【正文】 以直接夠單片機(jī)查詢(xún)使用。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測(cè)與調(diào)理電路。用80C51 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 80C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。其應(yīng)用特點(diǎn)：(1) 有可供用戶(hù)使用的大量 I/O 口線(xiàn)。(3) 應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。80C51 單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTALXTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。振蕩晶體可在 到 12MHZ 之間選擇。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 6MHZ,電容選擇 65pF[9]。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO 電容。復(fù)位引腳 RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào) [11]。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘頻率用 6MHZ 時(shí) C 取 22uF,R取 1KΩ。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘頻率選用 6MHZ 時(shí)，C 取 22uF,Rs 取 200Ω，R K取1KΩ [12]。 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)中需要 0~9 幾個(gè)數(shù)字鍵，在加上一個(gè)開(kāi)始按鈕和一個(gè)停止按鈕，所以本設(shè)計(jì)采用3*4 矩陣鍵盤(pán)電路來(lái)完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。由鍵盤(pán)按鍵輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)電路的掃描后，運(yùn)行參數(shù)輸入到單片機(jī)內(nèi)，供單長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9片機(jī)后續(xù)的運(yùn)算和處理。當(dāng)按鍵按下時(shí)，按鍵內(nèi)的復(fù)位彈簧被壓縮，動(dòng)片觸點(diǎn)與靜片觸點(diǎn)相連，鍵盤(pán)的兩個(gè)引腳被接通。本設(shè)計(jì)中使鍵盤(pán)接口 80C51 單片機(jī)的 p1 口相連，當(dāng)沒(méi)有按鍵被按下時(shí)，由于上拉電阻的作用，所以將按鍵上拉為高電平，每當(dāng)有按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)引腳接地，相應(yīng)按鍵兩個(gè)引腳連通接地，變?yōu)榈碗娖?。由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。矩陣式鍵盤(pán)按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一決定。平時(shí)無(wú)按鍵按下時(shí)，行線(xiàn)處于高電平狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線(xiàn)電平狀態(tài)由與此電平相連的列線(xiàn)電平?jīng)Q定。上述內(nèi)容為判斷按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)將列掃描工作原理進(jìn)行闡述：80C51 的 P1 口作為鍵盤(pán)接口電路，其中 ~ 作為行線(xiàn)，~ 作為列線(xiàn)。~ 四條列掃描線(xiàn)輪流輸出低電平，然后讀 ~，如果沒(méi)有按鍵被按下，則 ~ 均為高電平，當(dāng)其中有某一按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的 ~ 中某一引腳就會(huì)變?yōu)榈碗娖?。鍵盤(pán)按鍵編碼鍵盤(pán)電路的按鈕個(gè)數(shù)不止一個(gè)，對(duì)不同電路結(jié)構(gòu)鍵盤(pán)電路，確定鍵值方法有很多，可以采用行列對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制值作為鍵值，如上段中 和 交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的按鍵值為1110，110。所以一般采用按順序?qū)︽I盤(pán)進(jìn)行編碼，即將按鍵行列對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼作為掃描碼，通過(guò)查表再轉(zhuǎn)換成鍵值，鍵盤(pán)任意按鍵的掃描碼=3行號(hào)+列號(hào)。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10S10S21S32S43S87S76S65S54S98S109S11UpS12.VCCP1.3P1.4P1.5P1.6圖 36 鍵盤(pán)電路 電源電路電源管理單元是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成單元。為滿(mǎn)足系統(tǒng)各單元正常工作的需要，系統(tǒng)將電壓值分為 5V、 和 三個(gè)檔。Vout 3Vin1GND2U27805100pFC6 100pFC8VCC圖 37 穩(wěn)壓電源電路 特殊元件介紹 光電傳感器 [14]光電傳感器由于反應(yīng)速度快, 能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量,而且精度高、分辨力高、可靠性好，長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11加之半導(dǎo)體光敏器件具有體積小、重量輕、功耗低、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于軍事、宇航、通信、檢測(cè)與工業(yè)自動(dòng)化控制等多種領(lǐng)域中。隨著光電技術(shù)的日趨成熟，對(duì)光電傳感器實(shí)用化的開(kāi)發(fā)成為整個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)和關(guān)鍵。常見(jiàn)的光電傳感器有光電管、光敏電阻、光敏晶體管、光電禍合器、顏色傳感器、紅外光傳感器、紫外線(xiàn)傳感器、光纖傳感器和CCD圖像傳感器。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。通常把光電效應(yīng)分為3 類(lèi)：（1 ）在光線(xiàn)作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等；（2 ）在光線(xiàn)作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏晶體管等；（3 ）在光線(xiàn)作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)，如光電池等。紅外探測(cè)法，即利用紅外線(xiàn)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(chē)行駛過(guò)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(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線(xiàn)則紅外光被吸收，小車(chē)上的接收管接收不到紅外光。