自动往返电动小汽车（毕业设计）

一 一. 毕业实践任务书 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 实 践 任 务 书 课题名称： 自 动 往 返 电 动 小 汽 车 指导教师： XXXXXXX 职 称：讲 师 指导教师： 职 称： 专业名称：XXXXXXXX 班 组：XXXXXX 学生姓名： XXXXXXX 学 号： 05 一. 课题需要完成的任务： 设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。允许用玩具汽车改装，但不能用人工遥控（包括有线和无线遥控）。 A B C D E F G 限速区 1m 0.5m 3-6m 3-6m 0.5m 图1跑道顶视图 跑道宽度0.5m，表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低于20cm。在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线，各段的长度如图1所示。 设计要求 1、车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）。 2. 达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值）。D～E间为限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8秒，但不允许在限速区内停车。 二. 课题： 2006.3.3~2006.3.6 熟悉课题，可行性方案分析及方案论述。 2006.3.7~2006.3.19 查阅资料，设计各部分硬件。 2006.3.19~2006.4.10 画原理图，印刷线路板。 2006.4.10~2006.4.20 编写程序验证部分硬件。 2006.4.21~2006.4.25 写出。 计划答辩时间：4.21-4.28 XXXXX 系（部、分院） 2006年02年18日 二.外文翻译 VIDEOCASSETTE Before the videocassette recorder there was the movie projector and screen. Perhaps you remember your fifth-grade teacher pulling down a screen—or Dad hanging a sheet on the wall, ready to show visiting friends the enthralling account of your summer vacation at the shore. Just as the film got started, the projector bulb often blew out. 　　Those days did have one advantage, though: the screen was light, paper-thin and could be rolled into a portable tube. Compare that with bulky television and computer screens, and the projector screen invokes more than just nostalgia. Could yesterday's convenience be married to today's technology? 　　The answer is yes, thanks to organic light-emitting materials that promise to make electronic viewing more convenient and ubiquitous. Used in displays, the organic materials are brighter, consume less energy and are easier to manufacture (thus potentially cheaper) than current options based on liquid crystals. Because organic light-emitting diodes (OLEDs) emit light, they consume significantly less power, especially in small sizes, than common liquid-crystal displays (LCDs), which require backlighting. OLEDs also offer several exciting advantages over common LEDs: the materials do not need to be crystalline (that is, composed of a precisely repeating pattern of planes of atoms), so they are easier to make; they are applied in thin layers for a slimmer profile; and different materials (for different colors) can be patterned on a given substrate to make high-resolution images. The substrates may be inexpensive glass or flexible plastic or even metal foil. 　　