毕业设计：自动往返电动小汽车设计

：自动往返电动小汽车设计 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 I 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 II 河南科技大学本科毕业设计(论文) 目 录 前 言 ................................................................................................................ 1 第1章 绪论 ....................................................................................................... 2 ?1.1 设计背景 ................................................................................................ 2 ?1.2 设计概述 ................................................................................................ 2 ?1.3 设计任务和主要内容 ............................................................................. 3 第2章 系统论证与分析 ............................................................................ 4 ?2.1 小车车体选择 ........................................................................................ 4 ?2.2 主控单片机 ............................................................................................ 5 ?2.2.1 采用凌阳16位单片机 .................................................................. 5 ?2.2.2 采用SST89E516RD单片机.......................................................... 5 ?2.3 电机模块 ................................................................................................ 6 ?2.3.1 采用步进电机 ..................................................................................... 6 ?2.3.2 采用直流电机 ..................................................................................... 6 ?2.4 电机驱动调速模块 ................................................................................ 6 ?2.5 电源管理 ................................................................................................ 8 ?2.5.1 采用单电源供电 ........................................................................... 8 ?2.5.2 采用双电源供电 ........................................................................... 8 ?2.6 路面黑线探测模块 ................................................................................ 9 ?2.6.1 采用对射式红外光电传感器 ........................................................ 9 ?2.6.2 采用反射式红外光电传感器 ........................................................ 9 ?2.7 测速及里程计量模块 ........................................................................... 10 ?2.7.1 采用霍尔传感器 ......................................................................... 10 ?2.7.2 采用U型红外光电传感器 .......................................................... 10 ?2.8 计时模块 .............................................................................................. 11 ?2.9 显示模块 .............................................................................................. 11 ?2.9.1 采用LED数码管 ......................................................................... 11 ?2.9.2 采用LCD液晶显示 ...................................................................... 11 III 河南科技大学本科毕业设计(论文) 第3章 智能小车系统设计 .............................................................................. 12 ?3.1 主控单片机功能设计 ........................................................................ 12 ?3.1.1 单片机硬件结构 ........................................................................... 12 ?3.1.2 单片机引脚锁定 ........................................................................... 13 ?3.2 电机驱动控制设计 ............................................................................ 15 ?3.3 PWM调速控制设计 ............................................................................. 17 ?3.4 传感器设计 ....................................................................................... 20 ?3.4.1 黑线检测传感器设计 .................................................................... 20 ?3.4.2 测速、里程计量传感器设计 ........................................................ 25 ?3.5 液晶显示功能设计 ............................................................................ 28 第4章 128×64液晶功能分析 ...................................... 错误～未定义书签。30 ?4.1 ×××××× .............................................................. 错误～未定义书签。30 结 论 .............................................................................................................. 35 参考文献 ........................................................................................................... 36 致 谢 .............................................................................................................. 38 附 录 .............................................................................................................. 