【正文】 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 12 頁(yè) 共 53 頁(yè) STC89C52RC 單片機(jī)最小系統(tǒng) 的基本工作電路包括電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。 圖 33 單片機(jī)最小系統(tǒng)組成方框圖 1．電源電路 電源電路模塊為單片機(jī)最小系統(tǒng)和其他功能模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的 +5V電源電壓。作為單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)，典型的晶體振蕩頻率為 12MHz。其兩種電路如圖 34 所示。當(dāng)在 MCS51 系列單片的 RST 引腳處引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。其兩種電路方式 如圖 35（ a）、（ b）所示。只需在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)脈沖信號(hào)。其 單 片 機(jī) 電源電路 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 13 頁(yè) 共 53 頁(yè) 具體電路設(shè)計(jì)如圖 36 所示。 89C52 單片機(jī)的使用 本次設(shè)計(jì)，使用到了 89C52 單片機(jī)的 I/O 口的輸入輸出功能、內(nèi)部定時(shí)器 T0、 TT2 的使用及串口中斷、外部中斷。通過(guò)單片機(jī)對(duì)外部傳感器的信號(hào)采集處理，從而對(duì)外部條件進(jìn)行判斷以確定小車下一步的運(yùn)行狀態(tài)。單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器的使用是用于產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，以及其他需要精確時(shí)間的地方。單片機(jī)的外部中斷用于紅外信號(hào)的接收，然后通過(guò)解碼程序得到命令，從而控制小車的運(yùn)動(dòng)。 我們所使用的電機(jī)一般為直流電機(jī)，主要用到永磁直流電機(jī)、伺服 電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)三種。 我們使用的這種直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊使用 我們使用的 L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A；額定功率 25W。使用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。 其實(shí)物及引腳圖如下 圖 37 所示 。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 15 頁(yè) 共 53 頁(yè) 驅(qū)動(dòng)原理及電路圖 驅(qū)動(dòng)部分我們使用的是 L298N 驅(qū)動(dòng)芯片 構(gòu)成 的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路模塊 如圖 38 所示 。 圖 37 L298 驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)物及 引腳圖 圖 38 驅(qū)動(dòng)實(shí)物圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 16 頁(yè) 共 53 頁(yè) IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11VSS9GND8VS4OUT12OUT23OUT313OUT414ISENA1ISENB15L298NJ3R141KR131KR121KR111KR151KR161KR171KR181KC15100uFC16104 D7IN4007D11IN4007D8IN4007D12IN4007D9IN4007D13IN4007D10IN4007D14IN4007C18104C17100uF1234J5OUT123J1V+5V+5V +9V+5V+9V+5V1234J4INA11K12A23K24A35K36A47K48E49C410E311C312E213C214E115C116J2guanguo 使用直流 /步進(jìn)兩用驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。引腳 A， B可用于輸入 PWM脈寬調(diào)制信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。（如果信號(hào)端 IN1 接低電平， IN2接高電平，電機(jī) M1 反轉(zhuǎn)。（反之則反轉(zhuǎn)）， PWM 信號(hào)端 A 控制 M1 調(diào)速，PWM 信號(hào)端 B 控制 M2 調(diào)速。 電機(jī) 旋轉(zhuǎn)方式 控制端 IN1 控制端 IN2 控制端 IN3 控制端 IN4 輸入 PWM 信號(hào)改變脈寬可調(diào)速 調(diào)速端 A 調(diào)速端B M1 正轉(zhuǎn) 高 低 / / 高 / 反轉(zhuǎn) 低 高 / / 高 / 停止 低 低 / / 高 / M2 正轉(zhuǎn) / / 高 低 / 高 反轉(zhuǎn) / / 低 高 / 高 停止 低 低 / / / 高 攝像頭介紹 本項(xiàng)目中攝像頭實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車周邊情況 ，使之成為一個(gè)無(wú)線可控移動(dòng)的視頻監(jiān)控器，也用于判斷小車當(dāng)前路況。近年以來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速度的不斷提高，再加上感光成像器件技術(shù)的成熟并大量用于攝像頭的制造上，這使得它的價(jià)格降到普通人可以承受的 區(qū)間 。 