【正文】 34P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D108 0 C 5 1調(diào)速時間、里程顯示起停、避障、位移、檢測看門狗電路時鐘電路復位電路 圖 系統(tǒng)原理圖 三大元器發(fā)展背景件及工作原理 自第一臺工業(yè)機器人誕生以來 ,機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。開始由手動啟動小車，并復位，當經(jīng)過規(guī)定的起始黑線，由超聲波傳感器和紅外光電傳感器檢測，通過單片機控制小車開始記數(shù)顯示并避障、調(diào)速；系統(tǒng)的自動避障功能通過超聲波傳感器正前方檢測和紅外光電傳感器左右側(cè)檢測，由基于 80C51 單片機的電動智能小車硬件設(shè)計 單片機控制實現(xiàn)；在電動車進駛過程中，采用雙極式 H 型 PWM 脈寬調(diào)制技術(shù)，以提高系統(tǒng)的靜動態(tài)性能；采用動態(tài)共 陰顯示行駛時間和里程。 顯示電路 本設(shè)計中用兩片 4 位八段數(shù)碼管 gem4561ae 作顯示器，并具有雙重功能 ,在小車不行駛時其中一片顯示年﹑月，另一片顯示時﹑分；當小車行駛時，分別顯示時間和行駛距離。由于光柵隨電機高速轉(zhuǎn)動，則紅外線三極管接收到的就是一系列脈沖信號。 遮光盤及槽型光電耦合器均安裝在不透光的盒子里，以避免外界光線的干擾，使電路不能正常工作。 為實現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我們在測距儀中并列放置了兩個槽型光電耦合器，遮光盤先后通過凹槽可產(chǎn)生兩個脈沖信號。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動時，缺口進入凹槽時，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻擋。測距輪安裝在車輪上，這樣能使記數(shù)值準確一些。具體電路同圖 行車距離檢測電路所示： 圖 行車距離檢測電路 基于 80C51 單片機的電動智能小車硬件設(shè)計 紅外測距儀由測距輪，遮光盤，紅外光電耦合器及凹槽型支架組成的。施密特觸發(fā)器具有與滯回比較器相類似的滯回特性，但施密特觸發(fā)器的抗干擾能力比滯回比較器更強。 綜合考慮系統(tǒng)的各項性能，最后我們決定采用數(shù)字器件 —— 施密特觸發(fā)器。 但是，滯回比較器畢竟是模擬器件，溫度的漂移是它無法消除的。滯回比較器有基于 80C51 單片機的電動智能小車硬件設(shè)計 兩個數(shù)值不同的閾值，當輸入信號因受干擾或其他原因發(fā)生變化時，只要變化量不超過兩個閾值之差，滯回比較器的輸出電壓就不會來回變化。這種情況，通常是不允 許的。簡單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差，也就是說如果輸入信號因受干擾在閾值附近變化，則比較器輸出就會反復的從一個電平跳到另一個電平。具體措施多為在集成運放的兩個輸入端并聯(lián)二極管。 (2)選用集成電壓比較器。響應時間越短，響應速度越快。但實際集成運放的最大轉(zhuǎn)換速率總是有限的，因此比較器輸出電壓的跳變不可能是理想的階躍信號。 由于比較器的上述特點，在分析時既不能象對待放大電路那樣去計算放大倍數(shù)，也不能象分析運算電路那樣去求解輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系，而應當著重抓住比較器的輸出從一個電平跳變到另一個電平的臨界條件所對應的輸入電壓值（閾值）來分析輸入量與輸 出量之間的關(guān)系。比較器的輸出通常只有高電平和低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài)，因此它相當與一個受輸入信號控制的開關(guān)，當輸入電壓經(jīng)過閾值時開關(guān)動作，使輸出從一個電平跳變到另一個電平。由于比較器中運放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)，它的兩個輸入端之間的電位差與開環(huán)電壓放大倍數(shù)的乘積通常超過最大輸出電壓，使其內(nèi)部某些管子進入飽和區(qū)或截止區(qū)，因此在絕大多數(shù)情況下輸出與輸入不成線性關(guān)系，即在放大、運算等電路中常用的計算方法對于比較器不再適用。因此比較器的性能分析方法與放大、運算電路是不同的。 比較器的特點： （ 1）工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。 比較器有各種不同的類型。電壓比較器的功能是比較兩個電壓的大小，例如將一個信號電壓 Ui 和一個參考電壓 Ur 進行比較，在 UiUr 和 UiUr兩種不同情況下，電壓比較器輸出兩個不同的電平，即高電平和低電平。但在實際操作中，往往滿足了高共模抑制比的要求，卻使運算放大器輸出飽和；為獲 得單片機能識別的 TTL 電平卻又無法抑制共模干擾。例如，在測量本設(shè)計中的光電檢測信號時需要把檢測過來的電平信號放大并濾除干擾，而且要求對共模干擾信號具有相當強的抑制能力。 方案二：采用差動放大電路。但是也存在著許多不足。 檢測放大器方案： 方案一：使用普通單級比例放大電路。通過對繼電器開閉的控制即可控制電機的開斷和轉(zhuǎn)速方向進而達到控制玩具車前行與倒車的目的，實現(xiàn)隨動控制系統(tǒng)的糾偏功能。三極管導通時，電橋通過三極管接地，電機電樞中有電流通過；三極管截止時，電橋浮空，電機電樞中沒有電流通過。