毕业设计（论文）自动往返电动小汽车设计

毕业设计（论文）自动往返电动小汽车设计 毕业设计(论文)自动往返电动小汽车设计 自动往返电动小汽车设计 摘 要 智能小车也称轮式机器人是一种以汽车电子为背景涵盖智能控制模式识别传感技术电子电气计算机机械等多学科的科技创意性设计一般主要由路径识别速度采集 角度控制及车速控制等模块组成 本系统以SST系列单片机为核心控制模块充分利用了自动检测技术单片机最小系统液晶显示模块电路以及声光信号的控制电机的驱动电路通过Keil C和PROTEUS的仿真通过实践操作与调试实现自动往返小车设计综合运用单片机技术自动控制理论检测技术等使小车能在无人操作情况下借助传感器识别路面环境由单片机控制行进实现初步的无人控制单片机具有体积小重量轻耗电少功能强控制灵活方便且价格低廉等优点智能小车采用单片机为控制器核心其集成度高体积小抗干扰能力强具有独特的控制功能单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法 本设计以单片机为核心附以外围电路采用光电检测器进行检测信号和循线运动运用单片机的运算和处理能力来实现小车的自动加速限速减速定时前进后退左转右转显示行驶速度行驶路程行驶时间等智能控制系统 关键词SST单片机自动控制电动小车 PWM调速传感器 THE DESIGN OF AUTOMATIC ELECTRIC CARS ABSTRACT Smart cars also called wheeled robots is a kind of automobile electronic background intelligent control pattern recognition and sensing technology electronic computer machinery and multidisciplinary science creative design Generally consists mainly of path recognition speed acquisition angle control and speed control module System design for the core of SST series microcontroller control module Make full use of the automatic detection technology MCU smallest system LCD module circuit the control of signal and the motor drive circuit Through the simulation Keil C and PROTEUS practice and debugging and the realization of automatic car design Comprehensive use of microcontroller technology automatic control theory the detection technology etc That car in unattended operation circumstance using sensor identify road environment Travel by single-chip microcomputer control the preliminary no control MCU is well established for its flexible operations small volume light weight less consumption powerful functions and low in price This design based on singlechip peripheral circuit by using photoelectric detector signal detection and followed the movement Using MCU to realize the automatic forward backward left right and display speed driving distance time of intelligent control system The application of MCU is fundamentally changing the traditional control system design ideas and design method KEY WORDS SST microcontroller automatic PWM speed adjusting sensor 目 录 前 言 1 第1章 绪论 2 ?11 设计背景 2 ?12 设计概述 2 ?13 设计任务和主要内容 3 第2章 系统论证与分析 4 ?21 小车车体选择 4 ?22 主控单片机 5 ?221 采用凌阳16位单片机 5 ?222 采用SST89E516RD单片机 5 ?23 电机模块 6 ?231 采用步进电机 6 ?232 采用直流电机 6 ?24 电机驱动调速模块 6 ?25 电源管理 8 ?251 采用单电源供电 8 ?252 采用双电源供电 8 ?26 路面黑线探测模块 9 ?261 采用对射式红外光电传感器 9 ?262 采用反射式红外光电传感器 9 ?27 测速及里程计量模块 10 ?271 采用霍尔传感器 10 ?272 采用U型红外光电传感器 10 ?28 计时模块 11 ?29 显示模块 11 ?291 采用LED数码管 11 ?292 采用LCD液晶显示 11 第3章 智能小车系统设计 12 ?31 主控单片机功能设计 12 ?311 单片机硬件结构 12 ?312 单片机引脚锁定 13 ?32 电机驱动控制设计 15 ?33 PWM调速控制设计 17 ?34 传感器设计 20 ?341 黑线检测传感器设计 20 ?342 测速里程计量传感器设计 25 ?35 液晶显示功能设计 28 第4章 128×64液晶功能分析 30 ?41 ×××××× 30 结 论 34 参考文献 35 致 谢 37 附 录 38 工作原理 53 光电传感器类型介绍 53 光电传感器技术参数 54 光电传感器使用注意事项 54 前 言 伴随着现代汽车行业的飞速发展作为汽车的电子控制系统也势必得到更大的发展机会以满足人们对汽车的安全性智能化的要求本文对智能往返小车自动控制系统的研究是对一些问的初步思考 智能小车是一个集环境感知规划决策自动行驶等功能于一体的综合系统它集中地运用了计算机传感器信息通讯导航人工智能及自动控制等技术是典型的高新技术综合体本次毕设的自动往返电动小汽车就是这种综合体的一种尝试小车以单片机为核心附以外围电路采用光电检测器进行检测信号和循线运动运用单片机的运算和处理能力来实现小车的自动加速限速减速前进后退和金属传感器检测等功能可液晶实时显示行驶速度行驶路程行驶时间的智能控制系统 本次毕业设计要求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小车从起跑线出发到达终点线后停留10秒然后自动返回起跑线往返一次的时间应力求最短到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限速区往返均要求以低速通过通过时间不得少于8秒不允许在限速区内停车89E516RD单片机作为其检测和控制核心选用SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片PWM技术动态控制电动机的转速路面金属线线检测车速和距离检测使用电感式接近开关金属传感器进行信号的采集接近开关反馈的信号送入单片机处理由控制单元处理信号并控制小车的运行模式及液晶数据显示实现了在无人控制状态下实现智能循迹的智能控制液晶显示电路显示运行的时间随着汽车工业的迅速发展关于的研究也就越来越受人关注全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目全国各高校也都很重视该题目的研究可见其研究意义很大本设计就是在这样的背景下提出的设 计的智能电动小车应该能够实时显示时间速度里程具有准确定位功能 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到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 05m 2m 05m 图1-1 小车跑道顶视图 各路段行驶速度要求 BD段小车全速前进 DE段首先以最快的速度减速并同时开始计时降至慢速度后保持基本恒速前进当接近8秒时开始加速并冲出此段区间 EF段小车全速前进 FG段首先以最快的速度减速并且保持最低速度前进当小车中间的传感器探测出黑线时便立即停车 系统方案论证与分析 根据题目中的设计要求本系统主要由主控单片机模块电源模块电机驱动模块黑线检测模块测速模块以及液晶显示模块构成本系统的方框图如图2-1所示 图2-1 系统原理框图 小车车体选择 在确定了毕业设计选题以后指导老师就给我提供了由亿学通电子推出的DIY 竞赛小车散件车体其具有结构小巧运动灵活扩展性强控制简单等诸多特点 该小车车体套件具备功能如下 1支持四个独立电机的安装增大了驱动力和转弯的灵活性 2配置了测速码盘安装在第一级输出提高了转速测量精度 3配备开关量转速测量传感器接口 4配备了外部电源接口和电池盒接口方便了小车用电选择 5保留了万向轮固定孔四轮车可以方便改装为三轮车 6为单片机控制板预留了电源和控制端口 7保留了 DIY竞赛小车的扩展板可以直接把单片机电路显示电路通讯电路遥控电路等焊接上面不需要再额外增加电路方便了扩展 主控单片机 采用凌阳16位单片机 采用凌阳公司的16位单片机它是16位控制器具有体积小驱动能力强可靠性高功耗低结构简单具有语音处理运算速度快等优点但考虑到对这个方案采用的微处理器并不熟悉使用起来并不是很方便这对于硬件电路的设计和软件编程增加了难度且实验室器材室没有此型号单片机因此决定不再使用此方案考虑其他方案 采用SST89E516RD单片机 SST89E516RD是8位集成存储器的51系列兼容单片机和51系列单片机软件兼容开发工具兼容管脚也兼容SST89E516RD片内有两块SuperFlash