基于89c51單片機(jī)小車(chē)超聲波測(cè)距畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　89C51單片機(jī)是一款八位單片機(jī)，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用89C51單片機(jī)為控制核心，利用超聲波檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車(chē)的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車(chē)，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。</p>

2、<p><b>　　采用的技術(shù)主要有：</b></p><p>　　通過(guò)編程來(lái)控制小車(chē)的速度；</p><p><b>　　傳感器的有效應(yīng)用；</b></p><p>　　新型顯示芯片的采用；</p><p>　　關(guān)鍵詞 89C51單片機(jī)、光電檢測(cè)器、PWM調(diào)速、電動(dòng)小車(chē)</p&

3、gt;<p>　　Design and create an intelligence electricity motive small car </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　89C51 is a 8 bit single chip computer.Its easily useing and multi-fu

4、nction suffer large users. This article introduce the CCUT graduation design with the 89C51 single chip copmuter.This design combines with scientific research object. This system regard the request of the topic, adopting

5、 89C51 for controling core,super sonic sensor for test the hinder.It can run in a high and a low speed or stop automatically.It also can record the time ,distance and the speed or searching light and mark automa</p&g

6、t;<p>　　The adoption of technique as:</p><p>　　Reduce the speed by program the engine；</p><p>　　efficient application of the sensor;</p><p>　　The adoption of the new display

7、 chip.</p><p>　　Keywords 89C51 single chip computer、light electricity detector、PWM speed adjusting</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1引 言1</b></p><

8、;p>　　2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　2.1直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.2小車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2.1行車(chē)起始、終點(diǎn)及光線(xiàn)檢測(cè)3</p><p>　　2.2.2行車(chē)距離檢測(cè)6</p><p>　　圖2.4 行車(chē)距離檢測(cè)電路6</p>

9、<p><b>　　2.3顯示電路7</b></p><p>　　2.4系統(tǒng)原理圖7</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　3.1單片機(jī)89C51硬件結(jié)構(gòu)8</p><p>　　3.2最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)10</p><p&g

10、t;　　3.3前向通道設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3.1傳感器的選擇12</p><p>　　3.3.2單片機(jī)測(cè)距原理12</p><p>　　3.3.3超聲波發(fā)射電路13</p><p>　　3.3.4  超聲波檢測(cè)接收電路13</p><p>　　3.3.5超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì)14&l

11、t;/p><p>　　3.4后向通道設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.4.1脈寬調(diào)制原理：16</p><p>　　3.4.2邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)：17</p><p>　　3.4.3 電源的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.5顯示電路設(shè)計(jì)17</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)

12、19</b></p><p>　　4.1主程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2顯示子程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.3避障子程序設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.4軟件抗干擾技術(shù)25</p><p>　　4.4.1數(shù)字濾波技術(shù)：25</p><p>　　4.4.2

13、開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)：25</p><p>　　4.4.3指令冗余技術(shù)：26</p><p>　　4.4.4軟件陷阱技術(shù)：26</p><p>　　4.5“看門(mén)狗”技術(shù)27</p><p>　　4.6可編程邏輯器件28</p><p><b>　　5結(jié)論29</b></p>

14、;<p><b>　　致 謝30</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)31</p><p>　　附錄A 程序清單32</p><p>　　附錄B 硬件原理圖40</p><p><b>　　1引 言</b></p><p>　　隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速

15、發(fā)展，關(guān)于汽車(chē)的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類(lèi)課題。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車(chē)能夠顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)尋跡、尋光、避障功能，可控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車(chē)。</p><p>　　根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線(xiàn)、超聲波傳感器及金屬探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，

16、然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的智能控制。</p><p>　　這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列中的89C51單片機(jī)。以89C51為控制核心，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車(chē)的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車(chē)，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。</p><p

17、>　　2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的智能控制。</p><p>　　這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。</p&

18、gt;<p>　　2.1直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　方案二：靜止可控整流器。簡(jiǎn)稱(chēng)V-M系統(tǒng)。</p><p>　　方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其

19、輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以G-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。</p><p>　　V-M系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類(lèi)型

20、，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。</p><p>　　與V-M系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲

21、得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。</p><p>　?。?）同樣由于開(kāi)關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。</p><p>　?。?）由于電力電子器件只工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效

22、率較高。</p><p>　　根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了H型單極型可逆PWM變換器進(jìn)行調(diào)速。</p><p>　　脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)稱(chēng)PWM變換器。脈寬調(diào)速也可通過(guò)單片機(jī)控制繼電器的閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車(chē)的前行與倒車(chē)，本設(shè)計(jì)采用了可逆PWM變換器?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有H

