【正文】 減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。其應(yīng)用的特點(diǎn)有： （1） 有可供用戶使用的大量I/O接口 （2） 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限 （3） 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性時(shí)鐘電路 89C52雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。用AT89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上晶振電路和復(fù)位電路再接上ISP下載接口即可。以及對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行顯示的作用。 該芯片所驅(qū)動(dòng)的顯示電路如圖11所示圖11 集成顯示電路圖 顯示驅(qū)動(dòng)器支持動(dòng)態(tài)顯示，其顯示功能如表4所示，00001001顯示從09數(shù)字，1010是未進(jìn)位時(shí)是小數(shù)點(diǎn)清位，1011是進(jìn)位后加小數(shù)點(diǎn)，11001111是八段共陰數(shù)碼管的位選。管腳A0到A7接單片機(jī)并行口，通過對(duì)單片機(jī)對(duì)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(shí)，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(dòng)芯片控制可以減少對(duì)CPU的利用時(shí)間，單片機(jī)將有更多的時(shí)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(dòng)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(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是距離的高八位（HData），第二個(gè)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(gè)40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。即距離值為：（高電平時(shí)間*340M/S)/2。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測(cè)量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度值對(duì)測(cè)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(cè)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(shí)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(hào)，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)（見圖6）。在該模塊中我采用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法——紅外探測(cè)法。因此，信號(hào)檢測(cè)模塊占有重要地位。圖4 L298N管腳圖圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中總要有被測(cè)信號(hào)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(hào)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(dòng)模塊、循跡模塊、壁障模塊。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，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(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，車向右修正。3 硬件設(shè)計(jì) 智能小車采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制前面兩個(gè)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(dòng)的部分的電壓不會(huì)互相影響，要把單片機(jī)的供電和驅(qū)動(dòng)電路分開來，即：，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(jiǎn)單，但小車的電路功耗過大會(huì)導(dǎo)致后輪電機(jī)動(dòng)力不足。所以需要對(duì)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(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)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(shì)。 Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家?！皠?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。80年代，世界各大公司均競(jìng)相研制出品種多功能強(qiáng)的單片機(jī)，約有幾十個(gè)系列，300多個(gè)品種，此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、數(shù)目繁多的I/O接口、多種中斷系統(tǒng)，甚至還有一些帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，功能越來越強(qiáng)大，RAM和ROM的容量也越來越大，尋址空間甚至可達(dá)64kB，可以說，單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)新的平臺(tái)。 在MCS48的帶領(lǐng)下，其后，各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)，象Zilog公司的Z8系列。 1976年INTEL公司推出了MCS48單片機(jī)，這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的8位單片微型計(jì)算機(jī)，并推向市場(chǎng)。 20世紀(jì)70年代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡(jiǎn)單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡(jiǎn)單的I/O口集成到芯片上，象Fairchild公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng)。 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代，象Fairchild公司研制的F8單片微型計(jì)算機(jī)。 1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，從電子管——晶體管——集成電路——大規(guī)模集成電路，使得計(jì)算機(jī)體積更小，功能更強(qiáng)。為此，不采用該種方案，進(jìn)而提出了其他設(shè)想。同時(shí)，CPLD的處理速度非常快，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU就已經(jīng)可以勝任了。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語言進(jìn)行編寫開發(fā)。 為節(jié)省單片機(jī)I/O端口，采用四位一體共陰極動(dòng)態(tài)數(shù)碼管?！　? 通過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼而是進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。US100 5pin接口各自的定義各自定義1號(hào)Pin接VCC電源（~）2號(hào)Pin為UART時(shí)接TX端，為電平觸發(fā)時(shí)接Trig端3號(hào)Pin位UART時(shí)接RX端，為電平觸發(fā)時(shí)接Echo端4號(hào)Pin接外部電路的地5號(hào)Pin接外部電路的地表3 US100各pin接口定義 選用LED數(shù)碼管用作顯示 LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。 