基于51单片机的遥控汽车设计方案

1 基于 51单片机的遥控汽车设计方案 题背景 随着汽车工业的迅速发展，关与汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有遥控小汽车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。而且遥控小汽车在儿童玩具中应用多种多样，备受儿童，家长青睐。本设计就是在这样的背景下提出的，同时遥控小汽车的出现，也改变一些特殊场合的工作，它可以从事考古、机器人、医疗器械等方面的工作，为人门带来很大的方便。而本设计主要应用于儿童玩具，主要采用 89列单片机设计一种体积小，功耗低，功能强，成本 低，操作简单的遥控小汽车。使用发光二极管控制小车行驶，停止，转向时指示灯的指示。车体中采用双电源，用驱动电路驱动小车行驶。本次设计基于完备的软硬件系统，要求实现小车遥控、任意曲线行驶、行驶时发出指示信息等功能。其意义为丰富儿童玩具的类型，提高儿童的乐趣，使他们童年过得更丰富，更有意义。 计 方案 遥控小汽车的工作原理基本上是相同的，大致可以分为如下几大部分，微处理器模块，键盘模块，电源模块，遥控模块即发送模块和接收模块，显示模块，电机驱动模块。其原理都主要利用微处理器作为核心，并采用遥控发射器和接收处理器实现对遥控小汽车行驶过程的控制，遥控用发射和接收模块完成，遥控发 送模块发出指令，遥控接收模块收到信息后，传递给微处理器，微处理器翻译出接收到的信号后，传输给驱动电路驱动直流电机旋转，从而采用遥控技术，通过遥控命令对遥控小汽车行驶状态进行控制，如前进、后退、左转弯、右转弯、自动、停止和加速。通过电源为遥控小汽车供电。采用 示器显示遥控小汽车行使信息遥控小汽车的设计方案。 方案 为 釆用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现 遥控小汽车的前进、后退、左转弯、右转弯、自动、停止和加速等功能 。充分分析 2 我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。 而且制作的红外遥控小汽车运行稳定，遥控灵敏，占用系统硬件资源少，且在不改变硬件电路，仅通过软件编程就可以实现障碍物多出检测，报警等功能。 因此，这种方案是一种较为理想的方案。 术关键 本设计的技术关键主要是遥控小汽车遥控器的发射模块和遥控器接收模块，即小汽车的遥控系统，其次是电动机的选择和电动 机模块的设计以及与单片机最小系统的连接。 章小结 本章主要讲述了遥控小汽车的背景，现有的设计方案，以及遥控小汽车设计中的技术关键，为后续论文打下了基础。 3 2 系统总体设计 统实现功能和技术要求 本设计的遥控小汽车主要由遥控模块，微处理器模块，电机驱动模块，显示模块，电源模块组成，主要是通过遥控模块的按键实现对小车的前进、后退、左转弯、右转弯、自动、停止和加速的控制等功能；利用电机实现小汽车的前轮转向，后轮驱动功能；利用显示模块完成对小汽车的时间显示和前进、后退、左 转弯、右转弯时转向灯的显示等功能。 本设计的遥控小汽车因主要应用于儿童玩具，所以要求遥控范围在十米左右，显示时间要求显示四位数字，即小数点前两位，小数点后两位，电动机转动速度为 速度 为 3000r/ 统原理框图 遥控小汽车系统主要分为遥控模块，微处理器模块，电机驱动模块，显示模块，电源模块。其原理图如图 示。 处理器模块设计的比较 微处理器的选择多种多样，因为单片机性价比较高，应用广泛，所以遥控小汽车使用的是单片机，但使用的单片机种类却不相同。方案一使用常见的 51 系列单片机，其价格比较便宜，适用于普通的遥控小汽车，方案二使用凌阳片，它是一种高性能价格比的单片机 而本设计微处理器主要用于红外遥控小汽车的红外遥控接收，红外遥控小汽车的行驶时间显示以及处理遥控小汽车的各种命令。采用 串行接口通信 ，串行口工作在方式 2， 其特点是其波特率高，并且波特率可以直接从晶振 32 分频、或 64 分频而得到，不需要占用定时器资源。所以综合考虑本设计微处理器采用 片机为核心控制器 ，采用晶振电路和复位电路构成 片机的最小系统，从而使得 片机运行效率高，可靠性强，节省内部资源。 