In the coming years, large-screen televisions and computer monitors could roll up for storage. A soldier might unfurl a sheet of plastic showing a real-time situation map. Smaller displays could be wrapped around a person's forearm or incorporated into clothing. Used in lighting fixtures, the panels could curl around an architectural column or lie almost wallpaperlike against a wall or ceiling. 　　LEDs currently have longer lifetimes than organic emitters, and it will be tough to beat the widespread LED for use in indicator lamps. But OLEDs are already demonstrating their potential for displays. Their screens put out more than 100 candelas per square meter (about the luminance of a notebook screen) and last tens of thousands of hours (several years of regular use) before they dim to half their original radiance. 　　Close to 100 companies are developing applications for the technology, focusing on small, low-power displays [see box on page 80]. Initial products include a nonflexible 2.2-inch (diagonal) display for digital cameras and cellular phones made jointly by Kodak and Sanyo, introduced in 2002, and a 15-inch prototype computer monitor produced by the same collaborative venture. The global market for organic display devices was about $219 million in 2003 and is projected to jump to $3.1 billion by 2009, according to Kimberly Allen of iSuppli/Stanford Resources, a market-research firm specializing in displays. 一、What LED to OLED 　　CRYSTALLINE semiconductors—the forerunners of OLEDs—trace their roots back to the development of the transistor in 1947, and visible-light LEDs were invented in 1962 by Nick Holonyak, Jr. They were first used commercially as tiny sources of red light in calculators and watches and soon after also appeared as durable indicator lights of red, green or yellow. (When suitably constructed, LEDs form lasers, which have spawned the optical-fiber revolution, as well as optical data storage on compact discs and digital video discs.) Since the advent of the blue LED in the 1990s [see “Blue Chip,” by Glenn Zorpette; Scientific American, August 2000], full-color, large-screen television displays made from hundreds of thousands of LED chips have appeared in spectacular fashion on skyscrapers and in arenas [see “In Pursuit of the Ultimate Lamp,” by M. George Crawford, Nick Holonyak, Jr., and Frederick A. Kish, Jr.; Scientific American, February 2001]. Yet the smaller sizes used in devices such as PDAs (personal digital assistants) and laptops are not as practical. 　　