智能爬坡小車設計論文

1、摘要隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車由一個貴族的玩物變成了千家萬戶最普遍的交通工具。它快捷、方便，并且能提供無限的駕駛樂趣。車能載人，也能載物，牽引系統(tǒng)提供了車輛強大的動力，它包含兩個部分：發(fā)動機和變速箱。而變速箱也有好幾種類型，包括手動變速器和自動變速器。現在自動變速器在越來越多的汽車上裝備了，給人們的駕駛提供了方便，因為自動變速器不需要人來踩離合器，特別適合那種剛上車的新手。本設計主要模擬自動的變速器工作原理。本次設計的自動爬坡小車，采用AT89C52單片機作為小車的檢測和控制核心；采用E6B2-CWZ5G作為角度傳感器，把反信號饋到的送單片機，使單片機按照預定的工作模式控制小車在坡度不同的情況下

2、按不同的速度行駛，坡度越陡速度越慢；單片機采集的小車的傾斜角度越大，小車的速度越慢，使用數碼管顯示小車傾斜角，并且時實刷新數碼管顯示的角度。結合實際一般的車最大只能爬30度的坡，本設計最大爬坡角度為四十五度。 采用的技術主要有：1.采用定時器產生PWM脈沖，2.角度傳感器的應用關鍵詞：AT89C52；數碼管；角度傳感器；坡度；變速器；目錄1緒論32系統(tǒng)相關技術分析42.1角度傳感器的選擇42.2顯示器件的的選擇52.3電動機驅動調速模塊的選擇62.4電源模塊選擇72.5小結83系統(tǒng)實現相關技術93.1脈沖寬度調制93.1.1簡介93.1.2基本原理93.1.3具體過程103.1.4脈沖寬度調制

3、優(yōu)點103.2單片機113.3單片機的應用領域123.3.1在智能儀器儀表上的應用123.3.2.在工業(yè)控制中的應用123.3.3.在家用電器中的應用123.3.4.在計算機網絡和通信領域中的應用123.3.5.單片機在醫(yī)用設備領域中的應用和各種大型電器中的模塊化應用124系統(tǒng)硬件電路設計144.1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)144.1.1 復位電路154.1.2 晶振震蕩電路154.1.3 RS232下載電路154.2 數碼管顯示模塊164.3電機驅動模塊175系統(tǒng)軟件設計195.1 整體程序流程圖設計195.2 STC89C52的主控程序，系統(tǒng)初始化外部中斷和定時器資源配置205.3

4、整體程序設計論證205.3.1 PWM子程序205.3.2角度檢測程序215.3.3數碼管顯示程序21總結23致謝24參考文獻25附錄一26附錄二271緒論智能作為現代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設定的模式在一個環(huán)境里自動的運作，不需要人為的管理，可應用于科學勘探等等的用途。智能電動車就是其中的一個體現。本次設計的簡易的變檔電動車，采用AT89S52單片機作為小車的檢測和控制核心；采用角度傳感器E6B2-CWZ5G作為來檢測路的傾斜角度，從而把反饋到的信號送單片機，使單片機按照預定的工作模式控制小車在不同傾斜范圍按預定的速度行駛；采用四位數碼管實時顯示小車的傾斜角度。本設計結構簡

5、單，較容易實現，但具有高度的智能化、人性化，一定程度體現了智能。自動爬坡小車設計是依現代汽車的發(fā)展方向之一的自動變速器為藍本設計的，是為了方便人們的駕駛，提高駕車的樂趣。筆者也駕駛過汽車，手動擋的汽車起步時，特別是上坡起步時如果油門和離合器控制的不好就容易熄火，搞不好會引起交通事故。如果換做是自動擋的汽車，只需要將油門踏下去，車就可以迅速起步，自動擋減少了換擋的步驟使駕駛員能夠將注意力集中在前方及周圍的危險，最大程度的減少了新手手忙腳亂的時間，避免易出現的危險。而如今的汽車大部分都裝的是自動變速器，沒有了離合器的束縛，現在更流行的是手自一體變速器，它提供4-7個檔位，不僅方便起步，也提高了駕駛