電橋上設(shè)置有兩組開關(guān)，一組常閉，另一組常開。最后經(jīng)反接制動實現(xiàn)停車。正常行駛時，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號；電動車經(jīng)過黑線時，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號后送 80C51單片機處理，判斷執(zhí)行哪一基于 80C51 單片機的電動智能小車硬件設(shè)計 種預先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài)。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導通，發(fā)出一個電平跳變信號。 基于 80C51 單片機的電動智能小車硬件設(shè)計 圖 電動車的方向檢測電路 行車方向檢測電路（見圖 電動車的方向檢測電路）采用反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。 本系統(tǒng)共設(shè)計兩個光電三極管，分別放置在電動車車頭的左、右兩個方向，用來控制電動車的行走方向，當左側(cè)光電管受到光照時，單片機控制轉(zhuǎn)向電機向左轉(zhuǎn)；當右側(cè)光電管受到光照時，單片機控制轉(zhuǎn)向電機向右轉(zhuǎn)；當左、右兩側(cè)光電管都受到光照時，單片機控制直行。利用超聲波傳感器檢測障礙。 檢測系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)主要實現(xiàn)光電檢測，即利用各種傳感器對電動車的避障、位置、行車狀態(tài)進行測量?？赡?PWM 變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有 H 型、 T 型等類型。 脈寬調(diào)速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。 根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計中受控電機的容量和直流電機調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計采用了 H 型單極型可逆 PWM 變換器進行調(diào)速。 （ 2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應的電機相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶 ，因此快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強。 與 VM 系統(tǒng)相比， PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點： （ 1）由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達 1： 10000 左右。脈 沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation），基于 80C51 單片機的電動智能小車硬件設(shè)計 簡稱 PWM。 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。 它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實現(xiàn)平滑調(diào)速。且技術(shù)落后，因此擱置不用。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 GM 系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。 方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 方案二 ：靜止可控整流器。 這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。在對87C51EPROM 編程時，此引腳用于施加編程電壓 VPP。當?shù)刂烦?4KB 時，將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。我們根據(jù) PSEN、ALE 和 XTAL2輸出端是否有信號輸出，可以判別 80C51是否在工作。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這 兩次有效PSEN 信號不出現(xiàn)。 ALE/PROG（ 30腳）：在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。 PSEN 端同樣可驅(qū)動 8個 LSTTL 負載。 CPU 在向片外存儲器取指令期間， PSEN 信號在 12個時鐘周期中兩次生效。若需采用外部時鐘電路，對于 HMOS 單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于 CHMOS 單片機，此引腳應懸浮。 XTAL2（ 18腳）： 接外部晶體的另一端。在片 內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。此處 51單片機 只是單片機其中的一種。 （ 4）在人們生活中的應用 目前國內(nèi)外各種家具已經(jīng)普遍用單片機代替?zhèn)?