雖然光傳播速度比聲音快，但計(jì)算機(jī)控制器延時(shí)和電機(jī)響應(yīng)速度等特點(diǎn)將限制機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的速度，因此光速快的優(yōu)勢(shì)并不明顯。超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)如下[10]： 對(duì)于黑暗的環(huán)境和物體，超聲波傳感器幾乎不受惡劣環(huán)境的影響，仍然能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的探測(cè)障礙物信息，反饋給信息處理設(shè)備。從國內(nèi)外研究情況來看，超聲波裝置主要用作測(cè)距，通過測(cè)量聲源與目標(biāo)物之間的往返傳播時(shí)間，求得目標(biāo)物的距離。超聲波測(cè)距系統(tǒng)，就是為小車了解其前方、左側(cè)和右側(cè)的環(huán)境而提供一個(gè)運(yùn)動(dòng)距離信息[8]。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用[7]。如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電芯片做共振，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，這時(shí)就成了超聲波接收器。超聲波發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有兩個(gè)壓電芯片和一個(gè)共振板。目前，常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。 通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。 作為超聲波傳感器的材料，主要為壓電晶體。它有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過程中有衰減。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，易于使用，且在10m以內(nèi)能給出精確的測(cè)量。 探測(cè)障礙的最簡(jiǎn)單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標(biāo)發(fā)射超聲波脈沖，計(jì)算其往返時(shí)間來判定距離的。由于采用帶有交流分量的調(diào)制信號(hào)，則可大幅度減少外界的干擾；此外紅外發(fā)射接收管的工作電流取決于平均電流，如果采用占空比小的調(diào)制信號(hào)，在平均電流不變的情況下，瞬時(shí)電流很大（50～100mA）（ST188允許的最大輸入電流為50mA），則大大提高了信噪比?？朔巳秉c(diǎn)的方法：采用超高亮度的發(fā)光二極管能降低一定的干擾，但這又會(huì)增加檢測(cè)系統(tǒng)的功耗。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過3CM[5]。 紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，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，小車上的接收管接收不到紅外光。當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。 擴(kuò)散反射型光電開關(guān)它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。 反光板型光電開關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。 對(duì)射型光電傳感器若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測(cè)距離加大。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。 三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。 發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。 利用光電傳感器實(shí)現(xiàn)循跡的基本原理 光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。 這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)[6]。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路（見圖2）[17]。調(diào)試時(shí)在依照邏輯關(guān)系表，用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。該芯片采用15腳封裝，為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，可直接的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。圖1 后采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N（見圖1）。SM6135W是專為遙控車設(shè)計(jì)的大規(guī)模集成電路。所以最后確定使用直流電機(jī)。PWM調(diào)速就是使加在直流電機(jī)兩端的電壓為方波形式，通過改變方波的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 使用直流電機(jī)作為電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，直流電機(jī)的控制方法比較簡(jiǎn)單，只需給電機(jī)的兩根控制線加上適當(dāng)?shù)碾妷杭纯墒闺姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，電壓越高則電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。能適應(yīng)題目中小車準(zhǔn)確前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎的要求，而且這種車版一般都價(jià)格適中。在自然狀態(tài)下，保持前進(jìn)。 文章主要包括下面幾個(gè)內(nèi)容： 綜述小車的研究與現(xiàn)狀，闡述文章的大致方向 對(duì)智能小車進(jìn)行方案總設(shè)計(jì)，主要包括車體的選擇、電驅(qū)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇、循跡模塊和壁障模塊傳感器的選擇控制系統(tǒng)模塊和電源模塊的選擇 對(duì)小車進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，給出電路圖 結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)小車進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，使得小車能自動(dòng)的壁障和循跡 對(duì)小車進(jìn)行制作安裝與調(diào)試，對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行分析2 方案選型設(shè)計(jì) 直接購買的3輪車版，小車為3輪結(jié)構(gòu) 。P0 口用于連接VCC，P1 口用于傳感器的數(shù)據(jù)采集與中斷控制，P2口用于電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)小車的行進(jìn)、繞障。 本文設(shè)計(jì)以STC89C52 單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心。 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)不但集成程度越來越高，已可以在一塊芯片上同時(shí)集成CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器、A／D 轉(zhuǎn)換器、D／A 轉(zhuǎn)換器等多種電路，而且體積越來越小，功耗越來越低，這就很容易將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合，組