6、的樂趣。本設計包括兩大部分：硬件和軟件。硬件包括：單片機最小系統(tǒng)；L298電機驅動模塊；角度傳感器；小車一個；四節(jié)干電池作電源；四位數碼管。軟件包括：角度檢測器程序模塊；電機轉速程序模塊；數碼管顯示程序。2系統(tǒng)相關技術分析整體設計如下圖所示：采用STC89C52為整個設備的檢測、控制和顯示核心，采用C語言編程實現各種算法和邏輯控制，角度傳感器的一跟線的脈沖信號作為中斷引入單片機，在單片機中判斷另一根線電平的高低確定是正轉還是反轉，同時計算出坡度，不同的坡度調制出不同的脈寬，產生不同的速度。圖2- 1 整體系統(tǒng)架構單片機STC89C52角度傳感器信號顯示電路接口電路直流電機驅動塊直流電機2.1角

7、度傳感器的選擇方案一：采用電阻器加上AD轉換器組合成角度傳感器，電阻加上一個電壓值，滑動端可產生電壓，旋轉電阻器的軸可改變滑動端的電壓，通過AD轉換器將電壓信號輸入單片機即可得到旋轉的角度。但是使用AD轉化器會使用過多的單片機資源，而且旋轉電阻器有較大的阻尼，如果加上重物太重會影響小車的爬坡能力。方案二：采用工業(yè)用E6B2-CWZ5G角度傳感器，它擁有非常低的阻尼，在軸上固定一重物，只需要十來克就可以很準確的將實時的角度值輸入單片機。如下圖所示是E6B2-CWZ5G角度傳感器的工作原理。其由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B

8、、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。 由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。 分辨率編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗

9、刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度510000線。圖2- 2 旋轉編碼器脈沖時序圖 基于以上理論分析，采用方案二。2.2顯示器件的的選擇顯示器只需要顯示角度的值，精度要求在五度以內。沒有過多的顯示要求。七段8位二進制數碼顯示器分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種。方案一：七段8位二進制數碼1、靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅動，要知道一個89S

10、51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。2、數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼

11、管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。圖2- 3 數碼管引腳圖 方案二：LCD液晶顯示LCD1602液晶顯示器是一種低功耗的顯示器件，它不僅省電而且能夠顯示大量的信息，如文字、曲線、圖形等，顯示質量高，數字式接口于單片借連接更加簡單可靠，操作方便。但是LCD1602價格較貴，而且這個設計中只需顯示角度不

12、需要其他的內容。綜上，我們采用數碼管來作為顯示模塊。2.3電動機驅動調速模塊的選擇方案一：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對小車的速度進行調整，這個方案的優(yōu)點是電路簡單，將電機驅動不分隔離了，缺點是繼電器響應時間慢，機械機構易損壞，壽命短、可靠性不高。方案二：采用但林頓管組成的H型PWM電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)，精確調整電動機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式，效率非常的高，H橋保證了可以簡單的實現轉速和方向的控制，電子開關的速度很快，穩(wěn)定性很強，是一種廣泛采用的PWM調速技術。方案三：采用集成電路L298N， L298是SGS公司的產

13、品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內部同樣包含4通道邏輯驅動電路?？梢苑奖愕尿寗觾蓚€直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。L298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接457 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為2546 V。輸出電流可達25 A，可驅動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅動2個電動機，OUT1，OUT

14、2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉。表1是L298N功能邏輯圖。圖2- 4 L298N電機驅動集成電路的封裝圖圖2- 5 L298N芯片簡化圖圖2- 6 L298N引腳狀態(tài)圖方案四：采用DA轉換器，可以輸出精確的電壓值，經過運算放大器可以將電壓放大一定倍數在用運放組成射極跟隨器輸出電壓然后驅動電機運轉，不過運放驅動能力有限?；谝陨戏治?，選擇方案三可以簡化電路設計2.4電源模塊選擇方案一：采用四節(jié)AA電池供電，提供6V電壓，由于是電池供電基本沒有紋波，而且電

15、池是可充電電池短時持續(xù)提供大電流，可以減少電機啟動時造成的干擾。方案二：還是采用四節(jié)AA電池供電，不同的是在輸入給單片機的線路上加上一個穩(wěn)壓管7805。提供單片機更穩(wěn)定，更干凈的電流。而且能保證單片機不被燒毀。綜上，擬采用方案二2.5小結經過一番仔細的論證與比較，我們決定了系統(tǒng)各個主要模塊的方案如下：角度傳感器模塊采用E6B2-CWZ5G角度傳感器；顯示模塊采用現成的數碼管；電機驅動模塊采用L298N；電源采用單電源雙輸出模塊3系統(tǒng)實現相關技術3.1脈沖寬度調制脈沖寬度調制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電

