畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)遙控小汽車的設(shè)計(jì)（硬件部分）

1、基于單片機(jī)遙控小汽車的設(shè)計(jì)（硬件部分）學(xué) 院：機(jī)電與自動化學(xué)院專 業(yè)：電氣自動化技術(shù)0803姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師： 2011年6月基于89c51遙控小汽車的設(shè)計(jì) （硬件部分）based on 89c51 remote control cars design (hardware part)摘 要根據(jù)題目要求，本設(shè)計(jì)采用at89c2051單片機(jī)構(gòu)成主從式的控制系統(tǒng)，雙機(jī)采用串行接口通信。紅外遙控部分采用遙控車模專用編、解碼芯片tx-2/rx-2，提高控制的可靠性。采用紅外傳感器進(jìn)行里程檢測；超聲波傳感器進(jìn)行障礙識別；感光電阻輔以步進(jìn)電機(jī)控制的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行光源方向的檢測，并能用軟件控制小車行駛到

2、光源附近。采用步進(jìn)電機(jī)對小車的轉(zhuǎn)向進(jìn)行精確的控制，同時用紅外傳感器對轉(zhuǎn)向的角度進(jìn)行校正。此外，采用四位led數(shù)碼管和若干led發(fā)光二極管顯示時間、行進(jìn)的里程以及小車的各種狀態(tài)；采用at89c2051串行eeprom記錄小車的行駛軌跡，并能按照所記錄的軌跡自動行駛。本次設(shè)計(jì)基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實(shí)現(xiàn)了紅外遙控功能，啟動和停止，自動或手動；前或后直線行進(jìn)；任意曲線行進(jìn)；測距避障功能；顯示行進(jìn)距離；精確查找光源等一些功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 超聲波傳感器 發(fā)射裝置 接收裝置 紅外遙控。abstractaccording to the topic, my design needs to adopt

3、two at89c51 to form a control system of principal and subordinate. the communication between the two mcu is to adopt the serial port. meanwhile, launch end join with insult male genital 61 sound recognition system that board make remotely, can finish the remote control function of the pronunciation,

4、 and it adopts the infrared sensor to measure the mileage; the ultrasonic sensor carries on the obstacle to discern; sensitization resistance complement in order to walk into whom electrical machinery control rotate organization carry on measuring, direction of the light source, the small car can go

5、 to the adjacent place of the light source with the software .the design adopts serial eeprom of at24c08 to write down the orbit of the car , and can repeat the route automatically which has been recorded.the design is on the basis of the complete software and hardware system, and the small car has

6、the function of sound remote control, following any curve, recording the route where it has gone, finding out the light source, and can repeat the route automatically which has been recorded.key words: singlechip89c51 sensor electropult receiver remotecontrol. 目 錄摘要abstract緒論11 遙控小汽車的總體設(shè)計(jì)41.1 總體設(shè)計(jì)思路

7、41.2 設(shè)計(jì)方案論證與比較41.2.1 軌跡探測模塊設(shè)計(jì)與比較41.2.2 數(shù)據(jù)存儲比較51.2.3 障礙探測模塊方案分析與比較51.3 課題背景61.4 課題內(nèi)容及安排71.5 本章小結(jié)72 遙控小汽車的硬件設(shè)計(jì)82.1 硬件設(shè)計(jì)的整體思路82.2 單片機(jī)的選擇92.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)112.3 發(fā)射電路的設(shè)計(jì)132.4 電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)142.5 接收電路的設(shè)計(jì)142.6 本章小結(jié)153 遙控小汽車的軟件設(shè)計(jì)163.1 發(fā)射板控制程序的設(shè)計(jì)163.2 接收處理程序的設(shè)計(jì)173.3 源程序的設(shè)計(jì)183.4 本章小結(jié)194 系統(tǒng)調(diào)試部分204.1 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析204.2 本章小結(jié)2

8、0結(jié)論21致謝22參考文獻(xiàn)23附錄1程序清單24緒 論隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于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智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。采用紅外遙控技術(shù)，通過遙控命令對小汽車行駛狀態(tài)進(jìn)行控制，如前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。并配合相應(yīng)的傳感器實(shí)現(xiàn)小汽車的自動避障，當(dāng)小汽車檢測到四周都有障礙物時，能夠?qū)崿F(xiàn)自動停車。根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實(shí)現(xiàn)對電

