畢業(yè)設(shè)計(jì)-無線電遙控小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）無線遙控小車的設(shè)計(jì)Thedesignofwirelessremotecontrolcar學(xué)院（系）：機(jī)電信息工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：07023106大連民族學(xué)院--PAGEI-摘要隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，在生活中，無線傳輸有著非常廣泛的應(yīng)用，例如：小區(qū)的智能無線門禁系統(tǒng)；溫室的溫度無線測(cè)控系統(tǒng)；生物發(fā)酵無線監(jiān)控系統(tǒng)等。無線電遙控小車正是反映了無線傳輸在生活中的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)的無線遙控小車，采用以AT89c2051單片機(jī)作為小車的遙控控制核心，檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)，并通過串口傳輸至無線發(fā)送模塊PTR2000;以AT89c51單片機(jī)為作為小車的接收和驅(qū)動(dòng)輸出核心,它根據(jù)無線模塊PTR2000接收到的狀態(tài)信號(hào)判斷其開關(guān)狀態(tài)，然后控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)，即小車的前后左右；采用無線遙控模塊PTR2000作為無線傳輸?shù)耐ㄓ嵐ぞ?，通過串口和單片機(jī)連接；采用L298作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。關(guān)鍵詞：AT89C51;AT89C2051;L298;無線遙控；PTR2000--PAGEII-TheDesignofWirelessRemoteControlCarAbstractWiththedevelopmentoftechnology,improvementoflivingstandard,thewirelesstransmissioninlifehasaverywiderangeofapplications,suchas:IntelligentCommunityofthewirelessaccesscontrolsystems;greenhousetemperatureofwirelessmonitoringsystem;biologicalfermentationwirelessmonitoringsystem.Wirelessremotecontrolcarisreflectedinthewirelesstransmissionapplicationsinlife.ThedesignofthewirelessremotecontrolcaruseAT89c2051asthecoreoftheremotecontrol,detectingswitchstateandsendingthroughtheserialporttoawirelessmodulePTR2000.AT89c51microcontrolleristhecoreofitscontrol.ItreceivesthewirelessmodulePTR2000todeterminethestateofthesignalswitchstatus,andthencontrolitaround.ItuseawirelessremotecontrolmodulePTR2000aswirelesscommunicationtools,andConnectethroughtheserialporttotheMCU,anduseL298driverchipasaDCmotor.KeyWords：AT89C51；AT89C2051；L298；WirelessRemoteControl；PTR2000-目錄摘要 IAbstract II1緒論 11.1概述 11.2單片機(jī)的選定 11.2.1被控部分單片機(jī)89C52 11.2.2遙控部分單片機(jī)89C2051 22系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 42.1系統(tǒng)功能模塊的劃分 42.2主要模塊硬件設(shè)計(jì)方案 52.2.1無線模塊方案設(shè)計(jì) 52.2.2驅(qū)動(dòng)模塊方案設(shè)計(jì) 62.2.3主要模塊各方案對(duì)比選擇 62.3模塊軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 73系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 83.1無線電遙控模塊的設(shè)計(jì) 83.1.1選擇無線電遙控原因 83.1.2無線電遙控分類 83.1.3無線電遙控器原理 93.1.4影響無線電遙控距離因素 113.1.5PTR2000特性及引腳說明 113.1.6PTR2000與單片機(jī)硬件接口電路 123.1.7PTR2000對(duì)PCB制作影響 133.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 143.2.1H橋驅(qū)動(dòng)原理 143.2.2L298驅(qū)動(dòng)芯片 173.3電源模塊 193.3.1無線遙控部分電源設(shè)計(jì) 193.3.2無線接收部分電源設(shè)計(jì) 193.4鍵盤模塊 193.5其他模塊 204系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 214.1軟件設(shè)計(jì)需要完成任務(wù) 214.2PTR2000編程注意事項(xiàng) 214.3系統(tǒng)軟件主要程序的設(shè)計(jì) 214.3.1發(fā)射部分控制程序設(shè)計(jì) 214.3.2接收部分控制程序設(shè)計(jì) 225系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 245.1硬件調(diào)試 245.2軟件調(diào)試 245.3調(diào)試結(jié)果 25結(jié)論 26參考文獻(xiàn) 28附錄A系統(tǒng)硬件電路圖 29附錄A1無線遙控發(fā)射電路 29附錄A2無線遙控接收電路 30附錄A3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 31附錄A4無線遙控部分最終PCB板 31附錄A5無線接收部分最終PCB板 32附錄B程序清單 33附錄B1遙控發(fā)射部分程序清單 33附錄B2遙控接收部分程序清單 35附錄C小車實(shí)物圖 39附錄C1無線電遙控實(shí)物圖 39附錄C2小車車體實(shí)物圖 40致謝 411緒論1.1概述隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，近距離無線電通信技術(shù)受到了很多關(guān)注，呈現(xiàn)非常好的發(fā)展勢(shì)頭，，因?yàn)樵谖覀儸F(xiàn)實(shí)生活中存在著如此多這樣的應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)需要不斷地實(shí)時(shí)傳輸小量的突發(fā)信號(hào)，在傳統(tǒng)的無線電通信系統(tǒng)中，短距離的無線通信技術(shù)可以在相對(duì)較近距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互之間通信或相關(guān)操作，無線電數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已成為現(xiàn)在通信業(yè)乃至整個(gè)信息業(yè)的熱點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于報(bào)警、無線遙控、軍事通信、無線局域網(wǎng)等范圍，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[1]。一般情況下，單片機(jī)在獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之后，仍需要將數(shù)據(jù)傳出去，而有線的數(shù)據(jù)傳輸主要依賴于有線的線路。例如采用CAN總線、串并行總線等，且有線的線路具有成本非常高，維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。