39 工作原理 ................................................................... 错误～未定义书签。53 光电传感器类型介绍 ................................................ 错误～未定义书签。53 光电传感器技术参数 ................................................ 错误～未定义书签。54 光电传感器使用注意事项 ......................................... 错误～未定义书签。54 IV 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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题的初步思考。 智能小车是一个集环境感知、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。在限速区小车往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8秒，且不允许在限速区内停车。 智能小车设计的核心思想便是建立赛道可行区域感知系统，使小车在行驶过程中对跑道上的黑线能够自动检测与识别，通过对视觉信息的处理确定小车与跑道的相对位置关系，通过执行机构调整小车与跑道的相对位置，使小车在赛道中心准确稳定行驶的同时又兼顾车速，尽量缩短往返时间，从而达到“稳”和“快”的协调。智能小车采用一块SST89E516RD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L298作为小车电机驱动，利用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。实现了自动往返小车在无人控制状态下实现智能循迹、限速、压线的智能控制，液晶显示电路显示运行的时间、路程并实时更新速度显示。 1 河南科技大学本科毕业设计(论文) 第1章 绪论 ?1.1 设计背景 随着智能机器人技术、汽车工业的迅速发展，关于智能小车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。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，具有智能PWM限速、返回、准确定位停车等功能。 ?1.2 设计概述 智能小车系统集中地运用了计算机、传感器、信息通讯、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。 自动往返电动小汽车是指小车能够在跑道上自动往返行驶，无须人的操作。小车从起跑线出发后自动行驶到终点，并能在终点停车一段时间，然后返回起点。同时小车可以在要求区域内自动加速和减速。以单片机为控制核心，辅以传感器、控制电路、显示电路等外围器件，构成了一个车载控制系统。电动小车能够根据题目要求在直线方向上完成调速、急刹车、停车、倒车返回等各种运动形式。这辆小车还可以通过液晶实时显示一次往返时间和行驶距离、行驶速度。另外，采用C语言编程算法进行速度调节，经过PROTEUS仿真后，成功地实现了从最高速降至低速的平稳调速。 本系统主要采用C语言编程算法进行速度调节。通过C语言编程控制和PWM脉宽调制技术的结合，提高了对小车位置的控制精度，并且实现了低速段车速的恒速控制。 2 河南科技大学本科毕业设计(论文) ?1.3 设计任务和主要内容 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，能在如图1-1所示的跑道上自动往返行驶。在跑道B,C,D,E,F和G处设有2cm宽的金属线。 1. 小车从起跑线出发(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. 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(以小车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)。 3. D,E间为限速区，小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。 A B C D E F G 0.5m 0.5m 2m 0.5m 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 3 河南科技大学本科毕业设计(论文) 第2章 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: L298电机驱动芯片 电源模块 测速模块 SST89E516RD主控 单片机 黑线检测模 块 液晶显示 图2-1 系统原理框图 ?2.1 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 4 河南科技大学本科毕业设计(论文) (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 ?2.2 主控单片机 ?2.2.1 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。 ?2.2.2 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,ffffh;Block1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，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。 因此决定采用SST89E516RD作为本次毕业设计的主控单片机芯片。 5 河南科技大学本科毕业设计(论文) ?2.3 电机模块 ?2.3.1 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。 ?2.3.2 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。 ?2.4 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] U,IR,,,n, C,e [1] 6 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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: U,I(R，R)tj,,,n, [2] C,e 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， 7 河南科技大学本科毕业设计(论文) 接收 TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A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。 PWM脉宽调制实际上就是改变电机端电压的平均值从而进行调速的一种方法。这种方法便于与单片机等数字系统接口，实现方便，而前两种方法必须要配合一定的外围模拟电路才能达到单片机控制目的，基于以上分析, 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。 ?2.5 电源管理 ?2.5.1 采用单电源供电 所有器件采用12V蓄电池为直流电机供电。将12V电压降压、稳压后给单片机系统和其它芯片供电。这样供电比较简单，但是由于电动机启动瞬间电流很大，而且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。 ?2.5.2 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VSS，VSS可接4(5,7 V电压。因此采用单一电源(4节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4.8V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。 8 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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。 ?2.6 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。 ?2.6.1 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。 ?2.6.2 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 9 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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。考虑到环境光干扰主要是直流分量，如果采用带有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰。另外，红外发射管的最大工作电流取决于平均电流，如果使用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流可以很大(50,100mA)，这样也大大提高了信噪比。 基于上述考虑，考虑到本系统的传感器主要是安装在小车的底部检测黑线，拟采用经脉冲调制的反射式红外传感器检测路面黑线。 ?2.7 测速及里程计量模块 ?2.7.1 采用霍尔传感器 霍尔传感器内部由三片霍尔金属板组成，当磁钢正对金属板时，由于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可以在车轮上安装磁钢，而将霍尔集成片安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行车速测量。