簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)與制作

1、摘 要本課題設(shè)計(jì)制作了一款具有簡(jiǎn)易智能判斷功能的小車，它具有自動(dòng)尋跡功能（在一定范圍內(nèi)行駛），設(shè)計(jì)了電路圖，編制了軟件并完成安裝、調(diào)試，形成了樣機(jī)。作品以兩電動(dòng)機(jī)為主驅(qū)動(dòng)，通過(guò)光電三極管來(lái)采集信息，送入主控單元AT89S52單片機(jī)，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動(dòng)作，以達(dá)到自身控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)的達(dá)林頓管原理的三極管組合。其中，黑帶檢測(cè)采用紅外線接收三極管完成；將信號(hào)送單片機(jī)處理判別方向。由控制單元處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人控制即可完成一系列動(dòng)作，相當(dāng)于簡(jiǎn)易機(jī)器人。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)，使我們學(xué)習(xí)了單片機(jī)技術(shù)的中斷技術(shù)，更好的掌握了單片機(jī)的核心內(nèi)容。又鞏固了模擬電路中的功

2、率放大電路知識(shí)， 把實(shí)踐和理論更好的結(jié)合。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) 智能控制 光電信號(hào)收發(fā) 尋跡行駛AbstractThis topic-based group designed manufactures one section to have the intelligent judgment function car, the car has evades automatically bonds the function; Seeks the mark (Moving in a certain range function: May study the embedded control as the

3、university student the powerful application example. The work take two electric motors as the focus actuation, gathers the information through the electro-optical sensing component, sends in the master control unit AT89S52 monolithic integrated circuit, after processing the data, completes the corre

4、sponding movement, achieves own control. The motor-driven electric circuit uses the high voltage, the high electric current, four channels actuate Darington tube. And, the blanking bar examination uses the photosensitive triode to complete; Delivers the monolithic integrated circuit processing disti

5、nction direction the signal. Through this topic's design, caused us to study in the monolithic integrated circuit technology interrupt technology, better has grasped monolithic integrated circuit's central content. Causes us the theoretical knowledge which studies to apply in the practice, c

6、aused the practice and the theory obtained a better union.key words: Monolithic integrated circuit intelligent controlelectro-optic signal receiving and dispatching seeks the mark travel第一章 單片機(jī)及其應(yīng)用一、什么是單片機(jī)所謂單片機(jī)就是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上，具備獨(dú)特功能的微型計(jì)算機(jī)。通常一個(gè)最基本的單片機(jī)片內(nèi)都含有CPU 、ROM 、RAM 、并行I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)

7、時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等。單片機(jī)全稱為單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer），又稱微控制器或嵌入式控制器。二、單片機(jī)的發(fā)展與系列產(chǎn)品1、單片機(jī)發(fā)展可分為三個(gè)主要階段：（1） 低性能初級(jí)階段以1976年Intel 公司推出的MC S 48系列為代表，采用將8位CPU 、8位并行I/O接口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM 和ROM 等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu)，雖然其尋址范圍有限（不大于4KB ），也沒(méi)有串行I/O口，而且RAM 、ROM 容量小，中斷系統(tǒng)簡(jiǎn)單，指令系統(tǒng)功能也不強(qiáng)，但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等需要。（2） 高性能提高階段以Intel 公司的M

8、CS 51系列為代表，在這一階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行I/O接口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)及16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。片內(nèi)RAM 、ROM 容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB, 有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。（3）8位機(jī)鞏固發(fā)展及多品種共存階段1983年，Intel 推出MCS 96系列單片機(jī)是最具代表性的，片內(nèi)集成16位的CPU,RAM 和ROM 的容量也進(jìn)一步增大，并且?guī)в懈咚買/O接口，帶有多通道A/D轉(zhuǎn)換器，8級(jí)中斷處理能力使其具有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理功能。近年來(lái)，已有32位單片機(jī)進(jìn)入試用階段。同時(shí)高檔8位單片機(jī)也在不斷改善其結(jié)構(gòu)，各廠家紛紛以MCS 51為內(nèi)核，融入自身的優(yōu)勢(shì)，推出了許多的MCS 5