LEDs and OLEDs are made from layers of semiconductors—materials whose electrical performance is midway between an excellent conductor such as copper and an insulator such as rubber. Semiconducting materials, such as silicon, have a small energy gap between electrons that are bound and those that are free to move around and conduct electricity. Given sufficient energy in the form of an applied voltage, electrons can “jump” the gap and begin moving, constituting an electrical charge. A semiconductor can be made conductive by doping it; if the atoms added to a layer have a smaller number of electrons than the atoms they replace, electrons have effectively been removed, leaving positively charged “holes” and making the material “p-type.” Alternatively, a layer that is doped so that it has an excess of negatively charged electrons becomes “n-type” [see box on opposite page]. When an electron is added to a p-type material, it may encounter a hole and drop into the lower band, giving up an amount of energy (equal to the energy gap) as a photon of light. The wavelength depends on the energy gap of the emitting material. 　　For the production of visible light, organic materials should have an energy gap between their lower and higher conduction bands in a relatively small range, about two to three electron volts. (One electron volt is defined as the kinetic energy gained by an electron when it is accelerated by a potential difference of one volt. A photon with one electron volt of energy corresponds to the infrared wavelength of 1,240 nanometers, and a photon of two electron volts has a wavelength half as much—620 nanometers—a reddish color.) 二、A Surprising Glow 　　ORGANIC semiconductors are formed as aggregates of molecules that are, in the technologies being pursued, amorphous—a solid material, but one that is noncrystalline and without a definite order. There are two general types of organic light emitters, distinguished by “small” and “large” molecule sizes. The first practical p-n-type organic LED, based on small molecules, was invented in 1987 by Ching W. Tang and Steven A. Van Slyke of Eastman Kodak, after Tang noticed a surprising green glow coming from an organic solar cell he was working on. The duo recognized that by using two organic materials, one a good