【正文】 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí) ， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 12 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī) 器周期的高電平時(shí)間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1： 片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘放大器電路的輸出端。 XTAL2： 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 由 L298N 構(gòu)成的 PWM 功率放大器的工作形式為單極可逆模式， PWM 電路由四個(gè)大功率晶體管組成 H 橋電路構(gòu)成，四個(gè)晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，兩個(gè) H 橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起， 1 腳和 15 腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器 , 形成電 流傳號(hào)。 12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn) , ENA、 ENB 接控制使能端，用來(lái)輸入 PWM 信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)，輸出腳 SENSEA 和SENSEB 用來(lái)連接電流檢測(cè)電阻， Vss 接邏輯控制的電源。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖見 圖 32。其內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路 , 即內(nèi)含二個(gè)吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 14 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TT L 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、 2A 以下的電機(jī)。同理，引腳 13和 14 也可控 制一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。引腳 5，7， 10， 12 為單片機(jī)輸入到 L298N 芯片的輸入引腳。 1 腳和 15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)，也可 以直接接地。引腳 8 為芯片的接地引腳，它與 L298N 芯片的散熱片連接在一起。 該芯片的一些參數(shù)如下： (1) 邏輯部分輸入電壓： 6～ 7V (2) 驅(qū)動(dòng)部分輸入電壓 Vs： ～ 46V (3) 邏輯部分工作電流 Iss： ≤36mA (4) 驅(qū)動(dòng)部分工作電流 Io： ≤2A (5) 最大耗散功率： 25W（ T=75℃ ） (6) 控制信號(hào)輸入電平：高電平： ≤Vin≤Vss，低電平： ≤Vin≤ 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 15 (7) 工作溫度： 25℃ ～＋ 130℃ (8) 驅(qū)動(dòng)形式：雙路大功率 H 橋驅(qū)動(dòng) 小車方向 與速度 控制 智能小車首先要能實(shí)現(xiàn)直走，在行進(jìn)中遇到障礙物時(shí)同時(shí)要能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和倒退控制，才能避開障礙物。由上表可知兩個(gè)電機(jī)都正轉(zhuǎn)的控制組合為 P4_7P4_4 為1001，也就是說(shuō)只要把 P4_7P4_4 設(shè)置為 1001 就實(shí)現(xiàn)了小車的前進(jìn)功能。此時(shí)的P4_7P4_4 端口數(shù)據(jù)為 0110。 方案一： 在設(shè)計(jì)中只要讓一側(cè)的電機(jī)停轉(zhuǎn)，讓另一側(cè)的電機(jī)正傳或反轉(zhuǎn)，這樣小車就會(huì)朝著一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)。另外還有左前轉(zhuǎn)，右后轉(zhuǎn)，左后轉(zhuǎn)等動(dòng)作，控制方法類似。造成這種現(xiàn)象的原因是：小車轉(zhuǎn)彎是通過一側(cè)的輪子停轉(zhuǎn)，另一側(cè)的輪子正 轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。 方案二： 考慮到上述方案存在的缺陷，且小車本身重量過大，電源又太重，實(shí)在找不到電量大且重量輕的電源，我們研究出只有一邊正轉(zhuǎn)一邊反轉(zhuǎn)才能轉(zhuǎn)彎。 （ 3） PWM 調(diào)速原理 AT89C51 單片機(jī)有集成的定時(shí)器產(chǎn)生 PWM 波形，我們可通過用它的一個(gè)定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生占空比和頻率可調(diào)方波來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 此時(shí)可以通過調(diào)整 PWM 的占空比，來(lái)改變電機(jī)兩端的平均電壓大小。 循跡 系統(tǒng) 循跡原理 小車循跡原理是 小車在畫有黑線的白紙 “路面 ”上行駛，由于黑線和白紙對(duì)光線的反射系數(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。紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。避障亦是此原理。 TCRT5000 傳 感 器 的 工作 原 理與 一 般的 紅 外傳 感 器一 樣 , 一傳一感 .TCRT5000 具有 一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管 .當(dāng)發(fā)射管的紅外信號(hào)經(jīng)反第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 17 射被接收管接收后 ,接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化 ,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來(lái) ,而經(jīng)過 ADC 轉(zhuǎn)換或 LM324 等電路整形后得到處理后的輸出結(jié)果 .電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號(hào)強(qiáng)度 ,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面 .硬件參考原理圖 如圖 34 所示。 LM324集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是： (1)失調(diào)電壓小，典型值為 2mV； (2)電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為 177。18V； (3)對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬； (4)共模范圍很大，為 0~（ ） Vo； (5)差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； (6)輸出端電位可靈活方便地選用。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM324輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng) “”端電壓高于 “+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。 LM324的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體 三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。 避障 系統(tǒng) 避障原理 采用一只紅外對(duì)管置于小車右側(cè)。其原理與循跡一樣， 利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)小車行進(jìn)過程中，如果遇到障礙，紅外檢測(cè)頭亮燈時(shí)，收到一個(gè)低電平，左電機(jī)停止工作，右電機(jī)正常工作，小車左轉(zhuǎn)避開障礙。