精品基于单片机____的自动往返小车的设计论文

第 1 页 目录 摘要 . 2 第一章 片机及其外围电路 . 3 一 . 3 二时钟电路 . 5 三复位及复位电路 . 6 四 8031 片外 . 7 第二章 数码管显示里程方案设计 . 8 一检测电路方案选择 . 8 二数码管显示电路 . 9 第三章 直流调速方案讨论 . 11 一确定调速方案 . 11 二直流调速的实现 . 12 第四章 程序 . 15 程序 1小车电机调速程序 . 15 程序 2里程显示程序 . 19 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 第 2 页 摘要 本设计要完成自动往返行驶汽车，要求使用 片机，并且用七段数码管显示里程。要求采用调压调速的方法， 改变电机的速度和转向。一并完成自动往返功能。为了方便调速，本设计拟采用小型直流电动机，为了同时满足对电机转速大小和方向的调节，要选择合适的调节方式，本设计拟采用宽调制的方法实现。对于里程显示，要将小车的车轮转数 转换成距离，再将其输入单片机，并由单片机处理输出，并用数码管显示出来。最后根据所选用的硬件及芯片，设计电路并编程实现要求内容。 关键字： 霍尔传感器 数码显示 宽调速 第 3 页 第一章 片机及其外围电路 一 脚及功能简介 8031是最常见的 用范围涉及到各行各业 ,下面介绍一下它的引脚图等资料 。（图 031 引脚图 ） 图 ） 8031引脚功能： 5 路接地端。 2） 道 0，它是 8 位漏极开路的双向 I/O 通道，当扩展外部存贮器时，这也是低八位地址和数据总线，在编程校验期间，它输入和输出字节代码，通道 0吸收 /发出二个 3） 道 1是 8位拟双向 I/编程和校验时，它 第 4 页 发出低 8位地址 ， 吸收 /发出一个 载。 4） 道 2是 8位拟双向 I/访问 外部存贮器时，用作高 8位地址总线。通道 2能吸收 /发出一个 5） 道 3准双向 I/道 3能吸收 /发出一个 行输入口。 行输出口。 部中断 0输入口。 部中断 1输入口。 0，定时器 /计数器 0外部事件脉冲输入端。 1，定时器 /计数器 1外部事件脉冲输入端 R，外部数据存贮器写脉冲。 D，外部数据存贮器读脉冲。 6） 脚 9，复位输入信号，振荡器工作时，该引脚上 ， 2个机器周期的高电平可以实现复位操作，在掉电情况下（ 到操作允许限度以下）， 后备电源加到此引脚，将只给片内 电。 7） 脚 30,地址锁存有效信号，其主要作用是提供一个适当的定时信号，在它的下降沿用于外部程序存储器或外部数据存贮器的低8 位地址锁存，使总线 出 /输入口分时用作地址总线（低 8 位）和数据总线 ,此信号每个机器出现 2次 ,只是在访问外部数据存储器期间才不输出 以，在任何不使用外部数据存贮器的系统中， 1/6 振荡频率的固定速率 输出，因而它能用作外部时钟或定时， 8751 内的 端输编程脉冲信号。 8） 脚 29,程序选通有效信号 ,当从外部程序存贮器读取指令时产生，低电平时，指令寄存器的内容读到数据总线上。 脚 31，当保持 果指令计数器小于 4096， 8051执行内部 8751执行内部 使 从外部程序存贮器取出所有指令，在 8751内的 程时，此端为 21 9） 脚 18，内部振荡器外接晶振的一个输入端， 端必须 接地。 10） 脚 19，内部振荡器外接晶振的另一个输入端， 片使用外部振荡器时，此端用于输入外部振荡信号。 第 5 页 二时钟电路 8 0 3 1X T A L 1X T A L 2V S 或 陶 瓷 振 荡 器C X 1C X 2(a) X T A L 1X T A L 2V S 3 1外 部 振 荡 器信 号V C C(b) 图 钟配置电路 （ a)内部方式时钟配置电路；（ b）外部方式时钟配置电路 8031单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。 在引脚 接晶体振荡器 (简称晶振 )或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如上图所示。 外部振 荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。外部振荡方式的外部电路如上图所示。 图中，电容器 稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在 5振频率的典型值为 12用 6部振荡方式所得的时钟情号比较稳定，实用电路中使用较多。 第 6 页 因此本设计中将采用内部方式时钟电路，即采用图 a）所示电路。 三复位及复位电路 当 称 现 2个机器周期以上的高电平时，单 片机就执行复位操作。如果 片机就处于循环复位状态。 根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。 上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复位电路如下图 a 中左图所示。图中电容 电阻 电后，保持 段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻 能达到上电复位的操作功能。 