低頻數(shù)字式相位測量儀設(shè)計與總結(jié)報告示例

低頻數(shù)字式相位測量儀（C題）設(shè)計與總結(jié)報告示例（以下是一個實際的低頻數(shù)字式相位測量儀（C題）設(shè)計與總結(jié)報告）低頻數(shù)字式相位測量儀（C題）摘要：設(shè)計了一個基于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的低頻數(shù)字式相位測量儀。該測量儀包括數(shù)字式移相信號發(fā)生器和相位測量儀兩部分，分別完成移相信號的發(fā)生及其頻率、相位差的預置及數(shù)字顯示、信號的移相以及移相后信號相位差和頻率的測量與顯示等功能。其中數(shù)字式移相信號發(fā)生器可以產(chǎn)生預置頻率的正弦信號，也可產(chǎn)生預置相位差的兩路同頻正弦信號，并能顯示預置頻率或相位差值；相位測量儀能對移相信號的頻率、相位差的測量和顯示。兩個部分均采用基于FPGA的數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)，使得該系統(tǒng)具有抗干擾能力強,可靠性好等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA），數(shù)字式移相信號發(fā)生器，相位測量儀Abstrct：ThepaperdealswithdesigningofalowfrequencyphasemeasurementsystembasedonFPGAtechnology.Thisphasemeasurementsystemincludestwomodules---asignalgeneratorandaphasemeasurementsubsystem.Itssignalgeneratormodulecangenerateasinwavewithpreconcertedfrequencyandtwowaveswithpreconcertedphasedifference.Itcancontinuouslychangesignalphasesthroughphaseshifting.Anditsphasemeasurementsubsystemhasfunctionsofmeasuringsignalphaseandphasedifferenceoftwosignals.AllofitsthreemodulesadoptdigitaltechnologybaseonFPGA.Thissystemischaracteristicofitsstrongantijammingperformanceandfinestability.Keywords：FPGA，Digitalphasesignalgenerator，Phasemeasurementsystem（注意：以上內(nèi)容在實際論文中為一頁）目錄1.系統(tǒng)設(shè)計………………………x1.1設(shè)計要求………………………x1.1.1設(shè)計任務(wù)……………………x1.2.2技術(shù)要求……………………x1.2方案比較………………………x1.2.1相位測量方案………………x1.2.2移相網(wǎng)絡(luò)方案………………x1.2.3正弦波信號發(fā)生器方案……………………x1.2.4頻率測量方案………………x1.2.5幅度控制方案………………x1.2.6濾波選擇方案………………x1.2.7顯示界面方案………………x1.3方案論證………………………x1.3.1總體思路……………………x1.3.2設(shè)計方案……………………x2.單元電路設(shè)計…………………x2.1低頻率數(shù)字式相位測量儀……………………x2.1.1相位測量原理………………x2.1.2原理方框圖…………………x2.1.3原理圖的設(shè)計與制作………………………x2.2數(shù)字式移相信號發(fā)生器………………………x2.2.1數(shù)字移相原理………………x2.2.2正弦波信號的產(chǎn)生…………x3.軟件設(shè)計………………………x3.1開發(fā)軟件及編程語言簡介……………………x3.2軟件實現(xiàn)方法…………………x3.2.1等精度頻率測量的實現(xiàn)……………………x3.2.2正弦波波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生………………………x3.2.3程序流程圖…………………x3.3程序清單及仿真……………x4.系統(tǒng)測試………………………x4.1測試儀器與設(shè)備………………x4.2指標測試………………………x4.2.1幅值、頻率、波形測量………………………x4.2.2相位差測量…………………x4.3誤差分析………………………x4.3.1相位誤差…………………x4.3.2頻率誤差…………………x4.3.3幅值量化誤差……………x5結(jié)論……………x參考文獻…………………………x附錄1、元器件明細表…………x附錄2：程序清單………………xSHAPE（注意：目錄中的頁碼根據(jù)實際論文的頁碼編寫，此處全部用x表示。）1.系統(tǒng)設(shè)計1.1設(shè)計要求（注：設(shè)計要求與第1章1.3.5節(jié)內(nèi)容相同，本書為節(jié)省篇幅，略）1.2方案比較1.2.1相位測量方案相位測量方案的關(guān)鍵問題是相位測量方法的選擇。方案一：基于數(shù)字鑒相技術(shù)實現(xiàn)的方案CD4046鑒相電路輸出經(jīng)AD0809采樣后的數(shù)據(jù)送到FPGA，經(jīng)過處理后，輸出到LED顯示相位，原理方框圖如圖所示。鎖相環(huán)鎖相環(huán)（CD4046）A/D采樣（AD0809）數(shù)據(jù)處理（FPGA）顯示相位值圖數(shù)字鑒相技術(shù)實現(xiàn)相位測量原理方框圖方案二：利用高精度比較器實現(xiàn)的方案將移相信號與基準信號分別送到兩個過零比較器，使雙極性的正弦波轉(zhuǎn)換成單極性的方波。若兩路正弦波存在相位差，則兩路方波也必定存在相同的相位差值。將相位差值對應(yīng)的時間間隔作為FPGA對50MHz的脈沖數(shù)的計數(shù)時間，從而得到正弦波的相位差為：其中，n為方波相位差對應(yīng)時間間隔內(nèi)的脈沖數(shù)，N為方波一個周期內(nèi)的脈沖數(shù)。上述兩種方案從對硬件的要求而言，方案一在FPGA芯片基礎(chǔ)上需要一片CD4046和一片AD0809，而方案二則在FPGA芯片基礎(chǔ)上只需要一片LM393；從測量性能方面來說，在低頻率方面，方案一的相位差總共只能有256個量級，而采用通過FPGA記脈沖數(shù)的方法測量的精度將遠遠高出此量級。因此，選用方案二，采用比較器LM393和FPGA來實現(xiàn)測相。1.2.2移相網(wǎng)絡(luò)方案方案一：直接對模擬信號進行移相，如阻容移相，變壓器移相等。采用這種方式設(shè)計的移相器有許多不足之處，如：輸出波形受輸入波形的影響，移相操作不方便，移相角度隨所接負載和時間等因素的影響而產(chǎn)生漂移等。采用阻容移相網(wǎng)絡(luò)的基本原理簡述如下：由RC電路的原理可知，阻容移相網(wǎng)絡(luò)在不同頻率的正弦波電壓通過RC電路時，輸出端的電壓幅度和相位與輸入不同。兩種簡單的移相電路如圖1.2.2所示。阻容移相網(wǎng)絡(luò)顯然，兩種相移網(wǎng)絡(luò)都是隨著頻率的改變，單節(jié)RC電路中所產(chǎn)生的相移在0o～90o之間變化。為滿足基本部分連續(xù)相移范圍：－45o～＋45o的要求，需采用一個相位超前的相移網(wǎng)絡(luò)和一個相位滯后的相移網(wǎng)絡(luò)。有源移相原理圖如圖所示。通過調(diào)整電路的電阻、電容等參數(shù)，電路可以實現(xiàn)對特定頻率信號的移相，但在被移相信號的頻率發(fā)生變化時，模擬移相電路的相應(yīng)參數(shù)勢必要隨之調(diào)整。對于題目要求給出的100Hz、1KHz、10KHz的三個頻率，可以用FPGA通過四選一模擬開關(guān)CD4052來選擇對應(yīng)的三路模擬移相電路，可以滿足題目中的基本要求。但要在各個頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度的移相，硬件電路將會很復雜。圖1.2.3移相網(wǎng)絡(luò)方案二：采用數(shù)字移相技術(shù)，其核心是：先將模擬信號或移相角數(shù)字化，經(jīng)移相后再還原成模擬信號。高速A/D轉(zhuǎn)換器TLC5510將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將采集的數(shù)字信號通過FPGA進行移相處理后，送至高速D/A轉(zhuǎn)換器AD7524，從而把經(jīng)過處理的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成量化的電流，再通過TL082高速運放，使電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，從而達到對信號的移相處理。