無線數(shù)據(jù)傳輸是如何發(fā)展起來的呢？它是在有線數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的。而無線數(shù)據(jù)通信時(shí)通過接收模塊和發(fā)射模塊進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)的，具有不占空間，成本較低且可靠性高，傳輸過程中的干擾小及維護(hù)方便等特點(diǎn)，提高了信息傳輸過程中的可靠性[2]。因此，我們借此單片機(jī)課程設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，深深體會(huì)無線電的實(shí)用價(jià)值，初步了解并研究單片機(jī)無線遙控原理，從簡(jiǎn)單的遙控小車開始，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的遙控系統(tǒng)，以對(duì)日后的學(xué)習(xí)研究中做一個(gè)很好的基礎(chǔ)與鋪墊。1.2單片機(jī)的選定 1.2.1被控部分單片機(jī)89C52 AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的高性能CMOS8位，低電壓的單片機(jī)。片內(nèi)含256bytes的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM）和8kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM），器件采用ATMEL公司的非易失性存儲(chǔ)，高密度技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，與8052產(chǎn)品引腳及標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)兼容，片內(nèi)置Flash存儲(chǔ)單元和通用8位中央處理器（CPU），在較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場(chǎng)合，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。AT89C52單片機(jī)芯片的引腳結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，其基本結(jié)構(gòu)包括：●1000次擦寫周期；●全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz；●與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；●8k字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器；●32個(gè)可編程I/O口線；●三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；●可編程串行UART通道；●低功耗空閑和掉電模式；●8個(gè)中斷源；●●8個(gè)中斷源；圖1.1AT89C52單片機(jī)芯片的引腳結(jié)構(gòu)AT89C52的標(biāo)準(zhǔn)功能如下：256字節(jié)內(nèi)部RAM，8k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O口線，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，一個(gè)全雙工串行通信口。同時(shí)，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位[3]。1.2.2遙控部分單片機(jī)89C2051AT89C2051是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的高性能CMOS8位，低電壓的單片機(jī)，片內(nèi)含128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)和2kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)，該器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C2051單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合[4]。該系列單片機(jī)引腳如圖1.2所示。:圖1.2AT89C2051單片機(jī)芯片的引腳結(jié)構(gòu)AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:128字節(jié)內(nèi)部RAM，2k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，15個(gè)I/O口線，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路和一個(gè)精密比較器。同時(shí)，AT89C2051可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式空閑方式停比CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停比工作并禁比其它所有部件工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位。無線遙控充分利用了它的串行通信的功能，與無線發(fā)射模塊相連接。由于其為20引腳芯片，所以占用較小的空間，并且在功能上能夠滿足設(shè)計(jì)的需要。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)功能模塊的劃分按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)基本功能模塊：電源模塊、無線發(fā)射模塊、鍵盤模塊、無線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和其他模塊。由于無線電應(yīng)用廣泛，所以選取設(shè)計(jì)比較方便，程序處理也較簡(jiǎn)單，并且在遙控方面能夠滿足要求且觀察到現(xiàn)象的遙控小車系統(tǒng)

，本次設(shè)計(jì)的無線遙控小車，采用以AT89c2051單片機(jī)作為小車的遙控控制核心，檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)，并通過串口傳輸至無線發(fā)送模塊PTR2000;以AT89C51單片機(jī)為作為小車的接收和驅(qū)動(dòng)輸出核心,它根據(jù)無線模塊PTR2000接收到的狀態(tài)信號(hào)判斷其開關(guān)狀態(tài)，然后控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)，即小車的前后左右；采用無線遙控模塊PTR2000作為無線傳輸?shù)耐ㄓ嵐ぞ撸ㄟ^串口和單片機(jī)連接；采用L298作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。根據(jù)設(shè)計(jì)思路，初步分析完成本設(shè)計(jì)需要的以下幾個(gè)模塊：系統(tǒng)原理圖如圖2.1和圖2.2所示:圖2.1無線遙控部分系統(tǒng)原理圖圖2.2無線接收部分系統(tǒng)原理圖2.2主要模塊硬件設(shè)計(jì)方案電源模塊以及按鍵模塊將在后面章節(jié)具體討論，本節(jié)主要討論無線模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的選取，因?yàn)闊o線模塊的選取直接影響了軟件編寫的難易程度和硬件圖的焊接，驅(qū)動(dòng)模塊決定了電機(jī)的停轉(zhuǎn)。2.2.1無線模塊方案設(shè)計(jì)無線模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性能具有決定性的作用，因此，為了保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，對(duì)一下兩種方案，進(jìn)行對(duì)比，選擇其一。方案一：無線電模塊采用PT2262/PT2272。PT2262/PT2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)由：數(shù)據(jù)碼、地址碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字。