9、動車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制。單片機(jī)以其強(qiáng)大的控制能力已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，配以各種接口傳感器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。從最初的8位控制器到現(xiàn)在的16位，32位控制器都還有河大的發(fā)展和應(yīng)用空間。本設(shè)計(jì)采用mcs-51系列中的89c51單片機(jī)。以89c51為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。89c51是一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。它是第三代單片機(jī)的代表。a

10、t89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機(jī)。89c2051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(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)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(biāo)準(zhǔn)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89c51是一種高效微控制器，89c2051是它的一種精簡版本。89c51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一

11、種靈活性高且價廉的方案。本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的89c51為控制核心，89c51采用choms工藝，功耗很低。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面。尤其是在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳感器進(jìn)行檢測。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。第三代單片機(jī)包括intel公司發(fā)展mcs-51系列新一代產(chǎn)品，如8c15280c51fa/fb80c51ga/gb8c4518c452,還包括了philipssiemensadmfujutsuokiharria-metraatmel等公司以89c51為核心推出的大量各具特色與80c51兼容的單片機(jī)。

12、12新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)microcomputer完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如a/dpwmpca(可編程計(jì)數(shù)器陣列)wdt(監(jiān)視定時器)高速i/o口計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。這一代單片機(jī)中，在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式。philips公司還為這一代單片機(jī)89c51系列8c592單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線-can(controller area network bus) 2。 新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)

13、。 未來單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢可歸結(jié)為以下10個方面：(1) 主流型機(jī)發(fā)展趨勢。8位單片機(jī)為主流，少量32位機(jī)，16位機(jī)可能被淘汰。(2) 全盤cmos化趨勢。指在hcmos基礎(chǔ)上的cmos化，cmos速度慢、功耗小，而hcmos具有低功耗及低功耗管理技術(shù)等特點(diǎn)。(3) risc體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展。早期cisc指令較復(fù)雜，指令代碼周期不統(tǒng)一，難以實(shí)現(xiàn)流水線（單周期指令僅為1mips）。采用risc體系結(jié)構(gòu)可以精簡指令系統(tǒng)，使其絕大部分為單周期指令，很容易實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)（單周期指令速度可達(dá)12mips）。(4) 大力發(fā)展專用單片機(jī)。(5) otprom、flishrom成為主流供應(yīng)狀態(tài)。(6) isp

14、及基于isp的開發(fā)環(huán)境。flishrom的應(yīng)用推動了isp（系統(tǒng)可編程技術(shù)）的發(fā)展，這樣就可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)程序的串行下載，pc機(jī)可通過串行電纜對遠(yuǎn)程目標(biāo)高度仿真、更新軟件等。(7) 單片機(jī)的軟件嵌入。目前的單片機(jī)只提供程序空間，沒有駐機(jī)軟件。rom空間足夠大后，可裝入如平臺軟件、虛擬外設(shè)軟件和用于系統(tǒng)診斷管理的軟件等，以提高開發(fā)效率。(8) 實(shí)現(xiàn)全面功耗管理。如采用：id、pd模式、雙時鐘模式、高速時鐘/低速時鐘模式和低電壓節(jié)能技術(shù)。(9) 推行串行擴(kuò)展總線。(10) asmic技術(shù)的發(fā)展。如一mcu為核心的專用集成電路（asic）3。1 遙控小汽車的總體設(shè)計(jì)1.1 總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)主要利用at

15、89c2051單片機(jī)作遙控發(fā)射器及接收處理器實(shí)現(xiàn)對電動小汽車行駛過程進(jìn)行控制，無線傳送用接收/發(fā)射模板完成，采用紅外遙控技術(shù)，通過遙控命令對小汽車行駛狀態(tài)進(jìn)行控制，如前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，通過橋式開關(guān)電路驅(qū)動電機(jī)。并配合相應(yīng)的傳感器實(shí)現(xiàn)小汽車的自動避障，當(dāng)小汽車檢測到四周都有障礙物時，能夠?qū)崿F(xiàn)自動停車。其中，主要研究內(nèi)容為：單片機(jī)驅(qū)動電機(jī)、發(fā)射與接收電路板，紅外傳感器的應(yīng)用等。設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)符合以下指標(biāo)：(1) 通過簡單的i/o口操作實(shí)現(xiàn)小汽車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)；(2) 在行走過程中可以改變小車的運(yùn)動狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)小汽車的自動避障；(3) 在超出一定范圍時能夠自動停車。1.2設(shè)計(jì)方案論證與比較