其中，對信號的處理上采用了DDFS技術(shù)，在一個正弦周期內(nèi)采用該方案精度高，且易于傳送。原理框圖如圖1.2.4所示。權(quán)衡以上兩方案的優(yōu)缺點，本設(shè)計選用第二種方案。高速A/D采樣（TLC5510）數(shù)據(jù)處理高速A/D采樣（TLC5510）數(shù)據(jù)處理（FPGA）高速D/A轉(zhuǎn)換（AD7524）圖采用數(shù)字移相技術(shù)實現(xiàn)信號移相1.2.3正弦波信號發(fā)生器方案方案一：采用模擬分立元件或單片機控制函數(shù)發(fā)生器完成設(shè)計。通過調(diào)整外部元件可以改變輸出頻率，產(chǎn)生正弦波。但是采用模擬器件分散性大，產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定性較差、精度低、抗干擾能力差、成本也比較高。方案二：采用直接數(shù)字頻率合成，用單片機作為核心控制部件，能達到較高的要求，實現(xiàn)各種波形輸出，但受限于運算位數(shù)及運算速度，產(chǎn)生的波形往往需通過濾波器才能達到滿意效果，并且頻率可調(diào)范圍小，很難得到較高頻率。方案三：采用直接數(shù)字頻率合成，用FPGA器件作為核心控制部件，精度高穩(wěn)定性好，得到波形平滑，特別是由于FPGA的高速度，能實現(xiàn)較高頻率的波形，且控制上更方便，可得到較寬頻率范圍的波形輸出，步進小。顯然第三種方案具有更大的優(yōu)越性、靈活性，所以采用第三種方案進行設(shè)計。1.2.4頻率測量方案方案一：采用測周期法。需要有標準信號的頻率fs，在待測信號的一個周期Tx內(nèi)，記錄標準頻率的周期數(shù)Ns，則被測信號的頻率為：fx=fs/Ns（如圖1.2.5示）。這種方法的計數(shù)值會產(chǎn)生±1個字誤差，并且測試精度與計數(shù)器中記錄的數(shù)值Ns有關(guān)。為了保證測試精度，測周期法僅適用于低頻信號的測量。圖1.2.5測周期法測量頻率原理圖圖1.2.6測頻法測量頻率原理圖方案三：采用等精度頻率測量法，測量精度保持恒定，不隨所測信號的變化而變化。在快速測量的要求下，要保證較高精度的測頻，必須采用較高的標準頻率信號。單片機受本身時鐘頻率和若干指令運算的限制，測頻速度較慢，無法滿足高速、高精度的測頻要求；而采用高集成度、高速的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA為實現(xiàn)高速，高精度的測頻提供了保證。因此選用第三種方案。1.2.5幅度控制方案方案一：采用數(shù)字電位器實現(xiàn)，如圖1.2.7所示。分壓電阻選用數(shù)字電位器，調(diào)整數(shù)字電位器的滑動端，即可實現(xiàn)幅度控制，很難實現(xiàn)幅度的小步進調(diào)節(jié)，且精度較低。DACDACDACDAC圖1.2.7數(shù)字電位器實現(xiàn)幅度控制圖1.2.8D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)幅度控制方案二：采用D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)（如圖1.2.8）。第一級D/A的輸出作為第二級D/A的參考電壓，以此來控制信號發(fā)生器的輸出電壓。D/A轉(zhuǎn)換器的電流建立時間將直接影響到輸出的最高頻率。因此，選用高精度的D/A轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)高精度幅度控制，且步進小。經(jīng)比較，選用第二種方案。1.2.6濾波選擇方案為使產(chǎn)生的信號平滑，采用濾波電路對波形的進行后級處理。由于信號的頻率范圍：20Hz～20KHz，所以采用低通濾波器。方案一：采用最簡單的無源RC低通濾波器。電路圖如圖所示。其特點是電壓放大倍數(shù)低，帶負載能力差，但電路簡單。圖1.2.9無源RC低通濾波器圖1.2.10一階低通有源濾波器方案二：采用一階低通有源濾波器。電路圖如圖所示。由于引入了集成運放，濾波器的通帶電壓放大倍數(shù)和帶負載能力得到了提高，但電路稍復雜。綜合考慮，選用方案一。1.2.7顯示界面方案這是決定系統(tǒng)使用是否方便的關(guān)鍵。方案一：采用點陣式液晶顯示器（LCD）顯示。雖然其功能強大，可顯示各種字體的數(shù)字、漢字，圖像，還可以自定義顯示內(nèi)容，但是編程復雜，需要完成大量的顯示編程工作。方案二：采用發(fā)光二極管（LED）顯示。雖只能顯示非常有限的符號和數(shù)碼字，但可完全滿足本設(shè)計數(shù)字顯示的要求，且編程簡單。分析以上兩種方案的優(yōu)缺點，第二種方案更為方便、實用。1.3方案論證1.3.1總體思路為滿足相位測量儀與數(shù)字式移位信號發(fā)生器互相獨立，不共用控制與顯示電路的要求，采用兩塊xinlinx公司生產(chǎn)的Spartan2E系列xc2s100e-6pq208芯片分別作為相位測量儀與數(shù)字式移位信號發(fā)生器的主控部分進行設(shè)計。相位測量儀設(shè)計的關(guān)鍵問題是：如何完成相位及頻率的測量。數(shù)字式移位信號發(fā)生器設(shè)計的核心問題是：如何產(chǎn)生正弦波并進行數(shù)字移相。1.3.2設(shè)計方案系統(tǒng)方框圖如圖1.3.1所示。數(shù)字式移位信號發(fā)生器頻率/幅度/相位差顯示數(shù)字式移位信號發(fā)生器頻率/幅度/相位差顯示FPGA信號發(fā)生器FPGA測量控制儀頻率顯示AB相位測量儀圖1.3.1系統(tǒng)方框總圖數(shù)字式移位信號發(fā)生器可產(chǎn)生兩路正弦波信號A(U1)和B(U2)，并測量兩信號的頻率、幅度、相位差，還可通過按鍵在頻率、幅度、相位差顯示間自由切換；相位測量儀同時測量、顯示數(shù)字式移位信號發(fā)生器的輸出信號A和B的相位差和頻率。因此，數(shù)字式移位信號發(fā)生器與相位測量儀組成的系統(tǒng)可以完成：移相信號發(fā)生→相位差測量→數(shù)字顯示相位差的功能。2.單元電路設(shè)計2.1低頻率數(shù)字式相位測量儀低頻率數(shù)字式相位測量儀功能：測量并顯示A(U1)、B(U2)輸入信號間的相位差及頻率。低頻率數(shù)字式相位測量儀所需器件：采用運放TL082，比較器LM393，Xinlinx公司生產(chǎn)的Spartan2E系列xc2s100e-6pq208芯片和LED數(shù)碼管。2.1.1相位測量原理被測信號A(U1)、B(U2)經(jīng)過零比較器，在信號的正極性階段產(chǎn)生脈沖A′(U1′)和B(U2′)，整形后形成門控信號UF，其中A′(U1′)開啟主門，B′(U2′)關(guān)閉主門。在門控時間內(nèi)，時標信號通過主門進行計數(shù)顯示，可以得到被測相位的值。它的工作波形如圖示。設(shè)門控信號的開啟時間為tC，計數(shù)值為N，則：tC=NT0(2.1.1）式中To為時標信號的周期。由式（2-1-1）得被測相位差：(2.1.2)若取fo＝360Hz，則每個計數(shù)脈沖表示1o，滿足相位測量絕對誤差≤2o的要求。相位測量原理圖如圖2.1.1所示。2.1.2原理方框圖相位測量儀原理方框圖如圖2.1.2所示。首先將同頻信號A(U1)、B(U2)經(jīng)運算放大器放大后，輸入到過零比較器中。經(jīng)過零比較器后的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?，輸入到FPGA芯片中。通過圖2.1.2低頻數(shù)字式相位測量儀原理框圖2.1.3原理圖的設(shè)計與制作該部分是主要是通過FPGA和LM393來實現(xiàn)的。（1）通道輸入信號調(diào)整電路考慮到用FPGA記脈沖數(shù)來測頻，所以要把雙極性的正弦波信號A(U1)、B(U2)通過過零比較器，變成單極性的方波信號A′(U1′)和B′(U2′)。電路圖如圖2.1.3所示。圖2.1.3低頻數(shù)字式相位測量、數(shù)字移相儀-前端信號處理部分圖中，U2A、U2B（TL082）的作用是提高輸入阻抗，使輸入阻抗大于1MΩ。U1A，U1B（LM393）分別把兩路輸入的正弦波A、正弦波B（或則任意波形都可）通過過零比較，得到頻率、相位與原波形相同的兩路方波。R27、R28為上拉電阻，阻值可選10KΩ。因比較器輸出電壓很小，在輸出端接一上拉電阻可提高輸出電壓；為保護芯片不會因電流過大而燒壞，在芯片輸入端接一限流電阻。為了滿足20Hz～20KHz的要求，所以選用了響應(yīng)時間小于<50000ns的LM393。