當(dāng)解碼芯片PT2272接收到信號(hào)后，其地址碼需要兩次比較核對(duì)，當(dāng)核對(duì)完后，VT腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。如果無線發(fā)送端一直按住有效按鍵，編碼芯片同樣也會(huì)不斷地發(fā)射。當(dāng)發(fā)射模塊沒有按鍵按下時(shí)，PT2262也就不接通電源，其引腳17為低電平，從而315MHz的高頻發(fā)射電路不工作；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，PT2262接通電源才開始工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)引腳17為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路開始工作并發(fā)射等幅高頻信號(hào)；當(dāng)引腳17為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的引腳17輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅[5]。方案二：無線收發(fā)一體數(shù)傳模塊PTR2000在業(yè)界居領(lǐng)先水平，該芯片性能優(yōu)異。由于它的所需外圍元件非常少，這正是它的顯著優(yōu)點(diǎn)，因而在硬件上設(shè)計(jì)非常方便。該模塊在內(nèi)部高度集成了高頻接收、高頻發(fā)射、FSK調(diào)制／解調(diào)、PLL合成、功率放大、參量放大、頻道切換等功能，因而就目前來說，該芯片是集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。以往設(shè)計(jì)無線數(shù)傳產(chǎn)品時(shí)，常常需要昂貴的專業(yè)設(shè)備和相當(dāng)?shù)臒o線電專業(yè)知識(shí)，而且傳統(tǒng)的電路方案不是調(diào)試?yán)щy就是電路太復(fù)雜而令人望而卻步，從而影響了用戶的使用和新產(chǎn)品的開發(fā)研制工作。然而，正是PTR2000的出現(xiàn)，傳統(tǒng)無線產(chǎn)品設(shè)計(jì)的困擾得到了解決。該模塊采用FSK調(diào)制／解調(diào)方式，抗干擾能力較強(qiáng)，其外圍元件少、工作頻率穩(wěn)定可靠、便于設(shè)計(jì)生產(chǎn)且功耗極低，正是這些優(yōu)異特性，便攜及手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)對(duì)于該模塊較為青睞。另外，由于它采用了高靈敏度、低發(fā)射功率設(shè)計(jì)，從而完全滿足無線管制的要求，并且不需要使用許可證，是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇[6]。無線電模塊采用PTR2000，該模塊的具體信息將在下章具體描述。2.2.2驅(qū)動(dòng)模塊方案設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路所要完成任務(wù)就是根據(jù)有效信號(hào)，能夠獨(dú)自完成直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)問題，無需軟件設(shè)計(jì)。因此，驅(qū)動(dòng)電路使用比較常用的H橋驅(qū)動(dòng)電路，其具體原理，見章節(jié)3.2。下面對(duì)此有兩種方案：方案一：應(yīng)用獨(dú)立元件，進(jìn)行畫圖，制版，焊接；方案二：應(yīng)用高度集成芯片L298，它含有兩個(gè)H橋電路。2.2.3主要模塊各方案對(duì)比選擇無線模塊：PTR2000無線模塊不但能夠發(fā)射，且能夠接收，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能。它可以直接和單片機(jī)串口相連接，能獨(dú)自實(shí)現(xiàn)信號(hào)的編碼和解碼，不必像PT2262/PT2272需要編程對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，對(duì)于軟件設(shè)計(jì)，相對(duì)簡(jiǎn)單了許多。另外，PT2262/PT2272只能接四個(gè)遙控鍵，若需要功能較多的話，它無法滿足。最后，和單片機(jī)的硬件連接方面，PRT2000模塊也較為簡(jiǎn)單?；谝陨蠋讉€(gè)方面的原因，無線電模塊采用PTR2000。驅(qū)動(dòng)電路：?jiǎn)为?dú)元件焊接電路板時(shí)，比較麻煩，而且可能的疏忽，肯能導(dǎo)致電路燒壞，但是該方案花費(fèi)較少，節(jié)省資源；用L298芯片，電路簡(jiǎn)單，且只需一個(gè)芯片就足夠，給編程都帶來了很大方便。因此，進(jìn)行對(duì)比，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用L298芯片。主要模塊硬件應(yīng)用方案如下：該系統(tǒng)由處理單元，發(fā)射模塊，接收模塊，外接電路等構(gòu)成。當(dāng)使用相應(yīng)按鍵使發(fā)射模塊的發(fā)出信號(hào)時(shí)，接收模塊對(duì)應(yīng)電機(jī)設(shè)備就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作，以小汽車的行駛方向來顯示相應(yīng)按鍵的狀態(tài)。發(fā)射和接收裝置：發(fā)射和接收單元選用了PTR2000無線電模塊。PTR2000無線傳輸模塊是一種低功耗、超小型、高速率的無線收發(fā)數(shù)字傳輸模塊。PTR2000的通信速率最高為20kbit/s，當(dāng)然也可工作在其他速率如9200bit/s。只需在和單片機(jī)通信是進(jìn)行軟件設(shè)置，即可改變其數(shù)據(jù)傳送速率。處理單元：由于遙控器的空間限制，遙控處理單元用20引腳的89C2051；對(duì)于接收部分，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，燈的控制，使用選擇兼容性比較好和性能穩(wěn)定的89C52足夠完成任務(wù)了。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)：L298芯片一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或者1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，該芯片內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯信號(hào)，可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，且可以用來驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)；此芯片可直接由單片機(jī)的I/O端口來提供模擬時(shí)序信號(hào)。2.3模塊軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介軟件在一個(gè)智能系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的作用，軟件設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的性能。所以從軟件的設(shè)計(jì)方面一定要精心細(xì)致。在學(xué)習(xí)單片機(jī)之前，我們學(xué)習(xí)對(duì)單片機(jī)的編程語(yǔ)言主要是匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言作為我們學(xué)習(xí)單片機(jī)的最基本的語(yǔ)言，簡(jiǎn)單易懂，而且較之C語(yǔ)言，單片機(jī)執(zhí)行速度較快；C語(yǔ)言作為高級(jí)語(yǔ)言，雖然在邏輯上不易出錯(cuò)，但是執(zhí)行速度較慢，且C語(yǔ)言語(yǔ)法較多。所以，我選擇用匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用keil軟件的匯編語(yǔ)言來完成系統(tǒng)的編程工作。目前流行的51系列單片機(jī)開發(fā)軟件是德國(guó)Keil公司推出的KeilC51軟件，它是一個(gè)基于32位Windows環(huán)境的應(yīng)用程序，支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程。