【正文】 2可在20pF到100pF之間取值，但在60pF到70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTALXTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。80C51單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。(3) 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。其應(yīng)用特點：(1) 有可供用戶使用的大量I/O口線。用80C51單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可， 80C51單片機最小系統(tǒng)所示。MCS51單片機中8位機和1位機的硬件資源復合在一起，二者相輔相承，它是單片機技術(shù)上的一個突破，這也是MCS51單片機在設(shè)計的精美之處。特別值得一提的是該單片機CPU中的位處理器，它實際上是一個完整的1位微計算機，這個一位微計算機有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。7 P1口、P2口、P3口、P4口為4個并行8位I/O口。6 串行口1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。4 中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。2 數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴至64k字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器﹑打印機﹑A/D﹑D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。 四 系統(tǒng)原理圖 簡易智能電動車采用80C51單片機進行智能控制。將該信號傳輸?shù)?0C51單片機的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)，根據(jù)預先實測的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計算出電動機車的行車距離。測距原理：將光柵安裝在電機軸上，當電機轉(zhuǎn)動時，光柵也隨之轉(zhuǎn)動，同時安裝在光柵一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點亮，在光柵的另一側(cè)設(shè)有紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號。根據(jù)兩個脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩個光電耦合器的位置關(guān)系，即可計算出玩具車的行駛方向（前進或后退）。由此可見，測距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個脈沖信號經(jīng)過整形器后送入計數(shù)器或直接送入單片機中。遮光盤有一缺口，盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。測長輪的周長為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值（），精度根據(jù)電動車控制的需要確定。2．行車距離檢測由于紅外檢測具有反應(yīng)速度快、定位精度高，可靠性強以及可見光傳感器所不能比擬的優(yōu)點，故采用紅外光電碼盤測速方案。施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的變形，它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā)方式為電平觸發(fā)，只要外加觸發(fā)信號的幅值增加到足夠大，它就從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。方案四：施密特觸發(fā)器。所以抗干擾能力強。而滯回比較器則解決了這個問題。如果用這樣的輸出電壓控制電機或繼電器，將出現(xiàn)頻繁動作或起?，F(xiàn)象。 電壓比較器電路所示： 電壓比較器電路在本設(shè)計中，光電傳感器只輸出一種高低電平信號且伴有外界雜波干擾，所以我們嘗試采用了一種滯回比較器。(3) 如果選用集成運放構(gòu)成比較器，為了提高響應(yīng)速度可以加限幅措施，以避免集成運放內(nèi)部的管子進入深飽和區(qū)。減小比較器響應(yīng)時間的主要方法有：(1) 盡可能使輸入信號接近理想情況，使它在閾值附近的變化接近理想階躍且幅度足夠大。電壓比較器的輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剿毜臅r間稱為響應(yīng)時間。如果在比較器的輸入端加理想階躍信號，那么在理想情況下比較器的輸出也應(yīng)當是理想的階躍電壓，而且沒有延遲。由于比較器的輸入信號是模擬量，而它的輸出電平是離散的，因此電壓比較器可作為模擬電路與數(shù)字電路之間的過渡電路。⑶ 開關(guān)特性。⑵ 非線性。放大、運算電路為了實現(xiàn)性能穩(wěn)定并滿足一定的精度要求，這些電路中的運放均引入了深度負反饋；而為了提高比較器的反應(yīng)速度和靈敏度，它所采用的運放不但沒有引入負反饋，有時甚至還加正反饋。對它的要求是：鑒別要準確，反應(yīng)要靈敏，動作要迅速，抗干擾能力要強，還應(yīng)有一定的保護措施，以防止因過電壓或過電流而造成器件損壞。而Ui變化經(jīng)過Ur時，比較器的輸出將從一個電壓跳變到另一個電平。方案三：電壓比較器方案。這種情況下須采用差動放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達到一定的精度，但有時仍不能滿足某些特殊要求。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價格低廉。 前行與倒車控制電路所示。系統(tǒng)通過電橋的輸出端為轉(zhuǎn)向電機供電。 電動車的方向檢測電路(a) 電動車的方向檢測電路(b)電橋一端接電源，另一端接了一個三極管。前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器。前進時，驅(qū)動輪直流電機正轉(zhuǎn),進入減速區(qū)時,由單片機控制進行PWM變頻調(diào)速,通過軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比,實現(xiàn)調(diào)速。此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。該電路包括一個紅外發(fā)光二極管、一個紅外光敏三極管及其上拉電阻。 電動車的方向檢測電路(a)。光線跟蹤，采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線，當感受到光線照射時，其ce間的阻值下降，檢測電路輸出高電平，經(jīng)LM393電壓比較器和74LS14施密特觸發(fā)器整形后送單片機控制。1．行車起始、終點及光線檢測：本系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測路面的起始、終點（2cm寬的黑線），玩具車底盤上沿黑線放置一套，以適應(yīng)起始的記數(shù)開始和終點的停車的需要。我們在設(shè)計中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個三極電力晶體管和4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。為順利實現(xiàn)電動小汽車的前行與倒車，本設(shè)計采用了可逆PWM變換器。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。