4 源模块设计的比较 按 键 遥 控 发 射遥 控 接 收 显 示 模 块A T 8 9 C 5 1电 机 驱 动电 源复 位 电 路时 钟 电 系统原理框图 方案采用双电源供电，电机控制板单独采用一组电源，检测信号板用另一组电源，将电机驱动电源和单片机及传感器电源完全分开，这样互不干扰，所以被广泛采用。所以综合考虑本设计遥控器采用电池，供遥控器对电源的需要，以保证遥控器正常工作，车体采用双电源供车体行驶，闪光灯闪烁，分别给单片机，显示模块，直流电机驱动模块供电，从而保证红外遥控系统以及红外遥 控小汽车车体的正常行驶和指示灯的指示。 控模块设计的比较 红外遥控和无线电波因为易于实现，应用简单而被广泛采用。但无论是那种遥控部分也都由遥控接收模块，遥控发送模块，键盘按键组成。而且因为无线电波 小汽车适用于长距离遥控控制，但是 本课程设计需要的遥控小汽车遥控范围在十米左右，而且需要结构简单，易于操作，价格适宜，所以选用了红外线遥控 小汽车。具体为遥控器 应用编码专用集成电路芯片进行控制操作，发射部分包括矩阵式键盘，编码调制， 外发送器。接收部分包括电转换放大器，解调电路，解码电路。 盘模块的比较 键盘按工作原理可分为编码式键盘和非编码式键盘，编码式键盘由键盘和专 5 用编码器组成。当键盘中某一键按下时，编码器自动产生对应按键的代码，并输出一选通脉冲与 行信息联络，优点是 需要扫描键盘，编码器自动提供按键的代码，缺点是编码器成本较高。非编码式键盘不含编码器，当某键按下时键盘仅送出一个简单闭和信号，对应按键的代码必须通过软件来确定。因此非编码式键盘成本低，使用灵活。非编码式键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘以及交互式键盘。独立式键盘结构的特点是一键一线，但某键按下时，对应检测线就变 成了低电平，而与其他键对应的检测线仍为高电平，因而很容易识别被按下的键。其优点是键盘结构简单，各检测线相互独立，按键容易识别，缺点是占用较多的检测线，不便于组成大型键盘。矩阵式键盘的结构特点是把检测线分为两组，一组为行线，另一组为列线，按键置于行线与列线的交叉处。 过行扫描，列反馈法识别按键，即逐次使某一行为低电平，其他行为高电平，并读回列线的状态，根据送出的行码和返回的列码就可以确定按键的位置。其优点是在使用相同检测线时可以安排更多的按键。交互式键盘的结构特点是，任意两检测线之间均可放置一个按键，但 要求每一条检测线必须是具有位控功能的双向 I/为本设计要求有 8 个按键，所以综合考虑采用矩阵式键盘。分别控制遥控小汽车的 前进，后退，左转弯，右转弯，停止，自动，加速功能。 示模块设计的比较 方案一为里程显示，方案二为时间显示，方案三为速度显示，方案四为遥控小汽车行驶过程中行驶状态指示灯显示，显示颜色行驶为绿色闪烁，停止为红色闪烁。其中前三种采用的是 示管显示，通过对 示管 的驱动显示十进制小数，第四种显示均采用发光二级管。综合考虑 本设计采用 码管显示模块和发光二级管 显示模块，其中 码管显示模块采用 4 个 74动，显示小车运动的时间和里程，通过遥控按键切换时间显示和里程显示。用四个发光二级管显示小车 在运行过程中的工作状态，前进时 灯亮，倒车时红灯 烁，左转时 灯亮，右转时 灯亮。 机驱动模块设计的比较 方案 采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H 型桥式电路。用单 6 片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转 速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高， H 型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 速技术。现市面上有很多此种芯片，我选用了 这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制 两个 直流电机 ，分别控制前轮转向，后轮驱动。 统主要特色 本设计以 片机为核心控制器 ，采用晶振电路和复位电路构成单片机最小系统，采用 动两个直流电机工作，两个直流电机的作用分别为前轮转向，后轮驱动，从而控制小车的运行。