16、1.2.1軌跡探測模塊設(shè)計(jì)與比較方案一：使用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測。由于所采用光電傳感器實(shí)際效果并不理想，對行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因?yàn)?該部件造成整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。方案二：利用兩只光電開關(guān)。分別置于軌道的兩側(cè)，根據(jù)其接受到白線的先后來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，但測試表明，如果兩只光電開關(guān)之間的距離很小，則約束了速度,如果著重于小車速度的提升，則隨著車速的提升，則勢必要求兩只光電開關(guān)之間的距離加大，從而使得小車的行駛路線脫離軌道幅度較大，小車將無法快速完成準(zhǔn)確的導(dǎo)向從而有可能導(dǎo)致尋跡失敗。

17、方案三：用三只光電開關(guān)。一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車脫離軌道時，即當(dāng)置于中間的一只光電開關(guān)脫離軌道時，等待外面任一只檢測到黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開關(guān)重新檢測到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛。現(xiàn)場實(shí)測表明，雖然小車在尋跡過程中有一定的左右搖擺（因?yàn)樗徯≤嚨膬?nèi)部結(jié)構(gòu)決定了光電開光之間的距離到達(dá)不了精確計(jì)算值1厘米），但只要控制好行駛速度就可保證車身基本上接近于沿靠軌道行駛。綜合考慮到尋跡準(zhǔn)確性和行駛速度的要求，采用方案三5。1.2.2數(shù)據(jù)存儲比較方案一：采用外接rom進(jìn)行存儲。采用外接rom進(jìn)行存儲是保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的慣用方法，其特點(diǎn)是在單片機(jī)斷電之后仍然能保存住

18、數(shù)據(jù)，但無疑將增大軟硬開銷和時間開銷。方案二：直接用單片機(jī)內(nèi)部的ram進(jìn)行存儲。雖然不能在斷電后保存數(shù)據(jù)，但可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)按鍵顯示相應(yīng)值。而且本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)存儲不大，采用ram可以減少io接口的使用，便利io接口分配，故此方案具有成本低、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，更符合實(shí)際需求。鑒于方案二的以上優(yōu)點(diǎn)，綜合比較，本方案采用方案二6。1.2.3障礙探測模塊方案分析與比較考慮到在測障過程中小車車速及反應(yīng)調(diào)向速度的限制，小車應(yīng)在距障礙物40cm的范圍內(nèi)做出反應(yīng)，這樣在順利繞過障礙物的同時還為下一步駛?cè)胲噹鞂ふ业阶罴训奈恢煤头较颉７駝t，如果范圍太大，則可能產(chǎn)生障礙物的判斷失誤；范圍過小又很容易造成車身撞上障礙物

19、或雖繞過障礙物卻無法實(shí)現(xiàn)理想定向方案。方案一：采用一只紅外傳感器置于小車中央。一只紅外傳感器小車中央安裝簡易，也可以檢測到障礙物的存在，但難以確定小車在水平方向上是否會與障礙物相撞，也不易讓小車做出精確的轉(zhuǎn)向反應(yīng)。方案二：采用二只紅外傳感器分置于小車兩邊。二只紅外傳感器分別置于小車的前端兩側(cè)，方向與小車前進(jìn)方向平行，對小車與障礙物相對距離和方位能作出較為準(zhǔn)確的判別和及時反應(yīng)。但此方案過于依賴硬件、成本較高、缺乏創(chuàng)造性，而且置于小車左方的紅外傳感器用到的幾率很小，所以最終未采用。方案三、采用一只紅外傳感器置于小車右側(cè)并與小車前進(jìn)方向呈一固定角度。基于對c點(diǎn)后行車地圖中光源及障礙物尺寸、位置的分析