conductor of holes and the other a good conductor of electrons, they could ensure that photon emission would take place near the contact area, or junction, of the two materials, as in a crystalline LED. They also needed a material that held its electrons tightly, meaning that it would be easy to inject holes. For the light to escape, one of the contacts must be transparent, and the scientists benefited from the fortunate fact that the most widely used transparent conducting material, indium tin oxide, bound its electrons suitably for p-type contact material. 　　The structure they came up with has not changed much over the years and is often called “Kodak-type,” because Kodak had the basic patent [see box on opposite page]. Beginning with a glass substrate, different materials are deposited layer by layer. This process is accomplished by evaporating the constituent materials and letting them condense on the substrate. The total thickness of the organic layers is only 100 to 150 nanometers, much thinner than that of a conventional LED (which is at least microns in thickness) and less than 1 percent of the thickness of a human hair. Because the molecules of the materials used are relatively lightweight—even lighter than a small protein—the Kodak-type OLEDs are referred to as “small molecule” OLEDs. 　　After their initial insight, Tang and Van Slyke tinkered with the design to increase efficiency. They added a small amount of the fluorescent dye coumarin to the emitter material tris (8-hydroxy-quinoline) aluminum. The energy released by the recombination of holes and electrons was transferred to the dye, which emitted light with greatly increased efficiency. Deposition of additional thin layers of indium tin oxide and other compounds next to the electrodes altered the interaction of the thicker layers and also improved the efficiency of the injection of holes and electrons, thereby further upping the overall power efficiency of the fluorescent OLED. 　 　　Organic LEDs of this small-molecule type are used to make red, green and blue light, with green light having the highest efficiency. Such green-emitting OLEDs can exhibit luminous efficiencies of 10 to 15 candelas per ampere—about as efficient as commercial LEDs today—and seven to 10 lumens per watt, values that are comparable to those for common incandescent lamps. 录像机 在卡匣式录像机出来之前，我们用的是电影放映机与屏幕。或许你还记得，小学五年级时老师把屏幕拉下来的情景，或是老爸把屏幕挂在墙上，准备让来访的朋友观看你们家夏日海滩假期的迷人影像。