比，即改變加載到電機兩端的電壓平均值，來實現(xiàn)調速功能。 由上述分析， U U2這對控制 電壓采用了 1000Hz 的周期信號控制，通過對其占空比的調整，對車速進行調節(jié)。 L298 接受到單片機控制信號，輸出控制信號給電機，完成相應運行動作。 當 1?K 時，相當于加入直流電壓，這時電機全速運轉， MAXPP? ；當 0?K時，相當于電機兩端不加電壓，電機靠慣性運轉。經(jīng)反復試驗，選擇脈沖頻率1000Hz，電機轉動較平穩(wěn)，控制效果較佳。脈沖寬度一定時，頻率對電機運行的平穩(wěn)性有較大影響，脈沖頻率高 ,馬達運行的連續(xù)性好，但帶負載能力差，脈沖頻率低則反之。采用 H橋電路可以增加驅動能力，同時保證了完整的電流回路。采用此種控制結構，各級職責明確，結構清晰易于實現(xiàn)?？梢灾苯油ㄟ^電源來調節(jié)輸出電壓，可以直接用單片機的 IO口提供信號，而且電路簡單，使用比較方便。 L298雙全橋步進電機專用驅動芯片，比較常見的是 15腳 Multiwatt封裝的 L298如圖 37所示 : 圖 37 L298N Multiwatt 封裝 外形圖 哈爾濱理工大學學士學位論文 15 內部包含 4信道邏輯驅動電路，可以方便的驅動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。 本設計采用 PWM調速技術來實現(xiàn)小車轉向、調速控制，因為設計的電動小車采用 2個直流電機，左、右兩側電機獨立控制。在接收到外部主控單片機發(fā)出的指令后，能迅速做出 “應答 ”，這就需要電機驅動芯片發(fā)揮作用。本系統(tǒng)采用 12V 的蓄電池做為供電電源，為得到所需電壓需進行降壓及穩(wěn)壓操作，采用常用的穩(wěn)壓芯片 780 780 7805，分別得到 9V、 6V、 5V 穩(wěn)定電壓，設計電路圖如圖 36 所示： 圖 36 電源模塊 電機驅動模塊設計 智能 小車區(qū)別于普通的電動玩具小車的最大特點是：可以智能調節(jié)小車運行狀態(tài)。 圖 35 下載通信端口原理 哈爾濱理工大學學士學位論文 14 電源模塊設計 電源模塊為系統(tǒng)其它各個模塊提供所需要的電源， 主要為單片機、電機及其驅動、尋跡模塊、臂章模塊供電。圖 34 即為MAX232 的基本接線圖。所以，采用此芯片接口的品德通信系統(tǒng)只需單一的 +5V 電源就可以了。通常用 MAX232 芯片來完成電平轉換。同步通信的缺點是要求發(fā)送時鐘和接收時鐘保持嚴格的同步 在單片機與單片機，單片機與計算機之間通信時，通常采用異步串行通信方式。其中同步字符位于幀開頭，用于確認數(shù)據(jù)字符的開始。這里的信息幀與異步通信中的字符幀不同 ，通常含有若干個數(shù)據(jù)字符。 異步串行通信是 發(fā)送端和接收端可以由各自的時鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個時鐘源彼此獨立，互不同步 ， 一位接一位地順序傳送 ，由此可見，異步串行通信實現(xiàn)容易，設備開銷較小，但每個字符要附加 2~3 位，用于起止位、校驗位和停止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。 哈爾濱理工大學學士學位論文 12 (a)上電復位 (b)按鍵電平復位 (c)按鍵脈沖復位 圖 33 復位電路 下載端口設計 單片機程序的下載實質上就是單片機的通信，是指單片機與計算機之間的信息交換，通常單片機與計算機之間的通信我們用的有并行和串行兩種通信方式，而在單片機系統(tǒng)以及現(xiàn)代單 片機測控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖 33(b)所示；而按鍵脈沖復位則是 利用 RC 微分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路如圖 33(c)所示： 電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 12MHz 晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于 2 個機器周期 [8]。這佯，只要電源 Vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。 復位操作有上電自動復位 和 按鍵手動復位兩種方式。 整個復位電路包括芯片內、外兩部分。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù) 24 個振蕩周期 (即二個機器周期 )以上。 除 PC 之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表32 所示。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。片內時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘 P1 和 P2，供單片機使用。 外部方式的時鐘電路如圖 32(b)所示， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。時鐘可以由內部方式產生或外部方式產生。 STC89C52 主要功能 如表 31 所示。 口、 P2 口、 P3 口、 P4 口為 4 個并行 8 位 I/O 口。 電源 單片機 STC89c522 電機 電機驅動 無線控制 遙控器 尋跡 避障 黑線檢測 障礙檢測 電機驅動 無線控制 遙控器 單片機 STC89c52 黑線檢測 尋跡 避障 障 礙檢測 哈爾濱理工大學學士學位論文 10 ： 1 個全雙工的串行口，具有四種工作方式。 ：具有 6 個中斷源， 2 級中斷優(yōu)先權。它們都是通過片內單一總線連接而成，其基本結構依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結構模式。 STC89C52 單片機硬件結構 STC89C52 單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。系統(tǒng)原理圖如圖 3— 1 所示。尋跡模式下，小車采用 反射型光電探測器 檢測 黑帶 ， 將 信號傳給單片機進行識別，同時 通過單片機控制 電機使 小車前進，以及左、右拐彎的操作。 哈爾濱理工大學學士學位論文 9 第 3章 硬件設計 硬件原理圖 電動 智能 小 車采用 STC89C52 單片機進行智能控制。智能單 片機由軟件和硬件結合控制，實現(xiàn)電路設定功能，其具有速度快、功耗低、體積小、外圍器件少等優(yōu)點，除此之外，智能電子產品還具有穩(wěn)定性好、可靠性高，電路簡單、功能實現(xiàn)容易，技術可升級，產品檔次高等優(yōu)勢。通過上面的詳細講述，我們就可以科學合理的制作自己的小車，并把我們需要的功能加到上面，此款智能小汽車無論從工藝制作到傳感器的選擇，再到電源、電機的分配都較為合理，而且結構簡單方便，適合電子愛好者進一步開發(fā)與研究。 以上兩種芯片均可行，但 AT89C51 與 STC89C52 相比，后者具有較大優(yōu)勢，同時基于對 STC89C52 較為熟悉，所以采用方案二，使用 STC89C52 作為智能小車的總體控制芯片。其 片內數(shù)據(jù)存儲器 RAM 有 128B， 片內程序存儲器 Flash ROM 有 4KB；可尋址片外 64KB 的 RAM；兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器；五個中斷源、兩個優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)； 方案二： 采用 STC89C52 芯片，繼承了 AT89C51 的功能，同時在其基礎上進行了優(yōu)良的改進，功能較強大。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，如液晶顯示器﹑ A/D﹑ D/A 轉換器等，且需要設計合適的接口電路。一個單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包含有兩部分內容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內部的功能單元，如 ROM﹑ RAM﹑ I/O 口﹑定時 /記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等。 控制方案論證 智能小車系統(tǒng)的核心模塊即為主控單片機。方案三采用紅外一體接收頭 1838，解調信號輸出端 DOUT可直接被