20、，我們采用了從c點(diǎn)出發(fā)即獲得光源對行車方向的控制，在向光源行駛的過程之中檢查障礙物并做出相應(yīng)的反應(yīng)，這樣不僅只使用一只紅外傳感器就實(shí)現(xiàn)了避障，而且避免因小車自然轉(zhuǎn)彎而導(dǎo)致的盲目方向控制，同時為后面以最簡單直接的路線和在最短時間內(nèi)駛?cè)胲噹靹?chuàng)造了機(jī)會。智能小車應(yīng)以準(zhǔn)確、智能見優(yōu)，采用方案三。1.3 課題設(shè)計(jì)背景隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于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智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備8。同時科學(xué)家研究出各種能取代人的自動化勞動工具，能從事一些需要

21、勞動力大、威脅性大的工作。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(jī)器人、醫(yī)療器械等方面的工作，為人門帶來很大的方便。本設(shè)計(jì)采用89c51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一種體積小、操作簡單的遙控小汽車，主要控制小汽車能前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及自動駕駛，碰到障礙時能自動改變行駛方向。本次設(shè)計(jì)基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實(shí)現(xiàn)了小車遙控、任意曲線行駛、路線記錄與重放、自動避障，里程統(tǒng)計(jì)并發(fā)出指示信息等功能9。1.4 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)（1）掌握at89c2051作遙控發(fā)射器及接受器的原理（2）設(shè)計(jì)遙控小汽車系統(tǒng)硬件電路（3）了解系統(tǒng)內(nèi)存資源的分配（4）完成硬件部分設(shè)計(jì)結(jié)合軟件部分進(jìn)行調(diào)試1.

22、5 本章小結(jié)本章主要闡述遙控小汽車的總體設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)背景、設(shè)計(jì)內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)，列出設(shè)計(jì)方案論證與比較，為后文打下基礎(chǔ)。2 遙控小汽車的硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件設(shè)計(jì)的整體思路一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如romrami/o口定時/記數(shù)器中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器打印機(jī)a/dd/a轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。本設(shè)計(jì)采用at89c2051作遙控發(fā)射器及接收處理器，汽車前進(jìn)、后退與轉(zhuǎn)向分別用2個電機(jī)，采用橋式開關(guān)電路驅(qū)

23、動電機(jī)。無線傳送用接收/發(fā)射模塊完成。小汽車能前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及自動駕駛（碰到障礙時能自動改變行駛方向）。通過at89c2051能實(shí)現(xiàn)遙控小車的轉(zhuǎn)向及自動規(guī)避功能。由于89c2051內(nèi)部程序存貯器為flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程89c2051的編程器即可11。調(diào)試人員可以采用程序編輯-編譯-固化-插到電路板中試驗(yàn)這樣反復(fù)循環(huán)的方法，對于熟練的mcs-51程序員來說，這種調(diào)試方法并不十分困難。當(dāng)做這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi)ram的內(nèi)容和程序的走向等有關(guān)信息。將普通8031/80c31仿真器的仿真插頭中p1.0p1.7和p3.0p3.6引出來仿真205t,這種

24、方法可以運(yùn)用單步、斷點(diǎn)的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實(shí)，比如，2051的內(nèi)部模擬比較器功能，p1口、p3口的增強(qiáng)下拉能力等等。本設(shè)計(jì)需要檢測直線行駛區(qū)和沿弧線行駛區(qū)具有一定黑白對比度的黑線。為尋跡發(fā)射和接收電路，共有兩套，分別檢測左側(cè)車輪和右側(cè)車輪的偏轉(zhuǎn)情況。采取的是反射取樣式，高亮度的發(fā)光二極管與光敏二極管呈v字型放置。光敏三極管接收到的信號用lm358進(jìn)行電壓比較與放大。此部分電路的設(shè)計(jì)具有靈敏度高、可調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實(shí)現(xiàn)了小車遙控、任意曲線行駛、路線記錄與重放、自動避障，里程統(tǒng)計(jì)并發(fā)出指示信息等功能。2.2 單片機(jī)的選擇mcs-51系列是intel公司的第二代

