基于51單片機的遙控汽車設(shè)計.doc

xxxxxxxxxx本科畢業(yè)論文 學號： xxxxxxdxxx基于51單片機的遙控汽車設(shè)計專業(yè)名稱： 電子信息工程 年級班別： xxxxxx 姓 名： xxx 指導教師： xxxxxxx 2013年5月河南師范大學新聯(lián)學院本科畢業(yè)論文基于51單片機的遙控汽車設(shè)計摘 要遙控小汽車按照人們對其需求的不同，設(shè)計的方案也不同。有的需要近距離遙控，比如十米以內(nèi)的兒童玩具，其要求結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、外觀顯示信息豐富，價格適宜；有的則需要遠距離控制，語音識別、避障、軌跡檢測等，比如讓遙控小汽車成為取代人的自動化勞動工具，讓它從事一些需要勞動力大、威脅性大的工作，如從事考古、機器人、醫(yī)療器械等方面的工作，為人門帶來很大的方便。而本設(shè)計是將遙控小汽車用于兒童玩具。本設(shè)計以AT89C51單片機為核心，采用芯片L298N控制兩個直流永磁式電動機運轉(zhuǎn)，兩個直流永磁式電動機為別用為后輪驅(qū)動和前輪轉(zhuǎn)向， 用紅外遙控芯片HT6221和紅外一體化接收頭1838控制遙控小汽車的前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、停止、自動等功能。而且采用4位LED8段數(shù)碼顯示管顯示遙控小汽車的運行時間，采用發(fā)光LED顯示管的不同顏色顯示遙控小汽車前進、停止、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎。這樣就使得遙控小汽車的遙控范圍在十米左右，而且結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，價格適宜，更重要的是前進、停止、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎指示燈的顯示顏色豐富，尤其在夜晚顯示時很漂亮，能增加兒童和家長對此款遙控小汽車的喜愛和樂趣。 關(guān)鍵詞：紅外遙控；單片機；小汽車Based on 51 single chip microcomputer remote control car designAbstrctRemote control cars according to the people of their different needs, design programs. Some need to close remote, such as toys for children less than ten meter, and its simple structure, easy to control the appearance of the display information-rich, affordable; others require remote control, voice recognition, obstacle avoidance, trajectory detection, such as remote control cars to replace automation instruments of labor, it engaged in some of the needed labor, threatening, such as in archeology, robotics, medical equipment and other aspects of the work, and his door to bring great convenience. The design is the remote control cars for childrens toys. Designed to AT89C51 microcontroller chip L298N to control two DC permanent magnet motor running, two DC permanent magnet motors do not use rear-wheel drive and front wheel steering, using the infrared remote control chip HT6221, and infrared integration receiver received the first 1838 control of a remote control car forward, backward, turn left, turn right, stop, auto and other functions. And 4 LED8 segment digital display tubes display remote control cars running time, using different colors of light-emitting LED display tube remote control car forward, stop, turn left, turn right. This makes the remote control car remote control range of ten meters, and a simple structure, easy to operate, affordable and, more importantly, forward, stop, left turn, right turn indicator light to display color, especially in the night show beautiful children and parents to increase the love and fun remote control cars of this section.Keywords: Infrared remote control; SCM; Cars目錄摘 要I 1 前言11.1 課題背景11.2 設(shè)計方案11.3 技術(shù)關(guān)鍵21.4 本章小結(jié)22 系統(tǒng)總體設(shè)計32.1 系統(tǒng)實現(xiàn)功能和技術(shù)要求32.2 系統(tǒng)原理框圖32.1.1 微處理器模塊設(shè)計的比較32.2.2 電源模塊設(shè)計的比較42.2.3 遙控模塊設(shè)計的比較42.2.4 鍵盤模塊的比較42.2.5 顯示模塊設(shè)計的比較52.2.6 電機驅(qū)動模塊設(shè)計的比較52.3 本章小結(jié)63 系統(tǒng)硬件設(shè)計73.1 紅外遙控模塊的設(shè)計73.1.1 紅外發(fā)射模塊73.1.2 紅外接收模塊103.2 顯示模塊：113.2.1 時間顯示113.3 微處理器的選擇：163.4 電機驅(qū)動模塊173.5 電源模塊193.6 本章小結(jié)204 系統(tǒng)流程圖224.1 主流程圖，解碼流程圖，顯示流程圖224.2 本章小結(jié)22結(jié) 論24參考文獻25致 謝30II河南師范大學新聯(lián)學院本科畢業(yè)論文1前言1.1 課題背景隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)與汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有遙控小汽車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。而且遙控小汽車在兒童玩具中應用多種多樣，備受兒童，家長青睞。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的，同時遙控小汽車的出現(xiàn)，也改變一些特殊場合的工作，它可以從事考古、機器人、醫(yī)療器械等方面的工作，為人門帶來很大的方便。而本設(shè)計主要應用于兒童玩具，主要采用89C51系列單片機設(shè)計一種體積小，功耗低，功能強，成本低，操作簡單的遙控小汽車。使用發(fā)光二極管控制小車行駛，停止，轉(zhuǎn)向時指示燈的指示。車體中采用雙電源，用驅(qū)動電路驅(qū)動小車行駛。本次設(shè)計基于完備的軟硬件系統(tǒng)，要求實現(xiàn)小車遙控、任意曲線行駛、行駛時發(fā)出指示信息等功能。其意義為豐富兒童玩具的類型，提高兒童的樂趣，使他們童年過得更豐富，更有意義。1.2 設(shè)計方案遙控小汽車的工作原理基本上是相同的，大致可以分為如下幾大部分，微處理器模塊，鍵盤模塊，電源模塊，遙控模塊即發(fā)送模塊和接收模塊，顯示模塊，電機驅(qū)動模塊。其原理都主要利用微處理器作為核心，并采用遙控發(fā)射器和接收處理器實現(xiàn)對遙控小汽車行駛過程的控制，遙控用發(fā)射和接收模塊完成，遙控發(fā)送模塊發(fā)出指令，遙控接收模塊收到信息后，傳遞給微處理器，微處理器翻譯出接收到的信號后，傳輸給驅(qū)動電路驅(qū)動直流電機旋轉(zhuǎn)，從而采用遙控技術(shù)，通過遙控命令對遙控小汽車行駛狀態(tài)進行控制，如前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、自動、停止和加速。通過電源為遙控小汽車供電。采用LED顯示器顯示遙控小汽車行使信息遙控小汽車的設(shè)計方案。方案為釆用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)遙控小汽車的前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、自動、停止和加速等功能。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。而且制作的紅外遙控小汽車運行穩(wěn)定，遙控靈敏，占用系統(tǒng)硬件資源少，且在不改變硬件電路，僅通過軟件編程就可以實現(xiàn)障礙物多出檢測，報警等功能。因此，這種方案是一種較為理想的方案。1.3 技術(shù)關(guān)鍵本設(shè)計的技術(shù)關(guān)鍵主要是遙控小汽車遙控器的發(fā)射模塊和遙控器接收模塊，即小汽車的遙控系統(tǒng)，其次是電動機的選擇和電動機模塊的設(shè)計以及與單片機最小系統(tǒng)的連接。1.4 本章小結(jié)本章主要講述了遙控小汽車的背景，現(xiàn)有的設(shè)計方案，以及遙控小汽車設(shè)計中的技術(shù)關(guān)鍵，為后續(xù)論文打下了基礎(chǔ)。2系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)實現(xiàn)功能和技術(shù)要求本設(shè)計的遙控小汽車主要由遙控模塊，微處理器模塊，電機驅(qū)動模塊，顯示模塊，電源模塊組成，主要是通過遙控模塊的按鍵實現(xiàn)對小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、自動、停止和加速的控制等功能；利用電機實現(xiàn)小汽車的前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動功能；利用顯示模塊完成對小汽車的時間顯示和前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向燈的顯示等功能。本設(shè)計的遙控小汽車因主要應用于兒童玩具，所以要求遙控范圍在十米左右，顯示時間要求顯示四位數(shù)字，即小數(shù)點前兩位，小數(shù)點后兩位，電動機轉(zhuǎn)動速度為速度為3000-6000(r/min)。2.2 系統(tǒng)原理框圖遙控小汽車系統(tǒng)主要分為遙控模塊，微處理器模塊，電機驅(qū)動模塊，顯示模塊，電源模塊。