西南交大電腦鼠課程設(shè)計報告

年4月19日西南交大電腦鼠課程設(shè)計報告文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。西南交通大學(xué)本科課程設(shè)計（論文）尋線電腦鼠課程設(shè)計年級：級學(xué)號：姓名：專業(yè)：指導(dǎo)教師：蔣朝根二零一六年六月

目錄第1章課程設(shè)計任務(wù) 1第2章總體設(shè)計 1第3章硬件詳細(xì)設(shè)計 23.1硬件設(shè)計步驟 23.2主控模塊（單片機(jī)） 23.3傳感器模塊 43.4電機(jī)驅(qū)動模塊 53.5測速模塊 63.5電壓檢測模塊及按鍵指示模塊 7第4章軟件詳細(xì)設(shè)計 84.1程序設(shè)計流程圖 84.2C51單片機(jī)的初始化及底層驅(qū)動 84.3車體轉(zhuǎn)彎控制（左手法則） 114.4調(diào)整函數(shù) 124.5速度PWM設(shè)置 14第5章結(jié)論與心得體會 17第6章附錄 176.1電路原理圖 176.2電路PCB圖 18第1章課程設(shè)計任務(wù)該設(shè)計是屬于單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的課程設(shè)計。設(shè)計以兩人組隊的形式，制作尋線型電腦鼠。要求能夠在8×8的迷宮中搜索路徑并計算出最短路徑，并能由起點到終點并返回。其中迷宮由25mm寬的黑線組成。電腦鼠第一次進(jìn)入迷宮和返回迷宮時，能夠循著黑線走到終點并記錄迷宮信息，第二次進(jìn)入迷宮時，根據(jù)第一次所記錄的迷宮信息選擇最短路徑?jīng)_刺到終點。第2章總體設(shè)計硬件部分主要由傳感器，單片機(jī)，電機(jī)所組成。傳感器采用紅外傳感器，由發(fā)射管和接收管組成，能夠探測迷宮中黑線。單片機(jī)則采用STC15W413AS芯片，用于編寫單片機(jī)程序。電機(jī)則由單片機(jī)產(chǎn)生的PWM以及L9110芯片進(jìn)行驅(qū)動。

軟件部分主要由產(chǎn)生占空比函數(shù)，電腦鼠在迷宮中搜尋路徑法則，記錄迷宮信息，測速盤計數(shù)組成。電腦鼠搜尋迷宮時按照左手法則進(jìn)行搜尋，根據(jù)測速盤的計數(shù)得到迷宮坐標(biāo)，用8×8的數(shù)組對迷宮信息進(jìn)行儲存。第一次搜尋時，對死路和走得通的路進(jìn)行標(biāo)定，第二次走時，依然按照左手法則進(jìn)行，但不走第一次標(biāo)定的死路。由此達(dá)到在迷宮中走最短路徑的目的。第3章硬件詳細(xì)設(shè)計3.1硬件設(shè)計步驟硬件的設(shè)計步驟主要如下：尋線型電腦鼠尋線型電腦鼠電機(jī)驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動PCB制作PCB制作紅外傳感器單片機(jī)單片機(jī)原理圖繪制程序的寫入電機(jī)等組裝調(diào)整角度原理圖繪制程序的寫入電機(jī)等組裝調(diào)整角度生成生成PCB圖并布線元器件焊接元器件焊接調(diào)試檢測調(diào)試檢測圖1：電腦鼠硬件部分的設(shè)計流程圖3.2主控模塊（單片機(jī)）包括STC15W413AS芯片以及連接電腦的下載部分。單片機(jī)采用了STC15W4K32S4芯片，其原理圖為：圖2：電腦鼠硬件部分MCU電路圖連接電腦的下載部分原理圖為：圖3：電腦鼠硬件部分下載電路圖管腳圖如下：圖4：電腦鼠硬件部分MCU管腳圖3.3傳感器模塊本次傳感器共有5組，分別按左，左前，中，右前，右的次序安裝在車頭，一個傳感器組有兩個燈，一個普通的LED燈，另外一個是光敏二極管。另外，還有指示燈，方便調(diào)試電腦鼠的程序。結(jié)合運放芯片LM339的運算放大器，將路況信息返回單片機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步處理。光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線照射PN結(jié)時，能夠使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此能夠利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流。常見的有2CU、2DU等系列。因此，當(dāng)檢測到黑線時，二極管兩端跳變?yōu)楦唠娖剑鴻z測到跑道旁邊的白色區(qū)域，變?yōu)榈碗娖健D5：單個傳感器電路圖圖6：發(fā)光二極管電路圖3.4電機(jī)驅(qū)動模塊本次使用L9110電機(jī)驅(qū)動芯片。