此款小车具有红外线遥控手动驾驶、自动驾驶等功能。本系统采用模块化设计，软件采用汇编语言编写。而且红外线遥控小车运行稳定、遥控灵敏、占用系统硬件资源少。且在不改变硬件电路，仅通过软件编程小车就可以实现小车的各种功能。 章小结 本章主要讲述了遥控小汽车的 系统实现功能和技术要求 ，系统总体结构，各模块的划分与构成，以及本设计的主要特色。 河南师范大学新联学院本科毕业论文 7 3 系统硬件设 计 本设计根据儿童玩具的需要将红外遥控小汽车分为红外遥控模块，微处理器模块，显示模块，电机驱动模块。其中红外遥控模块又分为红外发射模块和红外接收模块。其各模块具体设计如下。 红外遥控模块的设计 遥控模块之所以采用红外遥控方式，是因为采用红外遥控抗干扰能力强，不会对周围的无线电设备产生干扰电波，接口简单；但是红外方式遥控的距离比较有限，一般在几米之内。但是因为本设计不需要远距离遥控，所以综合考虑决定采用红外遥控较为合适。 红外遥控模块要求能用遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、停止、 加速，显示时间，自动运行等多种功能；在十米之内使遥控器能准确控制遥控小汽车的行驶。综上所述遥控模块分为遥控接收模块和遥控发送模块。其结构框图如下所示。 键 盘编 码 和 调制发 光 二 级管发 光 二 级管光 电 放 大 解 调解 码 单 片机图 遥控原理图 外发射模块 红外遥控模块工作原理里主要是用户按下键盘值， 遥控器芯片 对按键信息进行解码调制后经发光二级管显示信号成功输出。 该电路的主要控制器件为遥控器芯片 矩阵键盘，发光二级管，电阻，放大器 9014， 电容，晶振。实现遥控小汽车的 前进、后退、左转、右转、停止、加速，显示时间，自动运行等多种功能。其硬件电路图如图 示。 在 电路 图中 红外线发射二极管， 按键指示灯 ，当有按键按下时 亮。 用 47K，河南师范大学新联学院本科毕业论文 8 用 1K， 用 330K，作用都是限制电流的大小。放大器 用 9014，作用是将遥控芯片 输出数据放大，从而使得 光二级管正确作出指示。电容 用 100容 用 100作用都是去耦合。晶振芯片采用 455为红外遥控芯片 部需要 455能保证 图中 数据码为 0数据码为 0数据码为 0数据码为 0 数据码为 0数据码为 0， 数据码为 0 数据码为 0 前进， 后退， 左转， 右转， 自动， 加速， 时间 显示 ， 停止。 12345678910 11121314151617181920H T 6 2 2 1A I U S L E 2 4 0 1 4 0 0 5V C 红外发送模块电路图 作电压 :出 38小发射字：一个 。 ， 个 455陶光或晶体， 16 位地址 码， 8 位教据码， 码方式，最大活动键 32 键。 引脚的功能为： 行矩阵键盘控制，高电平有效，串行数据输出引脚，用 38波， 正电源，一般为 7为最重要的数据位代码设置， 谐振器振荡输出。 谐振器振荡输入， 键盘矩阵列控制， 低字节地址码扫描输入， 行矩阵键盘控制，高电平有效。 代码格式为已接收代码为准，接收代码与发射代码反相，其图如 示。 红外码调制成 38 河南师范大学新联学院本科毕业论文 9 脉冲信号，然后通过红外发射二极管发出红外编码。 编码规则是：当一个键按下超过 36荡器使芯片激活，当这个按键按下并且延迟大于 108 108射代码由一个起始码 (9一个结果码 (4.5 ，低 8位地址码 (9 18高 8 位地址码 (9 18 8 位数据码 (9 18这 8位数据码的反码 (9 18成，当按键按下超过 108未松开时，接下来发射的代码由起始码 (9结束码 (成。 键盘的选择：根据本 设计的需要，键盘的功能键为小车的前进，后退，左转，右转，启动，停止，自动，加速，时间，里程显示切换。所以综合考虑应采取矩阵式按键接口，矩阵式键盘，一组为行线，一组为列线，按键置行线与列线的交叉处。 矩阵式键盘工作过程中， 单片机 过进行扫描，列回馈法识别按键，即逐次使某一行为低电平，其他行为高电平，并读回列线的状态，根据送出的行码与读回的编码就可以确定被按下键的位置。在智能仪器中当按键多与 8 个时，都采用矩阵式键盘。而且矩阵式键盘的控制方式有三种方式，即程序控制方式，定时控制方式，中断 控制方式。