EEPROM分为64K主块 Block0 和8K次块 Block1 Block0的地址范围是0000h,ffffhBlock1的地址范围是10000h,11fffh做仿真器时Block1存储区烧写SoftICE仿真监控程序SST89E516RD具有在应用可编程 IAP 和在系统可编程 ISP 的功能其中IAP 是通过串口实现的由于SST89E516RD具有两块独立的SuperFlash程序存储区当监控程序在Block1存储区中运行时可以改写Block0程序存储区中的程序SoftICE模式不需要反复的将调试程序下载到单片机中避免了单片机的老化损坏可方便的与Keil C实现SoftICE在线仿真调试功能SST89E516RD作为本次毕业设计的主控单片机芯片 电机模块 采用步进电机 采用步进电机作为该系统的驱动电机由于其转动的角度可以精确定位可以实现小车前进距离和位置的精确定位步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件在非超载的情况下电机的转速停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数而不受负载变化的影响即给电机加一个脉冲信号电机则转过一个步距角这一线性关系的存在加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点使得在速度位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单 虽然采用步进电机有诸多优点但步进电机并不能象普通的直流电机交流电机在常规下使用它必须由双环形脉冲信号功率驱动电路等组成控制系统方可使用步进电机的输出力矩较低随转速的升高而下降且在较高的转速时会急剧下降其转速较低时不适于小车等对速度有一定要求的系统因此决定放弃此方案 采用直流电机 采用直流减速电机直流减速电机转动力矩大体积小重量轻装配简单使用方便电机内部装有减速齿轮组所以并不需要考虑调速功能很方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机前进后退停止等操作 综合以上考虑我选择使用直流减速电机作为自动往返电动小车的驱动电机 电机驱动调速模块 小车运行过程中要求电动机的转速在一定范围内调节调速范围根据负载的要求而定由公式[1] [1] n 电枢转速 Uα 电机端电压 Iα 电机端电流 Rα 电枢电阻 Ce 常数 φ 每极总磁通 可以看出调速可以有三种方法 1改变电机端电压Uα即改变电枢电源电压 2改变磁通φ即改变激磁回路的调节电阻Rj以改变激磁电流Ij 3在电枢回路中串联调节电阻Rtj此时的转速公式[2]为 [2] 在实际电路设计中改变电机的磁通φ或调节枢回路中串联调节电阻Rtj并不方便实用因此主要选择通过改变电机两端电压的方法来实现电机的调速控制 下面是通过调节电机两端电压达到调速目的的三种方案 方案一采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压从而达到调速的目的但是电阻网络只能实现有级调速而数字电阻的元器件价格比较昂贵更主要的问题在于一般电动机的电阻很小但电流很大分压不仅会降低效率且实现困难 方案二采用继电器对电动机的开或关进行控制通过开关的切换对小车的速度进行调整这个方案的优点是电路较为简单缺点是继电器的响应时间慢机械结构易损坏寿命较短可靠性不高 方案三采用由达林顿管组成的H型PWM电路用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态精确调整电动机转速这种电路由于工作在管子的饱和 截止模式下效率非常高H型电路保证了可以简单的实现转速和方向的控制电子开关的速度很快稳定性也极强是一种广泛采用的PWM调速技术L298为SGS-THOMSON Microelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片 Dual Full-Bridge Driver 可以方便的驱动两个直流电机或一个两相步进电机内含二H-Bridge的高电压大电流双全桥式驱动器接收TTL逻辑准位信号可驱动46V2A以下的步进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 在电动机驱动模块上拟选定采用PWM脉宽调制方法选用L298双全桥步进电机专用驱动芯片PWM驱动的电动机电流波动较大会造成电压不稳 有毛刺等干扰严重时可能造成单片机系统掉电缺点十分明显因此我们放弃此方案 采用双电源供电 采用双电源供电方式将电动机驱动电源与单片机以及周边电路电源完全隔离这样做虽然不如单电源方便灵活但可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除提高了系统的稳定性 蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能故采用12V蓄电池为L298N电机驱动芯片供给电源电压L298N接受标准TTL逻辑电平信号VSSVSS可接4(5,7 V电压AA电池为单片机Vss端和传感器供电这样供电比较简单采用48V可充电动力电池组动力电池组具有较强的电流驱动能力及稳定的电压输出性能经测试在用此种供电方式下单片机和传感器工作稳定直流电机工作良好且电池体积较小可以充电能够重复利用等能够满足系统的要求 基于以上分析小车系统选用蓄电池和AA电池的双电源供电方式 路面黑线探测模块 探测路面黑线的大致原理是光线照射到路面并反射由于黑线和白线的反射系数不同可以根据接收到的反射光强弱判断车子是否到达黑线 采用集成电路技术制造的新一代光电开关器件具有延时展宽外同步抗相互干扰可靠性高和工作区域稳定等优良性能这种光电开关采用脉冲调制的主动式光电探测系统可在物位检测速度检测液位控制计数宽度判别等诸多领域使用光电传感器来采集路面信息使用红外传感器最大的优点就是结构简明实现方便成本低廉免去了繁复的图像处理工作反应灵敏响应时间低便于近距离路面情况的检测但红外传感器的缺点是它所获取的信息是不完全的只能对路面情况作简单的黑白判别检测距离有限而且容易受到诸多扰动的影响抗干扰能力较差背景光源器件之间的差异传感器高度位置的差异等都将对其造成干扰在本次比赛中赛道只有黑白两种颜色小车只要能区分黑白两色就可以采集到准确的路面信息经过综合考虑在本项目中采用红外光电传感器作为信息采集元件光电开关按检测方式可分为对射式和反射式两种 采用对射式红外光电传感器 用可见发光二极管与光敏二极管组成的发射,接收分立对管光电传感器这种方案的缺点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰一旦外界光亮条件改变很可能造成误判和漏判虽然采取超高亮发光管可以降低一定的干扰但这又将增加额外的功率损耗在跑道上设置检测装置很不方便故无法应用对射式光电开关探测跑道标志只能采用反射式光电开关 采用反射式红外光电传感器 1 不调制的反射式红外发射,接收器由于采用红外管代替普通可见光管可以降低环境光源干扰但如果直接使用直流电压对管子进行供电限于管子的平均 功率要求工作电流只能在10mA左右仍然容易受到干扰 2 脉冲调制的反射式红外发射,接收器采用带有交流分量的调制信号可以减少环境光源的直流分量的干扰50,100mA这样也大大提高了信噪比 基于上述考虑 计时模块 对于定时器由于我们选用的单片机内部已经有定时器了使用单片机内部的定时器已经可以实现系统的总计时和倒计时功能而且可以简化系统硬件虽然定时时间没有专用的计时芯片精确但误差也不会很大故我们采用单片机内部的定时器作为计时模块 显示模块 采用LED数码管 LED显示具有硬件电路结构简单价格便宜调试方便软件实现相对容易等优点但占用单片机IO口太多而且显示的信息不多由于我们要显示小车运行时间速度路程等内容LED数码管无法显示如此丰富的内容因此我们放弃此方案 采用LCD液晶显示 采用LCD液晶显示用自带中文字符库的液晶显示模块显示方便美观而且人机交互界面也很友好采用串口通讯的显示方式可以大大节省单片机的IO口LCD液晶具有功耗低显示内容丰富清晰显示信息量大显示速度较快界面友好等而得到广泛应用因此我们选择此方案 通过以上方案论述我们选择方案二显示小车运行时各个测量参数的任务 智能小车系统设计 主控单片机功能设计 智能小车系统的核心模块即为主控单片机选择一片数据处理能力强大片内资源丰富的单片机对设计各功能的更好实现具有极大意义一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容一是系统扩展即单片机内部的功能单元如ROM、RAM、IO口、定时记数器、中断系统等若不能满足应用系统的要求时必须在片外进行扩展二是系统配置既按照系统功能要求配置外围设备如液晶显示器、AD、DA转换器等且需要设计合适的接口电路SST89E516RD是SST公司8位微处理器FlashFlex51系列的成员是采用先进的闪存CMOS半导体技术设计和制造芯片采用8051的指令集并和标准的8051控制器管脚兼容 芯片内部带有72Kbyte的片内FLASH EEPROM存储器使用了SST公司专利的CMOS闪存技术单片机已经预先烧录一段引导下装BOOT STRAP LOADER的代码通过IAP 操作实现开始的用户程序代码烧录和以后的用户代码升级CHIP-ERASE 操作会擦除该引导下装程序使用在线SoftICE模式不需要反复的将调试程序下载到单片机中避免了单片机的老化损坏可方便的与Keil C实现SoftICE在线仿真调试功能为跳变触发方式电平发生由高到低的跳变时触发置IT0IT1为1在CPU响应中断后由内部硬件自动复位中断标志TF0TF1和IE0IE1而自动撤出中断请求下面图3-2为两个外部中断接收处理并发出相应控制指令流程框图 图3-2 外部中断控制引脚锁定及流程框图 来自P32引脚上的外部中断请求外中断0 来自P33引脚上的外部中断请求外中断1 P2口是一个多功能的八位口可以字节访问也可以位访问其字节访问地址为A0H位访问地址为A0HA7H由于P2口的输出锁存功能在取值周期内或外部储存器读写选通期间输出的高八位地址是锁存的故无需外加地址锁存器由于P2口作为 输出端口无需外接地址锁存器连接电路简单因此将P2口引脚作为小车行进状态控制端控制小车电机驱动芯片工作在不同方式下 