但是常常影片才刚开始播放，放映机的灯泡却烧坏了。 　　尽管如此，早期的东西有个优点：屏幕的重量很轻，像纸一样薄，而且可以卷成筒状方便携带，这比笨重的电视或计算机屏幕强多了。映像屏幕引发的不仅是怀旧之情而已，我们不禁要想，昨日的便利有没有可能与今日的技术结合起来呢？ 　　答案是有可能！有机发光材料将使得电子式观赏更为方便而普及。有机材料做成的显示器，比现在液晶所做的显示器更明亮、更省能源、也更容易制造（因此可能更便宜）。由于有机发光二极管（organic light-emitting diode, OLED）本身会发光，所以它的耗电量比常见的液晶显示器（LCD）少很多，特别是在小尺寸的时候，因为LCD需要用到背光光源。比起常见的LED，OLED还有一些很棒的优点：由于使用的材料不需呈晶态（也就是由原子排成的平面，一层层精确地重复堆积组成），所以较容易制造；它们是以薄层重迭而成，所以有较薄的剖面；不同的材料（产生不同的色光）可以在基板上排出图案，以产生高分辨率的影像。基板的材质可以是便宜的玻璃、可弯曲的塑料，甚至金属箔片。 　　不远的将来，大尺寸电视以及计算机屏幕将可以卷起来存放。士兵可以摊开一块塑料，上面显示了实时的战情地图。尺寸较小的显示器可以卷绕在手臂上，或是与衣服结合。当成固定照明时，面板可以卷曲在建筑物的圆柱上，或是几乎像壁纸一样贴在墙上或天花板上。 　　现在发光二极管（LED）的寿命比有机发光装置来得长，而且OLED将来要打败随处可见的LED指示灯也很困难。不过OLED已经展露出做为显示器的潜力，其屏幕放出的亮度每平方公尺超过100烛光（约是笔记型计算机的亮度），而且使用数万个小时后（正常使用可以撑好几年），亮度才会减成原来的一半。 　　接近100家公司正在发展这项技术的应用，目前主力放在小尺寸且低耗电的显示器（见39页〈有机显示器走入市场〉）。初期的产品包括用在数字相机及手机的2.2吋（对角线）不可挠曲式显示器，由柯达及三洋联合制造，已在2002年问世，他们还开发出15吋计算机屏幕的原型。iSuppli/Standford资源顾问公司的艾伦（Kimberly Allen）指出，2003年，有机显示装置在全球有2.19亿美元的市场，预估到2009年时将跃升为31亿美元。 1、从LED到OLED 　　晶态半导体（OLED的前身）的起源，可以追溯到1947年发展出来的晶体管，可见光LED则是1962年由哈隆亚克（Nick Holonyak, Jr.）所发明。它们在商业上最初的应用是做为计算器及手表的红色小光源，后来很快地成为耐用的红、绿、黄指示灯（经过适当的装配，LED可以放出雷射，这曾催生出光纤通讯革命，还有CD及DVD的光学数据储存技术）。自从1990年代发展出蓝光LED之后（见延伸阅读1），摩天大楼以及广场上开始出现壮观的全彩大屏幕电视墙，它们是由数十万个LED芯片所组成（见延伸阅读2）。不过，要将它们应用在个人数字助理（PDA）及笔记型计算机等小型装置上，却并不实际。 　　LED与OLED是由一层层的半导体做出来的。半导体是导电程度介于极佳导体（如铜）以及绝缘体（如橡胶）之间的材料。半导体材料（如硅）中，被束缚的电子与可自由运动并导电的电子，两者间的能隙不大。施加电压给予足够的能量，电子就可以跳过能隙并开始移动导电。经过掺杂（doping）之后，半导体更容易导电；如果外加原子的电子数比被换掉的原子的电子数少，则形同拿掉电子，因此留下带正电的「电洞」，使材料变为「p–型」。反过来，如果掺杂之后有多的负电电子，材料就变为「n–型」（见38页〈透视有机发光结构〉）。将电子添加到p–型材料，则电子可能在遇到电洞后掉到较低的能带，放出能量与能隙相同的光子，其波长取决于发光材料的能隙大小。 　　要产生可见光，有机材料的低能带与高能导带间的能隙大小必须落在狭窄的范围内，大约2~3电子伏特。我们把一个电子被一伏特的电位差加速后所得到的动能定义为一电子伏特。能量为一电子伏特的光子波长为1240奈米，相当于红外线的波长；能量为二电子伏特的光子波长为620奈米，其颜色偏红。 2、意料之外的亮光 　　有机半导体是由分子所聚集而成的，现有技术用的是非晶态物质，它是固体材料，但却是缺乏规律排列的非结晶状态。现有两大类的有机发光材料，系以分子的「大」或「小」做区分。1987年时，美国柯达公司的邓青云（Ching W. Tang）注意到他所研究的有机太阳能电池竟然发出绿色的辉光，促成他与范斯莱克（Steven A. Van Slyke）共同发明出第一个实用的p-n型有机LED，其组成为小分子。这对拍档了解到，使用两种有机材料，其中一种为电洞的良导体，另一种为电子的良导体，他们就能在两种材料接触的区域（或接面）处放出光子，这跟晶态LED发光的情况一样。为了较容易注入电洞，他们还需要能把电子抓牢的材料。如果要让光能跑出来，其中一边的接触区域必须是透明的，幸运的是，最被广泛使用的透明导电材料氧化铟锡，正巧能抓牢电子，因此适合做为p–型接触材料。 　　这几年来他们发明的结构没什么改变，通常称为「柯达型」，因为柯达拥有基本的专利（见下页〈透视有机发光结构〉）。制作过程要将组成的材料蒸发，然后凝结在基板上。先从玻璃基板开始，将不同的材料一层层堆积在上面。有机层的总厚度只有100~150奈米，还不到头发直径的1%，远较传统的LED薄（它们的厚度至少是微米）。由于组成材料的分子很轻，甚至比小型蛋白质还轻，所以柯达型的OLED被称为「小分子」OLED。 　　这种小分子型态的OLED可以做出红绿蓝三色光，其中绿光的发光效率最高。绿光OLED的发光效率每安培达到10~15烛光（和当今市售的LED效率差不多），以及每瓦特7~10流明，这个数值和一般的白炽灯差不多。 