16、路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。3.1.1簡介脈沖寬度調制是一種模擬控制方式，其根據相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。 PWM控制技術以其控制簡單,靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式,也是人們研究的熱點。由于當今科學技術的發(fā)展已經沒有了學科之間的界限,結合現代控制理論思想或實現無諧振軟開關技術將會成為PWM控制技術發(fā)展的主要方向之一。3.1

17、.2基本原理隨著電子技術的發(fā)展，出現了多種PWM技術，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調變化。可以通過調整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。 模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時間和幅度的分辨率都沒有限制。9V電池就是一種模擬器件，因為它的輸出電壓并不精確地等于9V，而是隨時間發(fā)生變化，并可取任何實數值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一

18、組可能的取值范圍之內。模擬信號與數字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預先確定的可能取值集合之內，例如在0V, 5V這一集合中取值。 模擬電壓和電流可直接用來進行控制，如對汽車收音機的音量進行控制。在簡單的模擬收音機中，音量旋鈕被連接到一個可變電阻。擰動旋鈕時，電阻值變大或變??；流經這個電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅動揚聲器的電流值，使音量相應變大或變小。與收音機一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單，但它并不總是非常經濟或可行的。其中一點就是，模擬電路容易隨時間漂移，因而難以調節(jié)。能夠解決這個問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體

19、聲設備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對噪聲很敏感，任何擾動或噪聲都肯定會改變電流值的大小。 通過以數字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經在芯片上包含了PWM控制器，這使數字控制的實現變得更加容易了。3.1.3具體過程脈沖寬度調制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通

20、(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。 多數負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調制頻率高于10Hz，通常調制頻率為1kHz到200kHz之間。 許多微控制器內部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67內含兩個PWM控制器，每一個都可以選擇接通時間和周期。占空比是接通時間與周期之比；調制頻率為周期的倒數。執(zhí)行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作： 1、設置提供調制方波的片上定時器/計數器的周期 2、 在P

21、WM控制寄存器中設置接通時間 3、設置PWM輸出的方向，這個輸出是一個通用I/O管腳 4、啟動定時器 5、使能PWM控制器 目前幾乎所有市售的單片機都有PWM模塊功能，若沒有（如早期的8051），也可以利用定時器及GPIO口來實現。更為一般的PWM模塊控制流程為（筆者使用過TI的2000系列，AVR的Mega系列,TI的LM系列）： 1、使能相關的模塊（PWM模塊以及對應管教的GPIO模塊）。 2、配置PWM模塊的功能，具體有： ：設置PWM定時器周期，該參數決定PWM波形的頻率。 ：設置PWM定時器比較值，該參數決定PWM波形的占空比。 ：設置死區(qū)（deadband），為避免橋臂的直通需要設

22、置死區(qū)，一般較高檔的單片機都有該功能。 ：設置故障處理情況，一般為故障是封鎖輸出，防止過流損壞功率管，故障一般有比較器或ADC或G2PIO檢測。 ：設定同步功能，該功能在多橋臂，即多PWM模塊協(xié)調工作時尤為重要。 3、設置相應的中斷，編寫ISR，一般用于電壓電流采樣，計算下一個周期的占空比，更改占空比，這部分也會有PI控制的功能。 4、使能PWM波形發(fā)生。3.1.4脈沖寬度調制優(yōu)點PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數字形式的，無需進行數模轉換。讓信號保持為數字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或將邏輯0改變?yōu)檫壿?時，也才能對數字信號產生影響。 對噪聲抵

23、抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候將PWM用于通信的主要原因。從模擬信號轉向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當的RC或LC網絡可以濾除調制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 總之，PWM既經濟、節(jié)約空間、抗噪性能強，是一種值得廣大工程師在許多設計應用中使用的有效技術。3.2單片機單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。單片機內部也用和電腦功能

24、類似的模塊，比如CPU，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！.它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則

25、是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。一個可視化高級語言編寫的小程

26、序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡

27、單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等。現在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。3.3單片機的應用領域 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的

28、導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：3.3.1在智能儀器儀表上的應用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀

29、器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。3.3.2.在工業(yè)控制中的應用用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯網構成二級控制系統(tǒng)等。3.3.3.在家用電器中的應用可以這樣說，現在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，

30、五花八門，無所不在。3.3.4.在計算機網絡和通信領域中的應用現代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現在的通信設備基本上都實現了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。3.3.5.單片機在醫(yī)用設備領域中的應用和各種大型電器中的模塊化應用單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。某些專用單片機設計用于實現特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不

31、要求使用人員了解其內部結構。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。4系統(tǒng)硬件電路設計4.1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)利用單片機最小系統(tǒng)實驗電路板完成傳感器與電動機的連接和控制。 單片機選用STC89C52，其內部有4K字節(jié)的Flash Rom，電路設計簡單。具體為STC89C52的18、19腳接12MHz，40腳輸入信號為5

32、伏，20腳接地，EA腳接高電平。圖4- 1 單片機最小系統(tǒng)線路圖圖4- 2單片機最小系統(tǒng)板成品4.1.1 復位電路單片機上電時，當震蕩器正在運行時，只要持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平，便可以完成系統(tǒng)復位。外部復位電路為內部復位電路提供兩個機器周期以上的高電平設計的。系統(tǒng)采用上電自動復位，上電瞬間電容器上的電壓不能突變，RST上的電壓上VCC上的電壓與電容器的電壓之差，因而RST上的電壓的與VCC上的電壓相同。隨著充電的進行，電容器上的電壓不斷上升，RST腳上只要保持10ms以上的高電平，系統(tǒng)就會復位。電容C取22uF,電阻課取值3k歐。4.1.2 晶振震蕩電路XTAL1腳和XTAL2腳

33、分別構成片內振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，外接石英晶體或陶瓷振蕩器以及補償電容C1、C2構成并聯諧振電路，當外接石英晶體時，電容C1、C2選30pF。AT89C52系統(tǒng)中的晶體可在024MHz選擇。外接電容C1、C2的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器頻率的穩(wěn)定性、起振時間以及溫度穩(wěn)定性。再設計電路板時，晶振和電容應靠近單片機芯片，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠工作。再設計中，為保證串行通信波特率的誤差，選擇了12MHz的標準石英晶振，電容C1、C2為30pF4.1.3 RS232下載電路Max232是一種把電腦的串行口rs232信號電平（-10 ，+10v）轉換為單片機所用到的TTL

34、 信號電平（0 ，+5）的芯片，下圖就是MAX232的基本接線圖圖4- 3MAX232芯片外圍元件圖此單片機最小系統(tǒng)能夠滿足在線編程的要求，方便應用4.2 數碼管顯示模塊下圖為數碼管硬件連接圖圖4- 4 數碼管模塊連接圖圖3- 5 數碼管的PCB板圖動態(tài)顯示數碼管能夠滿足角度實時顯示的要求，數碼管每段最大能夠承受10mA的電流，每個數碼管有八段，一共有四個數碼，實現動態(tài)顯示電流最大值不能100mA，但是如果讓單片機直接驅動數碼管電流又太小，所以在數碼管的共陽端加了一個三極管S8050，放大電流的作用，而且為了避免數碼管由于過大的電流而燒毀，我們在三級管的基極加了一個100歐姆的電阻。P1.01

35、.3輸出片選信號，高電平選通，P0口輸出位信號，使數碼管顯示相應的數據。4.3電機驅動模塊圖3- 6L298N的連接電路IO5、IO6控制IO1和IO2的電平的高低，IO7、IO8控制IO3和IO4的電平的高低。IO1和IO2接電機M0的兩端，IO3和IO4接電機M1的兩端，IO6控制電機M1的轉與不轉，IO5控制電機M1的正轉還是反轉。另外的接口是相同的，這里不進行過多描述。途中八個二極管和兩個電容是為了減少電機的啟動或停止產生的一些干擾。IO5IO6IO7IO8M0M10000停轉停轉0101正轉正轉1010停轉停轉1111反轉反轉表格4- 1 L298N引腳控制圖注：0代表低電平，1代表

