自动走迷宫的机器人设计与课程总结报告(编辑修改稿)

自动走迷宫的机器人设计与课程总结报告(编辑修改稿)内容摘要：

压。 TL431 也可以应用于 开关电源电路和 恒流电路中。 在过去的普通开关电源设计中，通常采用将输出电压经过误差放大后直接反馈到输入端的 模式。 这种电压控制的模式在某些应用中也能较好地发挥作用，但随着技术的发展，当今世界的电源制造业大多已采用一种有类似拓扑结构的方案。 此类结构的开关电源有以下特点：输出经过 TL431(可控分流基准 )反馈并将误差放大， TL431 的沉流端驱动一个光耦的发光部分，而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压，用来调整一个电流模式的 PWM 控制器的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。 上图是一个实用的 4W开关型 5V直流稳压电源的电路。 该电路采用了此种拓扑结构并同时使用了 TOPSwitch 技术。 图中 CL C8 和 C9 构成 EMI 滤波器， BR1 和 C2 对输入交流电压整流滤波， D1 和 D2 用于消除因变压器漏感引起的尖峰电压， U1 是一个内置 MOSFET 的电流模式 PWM 控制器图图 14 TL431 应用 二 沈阳工程学院课程设计 8 芯片，它接受反馈并控制整个电路的工作。 D C3 是次极整流滤波电路， L2 和 C4 组成低通滤波以降低输出纹波电压。 R2 和 R3 是输出取样电阻，两者对输出的分压通过TL431 的 REF 端来控制该器件从阴极到阳极的分流。 这个电流又是直接驱动光耦 U2的发光部分的。 那么当输出电压有变大趋势时， Vref 随之增大导致流过 TL431 的电流增大，于是光耦发光加强，感光端得到出电压随 改变而回落。 事实上，上面讲述的过程在极短的时间内就会达到平衡，平衡时 Vref=，又有 R2=R3，所以输出为稳定的 5V。 这里要注意的是，不再能通过简单地改变取样电阻 R R3 的值来改变输出电压，因为在开关电源中每个元件的参数对整个电路工作状态的影响都会很大。 按图中所示参数时，电路可在 90VAC～ 264VAC（ 50/60Hz）输入范围内，输出 +5V，精度优于 177。 3%，出功率为 4W，最大输出电流可达 ，典型变换效率为 70%。 由前面的例子我们可以看到，器件作为分流反馈后， REF端的电压始终稳定在 ，那么接在 REF端和地间电阻中流过的电流就应是恒定的。 利用这个特点，可以将 TL431应用很多流电路中。 是一个实用的精密恒流源电路。 原理很简单，不再赘述。 但值注意的是， TL431的温度系数为 30pm/℃ ，所以输出恒流的温度特性要比普通镜像恒流源或恒流二极管好得多，因而在应用中无需附加温度补偿电路。 下面就介绍一个用该器件为传感器电桥提供恒定偏流的电路，这是一个已连成桥路的压传感器的前级处理电路。 Vref/R2的值应设为电桥工作所必要的恒定电流，该电流值通常会由传感器制造商提供。 流经 TL431阴极的电流由 R1和电源电压 Vs决定，在应用中通常让它等于桥路电流，但一定要注 意大于 1mA。 由于 TL431非常易于实现恒压或恒流，而且有很好的温度稳定性，因此很适合于仪表电路、传感器电路等设计应用。 4： 模数转换 电路介绍 图 17 模数转换电路 r e f +1a i n2r e f 3gnd4cs5d o ut6c l k7vc c8I C 7T L C 15 49V C C + 5VP 3. 7P 3. 4P 3. 5R E F +C S M 6 30PC S B 6 U迷宫机器人设计 9 9 芯片介绍 TLC1549 是美国德州仪器公司生产的 10 位模数转换器。 它采用 CMOS 工艺，具有内在的采样和保持， 采用差分基准电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，总不可调整误差达到177。 1LSB Ma（ ）等特点。 的工作温度范围内（自然通风）极限参数如下： 电源电压范围： ～ 输入电压范围： ～ VCC+ 输出电压范围： ～ VCC+ 正基准电压： VCC+ 负基准电压： 峰值输入电流（任何输入端）： 177。 20mA 峰值总输入电流（所有输入端）： 177。 30mA 工作温度范围（自然通风）： TLC1549C 0～ 70℃ TLC1549I 40～ 80℃ TLC1549M 65～ 125℃ ：工作原理 在芯片选择（ CS）无效情况下， I/O CLOCK 最初被禁止且 DATA OUT 处于高阻状态。 当串行接口把 CS 拉至有效时，转换时序开始允许 I/O CLOCK 工作并使 DATA OUT 脱离高阻状态。 串行接口然后把 I/O CLOCK 序列提供给 I/O CLOCK 并从DATA OUT 接收前次转换结果。 I/O CLOCK 从主机串行接口接收长度在 10 和 16 个时钟之间的输入序列。 开始 10 个 I/O 时钟提供采样模拟输入的控制时序。 在 CS 的下降沿，前次转换的 MSB 出现在 DATAOUT 端。 10 位数据通过 DATA OUT 被发送到主机串行接口。 为了开始转换，最少需要 10 个时钟脉冲。 如果 I/O CLOCK 传送大于 10 个时钟长度，那么在的 10 个时钟的下降沿，内部逻辑把 DATA OUT 拉至低电平以确保其余 位的值为零。 在正常进行的转换周期内，规定时间内 CS 端高电平至低电平的跳变可终止该周期，器件返回初始状态（输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果）。 由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防止 CS 被拉至低电平。 时序图如图。 沈阳工程学院课程设计 10 图 18 TLC1549 时序 图 ：电压与转换图 图 19 模数转换对照表 说明： （ 1）：在 TLC1549 工作的时候，如果大于电压电源 ，芯片将不能工作。 2) 此曲线基于下列假设： VREF+和 VREF已被调整以便从数字 0 至 1跳变的电压为 ，满度跳变电压 为。 1LSB=。 3)： 满度值 是指其额定中点值具有最高的绝对值的那级台阶。 零度 值 是指其额定中点值等于零的那级台阶。 