程序控制方式是利用了 片机 完成其他工作之余，调用键盘扫描程序，以响应键输入的请求。当片机 运行其他程序时，就不在响应键输入请求。因此此种方式的缺点是 片机 能及时响应每次按键，因此不采用。而定时控制方式是利用一个专门的定时器，在定时时间到时提出定时中断申请 片机 应后对键盘进行扫描，若有键按下时则转入相应的键处理程序。由于按键时间一般不小于 100以定时周期应小于 100种控制方式的缺点是存在漏 检的可能性，因此不采用。中断控制方式，在这种控制方式下，当键盘中有键按下时，硬件产生中断请求信号，从而 应中断后对键盘进行扫描，并在在有键按下时转入相应的键处理程序，该方式的优点是能确保对用户的每次按键操作都能都能做出迅速的响应，而且由于在无按键时不进行扫描，从而提高了 行效率。所以本设计综合考虑采用了中断控制方式，即当红外遥控器中有键按下时， 片机 产生中断请求信号，从而 片机 响应中断后对键盘进行扫描，并在在此时转入相应的键处理程序，从而确保对用户的每次按键操作都 能都能做出迅速的响应，而且由于在无按键时不进行扫描，从而提高了 行效率。 河南师范大学新联学院本科毕业论文 10 解码 的关健是如何识别 0 和 1 从位的 定 义我们 可 以发现 0 或 1 均以 低电平开始 。 不同的是高电平的宽度不同 ， 0 为 1 为 以必须根 据 高电平的宽度区別 0 和 1， 如果从 电平过后开始延时 ，后 ， 若读到的电平为低 ， 说明该位为 0， 反之 则 为 1， 为了可靠起 见，延时必须比 些 。 但又不能超过 则 如果该位为 0， 读到的已是下一位的高电乎 =最为可靠 ， 一般取 综上可知根据码的格式应该等待 9 的起始码和 结果码后才能进行读码。 外接收模块 该模块 由 一体化红外接收头 1838， 104电容组成。其功能为 当有红外编码信号发射时，输出为检波整形后的方波信号，而且直接提供给单片机。 硬件电路图如 示。其中 瓷片电容为去耦电容。 红外接收头 18384适用于宽角度和长距离接收，抗干扰能力强，低电压工作适用范围广。其电路如图下所示。 D O U T 是解调信号的输出端，直接与单片机的 相连。一体化红外接收头 1838 内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过 30 60负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。 红外接收头 1838 内部放大器的增益很 大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在 22的厂家建议在供电脚和电源之间接入 330 欧电阻，进一步降低电源干扰 。红外发射器可从遥控器厂家定制，也可以自己用单片机的 生，推荐使用超小封装 ( 产 空比设置为 1/3, 通过简单的定时中断开关 即可产生发射波形 。 一体化红外接收头 1838 的极限参数如 表 示，推荐使用条件如表 收角度为 +35 度 。 一体化红外接收头 1838 使用时注意事项： 在无任何外加压力及影响品质的环境下储存及使用：在无污染气体或海风（含盐分）河南师范大学新联学院本科毕业论文 11 的环境下储存及使用；在低湿度环境下储存及使用；在规定的条件下焊接引脚，焊接后，勿施加外力；勿消洗本产品，使用前请先用静电带将作业员及电烙铁连接落地线 ； 注意保护红外线接收器的接收面 ， 沾污或 破 损后会影响接收效 率， 同时不要触碰表面 。 项目 符号 规格 单位 供应电压 特 工作温度 2585 摄氏度 存储温度 40125 摄氏度 表 1838 的极限参数 符号 项目 作电压 作温度 0 入频率 - - 表 1838 的 推荐使用条件 示模块 显示模块分为时间显示模块和小车在运行过程中的工作状态显示。 3 8V C U 15 接收模块电路图 间显示 时间显示采用单片机串行通信， 4 片 74态扫描方式驱动 4 片 7 段码显示器 。而且 本设计采用 7 段 示器，用共阳极接法 。 将各个数码管的段码端口分别串联在一起，由位选端口轮流选 通各个数码管， 显示 4 为有效数字，小数点前两位，小数点后两位， 并让每个数码管分别显示几毫秒，从而显示遥控小汽车运动的时间 。 