【正文】 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)行哪一種預(yù)先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài)。最后經(jīng)反接制動實現(xiàn)停車。電橋上設(shè)置有兩組開關(guān)，一組常閉，另一組常開。三極管導(dǎo)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。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。 6 圖 檢測放大器方案： 方案一：使用普通單級比例放大電路。但是也存在著許多不足。 方案二：采用差動放大電路。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(dāng)強的抑制能力。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。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。 比較器有各種不同的類型。 比較器的特點： ⑴ 工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。因此比較器的性能分析方法與放大、運算電路是不同的。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。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(dāng)與一個受輸入信號控制的開關(guān)，當(dāng)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(yīng)當(dāng)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(yīng)的輸入電壓值（閾值）來分析輸入量與輸出量之間的關(guān)系。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。響應(yīng)時間越短，響應(yīng)速度越快。 (2) 選用集成電壓比較器。具體措施多為在集成運放的兩個輸入端并聯(lián)二極管。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 8 復(fù)的從一個電平跳到另一個電平。這種情況，通常是不允許的。滯回比較器有兩個數(shù)值不同的閾值， 當(dāng)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。 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。 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。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。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 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。測距輪安裝在車輪上，這樣能使記數(shù)值準(zhǔn)確一些。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。 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。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。 三 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(dāng)小車行駛時 ,分別顯示時間和行駛距離。開始由手動啟動小車，并復(fù)位，當(dāng)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。 圖 系統(tǒng)原理圖 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 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(fù)位電路 10 第三章 硬件設(shè)計 一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件 電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如 ROM﹑ RAM﹑ I/O 口﹑定時 /記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。 一 80C51單片機硬件結(jié)構(gòu) 80C51 單片機是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上 [2]。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。 1 微處理器 該單片機中有一個 8 位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。 3 程序存儲器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至 64k 字節(jié)。 5 定時器 /計數(shù)器 片內(nèi)有 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器， 具有四種工作方式?？捎脕磉M行串行通訊，擴展并行 I/O口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。 11 8 特殊功能寄存器 共有 21個，用于對片內(nèi)的個功能的部件進行管理、控制、監(jiān)視。 由上可見， 80C51 單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。 1 位機在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而 8 位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 80C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。 (2) 內(nèi)部存儲器容量有限。 圖 80C51單 片機最小系統(tǒng) 時鐘電路 80C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度 12 有少許影響， CX CX2 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。 在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 復(fù)位電路 80C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。 復(fù)位電路通常采用上電自 動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。只要 Vcc 的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。 除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵手動復(fù)位電路見圖 。 圖 80C51復(fù)位電路 三 前向 通道設(shè)計 單片機用與測控系統(tǒng)時，總要有與被測對象相聯(lián)系的前向通道。在前向通道設(shè)計時要考慮到傳感 13 器或敏感元件選擇、通道結(jié)構(gòu)、信號調(diào)節(jié)、電源配置、抗干擾設(shè)計等。 1﹑前向通道的含義 當(dāng)將單片機用作測﹑控系統(tǒng)時，系統(tǒng)中總要有被測信號輸入通道，有計算機拾取必要的輸入信息。 對被 測對象狀態(tài)的測試一般都離不開傳感器或敏感元件，這是因為被測對象的狀態(tài)參數(shù)常常是一些非電物理量，如溫度、壓力、載荷、位移等，而計算機是一個數(shù)字電路系統(tǒng)。 對被測對象的信號的拾取其主要任務(wù)就是最忠實地反映被測對象的真實狀態(tài)，它包括實時性與測量精度。 因此，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的前向通道體現(xiàn)了被測對象與系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號輸入通道，原始參數(shù)輸入通道。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，對信號輸入、傳感、變換應(yīng)作廣義理解，例如開關(guān)量的檢測及信號輸入，在單片機的各種應(yīng)用系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。故只要反映外界狀態(tài)的信號輸入通道都可稱為前向通道。這些應(yīng)用 系統(tǒng)沒有被測對象，故不需要前向通道。探測障礙的最簡單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標(biāo)發(fā)射超聲波脈沖，計算其往返時間來判定距離的。其優(yōu)點是價格便宜，易于使用，且在 10m 以內(nèi)能給出精確的測量。首先因其只能在 10m 以內(nèi)有效使用，所以并不適合 ITS 系統(tǒng)。 表 傳感器性能比較 14 傳感器類型 優(yōu) 點 缺 點 超聲波 視覺 激光雷達 MMW 雷達 價格合理，夜間不受影響。 價格相合理，夜間不受影響