LM393是內(nèi)接兩個低失調(diào)電壓比較器，具有良好的匹配性與隔離性，且響應(yīng)時間為300ns，遠遠小于50000ns。為了提高輸入阻抗，故前面增加一級電壓跟隨器。TL082是JFET輸入高速雙運放大器。只用一片TL082和一片LM393即可完成對通道輸入信號的調(diào)整。（2）FPGA控制部分電路原理圖低頻數(shù)字式相位測量儀-FPGA控制部分電路原理圖如圖2.1.4所示。圖中，網(wǎng)絡(luò)名B1~B8、B11~B18相連的電阻的阻值為150Ω，其它均為10KΩ。圖2.1.4低頻數(shù)字式相位測量儀-FPGA控制部分電路原理圖（3）低頻數(shù)字式相位測量儀-數(shù)字移相峰值保持、過峰檢查電路電原理圖低頻數(shù)字式相位測量儀-數(shù)字移相峰值保持、過峰檢查電路電原理圖如圖2.1.5所示。圖中，J4是跳針。要實現(xiàn)數(shù)字移相時，J4需要加跳帽。U5A（TL082），D8、D9（IN4148）、C9、C10，D10（3DJ7J）等組成峰值保持電路。其重要功能是在數(shù)字移相時，提供基準電壓FUDU。C9、C10兩極保持，可使峰值電平波動更小。電容要選擇漏電容較少的陶瓷電容。S1為按鍵。由于被移相的對象是幅度穩(wěn)定的正弦波，只有在更改被測對象時，峰值才發(fā)生變化，所以沒必要用FPGA控制對C9、C10的放電。由于RC的放電時間為R*C=0.48μs。手按按鍵時，有足夠的時間把C9，C10的電荷放走。5.U8A（LM393）是檢查過峰。當正弦波過了波峰，U5A的1輸出將變?yōu)樨摰模ㄟ^U8A過零點比較，輸出電平（Fengzhi）由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖健５皖l數(shù)字式相位測量儀峰值保持、過峰檢查電路電原理圖（4）低頻數(shù)字式相位測量儀顯示部分電原理圖低頻數(shù)字式相位測量儀顯示部分電原理圖如所示。圖中D1、D2分別顯示被測兩路正弦波的頻率和兩路的正弦波相位差。圖2.1.6低頻數(shù)字式相位測量儀顯示部分電原理圖（5）低頻數(shù)字式相位測量儀按鍵開關(guān)電路低頻數(shù)字式相位測量儀按鍵開關(guān)電路如圖2.1.7所示。圖中，J6為10KΩ排阻。圖2.1.7低頻數(shù)字式相位測量儀按鍵開關(guān)電路（6）低頻數(shù)字式相位測量儀電源/濾波電路低頻數(shù)字式相位測量儀電源/濾波電路如圖2.1.8所示。低頻數(shù)字式相位測量儀電源/濾波電路2.2數(shù)字式移相信號發(fā)生器所謂移相是指兩種同頻的信號，以其中的一路為參考，另一路相對于該參考作超前或滯后的移動，即稱為是相位的移動。兩路信號的相位不同，便存在相位差，簡稱相差。若我們將一個信號周期看作是360°，則相差的范圍就在0°～360°。2.2.1數(shù)字移相原理隨電子技術(shù)的發(fā)展而興起的數(shù)字移相技術(shù)，這是目前移相技術(shù)的潮流。數(shù)字移相原理簡述如下：先將任意波形信號數(shù)字化，并形成一張數(shù)據(jù)表存入FPGA芯片中，此后可通過兩片D／A轉(zhuǎn)換芯片在FPGA的控制下連續(xù)地循環(huán)輸出該數(shù)據(jù)表，就可獲得兩路任意波形信號，當兩片D／A轉(zhuǎn)換芯片所獲得的數(shù)據(jù)序列完全相同時，則轉(zhuǎn)換所得到的兩路任意波形信號無相位差，稱為同相。當兩片D／A轉(zhuǎn)換芯片所獲得的數(shù)據(jù)序列不同時，則轉(zhuǎn)換所得到的兩路任意波形信號就存在著相位差。由于數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的總個數(shù)一定，因此相位差的值只與數(shù)據(jù)地址的偏移量有關(guān)。這種處理方式的實質(zhì)是：將數(shù)據(jù)地址的偏移量映射為信號間的相位值。方框圖如圖所示。FPGAFPGAA/DD/A相位差⊿φ圖2.2.1數(shù)字移相原理框圖本設(shè)計中數(shù)字式移相信號發(fā)生器可自行產(chǎn)生兩路同頻正弦波信號。由于正弦波函數(shù)表早已編輯好并存儲于ROM中，因此可通過軟件編程實現(xiàn)ROM地址中的數(shù)據(jù)按不同數(shù)據(jù)序列的循環(huán)輸出的功能，并經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得到兩路移相正弦波。2.2.2正弦波信號的產(chǎn)生（1）正弦波的合成對一個幅度為1的正弦波的一個周期進行1024點采樣，用Matlab計算得到每一點對應(yīng)的幅度值，然后量化成8位二進制數(shù)據(jù)存放在ROM中，理論上，采樣的點數(shù)及量化的位數(shù)越多，合成的波形精確度越高，但是，DAC7520的位數(shù)為10位，量化等級最高為1024，其量化誤差已能達到要求，對于查正弦表的舍入誤差也可忽略，故不再細分。這里采用360個采樣點，是為了調(diào)頻時能得到較好的波形。依次取出ROM中的數(shù)據(jù)，即可得到幅度上是階梯型的正弦波。再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，便可得到連續(xù)的正弦波。（2）頻率調(diào)節(jié)的實現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成（DirectDigitalFrequencySynthesis，即DDFS，一般簡稱DDS）是從相位概念出發(fā)直接合成所需要波形的一種新的頻率合成技術(shù)。由于采用DDS技術(shù)，在ROM中存有波形一個周期的n個等間隔歸一化采樣數(shù)據(jù)，改變對ROM的掃描頻率，從而改變對ROM中數(shù)據(jù)的讀取速度，即可合成不同頻率的波形，存儲器中存入過量的采樣值，使得采樣點數(shù)較少時，依然能夠得到較好的波形輸出，從而得到較高的頻率輸出。否則，采樣點數(shù)太少會使產(chǎn)生的波形嚴重失真。輸出波形的頻率可由式（2.2.1）計算：（2.2.1）其中，fosc為晶振頻率，k為分頻系數(shù)，360為采樣點數(shù)，則：（2.2.2）在實現(xiàn)方法上，現(xiàn)有的晶振為50MHz，若通過按鍵預置頻率f＝1KHz，則f0取1KHz。由式（2-2-2）可得分頻系數(shù)k＝138.88，進行四舍五入得：k＝139。不同的分頻系數(shù)，對應(yīng)不同的存儲幅值ROM的掃描頻率fs，從而改變了對ROM中數(shù)據(jù)的讀取速度⊿t。已知一個周期采樣點數(shù)N為720個，設(shè)輸出波形的周期為T，則：（2.2.3）因此頻率調(diào)節(jié)的全過程可總結(jié)為：改變預置頻率f→分頻系數(shù)k改變→對ROM的掃描頻率fs改變→讀取ROM數(shù)據(jù)的速度⊿t改變→輸出波形周期T改變→輸出波形頻率f0改變。（3）幅度控制、雙D/A設(shè)計雙D/A轉(zhuǎn)換是實現(xiàn)幅度可調(diào)的關(guān)鍵。D/AC輸出電壓VDAC作為幅度控制的D/AC的參考電壓輸入，依據(jù)：式（2.2.4）其中：K為一常系數(shù)，N為D/AC的輸入數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用的是高精度D/A轉(zhuǎn)換器DAC7520，電流建立時間為1.0μs，幅度控制用10位D/A控制，最大峰－峰值為5V。（4）濾波、顯示設(shè)計采用無源低通濾波器，濾除信號中的干擾信號。數(shù)碼管顯示幅度、頻率、相位差。（5）數(shù)字式移相信號發(fā)生器方框圖數(shù)字式移相信號發(fā)生器方框圖如圖2.2.2所示。圖中，鍵盤由按鍵，開關(guān)，4位一體BCD碼置入器組成。FPGA包括控制器和存儲器。控制器主要功能有：把置入的頻率數(shù)據(jù)，相位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成脈沖間隔數(shù)，并通過計數(shù)，不斷循環(huán)地從存儲器取出正弦波波形數(shù)據(jù)送至D/A轉(zhuǎn)換器（AD7524）；把幅度數(shù)據(jù)送至D/A轉(zhuǎn)換器（AD7520），經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化得到電平，作為波形D/A轉(zhuǎn)化器的基準電平，從而實現(xiàn)調(diào)幅功能。存儲器內(nèi)存儲了正弦波在一個時域周期360個采樣點，量化級數(shù)為256。平滑濾波：采用RC濾波網(wǎng)絡(luò)。頻率，相位，幅度都是通過2位開關(guān)的組合在一個4位一體的數(shù)碼管顯示的。圖2.2.2數(shù)字式移相信號發(fā)生器方框圖（6）FPGA控制部分電路原理圖與低頻數(shù)字式相位測量儀FPGA控制部分電路原理圖相同，如所示。