三、毕业实践调研报告 时间过得真快，一个多月已经过去，在这一个多月的时间里我们对毕业设计的课题做了深入的研究，查阅了大量的资料，对单片机，脉冲宽度调制，L298N，步进电机等有了更深的认识和了解。 单片机，作为嵌入式系统发展中不可或缺的一部分，它也占有了市场一定的份额。但单片机的运用在中国并没有做强做大。对它的设计、开发都只是运用在很局限的一定范围与有限的领域。造成这方面的因素很多。其中最大的因素是国内的单片机技术不成熟，核心技术受制于人。且以美国为首的发达国家都限制对中国出售高性能的芯片。由于芯片功能等限制而无法制出稳定度高、性能优秀、与功能强大的产品出来。 但很欣慰的是：我们中国有着一批精于此道的业作玩家！因为他们对技术的热爱与追求，我们中国在程序方面一点都不比发达国家的程序员差劲！他们也不遣于力的共享他们的资料，共享他们在做实物时的实验数据，甚至公开他们做完实物后的心得体会。正是于是在这样的环境中，我们才更有理由相信：中国的明天会更加美好！ 单片微型计算机技术受到重视是在20世纪80年代中期。从那时起，介绍单片微型计算机技术的书籍不断问世。各高等院校相继开设了单片机及接口技术课程。对于大多数读者来说正是通过学习通用单片机而进入单片机领域的，而通用单片机的功能再强也无法满足所有产品的功能需要，因此，设计者必须按照所设计的产品对其系统进行扩展，系统扩展就需要使用各种接口电路。因此。从某种意义上讲。单片微型计算机技术应用水平的高低就是单片微型计算机技术的高低。 单片机，作为我的专业技术课之一的内容，一向是我所喜欢的东西。这次通过做《自动往返电动小汽车》这个课程设计，我想我会在理论上更一步充实自己，也希望自己能在这方面以后有所建树。 PWM控制是交流调速系统的控制核心，任何控制算法的最终实现几乎都是以各种PWM控制方式完成的。目前已经提出并得到实际应用的PWM控制方案就不下十几种，关于PWM控制技术的文章在很多著名的电力国际会议上，如PESC，IECON，EPE年会上已形成专题。尤其是微处理器应用于PWM技术并使之数字化以后，花样是不断翻新，从最初追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦，再到磁通的正弦；从效率最优，转矩脉动最少，再到消除噪音等，PWM控制技术的发展经历了一个不断创新和不断完善的过程。到目前为止，还有新的方案不断提出，进一步证明这项技术的研究方兴未艾。 其中，空间矢量PWM技术以其电压利用率高、控制算法简单、电流谐波小等特点在交流调速系统中得到了越来越多的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围广。 脉冲宽度调制（PWM）器件是开关稳压电源的核心部分。它的出现，使开关稳压电源的设计大大简化，而性能却不断提高。用PWM器件设计的开关稳压电源以其体积小、重量轻、效率高，可靠性好等显著优势在民用电子产品和军用电子装备中发挥着越来越重要的作用。 　　随着开关稳压电源的快速发展，PWM器件己成为专用集成电路中的重要组成部分和独立的类别。但由于PWM器件内部电路结构复杂，工作状态模式多样，测试参数类别繁多，使PWM器件的测试成为器件测试中的一个难点。 美国国家半导体公司(National Semiconductor)日前宣布推出一款高度集成的100伏(V)脉冲宽度调制(PWM)控制器，这款新产品的推出显示该公司在高电压电源管理技术方面仍然领先同业。这款专为正向转换器而设的控制器采用电源分配结构普遍采用的有源钳位/复位技术，不但可支持较高的开关频率，而且无论在效率及供电密度方面，都比传统的正向稳压器优胜，最适用于通信系统、汽车、配电式与工业用电源供应系统以及多输出电源供应器。 L298N是SGS 公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路,是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便，且价格不高, L298型双H桥式驱动器是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。 步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下： 1.控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C－D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。 2.控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 3.控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 自动往返电动小汽车，作为一种课题而言，最早的设计出现在大学生电子制作大赛中。而且在四天三夜的团队合作中，的的确确是把事物开发了出来。在网络上这方面的资料也相对比较好找。希望自己也能够在短时间内通过资料的参考与自己的思考，能够拿出自己的东西。 至于其实用价值，在智能玩具电动小车中有很广泛的运用。如果批量生产制作，应该有很大的价值利润空间。但随着技术的发展与进步，这样产品在近年来已经被淘汰的差不多了。从推广到市场的反映来看，有一定销路。还有，在去年的新一届世界自动化展览会上，日本推出的会翻的机器人，代表日本在这方面有很高的水平了！ 我刚从报纸上看到日本刚推出的测距仪有很高的精确度！我从内心感到国内技术上的落后！鉴于此，我查了有关论坛里的贴子。从贴子中还得出这样的结论：中国的报纸刊物的水份太多，没有什么力度。台湾方面的资深高手都订阅日方的某些刊物来使自己保持进步。 中国虽然在这方面有了很大的发展，但我们同时也看到了与先进水平的差距，我们要不断的努力发展自己。 