Keil提供包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，是一個(gè)實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)[7]。3系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及無線電發(fā)射電路、無線電接收電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路三部分。單片機(jī)AT89C2051可通過串行通信和無線電發(fā)射模塊進(jìn)行連接，P1口作為I/O口對(duì)開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行掃描，并通過串口把數(shù)據(jù)送至無線發(fā)射模塊。單片機(jī)AT89C51也是通過其串行通信與無線接收模塊進(jìn)行連接，當(dāng)無線發(fā)射模塊發(fā)射的數(shù)據(jù)被接收模塊接收，然后單片機(jī)AT89C51根據(jù)相應(yīng)的控制信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用高集成化的L298芯片，它可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電機(jī)。3.1無線電遙控模塊的設(shè)計(jì)遙控模塊采用無線遙控方式，因?yàn)椴捎眉t外遙控控制距離比較有限，一般在幾米之內(nèi)，且有障礙物時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響控制效果。另外，PTR2000與單片機(jī)接口電路簡(jiǎn)單。鑒于本設(shè)計(jì)要求，所以綜合考慮之下采用無線遙控較為合適。本設(shè)計(jì)中要求能用無線遙控器控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等功能。3.1.1選擇無線電遙控原因無線電遙控器與紅外遙控器的區(qū)別，紅外遙控和無線遙控是對(duì)不同的載波來說的，紅外遙控器是用紅外線來傳送控制信號(hào)的，它的特點(diǎn)是不能有阻擋、有方向性、距離一般不超過7米，然而不受電磁干擾，紅外遙控器在近距離無障礙應(yīng)用較為廣泛，如電視機(jī)遙控器；無線電遙控器采用無線電波來傳送控制信號(hào)，它具有無方向性、距離遠(yuǎn)（可達(dá)數(shù)十米，甚至數(shù)公里）、可以不“面對(duì)面”控制的特點(diǎn)，但是容易受電磁干擾。在需要無方向性控制領(lǐng)域或者遠(yuǎn)距離穿透，比如工業(yè)控制等等，使用無線電遙控器比較容易解決。綜合以上原因，選擇無線電遙控，而非紅外遙控。3.1.2無線電遙控分類無線電遙控就是利用電磁波在遠(yuǎn)距離上，按照人們的意志實(shí)現(xiàn)對(duì)物體對(duì)象的無線操縱和控制，這種無線控制的方式就叫做無線電遙控。無線電遙控技術(shù)起源于無線電通訊技術(shù)，最初的構(gòu)想是無線電電報(bào)技術(shù)的建立，真空電子管的發(fā)明使得無線電技術(shù)的應(yīng)用和普及很快應(yīng)用在民用和軍用等各個(gè)領(lǐng)域。后來隨著晶體管的發(fā)明和集成電路的誕生，無線電遙控技術(shù)達(dá)到了更加完善的程度，現(xiàn)如今我們所知道導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航天飛機(jī)等高科技技術(shù)都是利用無線電遙控技術(shù)的結(jié)晶。它已經(jīng)不再是軍事領(lǐng)域唯一成員，在我們的日常生活中，可以說是已經(jīng)離不了無線電遙控，如：報(bào)警、遙控監(jiān)視、遙控玩具、遙控電視等等。遙控器，它是用來操控我們的模型的，如車?；蛘叽！Ｊ紫冗b控指令通過機(jī)殼外部的控制開關(guān)或者按鈕，經(jīng)過內(nèi)部電路的調(diào)制、編碼；其次，由于它外部有一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的天線，信號(hào)通過高頻信號(hào)放大電路，從而經(jīng)過天線將電磁波發(fā)射出去。目前比較常用的模型遙控發(fā)射機(jī)有三種類型：一種是便攜桿式遙控發(fā)射機(jī)；一種是盒式按鍵手持用的小型遙控發(fā)射機(jī)；另一種是手持槍式遙控發(fā)射機(jī)。前一種多為開關(guān)式模擬電路的遙控系統(tǒng)，為一般普通的玩具遙控車模、船模或航模使用，電路的設(shè)計(jì)和制作比較簡(jiǎn)單，動(dòng)作的指令都為“開”和“關(guān)”兩種，雖然通道的數(shù)量可以很多，遙控的性能和距離較低。而發(fā)射機(jī)為桿式和槍式兩種通常為比例式的無線電遙控器，在動(dòng)態(tài)仿真模型中是當(dāng)今最為流行的遙控操作系統(tǒng)，由于這兩種在調(diào)制、編碼和電路的組成等方式的不同，其性價(jià)比有很大的差異，所以在價(jià)格上也不同[8]。比例遙控桿式發(fā)射機(jī)一般有兩個(gè)操縱桿，左邊的桿主要用來控制小車的速度和剎車（前進(jìn)或后退），右邊的桿控制小車的方向（左或者右）。槍式發(fā)射機(jī)用一個(gè)轉(zhuǎn)輪（方向盤）和一個(gè)類似手槍扳機(jī)的操縱桿來分別控制方向和速度。除了這些基本功能之外，一些較高級(jí)發(fā)射機(jī)還運(yùn)用了先進(jìn)的電腦技術(shù)，增加了許多附加的功能，如儲(chǔ)存多種模型車、船的調(diào)整數(shù)據(jù)，一機(jī)多用；有計(jì)時(shí)、計(jì)圈功能，方便練習(xí)和比賽；有大型液晶顯示屏幕，可顯示工作狀態(tài)和各種功能。發(fā)射機(jī)基本上是由操縱器、編碼電路、開關(guān)電路、高頻電路所組成。操縱器與可變電位器電路連接，而可變電位器又與信號(hào)發(fā)生電路和編碼器電路連接，編碼器所產(chǎn)生的信號(hào)通過開關(guān)電路搭載在高頻無線電發(fā)射器上由天線發(fā)送出去,這個(gè)過程有點(diǎn)像用火車運(yùn)載貨物,操縱者相當(dāng)于貨運(yùn)調(diào)度員,動(dòng)作指令信號(hào)相當(dāng)于貨物，而高頻無線電波相當(dāng)于火車，把“貨物”搬上“火車”的這個(gè)過程稱為調(diào)制，將信號(hào)調(diào)制為AM稱調(diào)幅，而將信號(hào)調(diào)制為FM則稱調(diào)頻。至于說在遙控器中標(biāo)明PPM和PCM，只是編碼調(diào)制的方式不同，PPM為脈位調(diào)制，而PCM則為脈寬調(diào)制，前者是在發(fā)射時(shí)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而接收時(shí)再將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，經(jīng)放大電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)械動(dòng)作。而PCM則不同，它是一種純數(shù)字信號(hào)輸出的形式，所以信號(hào)還原好，受到的外界干擾也小，并且電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試也相對(duì)簡(jiǎn)單[9]。3.1.3無線電遙控器原理無線電遙控器就是應(yīng)用無線電信號(hào)來控制一定距離遠(yuǎn)的各種機(jī)構(gòu)，使其按照設(shè)計(jì)的工作的的遙控裝置。當(dāng)這些信號(hào)被對(duì)應(yīng)的的接收設(shè)備接收后，可以控制或者驅(qū)動(dòng)其它的各種機(jī)械或者電子設(shè)備，去完成各種相應(yīng)的操作，如移動(dòng)手柄、開動(dòng)電機(jī)閉合電路。該遙控其與紅外遙控器互相補(bǔ)充，在電動(dòng)門、車庫(kù)門、防盜報(bào)警器、道閘遙控控制、無線智能家居領(lǐng)域以及工業(yè)控制都得到了廣泛的應(yīng)用[10]。我們常用的無線電遙控系統(tǒng)一般由發(fā)射和接收兩個(gè)部分組成。無線電發(fā)射部分一般分為兩種類型，即發(fā)射模塊與遙控器。對(duì)于使用方式的不同，可將之分為遙控模塊和遙控器。