（7）數(shù)字式移相信號發(fā)生器顯示/按鍵/開關(guān)部分數(shù)字式移相信號發(fā)生器顯示/按鍵/開關(guān)部分如圖所示。圖中，J2為阻值為10KΩ的5腳排阻。D1、D2在這里起簡單的降壓作用，把5V直流電壓變?yōu)槁源笥?.3V的直流電壓。圖2.2.3數(shù)字式移相信號發(fā)生器顯示/按鍵/開關(guān)部分（8）數(shù)字式移相信號發(fā)生器-正弦波A/B信號發(fā)生部分數(shù)字式移相信號發(fā)生器-正弦波A信號發(fā)生部分電原理圖如圖所示（B信號發(fā)生電路完全相同，略）。圖中，U4（AD7520）和運放U8A把來自FPGA幅度數(shù)據(jù)U40~U49轉(zhuǎn)化為AD7524的基準電壓，從而實現(xiàn)數(shù)控調(diào)壓，步進為10Mv。U2（AD7524）和U9A、U9B運放把來自FPGA波形數(shù)據(jù)U20~U27轉(zhuǎn)化成正弦波A。R44和C20構(gòu)成簡單的RC濾波網(wǎng)絡(luò)。4.J7為正弦波A信號輸出接口，J8為正弦波B信號輸出接口。圖2.2.4數(shù)字式移相信號發(fā)生器-正弦波A/B信號發(fā)生部分電原理圖（9）數(shù)字式移相信號發(fā)生器-電源/濾波電路數(shù)字式移相信號發(fā)生器-電源/濾波電路與低頻數(shù)字式相位測量儀電源/濾波電路相同，如所示。3.軟件設(shè)計3.1開發(fā)軟件及編程語言簡介系統(tǒng)采用硬件描述語言VHDL按模塊化方式進行設(shè)計，并將各模塊集成于FPGA芯片中，然后通過XilinxISE4.2軟件開發(fā)平臺和ModelSimXilinxEdition5.3dXE仿真工具，對設(shè)計文件自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，最后對FPGA芯片進行編程，實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計要求。采用VHDL（VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptiponLanguage）超高速集成電路硬件描述語言設(shè)計復雜數(shù)字電路的方法具有很多優(yōu)點，VHDL語言的設(shè)計技術(shù)齊全、方法靈活、支持廣泛。VHDL語言的系統(tǒng)硬件描述能力很強，具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力，可以從系統(tǒng)級到門級電路，而且高層次的行為描述可以與低層次的RTL描述混合使用。VHDL在描述數(shù)字系統(tǒng)時，可以使用前后一致的語義和語法跨越多層次，并且使用跨越多個級別的混合描述模擬該系統(tǒng)。因此，可以對高層次行為描述的子系統(tǒng)及低層次詳細實現(xiàn)子系統(tǒng)所組成的系統(tǒng)進行模擬。3.2軟件實現(xiàn)方法3.2.1等精度頻率測量的實現(xiàn)圖3.2.1等精度測頻實現(xiàn)方法的原理3.2.2正弦波波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生利用Matlab6.1計算波形數(shù)據(jù)，程序及結(jié)果如下：>>step=2*pi/1023;>>x=0:step:2*pi;>>y=127.5*sin(x)+127.5;>>z=round(y)z=Columns1through10128128129130131131132133134135Columns11through20135136137138138139140141142142Columns1021through10241251261271273.2.3程序流程圖數(shù)字式移相信號發(fā)生器程序流程圖如圖3.2.2所示。首先通過開關(guān)選擇調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅功能，然后相應(yīng)的進行置數(shù)或調(diào)節(jié)。調(diào)相和調(diào)頻通過撥盤碼進行頻率和相位的預置。調(diào)幅通過兩個按鍵進行連續(xù)的增幅和減幅.最后將相應(yīng)的數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。圖3.2.2數(shù)字式移相信號發(fā)生器程序流程圖圖3.2.2數(shù)字式移相信號發(fā)生器程序流程圖YY開始信號輸入是否為上升沿開始計數(shù)等待YN第二個上升沿到來N存儲、計數(shù)是否為下降沿停止計數(shù)并顯示YN圖3.2.3相位測量儀模塊程序流程圖3.3程序清單及仿真系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，數(shù)字式移相信號發(fā)生器的軟件設(shè)計分為：一個頂層映射總模塊和幅頻控制、數(shù)據(jù)ROM、譯碼、顯示四個子模塊。通過Xilinx的ISE4.2軟件仿真將各子模塊映射為原理圖，后用數(shù)據(jù)線連接各子模塊，如圖3.3.2所示。相位測量儀程序清單與各模塊的功能說明詳見附錄。相位測量儀頂層映射原理圖如圖3.3.1所示。圖3.3.1相位測量儀頂層映射原理圖圖3.3.2數(shù)字式移項信號發(fā)生器頂層映射原理圖圖3.3.2數(shù)字式移項信號發(fā)生器頂層映射原理圖4.系統(tǒng)測試4.1測試儀器與設(shè)備測試用儀器與設(shè)備如表4.1.1所示。表4.1.1測試用儀器與設(shè)備儀器名稱型號指標生產(chǎn)廠數(shù)量FPGA實驗儀DP-FPGA廣州致遠電子有限公司1雙通道數(shù)字示波器綠揚YB4365100MHz江蘇揚中電子儀器廠1低頻信號發(fā)生器GFG-8216A20KHz江蘇揚中電子儀器廠1數(shù)字萬用表UT20063位半深圳勝利公司1穩(wěn)壓電源DF1731SC2A0～30V江蘇揚中電子儀器廠1計算機聯(lián)想PC機P1.5G，256M內(nèi)存聯(lián)想公司14.2指標測試測試表中凡以“#”標志代替的，均為無法測量到的數(shù)據(jù)。4.2.1幅值、頻率、波形測量測量幅值：先將數(shù)字式移相信號發(fā)生器輸出接示波器，然后將數(shù)字式移相信號發(fā)生器的撥動開關(guān)撥到置幅檔，調(diào)節(jié)按鈕S1，S2，增加或減小幅值。測試方法：低頻信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波，輸入到相位測量儀的輸入端A和B，調(diào)節(jié)低頻信號發(fā)生器改變輸出信號的頻率，可通過數(shù)碼管顯示測量儀的實測頻率。（1）相位測量儀輸出頻率測試測試數(shù)據(jù)如表4.2.1。（2）數(shù)字式移相信號發(fā)生器輸出波形測試測試數(shù)據(jù)如表4.2.2。（3）數(shù)字式移相信號發(fā)生器與相位測量儀聯(lián)調(diào)的測試將數(shù)字式移相信號發(fā)生器兩路信號的輸出接到相位測量儀的兩輸入端，進行數(shù)字式移相信號發(fā)生器與相位測量儀聯(lián)調(diào)。4.2.2相位差測量測量相位差：先將數(shù)字式移相信號發(fā)生器的AB兩輸出端與相位測量儀的AB兩輸入端連接，然后設(shè)置撥碼盤，按下置數(shù)開關(guān)，相位測量儀的數(shù)碼管顯示頻率，接著撥撥動開關(guān)，調(diào)到置相檔，設(shè)置撥碼盤，按下置數(shù)開關(guān)，相位測量儀的兩數(shù)碼管顯示相位差和頻率。表4.2.1相位測量儀輸出頻率測試表被測量實際輸入值測量值誤差(%)頻率（Hz）20#1001010.015005000100010060.00610K10.05K0.00520K20.05K0.0025表4.2.2數(shù)字式移相信號發(fā)生器測試數(shù)據(jù)表被測量預置值實測值誤差（%）相位差（o）0004545.360.008125124.52-0.00384215214.12-0.00409359356.68-0.0065頻率（Hz）202001001000100010020.00210K9.24K-0.007620K17.30K-0.135幅值（V）（f＝1KHz）0.30.298-0.00671.51.50002.52.5020.00803.53.5040.001145.05.00004.3誤差分析4.3.1相位誤差（1）相位測量儀的相位誤差①時基誤差：A/D采樣時，由于采樣時鐘不穩(wěn)定或者受到干擾的影響，采樣時間間隔不均勻，造成采得信號的時間間隔有偏差。②噪聲的混入：相位測試中，被測正弦信號會不可避免地混入噪聲，噪聲信號疊加于正弦信號之上，使正弦波的過零點發(fā)生偏移。