【正文】 干單片機(jī)1 塊二極管若干電容若干紅外對(duì)管5只蜂鳴器1只電位器若干12M晶振1只杜邦線若干玩具小車1個(gè)排針若干遙控芯片1個(gè)一體化接收頭1個(gè)比較器5個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片1個(gè)顯示器1個(gè)43附錄2附錄2紅外遙控編碼程序(c編寫)：includedefine uchar unsigned chardefine uint unsigned intdefine uintlong unsigned longsbit p3_0=P3^0。此外，在撰寫畢業(yè)論文過(guò)程中，得到了身邊的很多同學(xué)的給力幫助。從論文選定，開(kāi)始做開(kāi)題報(bào)告起，遲老師都嚴(yán)格把關(guān)，為此付出了辛勤的勞動(dòng)，特別是每當(dāng)老師評(píng)閱論文時(shí)，看花雙眼卻仍然堅(jiān)持，都讓我為之心痛。39致 謝本設(shè)計(jì)能夠順利完成，還承蒙遲耀丹老師的悉心教導(dǎo)，給了我解決問(wèn)題的思路和方法，并且在設(shè)計(jì)環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持。為了完成這次設(shè)計(jì)，我查閱了很多相關(guān)資料，也深切體會(huì)到了電子技術(shù)發(fā)展的速度之快，因此，在未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作中，我也會(huì)更多地接觸新的知識(shí)，不能停下學(xué)習(xí)的腳步。理論是死板的，人是靈活的，能否處理好實(shí)際問(wèn)題是對(duì)一個(gè)人能力的衡量和考驗(yàn)。電學(xué)專業(yè)培養(yǎng)的就是未來(lái)的電子工程師，需要具備很強(qiáng)的分析能力，創(chuàng)新能力以及文字處理能力。結(jié)論結(jié) 論通過(guò)本次紅外玩具小車設(shè)計(jì)，我們不僅收獲了親手制作小車、編寫源程序控制小車完成循跡避障功能之后的喜悅，也更進(jìn)一步凝練了自己所學(xué)。有一些功能用硬件可以實(shí)現(xiàn)，用軟件也同樣可以實(shí)現(xiàn)，只是所花費(fèi)的代價(jià)有所不同，往往用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)更為靈活一點(diǎn)。子程序入口初始化顯示并靜止3秒前進(jìn)小車轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并顯示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)返回檢測(cè)是否接收到紅外信號(hào)檢測(cè)是否遇到黑線和障礙NNYY圖46 自動(dòng)循跡避障模式子程序流程圖 本章小結(jié)本章中介紹了系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)思路和程序框架。子程序入口辨別接收到的數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)并顯示后轉(zhuǎn)并顯示停轉(zhuǎn)并顯示模式轉(zhuǎn)換并顯示左轉(zhuǎn)并顯示循跡避障模式返回右轉(zhuǎn)并顯示無(wú)效為00H是否接收到紅外信號(hào)為02H為04H為05H為06H為08HNYYYYYYNNNNNYN圖45 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖 自動(dòng)循跡避障流程圖自動(dòng)尋跡避障是紅外遙控玩具車的一個(gè)工作模式，在這里把他作為一個(gè)數(shù)據(jù)處理子程序插入到總程序中，在單片機(jī)接收到模式轉(zhuǎn)換的信號(hào)時(shí)，主程序則會(huì)自動(dòng)調(diào)用自動(dòng)尋跡壁障子程序，使小車在固定的軌道上自動(dòng)運(yùn)行。其流程圖如圖44所示。其接收端主程序流程圖如圖43所示。中斷入口設(shè)置初值發(fā)送數(shù)據(jù)反向發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送用戶碼發(fā)送結(jié)果碼發(fā)送起始碼中斷返回圖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(hào)的接收、解碼，以及直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和液晶屏的顯示。37第4章 軟件設(shè)計(jì)第4章 軟件設(shè)計(jì) 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(guò)掃描的按鍵值來(lái)確定發(fā)送的紅外信號(hào)，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(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在本章中列出了此次設(shè)計(jì)所用的全部器件以及一些主要技術(shù)和器件的介紹。時(shí)鐘振蕩電路如圖39。圖中SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。振蕩器工作受/PD端控制，由軟件置“1”PD（）使/PD＝0，振蕩器停止工作，整個(gè)單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。AT89C51是屬于CMOS8位微處理器，它的時(shí)鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機(jī)。圖38 單片機(jī)復(fù)位電路 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開(kāi)始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。10MHZ時(shí)約為1ms，1MHZ時(shí)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。在加電瞬間，電容通過(guò)電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使MCS51有效的復(fù)位。單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。此時(shí)ALE、PSEN、P0、PPP3口都 輸出高電平。引腳說(shuō)明如下：表34 LCD引腳說(shuō)明引腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出作用1VSS電源地2VCC電源（+5V）3VEE對(duì)比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令 1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LXD寫入指令或數(shù)據(jù) 1=從LCD讀取信息6E1,10輸入使能信息號(hào)，1時(shí)讀取信息，10執(zhí)行指令續(xù)表34 LCD引腳說(shuō)明引腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出作用7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line7（最高位）15A+VCCLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極 最小單元電路系統(tǒng) 復(fù)位電路模塊計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)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(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。 LCD1602功能特性1602LCD有以下特性：（1）+5V電壓，對(duì)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(chǔ)器DDRAM；（5）內(nèi)建有160個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM；（6）8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。圖37 一體化紅外接收探頭HS0038 顯示系統(tǒng) LCD1602簡(jiǎn)介顯示模塊用液晶顯示器LCD1602來(lái)顯示小車各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。