8 0 3 1R S T+ 5 3 1R S T+ 5 VR s（ a） （ b） 图 位电路 （ a）上电自动复位 ；（ b）上电与按钮复位 上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复位电路如上图 (b)所示。上电后，由于电容 C 的充电和反相门的作用，使 续一段时间的高电平。当单片机已在运行当 中时，按下复位键 能使 而实现上电或开关复位的操作。 单片机复位后的状态： 单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器 0000H，这表明程序从 0000H 地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内 随机值，运行中的复位操作不改变片内 21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见下表。 值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的韧始化部分是十分必要的。 51 单片机在系统复位时，将其内 部的一些重要寄存器设置为特定的值，（在特殊寄存器介绍时再做详细说明）至于内部 部的数据则不变。 系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认 第 7 页 的硬件状态下。 51单片机的复位是由 引脚与高电平相接超过 24 个振荡周期后， 51 单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到 脚转为低电平后，才检查 脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。 四 8031 片外 接 用译码法扩展一片 2764，单片机扩展 8K 外部程序存储器一般选用2764 件电路如图 示。 P 0 E 8K *8 )V 58031 与片外 图中所示的芯片接法， 2764的片选端没有接地，而是通过 74种方法称为译码法。当同时扩展多片 常采用译码法来分别选中芯片。显然，在图 只有当译码器的输出 =0时，才能够选中该片 2764。 第 8 页 第二章 数码管显示里程方案设计 一检测电路方案选择 本设计采用霍尔传感器进行里程检测。 霍耳传感器是利用半导体的磁电效应中的霍耳效应，将被测物理量转换 成霍耳电势。 霍尔传感器安装在车轮上，主要检测汽车行进的公里数，并产生一系列相应的脉冲输出，脉冲送到单片机进行处理，单片机根据程序设定通过计算脉冲数换算出行驶公里数。具体做法如下，把霍尔器件安装在固定的轴上，在车轮上装上小磁铁；小车的轮子运动就会带动小磁铁转动，当霍尔元件感应到小磁铁的时候，就会输出一个脉冲，单片机通过记录脉冲个数，就可以得到小车车轮转数，且车论大小固定，其周长和转数（脉冲个数）的乘积即为里程。经由单片机处理之后显示出来。霍尔元件测量模块如下图： 霍 尔 器 件V C 脉 冲考虑到信号质量，决定采用施密特触发器。由于小车震动及噪声的影响，可能导致测速模块输出脉冲波形产生荡漾，利用施密特触发器的脉冲整形功能，获得理想矩形脉冲。 特点： ，其维持和转换完全取决于输入电压的大小。 b. 电压传输特性特殊 ，有两个不同的阈值电压（正向阈值电压 和负向阈值电压 ） 而输出边沿陡峭的矩 形脉冲。 第 9 页 图 二数码管显示电路 单片机驱动 按显示方式可以分为静态显示和动态显示。 静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将要显示的数据送出后就不再控制 直到下一次显示时再传送一次新的数据。只要当前显示的数据没有变化，就无须理睬数码显示管。静态显示的数据稳定，占用的 态显示中，每一个显示器都要占用单独具有琐存功能的 I/接口用于笔画段字型代码。这样单片机只要把显示的字型数据代码发送到接口电路，该字段就可以显示要发送的字型。要显示新的数据时，单片机再发送新的字型码。 另一种方法是动态扫描显示。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的 8个笔画字段（ ag和 名端连在一起，而每一个显示器的公共极 。 出端口输出字型码时，所有显示器接受相同的字型码，但究竟使那一位则由 I/态扫描用分时的方法轮流控制每个显示器的 每个显示器轮流电亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。 这两种方法有利有弊，静态显示数据虽然稳定，占用很少的 每个显示单元都需要有单独的驱动电路，使用的电路硬件较多；动态显示需要 示数据有闪烁感，占用 硬件是用的较少，能节 省线路板空间。 第 10 页 8 0 3 1 L S 2 7 3 L S 2 7 3 6P 2 7R X E V C 门 电 路V C 1= 1V C 管& & & &Q 1 Q 2Q 3Q 4图 8031 外接数码管电路 在一般较为简单的电路系统中，为了降低成本，动态显示方案具备一定实用性，也是目前单片机数码显示中较为常见的一种显示方法。有关动态扫描的方法和电路设计是本设计所采用的方法。其电路图如图 详细电路请见附录大图。 第 11 页 第三章 直流调速方案讨论 一确定调速方案 1. 直流调速系统 方案一：串电阻调速系统。 方案二： 静止可控整流器。简称 方案三： (一 )旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压，从而调节电动机的转速。