其原理圖如圖2.1所示。2.1.1 微處理器模塊設(shè)計的比較微處理器的選擇多種多樣，因為單片機性價比較高，應用廣泛，所以遙控小汽車使用的是單片機，但使用的單片機種類卻不相同。方案一使用常見的51系列單片機，其價格比較便宜，適用于普通的遙控小汽車，方案二使用凌陽SPCE061A單片，它是一種高性能價格比的單片機CPU。而本設(shè)計微處理器主要用于紅外遙控小汽車的紅外遙控接收，紅外遙控小汽車的行駛時間顯示以及處理遙控小汽車的各種命令。采用串行接口通信，串行口工作在方式2，其特點是其波特率高，并且波特率可以直接從晶振32分頻、或64分頻而得到，不需要占用定時器資源。所以綜合考慮本設(shè)計微處理器采用AT89C51 單片機為核心控制器 ，采用晶振電路和復位電路構(gòu)成AT89C51 單片機的最小系統(tǒng)，從而使得AT89C51 單片機運行效率高，可靠性強，節(jié)省內(nèi)部資源。2.2.2 電源模塊設(shè)計的比較2.1 系統(tǒng)原理框圖方案采用雙電源供電，電機控制板單獨采用一組電源，檢測信號板用另一組電源，將電機驅(qū)動電源和單片機及傳感器電源完全分開，這樣互不干擾，所以被廣泛采用。所以綜合考慮本設(shè)計遙控器采用電池，供遙控器對電源的需要，以保證遙控器正常工作，車體采用雙電源供車體行駛，閃光燈閃爍，分別給單片機，顯示模塊，直流電機驅(qū)動模塊供電，從而保證紅外遙控系統(tǒng)以及紅外遙控小汽車車體的正常行駛和指示燈的指示。2.2.3 遙控模塊設(shè)計的比較紅外遙控和無線電波因為易于實現(xiàn)，應用簡單而被廣泛采用。但無論是那種遙控部分也都由遙控接收模塊，遙控發(fā)送模塊，鍵盤按鍵組成。而且因為無線電波小汽車適用于長距離遙控控制，但是本課程設(shè)計需要的遙控小汽車遙控范圍在十米左右，而且需要結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，價格適宜，所以選用了紅外線遙控小汽車。具體為遙控器應用編碼專用集成電路芯片進行控制操作，發(fā)射部分包括矩陣式鍵盤，編碼調(diào)制，LED紅外發(fā)送器。接收部分包括電轉(zhuǎn)換放大器，解調(diào)電路，解碼電路。2.2.4 鍵盤模塊的比較鍵盤按工作原理可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤，編碼式鍵盤由鍵盤和專用編碼器組成。當鍵盤中某一鍵按下時，編碼器自動產(chǎn)生對應按鍵的代碼，并輸出一選通脈沖與CPU進行信息聯(lián)絡(luò)，優(yōu)點是CPU不需要掃描鍵盤，編碼器自動提供按鍵的代碼，缺點是編碼器成本較高。非編碼式鍵盤不含編碼器，當某鍵按下時鍵盤僅送出一個簡單閉和信號，對應按鍵的代碼必須通過軟件來確定。因此非編碼式鍵盤成本低，使用靈活。非編碼式鍵盤分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤以及交互式鍵盤。獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)的特點是一鍵一線，但某鍵按下時，對應檢測線就變成了低電平，而與其他鍵對應的檢測線仍為高電平，因而很容易識別被按下的鍵。其優(yōu)點是鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，各檢測線相互獨立，按鍵容易識別，缺點是占用較多的檢測線，不便于組成大型鍵盤。矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)特點是把檢測線分為兩組，一組為行線，另一組為列線，按鍵置于行線與列線的交叉處。CPU通過行掃描，列反饋法識別按鍵，即逐次使某一行為低電平，其他行為高電平，并讀回列線的狀態(tài)，根據(jù)送出的行碼和返回的列碼就可以確定按鍵的位置。其優(yōu)點是在使用相同檢測線時可以安排更多的按鍵。交互式鍵盤的結(jié)構(gòu)特點是，任意兩檢測線之間均可放置一個按鍵，但要求每一條檢測線必須是具有位控功能的雙向I/O端線。因為本設(shè)計要求有8個按鍵，所以綜合考慮采用矩陣式鍵盤。分別控制遙控小汽車的前進，后退，左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎，停止，自動，加速功能。2.2.5 顯示模塊設(shè)計的比較方案一為里程顯示，方案二為時間顯示，方案三為速度顯示，方案四為遙控小汽車行駛過程中行駛狀態(tài)指示燈顯示，顯示顏色行駛為綠色閃爍，停止為紅色閃爍。其中前三種采用的是LED顯示管顯示，通過對LED顯示管DP端的驅(qū)動顯示十進制小數(shù)，第四種顯示均采用發(fā)光二級管。綜合考慮本設(shè)計采用LED數(shù)碼管顯示模塊和發(fā)光二級管顯示模塊，其中LED數(shù)碼管顯示模塊采用4個LED數(shù)碼管串行連接方式，用74LS164驅(qū)動，顯示小車運動的時間和里程，通過遙控按鍵切換時間顯示和里程顯示。用四個發(fā)光二級管顯示小車在運行過程中的工作狀態(tài)，前進時D1綠燈亮，倒車時紅燈D2閃爍，左轉(zhuǎn)時D3綠燈亮，右轉(zhuǎn)時D4綠燈亮。2.2.6 電機驅(qū)動模塊設(shè)計的比較方案采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的H型橋式電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了 L298N 。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制兩個直流電機，分別控制前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動。