攝像頭的分類 攝像頭分為數(shù)字?jǐn)z像頭和模擬攝像頭兩大類。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號(hào)必須經(jīng)過(guò)特定的視頻捕捉卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)上運(yùn)用?，F(xiàn)在電腦市場(chǎng)上的攝像頭基本以數(shù)字?jǐn)z像頭為主，而數(shù)字?jǐn)z像頭中又以使用新型數(shù)據(jù)傳輸接口的 USB 數(shù)字?jǐn)z像頭為主，目前市場(chǎng)上可見的大部分都是這種產(chǎn)品。由于個(gè)人電腦的迅速普及，模擬攝像頭的整體成本較高等原因， USB 接口的傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于串口、并口的速度，因此現(xiàn)在市場(chǎng)熱點(diǎn)主要是 USB 接口的數(shù)字?jǐn)z像頭。 攝像頭的工作原理 攝像頭的工作原理大致為：景物通過(guò)鏡頭 (LENS)生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)過(guò) A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換 )轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，再送到數(shù)字信號(hào)處理芯片 (DSP)中加工處理，再通過(guò) USB 接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過(guò)顯示器就可以看到圖像了。電腦 等終端接收設(shè)備，接收到視頻信號(hào) 后 通過(guò)控制軟件的界面顯示圖像。攝像頭內(nèi)部需要兩種工作電壓： 和 ，因此好的攝像頭內(nèi)部電源也是 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 18 頁(yè) 共 53 頁(yè) 保證攝像頭穩(wěn)定工作的一個(gè)因素。 舵機(jī) 舵機(jī)如圖 311 所示 。電源有兩種規(guī)格，一是 ，一是 ，分別對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)，即輸出力矩不同， 對(duì)應(yīng)的要大一些，具體看應(yīng)用條件；另外一根線是控制信號(hào)線， Futaba 的一般為白色， JR 的一般為桔黃色。但記住紅色為電源，黑色為地線，一般不會(huì) 有 錯(cuò)。也就是說(shuō)，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的角度上，無(wú)論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供一個(gè)另外寬度的脈沖信號(hào)，它才會(huì)改變輸出角度到新的對(duì)應(yīng)的位置上。由此可見，舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不能超過(guò) 180 度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動(dòng)當(dāng)中。 舵機(jī)的作用 在本次 wifi 小車中我們利用兩個(gè)舵機(jī)做成一個(gè)云臺(tái) （如圖 312） ，將攝像頭固定在云臺(tái)上，通過(guò) 89C52 單片機(jī)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)一定的角度，把我們想要角度的圖像通過(guò)攝像頭傳送到電腦等終端設(shè)備。 本項(xiàng)目 采用的是通過(guò)集成穩(wěn)壓芯片 LM78XX 系列構(gòu)成一個(gè) 5v、 6v 的穩(wěn)壓模塊供電 。 LM78 系列集成穩(wěn)壓芯片介紹 電子產(chǎn)品 中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78系列和負(fù)電壓輸出的79系列。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 78 或 79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 7806 表示輸出電壓為正 6V， 7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。 圖 312 舵機(jī)云臺(tái) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 20 頁(yè) 共 53 頁(yè) 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在 EQWEWQW 三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大 的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。 當(dāng)制作中需要一個(gè)能輸出 以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來(lái)，使其最大輸出電流為 N 個(gè) ，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。 穩(wěn)壓電路 78 穩(wěn)壓電路原理圖如圖 314 所示 。 IC 采用集成穩(wěn)壓器 780 7806，其中電容分別為輸入端和輸出端濾波， LED 和電阻 R1 構(gòu)成一個(gè)電源指示電路，具體參數(shù)如圖 314 所示。 路由器及驅(qū)動(dòng)模塊供電模塊 LM2596 路由器需要一個(gè) 12V/1A 的電源；電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要一個(gè) 8V 左右的電源。 