其硬件电路图如图 河南师范大学新联学院本科毕业论文 12 图中 发光二极管显示字段的器件， 示器具有工作电压低，体积小，寿命长，响应速度快，颜色丰富等特点。 正向工作电压一般为 光工作电流为 520光强度与正向电流成正比，在实际工作中，电路应串联适当的限流电阻。 7 段 示器有 7 个条形 成，分别称为 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 段，点亮不同的段，可以显示出 09 及多个字 母，符号。因为显示的距离为带小数的十进制数，所以在右下角设置一圆形 为 。 7 4 L S 1 6 4 7 4 L S 1 6 4 7 4 L S 1 6 4 7 4 L S 1 6 4 c c _ 1v c c _ 2 c c _ 1v c c _ 2 c c _ 1v c c _ 2 c c _ 1v c c _ 2R d 1R d 2R d 3R d 4R d 5R d 6R d 7R d 8R d 9R d 1 0R d 1 1R d 1 2R d 1 3R d 1 4R d 1 5R d 1 6R d 1 7R d 1 8R d 1 9R d 2 0R d 2 1R d 2 2R d 2 3R d 2 4R d 2 5R d 2 6R d 2 7R d 2 8R d 2 9R d 3 0R d 3 1R d 3 2V C D X 4V C C+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 42 0 0R 2 01K+ 5 V L E D D A T D C L 4 _ 11 6 4 _ 21 6 4 _ 31 6 4 _ 4图 时间 显示模块 对于 4 个 7 段 码显示器的显示，有静态方式和动态方式。静态方式就是各位 定的显示对应的数字字符。在这种显示方式中，每位要锁存段码信号。静态显示方式的优点是显示程序简单，占用 点是当显示位数增加时，硬件成本增加，功耗增大。动态方式，就是各位 流显示对应数字，字符。由于人眼存在视觉残流现象，只要各位 流显示时间间隔足够短，就会造成各位 时显示 的视觉。动态显示方式硬件开支小，功耗低，但需要 扫描的方式河南师范大学新联学院本科毕业论文 13 送出各位 段码及位码，占用一定的工作时间。但是 为了实现 示器的动态扫描 ,除了要给显示器提供段 (字形代码 )的输入之外，还要对显示器加位的控制，这就是通常 所 说的段控和位控。因此多位 示器接口电路需要有二个输出口，其中一个用于输出 8 条段控线 (有小数点显示）另一个用于输出位控线，位控线的数 3 等于 显 示器的位数。 动态扫 描 是从右向左进行 ,则缓冲区的首地址应为 79H。 7 段 码显示器 共阳极接法 ， 把 8 个发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极 ，使用时公共阳极接 +5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮 ,而输入高电平的则不点亮。 7 段 码显示器 共阴极接法 ， 把 8 个发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地 ,这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。 因为 7 段 码显示器连接可以采用共阴 连接 方式和共阳 连接 方式的优缺点大同小异，所以采用那种连接方式都能满足此模块的需求， 本设计 就 采用了共阳方式 。 7 段 码显示器 总共有 七段发光二极管 ,再加上一个小数点位，共计8 段 ， 因此提供给 示器的字 形代码正好一个字节。各代码位的对应关系如下： 代码位 应显示段 码位 应显示段 a,代码位 应显示段b,代码位 应显示段 c, 代码位 应显示段 d,代码位 应显示段 e,代码位 应显示段 f,代码位 应显示段 g. 7 段 码显示器 的字形代码如表 示： 74 向 8 位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中 A、 B（第 1、 2 脚）为串行数据输入端， 2 个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。 