2.3 系統(tǒng)主要特色本設(shè)計以 AT89S51 單片機為核心控制器 ，采用晶振電路和復位電路構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，采用 L289 驅(qū)動兩個直流電機工作，兩個直流電機的作用分別為前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動，從而控制小車的運行。此款小車具有紅外線遙控手動駕駛、自動駕駛等功能。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，軟件采用匯編語言編寫。而且紅外線遙控小車運行穩(wěn)定、遙控靈敏、占用系統(tǒng)硬件資源少。且在不改變硬件電路，僅通過軟件編程小車就可以實現(xiàn)小車的各種功能。2.4 本章小結(jié) 本章主要講述了遙控小汽車的系統(tǒng)實現(xiàn)功能和技術(shù)要求，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，各模塊的劃分與構(gòu)成，以及本設(shè)計的主要特色。26河南師范大學新聯(lián)學院本科畢業(yè)論文3系統(tǒng)硬件設(shè)計 本設(shè)計根據(jù)兒童玩具的需要將紅外遙控小汽車分為紅外遙控模塊，微處理器模塊，顯示模塊，電機驅(qū)動模塊。其中紅外遙控模塊又分為紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊。其各模塊具體設(shè)計如下。3.1 紅外遙控模塊的設(shè)計遙控模塊之所以采用紅外遙控方式，是因為采用紅外遙控抗干擾能力強，不會對周圍的無線電設(shè)備產(chǎn)生干擾電波，接口簡單；但是紅外方式遙控的距離比較有限，一般在幾米之內(nèi)。但是因為本設(shè)計不需要遠距離遙控，所以綜合考慮決定采用紅外遙控較為合適。紅外遙控模塊要求能用遙控器控制小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、加速，顯示時間，自動運行等多種功能；在十米之內(nèi)使遙控器能準確控制遙控小汽車的行駛。綜上所述遙控模塊分為遙控接收模塊和遙控發(fā)送模塊。其結(jié)構(gòu)框圖如下所示。 圖3.1 遙控原理圖3.1.1 紅外發(fā)射模塊紅外遙控模塊工作原理里主要是用戶按下鍵盤值，遙控器芯片HT62211對按鍵信息進行解碼調(diào)制后經(jīng)發(fā)光二級管顯示信號成功輸出。該電路的主要控制器件為遙控器芯片HT6221，矩陣鍵盤，發(fā)光二級管，電阻，放大器9014，電容，晶振。實現(xiàn)遙控小汽車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、加速，顯示時間，自動運行等多種功能。其硬件電路圖如圖3.2所示。在電路圖中Dl是紅外線發(fā)射二極管，D2是按鍵指示燈 ，當有按鍵按下時D2點亮。R1采用47K，R2采用1K，R3采用330K，作用都是限制電流的大小。放大器Q1采用9014，作用是將遙控芯片HT6221的輸出數(shù)據(jù)放大，從而使得LED發(fā)光二級管正確作出指示。電容C1采用100PF，電容C2采用100PF ，作用都是去耦合。晶振芯片采用455KHZ，因為紅外遙控芯片HT6221內(nèi)部需要455KHZ，才能保證HT6221正常工作。圖中K1的數(shù)據(jù)碼為0x00，K2的數(shù)據(jù)碼為0x01，K3的數(shù)據(jù)碼為0x02 ，K4的數(shù)據(jù)碼為0x03 ，K5的數(shù)據(jù)碼為0x04，K6的數(shù)據(jù)碼為0x0 5，K7的數(shù)據(jù)碼為0x06 , K8的數(shù)據(jù)碼為0x07 。K1為前進，K2為后退，K3為左轉(zhuǎn)，K4為右轉(zhuǎn)，K5為自動，K6為加速，K7為時間顯示，K8為停止。圖3.2 紅外發(fā)送模塊電路圖HT6221工作電壓:I.8V-3.5V，Dout輸出 38KHZ，最小發(fā)射字：一個。，個455KHZ的陶光或晶體，16位地址碼，8位教據(jù)碼，ppm代碼方式，最大活動鍵32鍵。HT6221個引腳的功能為：R3-R8為行矩陣鍵盤控制，高電平有效，DOUT為串行數(shù)據(jù)輸出引腳，用38KHZ載波，VDD為正電源，一般為1.8-3.5V,D7為最重要的數(shù)據(jù)位代碼設(shè)置，X2為諧振器振蕩輸出。X1為諧振器振蕩輸入，LED是傳輸啟用指示燈輸出，C1-C8是鍵盤矩陣列控制，AIN為低字節(jié)地址碼掃描輸入，R1-R2為行矩陣鍵盤控制，高電平有效。HT6221的代碼格式為已接收代碼為準，接收代碼與發(fā)射代碼反相，其圖如3.1所示。HT6221將紅外碼調(diào)制成 38 kHz 的脈沖信號，然后通過紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外編碼。HT6221的編碼規(guī)則是：當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，當這個按鍵按下并且延遲大于108ms，這108ms 發(fā)射代碼由一個起始碼 (9ms)，一個結(jié)果碼 (4.5 ms )，低8位地址碼 (918ms)，高8位地址碼 (918ms)，8位數(shù)據(jù)碼 (918ms)和這8位數(shù)據(jù)碼的反碼 (918ms)組成，當按鍵按下超過 108ms 仍未松開時，接下來發(fā)射的代碼由起始碼 (9ms)和結(jié)束碼(2.5ms)組成。鍵盤的選擇：根據(jù)本設(shè)計的需要，鍵盤的功能鍵為小車的前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，啟動，停止，自動，加速，時間，里程顯示切換。所以綜合考慮應采取矩陣式按鍵接口，矩陣式鍵盤，一組為行線，一組為列線，按鍵置行線與列線的交叉處。矩陣式鍵盤工作過程中，AT89S511 單片機CPU通過進行掃描，列回饋法識別按鍵，即逐次使某一行為低電平，其他行為高電平，并讀回列線的狀態(tài)，根據(jù)送出的行碼與讀回的編碼就可以確定被按下鍵的位置。