下图3-3为控制小车运行状态的引脚锁定及流程图 图3-3 小车运行控制引脚锁定及流程框图 IN1IN2控制左侧两个电机正转及反转IN3IN4控制右侧两个电机正转及反转EN1为左侧两电机控制使能端EN2为右侧两电机控制使能端下 表3-1为P20 P25各端口在不同电平组合状态下小车的运行状态 表3-1 小车运行状态表 IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 小车状态 1 0 1 0 1 1 直行 0 1 0 1 1 1 倒车 1 0 0 0 1 1 左转 0 0 1 0 1 1 右转 X X X X 0 0 停车 电机驱动控制设计 智能小车区别于普通的电动玩具小车的最大特点是可以智能调节小车运行状态如改变其运动方向运动速度在接收到外部主控单片机发出的指令后能迅速做出应答这就需要电机驱动芯片发挥作用主控单片机发出指令给电机驱动芯片驱动芯片接收到单片机指令后通过输出端口控制电机迅速作出相应动作 本设计采用PWM调速技术来实现小车转向调速控制因为设计的电动小车为四驱控制装配4个直流电机采用左右侧两组4个电机独立控制 图3-4 L298N Multiwatt封装外形图 经过之前论证分析后决定选用L298电机驱动芯片L298双全桥步进电机专用驱动芯片比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298内部包含4信道逻辑驱动电路可以方便的驱动两个直流电机或一个两相步进电机恒压恒流桥式2A驱动芯片 L298内含二个H-Bridge 的高电压大电流双全桥式驱动器接收标准TTL逻辑准位信号可驱动46V2A以下的步进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 图3-5 电机驱动控制流程图 通过图3-5可清楚看出单片机?电机驱动芯片?直流电机的三级控制结构采用此种控制结构各级职责明确结构清晰易于实现 PWM调速控制设计 本采用的是基于PWM原理的H型驱动电路采用H桥电路可以增加驱动能力同时保证了完整的电流回路具体电路如图所示 图3-6 H型驱动模块原理图 图3-6中当为高电平 为低电平时 管导通管截止电动机正转当为低电平为高电平时管截止管导通电动机反转电机工作状态切换时线圈会产生反向电流通过四个保护二极管 D1D2D3D4 接入回路防止电子开关被反向击穿 采用 PWM 方法调整的速度首先应确定合理的脉冲频率脉冲宽度一定时频率对电机运行的平稳性有较大影响脉冲频率高马达运行的连续性好但带负载能力差脉冲频率低则反之当脉冲频率在 10Hz 以下时电机转动有明显的跳动现象经反复试验脉冲频率电机转动平稳控制效果佳脉宽调速实质上是调节加在电机两端的平均功率其表达式为 式中P为电机两端的平均功率为电机全速运转的功率K 为脉宽 当 K 1 时相当于加入直流电压这时电机全速运转 当 K 0 时相当于电机两端不加电压电机靠惯性运转 当电机稳定开动后有 f 为摩擦力 则 [2] 所以 [3] 由式可知智能车的速度与脉宽成正比 由上述分析这对控制电压采用了Hz 的周期信号控制通过对其占空比的调整对车速进行调节同时可以通过的切换来控制电动机的正转与反转 图3-7 L298引脚及外形图 表3-2列出了L298的各引脚功能 表3-2 L298引脚符号及功能表 引脚 功能 Mutiwatt15封装 1 15 SEN1SEN2 分别为两个H桥的电流反馈脚不用是可以接地 2 3 1Y11Y2 输出端与对应输入端IN1IN2同逻辑 4 Vs 驱动电压最小值需比输入的低电平电压高25V 5 7 IN1IN2 输入端TTL电平兼容 6 11 EN1EN2 使能端低电平禁止输出 8 GND 地 9 Vss 逻辑电源457V 10 12 IN3IN4 输入端TTL电平兼容 13 14 2Y12Y2 输出端与对应输入端IN3IN4同逻辑 下图3-8为L298驱动小车电机的PROTEUS功能仿真图L298需要两个电压一个为逻辑电路工作所需的5V电压Vcc另一个为功率电路所需的驱动电压Vs为保护电路需加上八个续流二极管二极管的选用要根据PWM的频率和电机的电流来确定二极管要有足够的回复时间和足够电流承受能力 图3-8 L298驱动电机PROTEUS仿真图 在编写完成Keil C调速转向程序与PROTEUS软件进行联合仿真后通过单片机SoftICE方式在线调试 经多次实际测试采用PWM技术进行小车调速转向操作具有如下优点 1电流一定连续 2可使电动机在四象限中运行 3电机停止时有微振电流能消除静摩擦死区 4低速时每个晶体管的驱动脉冲仍较宽有利于保证晶体管可靠导通 5低速平稳性好调速范围较大 传感器设计 电动小车在行进过程中需要实时监测小车车路转速里程及黑线检测当小车偏离跑道时启用偱线程序使小车做出微调保持直线行走每当检测到标志黑线即作出相应动作反应如降速停车倒车返回等动作通过测速传感器实时监测小车运行速度里程这些都离不开传感器的设计 黑线检测传感器设计 根据此前方案论证选用红外反射式光电传感器它是一种集发射器和接收器于一体的传感器当有被检测物体经过时物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器于是光电开关就产生了开关信号当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时漫反射式的光电开关是首选的检测模式 图3-9 红外反射式光电传感器 表3-3为选用的黑线传感器电气特性外形尺寸说明 表3-3 红外反射式光电传感器技术参数 电气特性 外形尺寸 U5VDC 长 L 20mm I20mA 宽 W 9mm Sn0-5cm 高 H 9mm 上拉电阻1K 下图3-9为黑线传感器的电路连接图 图3-9 红外反射式光电传感器 红线接电源VCC蓝线接地黄线为信号输出端外接1K上拉电阻后接VCC输出信号与单片机外部中断端口相连 在实际测试过程中当黑线传感器在白纸上探测时万用表测试电压显示为375V当检测到黑线时测试电压显示为373V经多次反复试验发现传感器监测黑线灵敏度还是非常高的当黑线出现时其电平会立即发生跳变 其跳变为002V 因为黑线传感器输出不是标准开关量电平信号不能被单片机端口采集到所以考虑利用741放大器搭建差分放大电路下图3-10为用PROTEUS仿真软件搭建的放大电路 图3-10 741差分放大电路 参考端电压值为373V将黑线传感器输出接到放大器正向端经差分放大200倍后即可得到4V电压能够触发单片机外部中断 路面标志黑线检测 如图3-11所示跑道上共有6条黑线小车每检测到一次黑线黑线计数器加1最终计够12条黑线黑线传感器计数程序结束 A B C D E F G 05m 起点1 2 入限速区3 出限速区4 压线5 停车10s6 停车12 压线11 出限速区10 入限速区9 8 倒车返回7 图3-11 小车跑道黑线分布图 使用单片机外部中断端口进行黑线检测端口初始化为高电平当黑线传感器 检测到黑线时端口变为低电平开中断0黑线计数加1C语言源程序如下 void int0 void interrupt 0 int0外部中断 blackline 黑线检测计数 接通小车的电源开关后小车开始运动在到达限速区之前以全速行驶当检测到第3条黑线的时候开始减速同时对小车进行测速当低于最低速度时加速一段时间然后继续减速前进如果通过限速区的时间超过8S或者检测到第4条黑线则开始全速行驶当检测到5条黑线时又开始减速行驶到第6条黑线时停车10秒钟后同前面过程原路返回 总的小车程序设计流程图如图3-12所示 图3-12 小车程序设计流程图 当黑线计数为12时即小车到达终点线当小车前面的黑线传感器检测到要停车压线的黑线时延时再检测如果没检测到黑线则减慢速度反相行驶如此循环直到延时后依旧可以检测到黑线这样可以实现精确地定位关闭单片机计数器T1使小车停车并停止行驶时间计时和速度里程测量 C语言源程序如下 if blackline 1 blackline 11 TR1 1 启动t1小车行驶时间计时测速里程测量开始 if blackline 12 duty_cycle 0 en1 0 en2 0 p20 0 p21 0 p22 0 p23 0 TR1 0 关闭t1小车行驶时间计时停止 小车偱线直行设计 本设计要求小车沿直线跑道行进但小车在行进过程中可能偏离跑道因此需设计偱线程序保证小车在偏离跑道后调整行进方向沿直线行走 图3-13 小车偱线设计示意图 上图3-13为小车偱线设计中传感器安放示意图在小车车体下两侧分别安装黑线检测传感器SensorASensorB当小车沿黑线行进时两侧传感器均未检测到黑线都为高电平当小车左偏时小车右侧传感器检测到黑线SensorA为高电平SensorB为低电平启动右转指令当检测到两传感器又为高电平时启动直行指令当小车右偏时小车左侧传感器检测到黑线SensorA为低电平SensorB为高电平启动左转指令当检测到两传感器又为高电平时启动直行指令如下图3-14所示 图3-14 小车偱线设计流程图 测速里程计量传感器设计 采用U型红外光电传感器在电机转轴上加装测速码盘可以在安装好小齿轮后将测速码盘安放在小齿轮下当作光电编码盘当电机转动时带动码盘转动利用红外传感器对不同颜色的物体反射的光线强度的不同从而导致接收管的导通和截止用外部中断对接收到的信号进行计数码盘形状及安装如图3-14所示 图3-15 小车测速码盘安装图 U型红外光电传感器将传感器相关电路做到了壳体内部直接开关量输出方便了传感器的安放位置也提高了使用的灵活性可以使用螺丝或胶水将传感器固定智能车车上非常方便 图3-16 U型红外光电传感器外观及尺寸图 下图3-17为黑线传感器的电路连接图 图3-17 U型红外光电传感器电路连接图 红线接电源VCC黑线接地黄线为信号输出端外接1K上拉电阻后接VCC作为负载输出信号与单片机外部中断端口相连 小车电机是经过两级齿轮减速的 1齿轮?是直接安装在电机输出轴上的它的齿数为8和齿轮?连接的是齿轮?齿轮?的外齿为50内齿为10这样齿轮?和齿轮?组成的减速比就是850 2齿轮?连接的是齿轮?齿轮?的外齿也是50这样齿轮?和齿轮?