23、型、T型等類(lèi)型。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個(gè)三極電力晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。</p><p>　　2.2小車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　檢測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)光電檢測(cè)，即利用各種傳感器對(duì)電動(dòng)車(chē)的避障、位置、行車(chē)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。</p><p>　　2.2.1行車(chē)起始、終點(diǎn)及光線(xiàn)檢測(cè)</p><p>　　本

24、系統(tǒng)采用反射式紅外線(xiàn)光電傳感器用于檢測(cè)路面的起始、終點(diǎn)（2cm寬的黑線(xiàn)），玩具車(chē)底盤(pán)上沿黑線(xiàn)放置一套，以適應(yīng)起始的記數(shù)開(kāi)始和終點(diǎn)的停車(chē)的需要。利用超聲波傳感器檢測(cè)障礙。光線(xiàn)跟蹤，采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線(xiàn)，當(dāng)感受到光線(xiàn)照射時(shí)，其c-e間的阻值下降，檢測(cè)電路輸出高電平，經(jīng)LM393電壓比較器和74LS14施密特觸發(fā)器整形后送單片機(jī)控制。</p><p>　　本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)兩個(gè)光電三極管，分別放置在電動(dòng)車(chē)車(chē)頭的左

25、、右兩個(gè)方向，用來(lái)控制電動(dòng)車(chē)的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左、右兩側(cè)光電管都受到光照時(shí)，單片機(jī)控制直行。（見(jiàn)圖2.1 電動(dòng)車(chē)的方向檢測(cè)電路）</p><p>　　行車(chē)方向檢測(cè)電路（見(jiàn)圖2.2 電動(dòng)車(chē)的方向檢測(cè)電路）采用反射接收原理配置了一對(duì)紅外線(xiàn)發(fā)射、接收傳感器。該電路包括一個(gè)紅外發(fā)光二極管、一個(gè)紅外光敏三極管及其上拉電阻。紅外發(fā)

26、光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線(xiàn)照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來(lái)的紅外線(xiàn)后導(dǎo)通，發(fā)出一個(gè)電平跳變信號(hào)。</p><p>　　此套紅外光電傳感器固定在底盤(pán)前沿，貼近地面。正常行駛時(shí)，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線(xiàn)經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號(hào)；電動(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)黑線(xiàn)時(shí)，發(fā)射端發(fā)射的光線(xiàn)被黑線(xiàn)吸收，接收端接收不到反射光線(xiàn)，傳感器輸出低電平信號(hào)后送89C51單片機(jī)處理，判斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來(lái)控制玩具車(chē)的行

27、駛狀態(tài)。</p><p>　　圖2.1電動(dòng)車(chē)的方向檢測(cè)電路</p><p>　　圖2.2電動(dòng)車(chē)的方向檢測(cè)電路</p><p>　　前進(jìn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪直流電機(jī)正轉(zhuǎn),進(jìn)入減速區(qū)時(shí),由單片機(jī)控制進(jìn)行PWM變頻調(diào)速,通過(guò)軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。最后經(jīng)反接制動(dòng)實(shí)現(xiàn)停車(chē)。前行與倒車(chē)控制電路的核心是橋式電路和繼電器。電橋上設(shè)置有兩組開(kāi)關(guān)，一組常閉，另一組常開(kāi)。電橋一端

28、接電源，另一端接了一個(gè)三極管。三極管導(dǎo)通時(shí)，電橋通過(guò)三極管接地，電機(jī)電樞中有電流通過(guò)；三極管截止時(shí)，電橋浮空，電機(jī)電樞中沒(méi)有電流通過(guò)。系統(tǒng)如通過(guò)電橋的輸出端為轉(zhuǎn)向電機(jī)供電。通過(guò)對(duì)繼電器開(kāi)閉的控制即可控制電機(jī)的開(kāi)斷和轉(zhuǎn)速方向進(jìn)而達(dá)到控制玩具車(chē)前行與倒車(chē)的目的，實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制系統(tǒng)的糾偏功能。圖2.3 前行與倒車(chē)控制電路所示。</p><p>　　圖2.3前行與倒車(chē)控制電路</p><p><

29、;b>　　檢測(cè)放大器方案：</b></p><p>　　方案一：使用普通單級(jí)比例放大電路。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉。但是也存在著許多不足。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。</p><p>　　方案二：采用差動(dòng)放大電路。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時(shí)仍不能滿(mǎn)足某些特殊要求。例如，在測(cè)量本設(shè)計(jì)中的光電檢測(cè)信號(hào)時(shí)需要把檢測(cè)過(guò)來(lái)的電平信號(hào)

