毕业设计论文--基于80c51单片机电动智能小车设计

毕业设计论文--基于80c51单片机电动智能小车设计内容摘要：

储器一般容量较小如果片内的只读存储器的容量不够则需用扩展片外的只读存储器片外最多可外扩至 64k 字节 4 中断系统 具有 5 个中断源 2 级中断优先权 5 定时器计数器 片内有 2 个 16 位的定时器计数器 具有四种工作方式 6 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 IO 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 7 P1 口 P2 口 P3 口 P4 口 为 4 个并行 8 位 IO 口 8 特殊功能寄存器 共有 21 个用于对片内的个功能的部件进行管理控制监视实际上是一些控制寄存器和状态寄存器是一个具有特殊功能的 RAM 区 由上可见 80C51 单片机的硬件结构具有功能部件种类全功能强等特点特别值得一提的是该单片机 CPU中的位处理器它实际上是一个完整的 1位微计算机这个一位微计算机有自己的 CPU 位寄存器 IO 口和指令集 1 位机在开关决策逻辑电路仿真 过程控制方面非常有效而 8 位机在数据采集运算处理方面有明显的长处MCS51 单片机中 8 位机和 1 位机的硬件资源复合在一起二者相辅相承它是单片机技术上的一个突破这也是 MCS51 单片机在设计的精美之处 二 最小应用系统设计 80C51 是片内有 ROMEPROM 的单片机因此这种芯片构成的最小系统简单、可靠用 80C51 单片机构成最小应用系统时只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可如图 31 80C51 单片机最小系统所示由于集成度的限制最小应用系统只能用作一些小型的控制单元其应用特点 有可供用户使用的大量 IO 口线 内部存储 器容量有限 应用系统开发具有特殊性 图 31 80C51 单片机最小系统 1 时钟电路 80C51虽然有内部振荡电路但要形成时钟必须外部附加电路 80C51单片机的时钟产生方法有两种内部时钟方式和外部时钟方式 本设计采用内部时钟方式利用芯片内部的振荡电路在 XTAL1XTAL2 引脚上外接定时元件内部的振荡电路便产生自激振荡本设计采用最常用的内部时钟方式即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路振荡晶体可在 12MHZ到 12MHZ之间选择电容值无严格要求但电容取值对振荡频率输出的稳定性大小振荡电路起振速度 有少许影响 CX1CX2可在 20pF到 100pF之间取值但在 60pF到 70pF时振荡器有较高的频率稳定性所以本设计中振荡晶体选择 6MHZ 电容选择 65pF 在设计印刷电路板时晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装以减少寄生电容更好的保证振荡器稳定和可靠地工作为了提高温度稳定性应采用 NPO 电容 2 复位电路 80C51的复位是由外部的复位电路来实现的复位引脚 RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声在每个机器周期的 S5P2 斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次然后才能得到内部复位操作所需要的信号 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种 方式 最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的只要 Vcc的上升时间不超过 1ms就可以实现自动上电复位时钟频率用6MHZ 时 C 取 22uFR 取 1KΩ 除了上电复位外有时还需要按键手动复位本设计就是用的按键手动复位按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种其中电平复位是通过 RST 端经电阻与电源 Vcc接通而实现的按键手动复位电路见图 32 时钟频率选用 6MHZ时 C取 22uFRs取 200Ω RK 取 1KΩ 图 32 80C51 复位电路 三 前向通道设计 单片机用与测控系统时总要有与被测对象相联系的前向 