组成的第二级减速比就是1050 3整个减速比就是8501050 8250即电机转动 250 转小车橡胶轮只转过 8圈大的减速比保证了小车的动力 将测速码盘安装在电机输出轴上它的分辨率为 16转换到最终级输出就是电机转动一转橡胶轮只转动了 8 2506 即 2375 圈所以测量出来的转速精度是非常高的图3-18为小车三级齿轮安装示意图 图3-18 智能小车三级齿轮安装示意图 使用U型红外光电传感器配合光电码盘进行检测光电码盘测距基本原理如图所示旋轴转动带动码盘转动码盘上刻有许多狭缝码盘转动时发射光透过狭缝 被接受元件接受用计数器对接受到的信号进行计数 图3-18 U型红外光电传感器测速原理图 用这种方案能很精确的算出小车已经走过的距离sbit cs P12 sbit std P11 sbit sclk P10 sbit psb P13 H 并口 L 串口 sbit rst P14 Reset Signal 低电平有效 图3-19 OCMJ4X8C型128 x64液晶显示连接框图 下面代码段可实现128 x64液晶中文界面初始化显示液晶实际显示效果图左图3-20所示 uchar code tab1[] "?小车?张铮毕设" "路程 cm" "时间 s 条" "速度 cms" 图3-20 128 x64液晶初始化显示图 系统测试结果分析 小车各模块设计完成后将L298驱动芯片电路黑线检测传感器测速传感器安装在小车车体上完成小车的硬件连接如图4-1所示 图4-1 小车组装完成实物图 选用学校自主设计的单片机开发板SST89E516RD单片机为主控芯片ZLG72920作为4x4键盘控制芯片OCMJ4X8C型128 x64液晶作为液晶显示芯片 使用SST系列芯片专用下载器SSTFlashFlex51将编写完成的C语言源程序到下载SST89E516RD单片机上如下图4-2所示 图4-2 SSTFlashFlex51下载器 当小车检测到第1条黑线时小车全速前进实际测试时液晶显示截图4-3如下所示 图4-3 第1条黑线检测液晶显示 当小车检测到第3条黑线时小车进入限速区降速前行并开始8秒倒计时当小车程序计够8秒全速行驶出限速区若未计够8秒就检测到第4条黑线即小车出限速区则全速行驶实际测试时液晶显示截图4-4如下所示 图4-4 第3条黑线检测液晶显示 当小车检测到第5条黑线时小车进入压线刹车区大幅降速前行等待小车压线实际测试时液晶显示截图4-5如下所示 图4-5 第5条黑线检测液晶显示 当小车检测到第6条黑线时小车立即执行压线停车10秒倒计时程序 10秒倒计时结束后小车全速倒车返回实际测试时液晶显示截图4-6如下所示 图4-6 第6条黑线检测液晶显示 当小车检测到第12条黑线时小车到达终点线立即停车并显示全程行进时间路程实际测试时液晶显示截图4-7如下所示 图4-7 第12条黑线检测液晶显示 结 论 结论两字格式不需修改直接在标题下空一行添加内容即可 结论是对整个研究工作进行归纳和综合而得出的总结对所得结果与已有结果的比较和课题尚存在的问题以及进一步开展研究的见解与建议结论要写得概括简短等体会性的语句不要写成心得体会 电机速度的控制方法有待进一步改善小车里程测试的精度还要提高 参考文献 参考文献格式不需做改变标题下空一行写 列入主要参考文献20篇以上参考文献一律要求是经公开出版发表的著作或期刊论文参考文献统一用阿拉伯数字进行自然编号序码用方括号括起参考文献按文中出现的 ?期刊 序号 作者题名刊名出版年份卷号期号起止页码 ?专著 序号 作者书名版本第1版不标注出版地出版者出版年起止页码 ?论文集 序号 作者题名论文集名出版地出版年起止页码 ?毕业论文 序号 作者题名[毕业论文]英文用[Dissertation]保存地点保存单位年份起止页码 ?专利 序号 专利申请者题名国别专利文献种类专利号出版日期 ?技术标准 序号 起草责任者标准代号标准顺序号发布年标准名称出版地出版者出版年度 郑人杰 计算机软件测试技术 北京 清华大学出版社 1992 Wolf W 孙玉芳等译 嵌入式计算系统设计原理 北京 机械工业出版社 2002 郝跃 马佩军 张卫东 功能成品率估算的缺陷特征参数提取法 电子学报 2000 28 8 76-78 罗建林 汉语形式语法中的空位和非常序 见陈力为主编 计算语言学研究与 应用 北京北京语言学院出版社1993 1-8 Patterson D A Hennessy J L Computer 2nd Edition San Francisco Morgan Kaufmann 1994 Carreira J Madeira H and Silva J G Xception A technique for the experimental evaluation of dependability in modern computers IEEE Transactions on Software Engineering 1998 24 2 125-136 Koopman P and DeVale K Comparing the robustness of POSIX operating systems In Proceedings of the IEEE 29th International Symposium on Fault-Tolerant Computing Madison IEEE CS Press June 1999 pp 30-37 苗夺谦 Rough Set理论在机器学习中的应用研究[博士学位论文] 中国科学 院自动化研究所 北京 1997 南京大学 天津大学 重庆大学 等 粘滞流体力学 北京 高等教育出版社 1987 GB9078-1996 工业炉窑大气污染物排放标准 Clark D W The memory system of a high performance personal computer Xerox Palo Alto Research Center Tech Rep CSL-81-1 1981 MC88100 RSIC Microprocessor Users Manual Second edition Englewood Cliffs Prentice Hall 1990 httpspinrootcomspinwhatispinhtml 2003-10 DeVale J Measuring operating system robustness httpececmuedukoopmanthesisdevale_mspdf 2004-03 ×××××× ×××××× ×××××× ×××××× ×××××× ×××××× 致 谢 历时三个月的毕业设计已经告一段落经过自己的探索努力以及齐老师的耐 心指导和热情帮助本设计已经基本完成同时创新实验室的开放也为我的设计提 供了实习场地在此对一并电子信息科学与技术专业所有老师表示深深的感谢 通过这次毕业设计使我深刻地认识到学好专业知识的重要性也理解了理论 联系实际的含义这次毕业设计使我对单片机有了更加深刻的了解和掌握并且检 验了大学四年的学习成果虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练 但是我将在以后的工作和学习中继续努力不断完善这三个月的设计是对过去所 学知识的系统提高和扩充的过程为今后的发展打下了良好的基础 由于自身水平有限设计中一定存在很多不足之处敬请各位老师批评指正 附 录 英文原文 The introduction of AT89C51 Background 8 AT89C51 the CHMOS craft monolithic integrated circuit isdesigned uses in to process the high speed computation and the fastinputoutput The MCS-51 monolithic integrated circuit modelapplication is the high speed event control system Commercial useincluding modem motor control systemprinter photogravure pressair conditioning control system disk driver and medical equipmentThe automobile industry uses in the engine control system the MCS-51monolithic integrated circuit the suspension system and locks on theother side the braking system AT89C51 especially very good issuitable from benefits from on its processing speed and theenhancement piece the periphery function collection such as Theautomobile power control the vehicles dynamic are hanging lock onthe other side apply the brake with the stable control application Asa result of these decisive applications the market requirement onekind reliable has lowly disturbs the expense - potency controllerwhich the ambush responds the service massive time and the eventactuates the integrated periphery ability which needs in the real-timeapplication has outdoes the average processing power in the soleroutine package the central processor Has the equipment economy andthe legal risk which the operation cannot be forecast are very highOnce enters the market especially the duty decisiveness applicationsuch as autopilot or locks on the other side the braking