在智能儀器中當按鍵多與8個時，都采用矩陣式鍵盤。而且矩陣式鍵盤的控制方式有三種方式，即程序控制方式，定時控制方式，中斷控制方式。程序控制方式是利用了AT89S51 單片機CPU在完成其他工作之余，調(diào)用鍵盤掃描程序，以響應鍵輸入的請求。當AT89S51 單片機CPU在運行其他程序時，就不在響應鍵輸入請求。因此此種方式的缺點是AT89S51 單片機CPU不能及時響應每次按鍵，因此不采用。而定時控制方式是利用一個專門的定時器，在定時時間到時提出定時中斷申請AT89S51 單片機CPU響應后對鍵盤進行掃描，若有鍵按下時則轉(zhuǎn)入相應的鍵處理程序。由于按鍵時間一般不小于100MS，所以定時周期應小于100MS。此種控制方式的缺點是存在漏檢的可能性，因此不采用。中斷控制方式，在這種控制方式下，當鍵盤中有鍵按下時，硬件產(chǎn)生中斷請求信號，從而CPU響應中斷后對鍵盤進行掃描，并在在有鍵按下時轉(zhuǎn)入相應的鍵處理程序，該方式的優(yōu)點是能確保對用戶的每次按鍵操作都能都能做出迅速的響應，而且由于在無按鍵時不進行掃描，從而提高了CPU運行效率。所以本設(shè)計綜合考慮采用了中斷控制方式，即當紅外遙控器中有鍵按下時，AT89S51 單片機產(chǎn)生中斷請求信號，從而AT89S51 單片機響應中斷后對鍵盤進行掃描，并在在此時轉(zhuǎn)入相應的鍵處理程序，從而確保對用戶的每次按鍵操作都能都能做出迅速的響應，而且由于在無按鍵時不進行掃描，從而提高了CPU運行效率。HT62212解碼的關(guān)健是如何識別0和1從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)0或1均以0.56ms的低電平開始。不同的是高電平的寬度不同，0為0.56ms，1為1.68ms。所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別0和1，如果從0.56ms低電平過后開始延時，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說明該位為0，反之則為1，為了可靠起見，延時必須比0.56ms長些。但又不能超過1.12ms，否則如果該位為0，讀到的已是下一位的高電乎-因此?。?.12ms+0.56ms/2=0.84ms）最為可靠，一般取0.84 ms左右均可。綜上可知根據(jù)碼的格式應該等待9的起始碼和4.5的結(jié)果碼后才能進行讀碼。3.1.2 紅外接收模塊該模塊由一體化紅外接收頭 1838，104PF的電容組成。其功能為當有紅外編碼信號發(fā)射時，輸出為檢波整形后的方波信號，而且直接提供給單片機。硬件電路圖如3.5所示。其中瓷片電容為去耦電容。紅外接收頭18384適用于寬角度和長距離接收，抗干擾能力強，低電壓工作適用范圍廣。其電路如圖下所示。D O U T是解調(diào)信號的輸出端，直接與單片機的 P3.2口相連。一體化紅外接收頭 1838內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通過解調(diào)電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。紅外接收頭1838內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在22uf以上。有的廠家建議在供電腳和電源之間接入330歐電阻，進一步降低電源干擾。紅外發(fā)射器可從遙控器廠家定制，也可以自己用單片機的PWM產(chǎn)生，推薦使用超小封裝(TSSOP20)的STC12C4052AD或STC12C5406AD,可產(chǎn)37.91KHz的PWM, PWM占空比設(shè)置為1/3, 通過簡單的定時中斷開關(guān)PWM, 即可產(chǎn)生發(fā)射波形。一體化紅外接收頭 1838的極限參數(shù)如表3.1所示，推薦使用條件如表3.2所示，接收角度為+35度-35度。一體化紅外接收頭 1838使用時注意事項：在無任何外加壓力及影響品質(zhì)的環(huán)境下儲存及使用：在無污染氣體或海風（含鹽分）的環(huán)境下儲存及使用；在低濕度環(huán)境下儲存及使用；在規(guī)定的條件下焊接引腳，焊接后，勿施加外力；勿消洗本產(chǎn)品，使用前請先用靜電帶將作業(yè)員及電烙鐵連接落地線；注意保護紅外線接收器的接收面，沾污或破損后會影響接收效率，同時不要觸碰表面。項目符號規(guī)格單位供應電壓VCC-0.36.5伏特工作溫度TOPR-2585攝氏度存儲溫度TSTG-40125攝氏度表3.1 1838的極限參數(shù)符號項目MINMNXVCC工作電壓2.75.5TOPR工作溫度-2080FM輸入頻率-表3.2 1838的推薦使用條件3.2 顯示模塊顯示模塊分為時間顯示模塊和小車在運行過程中的工作狀態(tài)顯示。圖3.3 接收模塊電路圖3.2.1 時間顯示時間顯示采用單片機串行通信，4片74LS164動態(tài)掃描方式驅(qū)動4片7段LED數(shù)碼顯示器。而且本設(shè)計采用7段LED顯示器，用共陽極接法。將各個數(shù)碼管的段碼端口分別串聯(lián)在一起，由位選端口輪流選通各個數(shù)碼管，顯示4為有效數(shù)字，小數(shù)點前兩位，小數(shù)點后兩位，并讓每個數(shù)碼管分別顯示幾毫秒，從而顯示遙控小汽車運動的時間。其硬件電路圖如圖3.4所示。圖中LED是發(fā)光二極管顯示字段的器件，LED顯示器具有工作電壓低，體積小，壽命長，響應速度快，顏色豐富等特點。LED的正向工作電壓一般為1.22.6V，發(fā)光工作電流為520MA，發(fā)光強度與正向電流成正比，在實際工作中，電路應串聯(lián)適當?shù)南蘖麟娮琛?段LED顯示器有7個條形LED組成，分別稱為a、b、c、d、e、f、g段，點亮不同的段，可以顯示出09及多個字母，符號。