采用小波技術(shù)處理A/D采樣后得到的信號，對混入的采集噪聲及直流、諧波分量進行抑除，之后用兩信號最大點的時間間隔求取相位差，可減小誤差。（2）數(shù)字式移相信號發(fā)生器的相位誤差①相位量化誤差:由于波形是通過一系列有限的離散采樣點表示的，這就不可避免地引入了相位量化誤差，增加采樣點數(shù)可減小誤差。本設(shè)計一個周期內(nèi)取720個采樣點。②舍位引起的誤差:在DDFS中，由于對分頻系數(shù)k進行四舍五入，會不可避免的產(chǎn)生相位誤差。4.3.2頻率誤差由式(2.1.3)可知，若忽略標頻fosc的誤差，則等精度測頻可能產(chǎn)生的相對誤差為：(4.3.1)其中，fxe為被測信號頻率的準確值。在測量中，由于fx計數(shù)的起停時間都是由該信號的上升測觸發(fā)的，在閘門時間τ內(nèi)對fx的計數(shù)Nx無誤差（4.3.2）對fs的計數(shù)Ns最多相差一個數(shù)的誤差，即：|ΔNs|≤1,其測量頻率為：（4.3.3）將式(2.1.3)和式（4.3.3）代入式(4.3.1)，并整理得：（4.3.4）由上式可以看出，測量頻率的相對誤差與被測信號頻率的大小無關(guān)，僅與閘門時間和標準信號頻率有關(guān)，閘門時間越長，標準頻率越高，測頻的相對誤差就越小。4.3.3幅值量化誤差由于ROM中存儲的數(shù)據(jù)字長和D/A位數(shù)有限，所以D/A進行幅值量化時會產(chǎn)生幅值量化誤差，增加數(shù)據(jù)字長和D/A位數(shù)將可以減少這種誤差。5結(jié)論本設(shè)計制作完成了題目要求的基本部分的全部要求和發(fā)揮部分的大部分要求，達到設(shè)計要求。個別指標由于時間有限只完成相應(yīng)的軟件和硬件設(shè)計，整體調(diào)試還未能全部完成。參考文獻：1.潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)實用教程[M].北京：科學出版社.2002.10第一版.全國大學生電子設(shè)計競賽組委會.第五屆全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編(2001)[M].北京:北京理工大學出版社.2003.1第一版.高吉祥，黃智偉，丁文霞.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003年，第1版鄒其洪黃智偉高嵩.電工電子實驗與計算機仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003年，第1版張友漢.電子線路設(shè)計應(yīng)用手冊[M].福建：福建科學技術(shù)出版社.2000.7第一版.沈維聰，劉義菊.數(shù)字移相技術(shù)的分析和實現(xiàn).年.附錄:附錄1.主要元器件清單（注：本書為節(jié)省篇幅，略）附錄2：程序清單（注：本書為節(jié)省篇幅，略）附錄3：印制板圖（注：本書為節(jié)省篇幅，略）附錄4：系統(tǒng)使用說明（注：本書為節(jié)省篇幅，略）7.2.3簡易智能電動車（E題）設(shè)計與總結(jié)報告示例（以下是一個實際的簡易智能電動車（E題）設(shè)計與總結(jié)報告）簡易智能電動車（E題）摘要：本設(shè)計采用兩塊單片機（AT89C51和AT89C2051）作為智能小車的檢測和控制核心，實現(xiàn)小車識別路線、判斷并自動躲避障礙、選擇正確的行進路線、尋找光源等功能。引導方式采用反射式光電傳感器感知與地面顏色有較大差別的導引線，障礙判斷采用超聲波傳感器。驅(qū)動電機采用直流電機，電機控制方式為單向PWM控制。電機控制核心采用AT89C2051單片機，控制系統(tǒng)與電路用光電耦合器完全隔離以避免干擾?？刂粕喜捎梅謺r復用技術(shù)對系統(tǒng)進行優(yōu)化。關(guān)鍵詞：智能控制光電檢測PWM脈寬調(diào)制電動車SimpleIntelligentizedElectricMotorsAutomobileAbstract：Basedontwomicrocontrollers,AT89C51andAT89C2051,themodelcarcanraceintelligentlybydetectingblacklinesontheground.Reflecting-infraredsensors,areappliedtodetectblacklines,andmetal-detectingsensorsaretodetectmetals.ByintroducingPWMtothesystem,weareabletocontrolmotorrevolvingspeeddynamicallyandprecisely.Keyword:intelligentlycontrol,reflecting-infraredsensors,PWM,electricmotorsautomobile（注意：以上內(nèi)容在實際論文中為一頁）目錄系統(tǒng)方案選擇和論證…………x1.1題目要求…………………x1.1.1基本要求………………x1.1.2發(fā)揮部分………………x說明……………………x1.2系統(tǒng)基本方案………………x各模塊方案選擇和論證………………x1.2.2系統(tǒng)各模塊的最終方案…………………x2系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)………………………x2.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分……………………x2.2主要單元電路的設(shè)計………………………x2.2.1檢測部分的單元電路設(shè)計……………x2.2.2智能控制部分的單元電路設(shè)計…………x3系統(tǒng)的軟件設(shè)計……………x3.1檢測光電傳感器子程序………………………x3.2尋軌跡子程序………………x3.3金屬探測子程序………………x3.4繞障礙物子程序………………x3.5超聲波收發(fā)子程序……………x3.6尋光源子程序………………x3.7金屬塊探測子程序……………x3.8其他子程序……………………x3.9系統(tǒng)主程序流程圖……………x4系統(tǒng)測試…………………………x4.1測試儀器………………………x4.2指標測試………………………x4.2.1光電檢測部分測試…………x4.2.2前輪驅(qū)動電路……………x4.2.3金屬傳感器測試…………x4.2.4金屬片與起跑線的距離測試………………x4.2.5小車入庫測試……………x4.2.6系統(tǒng)實現(xiàn)的功能……………x4.3結(jié)論……………x5總結(jié)………………x參考文獻……………x附錄…………………x附錄1：元器件清單附錄2：系統(tǒng)電路圖SHAPE附錄3：程序清單附錄4：系統(tǒng)使用說明注意1：目錄中的頁碼根據(jù)實際論文的頁碼編寫，此處全部用x表示。注意2：以上部分在實際論文中為一頁。1.系統(tǒng)方案選擇和論證1.1設(shè)計要求（注：設(shè)計要求與第1章1.3.7節(jié)內(nèi)容相同，本書為節(jié)省篇幅，略）1.2系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為控制部分和信號檢測部分。其中信號檢測部分包括：金屬探測模塊，障礙物探測模塊，路程測量模塊，路面檢測模塊，光源探測模塊。控制部分包括：電機驅(qū)動模塊，顯示模塊，控制器模塊，計時模塊，狀態(tài)和標志模塊十個基本模塊，模塊框圖如圖1.2.1所示。為實現(xiàn)各模塊的功能，分別作了幾種不同的設(shè)計方案并進行了論證。圖1.2.1小車的基本模塊方框圖各模塊方案選擇和論證1.控制器模塊根據(jù)題目要求，控制器主要用于各個傳感器信號的接收和辨認、控制小車的電機的動作、控制顯示車速與運行的時間以及小車在停車時發(fā)出的聲光信號等。對于控制器的選擇有以下兩種方案。方案一：采用FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA軟件仿真，調(diào)試，易于進行功能擴展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。由檢測模塊輸出的信號并行輸入FPGA，F(xiàn)PGA通過程序設(shè)計控制小車做出相應(yīng)的動作，但由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。方案二：采用ATMEL公司的AT89C51和AT89C2051作為系統(tǒng)控制器的雙CPU方案。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?；谝陨戏治鰯M定方案二，小車單片機控制的方框圖如圖1.2.2所示。