基于单片机的一种小型避障机器人的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的一种小型避障机器人的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

时钟由定时器 T2 溢出脉冲提高，当 TCLK的值为 0 时，发送脉冲由定时器 T1 的溢出脉冲提高。 RCLK 接收时钟允许。 在 RCLK 的值为 1时，串口的接收时钟由定时器 T2 的溢出脉冲提供，在 RCLK的值为 0 时，接收脉冲由定时器 T1 的溢出脉冲提供。 EXF2 定时器 T2 外部标志位。 在 EXEN2 的值为 1时，还要在脉冲由正变负时作用 于定时器 T2 的接收端引脚上或者有捕获或重装载出现的时候，这时 EXF2 会置位，并开始申请中断。 这个时候如果允许定时器 T2 中断，那么 CPU 就会响应中断，定时器 T2 的中断程序运行，只能用软件对 EXF2 清除。 当 DCEN=1 时， EXF2 不能激活中断。 TF2 定时器 T2 溢出标志位。 当定时器 T2溢出时，硬件使其置位，只能用软件对其清零；在 RCLK的值为 1 时，或者 TCLK 的值为 1 时，定时器 T2溢出，不对 TF2 置位 [10]。 当模式 是捕获时， 2 个选项由 EXEN2 设置， EXEN2 的值为 0 时 , T2 用作 16 位计数器或定时器，至于是定时器还是计数器由 T2CON 中的 C/T2 位决定，当 TF2 置位时溢出， TF2 还能产生中断，该功能由定时器 2 的中断使能位决定。 EXEN2=1 时，同上，但外部输入 T2EX 从“ 1”跳变到“ 0”时， RCAP2L 捕获 TL2 的当前值，而 RACP2H 捕获 TH2 的当前值。 此外， T2EX 的由正变负能使 EXF2置位， EXF2 产生中断，该功能由定时器 2 的中断使能位决定。 中断服务程序可以确定引起中断的事件，具体确定方法是查询 TF2 和 EXF2 来确定。 在捕获模式中，千万不能重新装载 TH2 和 TL2的值，在 T2EX 有捕获时间时，计数器仍按 T2EX 的由正变负计数，或者在六时钟模式时，按晶振频率的六分之一计数，在十二时钟模式时，按晶振频率的一半计数。 在 16 位的自动重装模式中，定时器 /计数器的选择可以由 C/T2 来决定，递增或者递减由其编写的程序控制。 递减计数使能位 DCEN决定计数的方向， T2MOD寄存器包含递减计数使能位 DCEN[4]。 在 DCEN 为“ 0”时，向上计数是定时器 2 的默认设置；在 DCEN 为“ 1”时，递增计数还是递减计数由 T2 中的 T2EX 来决定。 在 DCEN 为“ 0”时， T2 自动递增计数。 在这种模式中， EXEN2 位的设置决定地址。 当 EXEN2 为“ 0”时， TF2 置位前溢出， T2 递增计数到 0FFFFH 的地址，然后定时器2 把 RCAP2H 的 8 位数值与 RCAP2L 的 8 位的数值重新装载。 可以通过软件设置 RCAP2H 和 RCAP2L的值。 大连海洋大学毕业设计（论文） 第三章 硬件电路的设计 12 伺服电机的 介绍 电动机的作用是将电能转换为机械能， 电动机根据 使用电源不同分为直流电动机和交流电动机两种，在本次设计的电机选择上 我们就有步进电机和直流电机两种， 我们选择的是直流伺服电机（ servo motor ），伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是 一种 间接变速装置。 伺服电机可的优点就是可以控制速度，精确度也非常准确 ， 可以把电压信号转换成电机的转矩与转速来控制驱动。 伺服电机转子转速在 输入信号控制 下快速反应，在自动控制系统中，用作执行原件，且具有 时间常数小、 可控性强， 线性度高等优点 ，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。 