system willbe wrong will be in the financial resource forbids The redesignexpense may reach as high as 500K US dollarThe single slice machine is also called tiny controller is because it was used in the industry to control realm at the earliest stageSingle slice machine from inside chip have CPU appropriation processor to develop only since thenAt the earliest stage of design the principle is to pass to integrate a great deal of peripherals and CPU in a chip making calculator system smaller integrating more easily into complicated of but to mention to request a strict control equipments in the middleThe INTEL Z80 is the processor which designed according to this kind of thought at the earliest stage from now on single slice the development of the machine and appropriation processor went by different roads then The single slice of the earlier period all of machines are 8 or 4Among them the INTEL is most successful of 8031 because of in brief dependable but the function was quite good to acquire very big good opinionHenceforth at 8031 up developed MCS51 serieses a single slice machine systemAccording to the single slice of this system machine system is still in the extensive usage till nowBecause the industry controls the exaltation of[with] realm request starting appearing 16 single slice machine but because sex price wanted to dont get a very extensive application than the disregardDevelop greatly along with the consumption electronics product after 90s the single slice machine technique got a huge exaltationAlong with the extensive application of INTEL i 960 serieses especially later ARM series the 32 single slice machine replaces 16 single slice the high level position of the machine quickly and gets into an essential marketAnd traditional of 8 single slice the function of the machine also got to fly to raise soon handling an ability to compare with to raise few a hundredfolds in 80sCurrently 32 single slice of the high level with main machine already over 300 MHzs the function keeps appropriation processor of making track for the mid 90s and the common model number factory price drop into to USD 1 tallest carry of model number also only USD 10The contemporary and single slice machine system has already no longer developed and used just under the naked machine environment the in great quantities appropriative built-in operate system is applied extensively in the whole serieseses of the single slice is on boardBut Be ising the high level of handheld PC and cellular phone core processing single slice the machine even can use appropriative Windows and the Linux operate system directly Single slice the machine ratio appropriation processor is the most suitable to match to apply in the built-in system so it got the most applicationsIn fact the single slice machine is an amount the most calculators are in the worldThe modern mankind are living medium use of assemble in almost each electronics and machine product have a single slice machineAll have 1-2 single slice machine in the computer accessorieses such as cellular phone telephone calculator home appliances electronics toy handheld PC and mouse etcAnd personal computer in would also capable number not a few single slice the machine be workingProvide with more than 40 departments a single slice machine generally on the car complicated industrys controling the top of the system even may has single several hundred pedestalses slices machine to work in the meantimeSingle slice the amount of the machine not only far above the PC machine and other calculations of comprehensive even than the mankinds amount still want have another Description The AT89C51 is a low-power high-performance CMOS 8-bit microcomputer with 4K bytes of Flash programmable and erasable read only memory PEROM The device is manufactured using Atmels high-density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry-standard MCS-51 instruction set and pinout The on-chip Flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory programmer By combining a versatile 8-bit CPU with Flash on a monolithic chip the Atmel AT89C51 is a powerful microcomputer which provides a highly-flexible and cost-effective solution to many embedded control applications Function characteristic The AT89C51 provides the following standard features 4K bytes of Flash 128 bytes of RAM 32 IO lines two 16-bit timercounters a five vector two-level interrupt architecture a full duplex serial port