【正文】 狀態(tài)相對應(yīng)。這是通過對原先的5路輸入進(jìn)行組合得到的。 本章小結(jié)本章將系統(tǒng)拆分成了若干個功能模塊，并且對系統(tǒng)關(guān)鍵部分進(jìn)行了方案的分析與選擇。11第3章 硬件設(shè)計(jì)第3章 硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用芯片AT89C51為主控芯片，下面開始介紹其結(jié)構(gòu)特性和引腳功能。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖31 AT89C51單片機(jī) AT89C51功能部件和特性At89c51單片機(jī)具有如下功能部件和特性如下：（1）8位微處理器(CPU)；（2）數(shù)據(jù)存儲器（128B RAM)；（3）程序存儲器（4KB Flash ROM）；（4）4個8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；（5）一個全雙工的異步串行口；（6）2個可編程的16位定時器/計(jì)數(shù)器；（7）1個看門狗定時器；（8）中斷系統(tǒng)具有5個中斷源、5個中斷向量；（9）特殊功能寄存器（SFR）26個；（10）低功耗節(jié)電模式有空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式下的中斷恢復(fù)模式；（11）3個程序加密鎖定位。GND：接地。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。RST：復(fù)位輸入。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外接時鐘源時，該引腳接外部時鐘振蕩器的信號。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外部時鐘源時，該引腳懸空。L298N 可驅(qū)動兩個電機(jī), OUT l、OUT2 和OUT OUT4 之間分別接兩個電動機(jī)。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)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使得L298N很適合用作小型直流電機(jī)控制芯片。圖32 電機(jī)驅(qū)動電路 L298N簡介L298N 是SGS 公司的產(chǎn)品。L298N見圖33圖33 L298N它的引腳2，3，13，14為L298N芯片輸入到電動機(jī)的輸出端，其中引腳2和3能控制兩相電機(jī)，對于直流電動機(jī)，即可控制一個電動機(jī)。引腳6和11腳為電動機(jī)的使能接線腳。表31是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系：表31 L298N芯片引腳的邏輯關(guān)系EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)H同IN2（IN4）同IN1（IN3）快速停止LXX停止控制使能引腳ENA或者ENB就可以實(shí)現(xiàn)PWM脈寬速度調(diào)整。在可設(shè)計(jì)中就將它們直接接地。由于本芯片的工作電流比較大，發(fā)熱量也比較大，所以在本芯片的散熱片上又連接了一塊鋁合金，以增大它的散熱面積。表32 控制電機(jī)轉(zhuǎn)向表P4_7P4_4左電機(jī)右電機(jī)小車0000停轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)停止0001停轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左前轉(zhuǎn)0010停轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)左后轉(zhuǎn)0100反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)右后轉(zhuǎn)1000正轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)右前轉(zhuǎn)1001正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前進(jìn)0110反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退1010正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)0101反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)順時針旋轉(zhuǎn)（1）直走的實(shí)現(xiàn)原理由于小車每一側(cè)的輪子由同一側(cè)的電機(jī)控制，只要讓小車的左右兩側(cè)的輪子同時以相同速度正向旋轉(zhuǎn)，小車就會受到向前的作用力而向前運(yùn)動，這樣就實(shí)現(xiàn)了小車的直走功能。同理，只要讓兩個電機(jī)同時反轉(zhuǎn)，就實(shí)現(xiàn)了小車的倒退功能。（2）轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)原理智能車行進(jìn)過程中要求能實(shí)現(xiàn)自動避開障礙物，因而需實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎功能。