原理圖見圖 35。 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路是遙控器芯片 HT6221 將紅外碼調(diào)制成 38KHZ的脈沖信號(hào)通過紅外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。 K6 K7 K8 K9D6L E DC 1 01 0 0 pC 1 11 0 0 pR 1 21kR 1 347X2CR Y S T A LK2 K3 K4 K5D7L E DR 1 43 3 0R11R22R33R44DO UT5V D D6D77X28X19VSS10A IN20C119C218C317C416C515C614C713C812L E D11HT 6 2 2 1Q1B U80 6 圖 36 紅外發(fā)射電路 圖中 D6 就是紅外發(fā)射二極管， R13 是限流電阻 47Ω，由此可見，紅外發(fā)射管的電流是很大的，這是為了保證足夠的發(fā)射功率。 HT6221 的編碼規(guī)則是：當(dāng)一個(gè)鍵按下超過 36ms，振蕩器使芯片激活，如果這個(gè)按鍵按下且延遲大約 108ms，這 108ms 發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼 (9ms)，一個(gè)結(jié)果碼 ()，低 8 位地址碼 (9ms~18ms)，高 8 位地址碼 (9~18ms)， 8 位數(shù)據(jù)碼(9~18ms)和這 8 位數(shù)據(jù)碼的反碼 (9~18ms)組成，如果按鍵按下超過 108ms 仍未松開，接下來(lái)發(fā)射的代碼將僅由起始碼 (9ms)和結(jié)束碼 ()組成。就是說(shuō)如果接收電路里收到這些數(shù)據(jù)碼中的某一個(gè)就知道哪一個(gè)鍵按下了，從而執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。 OUT 即是解調(diào)信號(hào)的輸出端，直接接單片機(jī) I/O 口就可以了。 圖 37 一體化紅外接收探頭 HS0038 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 21 顯示 系統(tǒng) LCD1602 簡(jiǎn)介 顯示模塊用液晶顯示器 LCD1602 來(lái)顯示小車各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。它有若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。 LCD1602 功能特性 1602LCD 有以下特性： （ 1） +5V電壓，對(duì)比度可調(diào)； （ 2）內(nèi)含復(fù)位電路； （ 3） 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能； （ 4）有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM； （ 5）內(nèi)建有 160 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM； （ 6） 8 個(gè)可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM。引腳說(shuō)明如下： 表 34 LCD 引腳說(shuō)明 引腳號(hào) 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 1 VSS 電源地 2 VCC 電源（ +5V） 3 VEE 對(duì)比調(diào)整電壓 4 RS 0/1 輸入 0=輸入指令 1=輸入數(shù)據(jù) 5 R/W 0/1 輸入 0=向 LXD 寫入指令或數(shù)據(jù) 1=從 LCD 讀取信息 6 E 1,10 輸入 使能信息號(hào)， 1 時(shí)讀取信息， 10 執(zhí)行指令 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 22 續(xù)表 34 LCD 引腳說(shuō)明 引腳號(hào) 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 7 DB0 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line0（最低位） 8 DB1 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line1 9 DB2 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line2 10 DB3 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line3 11 DB4 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line4 12 DB5 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line5 13 DB6 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line6 14 DB7 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line7（最高位） 15 A +VCC LCD 背光電源正極 16 K 接地 LCD 背 光電源負(fù)極 最小單元電路系統(tǒng) 復(fù)位電路模塊 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。此時(shí) ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸 出高電平。 單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在 RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使 MCS51有效的復(fù)位。 10MHZ時(shí)約為 1ms， 1MHZ時(shí)約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位， RST在上電應(yīng)保持 20ms以上的高電平。 若復(fù)位電路失效，加電后 CPU 從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 23 常運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖 38 單片機(jī)復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。 AT89C51是屬于 CMOS8位微處理器，它的時(shí)鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機(jī)。振蕩器工作受 /PD端控制，由軟件置 “1”PD（即特殊功能寄存器 ）使/PD＝ 0，振蕩器停止工作，整個(gè)單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。圖中 SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由 SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率） 。時(shí)鐘振蕩電路如圖 39。在本章中列出了此次設(shè)計(jì)所用的全部器件以及一些主要技術(shù)和器件的介紹。第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 25 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 發(fā)送 端 程序流程圖 發(fā)送端主程序流程圖 圖 41 為發(fā)送端主程序流程圖，通過掃描的按鍵值來(lái)確定發(fā)送的紅外信號(hào)，使不同的按鍵有不同的紅外代碼，這樣經(jīng)接收端解碼后，能使小車實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 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) Y N 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 26 圖 42 發(fā)送端中斷子程序流程圖 接收端 程序 流程圖 接收端主程序流程圖 接收端程序主要完成紅外信號(hào)的接收、解碼，以及直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和液晶屏