25、8位單片機(jī)，與mcs-48系列相比，其i/o功能和指令系統(tǒng)有很大改善和增強(qiáng)，目前該系列在全國還有較多廣泛的應(yīng)用。mcs-51與mcs-48系列一樣，cpu操作采用累加器結(jié)構(gòu)，外部數(shù)據(jù)進(jìn)入alu必須通過acc累加器，因此存在著信息流通的瓶頸現(xiàn)象，降低了運(yùn)算效率。再有mcs-51單片機(jī)的最有特色的是具有豐富的可位尋址的處理功能，在其硬件結(jié)構(gòu)中有位處理機(jī)，包括有位累加器c(既進(jìn)位標(biāo)志cy),有位存儲器（既內(nèi)部ram和sfr的可尋址位），還有一套位指令，使得開關(guān)量控制系統(tǒng)的設(shè)置變的十分方便。單片機(jī)和微型計(jì)算機(jī)類似，具有三總線，可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。它與微型計(jì)算器在內(nèi)在表現(xiàn)和外在表現(xiàn)方面又有許多差

26、別。概括起來，單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：(1) 存儲器rom和ram是嚴(yán)格分工的。(2) 采用面向控制的指令系統(tǒng)，在實(shí)時控制方面，尤其是在“位”操作方面單片機(jī)有著不俗的表現(xiàn)。(3) 應(yīng)用注重現(xiàn)場工程，因此體積小。(4) 品種規(guī)格的系列化，屬于同一個產(chǎn)品系列的，不同型號的單片機(jī)，通常具有相同的內(nèi)核，相同或者兼容的指令系統(tǒng)。其主要的差別僅是在片內(nèi)配置了一些不同種類或不同數(shù)量的功能部件，以適應(yīng)不同的被控對象。(5) 單片機(jī)的硬件功能具有廣泛的通用性。同一種單片機(jī)可以在不同的控制系統(tǒng)中，只是其中所配置的軟件不同而已。(6) 只有借助專門的開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。(7) 功耗低，價格低 。目前，許多單片機(jī)類電路實(shí)驗(yàn)

27、都是以89c51系列為基礎(chǔ)來應(yīng)用的。這是因?yàn)閙cs51系列單片機(jī)是以8位單片機(jī)為基礎(chǔ)，形成了單片機(jī)的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)。mcs5l系列的c51成為許多半導(dǎo)體廠家、電氣公司競相選用納對象，并以此為基核，推出了許多兼容性的chmos單片機(jī)。這些單片機(jī)都具有很好的兼容性，并存很強(qiáng)的生命力，統(tǒng)稱為89c5l系列。再說單片機(jī)體積小、功能全、性價比高的諸多優(yōu)點(diǎn)，它的出現(xiàn)，在工業(yè)控制，尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測、控等領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭，本課題以89c51系列為基礎(chǔ)，軟件與硬件相結(jié)合的思想設(shè)計(jì)一輛遙控小車。89c51單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。

28、如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行i/o口、串行口、定時器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是cpu加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式15。(1) 微處理器該單片機(jī)中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。(2) 數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)，用來存儲程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位

29、等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。(3) 程序存儲器由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)。中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。(4) 定時器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)有2個16位的定時器/計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。(5) 串行口1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。可用來進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行i/o口，甚至與多個單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。(6) p1口、p2口、p3口、p4口為4個并行8位i/o口。(7) 特殊功能寄存器共有21個，用于對片內(nèi)的個功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是

30、一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的ram區(qū)。由上可見，89c51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得一提的是該單片機(jī)cpu中的位處理器，它實(shí)際上是一個完整的1位微計(jì)算機(jī)，這個一位微計(jì)算機(jī)有自己的cpu、位寄存器、i/o口和指令集。1位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長處。mcs-51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個突破，這也是mcs-51單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。2.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可

31、以工作的系統(tǒng).對51系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路. 89c51是片內(nèi)有rom/eprom的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用89c51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元16。其應(yīng)用特點(diǎn)：(1) 有可供用戶使用的大量i/o口線。(2) 內(nèi)部存儲器容量有限。(3) 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：單片機(jī)要正常運(yùn)行，必須具備一定的硬件條件，其中最主要的就是三個基本條件：電源正常；時鐘正常；復(fù)位正常。在at89s51單片機(jī)的40個引腳中：電源引腳2根，