36、高電平圖4- 7 電機驅動模塊的PCB板圖要使L298N控制電機產生不同的轉速，就需要對L298N的ENABLE A 或者 ENABLE B管腳輸入PWM信號，不同寬度PWM波將會輸出不同的電壓值，進而控制電機產生不同的轉速。為了減少IO口的支出，也為了隔離L298N模塊對單片的干擾，我們在INPUT1和INPUT2之間，還有INPUT3和INPUT4加了一個反向器，進而提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5系統(tǒng)軟件設計5.1 整體程序流程圖設計圖4- 1整體程序流程圖開始初始化各種參數角度是否有變化判斷是正轉還是反轉n+n-k=1.8*n實時顯示k的值實時通過k改變小車速度Y正轉N反轉 5.2 STC89

37、C52的主控程序，系統(tǒng)初始化外部中斷和定時器資源配置資源名稱功能定時器0數碼動態(tài)掃描定時器1/ 定時器中斷定時器控制PWM脈寬和周期外部中斷0（下降沿觸發(fā)）計算小車傾斜角度表格5- 1程序使用資源表5.3 整體程序設計論證5.3.1 PWM子程序由于是用的是古老的51單片機本身不具有PWM輸出模塊，所以只能使用51單片機的引腳模擬PWM輸出的功能，方案有二。方案一：采用直接用程序控制一個引腳輸出高低時間的的方法輸出高低電平，延時使用for（）循環(huán)改變時間static int x;#include<reg52.h>void PWM_OUT ( int x )void Delay( i

38、nt x)sbit POW_CTRL=P21; /PWM輸出腳PWM_OUT ( int x ) POW_CTRL=1;Delay(x);POW_CTRL=0;Delay(100-x); Delay( int x)unsigned char k,f;for(k=0;k<x ;k+)for(f=0;f<100;f+);方案二：采用定時器控制PWM 輸出，控制定時器的初始值，時間一到翻轉引腳電平時重新設置一個初始值等待時間再次翻轉。* 函數名稱：PWM_Set* 功能描述：計算PWM波50Hz定時器的重裝值* 參 數：PWM波的占空比void PWM_Set( int uiFreq,

39、int ucScale ) if( ucScale >= 100 ) /占空比不可能大于100% return; s_ulCycle = 10000/uiFreq; s_uiHighTime = 65535-s_ulCycle*ucScale/100; s_uiLowTime = 65535-s_ulCycle*(100 - ucScale)/100;考慮到角度傳感器反應非常靈敏，需要留出時間給角度計算程序，不然實測角度值就會發(fā)生錯誤。方案一采用了for循環(huán)延時，那么單片機就會始終處于高負載狀態(tài)，一旦角度傳感器比較頻繁輸入會造成單片機響應緩慢，造成數據錯誤。而方案二采用的是定時器控制PW

40、M輸出引腳。當定時器控制的引腳的時候單片機有足夠的時間的響應外部中斷，確保時間的準確。綜上所述，選用方案二。5.3.2角度檢測程序我們使用的角度傳感器是同過計算脈沖的數量來計算小車的傾斜角度。由于脈沖時間很短，如果采用端口掃描程序那么在單片機沒有執(zhí)行掃描程序時就會錯過一些脈沖的檢測，那么數據就不準確。我們采用外部中斷程序來計算角度，程序很短能夠迅速地執(zhí)行不會耽擱其它程序的執(zhí)行,數值控制在0900，實際值為090度。/*/* 函數名稱: int_0* 功能描述： 外部中斷計算旋轉角度* 參 數： 每一個角度由不同個數的脈沖組成*/void int_0() interrupt 0 if(p3_0=

41、1) n+; if(p3_0=0) n-;if(n<0)n=0;if(n>=50)n=50;k=18*n; 5.3.3數碼管顯示程序本系統(tǒng)采用的是動態(tài)顯示的七段8位二進制數碼顯示器，動態(tài)顯示是一種按位輪流點亮各位數碼管的顯示方式，即在某一時段，只讓其中一位數碼管的“位選端”有效，并送出相應的字符顯示編碼。此時，其他位的數碼管因“位選端”無效而都處于熄滅狀態(tài)：下一時段按順序選通另一位數碼管，并相應的字符顯示編碼，按此規(guī)律循環(huán)下去，即可使個位數碼管分別間斷的顯示出相應的字符。這一過程稱為動態(tài)顯示。由于采用了四位顯示，精確顯示角度。因為程序并不復雜就直接放在了主程序里面了，設置速度的三檔