on-chip oscillator and clock circuitry In addition the AT89C51 is designed with static logic for operation down to zero frequency and supports two software selectable power saving modes The Idle Mode stops the CPU while allowing the RAM timercounters serial port and interrupt system to continue functioning The Power-down Mode saves the RAM contents but freezes the oscillator disabling all other chip functions until the next hardware reset Pin Description VCCSupply voltage GNDGround Port 0 Port 0 is an 8-bit open-drain bi-directional IO port As an output port each pin can sink eight TTL inputs When 1s are written to port 0 pins the pins can be used as highimpedance inputsPort 0 may also be configured to be the multiplexed loworder addressdata bus during accesses to external program and data memory In this mode P0 has internal pullupsPort 0 also receives the code bytes during Flash programmingand outputs the code bytes during programverification External pullups are required during programverification Port 1 Port 1 is an 8-bit bi-directional IO port with internal pullupsThe Port 1 output buffers can sinksource four TTL inputsWhen 1s are written to Port 1 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs As inputsPort 1 pins that are externally being pulled low will source current IIL because of the internal pullupsPort 1 also receives the low-order address bytes during Flash programming and verification Port 2 Port 2 is an 8-bit bi-directional IO port with internal pullupsThe Port 2 output buffers can sinksource four TTL inputsWhen 1s are written to Port 2 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs As inputsPort 2 pins that are externally being pulled low will source current because of the internal pullupsPort 2 emits the high-order address byte during fetches from external program memory and during accesses to external data memory that use 16-bit addresses In this application it uses strong internal pullupswhen emitting 1s During accesses to external data memory that use 8-bit addresses Port 2 emits the contents of the P2 Special Function RegisterPort 2 also receives the high-order address bits and some control signals during Flash programming and verification Port 3 Port 3 is an 8-bit bi-directional IO port with internal pullupsThe Port 3 output buffers can sinksource four TTL inputsWhen 1s are written to Port 3 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs As inputsPort 3 pins that are externally being pulled low will source current IIL because of the pullupsPort 3 also serves the functions of various special features of the AT89C51 as listed below Port 3 also receives some control signals for Flash programming and verification RST Reset input A high on this pin for two machine cycles while the oscillator is running resets the device ALEPROG Address Latch Enable output pulse for latching the low byte of the address during accesses to external memory This pin is also the program pulse input PROG during Flash programmingIn normal operation ALE is emitted at a constant rate of 16 the oscillator frequency and may be used for external timing or clocking purposes Note however that one ALE pulse is skipped during each access to external Data Memory If desired ALE operation can be disabled by setting bit 0 of SFR location 8EH With the bit set ALE is active only during a MOVX or MOVC instruction Otherwise the pin is weakly pulled high Setting the ALE-disable bit has no effect if the microcontroller is in external execution mode PSEN Program Store Enable is the read strobe to external program memoryWhen the AT89C51 is executing code from external program memory PSEN is activated twice each machine cycle except that two PSEN activations are skipped during each access to external data memory EAVPP External Access Enable EA must be strapped to GND in order to enable the device to fetch code from external program memory locations starting at 0000H up to FFFFH Note however that if lock bit 1 is programmed EA will be internally latched on resetEA should be strapped to VCC for internal program executionsThis pin also receives the 12-volt programming enable voltage VPP during Flash programming for parts that require12-volt VPP XTAL1 Input to the inverting oscillator amplifier and input to the internal clock operating circuit XTAL2 Output from the inverting oscillator amplifier Oscillator Characteristics XTAL1 and XTAL2 are the input and output respectivelyof an