在本設(shè)計中，我們采用了兩片單片機分開對9個單元模塊進行監(jiān)測和控制，這樣減輕了單個CUP的負擔，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時，通過CPU之間的分階段地互相控制，減少了外圍設(shè)備。由AT89C2051控制電機的前轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)等功能，同時監(jiān)測由路面檢測模塊、障礙物探測模塊和光源探測模塊的感應(yīng)信號。AT89C51負責監(jiān)測金屬探測模塊和路程測量模塊，同時實現(xiàn)車速的顯示，計時和控制小車的狀態(tài)標志等功能。圖1.2.2單片機控制的方框圖（2）金屬探測模塊金屬探測模塊主要用于跑道中金屬塊的探測。考慮到金屬一般都是導體，根據(jù)電磁場理論可知，在受到時變電磁場作用的任何導體中，都會產(chǎn)生電渦流。因此，在本系統(tǒng)中采用電渦流式傳感器實現(xiàn)對金屬塊的檢測。電渦流式金屬傳感器是建立在磁場的理論基礎(chǔ)上而工作的。電渦流傳感器的探測部分是由空心線圈構(gòu)成的，當線圈有振蕩電流通過時，空心線圈產(chǎn)生一個交變的磁場H1，當有金屬導體進入線圈的磁場范圍時，金屬導體內(nèi)部便產(chǎn)生感應(yīng)電流，即，渦流I2，該渦流又產(chǎn)生一個新的感應(yīng)磁場H2，H2和H1的方向相反，它會削弱原磁場H1，從而使線圈的阻抗、Q值和L的值發(fā)生改變。我們要將這種變化轉(zhuǎn)化為電流或電壓的變化。相應(yīng)的，就有三種測量電路：①Q(mào)值測量電路；②阻抗測量電路；③電感測量電路。在本設(shè)計中我們采用諧振法，也就是電感測量電路。它是將線圈的電感L隨外作用變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流變化。所謂諧振法通常是將線圈電感L與固定電容C并聯(lián)組成諧振回路。由物理學可知，其諧振頻率為：諧振回路的阻抗為：當傳感器的電感L變化時，頻率f0和Z0都隨之變化，因此可以通過測量頻率和阻抗來測量電感L值的變化量，這就有調(diào)幅和調(diào)頻法之分。在本設(shè)計中采用調(diào)幅法。調(diào)幅法：調(diào)幅電路如圖。圖中，電感L和電容C1和C2接成電容三點式振蕩器。LC回路的輸出電壓為由此可見，當傳感器L變化時，回路輸出電壓u也隨之變化，該電壓就反映了外作用。當沒有被測物體時，先使LC回路諧振，諧振頻率為此時阻抗值最大，輸出電壓為最大。當被測物體與線圈的接近時，導體產(chǎn)生的感應(yīng)磁場使線圈的電感變化L，從而引起LC回路失諧，振幅下降，輸出電壓u變小。圖1.2.3為金屬傳感器的方框圖，由于LC回路輸出的是正弦波，我們在后面接入了整形比較電路，使單片機可根據(jù)LC回路的輸出電壓的變化進行金屬塊有無的邏輯判斷。圖1.2.3金屬傳感器方框圖（3）障礙物探測模塊障礙物探測模塊是用來判斷小車前方是否有障礙物并確定小車與障礙物之間的距離。為了確保小車在行駛過程中避免撞到障礙物，系統(tǒng)需要利用測距傳感器檢測出障礙物與小車之間的距離，使小車做出正確的動作，避免與障礙物相碰。對于測距傳感器的選擇有以下幾種方案。方案一：采用激光傳感器檢測距離，利用光的反射原理進行距離的測量，激光傳感器方框圖如圖1.2.4所示。激光具有方向性強、亮度高、單色性好、傳輸速度快（C=3×108m/s）等優(yōu)點，因此激光傳感器具有抗干擾性強，測量精度高，反應(yīng)速度快等特點。但由于激光是以光速傳播的，距離與時間的關(guān)系滿足：2S=C×T1，在本系統(tǒng)中障礙物離小車的距離最大不超過2m，所以T1≤4/C=1.33×10-8s，而單片機的機器時鐘為晶體振蕩器的十二分之一（一般單片機采用12MHz或6MHz的晶振），遠大于T1，因此需要添加外部的發(fā)射電路才能適合單片機接收，同時，由于激光傳感器的制作比較精細使其價格過高。如圖所示，單片機控制信號在延時后控制激光發(fā)射器發(fā)射激光束，同時開始計時，當接收器將接收的信號反饋給單片機時停止計時。通過時間差和光速的特點計算路程。圖1.2.4激光傳感器方框圖方案三：采用超聲波傳感器測距離。由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學上的定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時，入射角等于反射角。且超聲波具有較好的指向性，頻率越高，指向性越強。聲波在空氣中傳播的速度約為345m/s，根據(jù)公式：2S=V×T2（S≤2m），可知T2≤1.16×10-2s，這在單片機的機器周期內(nèi)，易于邏輯判斷?；谝陨戏治?，擬訂方案三。應(yīng)用單片機發(fā)射和接收超聲波傳感器信號的方框圖如圖1.2.5所示。圖1.2.5應(yīng)用單片機發(fā)射和接收超聲波傳感器信號的方框圖單片機發(fā)出40kHz的脈沖信號，通過驅(qū)動電路由超聲波的發(fā)射器發(fā)射出去，連續(xù)發(fā)十個，同時定時器開始計時，如果接收器在發(fā)完十個脈沖后未接收到反饋信號，則判斷無障礙物，延時后單片機再發(fā)十個脈沖信號；如果接收器收到反饋信號，則判斷有障礙物，并通知單片機停止計時。通過時間差計算距離。設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為344m/s，則根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=344t/2。在本設(shè)計中，采用高靈敏度、高可靠性、高穩(wěn)定性、耐高、低溫度、耐濕度、耐沖擊、發(fā)射頻率為40kHz的超聲波傳感器判斷障礙物的距離。在本設(shè)計中只要繞過C點前的障礙物即可，因此只需要一對超聲波傳感器400ST(329)。（4）距離測量模塊路程測量模塊用來測量小車從啟動到任意時刻所走的路程。根據(jù)題目要求，需要顯示金屬片與起跑線之間的距離，考慮到小車在行駛過程中，車輪旋轉(zhuǎn)一圈所行走的距離就是車輪的周長，因此只要在某時間間隔內(nèi)測量出車輪的圈數(shù)，依照S=n×C（其中S為路程，C為車輪的周長，n為圈數(shù)），就可得出路程值。受鼠標的工作原理啟發(fā)，采用透射式光電傳感器。由于透射式光電傳感器是溝槽結(jié)構(gòu)，可以將其置于車輪固定軸上，再在車輪上安裝鼠標中的編碼器滾軸，讓其恰好通過溝槽，車輪轉(zhuǎn)動時，透射式光電傳感器會產(chǎn)生一個個脈沖。通過對脈沖計數(shù)，實現(xiàn)對圈數(shù)的測量。該方案也適合用于精度較高的場合。（5）路面軌跡檢測模塊路面檢測模塊實現(xiàn)小車跟隨黑色軌道行駛，在行駛的途中不能超出軌道?？紤]到軌道是一條黑線，周圍鋪設(shè)了白紙，可以利用傳感器辨認路面黑白兩種不同狀態(tài)。對傳感器的選擇有以下方案。方案一：采用熱探測器。熱探測器是利用所接收到的紅外輻射后，會引起溫度的變化，溫度的變化引起電信號輸出，且輸出的電信號與溫度的變化成比例，當紅外線被黑線吸收是、時，溫度會減小，電壓變低，而紅外線沒有被吸收時，電壓不變，單片機可以根據(jù)電壓的變化來判斷路面的狀態(tài)。由于溫度變化是因為吸收熱輻射能量引起的，與吸收紅外輻射的波長沒有關(guān)系，即對紅外輻射吸收沒有波長的選擇，因此受外界環(huán)境的影響比較大。方案二；采用光電探測器。光電探測器接收紅外輻射后，由于紅外光子直接把材料的束縛態(tài)電子激發(fā)成傳導電子，由此引起電信號輸出，信號大小與所吸收的光子數(shù)成比例。且這些紅外光子的能量的大?。醇t外光還必須滿足一定的波長范圍），必須滿足一定的要求，才能激發(fā)束縛電子，起激發(fā)作用。光電探測器吸收的光子必須滿足一定的波長，否則不能被吸收，所以受外界影響比較小，抗干比較強?；谝陨戏治?，擬定方案二。并考慮使用兩個光電傳感器或者使用三個光電傳感器兩種方案。表1.2.2為使用三個傳感器時的狀態(tài)真值表，從表中可以看出，中間的傳感器起到預判的作用，在小車輕微偏離時，可以調(diào)整車輪小幅度偏轉(zhuǎn)，一旦小車速度過快，嚴重偏離軌道時，調(diào)整小車大幅度偏轉(zhuǎn)，小車的穩(wěn)定度和速度得到了保證。使用兩個傳感器時，只有嚴重偏離的狀態(tài)，因此在檢測到有高電平時就必須大幅度偏轉(zhuǎn)，速度和穩(wěn)定度降低。但由于在本題中對速度和穩(wěn)定度的要求不高，并且三個傳感器需要三個驅(qū)動電路，增加了電路的復雜程度，因此在本設(shè)計中我們使用兩個光電傳感器，安放在小車的底板下。表1.2.2光敏傳感器狀態(tài)真值表（6）光源探測模塊本題要求小車在光源的引導下，通過障礙區(qū)進入停車區(qū)并到達車庫。光源探測模塊的功能主要是引導小車朝光源行駛，使小車具有追蹤光源的功能。由于光源會發(fā)出光線和熱量，我們可以采用光敏三極管傳感器和熱釋電傳感器實現(xiàn)追蹤光源的功能。