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò) 3cm。按光電傳感器的輸出量性質(zhì)可分為兩類(lèi)：（1）把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流而制成的光電測(cè)量?jī)x器，可用來(lái)測(cè)量光的強(qiáng)度以及物體的溫度、透光能力、位移及表面狀態(tài)等物理量。半導(dǎo)體光電元件不僅在民用工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，在軍事上更有它重要的地位。利用光電元件在受光照或無(wú)光照射時(shí) 有 或無(wú)電信號(hào)輸出的特性制成的各種光電自動(dòng)裝置。例如電子計(jì)算機(jī)的光電輸入器，開(kāi)關(guān)式溫度調(diào)節(jié)裝置及轉(zhuǎn)速測(cè)量數(shù)字式光電測(cè)速儀等。光電傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn), 因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。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(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行 I/O 口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。但對(duì)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。2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4 中斷系統(tǒng)具有 5 個(gè)中斷源，2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。6 串行口1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。7 P1 口、P2 口、P3 口、P4 口為 4 個(gè)并行 8 位 I/O 口。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的 RAM 區(qū)。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、I/O 口和指令集。MCS51 單片機(jī)中 8 位機(jī)和 1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是MCS51 單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。它也可兩兩組成雙 H 橋，每個(gè) H 橋有各自的使用（ENABLE）控制端。芯片內(nèi)有邏輯部分電源。每個(gè)橋有一個(gè)電源引腳。L298 采用 15 腳 Multiwatt 塑料封裝，通過(guò)散熱片可用螺絲固定在散熱器上，內(nèi)部包含：兩個(gè) H 橋的高電壓打電流全橋式驅(qū)動(dòng)器 A 和 B，每個(gè)全橋包括 4 只 NPN 型晶體管、邏輯電路供電穩(wěn)壓器、邏輯控制電路等。引腳 15：SENSING B，連接電流檢測(cè)電阻，信號(hào)反饋給電極控制芯片，實(shí)習(xí)恒流控制。引腳 3：OUTPUT2,全橋驅(qū)動(dòng)器 A 的輸出端。引腳 5：INPUT1，控制全橋驅(qū)動(dòng)器 A 的工作狀態(tài)。引腳 8：GND，地。引腳 10：INPUT3，控制全橋驅(qū)動(dòng)器 B 的工作狀態(tài)。引腳 13：OUTPUT1,全橋驅(qū)動(dòng)器 B 的輸出端。4 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明：在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。對(duì)于本系統(tǒng)，軟件更為重要。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過(guò)程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。模塊程序設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)是： 單個(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序易編寫(xiě)及調(diào)試； 模塊可以共存，一個(gè)模塊可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用； 模塊程序允許設(shè)計(jì)者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計(jì)者提供方便。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16 主程序流程圖圖 41 主程序流程圖 傳感器信息處理子程序圖 42 傳感器信息處理流程圖 系統(tǒng)初始化子程序圖 43 系統(tǒng)初始化流程圖長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17 電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序圖 44 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序流程圖5 預(yù)期結(jié)果和創(chuàng)新成果通過(guò)系統(tǒng)的模塊仿真及實(shí)際的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡小車(chē)所要實(shí)現(xiàn)的功能，沿著固定的軌跡行駛，不會(huì)出現(xiàn)行駛過(guò)程中脫離軌跡向別的方向行駛。另外自動(dòng)尋跡小車(chē)也可以用攝像頭實(shí)現(xiàn)尋跡，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)的無(wú)人駕駛汽車(chē)的控制就是利用攝像頭傳回路面信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)人們對(duì)汽車(chē)行駛路徑的監(jiān)視。自動(dòng)尋跡小車(chē)系統(tǒng)以迅猛發(fā)展的汽車(chē)電子為背景，涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科。在該系統(tǒng)中，由紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別，通過(guò)對(duì)小車(chē)速度的控制，使小車(chē)能按照任意給定的黑色引導(dǎo)線(xiàn)平穩(wěn)地尋跡。本設(shè)計(jì)所采用的紅外探測(cè)法，即利用紅外線(xiàn)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(chē)行駛過(guò)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(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線(xiàn)則紅外光被吸收，小車(chē)上的接收管接收不到紅外光。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò) 3cm。用一個(gè)字節(jié)來(lái)代表車(chē)底的 2 個(gè)光電傳感器，用每一個(gè)位來(lái)代表當(dāng)前傳感器的檢測(cè)狀態(tài)，長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19