9、1兼容機(jī)，強(qiáng)化了微型控制器的特征，進(jìn)一步鞏固和發(fā)展了8位機(jī)的主流地位。2、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（1）低功耗CMOS 化在許多應(yīng)用場(chǎng)合，單片機(jī)不僅要有小的體積，而且還需要較低的工作電壓和極小的功耗?，F(xiàn)在各個(gè)單片機(jī)制造商都采用了CMOS 工藝，并設(shè)有空閑和掉電兩種工作方式。（2）內(nèi)部資源豐富、外部電路內(nèi)裝化，整體微型化（3）大容量、高性能3、單片機(jī)系列產(chǎn)品Intel 公司的MCS 51系列單片機(jī)Intel 公司的MCS 51系列、增強(qiáng)系列和16位單片機(jī)MCS 96系列。Atmel 公司融入Flash 存儲(chǔ)技術(shù)的AT89系列和AT90系列。8052/8752/8032將原來(lái)的8051/8751/8031

10、進(jìn)行了擴(kuò)展，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量增至256字節(jié)，程序存儲(chǔ)容量增至8KB ，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器增至三個(gè)16位計(jì)數(shù)器，有6個(gè)中斷源。80C51/87C51/80C31采用低功耗地CMOS 工藝，允許電源波動(dòng)的范圍較大，并有三種功耗控制方式。8XC52系列在8052的基礎(chǔ)上，采用CHMOS 工藝將MCS 96系列中的一些高速輸出、脈沖寬度調(diào)制、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器移植進(jìn)來(lái)構(gòu)成新一代MCS 51高性能產(chǎn)品。三、單片機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用1、單片機(jī)與通用微機(jī)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 控制功能強(qiáng)CPU 可以直接對(duì)I/O端口進(jìn)行操作，位操作能力更是其他計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。近期推出的單片機(jī)產(chǎn)品，擴(kuò)展了接口電路功能。如增加了高速I/O接口

11、，擴(kuò)展了I/O口引線數(shù)目，在部分型號(hào)中，集成了ADC 轉(zhuǎn)換器、PWM 脈沖寬度調(diào)制輸出接口、可編程計(jì)數(shù)陣列PCA 。（2） 抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，工作溫度范圍寬CPU 、存儲(chǔ)器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，可靠性非常高。目前單片機(jī)適用的環(huán)境溫度劃分為三個(gè)等級(jí)：民用級(jí)0+70，工業(yè)級(jí)-40-+85，軍用級(jí)-65- +125。（3） 開(kāi)發(fā)周期短，性價(jià)比高，易于產(chǎn)品化將不同功能的接口電路嵌入基本型單片機(jī)芯片后，用戶就可以根據(jù)用途選擇相應(yīng)型號(hào)的單片機(jī)芯片，無(wú)須通過(guò)外部擴(kuò)展，減少了芯片數(shù)目，從而減少了印刷電路板的面積。接插件減少，安

12、裝簡(jiǎn)單方便，價(jià)格明顯降低，開(kāi)發(fā)周期短，在達(dá)到同樣功能的條件下，具有很高的性價(jià)比。2、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)主要面向控制領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的在線控制。目前，單片機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，下面簡(jiǎn)單介紹其典型的應(yīng)用領(lǐng)域。（1）單機(jī)應(yīng)用在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，只使用一片單片機(jī)，這是目前應(yīng)用最多的方式，單片機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域：（2）測(cè)控系統(tǒng)用單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。例如，溫室人工氣候控制、水閘自動(dòng)控制、電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制、汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)、車輛檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)器人軸處理器等。（3）智能儀表用單片機(jī)改造原有的測(cè)量、控制儀表, 能促進(jìn)儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔軟化發(fā)展。如溫度、壓力、

13、流量、濃度顯示、控制儀表等。通過(guò)采用單片機(jī)軟件編程技術(shù)，使長(zhǎng)期以來(lái)測(cè)量?jī)x表中的誤差修正、線性化處理等難題迎刃而解。（4）機(jī)電一體化產(chǎn)品單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制智能化，構(gòu)成新一代的機(jī)、電一體化產(chǎn)品。例如，在電傳打字機(jī)的設(shè)計(jì)中由于采用了單片機(jī)，取代了近千個(gè)機(jī)械部件；在數(shù)控機(jī)床的簡(jiǎn)易控制機(jī)中，采用單片機(jī)可提高可靠性及增強(qiáng)功能，降低控制機(jī)成本。（5）智能接口在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，特別是較大型的工業(yè)測(cè)、控系統(tǒng)中，如果用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，單片機(jī)與主機(jī)可并行工作，可以大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。例如，在大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用單片機(jī)對(duì)模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行控制不僅提高采集速度，還可以