考慮到光敏三極管傳感的檢測電路簡單、面積小，同時可以減少系統(tǒng)傳感器的種類，因此在設(shè)計中采用了光敏傳感器。由于采用的是白熾燈，光線是射散的，為了便于小車能夠在偏離光源一定角度的情況下仍能檢測到光線，我們使用了三個互成一定角度的傳感器組，這樣增加了小車的檢測范圍。同時為提高傳感器的方向性，在二極管感應(yīng)平面的前端固定一根2cm長的塑料筒，光源檢測實物示意圖如圖1.2.6所示。圖1.2.6光源檢測實物示意圖單片機可根據(jù)這三個光敏三極管的狀態(tài)，控制小車動作，尋找光源。小車的動作和傳感器的對應(yīng)關(guān)系如表所示。表1.2.3狀態(tài)-動作對應(yīng)表狀態(tài)光敏三極管A光敏三極管B光敏三極管C光源與車之間的位置小車動作1000非常遠--2001在車的右端右轉(zhuǎn)（幅度大）3010正對車直線行駛4011在車的右端右轉(zhuǎn)（幅度小）5100在車的左端左傳（幅度大）6101----7110在車的左端左轉(zhuǎn)（幅度?。?111非常近減速直線行駛（7）電機驅(qū)動模塊電機的驅(qū)動電路主要通過電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實現(xiàn)小車的前后或者左右的方向選擇。對于電機驅(qū)動電路有下面的幾種方案。方案一：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)整。圖1.2.7為繼電器控制電路，其中光偶將單片機和驅(qū)動電路隔開，當需要小車左轉(zhuǎn)時由單片機控制光偶4N26-1導通，使繼電器RELAY1和RELAY4關(guān)閉，RELAY2和RELAY3打開，電機正向?qū)?，當需要小車右轉(zhuǎn)時由單片機控制光偶4N26-2導通，使繼電器RELAY2和RELAY3關(guān)閉，RELAY1和RELAY4打開，電機反向?qū)?。這個方案的優(yōu)點是電路比較簡單，缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短可靠性不高。圖1.2.7繼電器式電機驅(qū)動電路方案二：采用三極管組成的開關(guān)PWM電路。如圖1.2.8所示，我們采用了三極管代替了繼電器，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和反轉(zhuǎn)的等優(yōu)點。圖1.2.8三極管式電機驅(qū)動電路基于上述理論分析，擬定方案二。本設(shè)計中有兩路驅(qū)動電路：前輪驅(qū)動，負責小車的左右運動；后輪驅(qū)動，負責小車的前后運動。（8）顯示模塊在小車運行過程中，系統(tǒng)需要對運行的時間和路程作必要的顯示。我們考慮有以下兩種顯示方案。方案一：使用液晶顯示屏顯示時間和路程。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等特點。但由于只需顯示時間和路程這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。在使用時，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶的顯示芯片，不易維護。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度比較高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。根據(jù)以上的論述，采用方案二。在本系統(tǒng)中，我們采用了數(shù)碼管的動態(tài)顯示，節(jié)省單片機的內(nèi)部資源。（9）計時模塊計時模塊要實現(xiàn)的功能是對小車從啟動到停止的過程進行計時，最小單位為0.01s。由于本系統(tǒng)的控制器是由單片機構(gòu)成的，其內(nèi)部有很好的定時系統(tǒng)，因此系統(tǒng)使用AT89C51內(nèi)置的定時器/計數(shù)器實現(xiàn)該模塊功能。在AT89C51內(nèi)部有2個定時器/計數(shù)器，它的計數(shù)脈沖的頻率為所選晶振頻率的1/12。本系統(tǒng)使用的晶振頻率為12MHz，則計數(shù)脈沖頻率為1MHz，通過對定時器/計數(shù)器的溢出控制，可以容易的實現(xiàn)最小單位為0.1s的計時功能。本方案在有效地利用系統(tǒng)資源的同時，又減少了單片機的外圍電路。（10）狀態(tài)標志模塊狀態(tài)標志模塊的設(shè)計要求是在小車檢測到金屬時發(fā)出光聲信號。在發(fā)聲方面，考慮到體積和功耗的因素，我們使用了蜂鳴器代替普通的揚聲器。在發(fā)光方面，考慮到電路的簡易程度，功耗和電源的因素，系統(tǒng)采用了發(fā)光二極管。1.3系統(tǒng)各模塊的最終方案經(jīng)過仔細分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下：控制模塊：采用AT89C51和AT89C2051雙CPU控制金屬探測模塊：采用電渦流式傳感器障礙物探測模塊：采用超聲波傳感器車速檢測模塊：采用光電傳感器光源探測模塊：采用光敏三極管路面檢測模塊：采用光電傳感器電機驅(qū)動模塊：采用PWM調(diào)制方式控制電機顯示模塊：采用數(shù)碼管計時模塊：采用AT89C51內(nèi)置的定時器/計數(shù)器狀態(tài)標志模塊：采用蜂鳴器和發(fā)光二極管。系統(tǒng)的基本框圖如圖1.3.1所示。單片機AT89C2051主要用于控制小車電機和處理與小車動作有關(guān)的傳感信號，實現(xiàn)了小車速度控制、尋跡行駛、躲避障礙物及探測光源的功能。單片機AT89C51主要用于系統(tǒng)的計時控制和狀態(tài)控制，實現(xiàn)了小車90s停車、金屬探測、路程測量以及聲光顯示的功能。兩單片機之間采用查詢的方式互相通信，將分別獨立的兩套系統(tǒng)有機的綜合為一體，其工作過程如下：圖1.3.1系統(tǒng)基本框圖小車加電，系統(tǒng)開始工作，計時模塊運行，當小車進入直道區(qū)時，AT89C2051根據(jù)紅外傳感器傳達的路面信息控制小車沿著軌道行駛，同時AT89C51根據(jù)金屬傳感器探測的結(jié)果，控制蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出聲光信息。通過光電傳感器所得的信息，AT89C51計算出路程，確定小車進入彎道區(qū)，并與AT89C2051通信，使電機加速，提高轉(zhuǎn)彎的力矩。當AT89C51再次探測到金屬時，確定該位置在C點，并將該信息告知2051，使小車停止運行5s，同時發(fā)出聲光顯示。小車在C點利用超聲波傳感器判斷障礙物的位置，AT89C2051根據(jù)障礙物的位置控制車輪偏轉(zhuǎn)度，繞過物體，隨后再利用光源傳感器引導小車進庫，當小車遇到光源前面的黑線時，AT89C2051控制車輪反轉(zhuǎn)，使車體完全進庫。在整個過程中，一旦AT89C51的計時器計滿了90s，AT89C2051就控制小車停止一切活動。2.系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)2.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分本題是一個光、機、電一體的綜合設(shè)計,在設(shè)計中運用了檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)和電子技術(shù)。系統(tǒng)可分為傳感器檢測部分和智能控制部分。傳感器檢測部分：系統(tǒng)利用光電傳感器、電渦流傳感器、超聲波傳感器等不同類型的傳感器將檢測到的一系列的外部信息（例如路面狀況、障礙物的有無等）轉(zhuǎn)化為可被控制器件辨認的電信號。傳感器檢測部分包括五個單元電路：路面檢測電路、障礙物探測電路、路程測量電路、光源探測電路和金屬檢測電路。智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)由傳感器變換輸出的電信號進行邏輯判斷，控制小車的電機、顯示數(shù)碼管、蜂鳴器以及發(fā)光二極管，完成了小車的自動尋跡行駛、探測金屬、躲避障礙物、尋找光源、顯示路程等各項任務(wù)?？刂撇糠职ㄋ膫€主要單元電路：單片機控制電路、前后輪電機驅(qū)動電路、數(shù)碼管動態(tài)顯示電路。2.2主要單元電路的設(shè)計2.2.1檢測部分的單元電路設(shè)計（1）軌跡檢測電路的設(shè)計題目要求小車在直道區(qū)和彎道區(qū)要沿著黑線行駛，但由于小車不可能始終保持一定的方向，必然會偏離黑色軌道，從而導致小車沖出軌道。為了能使小車能在偏離軌道之后能調(diào)整方向，重新回到軌道上，系統(tǒng)需要將路面的狀態(tài)及時的以電信號的形式反饋到控制部分，控制部分控制前輪驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)，使小車重新回到軌道上。