42、程序放在了主程序里了。程序如下：for(;) /顯示部分:P1口輸出數據，P0.0，P0.1，P0.2，P0.3片選unsigned char s,g,f;s=k/100;g=(k-(s*100)/10;f=k-(s*100)-(g*10);p0_0=1; p0_1=0; p0_2=0; p0_3=0;P1=Tabs;Delay5ms();p0_0=0; p0_1=1; p0_2=0; p0_3=0;P1=Tabg;Delay5ms();p0_0=0; p0_1=0; p0_2=1; p0_3=0;P1=0XFE;Delay5ms();p0_0=0; p0_1=0; p0_2=0; p0_3=

43、1;P1=Tabf;Delay5ms();if(k>=0&&k<=80) PWM_Set(20,100); /第一檔最快速度if(k>80&&k<=150) PWM_Set(20,75);/第二檔適中速度if(k>150) PWM_Set(20,65);/第三檔最慢速度總結經過半個月的努力，終于在不斷的嘗試中小車達到了設計要求，剩下的就是寫論文。而如今論文寫到總結，也就是本論文結束的時候。回想從剛開始的茫然，然后到找到思路繼而制作電路模塊，包括電機驅動模塊，顯示模塊。各個模塊由于功能的區(qū)別，影響了包括線的寬度、線距，例如電機驅動模塊

44、需要很粗的線，這樣才能使模塊的負載能力提高。但是H橋芯片 L298N接高負載的時候發(fā)熱量有點大，所以加了一塊散熱片，加強散熱，以免過高的溫度損壞L298N芯片。顯示模塊在做測試的時候，本人以為數碼管能夠承受USB提供的電流就直接連上了電源，測試完每個數碼管之后突然發(fā)現有的數碼管不亮了，然后研究怎么回事，結構數碼管就全部壞了。就只能再購一個四位的數碼管，在三極管的基極加了200歐姆的電阻，將電流降到25mA避免燒壞數碼管。從這些失敗中得到了教訓，也吸收不少得經驗。我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)設計的制作給了我難忘的回憶。在我倘徉書海里查資料的日子里，面對無數書本的羅列，最難忘的是每次找到資

45、料的激動和 興奮；親手在設計電路圖的時間里，最深刻的是每一次的修改，只為將電路修改到完美。其中板子就做了好幾塊，最后才出現了本論文中完美的樣子。為了將作品變得更好，我曾趕工到深夜，但看在親手后做出來的東西，和打出來得一字一句，心里滿滿的只有喜悅，毫無疲倦。這段旅程看似荊棘密布，實則蘊含這無盡的寶藏。我從資料的收集中，讓我對所學的知識有所鞏固和提高。在整個過程中，我學到了知識，增長了見識，在今后的日子了，我仍然要不斷的充實自己，爭取在所學的領域有所作為。接下來，我還要完成畢業(yè)論文的答辯，在此要感謝我的導師和專業(yè)老師，是你們的細心指導和關懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學業(yè)和論文的研究工作中

46、無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴謹治學態(tài)度、博學的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意致謝三年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。三年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營

47、造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導,經由您悉心的點撥,再經思考后的領悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經幫助過我的良師益友

48、和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者參考文獻1、陳鴻茂等編著 常用電子元器件簡要手冊M. 中國礦業(yè)大學出版社 ,20102、付 楊. 電路與電子技術試驗教程M. 機械工業(yè)出版社 ,20093、胡宴如. 模擬電子技術M. 北京高等教育出版社 , 20084、路而紅等編著. 虛擬電子電子實驗室 ElectronicsWorkbenchM. 北京人民郵電出版社 20085、熊偉林. 模擬電子技術及應用M. 機械工業(yè)出版社 ,20096、楊志忠. 數字電子技術M. 高等教育出版社 ,20087、單片機簡介 8、自動變速器 9、PWM 附錄一整體硬件設計圖：附錄二整體程序圖：/設定全局變量static int n,k; static int s_uiHighTime,s_uiLowTime,s_bStatus,s_ulCycle,ucScale;#include<reg52.h> sbit p3_0=P20; /判斷是角度正轉還是反轉sbit POW_CTRL=P21; /PWM輸出腳sbit p0_0=P00;sbit p0_1=P01;sbit p0_2=P02;sbit p0_3=P03;Tab=0x0