【正文】 該芯片所驅(qū)動的顯示電路如圖 11 所示 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U17 4 H C 2 4 52 3 4 5 6 7 8 91R P 1R E S P A C K 8X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0 . 0 / A D 039P 0 . 1 / A D 138P 0 . 2 / A D 237P 0 . 3 / A D 336P 0 . 4 / A D 435P 0 . 5 / A D 534P 0 . 6 / A D 633P 0 . 7 / A D 732P 1 . 0 / T 21P 1 . 1 / T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 . 0 / R X D10P 3 . 1 / T X D11P 3 . 2 / I N T 012P 3 . 3 / I N T 113P 3 . 4 / T 014P 3 . 7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 . 5 / T 115P 2 . 7 / A 1 528P 2 . 0 / A 821P 2 . 1 / A 922P 2 . 2 / A 1 023P 2 . 3 / A 1 124P 2 . 4 / A 1 225P 2 . 5 / A 1 326P 2 . 6 / A 1 427
。 管腳 A0 到 A7 接單片機(jī)并行口，通過對單片機(jī)對芯片進(jìn)行控制。當(dāng)主控芯片與受控設(shè)備之間需要實(shí)現(xiàn)雙向異步通信時，自然就得選用雙向的八路緩沖器了， 245 就是面向這種需求的 ，它的管腳如圖 10 所示，使用單片機(jī)控制，且用專用驅(qū)動芯片控制可以減少對 CPU 的利用時間，單片機(jī)將有更多的時間去完成其他功能。 本設(shè)計(jì)中采用芯 片 74HC245 作為顯示驅(qū)動器， 245 是方向可控的八 路 緩沖器，主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信 。 超聲波電路如圖（圖 7，圖 8，圖 9）。 輸出的距離值共兩個字節(jié)，第一個字節(jié)是距離的高八位（ HData），第二個字節(jié)為距離的低八位（ LData），單位為毫米。只需要在 Trin/TX 管腳輸入 OX55（波特率 9600），系統(tǒng)便可發(fā)出 8個 40KHZ 的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。即距離值為：（高電平時間 *340M/S)/2。當(dāng)檢測到回波信號后，模 塊還要進(jìn)行溫度值的測量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度值對測距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過 Echo/RX 輸出。 電平觸發(fā)測距工作原理： 在模塊上電前，首先去掉模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于電平觸發(fā)模式。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(shí)現(xiàn)信號的檢測（見圖 6）。在該模塊中 我采用 了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法 —— 紅外探測法。因此，信號檢測模塊占有重要地位。 I N15I N27E N A6O UT 12O UT 23E N B11O UT 313O UT 414I N310I N412S E N S A1S E N S B15G ND8VS4V C C9 U1L 2 9 8 圖 4 L298N 管腳圖 I N15I N27E N A6O UT 12O UT 23E N B11O UT 313O UT 414I N310I N412S E N S A1S E N S B15G ND8VS4V C C9 U1L29 8+ 88 . 8k R P M+ 88 . 8k R P MX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 39P 38P 37P 36P 35P 34P 33P 32P 1P 2P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 10P 11P 12P 13P 14P 17P 3. 6 / W R16P 15P 28P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27U2A T 89C5 2 圖 5 電機(jī)驅(qū)動電路 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 信號檢測模塊電路設(shè)計(jì) 將單片機(jī)用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)中總要有被測信號輸入通道，拾取必要的輸入信息。通過單片機(jī)給予 L298N 電路 PWM 信號中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 來控制小車的速度，起停。 電路分為電源模塊、單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、循跡模塊、壁障模塊。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制左輪電機(jī)停止，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，車向右修正。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 3 硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 小車總體概述 智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個電機(jī)驅(qū)動，調(diào)制前面兩個輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá) 到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。為了確保單片機(jī)控制部分和后輪電機(jī)驅(qū)動的部分的電壓不會互相影響，要把單片機(jī)的供電和驅(qū)動電路分開來，即：用 6 節(jié)干電池 來驅(qū)動電機(jī)芯片，然后用 7805 穩(wěn)壓管來穩(wěn)成 5V 供給單片機(jī)，后輪電機(jī)的電源用 3V 供電，這樣有助于消除電機(jī)干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這種接法比較簡單，但小車的電路功耗過大會導(dǎo) 致后輪電機(jī)動力不足。