（3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。由于電流波形比VM系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機的損耗和發(fā)熱都比較小。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調(diào)速。當晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。最后，當系統(tǒng)處于低速運行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。VM系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。VM系統(tǒng)是當今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機容量相當?shù)男D(zhuǎn)電機，還要一臺勵磁發(fā)電機，設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、維護不方便等缺點。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機拖動直流電動機實現(xiàn)變流，由發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。簡稱VM系統(tǒng)。一 直流調(diào)速系統(tǒng)方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。第二章 方案設(shè)計與論證根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。尤其是在足球機器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳感器進行檢測。 本設(shè)計就采用了比較先進的80C51為控制核心，80C51采用CHOMS工藝，功耗很低。這一代單片機中，在總線方面最重要的進展是為單片機配置了芯片間的串行總線，為單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計提供了更加靈活的方式。第三代單片機包括了Intel公司發(fā)展MCS51系列的新一代產(chǎn)品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,還包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑HarriaMetra﹑ATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色﹑與80C51兼容的單片機。80C51是一款八位單片機，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。本設(shè)計采用MCS51系列中的80C51單片機。根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。本題目是結(jié)合科研項目而確定的設(shè)計類課題?？梢娖溲芯恳饬x很大。盛方單片機整理 作者：不詳智能電動小車方案設(shè)計課程畢業(yè)設(shè)計目 錄第一章 前 言 1第二章 方案設(shè)計與論證 3一 直流調(diào)速系統(tǒng) 3二 檢測系統(tǒng) 4三 顯示電路 9四 系統(tǒng)原理圖 9第三章 硬件設(shè)計 10一 80C51單片機硬件結(jié)構(gòu) 10二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 11三 前向通道設(shè)計 12四 后向通道設(shè)計 15五 顯示電路設(shè)計 17第四章 軟件設(shè)計 20一 主程序設(shè)計 20二 顯示子程序設(shè)計 24三 避障子程序設(shè)計 25四 軟件抗干擾技術(shù) 26五 “看門狗”技術(shù) 28六 可編程邏輯器件 29第五章 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論 30致 謝 31參 考 文 獻 32附錄A 程序清單 33附錄B 硬件原理圖 418第一章 前 言隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的，指導教師已經(jīng)有充分的準備。設(shè)計的智能電動小車應(yīng)該能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準確定位停車。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。以80C51為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。它是第三代單片機的代表。新一代的單片機的最主要的技術(shù)特點是向外部接口電路擴展，以實現(xiàn)Microputer完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/D﹑PWM﹑PCA(可編程計數(shù)器陣列)﹑WDT(監(jiān)視定時器)﹑高速I/O口﹑計數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。Philips公司還為這一代單片機80C51系列8ｘC592單片機引入了具有較強功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線CAN(Controller Area Network BUS).新一代單片機為外部提供了相當完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。該設(shè)計具有實際意義，可以應(yīng)用于考古、機器人、醫(yī)療器械等許多方面。所以本設(shè)計與實際相結(jié)合，現(xiàn)實意義很強。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。方案二：靜止可控整流器。方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。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。且技術(shù)落后，因此擱置不用。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。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。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)。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。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。（2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強。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。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。可逆PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有H型、T型等類型。二 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。利用超聲波傳感器檢測障礙。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。行車方向檢測電路（ 電動車的方向檢測電路(b)）采用反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射