32、晶振引腳2根，控制引腳4根，可編程輸入輸出引腳32根。工作電源：電源是單片機(jī)工作的動力源泉，對應(yīng)的接線方法為：40腳（vcc）電源引腳，工作時接+5v電源，20腳（gnd）為接地線。 復(fù)位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,rst腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的rc值來決定.典型的51單片機(jī)當(dāng)rst腳的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合rc的取值就可以保證可靠的復(fù)位.一般教科書推薦c取10u,r取8.2k.當(dāng)然也有其他取法的,原則就是要讓rc組合可以在rst腳上產(chǎn)生不少于2個機(jī)器周期的高電平。 晶振電路:時鐘電

33、路為單片機(jī)產(chǎn)生時序脈沖，單片機(jī)所有運(yùn)算與控制過程都是在統(tǒng)一的時序脈沖的驅(qū)動下的進(jìn)行的，如果單片機(jī)的時鐘電路停止工作（晶振停振），那么單片機(jī)也就停止運(yùn)行了。當(dāng)采用內(nèi)部時鐘時，連接方法如下圖所示，在晶振引腳xtal1（19腳）和xtal2（18腳）引腳之間接入一個晶振，兩個引腳對地分別再接入一個電容即可產(chǎn)生所需的時鐘信號，電容的容量一般在幾十皮法，如30pf。典型的晶振取11.0592mhz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合)/12mhz(產(chǎn)生精確的us級時歇,方便定時操作)?？刂埔_ea接法。ea/vpp（31腳）為內(nèi)外程序存儲器選擇控制引腳，當(dāng)ea為低電

34、位時，單片機(jī)從外部程序存儲器取指令；當(dāng)ea接高電平時，單片機(jī)從內(nèi)部程序存儲器取指令。at89s51單片機(jī)內(nèi)部有4kb可反復(fù)擦寫1000次以上的程序存儲器，因此我們把ea接到+5v高電平，讓單片機(jī)運(yùn)行內(nèi)部的程序，我們就可以通過反復(fù)燒寫來驗(yàn)證我們的程序了。單片機(jī)最小系統(tǒng)的性能：89s51相對于89c51增加的新功能包括： isp在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強(qiáng)大易用的功能。最高工作頻率為33mhz，大家都知道89c51的極限工作頻率是24m，就是說s51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。具有雙工uart串行通道。 內(nèi)部集成看門

35、狗計(jì)時器，不再需要像89c51那樣外接看門狗計(jì)時器單元電路。 雙數(shù)據(jù)指示器。 電源關(guān)閉標(biāo)識。全新的加密算法，這使得對于89s51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89c51等等早期mcs-51兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機(jī)是8051還是89c51還是mcs-51等等），在89s51上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。2.3 發(fā)射電路的設(shè)計(jì)發(fā)射電路板共設(shè)有5個按鍵開關(guān)，分別作為汽車左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)、后退及自動駕駛控制用。p1.0和p1.1口作為

36、輸入口時應(yīng)接上拉電阻，控制編碼從p3.5腳輸出至無線發(fā)射模塊。該板采用脈沖個數(shù)編碼以區(qū)別不同的按鍵功能，具體定義如下：前進(jìn)鍵：按下發(fā)2個脈沖，釋放發(fā)8個脈沖。后退鍵：按下發(fā)3個脈沖，釋放發(fā)8個脈沖。左轉(zhuǎn)鍵：按下發(fā)4個脈沖，釋放發(fā)7個脈沖。右轉(zhuǎn)鍵：按下發(fā)5個脈沖，釋放發(fā)7個脈沖。自動鍵：按下發(fā)6個脈沖。發(fā)射版電路圖如圖2-2所示：圖2-2 遙控小汽車發(fā)射板電路圖2.4 電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)：電機(jī)驅(qū)動電路圖如圖2-3所示：圖2-3 電機(jī)驅(qū)動電路圖2.5 接收電路的設(shè)計(jì)無線接收模塊輸出的編碼脈沖從p3.2、p3.1口輸入，采用中斷接收方式處理脈沖編碼。電機(jī)采用橋式驅(qū)動，p1.0、p1.1口作前后驅(qū)動電