inverting amplifier which can be configured for use as an on-chip oscillator as shown in Figure 1Either a quartz crystal or ceramic resonator may be used To drive the device from an external clock source XTAL2 should be left unconnected while XTAL1 is driven as shown in Figure 2There are no requirements on the duty cycle of the external clock signal since the input to the internal clocking circuitry is through a divide-by-two flip-flop but minimum and imum voltage high and low time specifications must be observed Figure 1 Oscillator Connections Figure 2 External Clock Drive Configuration Idle Mode In idle mode the CPU puts itself to sleep while all the onchip peripherals remain active The mode is invoked by software The content of the on-chip RAM and all the special functions registers remain unchanged during this mode The idle mode can be terminated by any enabled interrupt or by a hardware resetIt should be noted that when idle is terminated by a hard ware reset the device normally resumes program executionfrom where it left off up to two machine cycles before the internal reset algorithm takes control On-chip hardware inhibits access to internal RAM in this event but access to the port pins is not inhibited To eliminate the possibility of an unexpected write to a port pin when Idle is terminated by reset the instruction following the one that invokes Idle should not be one that writes to a port pin or to external memory Power-down Mode In the power-down mode the oscillator is stopped and the instruction that invokes power-down is the last instruction executed The on-chip RAM and Special Function Registers retain their values until the power-down mode is terminated The only exit from power-down is a hardware reset Reset redefines the SFRs but does not change the on-chip RAM The reset should not be activated before VCC is restored to its normal operating level and must be held active long enough to allow the oscillator to restart and stabilize Program Memory Lock Bits On the chip are three lock bits which can be left unprogrammed U or can be programmed P to obtain the additional features listed in the table below When lock bit 1 is programmed the logic level at the EA pin is sampled and latched during reset If the device is powered up without a reset the latch initializes to a random value and holds that value until reset is activated It is necessary that the latched value of EA be in agreement with the current logic level at that pin in order for the device to function properly 中文译文 AT89C51的介绍 背景 8位AT89C51 CHMOS单片机被设计用于处理高速计算和快速输入输出MCS-51单片机典型的应用是高速事件控制系统商业应用包括调制解调器电动机控制系统打印机影印机空调控制系统磁盘驱动器和医疗设备汽车工业把MCS-51单片机用于发动机控制系统悬挂系统和反锁制动系统AT89C51尤其很好适用于得益于它的处理速度和增强型片上外围功能集诸如汽车动力控制车辆动态悬挂反锁制动和稳定性控制应用由于这些决定性应用市场需要一种可靠的具有低干扰潜伏响应的费用-效能控制器服务大量时间和事件驱动的在实时应用需要的集成外围的能力具有在单一程序包中高出平均处理功率的中央处理器拥有操作不可预测的设备的经济和法律风险是很高的一旦进入市场尤其任务决定性应用诸如自动驾驶仪或反锁制动系统错误将是财力上所禁止的重新设计的费用可以高达500K美元单片机也被称为微控制器Microcontroler是因为它最早被用在工业控制领域单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中使计算机系统更小更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器从此以后单片机和专用处理器的发展便分道扬镳早期的单片机都是8位或4位的其中最成功的是INTEL的8031因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用随着工业控制领域要求的提高开始出现了16位单片机但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用90年代后随着消费电子产品大发展 单片机技术得到了巨大的提高随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位并且进入主流市场而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高处理能力比起80年代提高了数百倍目前高端的32位单片机主频已经超过300MHz性能直追90年代中期的专用处理器而普通的型号出厂价格跌落至1美元最高端的型号也只有10美元当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统因此它得到了最多的应用事实上单片机是世界上数量最多的计算机现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机手机电话计算器家用电器电子玩具掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作汽车上一般配备40多部单片机复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合甚至比人类的数量还要多描述 AT89C51是一个低电压高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器PENROM和128字节的存取数据存储器RAM这种器件采用ATMEL公司的高密度不容易丢失存储技术生产并且能够与MCS-51系列的单片机兼容片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中 功能特性 AT89C51提供以下的功能标准4K字节闪烁存储器128字节随机存取数据存储器32个IO口2个16位定时计数器1个5向量两级中断结构1个串行通信口 片内震荡器和时钟电路另外AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作并支持两种软件的节电模式闲散方式停止中央处理器的工作能够允许随机存取数据存储器定时计数器串行通信口及中断系统继续工作掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位 引脚描述 VCC电源电压 GND地 