14、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如數(shù)字濾波、線性化處理、誤差修正等。四、MCS-51系列單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)8051是MCS-51系列單片機(jī)的一個(gè)產(chǎn)品。MCS-51系列單片機(jī)是Intel 公司推出的通用型單片機(jī)。它的基本型產(chǎn)品是8051、8031和8751。除片內(nèi)ROM 類型不同外，8051、8031、8751的其它性能完全相同，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：·8位CPU ；·32根I/O線；·片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路；·外部存貯器尋址范圍ROM 、RAM 各64K ；·2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；·5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；·5個(gè)中斷源，2個(gè)中

15、斷優(yōu)先級(jí)；·全雙工串行口；·布爾處理器。2、單片機(jī)的工作方式包括：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、單步執(zhí)行方式、低功耗操作方式以及EPROM 編程和校驗(yàn)方式。3、8051的系統(tǒng)擴(kuò)展在很多應(yīng)用場(chǎng)合，8051自身的存貯器和I/O資源不能滿足要求，這時(shí)就要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。（1）外部總線的擴(kuò)展（2）外部程序存貯器的擴(kuò)展（3）外部數(shù)據(jù)存貯器的擴(kuò)展4、8051指令系統(tǒng)（1）尋址方式： （2）指令說(shuō)明a. 寄存器尋址 b. 直接尋址 a. 數(shù)據(jù)傳送指令c. 寄存器間接尋址 b. 轉(zhuǎn)移指令d. 立即尋址 c. 算術(shù)運(yùn)算指令e. 變址尋址 d. 邏輯運(yùn)算操作f. 相對(duì)尋址 e. 十進(jìn)制指令g. 位尋址

16、 f. 偽指令五、單片機(jī)的工作過(guò)程單片機(jī)的工作過(guò)程實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行用戶編制程序的過(guò)程，一般程序的機(jī)器碼都已固化到存儲(chǔ)器中（例如實(shí)訓(xùn)1中的步驟2），因此開(kāi)機(jī)復(fù)位后，就可以執(zhí)行指令。執(zhí)行指令又是取指令和執(zhí)行指令的周而復(fù)始的過(guò)程。假設(shè)機(jī)器碼74H 、E0H 已存在0000H 開(kāi)始的單元中，則此表示把E0H 這個(gè)值送入A 累加器。下面我們來(lái)說(shuō)明單片機(jī)的工作過(guò)程。接通電源開(kāi)機(jī)后，PC=0000H,取指令過(guò)程如下：（1） P C 中的0000H 送到片內(nèi)的地址寄存器；（2） P C 的內(nèi)容自動(dòng)加一變?yōu)?001H ，指向下一個(gè)指令字節(jié)；（3） 地址寄存器中的內(nèi)容0000H 通過(guò)地址總線送到存儲(chǔ)器，經(jīng) 存儲(chǔ)器中的

17、地址譯碼選中0000H 單元；（4） C PU 通過(guò)控制總線發(fā)出讀命令；（5） 被選中單元的內(nèi)容74H 送內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上，該內(nèi)容通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到單片機(jī)內(nèi)部的指令寄存器。到此，取指令過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入執(zhí)行指令過(guò)程。執(zhí)行指令的過(guò)程：指令寄存器中的內(nèi)容經(jīng)指令譯碼器譯碼后，說(shuō)明這條指令是取數(shù)命令，即把一個(gè)立即數(shù)送到A 中；PC 的內(nèi)容為0001H ，送地址寄存器，譯碼后選中0001H 單元，同時(shí)PC 的內(nèi)容自動(dòng)加1變?yōu)?002H ；CPU 同樣通過(guò)控制總線發(fā)出讀命令；0001H 單元的內(nèi)容E0H 讀出經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送至A 。至此，本指令執(zhí)行結(jié)束。PC=0002H，機(jī)器又進(jìn)入下一條指令的取指令過(guò)程。機(jī)器

18、一直重復(fù)上述過(guò)程直到程序中的所有指令執(zhí)行完畢，這就是單片機(jī)的基本工作過(guò)程。第二章 硬件設(shè)計(jì)一、單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、什么是最小系統(tǒng)在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)以高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選微控制器，單片機(jī)結(jié)合簡(jiǎn)單的接口電路即可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎(chǔ)，也是測(cè)控。監(jiān)控的重要組成部分。2、最小系統(tǒng)的構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)可以飛為四個(gè)部分：一是時(shí)鐘系統(tǒng)：一般用12M 的晶振。二是復(fù)位系統(tǒng)，一旦復(fù)位，CPU 將從0000H 開(kāi)始執(zhí)行程序。三是電源部分，采用+5V的電源，要加一個(gè)LED 用來(lái)指示電源接通。四是