在本設(shè)計中采用了兩個光電傳感器，分別安裝在車底的中部的左右兩端。當小車往左偏出軌道時，左邊的光電傳感器被黑色紙帶遮蔽，輸出為高電平，單片機接收到該信號，控制電機正轉(zhuǎn)，使小車往右偏回軌道，傳感器回到白紙區(qū)輸出為低電平，電機停止轉(zhuǎn)動，小車直線前進。小車右偏時的狀態(tài)與左偏狀態(tài)相反。具體電路如圖2.2.1所示。一體化紅外發(fā)射接收IRT中的發(fā)射二極管導通，發(fā)出紅外光線，經(jīng)反射物體反射到接收管上，使接收管的集電極與發(fā)射極間電阻變小，輸入端電位變低，圖2.2.1光電檢測電路輸出端為高電平，三極管導通，集電極C為低電平，再經(jīng)斯密特反相器后為高電輸入到89C51單片機的INT0端口。當紅外光線照射到黑色條紋時，反射到IRT中的接收管上的光量減少，接收管的集電極與發(fā)射極間電阻變大，三極管截止，三極管的集電極C為高電平，再經(jīng)反相器后輸入到單片機的信號為低電平。在三極管的基極B和發(fā)射極E接一個0.1μF的電容，減少電路中的“毛刺”，以減輕電路的干擾。由于光電傳感器受外界的影響較大，容易引起單片機的誤判，因此我們在電路中加入了一個電位器（阻值為1KΩ），通過調(diào)整電位器，改變光電傳感器的輸入電流從而改變其靈敏度。（2）金屬探測電路的設(shè)計在小車行駛的軌道上放著1～3塊金屬片，在彎道區(qū)的C點上也有一塊金屬片，要求小車在行駛過程中對軌道上的金屬片個數(shù)計數(shù)，檢測到C點上的金屬片后停車。在本設(shè)計中我們采用電感諧振測量方法。電感諧振測量電路如圖2.2.2所示，電容C3、C4、C5、外測電感L2和反相器U1A構(gòu)成了LC振蕩回路，運放LM393實現(xiàn)了正弦波的整形功能，為了提高電路的帶負載能力，在輸出加上了一級反相器。電渦流傳感器的靈敏度和線性范圍是與線性圈產(chǎn)生的磁場強度和分布狀況有關(guān)，磁場沿徑向分布范圍大，則線性范圍就大，軸向磁場梯度大，則靈敏度高。它們與傳感器的線圈的形狀和尺寸有關(guān)。單匝載流圓線圈在軸線上的磁場感應(yīng)強度，可以根據(jù)畢奧-沙伐爾-拉普拉斯定律求得：式中，μ0為真空磁導率；I為激勵電流；r為圓線圈半徑；x為軸線上某點P到線圈平面距離。由上式可知線圈外徑大時，傳感器敏感范圍大，線性范圍相應(yīng)的也增大，但靈敏度降低。線圈外徑小時，線性范圍減小，但靈敏度增大。線圈薄時，靈敏度高。因此，為提高傳感器的靈敏度，使用線圈半徑為0.3cm，電感值為100mH的多匝線圈。圖2.2.2金屬探測電路（3）障礙物檢測電路的設(shè)計在小車行駛的線路中，有兩個障礙物，要求小車饒過障礙物行駛，避免與障礙物相撞。為了檢測障礙物并確定障礙物的距離，在小車的前部安置了兩個超聲波傳感器，一個用于發(fā)射，一個用于接收。如圖2.2.3所示，該傳感器可發(fā)射頻率為40kHz的脈沖超聲波信號（該信號由單片機從2腳發(fā)出），反相器U15C增加驅(qū)動能力，傳感器向某一方向發(fā)射脈沖超聲波信號，并以34cm/ms的速度在空氣中傳播。同時，檢測系統(tǒng)開始計時。如果超聲波在傳播途中碰到障礙物就會反射回來，超聲波接收器收到反射聲波就通過1腳輸出一個信號，通知單片機停止計時。圖2.2.3超聲波檢測電路（4）路程測量電路的設(shè)計設(shè)計中所用的編碼器滾軸共有45個透光格，所用的電動車車輪的周長約為16cm，滾軸和車輪的圓心在同一直線上，滾軸的轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速是同步的。小車工作時，光敏三極管會產(chǎn)生一個個的脈沖，單片機AT89C51對脈沖計數(shù)，當需要計算距離時，只需將所計的脈沖總數(shù)除以45，得到車輪的圈數(shù)，再乘以輪子周長16cm就得到距離值。即其中S為距離，N為脈沖總數(shù)。光電檢測采用透射式光電傳感器，具體電路如圖2.2.4所示。圖2.2.4透射式光電檢測電路（5）光源檢測電路的設(shè)計光源離車庫距離為0.2m，小車要進入車庫，就要準確地判斷光源的位置。由于光源距地面0.2m，用金屬支架將三個光敏三極管固定在車的中間部分，并使光敏三極管盡量與光源保持水平。如圖2.2.5所示，Q5為光敏三極管，三極管Q4、Q6構(gòu)成達林頓管，三極管Q8是為了提高電路的帶負載能力。通過該實物設(shè)計，提高了系統(tǒng)判斷的準確度。光敏三極管輸出是高低電平，單片機可直接對信號進行判斷。圖2.2.5光源檢測電路2.2.2智能控制部分的單元電路設(shè)計控制電路的設(shè)計單片機接收從傳感器檢測電路輸入的邏輯信號和脈沖信號，并將輸入的信號進行處理運算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項任務(wù)要求。單片機AT89C51外接顯示電路，金屬探測電路和路程測量電路，其中金屬探測電路和距離測量電路是信號輸入，顯示電路是輸出。為了方便單片機引腳的使用，我們將單片機的所有引腳用接口引出。具體電路如圖2.2.6所示。CON8是數(shù)碼管的接口，J13是10KΩ排阻；金屬傳感器的輸出由J8接入單片機的IN0中斷。用來距離檢測的光電傳感器的輸出由J9接入單片機的定時器T1。定時器T0用做內(nèi)部定時。聲光標志由P2.0、P2.1腳輸出；單片機之間的通信和查詢由P1腳輸出。圖2.2.6AT89C51的最小系統(tǒng)及外圍電路圖2.2.7AT89C2051的最小系統(tǒng)及外圍電路通過對路面檢測、障礙物探測和光源探測產(chǎn)生的傳感信號進行檢測，單片機AT89C2051完成控制電機的前轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)等功能。如圖2.2.7所示，光電傳感器輸出的信號由P3.2、P3.3接入單片機的中斷INT0，INT1實現(xiàn)路面的檢測。電機控制由P1.7～P1.4輸出。超聲波傳感器和光敏三極管的輸出信號由P1.0～P1.3輸入，AT89C2051和89C51共用一個復位電路。（2）電機驅(qū)動電路的設(shè)計電機驅(qū)動電路部分分為前輪部分和后輪部分，前輪負責小車的導向，后輪負責小車的前后驅(qū)動。PWM調(diào)制實現(xiàn)車速控制。前輪驅(qū)動電路如圖2.2.8所示，電路采用PWM驅(qū)動形式，電路主要由三極管5610、三極管5609、三極管9013和光耦元件組成，其中三極管5610和三極管5609組成了對管，驅(qū)動電路可控制電機的正反轉(zhuǎn)。電路是由單片機控制，與單片機的接口采用光電耦合器。單片機的輸入輸出口P1.0輸出為高電平，P1.1輸出為低電平，這時，左邊的光耦導通，右邊的光耦不通，VT1、VT4、VT5導通，其它三極管截止電機正轉(zhuǎn)，小車左轉(zhuǎn)。反之，P1.0為低，P1.1為高，電機反轉(zhuǎn)，小車右轉(zhuǎn)。若P1.0和P1.1都為低電平電機不轉(zhuǎn)動。小車的后輪驅(qū)動電路與此設(shè)計相同。圖2.2.8前輪驅(qū)動電路（3）數(shù)碼管動態(tài)顯示電路的設(shè)計在本系統(tǒng)中采用動態(tài)顯示方式驅(qū)動六個七段數(shù)碼管，六個七段數(shù)碼管用來顯示時間、路程、交替顯示時間、小車與起跑線的距離、金屬片的個數(shù)和距離等信息。圖2.2.9動態(tài)顯示電路圖2.2.9中采用共陽極數(shù)碼管，由于AT89C51單片機每個I/O口的拉電流只有1～2mA，但在灌電流驅(qū)動狀態(tài)下能達到20mA左右，如果采用共陰極數(shù)碼管需要加驅(qū)動電路，而采用共陽極數(shù)碼管則不需要驅(qū)動電路，可使電路得到簡化。在電源輸入端接入濾波電容器。3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用匯編語言，對單片機進行編程實現(xiàn)各項功能。程序是在Windows98環(huán)境下采用KeiluVision2軟件編寫的，可以實現(xiàn)小車對光電傳感器的查詢、輸出脈沖占空比的設(shè)定、電機方向的確定等功能。主程序主要起到一個導向和決策功能，決定什么時候小車該做什么。小車各種功能的實現(xiàn)主要通過調(diào)用具體的子程序。

3.1檢測光電傳感器子程序檢測光電傳感器子程序主要用于保證判斷的準確性，采樣時序圖如圖3.1.1所示。單片機根據(jù)需要直接從端口讀取，為了防止出現(xiàn)干擾和錯誤信號，采用延時讀取的方法，即在第一次讀取后延時一段時間再讀取，如果第二次讀取的信號和第一次的不一樣，則說明信號是干擾信號，就重新讀取并比較，直到兩次讀取的信號一致，才判斷小車遇到黑線。圖3.1.1采樣時序圖3.2尋軌跡子程序在黑線軌道上走直線時，對傳感器的信號進行即時判斷，左邊信號為0時控制電機左轉(zhuǎn)，右邊信號為0時控制電機右轉(zhuǎn)。在彎道時，