比如讓右側(cè)的輪子停轉(zhuǎn)，左側(cè)的輪子前傳，對應(yīng)的端口P4_7P4_4輸出狀態(tài)為0001，此時小車就會向右前方旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)右前轉(zhuǎn)。但是這種轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)方案在實(shí)際測試中并不十分理想，小車轉(zhuǎn)彎所走的弧線半徑比較大，有時近似在走直線。但是由于慣性的作用，雖然一側(cè)的電機(jī)停轉(zhuǎn)了，另一側(cè)的輪子會帶著停轉(zhuǎn)的輪子一起運(yùn)動，這樣小車偏轉(zhuǎn)的趨勢就不明顯，小車轉(zhuǎn)彎的半徑就會比較大，不能達(dá)到理想的目的。且只要搭配恰當(dāng)就能實(shí)現(xiàn)正常功能。調(diào)速部分直接連接到了單片機(jī)接口，只要在程序中進(jìn)行合理的設(shè)置，在相應(yīng)的端口就有PWM信號產(chǎn)生，加在小車電機(jī)兩端的電機(jī)就是PWM電壓信號。這樣就通過PWM資源調(diào)節(jié)加在電機(jī)兩端的平均電壓，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)小車速度的目的。筆者在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法紅外探測法。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，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號的檢測。 TCRT5000光電對管簡介在小車具體的循跡行走過程中，我選用TCRT5000型光電對管。圖34循跡原理圖 LM324比較器LM324四比較器功能應(yīng)用。1V177。LM324類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“”表示。當(dāng)“+”端電壓高于“”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。兩個輸入端電壓差別大于 10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM324用在弱信號檢測等場合是比較理想的。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。通過測試此種方案就能很好的實(shí)現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費(fèi)。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，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號的檢測。 避障報(bào)警在小車行進(jìn)過程中，如果小車前方發(fā)現(xiàn)障礙物，必然會被紅外傳感器捕捉到，將信號回饋給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制報(bào)警電路，小車將會立即停止前進(jìn)，發(fā)出報(bào)警。圖35 報(bào)警系統(tǒng) 無線遙控系統(tǒng)無線模塊由發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，發(fā)射電路主要是是通過遙控器芯片HT6221控制，接收電路是用一體化紅外接收頭HS0038。電路原理圖見圖36。D7是按鍵指示，在有按鍵按下時此二極管亮。按照上圖的接法，K2~K9的數(shù)據(jù)碼分別為：0x00，0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07。 HT6221簡介HT6221是一款常用的遙控器芯片，其各引腳功能說明見表33：表33 HT6221引腳說明引腳號引腳名稱I/O描述14R1R4輸入鍵盤行控制，高電平有效5DOUT輸出串行數(shù)據(jù)輸出引腳，38KHz發(fā)射頻率6VDD輸入7D7輸入最重要數(shù)據(jù)位代碼設(shè)置8X2輸出455KHz振蕩器輸出9X1輸入455KHz振蕩器輸入10Vss輸入地11LED輸出發(fā)射輸出1219C8C1輸入/輸出鍵盤列控制20AIN輸入低8位地址碼輸入 紅外接收電路紅外接收電路最簡單，使用HS0038（如圖37）一體化紅外接收頭，只需要連接3只引腳就可以了，至于信號的解調(diào)是它內(nèi)部做的事，只需搞清楚它的輸出信號就可以了。在沒有接收到紅外信號的時候輸出高電平，有信號時輸出HT6221的編碼，直接提供給單片機(jī)。1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊 。每位之間有一個點(diǎn)距的間隔 每行之間也有也有間隔 起到了字符間距和行間距的作用。 LCD1602引腳說明字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC（15腳）和地線GND（16腳）。MCS51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對于CHMOS單片機(jī)，RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。RST變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。對于MOS(AT89C51)單片機(jī)只要接一個電容至VCC即可。RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括VCC的上升時間和振蕩器起振的時間，Vss上升時間若為10ms，振蕩器起振的時間和頻率有關(guān)。RC時間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時間越長。復(fù)位電路如圖38所示。MCS51單片機(jī)允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為12MHZMCS51內(nèi)部都有一個反相放大器，XTALXTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個部件。CMOS型單片機(jī)內(nèi)部（如AT89C51）有一個可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖38為CMOS型單片機(jī)時鐘電路框圖。清“0”PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時鐘，單片機(jī)便正常運(yùn)行。電容C1和C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（CC2大，f變?。涞湫椭禐?2pF。圖39 時鐘振蕩電路 本章小結(jié)本章是在各個電路模塊的設(shè)計(jì)方案確定之后，對各電路中所用的元器件進(jìn)行整理和介紹。這樣不僅能使我們能夠正確的選擇合適的元器件，而且能讓我們對各個主要器件的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有詳細(xì)的了解，為以后系統(tǒng)程序的編寫做了充分的準(zhǔn)備。開始設(shè)置初始參數(shù)掃描按鍵開中斷是否有鍵按下發(fā)送數(shù)據(jù)YN圖41 發(fā)送端主程序流程圖 發(fā)送端中斷子程序流程圖圖42為發(fā)送端中斷子程序流程圖，該中斷運(yùn)為定時0中斷，主要完成紅外信號的編碼和發(fā)送。紅外信號的接收和解碼可以在外部中斷和定時0中段中完成，液晶屏顯示和直流電機(jī)驅(qū)動可以在數(shù)據(jù)處理子程序中完成，則主程序主要完成的工作是設(shè)置小車和液晶屏的初始狀態(tài)以及中斷和存儲器的初始參數(shù)。開始初始化液晶顯示，小車處于紅外遙控初始狀態(tài)設(shè)置初始參數(shù)，打開中斷，為1則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理進(jìn)入中段，接收數(shù)據(jù)對接收到的信號進(jìn)行用戶碼以及數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)反碼比對，看是否正確存儲數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)，識別命令，以驅(qū)動直流電機(jī)和液晶屏NYNY圖43 接收端主程序流程圖 接收端中斷子程序流程圖接收端中斷子程序主要完成了紅外信號的接收和解碼，并把接收到的數(shù)據(jù)存儲到存儲器中，以便接下來的數(shù)據(jù)處理。中斷入口設(shè)置初值判斷起始碼是否正確接受標(biāo)志位是否為1接收數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)中斷返回NYNY圖44 接收端中斷子程序流程圖 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖圖45為對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的子程序流程圖，在此子程序中，完成了接收的數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和核對，以便單片機(jī)發(fā)出正確的命令，液晶顯示屏和直流電動機(jī)則會按照相應(yīng)的命令做出反應(yīng)。圖46為自動循跡避障子程序流程圖。軟件是一個智能系統(tǒng)的靈魂，軟件設(shè)計(jì)的好壞直接決定著系統(tǒng)智能化的程度和系統(tǒng)功能的完善程度。一個系統(tǒng)追求的目標(biāo)應(yīng)該是用盡可能簡單的軟件和硬件實(shí)現(xiàn)盡可能多、盡可能完善可靠的功能。從專業(yè)角度上來說，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的實(shí)戰(zhàn)。這次課程設(shè)計(jì)也讓我收獲頗豐，將理論運(yùn)用于實(shí)踐。在實(shí)踐的過程中，我不僅提高了動手能力，也鞏固了理論基礎(chǔ)。不斷汲取新的知識，刻苦學(xué)習(xí)，迎接電子領(lǐng)域的各類挑戰(zhàn)。遲老師學(xué)識淵博，學(xué)富五車，更重要的是她和藹可親，為人謙和以及認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新的治學(xué)精神，還有老師洞悉人性，洞察人心的個人魅力，都對我產(chǎn)生了有益而深遠(yuǎn)的影響。在此，我謹(jǐn)向遲老師表示深深的歉意，也希望她在以后的時間里注意身體，笑口常開。在此，我對大家表示最真摯的感謝！ 同時，我要感謝我的母校吉林建筑工程學(xué)院！在我即將踏上工作崗位的同時，提供了這樣一個學(xué)習(xí)鍛煉的機(jī)會，使我加深了對專業(yè)知識的理解，也提高了我對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力。sbit p2_1=P2^1。 //位的等同方式//sf