30、放大并濾除干擾，而且要求對(duì)共模干擾信號(hào)具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。這種情況下須采用差動(dòng)放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。但在實(shí)際操作中，往往滿(mǎn)足了高共模抑制比的要求，卻使運(yùn)算放大器輸出飽和；為獲得單片機(jī)能識(shí)別的TTL電平卻又無(wú)法抑制共模干擾。</p><p>　　方案三：電壓比較器方案。電壓比較器的功能是比較兩個(gè)電壓的大小，例如將一個(gè)信號(hào)電壓Ui和一個(gè)參考電壓Ur進(jìn)行比較，在Ui>Ur和Ui<Ur兩種不同情況下，

31、電壓比較器輸出兩個(gè)不同的電平，即高電平和低電平。而Ui變化經(jīng)過(guò)Ur時(shí)，比較器的輸出將從一個(gè)電壓跳變到另一個(gè)電平。</p><p>　　比較器有各種不同的類(lèi)型。對(duì)它的要求是：鑒別要準(zhǔn)確，反應(yīng)要靈敏，動(dòng)作要迅速，抗干擾能力要強(qiáng)，還應(yīng)有一定的保護(hù)措施，以防止因過(guò)電壓或過(guò)電流而造成器件損壞。但是，滯回比較器畢竟是模擬器件，溫度的漂移是它無(wú)法消除的。</p><p>　　方案四：施密特觸發(fā)器。<

32、;/p><p>　　綜合考慮系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，最后我們決定采用數(shù)字器件——施密特觸發(fā)器。施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的變形，它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā)方式為電平觸發(fā)，只要外加觸發(fā)信號(hào)的幅值增加到足夠大，它就從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。施密特觸發(fā)器具有與滯回比較器相類(lèi)似的滯回特性，但施密特觸發(fā)器的抗干擾能力比滯回比較器更強(qiáng)。</p><p>　　2.2.2行車(chē)距離檢測(cè)</p>&l

33、t;p>　　由于紅外檢測(cè)具有反應(yīng)速度快、定位精度高，可靠性強(qiáng)以及可見(jiàn)光傳感器所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，故采用紅外光電碼盤(pán)測(cè)速方案。具體電路同圖2.4 行車(chē)距離檢測(cè)電路所示：</p><p>　　圖2.4 行車(chē)距離檢測(cè)電路</p><p>　　紅外測(cè)距儀由測(cè)距輪，遮光盤(pán)，紅外光電耦合器及凹槽型支架組成的。測(cè)長(zhǎng)輪的周長(zhǎng)為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值（如0.1米），精度根據(jù)電動(dòng)車(chē)控制的需要

34、確定。測(cè)距輪安裝在車(chē)輪上，這樣能使記數(shù)值準(zhǔn)確一些。</p><p>　　遮光盤(pán)有一缺口，盤(pán)下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。遮光盤(pán)在凹槽中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，缺口進(jìn)入凹槽時(shí)，紅外線(xiàn)可以通過(guò)，缺口離開(kāi)凹槽紅外線(xiàn)被阻擋。由此可見(jiàn)，測(cè)距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個(gè)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)整形器后送入計(jì)數(shù)器或直接送入單片機(jī)中。</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功

35、能，我們?cè)跍y(cè)距儀中并列放置了兩個(gè)槽型光電耦合器，遮光盤(pán)先后通過(guò)凹槽可產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)。根據(jù)兩個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生的先后順序與兩個(gè)光電耦合器的位置關(guān)系，即可計(jì)算出玩具車(chē)的行駛方向（前進(jìn)或后退）。遮光盤(pán)及槽型光電耦合器均安裝在不透光的盒子里，以避免外界光線(xiàn)的干擾，使電路不能正常工作。</p><p>　　測(cè)距原理：將光柵安裝在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光柵也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)安裝在光柵一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點(diǎn)亮，在光柵的另一側(cè)設(shè)有

36、紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線(xiàn)信號(hào)。由于光柵隨電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，則紅外線(xiàn)三極管接收到的就是一系列脈沖信號(hào)。將該信號(hào)傳輸?shù)?9C51單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，根據(jù)預(yù)先實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)車(chē)的行車(chē)距離。</p><p><b>　　2.3顯示電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中用兩片4位八段數(shù)碼管gem4561作顯示器,并具有雙重功能,在小車(chē)

37、不行駛時(shí)其中一片顯示年﹑月,另一片顯示時(shí)﹑分； 當(dāng)小車(chē)行駛時(shí),分別顯示時(shí)間和行駛距離。 </p><p><b>　　2.4系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)采用89C51單片機(jī)進(jìn)行智能控制。開(kāi)始由手動(dòng)啟動(dòng)小車(chē)，并復(fù)位，當(dāng)經(jīng)過(guò)規(guī)定的起始黑線(xiàn)，由超聲波傳感器和紅外光電傳感器檢測(cè)，通過(guò)單片機(jī)控制小車(chē)開(kāi)始記數(shù)顯示并避障、調(diào)速；系統(tǒng)的自動(dòng)避障功能通過(guò)超聲波

