【正文】 量各具特色﹑與 80C51 兼容的單片機(jī)。這一代單片機(jī)中，在總線(xiàn)方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線(xiàn)，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式。 本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的 80C51 為控制核心，80C51 采用 CHOMS 工藝，功耗很低。尤其是在足球機(jī)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(jìn)行檢測(cè)。 智能循跡小車(chē)設(shè)計(jì)原理這里的循跡是指小車(chē)在黑色地板上循白線(xiàn)行走，通常采取的方法是紅外探測(cè)法。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定黑線(xiàn)的位置和小車(chē)的行走路線(xiàn)。 智能循跡小車(chē)設(shè)計(jì)要求（1）自動(dòng)尋跡小車(chē)從安全區(qū)域啟動(dòng)。2 方案設(shè)計(jì)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(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的智能控制。 直流調(diào)速系統(tǒng)方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。簡(jiǎn)稱(chēng) VM 系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。VM 系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。VM 系統(tǒng)的缺點(diǎn)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(yùn)行造成困難。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，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。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)進(jìn)行直流調(diào)速。由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。3）由于電力電子器件只工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)稱(chēng) PWM 變換器。為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車(chē)的前行與倒車(chē)，本設(shè)計(jì)采用了可逆 PWM 變換器。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式 H 型變換器，它是由 4 個(gè)三極電力晶體管和 4 個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。1） ．行車(chē)起始、終點(diǎn)及光線(xiàn)檢測(cè)：本系統(tǒng)采用反射式紅外線(xiàn)光電傳感器用于檢測(cè)路面的起始、終點(diǎn)（2cm 寬的黑線(xiàn)） ，玩具車(chē)底盤(pán)上沿黑線(xiàn)放置一套，以適應(yīng)起始的記數(shù)開(kāi)始和終點(diǎn)的停車(chē)的需要。光線(xiàn)跟蹤，采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線(xiàn)，當(dāng)感受到光線(xiàn)照射時(shí)，其 ce 間的阻值下降，檢測(cè)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(jī)控制。見(jiàn)圖 電動(dòng)車(chē)的方向檢測(cè)電路(a)。該電路包括一個(gè)紅外發(fā)光二極管、一個(gè)紅外光敏三極管及其上拉電阻。此套紅外光電傳感器固定在底盤(pán)前沿，貼近地面。哪一種預(yù)先編制的程序來(lái)控制玩具車(chē)的行駛狀態(tài)。最后經(jīng)反接制動(dòng)實(shí)現(xiàn)停車(chē)。電橋上設(shè)置有兩組開(kāi)關(guān)，一組常閉，另一組常開(kāi)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時(shí)仍不能滿(mǎn)足某些特殊要求。這種情況下須采用差動(dòng)放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。方案三：電壓比較器方案。而 Ui 變化經(jīng)過(guò) Ur 時(shí)，比較器的輸出將從一個(gè)電壓跳變到另一個(gè)電平。對(duì)它的要求是：鑒別要準(zhǔn)確，反應(yīng)要靈敏，動(dòng)作要迅速，抗干擾能力要強(qiáng)，還應(yīng)有一定的保護(hù)措施，以防止因過(guò)電壓或過(guò)電流而造成器件損壞。放大、運(yùn)算電路為了實(shí)現(xiàn)性能穩(wěn)定并滿(mǎn)足一定的精度要求，這些電路中的運(yùn)放均引入了深度負(fù)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(yùn)放不但沒(méi)有引入負(fù)反饋，有時(shí)甚至還加正反饋。(2) 非線(xiàn)性。(3) 開(kāi)關(guān)特性。由于比較器的輸入信號(hào)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(guò)渡電路。