此方案的优点是霍尔传感器响应速度快，结构简单，但精度不够高。 ?2.7.2 采用U型红外光电传感器 采用U型红外光电传感器，在车轮上贴上白纸黑条，当作光电编码盘，当车轮转动时，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。用中断对接收到的信号进行计数。 码盘形状如图2-2所示: 图2-2 测速码盘 10 河南科技大学本科毕业设计(论文) 以上两种都是比较可行的转速测量方案。尤其是霍尔元件，在工业上得到广泛采用。但是在本题中，小车的车轮较小，方案一的磁片密集安装十分困难，容易产生相互干扰。相反，方案二适用于精度较高的场合，可以车轮上加较多的黑线来满足脉冲计数的精度要求，因此拟采用方案二。 ?2.8 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。 ?2.9 显示模块 ?2.9.1 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。由于我们计划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。 ?2.9.2 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。 11 河南科技大学本科毕业设计(论文) 第3章 智能小车系统设计 ?3.1 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)I/O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)A/D)D/A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。 故本次毕业设计选用SST89E516RD作为智能小车主控单片机。 ?3.1.1 单片机硬件结构 SST89E516RD单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。 1(中断系统:具有5个中断源，2级中断优先权。 2(定时器/计数器:片内有2个16位的定时器/计数器， 具有四种工作 12 河南科技大学本科毕业设计(论文) 方式。 3(串行口:1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。 4(P1口、P2口、P3口、P4口为4个并行8位I/O口。 图3-1为单片机的功能方框图: 图3-1 SST89E516RD功能方框图 由上可见，SST89E516RD单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点，在数据采集，运算处理方面有明显的长处。丰富的外部中断、I/O口资源满足智能小车的各种控制需求。 ?3.1.2 单片机引脚锁定 SST89E516RD单片机具有丰富的I/O口资源和外部中断。小车运行过程中需要实时进行黑线探测和测速、里程计量，当CPU正在处理某项事务时，如果外界或内部发生了紧急事件，例如小车检测到黑线或测速传感器检测到车 13 河南科技大学本科毕业设计(论文) 轮转动等，要求CPU暂停正在处理的工作转而处理这个紧急事件，待处理完成后再回到被中断的地方，继续执行原来被中断的程序。SST系列单片机允许有5个中断源，提供两个中断优先级(能实现二级中断嵌套)。 P3.2，P3.3作为两个外部中断端口，可分别用来检测黑线和测速、里程 INT0INT1、为跳变触发方式，电平发生由高到低的跳变时触发，计量。设定 置IT0、IT1为1，在CPU响应中断后，由内部硬件自动复位中断标志TF0、TF1和IE0、IE1，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: 单片机控制SST89E516RD 小车相应运单片机 动方式 黑线检测 P3.2() INT0 液晶显示 测速、里程计量 P3.3() INT1 图3-2 外部中断控制引脚锁定及流程框图 来自P3.2引脚上的外部中断请求(外中断0)。 INT0 来自P3.3引脚上的外部中断请求(外中断1)。 INT1 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A0H~A7H。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。 14 河南科技大学本科毕业设计(论文) 下图3-3为控制小车运行状态的引脚锁定及流程图: P2.0 IN1 SST89E516RD P2.1 IN2 电 P2.2 IN3 动 控制 小P2.3 IN4 车 P2.4 EN1 P2.5 EN2 图3-3 小车运行控制引脚锁定及流程框图 IN1、IN2控制左侧两个电机正转及反转，IN3、IN4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P2.0~ P2.5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 小车状态 IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 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 ?3.2 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 15 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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如图3-4所示，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46V、2A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。 单片机作为核心控制器～由I/O口主控单片机 发出各种高低电平组号信号～控制SST989E516RD L298。 电机驱动芯片 L298接受到单片机控制信号～输 L298 出控制信号给电机～完成相应运 行动作。 直流电机 直行 左转 右转 倒车 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 16 河南科技大学本科毕业设计(论文) 结构。采用此种控制结构，各级职责明确，结构清晰易于实现。 ?3.3 PWM调速控制设计 本设计采用的是基于PWM原理的H型驱动电路实现调速功能。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3-6所示: 图3-6 H型驱动模块原理图 图3-6中当U1为高电平， U2为低电平时， Q3、Q6管导通，Q4、Q5管截止，电动机正转。当U1为低电平，U2为高电平时，Q3、Q6管截止，Q4、Q5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 D1、D2、D3、D4 接入回路，防止电子开关被反向击穿。 采用 PWM 方法调整电机的速度，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 100Hz 以下时，电机转动有明显的跳动现象，小车不能连续顺畅运行。经反复试验，选择脉冲频率1000Hz，电机转动较平稳，控制效果较佳。 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[1]为: 17 河南科技大学本科毕业设计(论文) KT1 Pdt,KP [1] MAXMAX,0T 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[3]式可知智能小车的速度与脉宽成正比。 由上述分析，U1、U2这对控制电压采用了1000Hz 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U1、U2的切换来控制电动机的正转与反转。对于L298驱动芯片，内部已集成2个H桥，只需在使能控制端EN1、EN2加载PWM波，通过调节PWM波的占空比，即改变加载到电机两端的电压平均值，来实现调速功能。 当IN1端为高电平、IN2端为低电平时，二极管D1到D4导通，电机正转;反之，二极管D3到D2导通，电机反转。IN3、IN4端控制方法与IN1、IN2端相同，不再赘述。 下图3-7为Mutiwatt15封装形式的L298驱动芯片引脚及外形图。 图3-7 L298引脚及外形图 18 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 分别为两个H桥的电流反馈脚，不用是可以接地 1 、15 SEN1、SEN2 输出端，与对应输入端(IN1、IN2)同逻辑 2 、3 1Y1、1Y2 驱动电压，最小值需比输入的低电平电压高2.5V 4 Vs 输入端，TTL电平兼容 5 、7 IN1、IN2 使能端，低电平禁止输出 6 、11 EN1、EN2 地 8 GND 逻辑电源，4.5~7V 9 Vss 输入端，TTL电平兼容 10 、12 IN3、IN4 输出端，与对应输入端(IN3、IN4)同逻辑 13 、14 2Y1、2Y2 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。 +5V +12V 94U1D1D2D5D61N40011N40011N40011N40015VCCVSIN172IN2OUT1+88.810IN3123IN4OUT26ENA1113ENBOUT3 114SENSAOUT415L298SENSBGND D3D4D7D881N40011N40011N40011N4001+88.8 图3-8 L298驱动电机PROTEUS仿真图 19 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 ?3.4 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。 ?3.4.1 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。 如图3-9所示。由实验器材室提供的黑白线检测传感器是一种集发射与接收于一体的光电传感器，主要用于黑白线检测。有效探测距离达 5cm。这款黑白线传感器受可见光干扰小，输出信号为开关量，信号处理较简单，可以广泛应用于机器人寻迹、智能小车偱线等场合。 20 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 U:5VDC 长(L):20mm I:20mA 宽(W):9mm Sn:0-5cm 高(H):9mm 上拉电阻:1K 下图3-9为黑线传感器的电路连接图: VCC VCC OUT 红 蓝 黄 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。 INT0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3.75V，当检测到黑线时，测试电压显示为3.73V。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0.02V。 21 河南科技大学本科毕业设计(论文) INT0端口采集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 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。 R2' +5v+3.75v100 R1' U320K47+3.73v1 35 6R22 100+88.8 R1Volts741 20k -5v 图3-10 741差分放大电路 参考端电压值为3.73V，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。 1. 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 0.5m 起点1 2 入限速区3 出限速区4 压线5 停车(10s)6 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 22 河南科技大学本科毕业设计(论文) INT0端口进行黑线检测，端口初始化为高电平。当使用单片机外部中断 INT0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1。C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: 开始 全速行驶 速度过小 智能加速 第4条黑线或 第3条黑线 慢速行驶 8s 刹车 第5条黑线 全速行驶 第6条黑线 定位 停车10s 倒车，相同过程驶回到起点 图3-12 小车程序设计流程图 23 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 } 2. 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。 小车跑道直行黑线 循线传感 A B 器SensorA 循线传感 器SensorB 图3-13 小车偱线设计示意图 24 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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SensorA、SensorB。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。 开始 SensorA=1 SensorA=0 SensorB=0 SensorB=1 SensorA=1 小车左偏 小车右偏 SensorB=1 右转程序 左转程序 直行 图3-14 小车偱线设计流程图 ?3.4.2 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: 25 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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，下图3-16为U型红外光电传感器的外观图及产品尺寸图，由其产品尺寸参数可知，U型红外光电传感器设计小巧，方便安装在智能小车上，可以使用螺丝或胶水将传感器固定在智能小车车体上，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: VCC VCC OUT 红 黑 黄 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 INT1接VCC作为负载。输出信号与单片机外部中断端口相连。 26 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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8/50。 (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10/50。 (3)整个减速比就是:(8/50)*(10/50)=8/250。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 1/6，转换到最终级输出就是，电机转动一转，橡胶轮只转动了 8/(250*6)，即 2/375 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，将码盘固定于小车后轮上，将U型光电开关架于码盘之上。光电码盘测距基本原理如图3-18所示。电机旋轴转动，带动测速码盘转动，测速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，光电开关就会不断地发生导通和截止。这样在光电开关的输出端就会得到脉冲，用计数器对接受到的信号进行计数。 27 河南科技大学本科毕业设计(论文) 计数器对接受到SST89E516RD 信号进行计数 信号处理运算 速度 里程 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,经单片机内部运算计算出小车的实时速度。U型红外光电传感器每检测到1个脉冲信号，小车即转过 2/375 圈。具体算法如下: 小车里程=( 脉冲个数*2/375 ) *小车车轮周长 [1] 小车速度=[ ( 脉冲A-脉冲B )/375 ] [2] 式[2]中脉冲B为2秒前测得脉冲个数，脉冲A为当前脉冲个数。经单片机运算后得到的小车运行速度为每2秒刷新一次。 ?3.5 液晶显示设计 金鹏公司生产的OCMJ4X8C型128 x64液晶显示功能丰富，内置中文字库， 2M位中文字型ROM (CGROM) 总共提供8192 个中文字型(16x16 点阵)，显示数据RAM提供64x2个字节的空间，最多可以控制4行16字(64个字)的中文字型显示。所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，都包含在一个芯片里面，只要一个最小的微处理系统，就可以方便操作模块。 OCMJ4X8C型128 x64液晶主要参数: 1、工作电压(VDD):4.5,5.5V 2、逻辑电平:2.7,5.5V 3、LCD 驱动电压(Vo):0,7V 28 河南科技大学本科毕业设计(论文) 液晶与单片机连接通信端口如下图3-19所示: sbit cs = P1^2; sbit std = P1^1; sbit sclk = P1^0; sbit psb = P1^3; //H=并口; L=串口; sbit rst = P1^4; //Reset Signal 低电平有效 数据显示 OCMJ4X8C型128 x64液晶 SCLK STD CS PSB RST P1^0 P1^1 P1^2 P1^3 P1^4 SST89E516RD单片机 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: cm/s" } 图3-20 128 x64液晶初始化显示图 29 河南科技大学本科毕业设计(论文) 第4章 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。 30 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 31 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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: 32 河南科技大学本科毕业设计(论文) 图4-7 第12条黑线检测液晶显示 33 河南科技大学本科毕业设计(论文) 34 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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。在结论中不能出现“我从毕业设计中学到了…”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。 35 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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。文中引用的参考文献按文中出现的顺序编号，文中没有引用的文献 】 排列在后面。 参考文献中著录格式要求: ?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 [1] 郑人杰. 