38、傳感器正前方檢測(cè)和紅外光電傳感器左右側(cè)檢測(cè)，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)；在電動(dòng)車(chē)進(jìn)駛過(guò)程中，采用雙極式H型PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，以提高系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能；采用動(dòng)態(tài)共陰顯示行駛時(shí)間和里程。</p><p>　　系統(tǒng)原理圖如圖2.5所</p><p>　　圖2.5 系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p&g

39、t;　　一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定時(shí)/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)顯示器﹑打印機(jī)﹑A/D﹑D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。</p><p>　　3.1單片機(jī)89C51硬件結(jié)構(gòu)</p>

40、<p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除</p><p>　　只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失

41、存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C</p><p>　　單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖7所示 </p>

42、<p>　　主要特性： </p><p>　　·與MCS-51 兼容 </p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 </p><p>　　·壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)</p><p>　　·數(shù)據(jù)保留時(shí)

43、間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz</p><p>　　·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　　·128×8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線(xiàn)</p><p>　　·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p>

44、;<p><b>　　·5個(gè)中斷源 </b></p><p>　　·可編程串行通道 </p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 </p><p><b>　　

45、管腳說(shuō)明：</b></p><p>　　·　VCC：供電電壓。</p><p><b>　　·　GND：接地。</b></p><p>　　P0口： P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地

46、址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 </p&g

47、t;<p>　　P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出

48、其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p

49、><b>　　口管腳 備選功能：</b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0

50、（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)

51、位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR

52、8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平

53、時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p>

54、;<p><b>　　振蕩器特性:</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>

55、;　　3.2最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。用89C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖2.1 89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)：</p><p>　　有可供用戶(hù)使用的大量I/O口線(xiàn)。</p

56、><p>　　內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。</p><p>　　應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。</p><p>　　圖3.1 89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p><b>　　1、時(shí)鐘電路</b></p><p>　　89C51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。89C51單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有

57、兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CX1、CX2可在20pF到100p

58、F之間取值，但在60pF到70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇6MHZ,電容選擇65pF.</p><p>　　在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。</p><p><b>　　2、復(fù)位電路</b></p><p&

59、gt;　　89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。</p><p>　　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。</p><p>　　最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路如圖2.2 89C51復(fù)位電路所示。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的

60、電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用6MHZ時(shí)C取22uF,R取1KΩ。</p><p>　　除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見(jiàn)下圖。時(shí)鐘頻率選用6MHZ時(shí)，C取22uF,Rs取200Ω，RK取1KΩ。</p&g

61、t;<p>　　圖3.2 89C51復(fù)位電路</p><p><b>　　3.3前向通道設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)用與測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，總要有與被測(cè)對(duì)象相聯(lián)系的前向通道。因此，前向通道設(shè)計(jì)與被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)、特征、所處環(huán)境密切相關(guān)。在前向通道設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到傳感器或敏感元件選擇、通道結(jié)構(gòu)、信號(hào)調(diào)節(jié)、電源配置、抗干擾設(shè)計(jì)等。在通道電路設(shè)計(jì)中還涉及到模擬

62、電路諸多問(wèn)題。</p><p>　　3.3.1傳感器的選擇</p><p>　　識(shí)別障礙的首要問(wèn)題是傳感器的選擇，下面對(duì)幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。探測(cè)障礙的最簡(jiǎn)單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標(biāo)發(fā)射超聲波脈沖，計(jì)算其往返時(shí)間來(lái)判定距離的。該方法被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的研究上。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，易于使用，且在10m以?xún)?nèi)能給出精確的測(cè)量。不過(guò)在ITS系統(tǒng)中除了上文提出的場(chǎng)景限制外，還

63、有以下問(wèn)題。首先因其只能在10m以?xún)?nèi)有效使用，所以并不適合ITS系統(tǒng)。另外超聲波傳感器的工作原理基于聲，即使可以使之測(cè)達(dá)100m遠(yuǎn)，但其更新頻率為2Hz，而且還有可能在傳輸中受到它信號(hào)的干擾，所以在CW/ICC系統(tǒng)中使用是不實(shí)際的。</p><p>　　視覺(jué)傳感器在CW系統(tǒng)中使用得非常廣泛。其優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價(jià)格合理，在一定的寬度和視覺(jué)域內(nèi)可以測(cè)量定多個(gè)目標(biāo)，并且可以利用測(cè)量的圖像根據(jù)外形和大小對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)。但是