首先，遙控器可以充當(dāng)一個(gè)整體來使用，只需將接線頭接到外面即可；而當(dāng)需要無線模塊作為一個(gè)元件使用時(shí)，則需要根據(jù)其引腳定義進(jìn)行應(yīng)用，之所以使用無線模塊，其優(yōu)勢(shì)在于可以和應(yīng)用電路完美的連接、體積孝價(jià)格低，主要是物盡其用，但是使用者必須真正懂得電路原理，否則無法正確使用。接收部分一般來說也分為兩種類型，即超外差與超再生接收方式，超再生解調(diào)電路也稱超再生檢波電路，它實(shí)際上是工作在間歇振蕩狀態(tài)下的再生檢波電路。超外差式解調(diào)電路與超外差收音機(jī)基本相同，它是設(shè)置一本機(jī)振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號(hào)，與接收到的載頻信號(hào)混頻后，得到中頻信號(hào)，經(jīng)中頻放大和檢波，解調(diào)出數(shù)據(jù)信號(hào)。由于載頻頻率是固定的，所以其電路要比收音機(jī)簡(jiǎn)單一些。超外差式的接收器穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力也相對(duì)較好；超再生式的接收器體積孝價(jià)格便宜[11]。無線電遙控常用的載波頻率為315mHz或者433mHz，遙控器使用的是國(guó)家規(guī)定的開放頻段，在這一頻段內(nèi)，發(fā)射功率小于10mW、覆蓋范圍小于100m或不超過本單位范圍的，可以不必經(jīng)過“無線電管理委員會(huì)”審批而自由使用。我國(guó)的開放頻段規(guī)定為315mHz，而歐美等國(guó)家規(guī)定為433mHz，所以出口到上述國(guó)家的產(chǎn)品應(yīng)使用433mHz的遙控器。無線電遙控常用的編碼方式有兩種類型，即固定碼與滾動(dòng)碼兩種，滾動(dòng)碼是固定碼的升級(jí)換代產(chǎn)品，目前凡有保密性要求的場(chǎng)合，都使用滾動(dòng)編碼方式。滾動(dòng)碼編碼方式有如下優(yōu)點(diǎn)：保密型強(qiáng)，每次發(fā)射后自動(dòng)更換編碼，別人不能用“偵碼器”獲得地址碼；編碼容量大，地址碼數(shù)量大于10萬組，使用中“重碼”的概率極?。粚?duì)碼容易，滾動(dòng)碼具有學(xué)習(xí)存儲(chǔ)功能，不需動(dòng)用烙鐵，可以在用戶現(xiàn)場(chǎng)對(duì)碼，而且一個(gè)接收器可以學(xué)入多達(dá)14個(gè)不同的發(fā)射器，在使用上具有高度的靈活性；誤碼小，由于編碼上的優(yōu)勢(shì)，使得接收器在沒有收到本機(jī)碼時(shí)的誤動(dòng)作幾乎為0。固定碼的編碼容量?jī)H為6561個(gè)，重碼概率極大，其編碼值可以通過焊點(diǎn)連接方式被看出，或是在使用現(xiàn)場(chǎng)用“偵碼器”來獲取，所以不具有保密性，主要應(yīng)用于保密性要求較低的場(chǎng)合，因?yàn)槠鋬r(jià)格較低所以也得到了大量的應(yīng)用。3.1.4影響無線電遙控距離因素影響無線電遙控距離的因素主要有如下幾點(diǎn)：1、發(fā)射功率：發(fā)射功率大則距離遠(yuǎn)，但耗電大，容易產(chǎn)生干擾；2、接收靈敏度：接收器的接收靈敏度提高，遙控距離增大，但容易受干擾造成誤動(dòng)或失控；3、天線：采用直線型天線，并且相互平行，遙控距離遠(yuǎn)，但占據(jù)空間大，在使用中把天線拉長(zhǎng)、拉直可增加遙控距離；4、高度：天線越高，遙控距離越遠(yuǎn)，但受客觀條件限制；5、阻擋：目前使用的無線遙控器使用國(guó)家規(guī)定的UHF頻段，其傳播特性和光近似，直線傳播，繞射較小，發(fā)射器和接收器之間如有墻壁阻擋將大大打折遙控距離，如果是鋼筋混泥土的墻壁，由于導(dǎo)體對(duì)電波的吸收作用，影響更甚[12]。3.1.5PTR2000特性及引腳說明工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段433MHz；抗干擾能力強(qiáng)，F(xiàn)SK調(diào)制，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合；采用DDS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好；靈敏達(dá)到-105dBm；接收發(fā)射合一；最大發(fā)射功率+10dBm；功耗小，低工作電壓（2.7V），待機(jī)狀態(tài)僅為8uA；具有兩個(gè)頻道，特別是能夠滿足需要多信道工作的特殊場(chǎng)合。工作速率最高可達(dá)20Kbit/s，也可在較低速率下工作如9600bps；超小體積，約40mmx27mmx5mm；可直接接CPU串口使用，也可以接計(jì)算機(jī)RS232接口，軟件編程很方便；由于采用了高接收靈敏度、低發(fā)射功率的設(shè)計(jì)，使用無需申請(qǐng)?jiān)S可證；標(biāo)準(zhǔn)DIP引腳間距，更適合嵌入式設(shè)備[13]。PTR2000無線數(shù)傳模塊是一種超小型、低功耗、高速率無線收發(fā)數(shù)字傳輸模塊。PTR2000的通信速率最高為20kbit/s，也可工作在其他速率如4800bit/s，無需設(shè)置。PTR2000是7腳直列芯片，引腳示意圖見圖3.1。圖3.1PTR2000引腳結(jié)構(gòu)圖其中：CS：頻道選擇，CS=0選擇工作頻道1，即433.92MHz;CS=1選擇工作頻道2，即434.33MHz；VCC：正電源，接2.7—5.25V；DO：數(shù)據(jù)輸出；DI：數(shù)據(jù)輸人；GND：電源地；PWR：節(jié)能控制，PWR=1，正常工作狀態(tài)，PWR=0待機(jī)微功耗狀態(tài)；TXEN：發(fā)射接收控制，TXEN=1時(shí)模塊為發(fā)射狀態(tài)，TXEN=0時(shí)模塊為接收狀態(tài)[14]。模塊工作模式控制及工作頻道的設(shè)置如表1所示。3.1.6PTR2000與單片機(jī)硬件接口電路PTR2000無線收發(fā)模塊與單片機(jī)的連接，PTR2000模塊的DO和Dl分別與單片機(jī)的RXD和TXD連接。利用單片機(jī)的I/0可以控制模塊的發(fā)射控制、頻道轉(zhuǎn)換和低功率模式，單片機(jī)可直接通過將P2.0位置高/低電平，對(duì)應(yīng)收發(fā)模塊分別置發(fā)射/接收狀態(tài)。單片機(jī)AT89C32與PTR2000的接口電路如圖3.2所示。具體模塊與單片機(jī)硬件圖見附錄A1、A2。圖3.2PTR2000與單片機(jī)接口電路圖3.1.7PTR2000對(duì)PCB制作影響1、對(duì)于電源對(duì)PTR2000的影響，要得到充分的考慮。電源對(duì)無線模塊的影響，主要是電源的穩(wěn)定性能直接影響模塊的精度，因此，如果電源做得好，那么整個(gè)電路的抗干擾就解決了很大一部分。為了減小電源噪聲對(duì)RF電路的干擾，又由于RF電路對(duì)電源噪聲很敏感，必須要給RF電源添加濾波電路。例如，可以利用電容和磁珠組成濾波電路。當(dāng)然，如果條件要求不高時(shí)，也可以用電感來代替磁珠。2、對(duì)于單片機(jī)對(duì)PTR2000的影響，應(yīng)該充分考慮。當(dāng)單片機(jī)與PTR2000模塊采用同一供電電源時(shí)，不能將電源拉到單片機(jī)再拉到PTR2000，應(yīng)在主電源處單點(diǎn)相接。當(dāng)然，單片機(jī)與PTR2000最好有單獨(dú)濾波電路。3、另一方面需要注意晶振布線。布線時(shí)，晶振應(yīng)盡量與單片機(jī)引腳靠近，晶振外殼接地并固定，并用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來。4、用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離，數(shù)字地與模擬地要分離，最后在一點(diǎn)接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則，廠家分配A/D、D/A芯片引腳排列時(shí)已考慮此要求[15]。3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3.2.1H橋驅(qū)動(dòng)原理如圖3.3所示，此圖為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。之所以該電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”，是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。如圖，我們可以認(rèn)為電機(jī)就是H中的橫杠，而4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿。正如下圖所畫，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)電機(jī)和4個(gè)三極管。若想要讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)角線上的一對(duì)三極管必須導(dǎo)通。當(dāng)不同的三極管對(duì)導(dǎo)通情況不同時(shí)，電流方向也會(huì)不同，可能會(huì)從左至右，也可能從右至左流過電機(jī)，這樣就控制了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。圖3.3H橋驅(qū)動(dòng)電路若要使電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，則使對(duì)角線上的一對(duì)三極管必須導(dǎo)通。比如，如圖3.4所示，要使電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右流過電機(jī)，那么必須是Q1和Q4三極管同時(shí)導(dǎo)通。這樣，電流先從正極經(jīng)過三極管Q1，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極，這樣才能使直流電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，正如圖中電流箭頭所示，此時(shí)Q1和Q4導(dǎo)通，電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)。圖3.4H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖3.5所示為另一種情況，當(dāng)三極管Q2和Q3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電流從正極開始，流經(jīng)Q2，再經(jīng)過直流電機(jī)，最后到達(dá)Q3，這樣直流電機(jī)的電流從右至左，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在小車上表現(xiàn)為左右旋轉(zhuǎn)或者前后旋轉(zhuǎn)。圖中箭頭方向?yàn)殡娏髁鹘?jīng)電機(jī)方向。圖3.5H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)正如上面所述，直流電機(jī)導(dǎo)通，必須使處于對(duì)角線的兩個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通，也就是說不能使同側(cè)的兩個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通，比如三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極，三極管肯能會(huì)被燒壞，因此，為了保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，需要采取一些措施。圖3.6所示就是為了避免同側(cè)三極管同時(shí)導(dǎo)通而進(jìn)行改進(jìn)的電路，它在原來的H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)與門和2個(gè)非門。4個(gè)與門同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開關(guān)。而2個(gè)非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時(shí)候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個(gè)三極管能導(dǎo)通[16]。圖3.6具有使能控制和方向邏輯的H橋電路當(dāng)我們實(shí)際使用H橋焊機(jī)電路時(shí)，用分立元件制作H橋是非常麻煩的，而且比較浪費(fèi)時(shí)間，基于這種考慮，現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路，接上電機(jī)、電源和控制信號(hào)就可以很好的使用了，在使用時(shí)給了我們很大的方便。L298N正是帶有兩個(gè)H橋的高集成電路。3.2.2L298驅(qū)動(dòng)芯片L298N是SGS公司的產(chǎn)品。其內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路,即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。由L298N構(gòu)成的PWM功率放大器的工作形式為單極可逆模式，兩個(gè)H橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起，1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器,形成電流傳號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī),OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),ENA、ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。這些特性使得L298N很適合用作小型直流電機(jī)控制芯片[17]。L298N集成了雙極性管組成的H橋電路。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)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橋電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。如圖3.7為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖:圖3.7L298驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖L298N引腳圖：具體與單片機(jī)、直流電機(jī)接口電路見附錄A3。3.3電源模塊3.3.1無線遙控部分電源設(shè)計(jì)當(dāng)無線遙控模塊使用時(shí)，電源只需給單片機(jī)89C2051和無線模塊PTR2000供電，故耗電功率相對(duì)較低。另外，無線遙控模塊和單片機(jī)所需電壓都是5V，而且無線遙控的外殼內(nèi)部空間較小，因此采用9V堿性鋅錳電池供電是不錯(cuò)的選擇。9V堿性鋅錳電池通過LM7805穩(wěn)壓芯片，能夠輕易滿足遙控器的供電要求，并且硬件設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。由于耗電功率較小，LM7805穩(wěn)壓芯片不用加散熱片。具體硬件電路設(shè)計(jì)見附錄A1。3.3.2無線接收部分電源設(shè)計(jì)無線接收電路電源需要完成以下任務(wù)：首先，電源必須能給單片機(jī)89C52和無線模塊PTR2000供電，且供電電壓為+5V，因此電源必須能夠變?yōu)?5V；其次，電源必須能夠給兩個(gè)直流電機(jī)供電，也就意味著電源必須有較大的容量，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)消耗功率相對(duì)較大。若用9V鋅錳電池供電，電池會(huì)很快消耗完，因此電源必須有大容量，且能夠充電。最后，由于無線電模塊PTR2000對(duì)于電源有較高要求，需要電壓穩(wěn)定。若用一個(gè)電源給芯片和直流電機(jī)供電，電機(jī)的停轉(zhuǎn)勢(shì)必會(huì)影響電壓的穩(wěn)定，基于這個(gè)原因，需要將芯片供電和直流電機(jī)供電分開來供電。鑒于以上原因，無線接收部分電源設(shè)計(jì)如下，電源分為兩部分，一方面，用9V鋅錳電池經(jīng)LM7805穩(wěn)壓芯片形成+5V電壓，從而給芯片供電，保證了兩電源互不干擾；另一方面，用5節(jié)可充電干電池串聯(lián)起來，從而形成+8V左右的電源給直流電機(jī)供電，接到L298芯片引腳端。具體硬件電路圖見附錄A2和A3。3.4鍵盤模塊鍵盤模塊需要實(shí)現(xiàn)控制小車的前后左右，若還需要其他功能的話需要另加按鍵，故發(fā)射按鍵個(gè)數(shù)必須不少于4個(gè)。每個(gè)按鍵需要接10KΩ上拉電阻，并與單片機(jī)I/O端口相連接，另一端接地。