计算机软件测试技术. 北京: 清华大学出版社, 1992 [2] 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 [3] 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 36 河南科技大学本科毕业设计(论文) [4] 罗建林. 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Commercial useincluding modem, motor control system,printer, photogravure press,air conditioning control system, disk driver and medical equipment.The 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 high.Once 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 dollar.The single slice machine is also called tiny controller, is because it was used in the industry to control realm at the earliest stage.Single slice machine from inside chip have CPU appropriation processor to develop only since then.At the earliest stage of design the principle is to pass to integrate 39 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 middle.The 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 4.Among them, the INTEL is most successful of 8031, because of in brief dependable but the function was quite good to acquire very big good opinion.Henceforth at 8031 up developed MCS51 serieses a single slice machine system.According to the single slice of this system machine system is still in the extensive usage till now.Because the industry controls the exaltation of[with] realm request, starting appearing 16 single slice machine, but because sex price wanted to don't get a very extensive application than the disregard.Develop greatly along with the consumption electronics product after 90's, the single slice machine technique got a huge exaltation.Along 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 market.And 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 80's.Currently, 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 90's, and the common model number factory price drop into to USD 1, tallest carry of model number also only USD 10.The 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 board.But 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 40 河南科技大学本科毕业设计(论文) machine ratio appropriation processor is the most suitable to match to apply in the built-in system, so it got the most applications.In fact the single slice machine is an amount the most calculators are in the world.The modern mankind are living medium use of assemble in almost each electronics and machine product have a single slice machine.All have 1-2 single slice machine in the computer accessorieses such as cellular phone, telephone, calculator, home appliances, electronics toy, handheld PC and mouse etc..And personal computer in would also capable number not a few single slice the machine be working.Provide with more than 40 departments a single slice machine generally on the car, complicated industry's controling the top of the system even may has single several hundred pedestalses slices machine to work in the meantime!Single slice the amount of the machine not only far above the PC machine and other calculations of comprehensive, even than the mankind's 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 Atmel’s 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 I/O lines, two 16-bit timer/counters, 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 41 河南科技大学本科毕业设计(论文) operation down to zero frequency and supports two software selectable power saving modes. The Idle Mode stops the CPU while allowing the RAM, timer/counters, 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 VCC:Supply voltage. GND:Ground. Port 0: Port 0 is an 8-bit open-drain bi-directional I/O 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 inputs.Port 0 may also be configured to be the multiplexed loworder address/data bus during accesses to external program and data memory. In this mode P0 has internal pullups.Port 0 also receives the code bytes during Flash programming,and outputs the code bytes during programverification. External pullups are required during programverification. Port 1 Port 1 is an 8-bit bi-directional I/O port with internal pullups.The Port 1 output buffers can sink/source four TTL inputs.When 1s are written to Port 1 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs,Port 1 pins that are externally being pulled low will source current (IIL) because of the internal pullups.Port 1 also receives the low-order address bytes during Flash programming and verification. Port 2 Port 