LM2596 系列是 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司 生產(chǎn)的 3A 電流 輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片 ，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（ 150KHZ），和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（ ），并具有完善的保護(hù)電路 ：電流限制、熱關(guān)斷電路等。提供有： 、 5V、 12V 及可調(diào)（ ADJ）等多個(gè)電壓檔次產(chǎn)品。 圖 315 為 LM2596 芯片實(shí)物以及引腳示意圖。 LM2596 系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性 最大輸出電流： 3A 最高輸入電壓： 37V 輸出電壓： 、 5V、 12V及（ ADJ）等，最大輸出電壓 37V 震蕩頻率： 150KHZ 轉(zhuǎn)換效率： 75%~88%（不同電壓輸出時(shí)的 轉(zhuǎn)換效率 不同） 工作溫度范圍 ： 40℃ ~+125℃ 工作模式：低功耗 /正常兩種模式?？烧{(diào)節(jié)輸出小于 37V的各種電壓。由于該器件只需 4 個(gè)外接器件，可以使用通 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 22 頁(yè) 共 53 頁(yè) 用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了 LM2596 的使用，極大地簡(jiǎn)化了開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。 2 1 3( 1)OUTREFVR R R V? ? ? 23131 10FFC R? ?? 由于路由器耗電較大需要供 12V/1A 的電，我們通過(guò)調(diào)節(jié) LM2596 的開關(guān)電源模塊電路為路由器供 12V/1A 的電源以及給耗電較大的電機(jī)供電。 可調(diào)壓 LM2596 電路原理圖如圖 316 所示 。 燈光電路和蜂鳴器電路都是通過(guò)單片機(jī)引腳輸出高低電平到三極管的基極，使三極管導(dǎo)通或截止，從而控制 LED 的點(diǎn)亮熄滅，控制蜂鳴器的鳴叫。 電平轉(zhuǎn)換電路中將 5V轉(zhuǎn)化為 3V是通過(guò)滑動(dòng)電阻器降壓實(shí)現(xiàn)的，將 3V轉(zhuǎn)換為 5V是通過(guò) 3V的信號(hào)控制三極管的截止 ， 導(dǎo)通進(jìn)行控制從而使三級(jí)管的發(fā)射極對(duì)應(yīng)輸出高低電平用于輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。 程序流程圖 智能 WIFI 小車的軟件編寫主要分為命令接收部分、命令執(zhí)行部分、以及具體的信號(hào)的采集和處理。軟件總體設(shè)計(jì)及程序流程 如下圖 41 所示 。進(jìn)入中斷后關(guān)掉中斷，避免數(shù)據(jù)信號(hào)重復(fù)引起中斷。具體流程圖如下圖 42 所示 。其流程圖如下圖 43 所示 。其流程圖如下圖 44 所示 。其流程圖如下圖 45 所示 。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過(guò)程統(tǒng)一的特點(diǎn)。 常用軟件介紹 1． Keil 軟件 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系統(tǒng)。其軟件界面如圖51 所示。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805 HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2020 年即將增加 Cortex和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。其軟件界面如圖 52 所示。將 Proteus 里的單片機(jī) 89C52 的晶振設(shè)置為我們實(shí)物中使用的參數(shù) ，將 T0、 T1 和 T2 定時(shí)器開啟并使之從單片機(jī)的 I/O 口輸出 ，我們通過(guò) Proteus 軟件里的示波 器，就可看出我們?cè)O(shè)置的定時(shí)器初始值是否合適，如果不合適我們就能根據(jù) I/O 口的波形，修改我們的參數(shù)直到合適為止。這樣我們就可將外部的輸入狀態(tài)和輸出進(jìn)行對(duì)比，判斷出個(gè)模塊軟件的編寫是否正常。 1．硬件調(diào)試 由于此設(shè)計(jì)實(shí)物的焊接、裝配工作量非常 大，所以在電路安裝完成后，首先應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體檢查，確認(rèn)電路無(wú)虛焊、短路、斷路等錯(cuò)誤，然后應(yīng)該對(duì)電路各功能模塊進(jìn)行分級(jí)調(diào)試，逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。首先選用單片機(jī)開發(fā)板作為程序調(diào)試的載體，逐步對(duì)各模塊子程序進(jìn)行調(diào)試，然后再將各子程序模塊進(jìn)行有機(jī)組合、聯(lián)調(diào)，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的軟件調(diào)試。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 32 頁(yè) 共 53 頁(yè) 結(jié) 論 通過(guò) 本次 WIFI 智 能小車的理論學(xué)習(xí)、論文編寫和實(shí)物的制作，進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)到了自身存在的不足