19、31管腳接高電平表示使用內(nèi)部的程序區(qū)。（1）時(shí)鐘系統(tǒng)電路系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz ，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22F 。在焊接刷電路板時(shí)，

20、晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。（2）復(fù)位系統(tǒng)電路復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路，如圖所示。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz 時(shí)，C 取22F ，Rs 約為200，Rk 約為1K 。下面是最小系統(tǒng)的電路圖。 +5V圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)二、“H 橋”電動(dòng)機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)1、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖2 直流電動(dòng)機(jī)

21、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)這是分析直流電機(jī)的物理模型圖。其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。(其中2個(gè)小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢(shì)或電流的方向而設(shè)置的 上圖表示一臺(tái)最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對(duì)直流勵(lì)磁的靜止的主磁極N 和S ，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A 和X 兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置

22、著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通。 直流電機(jī)具有響應(yīng)快速、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也正是它的缺點(diǎn)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)要產(chǎn)生額定負(fù)載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)須恒維持90°，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會(huì)造成組件損壞之外，使用場(chǎng)合也受到限制。交流電機(jī)沒(méi)有碳刷及整流子，免維護(hù)、堅(jiān)固、應(yīng)用廣，但特性上若要達(dá)到相當(dāng)于直流電機(jī)的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達(dá)到?，F(xiàn)今半導(dǎo)體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多，提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能。微處理機(jī)速度亦越來(lái)越快，

23、可實(shí)現(xiàn)將交流電機(jī)控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直角坐標(biāo)系統(tǒng)中，適當(dāng)控制交流電機(jī)在兩軸電流分量，達(dá)到類似直流電機(jī)控制并有與直流電機(jī)相當(dāng)?shù)男阅?。直流電機(jī)的最大弱點(diǎn)就是有電流的換向問(wèn)題，消耗有色金屬較多，成本高，運(yùn)行中的維護(hù)檢修也比較麻煩。因此，電機(jī)制造業(yè)中正在努力改善交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，并且大量代替直流電動(dòng)機(jī)。不過(guò)，近年來(lái)在利用可控硅整流裝置代替直流發(fā)電機(jī)方面，已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。包括直流電機(jī)在內(nèi)的一切旋轉(zhuǎn)電機(jī)，實(shí)際上都是依據(jù)我們所知道的兩條基本原則制造的。一條是：導(dǎo)線切割磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；另一條是：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用。因此，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，任何電機(jī)都包括磁場(chǎng)部分和電路部分。從上述原理可見(jiàn)，

24、任何電機(jī)都體現(xiàn)著電和磁的相互作用，是電、磁這兩個(gè)矛盾著的對(duì)立面的統(tǒng)一。我們?cè)谶@一章里討論直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，就是討論直流電機(jī)中的“磁”和“電”如何相互作用，相互制約，以及體現(xiàn)兩者之間相互關(guān)系的物理量和現(xiàn)象（電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率、電樞反應(yīng)等）。2、電動(dòng)機(jī)控制的基本原理我們知道，要控制直流電動(dòng)機(jī)很簡(jiǎn)單：將直流電源的正、負(fù)2根輸出線連接到直流電動(dòng)機(jī)的2個(gè)接線端，直流電動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如果將直流電源的正、負(fù)兩級(jí)交換，直流電動(dòng)機(jī)就會(huì)向與原來(lái)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，我們不可能用手去交換電動(dòng)機(jī)的接線，這就需要用采取用電控制的方式去控制變換電路。在電氣領(lǐng)域中，人們常用繼電器來(lái)轉(zhuǎn)換觸電，以改變電動(dòng)機(jī)