2 is an 8-bit bi-directional I/O port with internal pullups.The Port 2 output buffers can sink/source four TTL inputs.When 1s are written to Port 2 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs,Port 2 pins that are externally being pulled low will source current, because of the internal pullups.Port 2 emits the high-order address byte during 42 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 Register.Port 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 I/O port with internal pullups.The Port 3 output buffers can sink/source four TTL inputs.When 1s are written to Port 3 pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs,Port 3 pins that are externally being pulled low will source current (IIL) because of the pullups.Port 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. ALE/PROG 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 43 河南科技大学本科毕业设计(论文) (PROG) during Flash programming.In normal operation ALE is emitted at a constant rate of 1/6 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 memory.When 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. EA/VPP 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 reset.EA should be strapped to VCC for internal program executions.This 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, respectively,of an inverting amplifier which can be configured for use as an on-chip oscillator, as shown in Figure 1.Either a quartz crystal or ceramic resonator may be used. To drive the 44 河南科技大学本科毕业设计(论文) device from an external clock source, XTAL2 should be left unconnected while XTAL1 is driven as shown in Figure 2.There 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 maximum 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 reset.It should be noted that when idle is terminated by a hard ware reset, the device normally resumes program execution,from 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 45 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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. 46 河南科技大学本科毕业设计(论文) 中文译文: AT89C51的介绍 背景 8位AT89C51 CHMOS工艺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 47 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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I/O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 48 河南科技大学本科毕业设计(论文) P0口: P0口是一组8位漏极开路双向I/O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I/O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I/O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I/O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I/O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 P3.0 RXD P3.1 TXD P3.2 INT0 P3.3 INT1 P3.4 T0 P3.5 T1 P3.6 WR 49 河南科技大学本科毕业设计(论文) P3.7 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。 PROGALE/: 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1/16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。 EA/VPP: 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 50 河南科技大学本科毕业设计(论文) 电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1，C2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 51 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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。 ALE P0 P1 P2 P3 模式 程序存储器 PSEN 1 1 闲散模式 内部 数据 数据 数据 数据 1 1 闲散模式 内部 浮空 数据 地址 数据 0 0 掉电模式 外部 数据 数据 数据 数据 0 0 掉电模式 外部 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LB1，LB2，LB3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 禁止从外部程序存储器中执行MOVC指 2 P U U 令读取内部程序存储器的内容 52 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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。 53 河南科技大学本科毕业设计(论文) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 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，这些器件是采用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，存储器被分成两块独立的程序存储器，第一块(BLOCK0)占用64Kbyte的内部程序存储器空间，第二块(BLOCK0)占用8Kbyte的内部程序存储器空间。8Kbyte的第二块FLASH可以映射到64Kbyte空间的低地址，还可以被隐藏和当成类似EEPROM的独立的数据存储器。FLASH存储器可用标准的87C5x OTP EPROM编程器来烧录。在上电复位时，单片机可以配置成外部主机的从属设备，以源代码存入，也可以做外部主机的制机，执行IAP 操作。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。 除了片内72Kbyte 闪存的程序存储器，单片机也可寻址外部64Kbyte程序空间;除了1024Byte片内RAM，单片机也可寻址外部64Kbyte RAM 空间。SST公司的高可靠性、专利的闪存技术和存储器单元结构有很多的优点，这些优点给使用者提供明显的成本和可靠性改善。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 采用电感式接近开关 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: 54 河南科技大学本科毕业设计(论文) 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 55