P0口P0口是一组8位漏极开路双向IO口即地址数据总线复用口作为输出口时每一个管脚都能够驱动8个TTL电路当1被写入P0口时每个管脚都能够作为高阻抗输入端P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时转换地址和数据总线复用并在这时激活内部的上拉电阻P0口在闪烁编程时P0口接收指令在程序校验时输出指令需要接电阻P1口P1口一个带内部上拉电阻的8位双向IO口P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路对端口写1通过内部的电阻把端口拉到高电平此时可作为输入口因为内部有电阻某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流闪烁编程时和程序校验时P1口接收低8位地址P2口P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向IO口P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路对端口写1通过内部的电阻把端口拉到高电平此时可作为输入口因为内部有电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时P2口送出高8位地址数据在访问8位地址的外部数据存储器时P2口线上的内容在整个运行期间不变闪烁编程或校验时P2口接收高位地址和其它控制信号 P3口P3口是一组带有内部电阻的8位双向IO口P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路对P3口写如1时它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时被外 部拉低的P3口将用电阻输出电流 P3口除了作为一般的IO口外更重要的用途是它的第二功能如下表所示 端口引脚 第二功能 P30 RXD P31 TXD P32 INT0 P33 INT1 P34 T0 P35 T1 P36 WR P37 RD P3口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号 RST复位输入当震荡器工作时RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位 ALE当访问外部程序存储器或数据存储器时ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节即使不访问外部存储器ALE以时钟震荡频率的116输出固定的正脉冲信号因此它可对输出时钟或用于定时目的要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时闪烁存储器编程时这个引脚还用于输入编程脉冲如果必要可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用此外这个引脚会微弱拉高单片机执行外部程序时应设置ALE无效 PSEN程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号当AT89C51由外部程序存储器读取指令时每个机器周期两次PSEN 有效即输出两个脉冲在此期间当访问外部数据存储器时这两次有效的PSEN 信号不出现 EAVPP外部访问允许欲使中央处理器仅访问外部程序存储器EA端必须保持低电平需要注意的是如果加密位LBI被编程复位时内部会锁存EA端状态如EA端为高电平CPU则执行内部程序存储器中的指令闪烁存储器编程时该引脚加上12V的编程允许电压VPP当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP XTAL1震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端 XTAL2震荡器反相放大器的输出端 时钟震荡器 AT89C51中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器 外接石英晶体及电容C1C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路对外接电容C1C2虽然没有十分严格的要求但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低震荡器工作的稳定性起振的难易程序及温度稳定性如果使用石英晶体我们推荐电容使用30PF?10PF而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF?10PF用户也可以采用外部时钟采用外部时钟的电路如图示这种情况下外部时钟脉冲接到XTAL1端即内部时钟发生器的输入端XTAL2则悬空由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求 内部振荡电路 外部振荡电路 闲散节电模式 AT89C51有两种可用软件编程的省电模式它们是闲散模式和掉电工作模式这两种方式是控制专用寄存器PCON中的PD和IDL位来实现的PD是掉电模式当PD 1时激活掉电工作模式单片机进入掉电工作状态IDL是闲散等待方式当IDL 1激活闲散工作状态单片机进入睡眠状态如需要同时进入两种工作模式即PD和IDL同时为1则先激活掉电模式在闲散工作模式状态中央处理器CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态这种方式由软件产生此时片内随机存取数据存储器和所有特殊功能寄存器的内容保持不变闲散模式可由任何允许的中断 请求或硬件复位终止终止闲散工作模式的方法有两种一是任何一条被允许中断的事件被激活IDL被硬件清除即刻终止闲散工作模式程序会首先影响中断进入中断服务程序执行完中断服务程序并紧随RETI指令后下一条要执行的指令就是使单片机进入闲散工作模式那条指令后面的一条指令二是通过硬件复位也可将闲散工作模式终止需要注意的是当由硬件复位来终止闲散工作模式时中央处理器CPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条开始继续执行程序的要完成内部复位操作硬件复位脉冲要保持两个机器周期有效在这种情况下内部禁止中央处理器CPU访问片内RAM而允许访问其他端口为了避免可能对端口产生的意外写入激活闲散模式的那条指令后面的一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令掉电模式 在掉电模式下振荡器停止工作进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令片内RAM和特殊功能寄存器的内容在中指掉电模式前被冻结退出掉电模式的唯一方法是硬件复位复位后将从新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容在VCC恢复到正常工作电平前复位应无效切必须保持一定时间以使振荡器从新启动并稳定工作 闲散和掉电模式外部引脚状态 模式 程序存储器 ALE P0 P1 P2 P3 闲散模式 内部 1 1 数据 数据 数据 数据 闲散模式 内部 1 1 浮空 数据 地址 数据 掉电模式 外部 0 0 数据 数据 数据 数据 掉电模式 外部 0 0 数据 数据 数据 数据 程序存储器的加密 AT89C51可使用对芯片上的三个加密位LB1LB2LB3进行编程P或不编程U得 到如下表所示的功能 程序加密位 保护类型 1 U U U 没有程序保护功能 2 P U U 禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容 3 P P U 除上表功能外还禁止程序校验 4 P P P 除以上功能外同时禁止外部执行 当LB1被编程时在复位期间EA端的电平被锁存如果单片机上电后一直没有复位锁存起来的初始值是一个不确定数这个不确定数会一直保存到真正复位位置为了使单片机正常工作被锁存的EA电平与这个引脚当前辑电平一致机密位只能通过整片擦除的方法清除 电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器它由LC高频振荡器和放大处理电路组成利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时使物体内部产生涡流这个涡流反作用于接近开关使接近开关振荡能力衰减内部电路的参数发生变化由此识别出有无金属物体接近进而控制开关的通或断这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体其体积较小适合在空间有限的智能救援小车上使用其实物图如下图所示 通过以上分析我们选择方案二采用电容式接近开关来完成题目中的寻找铁片的任务 本设计的主要特点 1高效的H型PWM电路提高电源利用率 2使用双电源控制使控制电路电源和电动机电源隔离 3脉冲调制路面检测超强纠错免受路面杂质干扰 4优化的软件算法智能化的制动控制定位精确 图 引脚定义图 摘要 河南科技大学本科毕业设计论文 IV IV 目录 错误未找到引用源错误未找到引用源 6 35 结 论 参考文献 55 附 录 16 主控单片机 SST989E516RD 电动小车 控制 SST89E516RD IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 P20 P21 P22 P23 P24 P25 液晶显示 单片机控制小车相应运动方式 SST89E516RD 单片机 P33 P32 测速里程计量 黑线检测 液晶显示 电源模块 测速模块 黑线检测模块 L298电机驱动芯片 SST89E516RD主控单片机 电机驱动芯片 L298 直流电机 单片机作为核心控制器由IO口发出各种高低电平组号信号控制L298 L298接受到单片机控制信号输出控制信号给电机完成相应运行动作 直行 左转 右转 倒车 红 蓝 黄 VCC VCC OUT 开始 全速行驶 A 速度过小 慢速行驶 智能加速 第4条黑线或8s 第5条黑线 全速行驶 刹车 第3条黑线 停车10s 定位 倒车相同过程驶回到起点 第6条黑线 B 循线传感器SensorB 循线传感器SensorA 小车跑道直行黑线 SensorA 1 SensorB 1 SensorA 1 SensorB 0 小车左偏 SensorA 0 SensorB 1 小车右偏 开始 右转程序 左转程序 直行 红 黑 黄 VCC VCC OUT 计数器对接受到信号进行计数 信号处理运算 速度 里程 SST89E516RD OCMJ4X8C型128 x64液晶 SCLK STD CS PSB RST P10 P11 P12 P13 P14 SST89E516RD单片机 数据显示