因為顯示的距離為帶小數(shù)的十進制數(shù)，所以在右下角設(shè)置一圓形LED,成為dp段。圖3.4 時間顯示模塊對于4個7段LED數(shù)碼顯示器的顯示，有靜態(tài)方式和動態(tài)方式。靜態(tài)方式就是各位LED恒定的顯示對應的數(shù)字字符。在這種顯示方式中，每位LED需要鎖存段碼信號。靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點是顯示程序簡單，占用CPU工作時間少，缺點是當顯示位數(shù)增加時，硬件成本增加，功耗增大。動態(tài)方式，就是各位LED輪流顯示對應數(shù)字，字符。由于人眼存在視覺殘流現(xiàn)象，只要各位LED輪流顯示時間間隔足夠短，就會造成各位LED同時顯示的視覺。動態(tài)顯示方式硬件開支小，功耗低，但需要CPU以掃描的方式送出各位LED的段碼及位碼，占用一定的工作時間。但是為了實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描,除了要給顯示器提供段(字形代碼)的輸入之外，還要對顯示器加位的控制，這就是通常所說的段控和位控。因此多位LED顯示器接口電路需要有二個輸出口，其中一個用于輸出8條段控線(有小數(shù)點顯示）另一個用于輸出位控線，位控線的數(shù)3等于顯示器的位數(shù)。動態(tài)掃描是從右向左進行,則緩沖區(qū)的首地址應為79H。7段LED數(shù)碼顯示器共陽極接法，把8個發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導通點亮,而輸入高電平的則不點亮。7段LED數(shù)碼顯示器共陰極接法，把8個發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陰極接地,這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。因為7段LED數(shù)碼顯示器連接可以采用共陰連接方式和共陽連接方式的優(yōu)缺點大同小異，所以采用那種連接方式都能滿足此模塊的需求，本設(shè)計就采用了共陽方式。7段LED數(shù)碼顯示器總共有七段發(fā)光二極管,再加上一個小數(shù)點位，共計8段，因此提供給LED顯示器的字形代碼正好一個字節(jié)。各代碼位的對應關(guān)系如下：代碼位D7對應顯示段dp,代碼位D6對應顯示段a,代碼位D5對應顯示段b,代碼位D4對應顯示段c, 代碼位D3對應顯示段d,代碼位D2對應顯示段e,代碼位D1對應顯示段f,代碼位D0對應顯示段g.7段LED數(shù)碼顯示器的字形代碼如表3.3所示：74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接。CLK（第8腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個時鐘信號的上升沿加到T端時，移位寄存器移一位，8個時鐘脈沖過后，8位二進制數(shù)全部移入74LS164中。MR（第9腳）為復位端，當MR=0時，移位寄存器各位復0，只有當MR=1時，時鐘脈沖才起作用。QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG、QH（第3-6和10-13引腳）并行輸出端分別接LED顯示器的hga各段對應的引腳上。在給出了8個脈沖后，最先進入74LS164的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位，再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出， 4片7LS164首尾相串，而時鐘端則接在一起，這樣，當輸入8個脈沖時，從單片機RXD端輸出的數(shù)據(jù)就進入到了第一片74LS164中了，而當?shù)诙€8個脈沖到來后，這個數(shù)據(jù)就進入了第二片74LS164，而新的數(shù)據(jù)則進入了第一片74LS164，這樣，當?shù)诹鶄€8個脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最左面的74LS164中，其他數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第一、第二、第三、第四片74LS164中。字符共陰極代碼共陽極代碼字符共陰極代碼共陽極代碼03FHC0H96FH90H106HF9HA77H88H25BH04HB7CH83H34FHB0HC39HC6H466H99HD5EHA1H56DH92HE79H86H67DH82HF71H84H707HF8H00HFFH87FH80H 表3.3 7段LED數(shù)碼顯示器的字形代碼關(guān)于74LS1642還可以作如下的介紹：所謂時鐘脈沖端，其實就是需要高、低、高、低的脈沖，不管這個脈沖是怎么來的，比如，我們用根電線，一端接T，一端用手拿著，分別接高電平、低電平，那也是給出時鐘脈沖，在74LS164獲得時鐘脈沖的瞬間（再講清楚點，是在脈沖的沿），如果數(shù)據(jù)輸入端（第1，2引腳）是高電平，則就會有一個1進入到74LS164的內(nèi)部，如果數(shù)據(jù)輸入端是低電平，則就會有一個0進入其內(nèi)部。在給出了8個脈沖后，最先進入74LS164的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位，然后再來一個脈沖會有什么發(fā)生呢？再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出.3.2.2 工作狀態(tài)顯示小車在運行過程中的工作狀態(tài)通過發(fā)光二極管來顯示5，前進時D1綠燈亮，倒車時紅燈D2閃爍，左轉(zhuǎn)時D3綠燈亮，右轉(zhuǎn)時D4綠燈亮。