【正文】 接入了這三個發(fā)光二極管后，不但小車的運行狀態(tài)能夠更好的表現(xiàn)出來，更重要的是，在軟件調(diào)試中，這三個發(fā)光二極管可以給我們很大東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電路的模塊設(shè)計 24的參照，可以提示我們程序運行到什么位置，是否按照要求輸出快速的 PWM 波形或者是慢速 PWM 波形。 因此，我們采用三個不同顏色的發(fā)光二極管來顯示小車所處的不同 行駛 狀態(tài)： （ 1） 紅色表示停止?fàn)顟B(tài)； （ 2） 綠色表示加速狀態(tài)； （ 3） 黃色表示限速狀態(tài)。 當(dāng)小車從起跑線上出發(fā)碰到第二根黑線時系統(tǒng)就調(diào)用加速子程使小車加速行駛，相應(yīng)的發(fā)光管顯示小車的 加速 行駛狀態(tài)；當(dāng)小車碰到第三根黑線時調(diào)用限速子程，小車進入限速區(qū)，相應(yīng)的發(fā)光管顯示小車的限速行駛狀態(tài)；當(dāng)小車 碰到第四根黑線時，小車已經(jīng)過了限速區(qū)，系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的程序控制小車有進入加速行駛狀態(tài)；當(dāng)小車碰到第五根黑線時，小車又開始限速行駛直到小車到達第六根黑線即是終點線，系統(tǒng)調(diào)用子程控制小車停止行駛，同時停車行駛狀態(tài)顯示。脈沖調(diào)速實質(zhì)是調(diào)節(jié)加在電機兩端的平均功率，通過計算可發(fā)現(xiàn)汽車的速度與脈寬成正比。 脈沖頻率對電機轉(zhuǎn)速也有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶負載能力差，頻率低則反之。 在速度控制方面，一般是通過改變加在電機兩端的電壓來實現(xiàn)的，可以是連續(xù)改變（加直流電壓），也可以是斷續(xù)改變（加脈沖電壓）。在單片機的配合下，通過調(diào)脈寬的方法，實現(xiàn)了對驅(qū)動電機的輕松調(diào)速，可以使小車適應(yīng)各種不同的電源。 （ 2）、 為低電平時 ： “向前”和“向后”端均為低電平，電機停轉(zhuǎn)。其中 Q2 為激勵級， 4 為功放級。 為高電平時： （ 1）、 當(dāng) 為低電平時，則“向后”端為低電平，由 Q1 構(gòu)成的反相器使向 前端為高電平。 本系統(tǒng)工程在小車電機的控制部分利用 8050、 8550 等不同三極管的組合，構(gòu)造一座“橋”，實現(xiàn)了對驅(qū)動電機的輕松控制，電機驅(qū)動電路如圖 57 所示。根據(jù)這個原因才選用 、 口。 并 利用了芯片 AT89C51 的 P1 口的 、 兩個管腳。 （ 4） 動態(tài)硬度好，校正瞬態(tài)負載擾動能力強，頻帶寬，動態(tài)硬度高。 （ 3） 電源的功率因數(shù)高， SCR 系統(tǒng)由于導(dǎo)通角的影響，使交流電源的波形畸變、高次諧波的干擾，降低了電源功率因數(shù)?？焖傩院?。 PWM 驅(qū)動裝置控制原理框圖如圖 56 所示。在程序中可以通過中斷重新設(shè)定接通時間的 值 來 改 變 電 機 的 轉(zhuǎn) 速 。 系統(tǒng)中 PWM 脈沖頻率就由接通的時間決定，而占空比即為接通時間與總時間的比值。假設(shè)高電平導(dǎo)通，忽略 三極 管損耗，則在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通時間為 t，周期為 T， 則電機兩端的平均電壓為： U=Vcc t/ T=αVcc ， 其中， α=t/T稱為占空比， Vcc 為電源電壓（電源電壓 三極 減去兩個開關(guān) 管的飽和壓降）。 PWM 脈沖的占空比，決定電機 M 的轉(zhuǎn)速。 PWM 調(diào)速 原理如圖 54 所示。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進行編碼。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負載上去的。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。嚴格地講， 平均速度 Vd 與占空比 D 并不是嚴格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中， 可以將其近似地看成線性關(guān)系。 設(shè)電機始終接通電源時 ，電機轉(zhuǎn)速最大為 Vmax， 設(shè)占空比為 D=t1/T， 則電機的平均速度為 Vd=VmaxD 式中， Vd電機的平均速度； Vmax電機全通電時的速度（最大）； D=t1/T占空比。 脈沖信號 t1 t2 T 最大值 Vmax 平均值 Vd 最小值 Vmin 圖 53 電樞電壓“占空比”與平均電壓關(guān)系圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電路的模塊設(shè)計 20 在脈沖作用下 ， 當(dāng)電機通 電時，速度增加； 電機斷電時 ， 速度逐漸減少。通過改 變直流電機電樞上電壓的“ 占空 比” 來改變平均電壓的大小 ,從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。 PWM 可以應(yīng)用在許多方面 ，如電機調(diào)速、 溫度控制 、壓力控制等。軟件 編程時的考慮是設(shè)置脈寬這個變量，在 的啟停控制端產(chǎn)生 20Hz 可調(diào)脈寬 方波 。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在 15～ 20Hz 效果最佳。比較而言，軟件調(diào)整量化指標更高、調(diào)整更可靠、更方便、更準確。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電路的模塊設(shè)計 19本系統(tǒng)是 在單片機 AT89C51 的控制下，通過對單片機 、 產(chǎn)生的脈寬波形進行調(diào)制的方法 來實現(xiàn)對直流電機的輕松調(diào)速， 即采用脈寬調(diào)制 （ PWM） 原理來控制直流電機的調(diào)速 [7]。 PWM 脈沖可由具有 PWM 輸出口的單片機通過編程產(chǎn)生，或者由單片機外擴8253 來構(gòu)成脈寬調(diào)制器，還可以采用 PWM 專用芯片。