統(tǒng)的控制電路，例如，洗衣機 、電冰箱、 空調(diào)機 、 微波爐 、電飯煲、 收音機 、音像、電風扇及許多高級 電子玩具 都配上了單片機。 （ 3）在實時控制系統(tǒng)中的應用 單片機廣泛用于各種實時 過程控制 系統(tǒng)中，例如工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測、 航空航天 、間斷武器、機器人系統(tǒng)等各種實時控制系統(tǒng)。 （ 2）在 機電一體化 中的應用 機電一體化產(chǎn)品是指集機械技術(shù)， 微電子技術(shù) ，計算機技術(shù)于一體，使其產(chǎn)品具有智能化特征的 電子產(chǎn)品 。 單片機的應用舉例 （ 1）在智能儀表中的應用 單片機應用 最多最活躍的領(lǐng)域之一。 Philips 公司以其在嵌入式應用方面的巨基于 80C51 單片機的電動智能小車硬件設(shè)計 大優(yōu)勢，將 MCS51從單片微型計算機迅 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。 MCU 即微控制器（ Micro Controller Unit） 階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，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 通用計算機 完全不同的發(fā)展道路。 MCS51 系列單片機無論是片內(nèi) RAM容量， I/O 口功能，系統(tǒng)擴展方面都有了很大的提高。當時，Zilog、 Motorola 和 Intel 在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。 1976 年 Intel 公司研制出 MCS48 系列 8 位的單片機，這也 是單片機的問世。 1975 年 4 月， MITS 發(fā)布第一個通用型 Altair 8800，售價 375 美元，帶有 1KB 存儲器。 1973年 intel 公司研制出 8 位的微處理器 8080； 1973 年 8 月，霍夫等人研制出8 位微處理器 Intel 8080，以 N 溝道 MOS 電路 取代了 P 溝道，第二代微處理器就此誕生 。 1972 年 4 月，霍夫等人開發(fā)出第一個 8 位微處理器 Intel 8008。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國 《經(jīng)濟學家》雜志列為 ” 以來最有影響力的 7 位科學家 ” 之一 。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它 可編程邏輯器件 上。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效， 常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞—— ” 智能型 ” ，如智能型 洗衣機 等。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。顧名思義，這種計算機的 最小系統(tǒng) 只用了 一片 集成電路 ，即可進行簡單運算和控制。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。不過，這種電腦，通常是指 個人計算機 ，簡稱 PC 機。一樣的道理，如果把巨型計算機上的 操作系統(tǒng) 和應用軟件拿到家用 PC 上來運行，家用PC 的也是承受不 了的。一個可視化 高級語言 編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十 K 的尺寸！對于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的 存儲器 件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過 10 元即可用它來做一些控制電器一 類不是很復雜的工作足矣了。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。相當于一個微型的 計算機，和計算機相比，單片機只缺少了 I/O 設(shè)備。 汽車 上一般配備 40 多部單片機，復雜的基于 80C51 單片機的電動智能小車硬件設(shè)計 工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過 PC 機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。手 機、電話、 計算器 、家用電器、電子玩具、掌上電腦 以及鼠標等電腦配件中都配有 12 部單片機。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的 計算機 。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng) 。目前， 高端的 32 位單片機 主頻 已經(jīng)超過300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。隨著 INTELi960 系列特別是后來的 ARM系列的廣泛應用， 32 位單片機迅速取代 16 位單片機的高端地位，并且進入主流市場。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。此后在 8031 上發(fā)