参考基于at89s52单片机循迹小车的系统设计毕业论文

参考基于at89s52单片机循迹小车的系统设计毕业论文内容摘要：

3 硬件设计 11 广。 7 P1 口、 P2 口、 P3口、 P4 口 为 4个并行 8位 I/O 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、 I/O 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。 最小应用系统设计 80C51是片内有 ROM/EPROM 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： (1)有可供用户使用的大量 I/O 口线。 (2)内部存储器容量有限。 (3)应用系统开发具有特殊性。 图 31 80C51单片机最小系统 焦作大学毕业设计 3 硬件设计 12 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 XTAL XTAL2 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 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， CX CX2 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。 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 22uF,R 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 22uF 焦作大学毕业设计 3 硬件设计 13 图 32 80C51复位电路 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。 1﹑前向通道的含义 当将单片机用作测﹑控系统时，系统中总要有被测信号输入通道，有计算机拾取必要的输入信息。 作为测试系统，对被测对象拾取必要的原始参量信号是系统的核心任务，对控制系统来说，对被控对象状态的测试以及对控制条件的监测也是不可缺少的环节。 对被测对象状态的测试一般都离不开传感器或敏感元件，这是因为被测对象的状态参数常常是一些非电物理量，如温度、压力、载荷、位移等，而计算机是一个数字电路系统。 因此，在前向通道中，传感器、敏感元件及其相关电路占有重要地位。 对被测对象的信号的拾取其主要任务就是最忠实地反 映被测对象的真实状态，它包括实时性与测量精度。 同时使这些测量信号能满足计算机输入接口的电平要求。 因此，单片机应用系统中的前向通道体现了被测对象与系统相互联系的信号输入通道，原始参数输入通道。 由于在该通道中主要是传感器与传感器有关的信号调节、变换电路 ,故也可称为传感器接口通道。 在单片机应用系统中，对信号输入、传感、变换应作广义理解，例如开关量焦作大学毕业设计 3 硬件设计 14 的检测及信号输入，在单片机的各种应用系统中有着广泛的应用。 最简单的开关量输入通道就是一个具有 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。 摄像头传感器测量范围广泛，由于小车的工作要求不是太严格，考虑成本太高，所以放弃此放啊，最终选定反射式红外传感器。 2﹑前向通道的设计 （ 1）传感器的比较 循迹 的首要问题是 扫描地面路线 ，下面对几种传感器的优缺点进行说明（见表 31 ） 表 31 传感器性能比较 循迹 的最简单的方法是使用 光敏电阻 ，它是利用 电阻的光敏特性 ， 判定光的强弱程度。 该方法被广泛应用于 光控领域。 其优点是价格便宜，易于使用， 性能稳定。 不过在 此 系统 设计 中除了上文提出的场景限制外，还有以下问题。 首先因其 抗干扰能力太弱 ，所以并不适合 做循迹小车只用 系统。 摄像头传 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， 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 ，本设计最终选定利用反射式红外 RPR220 做地面检测。 反射式红外传感器类型 优点 缺点 光敏电阻 反射式红外 摄像头 灵敏度好，价格适当。 灵敏度好，抗干扰能力强 测量范围广泛，可实现远程控制。 抗干扰能力太弱。 价格略贵。 频率要求严苛，价格略贵。 焦作大学毕业设计 3 硬件设计 15 RPR220 内部发射头是一个砷化镓红外发射二极管，接收头是一个高灵敏度的硅平面光电三极管。 它被广 泛应用于游戏机，复印件和办公自动化领域。 2 槽型红外对管测速 槽型 红外光电传感器，由高发射功率的砷化镓（砷铝镓）红外发射管和 高灵敏度的光敏晶体管组成。 凹槽型光电开关（光电传感器）是利用被检测物体对红外光束的遮光，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。 产品广泛用于电力仪表、电子仪器仪表、计数器、转速测量、位置测量、传真机、碎纸机等各种工业和民用场合 ， 本设计自制计数齿轮如图 33所示。 安装于小车后轮主轴上，盘孔穿过红外对管的槽内，当 小车转动时，盘子随着后轮主轴一起转动，此时红外对管的接收管会在饱和和截止来回切换，因红外也会多少受到外界的干扰，所以再经电压比较器 LM339 处理后方可送往单片机处理。 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、图 33 槽型红外对管测速原理图 焦作大学毕业设计 3 硬件设计 16 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 I/O 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： （ 1）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。 （ 2）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。 （ 3）数 /模转换。 对于二进制输出的数字量采用 D/A 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型等类型。 我们在设计中采用 恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298N， L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15脚 Multiwatt 封装的 L298N，内部同样包含 4 通道逻辑驱动电路。 可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。 L298N 芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，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。 L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS， VSS可接 4． 5～ 7 V 电压。 4脚 VS接电源电压， VS电压范围 VIH为＋ 2． 5～ 46 V。 输出电流可达 2． 5 A，可驱动电感性负载。 1脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。 L298 可驱动 2 个电动机， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。 5， 7， 10， 12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转。 EnA， EnB接控制使能端，控制电机的停转。 表 32是 L298N 功能逻辑图。 焦作大学毕业设计 3 硬件设计 17 表 32 逻辑功能表 In3， In4 的逻辑图与表 2 相同。 由表 2 可知 EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当 EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。 同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。 图 34 是 L298N 控制器原理图，由 3个虚线框图组成。 图 34 L298原理图 （ 1） 虚线框图 1 控制电机正反转， U1A， U2A 是比较器， VI来自炉体压强传感器的电压。 当 VI＞ VRBF1时， U1A 输出高电平， U2A输出高电平经反相器变为低电平，电机正转。 同理 VI＜ VRBF1时，电机反转。 电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量，从而改变炉体压 强。 （ 2） 虚线框图 2 中， U3A， U4A 两个比较器组成双限比较器，当 VB＜ VI＜ VA时输出低电平，当 VI＞ VA， VI＜ VB时输出高电平。 VA， VB是由炉体压强转感器转换电压的上下限，即反应炉体压强控制范围。 根据工艺要求，我们可自行规定 VA， VB的值，只要炉体压强在 VA， VB所确定范围之间电机停转（注意 VB＜ VRBF1＜ VA，如果焦作大学毕业设计。