64、算法復(fù)雜，處理速度慢。雷達(dá)傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)使用了幾十年。主要優(yōu)點(diǎn)是可以魯棒地探測(cè)到障礙而不受天氣或燈光條件限制。近十年來(lái)隨著尺寸及價(jià)格的降低，在汽車(chē)行業(yè)開(kāi)始被使用。但是仍存在性?xún)r(jià)比的問(wèn)題。因此本設(shè)計(jì)采用超聲波傳感器。</p><p>　　超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，其頻率超過(guò)20KHz，分橫向振蕩和縱向振蕩兩種，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。它有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過(guò)程

65、中有衰減。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，結(jié)合不同的電路，可以制成超聲波儀器及裝置，在通訊、醫(yī)療及家電中獲得廣泛應(yīng)用。</p><p>　　作為超聲波傳感器的材料，主要為壓電晶體。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，故它分為發(fā)送器和接收器。超聲波傳感器有透射型、反射型兩種類(lèi)型，常用于防盜報(bào)警器、接近開(kāi)關(guān)、測(cè)距及材料探傷

66、、測(cè)厚等。</p><p>　　3.3.2單片機(jī)測(cè)距原理</p><p>　　單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差tr，然后求出距離S＝Ct／2，式中的C為超聲波波速。限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在4個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可

67、測(cè)距離。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計(jì)方法，限于實(shí)際需要，本電路只采用單路超聲波發(fā)射接收。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度有關(guān)。</p><p>　　3.3.3超聲波發(fā)射電路              

68、</p><p>　　壓電超聲波轉(zhuǎn)換器的功能：利用壓電晶體諧振工作。內(nèi)部結(jié)構(gòu)上圖所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一超聲波發(fā)生器;如沒(méi)加電壓，當(dāng)共振板接受到超聲波時(shí)，將壓迫壓電振蕩器作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接受轉(zhuǎn)換器。超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器與接受轉(zhuǎn)換器其結(jié)構(gòu)稍有不同。<

69、/p><p>　　壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問(wèn)未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，

70、使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。本設(shè)計(jì)中發(fā)射器電路采用集成電路模塊不需考慮這些問(wèn)題，主要是采用4069反相器在換能器兩端提供脈沖信號(hào)。其原理圖如圖3.3所示。</p><p>　　3.3.4  超聲波檢測(cè)接收電路</p><p>　　集成電路CX20106A是一款紅外線(xiàn)檢波接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率40 kHz

71、較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路(如圖2-3)。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容CS的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。此部分電路在集成芯片上。</p><p>　　3.3.5超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì) </p><p>　　超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波

72、遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為： </p><p>　　d=s/2=(c×t)/2                

73、;        （1）                             

74、;                               </p><p>　　其中，d為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離

75、，s為聲波的來(lái)回的路程，c為聲速，t為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用T/R-40-12小型超聲波傳感器作為探測(cè)前方障礙

76、物體的檢測(cè)元件，其中心頻率為40Hz，由89C51發(fā)出的40KHz脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)送器發(fā)出40KHz的脈沖超聲波，如電動(dòng)車(chē)前方遇到有障礙物時(shí)，此超聲波信號(hào)被障礙物反射回來(lái)，由接收器接收，經(jīng)LM318兩級(jí)放大，再經(jīng)帶有鎖相環(huán)的音頻解碼芯片LM567解碼，當(dāng)LM567的輸入信號(hào)大于25mV時(shí)，輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖剑?9C51單片機(jī)處理。</p><p><b>　　3.4后向通道設(shè)計(jì)<

77、/b></p><p>　　在工業(yè)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)總要對(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)操作，因此，在這樣的系統(tǒng)中，總要有后向通道。后向通道是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)算處理后，對(duì)控制對(duì)象的輸出通道接口。</p><p>　　根據(jù)單片機(jī)的輸出和控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的要求，后向通道具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　（1） 小信號(hào)輸出、大功率控制。根據(jù)目前單片機(jī)輸出功率的限制，不能輸出控制

78、對(duì)象所要求的功率信號(hào)。</p><p>　?。?） 是一個(gè)輸出通道。輸出伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制信號(hào)，而伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的狀態(tài)反饋信號(hào)通常是作為檢測(cè)信號(hào)輸入前向通道。</p><p>　?。?） 接近控制對(duì)象，環(huán)境惡劣?？刂茖?duì)象多為大功率伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，電磁、機(jī)械干擾較為嚴(yán)重。但后向通道是一個(gè)輸出通道，而且輸出電平較高，不易受到直接損害。但這些干擾易從系統(tǒng)的前向通道竄入。</p><