當(dāng)按鍵不作用時(shí)，每個(gè)按鍵均為高電平，作用時(shí)，對(duì)應(yīng)按鍵變?yōu)榈碗娖健Ｋ膫€(gè)按鈕分別接到P1.2、P1.3、P1.4和P1.5。通過對(duì)端口不斷的掃描，判斷對(duì)應(yīng)按鍵是否按下。如有鍵閉合，則去除鍵抖動(dòng)，判斷鍵號(hào)并轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)的鍵處理。如果沒有按鍵按下，單片機(jī)重新掃描端口。3.5其他模塊當(dāng)電源接通時(shí)，需要有電源接通標(biāo)志，可用一個(gè)黃色發(fā)光二極管；當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，需要前面綠色車燈亮起，可用兩個(gè)綠色發(fā)光二極管；當(dāng)小車后退時(shí)，需要后面紅色車燈亮起，可用兩個(gè)紅色發(fā)光二極管。因此，需要有五個(gè)發(fā)光二極管。其中四個(gè)車燈對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管需要和單片機(jī)I/O端口相連，用三極管驅(qū)動(dòng)；另一個(gè)，與電源相連。4系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)需要完成任務(wù)由上章節(jié)對(duì)系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)我們可以清楚知道，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)都由硬件單獨(dú)可以完成。所以，系統(tǒng)軟件所要完成的任務(wù)包括一下五個(gè)部分。一，鍵盤掃描程序；二，無線電發(fā)射程序，當(dāng)單片機(jī)掃描鍵盤有鍵按下時(shí)，需要單片機(jī)串口給PTR2000無線模塊發(fā)送有效數(shù)據(jù)；三，無線電接受程序，當(dāng)有效數(shù)據(jù)接受時(shí)，需要PTR2000無線模塊給單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。四，電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，根據(jù)接收到的有效信號(hào)來控制電機(jī)的前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)；五，小車前后燈的控制程序，當(dāng)車運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要車燈來判斷車的狀態(tài)。4.2PTR2000編程注意事項(xiàng)PTR2000接收數(shù)據(jù)時(shí)，是隨機(jī)接收的。當(dāng)發(fā)射端有效數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，它能夠接收發(fā)送過來的數(shù)據(jù)；當(dāng)發(fā)射端停止發(fā)射時(shí)，它仍然能夠接收無效數(shù)據(jù)，怎么區(qū)分是有效數(shù)據(jù)，還是無效數(shù)據(jù)，這就需要建立一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議。協(xié)議的第一件事就是能夠識(shí)別噪聲和有效數(shù)據(jù)。噪聲是以隨機(jī)字節(jié)出現(xiàn)的，沒有明顯的方式。通過我們的測(cè)試和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)0xFF后跟0x00在噪聲中不容易發(fā)生，傳輸協(xié)議應(yīng)該在數(shù)據(jù)包前加開始字節(jié)0xFF后跟0。發(fā)送協(xié)議的開始應(yīng)該以一個(gè)任意內(nèi)容的字節(jié)（這是因?yàn)榈谝粋€(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)容易丟失），然后是0xFF后跟一個(gè)0x00；接收協(xié)議規(guī)定只接收以0xFF后跟一個(gè)00x00開始的包[18]4.3系統(tǒng)軟件主要程序的設(shè)計(jì)4.3.1發(fā)射部分控制程序設(shè)計(jì)遙控部分有單片機(jī)和鍵盤模塊組成，單片機(jī)對(duì)按鍵端口掃描，然后判斷是否是有效信息，若是則通過串口給無線模塊進(jìn)行發(fā)射。程序流程圖如圖4.1：通過串口發(fā)射00H，F(xiàn)FH作為標(biāo)志通過串口發(fā)射00H，F(xiàn)FH作為標(biāo)志設(shè)置無線電為發(fā)射模式采集開關(guān)狀態(tài)設(shè)置串口波特率率狀態(tài)信息從串口輸出結(jié)束判斷是否有效開始圖4.1無線發(fā)射部分程序流程圖4.3.2接收部分控制程序設(shè)計(jì)被控部分主要由單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)芯片、無線接收模塊和直流電機(jī)組成，無線電接收信息，單片機(jī)分析數(shù)據(jù)，然后調(diào)用子程序，從而控制直流電機(jī)動(dòng)作。程序流程圖如下圖4.2：結(jié)束結(jié)束YN設(shè)置無線電為接收模式接收開關(guān)狀態(tài)信息設(shè)置串口與發(fā)射相同波特率檢測(cè)通信協(xié)議開始接收判斷前后鍵是否有按下前后電機(jī)停止NN判斷后左右鍵是否有按下左右電機(jī)停止調(diào)用子程序調(diào)用子程序YY開始圖4.2無線接收部分程序流程圖5系統(tǒng)軟硬件調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試可以分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試，當(dāng)然軟件調(diào)試的前提是必須硬件沒有問題，即硬件調(diào)試成功。5.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是檢測(cè)硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。具體步驟及測(cè)試結(jié)果如下：1.檢查電源與地線是否全部連接上，用萬用表對(duì)照電路原理圖測(cè)試各導(dǎo)線是否完全連接，測(cè)試結(jié)果所有連接線都已連接好。2.檢查所有有極性的元器件是否安裝正確，并改正發(fā)現(xiàn)的問題。3.嘗試下載程序，看能否把程序下載到單片機(jī)里面，并解決遇到的問題。硬件調(diào)試時(shí)，遇到了幾個(gè)問題，在老師幫助下都得到了解決，問題如下：1.當(dāng)程序通過燒錄器寫入單片機(jī)時(shí)，單片機(jī)沒有按照預(yù)定設(shè)計(jì)工作，后經(jīng)過老師提醒，用示波器檢測(cè)晶的震蕩電路是否正確。開始檢測(cè)時(shí)，晶振沒有產(chǎn)生鋸齒波形，后來給震蕩電路換了一個(gè)電容，才產(chǎn)生了鋸齒波形。2.檢測(cè)無線傳輸模塊傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，編寫了一個(gè)簡(jiǎn)單程序，但是無線模塊不能正常工作，后用萬能表檢測(cè)出無線傳輸模塊引腳電平，發(fā)現(xiàn)一個(gè)引腳不對(duì)，沒有接地，從而連接了一個(gè)跳線。5.2軟件調(diào)試在系統(tǒng)調(diào)試中，軟件調(diào)試占主要地位。軟件調(diào)試需要使用了仿真器，示波器，和萬能表。其具體步驟如下：1.由于開始無法確定發(fā)射程序是否正確，因此可使發(fā)射程序先簡(jiǎn)單點(diǎn)兒，讓程序控制使無線模塊一直發(fā)射00H,FFH,0EH(任意一個(gè)十六進(jìn)制數(shù))，用Keil軟件將編寫的程序打開，進(jìn)行編譯，調(diào)試，然后生成后綴為HEX文件，之后通過TOPWIN系列的燒錄器把該文件寫入發(fā)射板單片機(jī)中。2.當(dāng)把無線發(fā)射程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)后，接上電源，用示波器檢測(cè)無線模塊DO引腳，如果看到示波器中顯示不同占空比的高低電平時(shí)，說明程序正確。否則，程序不正確。3.確定發(fā)射程序正確后，用仿真器接到無線接收板上，作為其控制單片機(jī)。應(yīng)用仿真器進(jìn)行程序調(diào)試，是給我?guī)砹撕艽蟮姆奖?。?dāng)接入仿真器后，把編好的程序用Keil軟件打開，然后進(jìn)行仿真測(cè)試。