本次设计使用的直流伺服电机特点 [11]： 、动作快 、 反应快、过载能力大、调速范围宽 , 波动小，运行平稳 ,高效率 （选配）构成直流伺服等优点 ，频率可调 伺服电机的信号控制 电机转速为零的控制信号时序图 的控制脉冲序列使电机顺时针全速旋转 大连海洋大学毕业设计（论文） 第三章 硬件电路的设计 13 的控制脉冲序列使电机顺时针全速旋转 如今电子市场上模数转换的芯片有很多，但芯片功能、模数转换速度、模数转换精确度的高低都不相同，但是对用户来讲，无论什么芯片，都肯定要包括转换启动信号输入口、模拟信号输入口、数字信号输出口、转换结束信号 输出端这几部分。 其中模拟信号输入口包括双极性和单极性的，数字信号输出口还包括串行口和并行口。 除了这基本的几部分，不同类型的芯片可能还会有控制信号端。 至于选择哪种模数芯片，要根据自身的需要和技术参数，一般情况下还需了解模数芯片的其他两个特性： （ 1）数字信号输出端是否有可控的三态输出。 数字信号输出端有可控三态输出的模数转换芯片，单片机的数据总线可以与模数转换芯片的输出端直接相连，模数转换完成以后，选通三态门，此操作由读数信号 RD 来完成，最后把转换的数据送到总线。 如果数字信号输出端没有可控三态输出。 这种芯片有 两种情况，一种是芯片内部本身就没有输出三态门，另一种是虽然芯片有三态门，但是模数芯片外部不可控。 数字信号输出端没有可控三态输出的模数芯片不能将数据输出线与单片机的数据总线直接相连，这种芯片通过 I/O 接口才能与单片机进行信息交换。 （ 2）要看模数芯片启动转换时控制方式是电平控制式还是脉冲控制式。 如果模数转换芯片启动转换是脉冲控制式的，需要一个脉冲信号，但这个脉冲信号要符合芯片要求，把这个脉冲施加在启动转换引脚上，模数转换就能启动并且自动完成。 通常情况下，能与单片机配合使用的芯片，单片机的 I/O 端口写脉冲都能 满足模数转换芯片对启动脉冲的要求。 如果模数转换芯片启动转换是电平控制式的，这就需要一个规定的电平作为启动信号，并且在转换过程中该电平保持恒定。 如果转换中途撤消或者改变规定的电平，模数转换芯片就会停止模数转换，那么得到的结果很可能是错误的。 所以，一定要用可编程并行 I/O 接口芯片的一位或者 D 触发器来锁存这个规定的电平，从而保持该电平保持恒定。 ADC 0809 芯片的主要技术参数和特性 本设计选择的芯片是 ADC0809。 ADC 0809 转换精度为 7 位，它是 CMOS 元器件， ADC0809 的ADC 部分 是 8 位的，而且是逐次逼近型的，除此之外， ADC 0809 还拥有通道寻址逻辑和模拟多路开关，它们也都是 8 通道的。 因此完全可以把 ADC 0809 当作一个简单的数据采集系统。 可以直接把 8 个单端的模拟信号输入 ADC 0809 进行分时 A/D 转换，这种方法普遍应用于过程控制、巡大连海洋大学毕业设计（论文） 第三章 硬件电路的设计 14 回多点检测和运动控制。 ADC 0809 的分辨率为 8 位，还具有可控的三态输出缓存器。 芯片的外接电源为额定电压 +5V。 ADC 0809 模拟输入电压的范围分为单极性和双极性两种，单极性时为 0～ 5V；双极性时为固定的177。 5V,177。 10V，这种情况需要一 定的外接电路。 ADC 0809 的模数转换时间由芯片的时钟频率所决定。 使用 ADC 0809 芯片时不需要调节它的满刻度和零点。 ADC 0809 启动模数转换时控制方式是脉冲式的，而且是正脉冲，脉冲的上升沿能把所有的内部寄存器都清零，脉冲的下降沿则控制 A/D转换的开始 [12]。 ADC 0809 芯片各引脚功能简介 ADC 0809 的内部结构和外部引脚分布分别如图 8 和图 9 所示。 内部结构和工作原理可以通过下图看出，不需要再重新赘述一番。 图 8 ADC0809 芯片的内部结构 图 9 ADC0809 芯片的外部引脚分布 大连海洋大学毕业设计（论文） 第三章 硬件电路的设计 15 ADC 0809 芯片的各引脚功能介绍如下： （ 1） IN0～ IN7：这是 8 路模拟量输入端，其中的任意一路的选择都是通过 ADDA、 ADDB、 ADDC这 3 根地址译码线的置零和置一来决定的。 （ 2） D7～ D0：模数转换结束后的数字量输出端，这 8 位数字量输出端排列顺序是 D0 是最低位，从 D0D7 依次升高， D7 是最高位。 因为这八个引脚是三态可控输出，所以可以与单片机的数据线直接连接。 （ 3） ALE：地址锁存允许信号，当该引脚是高电平或上升沿时有效。 