迷宫机器人设计 11 11 5：单片机处理器 图 20 单片机处理器 介绍 AT89C4051是一个低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 4k bytes的可反复擦写的只读 Flash程序存储器和 128 bytes的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51指令系统，片内置通用 8位中央处理器和 Flash存储单元，功能强大的 AT89C4051可为您提供许多高性价比的应用场合。 AT89C4051虽然是一个功能强大的单片机，但它只有 20个引脚， 15个 外部双向输入/输出（ I/O）端口，其中 P1是一个完整的 8位双向 I/O口，同时内含两个外中断口，两个16位可编程定时计数器 ,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器 (,相或反箱输入端 )，片内时钟电路。 同时 AT89C4051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有 RAM、定时 /计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。 省电模式中，片内 RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。 P 3 . 2V C C + 5 VP 1 . 4R E S E TC S D 13 0 P FP 1 . 1P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 1 . 5P 1 . 6P 3 . 1C S D 20 .1 UX T A L 1X T A L 2R S T1r d p 3 02t d p 3 13x t a l 24x t a l 15i t 0 p 3 26i t 1 p 3 37t 0 p 3 48t 1 p 3 59G N D10p 3 .711p 1 0 i n 012p 1 1 i n 113p 1 .214p 1 .315p 1 .416m o s i17m i s o18S C K19V C C20I C 4A T 8 9 S 4 0 5 1P 1 . 7P 3 . 7沈阳工程学院课程设计 12 ：主要功能特性 ： 178。 兼容 MCS51指令系统 178。 4k可反复擦写 (1000次） Flash ROM 178。 15个双向 I/O口 178。 6个中断源 178。 2个 16位可编程定时 /计数器 178。 178。 时钟频率 024MHz 178。 128x8bit内部 RAM 178。 2个外部中断源 178。 2个串行中断 178。 可直接驱动 LED 178。 2级可编程程序加密位 178。 低功耗睡眠功能 178。 内置一个模拟比较放大器 178。 可编程 UARL通道 178。 软件设置睡眠和唤醒功能 ：封装和引脚功能说明 AT89C4051采用的是双列直插式封装。 4K的 FLASH闪速存储器。 15个 I/O口线，两个16位定时 /计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，内置一个精密比较器，片内振荡器及时钟 电 路。 同时， AT89C4051可以降至 0HEZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU的工作，但允许 RAM，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 RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。 ： VCC：电源工作电压。 +5V GND：接地端。 P1口： P1口是一组 8位 双向 I/O口， — , 没有上拉电阻 ,主要是考虑它们分别是内部精密比较器的统乡输入端 (ANI0)和反向输入端 (AIN1),如果需要应在外部接上拉电阻 .P1口输出缓冲器可吸收 20MA电流并可以直接驱动 P1口引脚写入 ”1”时可作输入端 ,当引脚 低时 ,它们将因内部的上拉电阻而输出电流 (I1L). P1口还在 FLASH闪速编程及沉痛工序校验时接受代码数据 . P3口 :P3口的 — , 7个双向 I/O口 . ,它作为一个通用 I/O口但不可访问 ,但可以作为固定输入片内比较器的输出信号 .P3口缓冲器可以吸收 20MA电流 .当 P3口写入 ’1’时 ,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口 ,还有更重要的第二功能 ,如表 3所示 : 表 3 引 脚 功 能 特 性 RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) /INT0(外部中断 0) /INT1(外部中断 1) T0(定时 /计数器 0外部输入 ) T1(定时 /计数器 1外部输入 ) P3口还接受一些用于 FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号 . RST:复位输入 .RST引脚一旦变成两个机器周期以上高电平 ,所有的 I/O口都将复位到 ”1”(高电平 )状态 ,当振荡器正在工作时 ,持续两个机器周以上的高电平便可以完成复迷宫机器人设计 13 13 位 ,每个机器周期为 12振荡时钟周期 . XTAL1:振荡器反向放大器及内部时钟发生器的输入端 . XTAL2:振荡器反向放大器的输出端 . 振荡器特性 : XTAL1 和 XTAL2 为片内振荡器的反向放 大器的输入和输出端 ,如下图所示 .可采用石英晶体组成时钟振荡器 ,如需从外部输入时钟驱动 AT89C4051,时钟信号从 XTAL1输入 ,XTAL2应悬空 .由于输入到内部电路是经过一个 2分频触发器 ,所以输入的外部时钟信号无需特殊要求 ,但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范 . :模式介绍 :空闲模式 在空闲模式下 ,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 RAM 和所有特殊功能寄存器的内容保持不变 .空闲模式可由任何允许的中断请求或 硬件复位终止 . 和 在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为 ”0”,或者在使用上拉电阻的情况下设置为 ”1”. :。