因單片機(jī)上的PWM輸出的電流不足以驅(qū)動電機(jī)，因此需要用電機(jī)驅(qū)動芯片對于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動電路，主要有以下性能指標(biāo)。1）輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機(jī)。2）效率，高的效率不但意味著節(jié)省電源，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，能夠從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路）入手。3）對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這能夠用高的輸入阻抗或者光電耦合器實現(xiàn)隔離。4）對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通能夠引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動。5）可靠性。電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。圖7：電機(jī)驅(qū)動模塊電路圖3.5測速模塊本次電腦鼠設(shè)計使用直流電機(jī)，一方面經(jīng)過對電機(jī)的轉(zhuǎn)速加以運算可獲得電腦鼠所在方位，記憶當(dāng)前迷宮情況；一方面在編程時，了解電機(jī)轉(zhuǎn)速對電腦鼠行走速度能夠進(jìn)行更好地控制，使其能夠在盡量短的時間內(nèi)遍歷迷宮且走到終點。圖8：測速模塊電路圖3.5電壓檢測模塊及按鍵指示模塊二者起到一個設(shè)計輔助的作用，為功能的調(diào)試提供了便利。圖9：電壓檢測模塊電路圖圖10：按鍵、指示檢測模塊電路圖至此，電腦鼠的硬件設(shè)計基本完成，完整的原理圖、PCB圖見附錄。第4章軟件詳細(xì)設(shè)計4.1程序設(shè)計流程圖從起點出發(fā)從起點出發(fā)初始化初始化MCU的狀態(tài)字檢測到終點檢測到終點中斷迷宮檢測子程序中斷迷宮檢測子程序檢測回到起點紅外檢測，讀取傳感器的值檢測回到起點紅外檢測，讀取傳感器的值中斷結(jié)束最短路徑?jīng)_刺終點路徑優(yōu)化子程序中斷結(jié)束最短路徑?jīng)_刺終點路徑優(yōu)化子程序沖刺子程序結(jié)束結(jié)束圖11:軟件設(shè)計流程圖4.2C51單片機(jī)的初始化及底層驅(qū)動/*REG51.HHeaderfileforgeneric80C51and80C31microcontroller.Copyright(c)1988-KeilElektronikGmbHandKeilSoftware,Inc.Allrightsreserved.*/#ifndef__REG51_H__#define__REG51_H__/*BYTERegister*/sfrP0=0x80;sfrP1=0x90;sfrP2=0xA0;sfrP3=0xB0;sfrPSW=0xD0;sfrACC=0xE0;sfrB=0xF0;sfrSP=0x81;sfrDPL=0x82;sfrDPH=0x83;sfrPCON=0x87;sfrTCON=0x88;sfrTMOD=0x89;sfrTL0=0x8A;sfrTL1=0x8B;sfrTH0=0x8C;sfrTH1=0x8D;sfrIE=0xA8;sfrIP=0xB8;sfrSCON=0x98;sfrSBUF=0x99;/*BITRegister*//*PSW*/sbitCY=0xD7;sbitAC=0xD6;sbitF0=0xD5;sbitRS1=0xD4;sbitRS0=0xD3;sbitOV=0xD2;sbitP=0xD0;/*TCON*/sbitTF1=0x8F;sbitTR1=0x8E;sbitTF0=0x8D;sbitTR0=0x8C;sbitIE1=0x8B;sbitIT1=0x8A;sbitIE0=0x89;sbitIT0=0x88;/*IE*/sbitEA=0xAF;sbitES=0xAC;sbitET1=0xAB;sbitEX1=0xAA;sbitET0=0xA9;sbitEX0=0xA8;/*IP*/sbitPS=0xBC;sbitPT1=0xBB;sbitPX1=0xBA;sbitPT0=0xB9;sbitPX0=0xB8;/*P3*/sbitRD=0xB7;sbitWR=0xB6;sbitT1=0xB5;sbitT0=0xB4;sbitINT1=0xB3;sbitINT0=0xB2;sbitTXD=0xB1;sbitRXD=0xB0;/*SCON*/sbitSM0=0x9F;sbitSM1=0x9E;sbitSM2=0x9D;sbitREN=0x9C;sbitTB8=0x9B;sbitRB8=0x9A;sbitTI=0x99;sbitRI=0x98;#endif4.3車體轉(zhuǎn)彎控制（左手法則）/*******************************************************************************functionname:voidleftMethod(void)*parament:none*returnvalue:none*description:左手法則優(yōu)先級為：右->前->左 