79、;p>　　單片機(jī)在完成控制處理后，總是以數(shù)字信號(hào)通過(guò)I/O口或數(shù)據(jù)總線(xiàn)送給控制對(duì)象。這些數(shù)字信號(hào)形態(tài)主要有開(kāi)關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，可直接用于開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)，但對(duì)于一些模擬量控制系統(tǒng)，則應(yīng)通過(guò)數(shù)／模轉(zhuǎn)換成模擬量控制信號(hào)。 </p><p>　　根據(jù)單片機(jī)輸出信號(hào)形態(tài)及控制對(duì)象要求，后向通道應(yīng)解決：</p><p>　　1功率驅(qū)動(dòng) 將單片機(jī)輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，

80、以滿(mǎn)足伺服驅(qū)動(dòng)的功率要求。</p><p>　　2干擾防治 主要防治伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)通道﹑電源以及空間電磁場(chǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾。通常采用信號(hào)隔離﹑電源隔離和對(duì)功率開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)過(guò)零切換等方法進(jìn)行干擾防治。</p><p>　　3數(shù)/模轉(zhuǎn)換 對(duì)于二進(jìn)制輸出的數(shù)字量采用D/A變換器；對(duì)于頻率量輸出則可以采用</p><p>　　本設(shè)計(jì)調(diào)速采用PWM調(diào)速：</p&

81、gt;<p>　　為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車(chē)的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，本設(shè)計(jì)采用了可逆PWM變換器?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有H型、T型等類(lèi)型。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個(gè)三極電力晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。圖3.5為雙極式H型可逆PWM變換器的電路原理圖。</p><p>　　圖3.5 雙極式H型可逆PWM變換器電路原理圖</p><p>　　4個(gè)電力

82、晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電壓分為兩組。VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動(dòng)電路中Ub1=Ub4；VT2和VT3同時(shí)動(dòng)作，其驅(qū)動(dòng)電壓Ub2=Ub3= -Ub1。</p><p>　　雙極式PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）電流一定連續(xù)；</p><p>　?。?）可使電動(dòng)機(jī)在四象限中運(yùn)行；</p><p>　?。?）電機(jī)停止時(shí)有微振電

83、流，能消除靜摩擦死區(qū)；</p><p>　?。?）低速時(shí)，每個(gè)晶體管的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通；</p><p>　　（5）低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達(dá)20000左右。</p><p>　　3.4.1脈寬調(diào)制原理：</p><p>　　脈寬調(diào)制器本身是一個(gè)由運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號(hào)組成的電壓比較器。運(yùn)算放大器工作在開(kāi)換狀態(tài)，稍微

84、有一點(diǎn)輸入信號(hào)就可使其輸出電壓達(dá)到飽和值，當(dāng)輸入電壓極性改變時(shí)，輸出電壓就在正、負(fù)飽和值之間變化，這樣就完成了把連續(xù)電壓變成脈沖電壓的轉(zhuǎn)換作用。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個(gè)輸入信號(hào)。一個(gè)輸入信號(hào)是鋸齒波調(diào)制信號(hào)，另一個(gè)是控制電壓，其極性大小可隨時(shí)改變，與鋸齒波調(diào)制信號(hào)相減，從而在運(yùn)算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。只要改變控制電壓的極性,也就改變了PWM變換器輸出平均電壓的極性,因而改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向.改變控制

85、電壓的大小,則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度,從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.只要鋸齒波的線(xiàn)性度足夠好,輸出脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的.</p><p>　　3.4.2邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)：</p><p>　　在可逆PWM變換器中,跨接在電源兩端的上下兩個(gè)晶體管經(jīng)常交替工作.由于晶體管的關(guān)斷過(guò)程中有一段存儲(chǔ)時(shí)間和電流下降時(shí)間,總稱(chēng)關(guān)斷時(shí)間,在這段時(shí)間內(nèi)晶體管并未完全關(guān)斷.如果在此期間另一個(gè)晶體管已經(jīng)導(dǎo)

86、通,則將造成上下兩管之通,從而使電源正負(fù)極短路.為避免發(fā)生這種情況,設(shè)置了由RC電路構(gòu)成的延時(shí)環(huán)節(jié).</p><p>　　3.4.3 電源的設(shè)計(jì) </p><p>　　本設(shè)計(jì)的電源為車(chē)載電源。為保證電源工作可靠，單片機(jī)系統(tǒng)與動(dòng)力伺服系統(tǒng)的電源采用了大功率、大容量的蓄電池；而傳感器的工作電源則采用了小巧輕便的干電池。</p><p><b>　　3.5顯示電