25、的引線的連接方式，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。用晶體三極管也可以做電子開(kāi)關(guān)。它的靈敏度高、動(dòng)作速度快、不受塵埃及氣體氧化的影響、耐震動(dòng)、無(wú)機(jī)械動(dòng)作、無(wú)火花干擾、價(jià)格低廉、使用壽命長(zhǎng)，因而得到廣泛應(yīng)用。普通數(shù)字集成電路的功率很小，其輸出電流和吸入電流都無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)小型玩具直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。因此，如果想用普通數(shù)字集成電路來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，可以利用晶體三極管“H-橋”電路。3、“H-橋”電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路我們首先用4支開(kāi)關(guān)和1支電動(dòng)機(jī)配合，來(lái)組成如圖3所示的“H-橋”電動(dòng)機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)電路。由于這個(gè)電路結(jié)構(gòu)酷似英文字母“H ”的形狀，故得此大名?！癏-橋”的基本原理如下：當(dāng)開(kāi)關(guān)SW 1和SW 4閉

26、合、開(kāi)關(guān)SW 2和SW 3斷開(kāi)時(shí)，電流如圖3種箭頭所示方向流過(guò)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，假設(shè)它是順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)SW 2和SW 3閉合、開(kāi)關(guān)SW 1和SW 4斷開(kāi)時(shí)，電流從另一方向流過(guò)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的軸向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，即向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，如圖4所示。 ON SW2OFF ON SW2OFFSW3OFF SW4ON SW3OFF圖3 正轉(zhuǎn) 圖4 反轉(zhuǎn)圖5 “H-橋”電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4、用晶體三極管構(gòu)成的“H-橋”驅(qū)動(dòng)電路現(xiàn)在我們將上圖中的4個(gè)開(kāi)關(guān)換成4個(gè)晶體三極管，就構(gòu)成了如圖5所示的晶體三極管“H-橋”電路。為了使電路控制簡(jiǎn)單方便，電路中使用了2種不同極性的晶體三極管，即2個(gè)PNP 型晶體

27、三極管和2個(gè)NPN 型晶體三極管。圖中上邊的驅(qū)動(dòng)需要提供電流，它使用PNP 型晶體管，下邊的驅(qū)動(dòng)需要吸收電流，使用NPN 型晶體管。R 是晶體三極管的基極限流電阻，A 和B 是2個(gè)控制信號(hào)輸入端。用控制信號(hào)恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)、關(guān)“H-橋”的4個(gè)晶體三極管是很重要的，晶體三極管是“H-橋”在正電源和地之間的一個(gè)通道。 當(dāng)A 端為低電平“0”，B 端為高電平“1”時(shí)，晶體三極管VT 1和VT 4導(dǎo)通，VT 2和VT 3截止，電流經(jīng)晶體三極管VT 1、電動(dòng)機(jī)左引腳、右引腳、晶體三極管VT 4流過(guò)，電動(dòng)機(jī)的軸正轉(zhuǎn)。而當(dāng)A 端為高電平“1”，B 端為低電平“0”時(shí)，晶體三極管 VT 2和VT 3導(dǎo)通，VT 1和V

28、T 4截止，電流經(jīng)晶體三極管VT 2、電動(dòng)機(jī)右引腳、左引腳、晶體三極管VT 3流過(guò)，與上次方向正好相反，電動(dòng)機(jī)的軸便朝著相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，當(dāng)“H-橋”的兩個(gè)輸入端A 和B 分別為“0”和“1”時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，而輸入端變?yōu)椤?”和“0”時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)?？梢?jiàn)在控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)輸入信號(hào)正好相反，也就是“H-橋”需要以對(duì)極性（電平）相反的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。輸入電平與電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系如表1所示。這里有一個(gè)額外的功能介紹一下：如果同時(shí)使兩邊的輸入都為“1”（或者都為“0”），將得到一個(gè)意想不到的有效剎車裝置。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)也是一個(gè)發(fā)電機(jī)，當(dāng)它運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，如果電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)引線端被

29、連接在一起（短路），這個(gè)電壓將會(huì)“抵消”電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)迅速地停止轉(zhuǎn)動(dòng)，它產(chǎn)生的效果與剎車有異曲同工之妙，只可惜在這個(gè)操作里我們還用不上這個(gè)功能。4個(gè)晶體三極管的基極電阻是必須使用的，這里選用的電阻器為510，電阻值的大小和電動(dòng)機(jī)的功率決定了“H-橋”電路的功率。5、“H-橋”電動(dòng)機(jī)控制電路光電耦合器的作用和原理光電耦合器也稱為光電隔離器或光耦合器，有時(shí)簡(jiǎn)稱光耦。這是一種以光為耦合媒介，通過(guò)光信號(hào)的傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)輸人與輸出間電隔離的器件，可在電路或系統(tǒng)之間傳輸電信號(hào)，同時(shí)確保這些電路或系統(tǒng)彼此間的電絕緣。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、光電子學(xué)的深入發(fā)展，光耦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、封裝制作技術(shù)也不斷創(chuàng)新，各種