8 脚）为时钟输入端，可连接到串行口的 一个时钟信号的上升沿加到 T 端时，移位寄存器移一位， 8 个时钟脉冲过后， 8 位二进制数全部移入 74。 9 脚）为复位端，当 时，移位寄存器各位复 0，只有当 时，时钟脉冲才起作用。 D、 3 10脚）并行输出端分别接 示 器 的 a 各段对应的引脚上。在给出了 8 个脉冲后，最先进入 74第一河南师范大学新联学院本科毕业论文 14 个数据到达了最高位，再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出， 4 片7尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入 8 个脉冲时，从单片机输出的数据就进入到了第一片 74了，而当第二个 8 个脉冲到来后，这个数据就进入了第二片 74新的数据则进入了第一片 74样，当第六个 8 个脉冲完成后，首次送出的数据被送到了最左面的 74他数据依次出现在第一、第二、第三、第四片 74。 字符 共阴极代码 共阳极代码 字符 共阴极代码 共阳极代码 0 30H 9 60H 1 06H 77H 88H 2 54H B 73H 3 40H C 39H 66H 99H D 51H 5 62H E 79H 86H 6 72H F 71H 84H 7 07H 00H 70H 表 7 段 码显示器 的字形代码 关于 74还可以作如下的介绍：所谓时钟脉冲端，其实就是需要高、低、高、低的脉冲，不管这个脉冲是怎么来的，比如，我们用根电线，一端接 T，一端用手拿着，分别接高电平、低电平，那也是给出时钟脉冲，在 74得时钟脉冲的瞬间（再讲清楚点，是在脉冲的沿），如果数据输入端（第 1， 2引脚）是高电平，则就会有一个 1 进入到 74内部，如果数据输入端是低电平，则就会有一个 0 进入其内部。在给出了 8 个脉冲后，最先进入 74后再来一个脉冲会有什么发生呢？再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出 . 作状态显示 小车在运行过程中的工作状态通过发光二极管来显示 5，前进时 车时红灯 烁，左转时 灯亮，右转时 灯亮。发光二级管显示器，是一种有某些 特殊半导体材料制作而成的 ，由于参杂浓度很高，当正向偏置时，会产生大量的电子 空穴复合，把多余的能量释放变为光能。而且因为 1单片机 端口 符号 参数 最小值 典型值 最大值 单位 河南师范大学新联学院本科毕业论文 15 源电压 入高电电压 - - V 入低电电 压 - A 出高电平电流 - - A 出低电平电流 - - 8 钟频率 0 - 25 W 脉冲宽度 20 - - 据设置时间 17 - - H 数据保持时间 5 - - 立时间 30 - - 74操作参数 1 具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。 所以综合考虑决定 过限流电阻 别接到 而控制红外遥控小汽车在接收到红外遥控器前进，倒车，左转弯，右转弯时红外遥控小汽车车体做出相应的 前进时 车时红灯 烁，左转时 灯亮，右转时 灯亮指示。从而提高控制着 红外遥控小汽车控制难度和红外遥控小汽车的乐趣。根据以上分析，我决定本设计采用的此部分硬件电路图如下图 示。 0 0 0 0工作状态 显示电路 河南师范大学新联学院本科毕业论文 16 处理器的选择 单片机负责红外遥控接收、显示、小车的运动以及处理遥控命令等功能。串行接口通信，串行口工作在方式 2，其特点是其波特率高，并且波特率可以直接从晶振 32 分频、或 64 分频而得到，不需要占用定时器资源。 2是一种带 4K 字节闪烁可编 程 可擦除只读存储器的低电压，高性能 微处理器，俗称单片机。 一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器付以反复擦除 100 次 密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 于将多功能 8 位 闪烁存储器组合在单个芯片中， 一种高效微控制器 它的一种简精版本。 