37、機(jī)控制用，p1.2、p1.3口作轉(zhuǎn)向電機(jī)控制用。p3.0接前障礙紅外線探測頭，p3.5接后障礙紅外線探測頭。p1.4口接一個led發(fā)光管用作自動駕駛指示。接收板電路圖如圖2-4所示：圖2-4 遙控小汽車接收板電路圖2.6本章小結(jié)本章主要說明硬件設(shè)計(jì)思路，闡述單片機(jī)的選擇和單片機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)、發(fā)展應(yīng)用等方面的知識，以及遙控小汽車的有關(guān)電路的設(shè)計(jì)，包括發(fā)射板電路設(shè)計(jì)、接收板電路設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)和相關(guān)的電路圖。和后面的軟件程序設(shè)計(jì)部分相結(jié)合，然后進(jìn)行系統(tǒng)測試觀察測試結(jié)果。3 遙控小汽車的軟件設(shè)計(jì)3.1 發(fā)射板控制程序的設(shè)計(jì) 發(fā)射板控制程序由主程序和鍵掃描子程序組成，在主程序中，采用調(diào)用鍵掃描

38、子程序來完成各個按鍵的功能，其鍵掃描功能子程序流程圖如圖3-1 所示圖3-1 遙控小汽車發(fā)射程序流程圖3.2 接收處理程序的設(shè)計(jì)初始化程序：對轉(zhuǎn)向電機(jī)、前后驅(qū)動電機(jī)上電時設(shè)為停止?fàn)顟B(tài)，開中斷允許等。主程序：根據(jù)標(biāo)志位00h的值判斷進(jìn)入自動駕駛或手動控制狀態(tài)，其程序流程圖如圖3-2所示。圖3-2 控制小汽車接收板主程序流程圖中斷接收程序：對第一位脈沖的寬度進(jìn)行驗(yàn)證，然后進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)脈沖的個數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，其程序流程圖如圖3-3所示。圖3-3 遙控小汽車中斷接收程序流程圖3.3 源程序的設(shè)計(jì)以下是遙控小車發(fā)射及接收完整源程序：* * * * * * * * * * * * * * * *

39、* * * * * * * * * * * * * * * * 遙控編碼控制器 * 采用89c2051 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * p1.0口按鈕為前進(jìn)，p1.1口按鈕為后退， p1.2口按鈕為左轉(zhuǎn)彎，p1.3口按鈕 為右轉(zhuǎn)彎， p1.4口按鈕為自動駕駛，p3.5口為編碼輸出* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 主程序和中斷程序入口 * * * * * * * * * * * * * * *

40、 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *其中源程序如附錄1所示。3.4 本章小結(jié)本章主要講述軟件設(shè)計(jì)思路，概括為遙控小汽車發(fā)射程序設(shè)計(jì)、接收程序設(shè)計(jì)、源程序設(shè)計(jì)以及遙控小汽車發(fā)射程序流程圖、接收程序流程圖、中斷程序流程圖等。軟件程序的設(shè)計(jì)將進(jìn)入系統(tǒng)測試部分，以觀察測試結(jié)果題寫測試結(jié)論。4 系統(tǒng)調(diào)試部分4.1系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析1，測試方法和儀器測試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、mcs51仿真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。測試方法 數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)；信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接

41、收與傳輸；mcs51仿真機(jī)用于測試軟件；直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電；秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務(wù)書的基本要求對制成的電動車進(jìn)行產(chǎn)品測試。(2) 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析： 計(jì)時精度分析 計(jì)時系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到1秒/年。測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比1/16。車輪周長135mm,光電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生2個脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生32個脈沖，理論測量精度可達(dá)135mm/32=4.22mm4.5mm定位精度分析 本設(shè)計(jì)采用實(shí)際測量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差10mm。4.2

