【正文】 單片機(jī)己經(jīng)成為當(dāng)今電子設(shè)計(jì)應(yīng)用市場上首選的可編程邏輯器件之一。 系統(tǒng)連線圖結(jié) 論尋跡檢測單元的核心部件選擇了紅外探頭傳感器。當(dāng)走出跑道時(shí)，,，此電平信號將通過相應(yīng)端口傳送入主芯片中，主芯片通過內(nèi)部代碼完成小車的尋跡操作。由電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來完成小車的前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)。40腳的DIP封裝使它擁有32個(gè)完全I(xiàn)O端口，通過這些端口加以信號輸入電路，控制電路，執(zhí)行電路共同完成尋跡小車。打開下載器主界面如圖51步驟一：Select Mcu Type選擇單片機(jī)型號步驟二：Open File 打開文件（Keil C51中生成可下載文件 . 文件）步驟三：Select COM Port,Max Baud/選擇串行口，最高波特率步驟四：設(shè)置本框和右下方‘選項(xiàng)’中的選項(xiàng)步驟五：下載注意：在步驟三中選擇正確的COM口，特別注意的是步驟五先點(diǎn)擊下載，再給單片機(jī)上電，這是單片機(jī)的冷啟動(dòng)。下面詳細(xì)介紹下載過程。 此外Vision2還只有極強(qiáng)的軟件環(huán)境，友好的操作界面和簡單快捷的操作方法，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）豐富的菜單欄；（2）可以快色選擇命令按鈕的工具欄；（3）一些源代碼文件窗口；（4）對話框窗口；（5）直觀明了的信息顯示窗口。RTX51實(shí)時(shí)內(nèi)核簡化廠需要對實(shí)時(shí)事件進(jìn)行反應(yīng)的復(fù)雜應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試。按MON51目標(biāo)監(jiān)控器到您的目標(biāo)系統(tǒng)，并通過monitor51接口下在你的程序，使用高級GDI接口，將mVision2調(diào)試同類似于DP51S單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀或者TKS系列仿真器的硬件系統(tǒng)相連接，通過mVision2的人機(jī)交互環(huán)境指揮連接的硬件完成仿真操作。（4）mVision2軟件調(diào)試器 mVision2軟件調(diào)試器能十分理想地進(jìn)行快速，可靠的程序調(diào)節(jié)，調(diào)試器包括一個(gè)同速模擬器，您可以使用它模擬整個(gè)80C50系統(tǒng)，包括片上外圍器件和外部器件，當(dāng)您從器件數(shù)據(jù)庫選擇時(shí)，這個(gè)器件的屬性會被自動(dòng)配置。（3）BLSI連接器/定位器 BL51連接器使用從庫中提取出來的目標(biāo)模塊和便宜器，匯編器生成的目標(biāo)模塊，創(chuàng)建一個(gè)絕對地址目標(biāo)模塊。這些庫是按規(guī)定格式排列的目標(biāo)模塊，可在以后被連接器所使用。KeilA51宏匯編器支持80C51及其派聲系列的怕有指令集。（1）C51便宜器和ASI匯編器 由mVision21DE創(chuàng)建的潭文件，可以被C51便宜器或A51匯編器處理，生成可重定位的object文件。這個(gè)工具套件足為專業(yè)軟件開發(fā)人員設(shè)計(jì)的，但任何層次的編程人員都可以使用，并獲得80C51微控制器的部分應(yīng)用。 （6）OH51目標(biāo)文件至HEX格式的轉(zhuǎn)換器：從絕對目標(biāo)模塊生成IntelHEX文件。（4）BL51連接/定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)模塊，生成絕對目標(biāo)模塊。（2）C51國際標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化C交叉編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的口標(biāo)模塊。尤其C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率性達(dá)到了較高的水平，而可以附加靈活的控制選項(xiàng)。經(jīng)過編譯、環(huán)境下載調(diào)試、單片機(jī)資源劃分。根據(jù)圖41求得方法如下。D（z）H0(S)GP(S)最少拍控制器零階保持器被控對象R(S)T E(z)TY(S)TY(z)由離散控制理論，最少拍控制系統(tǒng)的誤差脈沖傳遞函數(shù)Φe（z）= =1－Φ（z） （） = 系統(tǒng)偏差為：E(Z)= Φe（z）R(Z)一般控制系統(tǒng)有三種典型輸入形式：（1）單位階躍輸入：r(t)=1R(Z)= （）（2）單位速度輸入：r(t)=tR(Z)= （）（3）單位加速度輸入：r(t)= t2R(Z)= （）在本設(shè)計(jì)中采用單位階躍輸入，被控對象為直流電機(jī)，零階保持器傳遞函數(shù)已知。