發(fā)光二級管顯示器，是一種有某些特殊半導體材料制作而成的PN結(jié)，由于參雜濃度很高，當正向偏置時，會產(chǎn)生大量的電子空穴復合，把多余的能量釋放變?yōu)楣饽?。而且因為AT89C5111單片機PORT1（P1.0P1.7）：端口符號參數(shù)最小值典型值最大值單位VCC電源電壓4.7555.25VVIH輸入高電電壓VIH2-VVIL輸入低電電壓VIL-0.8MAIOH輸出高電平電流-0.4MAIOL輸出低電平電流-8MAICL時鐘頻率0-25MHZTW脈沖寬度20-NSTSU數(shù)據(jù)設(shè)置時間17-NS TH數(shù)據(jù)保持時間5-NS TREL建立時間30-NS表3.4 74LS164的操作參數(shù)1具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。所以綜合考慮決定D1、D2、D3、D4通過限流電阻R33、R34、R35、R36分別接到AT89C51單片機的P1.0 、P1.1、P1.2、 P1.3，從而控制紅外遙控小汽車在接收到紅外遙控器前進，倒車，左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎時紅外遙控小汽車車體做出相應的前進時D1綠燈亮，倒車時紅燈D2閃爍，左轉(zhuǎn)時D3綠燈亮，右轉(zhuǎn)時D4綠燈亮指示。從而提高控制著紅外遙控小汽車控制難度和紅外遙控小汽車的樂趣。根據(jù)以上分析，我決定本設(shè)計采用的此部分硬件電路圖如下圖3.5所示。圖3.5 工作狀態(tài)顯示電路3.3 微處理器的選擇單片機負責紅外遙控接收、顯示、小車的運動以及處理遙控命令等功能。串行接口通信，串行口工作在方式2，其特點是其波特率高，并且波特率可以直接從晶振32分頻、或64分頻而得到，不需要占用定時器資源。AT89C5112是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CM0S8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器付以反復擦除100次.該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器.AT89C2051是它的一種簡精版本。AT89C2051芯片擦除是整個PEROM陣列和三個鎖定位的屯擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE宵腳處子低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重編以前，該操作必須被執(zhí)行。此外.AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯.可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯.支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作，但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，截止所用其他芯片功能，直到下一個硬件就位為止。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案。AT89C51單片機振蕩器特性為XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配S為片內(nèi)振蕩器.石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAI.2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的離低電平要求的寬度。3.4 電機驅(qū)動模塊因兒童玩具遙控小汽車的要求速度為3000-6000(r/min)左右，所以該模塊采用芯片L298 控制兩個55ZYT01直流永磁電機的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速，其55ZYT01直流永磁電機A為控制遙控小汽車的驅(qū)動，前進；而55ZYT01直流永磁電機B為控制遙控小汽車的轉(zhuǎn)向，即左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎。硬件電路圖如圖3.6所示。圖3.6 直流電機驅(qū)動電路L298 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，可以驅(qū)動兩個直流電機，其引腳功能為：VSS 、VS是電源引腳電壓范圍分別是 4.57 V 、2.546 V 設(shè)計中 VSS端與單片機電源端連接共用 5V電源 ，V S端獨立接9V電源 。EN A 、EN B 為使能端，低電平禁止數(shù)據(jù)輸出，EnA為低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停等。1N 1、IN 2、IN 3、IN 4 為數(shù)據(jù)輸入端OUT1、OUT2、OUT3、OUT4 為數(shù)據(jù)輸出端D ID 8 是保護二極管 (IN 58l9)，作用是釋放電機停止時產(chǎn)生的反響尖峰電勢。55ZYT01直流永磁電機的參數(shù)：55ZYT01直流永磁電機采用采用鐵氧體永磁磁鐵作為激磁，系封閉自冷式。作為小功率直流馬達可以用在各種驅(qū)動裝置中做驅(qū)動元件。轉(zhuǎn)矩為55.7-63.7(毫牛米)， 速度為3000-6000(r/min)，功率為20-35(W)， 電壓為24-110(V)，電流為1.5-3.2（A）和允許逆轉(zhuǎn)速度差為150-300(r/min)。使用條件海拔不超過4000米，環(huán)境溫度為-25度到40度，相對溫度為小于等于95度，在海拔不超過1000米時，不超過75K。