OUT即是解調(diào)信號(hào)的輸出端，直接接單片機(jī)I/O口就可以了。就是說(shuō)如果接收電路里收到這些數(shù)據(jù)碼中的某一個(gè)就知道哪一個(gè)鍵按下了，從而執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。HT6221的編碼規(guī)則是：當(dāng)一個(gè)鍵按下超過(guò)36ms，振蕩器使芯片激活，如果這個(gè)按鍵按下且延遲大約108ms，這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼(9ms)，一個(gè)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(guò)108ms仍未松開(kāi)，接下來(lái)發(fā)射的代碼將僅由起始碼(9ms)和結(jié)束碼()組成。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(jiàn)，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。 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(hào)通過(guò)紅外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。原理圖見(jiàn)圖35。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)小車行進(jìn)過(guò)程中，如果遇到障礙，紅外檢測(cè)頭亮燈時(shí)，收到一個(gè)低電平，左電機(jī)停止工作，右電機(jī)正常工作，小車左轉(zhuǎn)避開(kāi)障礙。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(diǎn)。 避障系統(tǒng) 避障原理采用一只紅外對(duì)管置于小車右側(cè)。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。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(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。當(dāng)“”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)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(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。18V； (3)對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬； (4)共模范圍很大，為 0~（）Vo； (5)差動(dòng)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集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)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。TCRT5000傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來(lái),。避障亦是此原理。紅外探測(cè)法，即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(diǎn)。 循跡系統(tǒng) 循跡原理小車循跡原理是小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路”黑線。此時(shí)可以通過(guò)調(diào)整PWM的占空比，來(lái)改變電機(jī)兩端的平均電壓大小。（3）PWM調(diào)速原理AT89C51單片機(jī)有集成的定時(shí)器產(chǎn)生PWM波形，我們可通過(guò)用它的一個(gè)定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生占空比和頻率可調(diào)方波來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。方案二：考慮到上述方案存在的缺陷，且小車本身重量過(guò)大，電源又太重，實(shí)在找不到電量大且重量輕的電源，我們研究出只有一邊正轉(zhuǎn)一邊反轉(zhuǎn)才能轉(zhuǎn)彎。造成這種現(xiàn)象的原因是：小車轉(zhuǎn)彎是通過(guò)一側(cè)的輪子停轉(zhuǎn)，另一側(cè)的輪子正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。另外還有左前轉(zhuǎn)，右后轉(zhuǎn)，左后轉(zhuǎn)等動(dòng)作，控制方法類似。方案一：在設(shè)計(jì)中只要讓一側(cè)的電機(jī)停轉(zhuǎn)，讓另一側(cè)的電機(jī)正傳或反轉(zhuǎn)，這樣小車就會(huì)朝著一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)。此時(shí)的P4_7P4_4端口數(shù)據(jù)為0110。由上表可知兩個(gè)電機(jī)都正轉(zhuǎn)的控制組合為P4_7P4_4為1001，也就是說(shuō)只要把P4_7P4_4設(shè)置為1001就實(shí)現(xiàn)了小車的前進(jìn)功能。該芯片的一些參數(shù)如下：(1) 邏輯部分輸入電壓：6～7V(2) 驅(qū)動(dòng)部分輸入電壓Vs：～46V(3) 邏輯部分工作電流Iss：≤36mA(4) 驅(qū)動(dòng)部分工作電流Io：≤2A(5) 最大耗散功率：25W（T=75℃）(6) 控制信號(hào)輸入電平：高電平：≤Vin≤Vss，低電平：≤Vin≤(7) 工作溫度：25℃～＋130℃(8) 驅(qū)動(dòng)形式：雙路大功率H橋驅(qū)動(dòng) 小車方向與速度控制智能小車首先要能實(shí)現(xiàn)直走，在行進(jìn)中遇到障礙物時(shí)同時(shí)要能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和倒退控制，才能避開(kāi)障礙物。引腳8為芯片的接地引腳，它與L298N芯片的散熱片連接在一起。1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)，也可以直接接地。引腳5，7，10，12為單片機(jī)輸入到L298N芯片的輸入引腳。同理，引腳13和14也可控制一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。其內(nèi)部包含4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路, 即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TT L 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A 以下的電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖見(jiàn)圖32。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)，輸出腳SENSEA和SENSEB用來(lái)連接電流檢測(cè)電阻，Vss接邏輯控制的電源。12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn), ENA、ENB 接控制使能端，用來(lái)輸入PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由L298N 構(gòu)成的PWM功率放大器的工作形式為單極可逆模式，PWM電路由四個(gè)大功率晶體管組成H橋電路構(gòu)成，四個(gè)晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，兩個(gè)H橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起，1 腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器, 形成電流傳號(hào)。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘放大器電路的輸出端。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P1口：P1口是一個(gè)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(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。 AT