四.毕业设计说明书 摘要 本系统以单片机为核心，采用intel8253型微型计算机接口电路产生脉冲宽度调制波，设计了一种用脉冲计数控制小汽车行程的系统。利用光电检测器，对跑道中的黑线进行监测，CPU通过对黑线标志进行检测分析利用灵活的单片机软件编程与其相结合实现对小汽车的前进，加速，减速，并实现自动转向功能。使用L298N型桥式驱动器，实现对直流的一种简单有效的PWM调速方法。使驱动电路效率提高，更加简单。整个系统的电路结构简单，可靠性高，实验测试结果满足要求。 关键词 Intel8253 L298N 自动往返小车 4.1 方案论证 4.1.1速度控制 我们对两个方案进行了比较： 方案一：采用D/A变换电路将数字量转换成控制电机电压的模拟量。再利用电平的高低达到调速的目的。原理框图如图1所示。本方案达到了利用CPU输出的数字量精确控制模拟量的目的。但愿电路比较复杂，成本较高。 方案二：采用脉宽调制方式（PWM）从I/O口输出不同占空比的脉冲，经滤波后获得不同甘共苦高低电平控制电机。本方案可以达到对速度的控制要求，且控制简单易实现。 通过比较明显方案二最单洁清晰、容易实现、速度快、精度高。从系统指标要求来看，对速度要求较高，低速与高速之间差别较大，且准确度要求高，各个速度之间的切换也要求简单、迅速。采用方案二可利用单片机运行速度快的特点进行速度的快速调整，且方案二速度准确度高、级数多容易达到系统指标要求，所以我们选用方案二作为控制部分具体实施的方案 4.1.2 方向控制 方案一：利用继电器控制电机电压极性以控制方向。该方案虽可实现方向控制，但继电器驱动耗电量大，且因有触点动作，易对电路造成干扰。方案二：采用电子开关电路。本方案通过改变控制端电平值改变电机两端电压极性控制方向。采用电子开关电器具有转换速度快、无触点、和控制容易的优点。 两种方案相比，方案二有较明显的优势，且符合要求。 4.1.3 速度控制 方案一：利用单片机控制，调用不同的电压输出实现速度的控制，低电压对应与慢车，高电压对应于快车，零电压对应与停车，电压极性相反实现小车的反向行驶。 方案二：利用Intel8253三个计数器的不同工作方式控制脉冲宽度调制的输出，实现对小车的加速，减速，停车，反向行驶的控制。 两种方案相比较，方案二较方案一更简单，方便。只需要控制不同的占空比就可以实现同样的功能，且调速的范围较大。 4.1.4 驱动电路 方案一：通过模拟电路或数字电路实现，例如用555搭成的触发电路。 方案二：使用内部集成有两个桥式电路专用芯片L298N所组成的电机驱动电路，利用内部的桥式电路来驱动直流电机。 比较两个方案，方案一电路的占空比不能自动调节，不能用于自动控制小车的调速。方案二完全可以模拟任意频率，占空比随意调节的PWM信号输出，不言而喻我们选择后者。 至此我们的自动往返电动小汽车的大体方案已经出来了。采用光电检测传感器采集信号为单片机8051提供中断源，Intel8253控制脉冲宽度调制实现电动小车的速度控制，正反转的实现等功能。 4.2 光电检测电路 4.2.1 光电检测系统要求 通过对系统指标要求分析，小车需自动检测出起跑线、变速线、终点线等标志线提示CPU控制方向，速度。由于小汽车在行驶过程中要求传感元件有较高的灵敏度及较高的可靠性，所以我们选用了光电传感元件对信号进行采集，并给CPU提供检测信号以供CPU判断分析。根据小车所处的位置改变行驶状态。光电检测器采集外部信息传给INT0作为外部中断源，遇到黑线将产生一个中断，计数器通过对中断的计数确定小车位置，并对行驶状态做出相应的反映。光电检测连接电路如图4.1所示。 图4.1光电检测电路 4.2.2 LM324运放 由于采集电路得到的光信号转化成电信号后，信号较弱，且含有直流分量的类正弦波，CPU对其不能进行检测，所以必须加入一个整形放大电路对波形进行调整。设计中曾采用过达林顿管、两极与非门对信号进行调整，但都达不到理想的效果。为此采用LM324运放整形放大电路（附录2中所示）：由2脚输入0.7V的基准电压，与3脚的采集信号相比较，放大电路的输入为正弦波，输出波形为受正弦波控制的方波。 4.2.3 工作过程 当小汽车在白色区行驶时，即Q1接收到D1的反射信号，反射光使信号持续为高电平，而行驶到黑色区后，Q1接收不到D1的反射信号，信号转化成低电平，由此得到脉冲。利用CPU的INT0脚接收标志线检测信号，每检测到一条黑线，光电管给出一个高电平脉冲，CPU每检测到一个下降沿进行一次中断处理，判断小车处于跳道的哪一段，同时调整速度，一方面要符合不同的速度要求，同时使整个运行时间最短。 4.3 Intel8253的控制和PWM的输出 4.3.1 Intel8253的控制电路 Intel8253是本设计的重点，主要用于PWM脉冲的调制，以达到控制小车的加速，减速，停车，转向功能。控制电路包括单片机8052，锁存器74LS373，其中8052的P0.0~P0.7通过锁存器74LS373控制Intel8253的A0，A1口，选择计数器0，计数器1，计数器2和控制字寄存器的工作状态，且为高电平有效，Intel8253的方式字控制字的格式是由8052的P0.0~P0.7控制的，主要用于计数通道的选择，计数通道读写方式的控制，计数器锁存命令的控制和计数通道工作方式的选择。8052的21脚P2.0控制Intel8253的片选信号，为低电平有效，8052的16，17脚为外部数据存储器读/写选通信号，控制intel8253的读写信号，且为低电平有效，8052的30脚为频率不变（振荡器频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号。硬件连接图如图4.2 图4.2 Intel8253的外围电路 4.3.2 Intel8253的内部结构和引脚功能 Intel8253的内部包含3个彼此独立的16位减法计数器。