42、 本章小結(jié) 本章主要說明系統(tǒng)測試方法及測試數(shù)據(jù)結(jié)果分析，來驗(yàn)證硬件部分和軟件部分相結(jié)合的實(shí)際效果，這也是檢驗(yàn)我們這幾個月來的辛苦成果。結(jié) 論歷時二個月的設(shè)計(jì)過程中，我首先邊查資料，邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時是“虛焊”的原因，有時可能是阻值選錯。在焊接顯示電路時，我就錯將680歐的電阻焊成了6.8千歐。這使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距。通過這樣的設(shè)計(jì)，提高了我的動手能力。每天在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板，還可以上機(jī)編程，使我軟件調(diào)試知識也提高了。由于本次實(shí)驗(yàn)需要捍接的器件較多，各器件對于電源電流的需要極大，我們先

43、以雙電源開始調(diào)試，發(fā)現(xiàn)所有的開關(guān)器件很難穩(wěn)定地給單片機(jī)送正確值，只有當(dāng)更換新電池或小車剛剛啟動時才會很準(zhǔn)確，經(jīng)過思考，這都是開關(guān)元件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會萎靡不振，于是我們將所有開關(guān)器件劃成一個部分，由一塊電池專門供電。在前輪pwm驅(qū)動轉(zhuǎn)向電路運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)，電機(jī)只給一個轉(zhuǎn)向力，但保持長期轉(zhuǎn)向時，電機(jī)的轉(zhuǎn)動由于受到強(qiáng)行制動而處于一種相對靜止的狀態(tài)，導(dǎo)致pwm驅(qū)動電路產(chǎn)生大量的熱量，我們既利用軟件使其盡量減少長期單向轉(zhuǎn)動狀態(tài)，又在硬件上，在pwm驅(qū)動板上涂上了一層散熱膠，即使發(fā)熱，也不會燒壞pwm驅(qū)動電路。在安裝上避障用光電開關(guān)之后，其與其它所有開關(guān)元件共用同一電源，在

44、運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)三個用于尋跡用的開關(guān)元件不能全部正常工作了，據(jù)分析，避障用光電開關(guān)由于探測距離遠(yuǎn)，功率大，很可能影響其他元件改用單一電源供電后，小車正常工作。在所有電源開啟后，系統(tǒng)即進(jìn)入6秒鐘倒計(jì)時狀態(tài)，6秒鐘倒計(jì)時完畢之后，有時后輪電機(jī)不能正常啟動。經(jīng)分析，這是屬于正常情況，因?yàn)槠鋯有枰朔艽蟮膽T性，而其電源又不能在瞬間提供很大的電流，所以就沒有動靜。此時，關(guān)掉單片機(jī)電源，再重新打開后即可進(jìn)入正常狀態(tài)去正常運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用的是80c51單片機(jī)，這主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機(jī)。比如采用陵陽單片機(jī)，就可以簡化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。致 謝經(jīng)過不懈的努力，為期二個多

45、月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了。經(jīng)過自己不斷的努力和網(wǎng)上查找資料以及段老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時間里，段老師對我一直不斷的熱情指導(dǎo)給了我解決問題的思路和方法。同時本系實(shí)驗(yàn)室的開放也為我的設(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場地。在此對段麗娜老師表示深深的感謝。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)三年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬

46、請各位老師批評指正。參考文獻(xiàn)1 何立民. 單片機(jī)高級教程應(yīng)用與設(shè)計(jì).北京：北航大學(xué)出版社，2007.12 王為青. 51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)案例精選.北京：人民郵電出版社， 2007.83 樓然苗. 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.34 高峰.單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)用技術(shù)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.124-1265 張友德，趙志英，涂時亮，單片機(jī)微機(jī)原理，應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)m.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2003：122-1366 intel. 16-bit embedded cvontrollers.19917 謝自美.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測試m.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000：212-2308 張福學(xué)。傳感器使用電路150例.中國技術(shù)出版社m.1992年9 鄔寬民.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊，數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊.北京.北京航空航天大學(xué)出版社.2001：189-19510 陳懂，劉榮，金世俊智能小車的多傳感器數(shù)據(jù)融合j現(xiàn)代電子技術(shù)，2005(6)：311 intel. 16-bit embedded cvontrollers.199112 李