典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖41所示。最小拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是對特定的參考輸入信號，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)在采樣點(diǎn)處靜差為零。對最小拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求是：（1）調(diào)節(jié)時(shí)間最短，即系統(tǒng)跟蹤輸入信號所需的采樣周期數(shù)最少； （2）在采樣點(diǎn)處無靜差，即對特定的參考輸入信號，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)在采樣點(diǎn)能精確實(shí)現(xiàn)對輸入信號的跟蹤； （3）設(shè)計(jì)出來的數(shù)字控制器必須是物理上可以實(shí)現(xiàn)的； （4）閉環(huán)系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的。最少拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與被控對象的零極位置有很密切的關(guān)系?？梢钥闯鱿到y(tǒng)對閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的要求是快速性和準(zhǔn)確性。 最少拍控制算法最少拍設(shè)計(jì)，是指系統(tǒng)在典型輸入信號（如階躍信號，速度信號，加速度信號等）作用下，經(jīng)過最少拍（有限拍），使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。直到小車跑回沒有障礙物的軌道，正常前進(jìn)。根據(jù)小車的指示燈來判斷小車的運(yùn)行情況。所以采取此方案。方案2：采用干電池組進(jìn)行供電采用四節(jié)干電池降壓至5V后給單片機(jī)及其他邏輯單元供電。而且避障小車極易把拖在地上的電線識別為障礙物，人為增加了不必要的障礙。方案1：采用交流電經(jīng)直流穩(wěn)壓處理后供電采用交流電提供直流穩(wěn)壓電源，電流驅(qū)動(dòng)能力及電壓穩(wěn)定性最好，且負(fù)載對電源影響也最小。該芯片有兩個(gè)TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性。直流電機(jī)的控制一般由單片機(jī)的PWM信號來完成，因?yàn)閱纹瑱C(jī)產(chǎn)生的信號很小，所以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L9110驅(qū)動(dòng)器。返回的電壓值為低電平，而單片機(jī)就可以進(jìn)行各種智能化控制了。那么我們就可以利用這個(gè)特性來完成障礙物的判斷。但對于不用的物體反射特性是不一樣的，特別是對白色反光的物體，紅外光線的反射量將會多一點(diǎn)。當(dāng)紅外接收探頭接收到信號后，再將信號送到單片機(jī)由單片機(jī)內(nèi)部的程序來控制小車的運(yùn)行情況。我們知道光有反射的特性。紅外發(fā)射與紅外接收器V1紅外發(fā)射器：主要完成紅外線的發(fā)射V2紅外接收器：主要完成將反射回來的紅外光線接收到后再由電阻轉(zhuǎn)換為電信號。15K的電阻選擇是隨意選擇的，也可以選擇10K，20K。所以根據(jù)單片機(jī)電源減去二極管管壓降除以流過二極管電流，就可以得到所需要的電阻。 詳細(xì)全圖見附錄220電阻：紅外發(fā)射器的降壓與限流電阻（完成對紅外發(fā)射器的保護(hù)）。（1）本設(shè)計(jì)中選用的傳感器如圖36所示，白色為：紅外發(fā)射探頭（連續(xù)的發(fā)射紅外光線）。尋跡傳感器模塊的設(shè)計(jì)是整個(gè)智能小車設(shè)計(jì)中最重要的一部分，其作用相當(dāng)于人的眼睛和耳朵，采集外部路面的信息并將其送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其能否正常工作直接影響著小車隊(duì)路面的判斷以及小車下一步的行動(dòng)，因而其布局的合理性與有效對小車穩(wěn)定而又快速的行駛起著關(guān)鍵的作用。 AT89S51復(fù)位電路本次設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，只要電源VCC的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號（RST）送施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。若使用頻率為6MHZ的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4微秒才能完成復(fù)位操作。(1) 復(fù)位信號及其產(chǎn)生RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位操作還對單片機(jī)的個(gè)別引腳信號有影響。