每个计数器都可由软件确定为16位二进制减法计数器或者十进制4位BCD减法计数器。每个计数器都有6种不同的工作模式，也由软件确定。每个计数器都有一个时钟输入端(CLK)、一个门控信号输入端(GATE)和输出端(OUT)。读写由A1、．A0、RD、WR和CS等引脚加以控制，主要用以控制Intel8253的数据与命令的写入、读取与禁止。8253的内部结构框图如图4.3所示 4.3.2.1 数据总线缓冲器及数据总线D0～D7   这是8253与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器，是8253内部总线与CPU系统的8位数据总线之间的接口。CPU通过它写方式控制字到控制字寄存器，写计数初值到计数通道，读取计数通道的当前计数值。即数据总线缓冲器有三个基本功能：通过编程向8253写入确定8253工作方式的命令；向计数寄存器装入计数初值；读出当前计数值。 4.3.2.2 读/写控制逻辑及控制引脚 这是8253内部操作的控制部分，按照CPU发来的读写信号及地址信号来控制对各个计数器的读写，以及对控制寄存器的写入。当片选信号 为高电平时，数据总线缓冲器处于高阻状态。当片选信号有效时（低电平），CPU可以对8253某端口进行读/写操作。8253内部有3个独立的计数通道和1个控制字寄存器共4个端口，由A1和A0加以选择，但对控制字寄存器仅能进行写操作。各个端口的读/写操作的选择见图4.4。 注意点是控制寄存器只能写入不能读出。 图4.4 8253读写操作及端口选择 CS A1 A0 RD WR 执 行 操 作 1 0 0 0 1 向计数器0（通道0）写入“计数初值” 1 0 1 0 1 向计数器1（通道1）写入“计数初值” 1 1 0 0 1 向计数器2（通道2）写入“计数初值” 1 1 1 0 1 向控制字寄存器写“方式控制字” 1 0 0 1 0 向计数器0读出“当前计数值” 1 0 1 1 0 向计数器0读出“当前计数值” 1 1 0 1 0 向计数器0读出“当前计数值” 1 1 1 1 0 无操作，三态 0 x x x x 未选中，三态 1 x x 0 0 无操作，三态 4.3.2.3 控制字寄存器 在初始化编程时，CPU写入方式控制字到控制字寄存器中，用以选择计数通道及其相应的工作方式。 4.3.2.4 计数通道0、计数通道1、计数通道2 3个计数通道内部结构完全相同。每个计数通道都由一个16位计数初值寄存器、一个16位减法计数器和一个16位计数值锁存器组成。 3个计数通道操作完全独立。初始化编程时，虽然3个计数通道共用一个控制字寄存器端口地址，但CPU可以分别写3个方式控制字到控制字寄存器，分别选择各计数通道的工作方式。在写计数初值到计数通道或CPU读取计数通道到当前计数值时，各计数通道都有各自的端口地址。3个计数通道功能完全相同。在设定了计数通道的工作方式后，接着可向该计数通道装入计数初值，该计数初值先送到计数初值寄存器保存，在GATE引脚为高电平时（方式0、2、3、4）或在GATE上升沿触发下（方式1、2、3、5），计数初值寄存器中的值自动装入到减法计数器中。并启动计数器计数，减法计数器对CLK时钟脉冲的下降沿进行减1计数（方式3不是减1计数），并把结果送入计数值锁存器中。当减1计数器减到0时，输出OUT信号，一次计数结束。计数初值寄存器的内容，在计数过程中保持不变。CPU读取计数通道当前计数值，实际上读取的是16位计数值锁存器的内容。在计数通道用作定时器时，可在该通道CLK端输入一个频率精确已知的时钟脉冲，根据定时时间和公式：计数初值＝定时时间÷时钟周期，计算出计数初值（也称时间常数）。在计数通道用作计数器时，被计数的事件应以脉冲方式从CLK端输入。各计数通道的CLK输入和OUT信号输出之间的关系与门控信号GATE有关，取决于工作方 4.3.3 Intel8253的工作方式    8253具有六种工作方式，在不同的方式下，计数器启动方式、GATE端输入信号的作用以及OUT端的输出波形都不相同。    在任何一种方式下，都必须先向8253写入控制字，控制字还起复位作用它使OUT端变为工作方式中规定的状态和对计数器初值寄存器CR清零；然后再写入计数初值到CR。    注意：计数器初值寄存器CR的最大值为0000H。 (1)方式0----计数结束中断方式(Interrupt on Terminal Count)     方式0的特点：     计数过程由软件启动；GATE的作用是开放或进制计数。    方式0的作用：     方式0主要用于事件计数，OUT信号可作为中断请求信号。 当某计数器设置在方式0以后，微型计算机可以通过二条输出指令将16位数据M送入该计数器。这时该计数器的输出端并无任何响应。一旦该计数器到时，它的输出端立刻输出一个宽度为MT的负向脉冲，其输出波形如图4.5 (2)方式1----硬件可重触发单稳态方式(Hardware Retriggerable One-shot) (3)方式2----速率方式器 当某计数器设置在方式2以后，微型计算机可以通过二条输出指令将16位数据Ⅳ送入该计数器。输出指令结束后，该计数器立即输出周期为NT的连续方波，其输出波形如图4.6 (4)方式3----方波发生器     方式3的特点：      方式3中计数过程是CE内容减2；计数器启动过程有软件启动和硬件启动两种。     方式3的作用：      方式3主要用作方波脉冲发生器和波特率发生器。 如果将8253的计数器0和计数器1分别设置在方式2和方式0，并按图4.8所示连接，就可以得到一个十分简单的脉宽调制发生器。工作开始前，先将常数Ⅳ送入计数器0，再将常数M送入计数器1中(M