程序控制無線電模塊為接收模式，當(dāng)接受到有效數(shù)據(jù)時(shí)，可以使車一個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；當(dāng)沒有有效數(shù)據(jù)時(shí)，使電機(jī)停止不動(dòng)。這樣就能初步檢測(cè)出無線電是否能導(dǎo)通了。4.當(dāng)確定無線電模塊能夠正常工作后，下面就是對(duì)控制邏輯進(jìn)行測(cè)試。一開始，可以先用兩個(gè)按鍵，如前后按鍵。若按一個(gè)前按鍵，接收端得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，則小車會(huì)前進(jìn)；反之，后退。然后，增加為四個(gè)鍵，當(dāng)四個(gè)按鍵調(diào)試完成后，就是對(duì)小燈進(jìn)行調(diào)試。5.3調(diào)試結(jié)果經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試，小車能夠?qū)崿F(xiàn)基本上實(shí)現(xiàn)了任務(wù)要求。按下前進(jìn)鍵時(shí)，小車前進(jìn)，同時(shí)前燈亮；按下后退鍵時(shí)，小車后退，同時(shí)后燈亮；按下左轉(zhuǎn)鍵時(shí)，小車左轉(zhuǎn)；按下右轉(zhuǎn)鍵時(shí)，小車右轉(zhuǎn)。這和要求實(shí)現(xiàn)的任務(wù)基本一致。但是，在這期間也遇到了一些問題，就是無線模塊不太穩(wěn)定，就是遙控部分，由于未知原因的影響，容易受到干擾，使遙控不太靈敏。由于這個(gè)原因，怎么解決小車飛車成為了一個(gè)主要問題。結(jié)論這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)與以往的課程設(shè)計(jì)不同，在時(shí)間上它貫穿了整個(gè)一個(gè)學(xué)期，從開學(xué)第一周的廣泛收集查閱資料，經(jīng)歷了老師一次次細(xì)心的檢查與指導(dǎo)，到后來的制作電路板，乃至到后來的一次次的軟硬件調(diào)試，形成了一個(gè)完整的鍛煉體系，在這個(gè)過程中，我們的收獲是曾經(jīng)做的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)中無法比擬的，現(xiàn)在從以下幾個(gè)方面講述以下我們的感受。在最初的收集資料時(shí)，我們還是使用百度，谷歌等索引查閱，后來經(jīng)老師指教才知道學(xué)校有一個(gè)這么好的圖書資源，我們?cè)谥袊?guó)知網(wǎng)，電子網(wǎng)等搜索文獻(xiàn)，真是又準(zhǔn)確又權(quán)威，不僅找到了相關(guān)資料，而且還發(fā)現(xiàn)很多以前沒接觸過的新知識(shí)，為日后對(duì)專業(yè)課的認(rèn)知提供了更好的條件。在制作硬件的部分，我們可是費(fèi)了很大周折，由于我們做的是遙控小汽車，遙控器部分的PCB板就需要特殊處理一番，首先是它的規(guī)格，它的形狀需要與遙控器的外殼相配，且外殼的邊長(zhǎng)不到十厘米，這就要求我們事先把元件的位置設(shè)計(jì)好，我們就一點(diǎn)點(diǎn)測(cè)量，一點(diǎn)點(diǎn)修改，生怕出現(xiàn)一點(diǎn)誤差導(dǎo)致PCB板安不到遙控器外殼里。在畫PCB板的幾天里，收獲極大，我們把相關(guān)教材翻了又翻看了又看，才發(fā)現(xiàn)制作PCB板有很多奧妙很多樂趣，最后看著一塊自己精心打造的PCB板很是欣慰，但工作才剛剛開始。接下來我們利用等待電路板的十天里，把軟件設(shè)計(jì)中的部分電路調(diào)試出來，在調(diào)試電動(dòng)機(jī)時(shí)，我們用的兼容性較好的功能齊全的L298芯片，但是電動(dòng)機(jī)沒有反應(yīng)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，分別排除了電池沒電，芯片連接及程序設(shè)計(jì)等一系列原因外，才發(fā)現(xiàn)原來是電源轉(zhuǎn)換部分出了問題，芯片規(guī)格不同管腳位置也不同，于是又用鉗子等工具把管腳扳過來，浪費(fèi)了一個(gè)小時(shí)時(shí)間，很不甘心，日后在有類似的一定要借鑒。在電路板和元件都齊全之后，開始了一個(gè)簡(jiǎn)單而需極其細(xì)心的焊接工作，包括元件的安放，管腳的對(duì)應(yīng)，到最后檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)接地管腳是懸空的，仔細(xì)核對(duì)電路板原理圖才發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)自己安放的一個(gè)焊盤沒有連接，于是又重新引了一根導(dǎo)線才使之完整。接下來就是耗時(shí)最長(zhǎng)的軟件調(diào)試部分了，我們聽取了老師的意見，采取分塊調(diào)試，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)靈活，無線電發(fā)射接收模塊分別好使之后，進(jìn)行了組裝工作。我們小組二人，一人發(fā)射一人接收，可是沒有現(xiàn)象，一連調(diào)試數(shù)日都沒有進(jìn)展，當(dāng)時(shí)都有放棄的念頭了，后來又去找到老師，老師給了兩塊仿真器讓我們調(diào)試觀察，在幾天之后，小汽車終于能接收遙控了。初步實(shí)現(xiàn)了前后左右四個(gè)方向的功能，當(dāng)時(shí)的興奮勁無以言表。我們終于能自我設(shè)計(jì)并完成一個(gè)遙控式的小汽車了，接下來還有很多額外的功能沒有實(shí)現(xiàn)，等在日后完成。回顧在整個(gè)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)過程中，苦樂兼得，由最初畫板時(shí)的煩躁與后來的樂趣，由最初調(diào)試毫無進(jìn)展想到放棄到后來的克服困難后的樂此不疲的堅(jiān)持，感受到的不只是專業(yè)知識(shí)的拓展與延伸，還是對(duì)意志品格的磨練。以后會(huì)珍惜每一次這樣的機(jī)會(huì)，增加專業(yè)知識(shí)，打好更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]華兵.MCS-51單片機(jī)原理應(yīng)用.武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社，2002.5．[2]李華.MCU-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社1993.6．[3]徐淑華，程退安，姚萬生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999.6．[4]華兵.MCS-51單片機(jī)原理應(yīng)用.武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社，2002.5．[5]許維祥，劉旭敏.單片微型機(jī)原理及應(yīng)用．大連：大連理工大學(xué)出版社，2005.12．[6]劉同法.單片機(jī)C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)與實(shí)踐．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009，2．[7]王巧芝，鄭峰.51單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用從入門到精通．北京:中國(guó)鐵道出版社，2011．[8]趙麗清.51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用.東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2009．[9]北京教育科學(xué)研究院編．無線電技術(shù)基礎(chǔ)．北京:人民郵電出版社,2005．[10]科學(xué)技術(shù)委員會(huì)．無線電通信技術(shù)．石家莊：機(jī)電部石家莊第54研究所，1972．[11]MicrosofiCorporationDirectX81SDKhelp[EB／DK]USA：Microsoft，2002．[12]]J-STORE[EB/OL].http://jstore.jst.go.jp．[13]21ic中國(guó)電子網(wǎng)[EB/OL]..[14]ic資料網(wǎng)./．[15]文方，李勇．