利用下降沿可觸發(fā) AT89C51 中斷“ 0” 。綜合考慮，我們?nèi)?5 腳電壓為 ，則1/3Vcc=,2/3Vcc=。 若 Vcc=5V， 有關(guān)1/3Vcc=,2/3Vcc=,能 滿足要求。 當(dāng)電壓由高向低變化時： Vi2/3Vcc， V0=“ 0” ； 1/3VccVi2/3Vcc， V0 保持不變； Vi1/3Vcc， V0 翻轉(zhuǎn)為“ 1” 。 V0 “ 1” “ 0” Vi 1/3Vcc 2/3Vcc 圖 52 輸入輸出之間的遲滯回線特性 當(dāng)電壓由低向高變化時： 0Vi1/3Vcc， V0=“ 1” ； 1/3VccVi2/3Vcc， V0 保持不變。 5 腳為電源控制端，不用時通過 。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電路的模塊設(shè)計 18NE555 內(nèi)部電路： 2 腳為置位輸入端，當(dāng)該端輸入電壓低于 1/3U時， NE555 電路就置位； 3 腳輸出高電平， 放電端 7 腳就對搭地點斷路 (內(nèi)部放電三極管 T1 截止 )，6 腳為復(fù)位 輸入端，當(dāng)該端輸入電壓大于 2/3U+時， NE555 電路就轉(zhuǎn)入復(fù)位； 3 腳輸出低電平 ， 7 腳就對搭地點短路 (內(nèi)部放電三極管 T2 導(dǎo)通 )。 TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U2NE5551 2 3 4WW51PC6200KR91KR101MVR1+5V+5VINT0 圖 51 數(shù)據(jù)采集電路原理圖 在此設(shè)計中我們選用 NE555 芯片 在數(shù)據(jù)采集電路中 。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 [6]。 數(shù)據(jù)采集模塊 本系統(tǒng) 利用紅外反射式檢測器對黑色或白色在敏感反應(yīng)的特性，可完成數(shù)據(jù)的采集，圖 51 為數(shù)據(jù)采集電路原理圖。經(jīng)單片機處理后，用、 分別控制電機的轉(zhuǎn)向以及脈寬，車載顯示器在運行過程中顯示通過地面標志 線速度的變化狀態(tài) 。小車前端貼有一片光電檢測器，對線區(qū)的數(shù)據(jù)進行采集，把變化的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，此信號經(jīng)施密特觸發(fā)電路整形后，送入單片機的中斷端 （ INT0）。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件電路的模塊設(shè)計 175 系統(tǒng)硬件電路 的模塊 設(shè)計 由于跑道是白色的，在某些規(guī)定區(qū)域有黑色線條標志，根據(jù)顏色對光的吸收和反射特性，光接收管在黑白區(qū)域的導(dǎo)通狀態(tài)不相同。 復(fù)位、置位是指將器件的邏輯值設(shè)為特定的值，一般我所了解 “ 復(fù)位 ” 一般指將寄存器的 Q 端輸出設(shè)為 0， “ 置位 ” 指將寄存器的 Q 端輸出設(shè)為 1。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。在通電瞬間，由于 RC 的充電過程，在RESET 端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持 10ms 以上就能使單片機可靠復(fù)位。 AT89C51 的 復(fù)位 電路 單片機復(fù)位電路原理是在單片機的復(fù)位引腳 RST 上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復(fù)位，而復(fù)位時間是 (時鐘周期 =12 振蕩周期 ,振蕩周期 =1/f)，這個時間只能大不能小，具體數(shù)值可以由 RC 電路計算出時間常數(shù)。如上圖所示， 振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖并不是時鐘信號，而是經(jīng)過二分頻后才作為系統(tǒng)達到時鐘信號。 30pFC130pFC212MHXTALXTAL1XTAL2GND 圖 44 時鐘 電路 我們可以用示波器測出 XTAL2 上的波形。輸出端為引腳 XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳接晶體震蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激震蕩器。 XTAL1（ 19 腳）是按外部晶體管的一個引腳。這二者既有聯(lián)系又有區(qū)別。 在前面介紹單片機引腳時，我們已經(jīng) 敘述過有關(guān)振蕩器的概念。 30pFC230pFC312MHXTAL1KR1+5V+12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40AT89C51D1IN414822uFC1 圖 43 單片機最小化系統(tǒng)圖 AT89C51 的 時鐘電路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。二極管的作用是起快速泄放電容電量的功能，滿足短時間多次復(fù)位都能成功。單片機的時鐘電路有一個 12M 的晶振和兩個 30P 的小電容組成，它們決定了單片機的工作時間精度為 1 微秒。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口， 如表格 41 所示。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口在FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 （ 2） P1 口 （ ～ ） ： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 2． 輸入 /輸出引腳： （ 1） P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。在單片機內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40AT89C51 圖 42 AT89C51 引 腳圖 引腳 XTAL1 和 XTAL2： （ 1） XTAL1 接外部晶體的一個引腳。其將通用的微