87、路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中用兩片4位八段數(shù)碼管5461作顯示器,并具有雙重功能,在小車(chē)不行駛時(shí)其中一片顯示年月,另一片顯示時(shí).分. 當(dāng)小車(chē)行駛時(shí),分別顯示時(shí)間和行駛距離原理圖如圖3.6 </p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用新型芯片EM78P458作為顯示驅(qū)動(dòng)器,它的管腳如圖3.5 EM78P458管腳介紹所示,用單片機(jī)的并行口控制,一個(gè)數(shù)碼顯示電路用4個(gè)口線(xiàn),用

88、專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片控制可以減少對(duì)CPU的利用時(shí)間,單片機(jī)將有更多的時(shí)間去完成其他功能.</p><p>　　圖3.6 EM78P458的管腳</p><p>　　該芯片共有20個(gè)管腳，管腳 LED1﹑LED2﹑LED3﹑LED4分別接10k電阻和三極管后與4位八段數(shù)碼管5461中的a1﹑a2﹑a3﹑a4四個(gè)數(shù)位選擇端相連，這四個(gè)數(shù)位選擇端用來(lái)產(chǎn)生LED選通信號(hào)。</p><p

89、>　　管腳a﹑b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑dp分別接680歐電阻后與四位八段數(shù)碼管5461中的a﹑b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑dp相連，分別控制各段碼和小數(shù)點(diǎn)。</p><p>　　管腳d0﹑d1﹑d2﹑d3接單片機(jī)并行口，通過(guò)對(duì)單片機(jī)對(duì)芯片進(jìn)行控制。管腳vss串上10k電阻后與vcc管腳相接后再接+5v電源，管腳gnd接地。</p><p>　　該芯片所驅(qū)動(dòng)的顯示電路如圖3.7 EM78P

90、458集成顯示電路所示</p><p>　　圖3.7 EM78P458集成顯示電路</p><p>　　顯示驅(qū)動(dòng)器支持動(dòng)態(tài)顯示，其顯示功能如表3.8真值表所示，0000-1001顯示從0-9數(shù)字，1010是未進(jìn)位時(shí)是小數(shù)點(diǎn)清位，1011是進(jìn)位后加小數(shù)點(diǎn)，1100-1111是八段共陰數(shù)碼管的位選。</p><p><b>　　表3.8真值表</b>

91、;</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過(guò)程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。</p><p>　　為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過(guò)程分成若干個(gè)部分

92、，每一部分叫做一個(gè)模塊。所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。</p><p>　　4.1主程序設(shè)計(jì)

93、 </p><p><b>　　主程序清單如下：</b></p><p>　　limiw equ 30h ;厘米位</p><p>　　miao equ 31h ;秒位</p><p>　　fenmi equ 32h ;分米位</p>

94、<p>　　fmiao equ 33h ;分秒位</p><p>　　meter equ 34h ;米位</p><p>　　fenzh equ 35h ;分位</p><p>　　point equ 36h ;小數(shù)點(diǎn)位</p><p>　　shimi equ 37h ;十

95、米位</p><p>　　shifn equ 38h ;十分位</p><p>　　sudu equ 39h ;速度控制</p><p>　　jishk equ 3ah ;記時(shí)開(kāi)始</p><p>　　zhond equ 3bh</p><p>　　zhodu eq

96、u 3ch</p><p>　　zhon equ 3eh</p><p>　　maicho equ 3fh</p><p>　　jinweb equ 40h</p><p>　　bhcs equ 41h</p><p>　　dpan equ 42h&

97、lt;/p><p>　　fenchu equ 43h</p><p>　　fencun equ 44h</p><p>　　pand equ 45h</p><p>　　fenmc equ 51h</p><p>　　org 0000h</p><

98、p>　　ajmp main</p><p>　　org 000bh</p><p>　　ajmp st0</p><p>　　org 001bh</p><p>　　ajmp st1</p><p>　　org 0100h</p><p&g

99、t;<b>　　main:</b></p><p>　　mov limiw,#00h</p><p>　　mov miao,#00h</p><p>　　mov fenmi,#00h</p><p>　　mov fmiao,#00h</p><p>　　mov meter,#00h</p&g

100、t;<p>　　mov fenzh,#00h</p><p>　　mov point,#0bh</p><p>　　mov shimi,#00h</p><p>　　mov shifn,#00h</p><p>　　mov jishk,#00h</p><p>　　mov zhond,#00h</p

101、><p>　　mov zhodu,#00h</p><p>　　mov zhon,#00h</p><p>　　mov maicho,#00h</p><p>　　mov jinweb,#03h</p><p>　　mov bhcs,#00h</p><p>　　mov sp,#6fh</p&