30、類型產(chǎn)品相繼問(wèn)世，數(shù)千種型號(hào)構(gòu)成幾百個(gè)品種系列，研發(fā)成為一個(gè)獨(dú)立的種類繁多、性能優(yōu)良的半導(dǎo)體器件門類，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及其外設(shè)接口、工控、電信、儀器儀表、數(shù)據(jù)總線、高速數(shù)字系統(tǒng)、數(shù)字I O 口、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)發(fā)送、單片機(jī)接口、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)及級(jí)間隔離、脈沖放大等范圍，甚至在電源技術(shù)的線性隔離、電量反饋、電流傳感、電量變換等各個(gè)場(chǎng)合都有成功的應(yīng)用，市場(chǎng)需求量持繼增長(zhǎng)，發(fā)展極其迅速。 B圖6 “H-橋”電動(dòng)機(jī)控制電路原理：光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光

31、器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見(jiàn)有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。通常，為了晶體三極管的安全，應(yīng)該在組成“H-橋”電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的VT 1VT4，這4個(gè)晶體管的C 、E 極之間都反向并聯(lián)一個(gè)晶體二極管，用來(lái)泄放因電動(dòng)機(jī)線圈在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的反向電壓，防止反向電壓擊穿三極管的C 、E 極。這個(gè)方向

32、電壓比電源電壓更高，如果不用這4個(gè)晶體二級(jí)管，有可能燒毀晶體三極管。在電動(dòng)機(jī)引腳兩端并聯(lián)的電容器C 是抗干擾用的，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，他的電刷和整流子之間產(chǎn)生電火花，特別是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，電火花會(huì)更大，容易干擾電子電路的正常工作，增建這個(gè)電容器后可以有效的濾除干擾，免除許多莫名其妙的麻煩。在智能電動(dòng)車的制作中，我們只需要控制一只電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，就可以使小車作出“直線前進(jìn)”和“后退轉(zhuǎn)彎”的動(dòng)作，表（1）給出了電動(dòng)機(jī)狀態(tài)與小車的行為關(guān)系。表（1） 在一塊集成電路封裝內(nèi)部有4個(gè)2輸入端與非門，我們只使用了其中的2個(gè)來(lái)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時(shí)電路，剩余的2個(gè)還在那里閑著無(wú)事可干，現(xiàn)在正好派上用場(chǎng)。

33、于是我把IC-4的2個(gè)輸入端連接在一起做成“反相器”，將延時(shí)電路的輸出信號(hào)在輸入到這個(gè)反相器，在反相器的輸出端就可以得到與輸入端相反的信號(hào)，這2個(gè)正好相反的信號(hào)就可以作為“H-橋”電路的控制信號(hào)。三、信號(hào)檢測(cè)電路該電路如圖7的作用就是檢測(cè)出地上的黑線并把這個(gè)信號(hào)傳遞給單片機(jī)，以使單片機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作。該電路采用了光電三極管作為檢測(cè)元件，下面先對(duì)光電三極管作一介紹：該電路由光電三極管、9013三極管（兩個(gè)）、10K 電阻和5.1K 電阻各一個(gè)、0.47uF 電容一個(gè)、+5V電源組成。光電三極管通常只有2根引腳，他們的長(zhǎng)短是不一致的，對(duì)于NPN 型的光電三極管而言，較長(zhǎng)的一根通常是E 極，較短的一

34、根是C 極。光電二極管和光電三極管在外觀上非常相似，很難把它們區(qū)分開(kāi)來(lái)，但可以用萬(wàn)用表加以判斷。首先將萬(wàn)用表置于R*1k電阻擋，用不透光的物體，將光電管遮蓋住，使其處于很暗的環(huán)境中，然后測(cè)量光電管兩只引腳之間的正反向電阻。如果正反向電阻都很大，那么所測(cè)得光電管是光電三極管; 反之如果測(cè)量得到的正反向電阻值有非常明顯的差別，一個(gè)較小而另一個(gè)較大，則所測(cè)的管子是光電二極管。（1）電路組成該電路由光電三極管、9013三極管（兩個(gè)）、10K 電阻和5.1K 電阻各一個(gè)、0.47uF 電容一個(gè)、+5V電源。 （2）電路工作原理該電路的最后輸出接到單片機(jī)的P3.2口即外部中斷0。當(dāng)光電三極管沒(méi)有檢測(cè)到黑線