通道因此前向通道设计与被测对象的状态特征所处环境密切相关在前向通道设计时要考虑到传感器或敏感元件选择通道结构信号调节电源配置抗干扰设计等在通道电路设计中还涉及到模拟电路诸多问题 前向通道的含义 当将单片机用作测、TTL 电平的状态开关如水银温度触点温度晶闸管时间继电器限位开关等故只要反映外界状态的信号输入通道都可称为前向通道 并不是所有单片机应用系统都有前向通道例如时序控制系统只根据系统内部的时间序列来控制外部的运行状态分布式测控系统中的智能控制总站完成上级主计算机与现场测控子站计算机之间的指令数据传送这些应用系统没有被测对象故不需要前向通道 前向通道的设计 1 传感器的 比较 [3] 识别障碍的首要问题是传感器的选择下面对几种传感器的优缺点进行说明见表 1 探测障碍的最简单的方法是使用超声波传感器它是利用向目标发射超声波脉冲计算其往返时间来判定距离的该方法被广泛应用于移动机器人的研究上其优点是价格便宜易于使用且在 10m以内能给出精确的测量不过在 ITS系统中除了上文提出的场景限制外还有以下问题首先因其只能在 10m 以内有效使用所以并不适合 ITS 系统另外超声波传感器的工作原理基于声即使可以使之测达 100m远但其更新频率为 2Hz 而且还有可能在传输中受到它信号的干扰所以在 CWICC系统中使 用是不实际的表 1 传感器性能比较 传感器类型 优 点 缺 点 超声波 视觉 激光雷达 MMW 雷达 价格合理夜间不受影响 易于多目标测量和分类分辨率好 价格相合理夜间不受影响 不受灯光天气影响 测量范围小对天气变化敏感 不能直接测量距离算法复杂处理速度慢 对水灰尘灯光敏感 价格贵 视觉传感器在 CW系统中使用得非常广泛其优点是尺寸小价格合理在一定的宽度和视觉域内可以测量定多个目标并且可以利用测量的图像根据外形和大小对目标进行分类但是算法复杂处理速度慢雷达传感器在军事和航空领域已经使用了几十年主要优点是可以鲁 棒地探测到障碍而不受天气或灯光条件限制近十年来随着尺寸及价格的降低在汽车行业开始被使用但是仍存在性价比的问题 作为超声波传感器的材料主要为压电晶体压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波同时它接收到超声波时也能转变成电能故它分为发送器和接收器超声波传感器有透射型反射型两种类型常用于防盗报警器接近开关测距及材料探伤测厚等 本设计采用 TR4012 小型超声波传感器作为探测前方障碍物体的检测元件其中心频率为 40Hz 由 80C51 发出的 40KHz 脉冲信号驱动超声波传感器发送器 发出 40KHz 的脉冲超声波如电动车前方遇到有障碍物时此超声波信号被障碍物反射回来由接收器接收经 LM318 两级放大再经带有锁相环的音频解码芯片 LM567解码当 LM567 的输入信号大于 25mV 时输出端由高电平变为低电平送 80C51 单片机处理超声波检测如图 33 超声波检测电路所示 图 33 超声波检测电路 四 后向通道设计 在工业控制系统中单片机总要对控制对象实现操作因此在这样的系统中总要有后向通道后向通道是计算机实现控制运算处理后对控制对象的输出通道接口 根据单片机的输出和控制对象实现控制信号的要求后向通 道具有以下特点 1 小信号输出大功率控制根据目前单片机输出功率的限制不能输出控制对象所要求的功率信号 2 是一个输出通道输出伺服驱动系统控制信号而伺服驱动系统中的状态反馈信号通常是作为检测信号输入前向通道 3 接近控制对象环境恶劣控制对象多为大功率伺服驱动机构电磁机械干扰较为严重但后向通道是一个输出通道而且输出电平较高不易受到直接损害但这些干扰易从系统的前向通道窜入 单片机在完成控制处理后总是以数字信号通过 IO 口或数据总线送给控制对象这些数字信号形态主要有开关量二进制数字量和频率量可直接用于开关量数字量系统 及频率调制系统但对于一些模拟量控制系统则应通过数／模转换成模拟量控制信号 根据单片机输出信号形态及控制对象要求后向通道应解决 功率驱动将单片机输出信号进行功率放大以满足伺服驱动的功率要求 干扰防治主要防治伺服驱动系统通过信号通道、电源以及空间电磁场对计算机系统的干扰通常采用信号隔离、电源隔离和对功率开关实现过零切换等方法进行干扰防治 数模转换对于二进制输出的数字量采用 DA 变换器对于频率量输出则可以采用 本设计调速采用 PWM 调速 [5] 为顺利实现电动小汽车的左转和右转本设计采用了可逆 PWM变换器可逆 PWM变 换器主电路的结构式有 H 型 T。