片擦除 是整个 列和三个锁定位的屯擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 脚处子低电平 10完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1”且在任何非空存储字节被重编以前，该操作必须被执行。 此外 有稳态逻辑 支持两种软件可选的掉电模式。在闲 置 模式下， 止工作，但 时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 内容并且冻结振荡器， 截 止所用其他芯片功能，直到下一个硬件 就 位为止。 片机为很多 嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。 片机振荡器特 性为 别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配 S 为片内振荡器 采用外部时钟源驱动器件， 不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的离低电平要求的宽度。 机驱动模块 因儿童玩具遥控小汽车的要求 速度 为 3000r/右，所以 该模块 采用 芯片 制两个 55流永磁电机 的正反转和转速， 其 55 为控制遥控小汽车的驱动，前进；而 55流永磁电机 左转弯，右转弯。 硬件电路图 如图 示。 河南师范大学新联学院本科毕业论文 17 I N 1149I N 2150I N 3151I N 4152E N T 1159O U T 2161O U T 4163I S E N E N T 3166L 28998 04 04 O D E S C H O T T K O D E S C H O T T K O D E S C H O T T K O D E S C H O T T K 6 8C 4 100U F C 5 C 2 0. 1U 100U Fm ot e r Am ot e r . 0P 2. 1P 2. 2P 2. 3P 2. 4P 2. 5图 直流电机驱动电路 片是一种高压、大电流双全桥式驱动器， 可以驱动两个直流电机，其引脚功能为： 电源引脚电压范围分别是 7 V 、 46 V 设计中 与单片机电源端连接共用 5V 电源 ， V S 端独立接 9V 电源 。 、 为使能端，低电平禁止数据输出， 低电平时，输入电平对电机控制起作用，当 高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停等。 1N 1、 、 、 为数据输入端 数据输出端 D I D 8 是保护二极管 (8作用是释放电机停止时产生的反响尖峰电势。 55流永磁电机 的参数： 55流永磁电机采用采用铁氧体永磁磁铁作为激磁，系封闭自冷式。作为小功率直流马达可以用在各种驱动装置中做驱动元件。转矩 为 牛米 )， 速度 为 3000r/ 功率 为 20)， 电压 为 24)，电流为 A）和允许逆转速度差 为 150r/ 使用条件海拔不超过 4000米，环境温度 为 到 40 度，相对温度 为 小于等于 95 度，在海拔不超过 1000米时，不超过 75K。 直流电机的应用：电动机简称电机，是使机械能与电能相互转换的机械，直流电机把直流电能变为机械能。作为机电执行元部件，直流电机内部有一个闭合的主磁路。主磁通在主磁路中流动，同时与两个电路交联，其中一个电路是 用以河南师范大学新联学院本科毕业论文 18 产生磁通的，称为激磁电路；另一个电路是用来传递功率的，称为功率回路或电驱回路。现行的直流电机都是旋转电驱式，也就是说，激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子，带换向单元的电驱绕组和电驱铁芯结合构成直流电机的转子。直流电机工作原理：当电刷 A， B 接在电压为 U 的直流电源上时，若电刷 B 是负电位，在 N 极范围内的导体 的电流是从 a 流向 b，在 的电流是从 c 流向 d。