35、時(shí)，會(huì)輸出一個(gè)低電平信號(hào)，此時(shí)整個(gè)電路的輸出為低電平。當(dāng)光電三極管檢測(cè)到黑線以后，將輸出高電平信號(hào)，然后該信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大，再把放大了的信號(hào)傳遞給單片機(jī)。當(dāng)單片機(jī)感受到這一上升沿脈沖信號(hào)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生中斷，從而使單片機(jī)去執(zhí)行中斷程序，最終使小車完成響應(yīng)的動(dòng)作。 圖7 信號(hào)檢測(cè)電路四、系統(tǒng)形成的總電路圖為：+5V B 單片機(jī)最小系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路圖8 系統(tǒng)總體電路第三章 軟件設(shè)計(jì)（一）程序設(shè)計(jì)根據(jù)本系統(tǒng)的要求，小車要實(shí)現(xiàn)的功能為前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、檢測(cè)出黑線并按要求完成相應(yīng)的動(dòng)作。按照這個(gè)要求，我們編寫(xiě)了下面的程序：1、單片機(jī)最小系統(tǒng)的驗(yàn)證程序。為了驗(yàn)證我們所設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小系統(tǒng)的正

36、確性，我們編寫(xiě)了簡(jiǎn)單的控制程序，通過(guò)編程器把程序燒寫(xiě)到AT89S52的ROM 中，來(lái)調(diào)試我們的軟件和硬件。程序如下： ORG 0030H LOOP: MOV R0,#012H MOV R1,#012H LOOP1: MOV P1,#0feH LCALL DELAY MOV P1,#0ffH LCALL DELAY DJNZ R0,LOOP1 MOV P1,#0FFH LCALL DELAY1 LOOP2: MOV P1,#0fdH LCALL DELAYMOV P1,#0ffH LCALL DELAY DJNZ R1,LOOP2 MOV P1,#0FFH LCALL DELAY1 AJMP L

37、OOP DELAY: MOV R2,#080H L1:MOV R3,#0FAH L2:DJNZ R3,L2 DJNZ R2,L1 RETDELAY1: MOV R4,#0C0H L3:MOV R5,#050H L4:MOV R6,#050H L5:DJNZ R6,L5 L6:DJNZ R5,L4 DJNZ R4,L3 RET END2、主程序的設(shè)計(jì)與編寫(xiě) （1）程序流程圖2）程序內(nèi)容 圖9 主程序流程圖圖10 中斷程序流程圖 （ORG 0030HMAIN: MOV P1,#0FFHLCALL DELAY1LCALL DELAY1LOOP1: MOV P1,#0FEH ;前行子程序LCALL D

38、ELAYMOV P1,#0FFHLCALL DELAYJB P3.2,LOOP1* INT: MOV P1,#0FFH ;中斷程序 停止子程序 LCALL DELAY1LCALL DELAY1* TUI: MOV R1,#0D0H ;后退子程序TUI1:MOV P1,#0FDHLCALL DELAYMOV P1,#0FFHLCALL DELAYDJNZ R1,TUI1JNB P3.2,TUI* ZUO: MOV R3,#20HMOV P1,#0FAH ;左轉(zhuǎn)前行子程序LCALL DELAYMOV P1,#0FFHLCALL DELAYDJNZ R3,ZUOAJMP LOOP1* DELAY:

39、MOV R2,#016H ;延時(shí)1L1:MOV R3,#06AHL2:DJNZ R3,L2DJNZ R2,L1RETDELAY1: MOV R4,#0C0H ;延時(shí)2L3:MOV R5,#050HL4:MOV R6,#050HL5:DJNZ R6,L5L6:DJNZ R5,L4DJNZ R4,L3RET* END（二）程序調(diào)試由于程序不可能一次成功，所以需要對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，最終使程序?qū)崿F(xiàn)所要求的功能。在編寫(xiě)此程序過(guò)程中，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)確定程序是否達(dá)到了所要求的功能。在這其中，對(duì)延時(shí)程序的調(diào)試很重要，延時(shí)的時(shí)間必須設(shè)置的合理，否則會(huì)觀察不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。總之，通過(guò)不