而且存儲即將行走的下一個格子的坐標(biāo)******************************************************************************/voidLeftMethod4(){if(Left_Detector==0) {TurnLeft();}elseif(Front_Detector==0) {Go();}elseif(Right_Detector==1&&Left_Front_Detector==1) {TurnRight();}elseif(Left_Detector==1&&Front_Detector==1&&Right_Detector==0){TurnBack();}}4.4調(diào)整函數(shù)voidadjust2(){if(Front_Detector==0){if(Left_Front_Detector==0) { speed(1,0,0,1); }elseif(Right_Front_Detector==0) { speed(0,1,1,0); }else {speed(0,1,0,1);}}else{if(Left_Front_Detector==0) { speed(1,0,0,1); }elseif(Right_Front_Detector==0) { speed(0,1,1,0); }}}voidGo(){speed(0,1,0,1);}//小車右轉(zhuǎn)函數(shù)//voidTurnRight(){//u8flg=1;speed2(0,1,1,0); //左輪前轉(zhuǎn)，右輪后轉(zhuǎn)//left_count=right_count=0; /*while(flg==1){if(left_count==12|right_count==12){ speed(0,0,0,0); //兩輪停轉(zhuǎn) left_count=0;right_count=0; flg=0;}} for(flg=0;flg<100;flg++){Delay(6000);}*/ }//小車左轉(zhuǎn)函數(shù)//voidTurnLeft(){//u8flg=1;speed2(1,0,0,1); //左輪后轉(zhuǎn)，右輪前轉(zhuǎn)//left_count=right_count=0;}//小車后轉(zhuǎn)函數(shù)//voidTurnBack(){u8flg=1;//left_count=right_count=0;while(Front_Detector==1){speed2(0,1,1,0);} //左輪前轉(zhuǎn)，右輪后轉(zhuǎn)}//小車停止函數(shù)//voidStop(){//u8flg=1;//left_count=right_count=0;speed(0,0,0,0); //左輪后轉(zhuǎn)，右輪后轉(zhuǎn)}4.5速度PWM設(shè)置//調(diào)整函數(shù)f_pwm=PCA_clk/256//voidspeed(bita,bitb,bitc,bitd){I1=a; I2=b; I3=c; I4=d; PCA_PWM0=0X00; CCAP0H=CCAP0L=39;//修改此處數(shù)值[0~255]能夠調(diào)節(jié)CCP2_0占空比 CCAPM0=0x42; PCA_PWM1=0X00; CCAP1H=CCAP1L=40; //修改此處數(shù)值[0~255]能夠調(diào)節(jié)CCP2_1占空比 zuo CCAPM1=0x42;}voidspeed2(bita,bitb,bitc,bitd){I1=a; I2=b; I3=c; I4=d; PCA_PWM0=0X00; CCAP0H=CCAP0L=90;//修改此處數(shù)值[0~255]能夠調(diào)節(jié)CCP2_0占空比 CCAPM0=0x42; PCA_PWM1=0X00; CCAP1H=CCAP1L=90; //修改此處數(shù)值[0~255]能夠調(diào)節(jié)CCP2_1占空比 C