所以需要對電源的提供必須正確和穩(wěn)定可靠。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。在單芯片上，擁有靈巧的8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。因此，對單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng) [13]。 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢。 Philips 公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將 MCS51 從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。從這一角度來看，Intel 逐漸淡出 MCU 的發(fā)展也有其客觀因素。 即微控制器（ Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了 SCM 與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。 單片機(jī)經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SOC 三大階段 [21]。到了 80 年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，象 INTEL 公司的 MCS51 系列， Motorola 公司的 6801 和 6802 系列，Rokwell 公司的 6501 及 6502 系列等等 ,此外 ,日本的著名電氣公司 NEC 和HITACHI 都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機(jī) [20]。它以體積小，功能全，價格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑 [20]。類似的單片機(jī)還有 Zilog公司的 Z80 微處理器。所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理 單元 (Center Processing Unit,也即常稱的 CPU)和數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、程序存儲器 (ROM)及其他 I/O 通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元，定時單元及 A/D 轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛 [14]。特別是近 20 年時間里，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)，科研，教育，國防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個國家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志 [14]。 結(jié)合實(shí)際需求采用 89C52 作為主控制芯片，該芯片有足夠的存儲空間，可以方便的在線 ISP 下載程序，能夠滿足該系統(tǒng)軟件的需要，對于本作品系統(tǒng)已經(jīng)足夠，采用該芯片可以比較靈活的選擇各個模塊控制芯片，能夠準(zhǔn)確的計(jì) 算出時間，有很好的實(shí)時性 。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。但 CPLD 在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢。 控制系統(tǒng)模塊 考慮選用一片 CPLD（如 EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 口，而且功耗更低。 B、 動態(tài)顯示驅(qū)動： 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是 哪 個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位元選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮 [19]。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 口 多，如驅(qū)動 5 個從左到右依次編號 各自定義 1 號 Pin 接 VCC 電源（ ~） 2 號 Pin 為 UART 時接 TX 端，為電平觸發(fā)時接Trig 端 3 號 Pin 位 UART 時接 RX 端，為電平觸發(fā)時接Echo 端 4 號 Pin 接外部電路的地 5 號 Pin 接外部電路的地 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5*8=40 根 I/O 口來驅(qū)動，要知道一個 89S51 單片機(jī)可用的 I/O 口才 32 個。 A、 靜態(tài)顯示驅(qū)動 ： 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。共陰和共陽極數(shù)碼管，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于 3 位 “ +1” 型。 超聲波模塊選擇 采用 US100 超聲波模塊 US100 主要技術(shù)參數(shù) 表 2 US100 主要參數(shù) US100 超聲波測距模塊可實(shí)現(xiàn) 0~ 的非接觸測距功能，擁有 ~電氣參數(shù) US100 超聲波模塊 工作電壓 ~ 靜態(tài)電流 2mA 工作溫度 20~+70 度 輸出方式 電平或 UART（跳線帽選擇） 感應(yīng)角度 小于 15 度 探測距離 2cm~450cm 探測精度 +1% UART 模式下串口配置 波特率 9600，起始位 1 位，停止位 1位，數(shù)據(jù)位 8 位，無奇偶校驗(yàn)，無流控制 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于 2mA，自帶溫度傳感器對測距結(jié)果進(jìn)行校正，同時具有 GPI0，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。 和光學(xué)傳感器相比，超聲波傳感器不僅可以探測到障礙物的存在，而且能 夠得到障礙物距機(jī)器人的距離，便于機(jī)器人做出決策。在有些情況下，超聲波傳感器是光學(xué)系統(tǒng)無可比擬的。 由 于超聲實(shí)現(xiàn)方便，技術(shù)成熟，成本低，且周