40、斷的調(diào)試和修改，程序最終實(shí)現(xiàn)了我們所要求的功能，至此，我們完成了程序的編寫(xiě)。第四章、英語(yǔ)翻譯The electronics electric circuit designWhile designing an electronics electric circuit system, first have to definitely the design mission of the system, carry on a project choice according to the mission, then each part in the other party case carry on

41、the design of unit, parameter calculation and spare part choose, the end links each part together and draw a matches design to request of integrity of system electric circuit diagram.One. The design mission of the explicit system request Carry on to the design mission of the system concrete analysis

42、, full understanding system of function, index sign, contents and request, with explicit the system should complete of mission.Two. The project chooseThe work of this one step requests to be the mission which wants the system to complete to assign to some unit electric circuits, and draw a whole mac

43、hine principle frame diagram that can mean each unit function.The important mission of the project choice is according to control of knowledge and data, aim at the mission thatthe system put forward, request and condition, the function design of completion system.Want to presume quest in this proces

44、s, brave innovation, work hard for to attain the design project reasonable, credibility, economy, the function is well-found, technique forerunner.And the other party case want to continuously carry on a possibility with defective analysis, finally design a complete frame diagram.Frame diagram have

45、to the correct reflection should complete of mission with each constitute part of functions, make clear system of basic constitute with correlation.Three. The design of unit electric circuit, parameter calculation and period chooseAccording to index sign and function frame diagram of system, definit

46、ely each parts of mission, carry on the design of each unit electric circuit, parameter calculation and spare part choose.1. The unit electric circuit designThe unit electric circuit is the whole machine of one part, only make the each unit electric circuit design raise the whole machine design leve

47、l so then can.Each unit electric circuit design ago all needed themission of each unit electric circuit definitely, draft a function index sign of unit electric circuit in detail, with in front and back the relation of class, analyze constitute of electric circuit a form.While concretely designing,

48、the forerunner's electric circuit can deliver by mimicry, can also carry on innovation or improvement, but have to promise a function request.And, not only the unit electric circuit want to design reasonable, each unit electric circuit also want to work in coordination, notice each importation s

49、ignalof part, output the relation of signal and control signal.2. The parameter computeFor promise unit electric circuit attains function index sign to request, need to use an electronics techniqueknowledge to carry on a calculation to the parameter.For example, enlarge each electric resistance valu

50、e in the electric circuit, enlarge the calculation of multiple;Flap to concuss electric resistance in machine, electric capacity, flap to concuss frequency etc. the calculation of theparameter.Only good comprehension electric circuit of work principle, the exactitude makes use of calculation formula

51、 and the calculating parameter then can satisfy a design arequest.When the parameter compute, the same of electric circuit may have a few datas, the attention choose a function that can complete an electric circuit design a request, the ability real viable parameter in the fulfillment. Should notice

52、 the following problem while computing electric circuit parameter:(1 dollar the work electric current, electric voltage of the spare part, frequency and achievement consume etc. parameter in response to can satisfy the request of electric circuit index sign;(2 dollar the extreme limit parameter of t

53、he spare part have to stay enough abundant quantity, general in response to big certainly be worth at the sum of 1.500%;(3 the parameter of electric resistance and electric capacity should choose a calculation value the mark of the neighborhood to call a value.3. The spare part choose(1 the componen

54、t chooseThe electric resistance and electric capacity category is much, electric resistance and electric capacity of theexactitude choice are very important.The different electric circuit requests to be different also to the electric resistance and the electric capacity function and theelectric leak

55、age which has solution electric circuit to the electric capacity has very strict request, also some electric circuits are to the electric resistance, andfunction and capacity of electric capacity have very high request.For example filter in common use and bigcapacity(100 uF 3000 uF aluminum electrol

56、ysis electric capacity in an electric circuit, for filter out the high Pin usually still needs to merge small capacity(0.01 uF 0.1 uF porcelain a slice electric capacity.To permit acomponent according to choice function and the parameter suitable of the request of electric circuit while design, and

57、want to notice an achievement to consume, capacity, frequency with bear to press whether scope satisfies a request or not.(2 the cent sign the choice of componentCent sign a component to include diode,triode,transistor, field effect tube, only give or get an electric shocktwo(three poles tube etc.Carry on a choice respectivelyaccording to its use.The period category of choice is different and the regulation is also different.For example choice crystal triode t