102、gt;<p>　　mov tmod,#21h</p><p>　　mov th0,#3ch</p><p>　　mov tl0,#0b0h</p><p>　　mov th1,#9ch</p><p>　　mov tl1,#9ch</p><p><b>　　setb ea</b>&

103、lt;/p><p><b>　　setb et0</b></p><p><b>　　setb et1</b></p><p>　　mov p1,#0aah</p><p>　　acall xianshi</p><p>　　軟件流程 如圖4.1流程圖所示</p>

104、<p><b>　　圖4.1 流程圖</b></p><p>　　4.2顯示子程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　程序清單如下：</b></p><p><b>　　xianshi:</b></p><p>　　mov p1,#0aah</p><

105、;p>　　mov p1,#0cch</p><p>　　mov a,limiw</p><p><b>　　swap a</b></p><p>　　add a,miao</p><p><b>　　mov p1,a</b></p><p><b>　　nop

106、</b></p><p><b>　　nop</b></p><p>　　mov p1,#0ddh</p><p>　　mov a,fenmi</p><p><b>　　swap a</b></p><p>　　add a,fmiao</p>&l

107、t;p><b>　　mov p1,a</b></p><p><b>　　nop</b></p><p><b>　　nop</b></p><p>　　mov p1,#0eeh</p><p>　　mov a,#0b0h</p><p>　　ad

108、d a,point</p><p><b>　　mov p1,a</b></p><p><b>　　nop</b></p><p><b>　　nop</b></p><p>　　mov p1,#0eeh</p><p>　　mov a,meter&l

109、t;/p><p><b>　　swap a</b></p><p>　　add a,fenzh</p><p><b>　　mov p1,a</b></p><p><b>　　nop</b></p><p><b>　　nop</b>

110、</p><p>　　mov p1,#0ffh</p><p>　　mov a,shimi</p><p><b>　　swap a</b></p><p>　　add a,shifn</p><p><b>　　mov p1,a</b></p><p&g

111、t;<b>　　ret</b></p><p>　　4.3避障子程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　程序清單如下：</b></p><p><b>　　zhangai:</b></p><p>　　jb 25h,stop</p><p>　　jnb 2

112、2h,youzhuan</p><p>　　jnb 23h,youzhuan</p><p>　　jnb 24h,zuozhuan</p><p>　　jnb 26h,zuozhuan</p><p>　　ajmp jiance</p><p><b>　　zuozhuan:</b></p&

113、gt;<p><b>　　clr p0.5</b></p><p><b>　　clr p0.4</b></p><p>　　mov sudu,#05h</p><p>　　acall delaa</p><p><b>　　setb p0.4</b></p

114、><p><b>　　setb p0.5</b></p><p>　　mov sudu,#07h</p><p>　　ajmp jiance</p><p><b>　　youzhuan:</b></p><p><b>　　clr p0.6</b><

115、/p><p><b>　　clr p0.7</b></p><p>　　mov sudu,#05h</p><p>　　acall delaa</p><p><b>　　setb p0.7</b></p><p><b>　　setb p0.6</b>&l

116、t;/p><p>　　mov sudu,#07h</p><p>　　ajmp jiance</p><p><b>　　stop:</b></p><p>　　acall delay</p><p>　　jnb 25h,zhangai</p><p><b>　　c

117、lr tr0</b></p><p>　　mov a,fenmi</p><p>　　mov fenmc,a</p><p>　　mov a,#02h</p><p>　　add a,fenmc</p><p>　　mov fenmc,a</p><p>　　here: cjne a

118、,fenmi,here</p><p><b>　　clr tr1</b></p><p><b>　　setb p2.6</b></p><p>　　acall delaa</p><p><b>　　setb p2.7</b></p><p><

119、;b>　　ajmp $</b></p><p>　　4.4軟件抗干擾技術(shù)</p><p>　　提高玩具車(chē)智能控制的可靠性，僅靠硬件抗干擾是不夠的，需要進(jìn)一步借助于軟件抗干擾技術(shù)來(lái)克服某些干擾。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，如能正確的采用軟件抗干擾技術(shù)，與硬件干擾措施構(gòu)成雙道抗干擾防線(xiàn)，無(wú)疑為了將大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)

120、、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)等。</p><p>　　4.4.1數(shù)字濾波技術(shù)：</p><p>　　一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬輸入信號(hào)中，均含有種種噪音和干擾，它們來(lái)自被測(cè)量本身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和控制，必須消除被測(cè)信號(hào)中的噪音和干擾。對(duì)于這類(lèi)信號(hào)，采用積分時(shí)間等于20ms的整數(shù)倍的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，可有效的消除其影響。后者為隨機(jī)信號(hào)，它不是周期信號(hào)。對(duì)于隨機(jī)干擾，我們