如果在比較器的輸入端加理想階躍信號(hào)，那么在理想情況下比較器的輸出也應(yīng)當(dāng)是理想的階躍電壓，而且沒(méi)有延遲。電壓比較器的輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剿毜臅r(shí)間稱(chēng)為響應(yīng)時(shí)間。減小比較器響應(yīng)時(shí)間的主要方法有：(1) 盡可能使輸入信號(hào)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。(3) 如果選用集成運(yùn)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(yùn)放內(nèi)部的管子進(jìn)入深飽和區(qū)。如圖 電壓比較器電路所示：圖 電壓比較器電路在本設(shè)計(jì)中，光電傳感器只輸出一種高低電平信號(hào)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。如果用這樣的輸出電壓控制電機(jī)或繼電器，將出現(xiàn)頻繁動(dòng)作或起?，F(xiàn)象。而滯回比較器則解決了這個(gè)問(wèn)題。所以抗干擾能力強(qiáng)。方案四：施密特觸發(fā)器。施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的變形，它有兩個(gè)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(hào)的幅值增加到足夠大，它就從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。首先利用光電對(duì)管對(duì)路面信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)比較器處理之后，送給軟件控制模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，輸出相應(yīng)的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制整個(gè)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)（黑線(xiàn)） 軟件控制 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 控制小車(chē)圖 智能小車(chē)尋跡系統(tǒng)框圖 傳感檢測(cè)單元 小車(chē)循跡原理該智能小車(chē)在畫(huà)有黑線(xiàn)的白紙 “路面”上行駛，由于黑線(xiàn)和白紙對(duì)光線(xiàn)的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路 ”—黑線(xiàn)。紅外探測(cè)法，即利用紅外線(xiàn)在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。 傳感器的選擇及檢測(cè)電路設(shè)計(jì)市場(chǎng)上用于紅外探測(cè)法的器件較多，可以利用反射式傳感器外接簡(jiǎn)單電路自制探頭，也可以使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能可靠的集成式紅外探頭。圖 ST168 檢測(cè)電路ST198 采用高發(fā)射功率紅外光、電二極管和高靈敏光電晶體管組成，采用非接觸式檢測(cè)方式。筆者經(jīng)過(guò)多次測(cè)試、比較，發(fā)現(xiàn)把傳感器安裝在距離檢測(cè)物表面 10 毫米時(shí)，檢測(cè)效果最好。因?yàn)閭鞲衅鬏敵龆说玫降氖悄M電壓信號(hào)，所以在輸出端增加了比較器，先將 ST198 輸出電壓與 進(jìn)行比較，再送給單片機(jī)處理和控制。從簡(jiǎn)單、方便、可靠等角度出發(fā)，同時(shí)在底盤(pán)裝設(shè) 4 個(gè)紅外探測(cè)頭，進(jìn)行兩級(jí)方向糾正控制，將大大提高其循跡的可靠性，具體位置分布如圖 所示。其中 X1 與 Y1 為第一級(jí)方向控制傳感器，X2與 Y2 為第二級(jí)方向控制傳感器，并且黑線(xiàn)同一邊的兩個(gè)傳感器之間的寬度不得大于黑線(xiàn)的寬度。第二級(jí)方向探測(cè)器實(shí)際是第一級(jí)的后備保護(hù)，它的存在是考慮到小車(chē)由于慣性過(guò)大會(huì)依舊偏離軌道，再次對(duì)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行糾正，從而提高了小車(chē)循跡的可靠性?？刂品椒ㄓ泻芏啵蟛糠侄疾捎脝纹瑱C(jī)控制。 NY啟動(dòng)（開(kāi)始前進(jìn)）初始化程序 I/O 口掃描 I/O 口是否有變化？進(jìn)入判斷程序，輸出相應(yīng)的信號(hào)控制電機(jī)終止圖 系統(tǒng)的程序流程圖小車(chē)進(jìn)入循跡模式后，即開(kāi)始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片機(jī) I/O 口，一旦檢測(cè)到某個(gè) I/O 口有信號(hào)變化，程序就進(jìn)入判斷程序，把相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給電動(dòng)機(jī)從而糾正小車(chē)的狀態(tài)?？紤]到機(jī)械裝置不便于修改等因素，這里選擇后者，利用單片機(jī)輸出端輸出高電平的脈寬及其占空比的大小來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制小車(chē)的速度。