直流電機的應用：電動機簡稱電機，是使機械能與電能相互轉(zhuǎn)換的機械，直流電機把直流電能變?yōu)闄C械能。作為機電執(zhí)行元部件，直流電機內(nèi)部有一個閉合的主磁路。主磁通在主磁路中流動，同時與兩個電路交聯(lián)，其中一個電路是用以產(chǎn)生磁通的，稱為激磁電路；另一個電路是用來傳遞功率的，稱為功率回路或電驅(qū)回路。現(xiàn)行的直流電機都是旋轉(zhuǎn)電驅(qū)式，也就是說，激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子，帶換向單元的電驅(qū)繞組和電驅(qū)鐵芯結(jié)合構(gòu)成直流電機的轉(zhuǎn)子。直流電機工作原理：當電刷A，B接在電壓為U的直流電源上時，若電刷A是正電位，B是負電位，在N極范圍內(nèi)的導體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內(nèi)的導體cd中的電流是從c流向d。載流導體在磁場中要受到電磁力的作用，因此ab與cd兩導體都受到電磁力的作用。根據(jù)磁場方向和導體中的電流方向，利用電機左手定則判斷，ab邊受力的方向是向左的，而cd邊則是向右的。由于磁場是均勻的，導體中流過的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時針轉(zhuǎn)動。當線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面上時，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)過半周之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab邊轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd邊轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是由于換向片和電刷的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中電流方向也變了，是從d流向c，在s極下的ab邊中的電流則是從b流向a。因此電磁力的方向仍然不變，線圈仍然受力按逆時針方向轉(zhuǎn)動?？梢姡謩e處在N，S極范圍內(nèi)的導體中電流方向總是不變的，因此線圈兩個邊的受力方向也不變，這樣線圈就可以按照受力方向不停地旋轉(zhuǎn)，通過齒輪或皮帶等機構(gòu)的傳動，便可以帶動其他機械工作。從以上分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，關(guān)鍵問題是當導體從一個磁極范圍轉(zhuǎn)到另一個異性磁極范圍時（也就是導體經(jīng)過中性面后），導體中電流的方向也要同時改變，換向器和電刷就是完成這一任務的裝置。在直流電機中，換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電?？梢?，換向器和電刷是直流電機中不可缺少的關(guān)鍵部件。當然，在實際的直流電機中，不只有一個線圈，而是有許多線圈牢固地嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，當導體中通過電流在磁場中因受力而轉(zhuǎn)動時，就帶動整個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這就是直流電機的基本工作原理。3.5 電源模塊本系統(tǒng)中遙控器模塊采用兩節(jié)5V電池，而紅外遙控小汽車車體采用雙電源供電，電機控制板單獨用一組電源4V，單片機與顯示模塊用另一組5V電源，將電機驅(qū)動電源與單片機的電源，顯示模塊的電源完全隔離.在控制部分和電機驅(qū)動部分利用光電供合器進行連接.以免影響控制部分電源的品質(zhì)，可以徹底解決電源對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。采用雙電源供電尤其對大功率直流電機而言，效果會更為明顯。最終得到的雙電源電路如下圖3.7所示，圖中二極管的作用是單向?qū)щ娦?，電容的作用是去耦合，電阻的作用為調(diào)節(jié)電壓的大小，根據(jù)實驗經(jīng)驗得到R9：10K，R10：9K，R11：1K滿足4V和5V電壓的要求。圖中的三極管主要起放大作用，電感的作用主要為濾波。圖3.7 電源模塊圖中RN5RKxx1A為VFM控制方式的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，是一種CMOS工藝的具有超低耗電流和高精度輸出電壓的集成電路。RN5RKxx1A由一個振蕩器、一個VFM控制電路、一個低導通內(nèi)阻(Lx開關(guān))的激勵晶體管、一個參考電壓器、一個高速比較器、幾個電壓檢測電阻、一個Lx開關(guān)保護電路以及一個內(nèi)部芯片啟動電路組成。RN5RKxx1A14的特點有超待機低輸入電流，輸出電壓精度高，低紋波及低噪聲，低啟動電壓，高效率包括低導通電阻的驅(qū)動晶體管，兩種占空比，輸出電壓穩(wěn)定，低輸出電壓溫度漂移。小型封裝低波紋高效率DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器可以由及外接三個元件一個電感、一個二極管和一個電容器構(gòu)成，而且有一個驅(qū)動腳(EXT腳)，用于驅(qū)動外部晶體管。因為利用低飽和電壓功率晶體管來負荷大輸出電流是可行的，故如果用戶需要輸出電流為幾十毫安到幾百毫安之間的話，建議使用這種芯片。利用片選功能，有可能使電流在待機狀態(tài)下最小。由于這些集成電路的封裝為 SOT-23-5 (迷你型)，在印板上可以使用高密度貼片。 少量外接元件僅一個電感器、一個二極管和一個電容器(RN5RKxx1A/xx1B) 超低待機電流 TYP. 0A 高輸出電壓精確度2.5% 低紋波和低噪聲，低啟動