当地址锁存允许信号引脚是高电平或上升沿时，芯片会锁存 ADDC、 ADDB、 ADDA 这三位地址信号，模拟通道与译码选通对应。 在使用该引脚时，地址锁存允许信号通常情况下和 START 信号连接，这样可以锁存启动 A/D转换和锁存通道地址。 （ 4） ADDC、 ADDB、 ADDA：模拟信号通道选择的地址信号，从 ADDA 到 ADDC 位数依次升高。 地址信号和选中的通道一一对应，即 ADDC、 ADDB、 ADDA 都为零时，对应的被选择的通道是 IN0，ADDC、 ADDB、 ADDA 分别为 0、 0、 1 时，被选择的通道是 IN1， ADDC、 ADDB、 ADDA 分别为 0、 0时，被选择的通道是 IN2， ADDC、 ADDB、 ADDA 分别为 0、 1 时，被选择的通道是 IN3， ADDC、ADDB、 ADDA 分别为 0、 0 时，被选择的通道是 IN4， ADDC、 ADDB、 ADDA 分别为 0、 1 时，被选择的通道是 IN5， ADDC、 ADDB、 ADDA 分别为 0 时，被选择的通道是 IN6， ADDC、 ADDB、ADDA 分别为 1 时，被选择的通道是 IN7。 （ 5） OE：输出允许信号，该引脚是正脉冲或 者上升沿时有效。 当输出允许信号引脚是高电平的时候，表示模数转换结束；当输出允许信号引脚是低电平的时候，表示模数转换正在进行。 在单片机发出输出允许信号的时候， ADC 0809 打开输出三态门，数据总线把转换结果读走。 当是中断工作方式的时候，输出允许信号引脚可以向 CPU 申请中断。 （ 6） START：模数转换启动信号，该引脚是正脉冲或者上升沿时有效。 模数转换启动信号引脚上的正脉冲或脉冲上升沿能促使逐次逼近寄存器置零，模数转换启动信号引脚上脉冲的下降沿促使开始模数转换。 如果芯片正在进行模数转换过程中，又有新的启动脉冲 到该引脚，那么原来的模数转换进程就会中断，开始重新从头转换。 （ 7） VREF+、 VREF：正参考电压输入端和负参考电压输入端，用作逐次逼近的基准，为片内 DAC 电阻网络提供一个基准电压。 当输入是单极性的时候， VREF+通常情况下为 +5V， VREF通常情况下为 0V；当输入为双极性的时候， VREF+接正极性的参考电压， VREF接负极性的参考电压。 （ 8） EOC：转换结束信号，该引脚是正脉冲或者上升沿时有效。 在模数转换进程中时，转换结束信号引脚的信号是低电平，否则，转换结束信号引脚的信号就是高电平。 转换结 束信号引脚的信号可以向 CPU 发送中断请求信号， CPU 也可以查询转换结束信号引脚的状态信号。 当不断采样模拟信号和模数转换时，转换结束信号引脚能当作启动信号，和 START 端接在一起，但是需要外加电路第一次启动。 ADC0809 芯片的工作时序如图 10 所示： 大连海洋大学毕业设计（论文） 第三章 硬件电路的设计 16 图 10 ADC0809 芯片的工作时序 在通道选择地址有效时， ALE（地址锁存允许信号）一旦有信号，就立即锁存地址，与地址锁存允许信号同时出现转换启动信号，有时候是地址锁存允许信号之后是转换启动信号。 而 START（ A/D 转换启动信号）的上升沿会促使逐次逼 近寄存器复位，在这个上升沿之后 8 个时钟周期加上 2μ s 的时间内， EOC（转换结束信号）的信号会变成低电平，表明 A/D 转换正在进行中， A/D转换结束后，转换结束信号再变高电平。 单片机接收到转换结束信号的高电平信号后，会立即送出 OE（输出允许信号）信号，打开输出三态门，进而读取 A/D 转换结果。 选择模拟输入通道和A/D 转换开始操作是可以相互独立的两个部分，但是 ADC 0809 允许选择模拟输入通道和启动模数转换结合起来，所以，通常情况下，把它们结合起来完成。 这样做的好处是可以用一条指令既启动转换又能选择模拟通道。 在与 单片机接口时，有两种方法选择输入通道，一种通过数据总线选择，另一种是通过地址总线选择 [13]。 如果要用 EOC 信号去向 CPU 请求中断，要特别留心启动信号后 2μ s+8 个时钟周期的时间内才是 EOC 信号电平的变低。 所以，最好的方法是利用 EOC 的上升沿产生中断请求。 串口通信 简介 串口通信的概念。