改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以 统的可逆运行是很容易实现的。该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺点。且技术落后，因此搁置不用。 （二） 当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。 不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。 （三）采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开， 电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（ 简称 冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。 2. 方案比较 与 （ 1）由于 速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达 1： 10000左右。由于电流波形比 相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。 第 12 页 （ 2）同样 由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。 (3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。 根据以上综合比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了 脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称 脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有限。为顺利实现电动小汽车的前行与倒车，本设计采用了可逆 逆 型、 设计中采用了常用的双极式 是由 4个三极电力晶体管和 4个续流二极管组成的桥式电路。 二直流调速的实现 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢 电压输出，以此来再次调节电机的转速。 使用单片机来控制直流电机的变速，一般采用调节电枢电压的方式，通过单片机控制 生可变的脉冲，这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。根据公式： U=中： 0 #65536;/低电平的占空比 0;/高电平的占空比 1;/电机正反转标志位 ,1 正转， 0 反转 3 0; /电机 减速 3 1; /电机加速 3 2; /电机换向 10;/道 1，反转脉冲 11;/道 2，正转脉冲 *函数声明 */ 第 16 页 x); /*延时处理 */ i) j; j=0;j= 100) 100; /*按键处理减 空比，电机减速 */ 0) 0); 0) 第 17 页 = 5; if( 100) ; 0; + 100) ; 程序 2 里程显示程序 * * 主程序和中断程序入口 * * 0000H ;程序执行起始地址 跳至 0013H ;外中断 1入 口 ;跳至 跳至 0023H ;串口中断入口 ;中断返回 * * 初始化程序 * * #70H ;清 70 #07H ;循环次数 第 20 页 #00H ;清 0 ;下一地址 ;未完再循环 10H ;6位定时器 14H ;1 秒定时用（ 50毫秒20次） 0 ;50 毫秒定时用初值 3 20H,#00H ;清 0操 作 21H,#00H 22H,#00H 23H,#00H 4H,#00H ;开外中断 1 ;外中断 1采用边沿触发 ;开总中断允许 ;子程序返回 * * 主 程 序 * * ;上电初始化 ;示一次 ;转 ;出错处理 ;重新初始化 * 第 21 页 * 外中断 1程序， 里程计数用 * * 20H、 21H、 22H、 24 * * ;堆栈保护 ;关外中断 1 20H ;圈加 1 A,20H ;判断是否满 6圈 A,#06H, ;不满 6圈转 20H,#00H ;满 6圈清 0进位（ 6圈为 1米） 21H ;上位加 1 A,21H ;判断是否满 10 A,#0 ;不满 10转 21H,#00H ; 满 10清 0进 1位 22H ; 高位加 1 A,22H ; 判断是否满 10 A,#0 ; 不满 10转 22H,#00H ; 满 10清 0进 1位 24H ; 高位加 1 A,24H ; 判断是否满 10 A,#0 ; 不满 10转 24H,#00H ; 满 10清 0 74H,21H ; 将里程数移入显示单元个位 75H,22H ; 将里程 数移入显示单元十位 76H,24H ; 将里程数移入显示单元百位 ;恢复堆栈 第 22 页 ;开外中断 1 ;中断返回 ;* ; 显示程序 ; ;* 70H ;显示数据首址 5,#0 ;扫描字 , ;扫描字入 A 2,A ;从 A, ;取显示数据 ;取 段码表首址 A,A+ ;查数据对应段码 ;段码从 ;点亮 1毫秒 ;指向下显示数地址 A, ;扫描字入 A ; 转 A ;循环左移 ;