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元從單片機(jī)輸出的信號(hào)功率很弱，即使在沒(méi)有其它外在負(fù)載時(shí)也無(wú)法帶動(dòng)電機(jī)，所以在實(shí)際電路中我們加入了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提高輸入電機(jī)信號(hào)的功率，從而能夠根據(jù)需要控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖 (a) L298N 管腳分布圖從圖中可以知道，一塊 L298N 芯片能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制，極大地滿(mǎn)足各種復(fù)雜電路需要。其電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖 (b)所示。具體電路設(shè)計(jì)如圖 所示。該穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)如圖 所示。到達(dá) B 出時(shí)繼續(xù)前進(jìn)與C 邊相交，然后右轉(zhuǎn) 90 度，返回到開(kāi)始處 A 點(diǎn)。ABC圖 小車(chē)循跡路線(xiàn)圖5 結(jié)束語(yǔ)此方案選擇的器件比較簡(jiǎn)單，實(shí)際中也很容易實(shí)現(xiàn)。不足之處，由于小車(chē)采用直流電機(jī)，其速度控制不夠精確和穩(wěn)定，導(dǎo)致小車(chē)循跡時(shí)行走不是很流暢；其次，由于車(chē)身比較重，致使小車(chē)在拐彎的時(shí)候比較吃力，有時(shí)候會(huì)卡死不動(dòng)。由于設(shè)計(jì)要求并不復(fù)雜，我們沒(méi)有在電路中增加冗余的功能，但是我們保留了各種硬件接口和軟件子程序接口，方便以后的擴(kuò)展和進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。通過(guò)幾個(gè)月的努力，即將完成論文，當(dāng)然由于本人精力和時(shí)間有限，本論文中或多或少會(huì)存在一些缺點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的軟硬件難免存在一些不足，還懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)給予批評(píng)和指正。首先感謝我的導(dǎo)師朱宇副教授！本文的研究工作是在朱老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。朱老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敬業(yè)的精神和平易近人的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，在朱老師的指導(dǎo)下，我在學(xué)習(xí)生活方面都得到了很多進(jìn)步！他即是良師又是益友，不僅讓我學(xué)到了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還讓我學(xué)到了很多做人的道理，會(huì)不斷激勵(lì)著我?jiàn)^發(fā)學(xué)習(xí)、努力進(jìn)步。在此，請(qǐng)?jiān)试S我表示我深深的敬意和衷心的感謝。另外，感謝我的同學(xué)和室友，他們?cè)谖业膶W(xué)習(xí)和生活中給與了我很大的幫助很支持。參考文獻(xiàn)[1] 劉坤、宋戈 .51 單片機(jī) C 語(yǔ)言應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)大全[M].[2] 張義和、徐宏昌 .例說(shuō) 51 單片機(jī)(C 語(yǔ)言版)[M].[3] ++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].[4] [M].[5] 康華光. 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的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用 PC 上來(lái)運(yùn)行，家用 PC 的也是承受不了的。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng) PC 機(jī)。還有一類(lèi)計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類(lèi)頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱(chēng)前冠以形容詞——“ 智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。在個(gè)人計(jì)算機(jī)上這些部份被分成若干塊芯片，安裝一個(gè)稱(chēng)之為主板的印刷線(xiàn)路板上。 MCS51 單片機(jī)和 8058031 、89C51 等的關(guān)系我們平常老是講 8051，又有什么8031，現(xiàn)在又有 89C51，它們之間究竟是什么關(guān)系? MCS51 是指由美國(guó) INTEL 公司（對(duì)了，就是大名鼎鼎的 INTEL）生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱(chēng)，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如 8031，8051，8751，8032，8052，8752 等，其中 8051 是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在 8051 的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變