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化外，由于程序運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為使單片機(jī)正常工作，也需按復(fù)位鍵以從新啟動(dòng)。下面是詳細(xì)介紹。這些電路設(shè)計(jì)都以簡單、使用為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。 AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)框圖如圖33所示，主要由9個(gè)部分組成，分別是：1個(gè)8位中央處理器；4KBFlash存儲器；128B的數(shù)據(jù)存儲器；32條I/O接口線（P0、PPP3）；2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；1個(gè)具有6個(gè)中斷源、4個(gè)優(yōu)先級的中斷嵌套結(jié)構(gòu)；用于多處理機(jī)通信、I/O擴(kuò)展或全雙工UART的串行口；特殊功能寄存器（SFR）；1個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。AT89S51的引腳功能如圖32所示。AT89S51的存儲器可分為五類：程序存儲器，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，特殊功能寄存器，位地址空間，外部數(shù)據(jù)存儲器。以下是詳細(xì)介紹。電路設(shè)計(jì)是對核心單片機(jī)、還有復(fù)位操作方式、晶振頻率、傳感器電路設(shè)計(jì)、電源管理模塊、驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行介紹。第4章 智能小車硬件設(shè)計(jì) 智能小車硬件分配本設(shè)計(jì)的小車硬件設(shè)計(jì)分為兩部分，一部分是機(jī)械設(shè)計(jì)，一部分是電路設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中小車只要求按照跑道行駛，跑道簡單。也就是說讓小車在行駛出跑道后，能在最短的時(shí)間內(nèi)回到跑道上。所以，最少拍控制系統(tǒng)，也稱最少拍無差系統(tǒng)，最少拍隨動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是時(shí)間最優(yōu)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能指標(biāo)就是系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間最短或盡可能短。不過P，I，D三個(gè)參數(shù)的設(shè)定較難，需要不斷的進(jìn)行調(diào)試，憑經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定，因此其適應(yīng)性較差。在實(shí)際應(yīng)用中，由于傳感器的個(gè)數(shù)與布局方式的限制，其控制量的輸出是一個(gè)離散值，不能對舵機(jī)進(jìn)行精確地控制，容易引起舵機(jī)左右搖擺，造成小車行駛過程中的振蕩，而且其收斂速度也有限。在電機(jī)的控制方案中，有以下兩種方案可供選擇：方案一：比例控制這種控制方法就是在檢測到車體偏離的信息時(shí)給小車一個(gè)預(yù)置的反向偏移量，讓其回到跑道。 控制算法設(shè)計(jì)方案在小車的運(yùn)行中，主要有方向和速度的控制，即舵機(jī)和電機(jī)的控制，這兩個(gè)控制是系統(tǒng)軟件的核心操作，對小車的性能有著決定性的作用。但紅外傳感器的缺點(diǎn)是，它所獲取的信息是不完全的，只能對路面情況作簡單的黑白判別，檢測距離有限，而且容易受到諸多擾動(dòng)的影響，抗干擾能力較差，背景光源，器件之間的差異，傳感器高度位置的差異等都將對其造成干擾。方案二：使用光電傳感器來采集路面信息。首先使用CCD傳感器需要有大量圖像處理的工作，需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的存儲和計(jì)算。使用CCD傳感器，可以獲取大量的圖像信息，可以全面完整的掌握路徑信息，可以進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的預(yù)測和識別圖像復(fù)雜的路面而且抗干擾能力強(qiáng)。由此可見選用AT89S51單片機(jī)。不用擴(kuò)展外部存儲器。電路復(fù)雜。第3章 方案論證 單片機(jī)選擇論證在單片機(jī)選擇提供兩種選擇一種是8031另一種是AT89S51。所以說當(dāng)紅外發(fā)射出來的光線遇到物體時(shí)，就會形成反射的光線，而這個(gè)經(jīng)反射的紅外光線剛好被紅外接收探頭接收到。 總體設(shè)計(jì)單片機(jī)AT89S51指示燈紅外發(fā)射紅外接收電機(jī)驅(qū)器電機(jī)M1電機(jī)M2紅外發(fā)射紅