载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此 导体都受到电磁力的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电机左 手定则判断， 受力的方向是向左的，而 则是向右的。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以 和 所受磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针转动。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半周之后，虽然 位置调换了， 转到 转到 N 极范围内，但是由于换向片和电刷的作用，转到 N 极下的 中电流方向也变了，是从 d 流向 c，在 s 极下的 中的电流则是从 a。因此电磁力的方向仍 然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在 N， S 极范围内的导体中电流方向总是不变的，因此线圈两个边的受力方向也不变，这样线圈就可以按照受力方向不停地旋转，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其他机械工作。从以上分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围转到另一个异性磁极范围时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变，换向器和电刷就是完成这一任务的装置。在直流电机中，换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺少的 关键部件。当然，在实际的直流电机中，不只有一个线圈，而是有许多线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流在磁场中因受力而转动时，就带动整个转子旋转，这就是直流电机的基本工作原理。 源模块 本系统中遥控器模块采用两节 5V 电池，而红外遥控小汽车车体采用双电源供电，电机控制板单独用一组电源 4V，单片机与显示模块用另一组 5V 电源，将电机驱动电源与单片机的电源，显示模块的电源完全隔离 19 驱动部分利用光电供合器进行连接 以彻底解决电源对系统稳定性的影响，从而提高了 系统的可靠性。采用双电源供电尤其对大功率直流电机而言，效果会更为明显 。最终得到的双电源电路如下图 示，图中二极管的作用是单向导电性，电容的作用是去耦合，电阻的作用为调节电压的大小，根据实验经验得到 10K， 9K， 1K 满足 4V 和 5V 电压的要求。图中的三极管主要起放大作用，电感的作用主要为滤波。 C 1 0220 7 2 19104 11 U 0923I C 2R N 5 R K x x 1 电源模块 图中 制方式的 C 升压转换器，是一种 一个振荡器、一个 制电路、一个低导通内阻 (关 )的激励晶体管、一个参考电压器、一个高速比较器、几个电压检测电阻、一个 关保护电路以及一个内部芯片启动电路组成。 4的特点有 超待机低输入电流，输出电压精度高，低纹波及低噪声，低启动电压，高效率包括低导通电阻的驱动晶体管，两种占空比，输出电压稳定，低输出电压温度漂移。小型封装 低波纹高效率 个二极管和一个电容器构成，而且有一个驱动脚 ( )，用于驱动外部晶体管。因为利用低饱和电压功率晶体管来负荷大输 出电流是可行的，故如果用户需要输出电流为几十毫安到几百毫安之间的话，建议使用这种芯片。利用片选功能，有可能使电流在待机状态下最小。由于这些集成电路的封装为 迷你型 )，在印板上可以使用高密度贴片。 少量外接元件仅一个电感器、一个二极管和一个电容器 (超低待机电流 0A 高输出电压精确 度 低纹波和低噪声 ， 低启动电压河南师范大学新联学院本科毕业论文 20 最大 效率典型值 80% 内置一个低导通内阻的晶体管 两种占空 比77%，输出电压 在 范围内，以每 步 间隔设置是可行的。 输出电压的低的温度漂移系数 典型值 100C 小封装 5 个引脚功能为： 1 片使能引脚， 2 压输出监视引脚，电源供应器（设备本身）， 3 连接， 4 地引脚， 5 关引脚（ N 沟道开漏）。 输出电压可 通过电阻的