毕业论文 基于单片机的遥控小车设计.doc

毕业论文 毕业论文 基于单片机的遥控小车设计 摘 要 随着电子业的发展，自动化已不再是一个新鲜的话题，无人驾驶的遥控小汽车也必将 进入实用阶段，智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模 式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能 电动车就是其中的一个体现。本系统模拟基于 51 单片机的遥控小车的设计。89C51 单片 机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。这里介绍的是 如何用 89C51 单片机来实现无线遥控小车的毕业设计，该设计是结合实际应用而确定的 设计类课题。本系统以设计题目的要求为目的，采用 89C51 单片机为控制核心，采用 L298N 对小车电机的控制，利用以 PT2262/PT2272 芯片的无线遥控模块装置，本次设计基 于完备的软硬件系统，很好的实现了电动小汽车的前后行进，特定路径的行驶，以及停 车。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了 该系统的硬件设计方法及测试结果分析 关键词:单片机；无线控制技术；PWM 调速；L298N；PT2262/2272。 毕业论文 I The Design of Remote Control Car Based On MCU Abstract Along with the development of electronic, automation is not a fresh word any more, and no-man controlled cars will be realized. The new invention of modern intelligence, is a future of development, he can follow the pattern set in advance in an environment where automatic operation, no humans management, used in scientific exploration and so on. Smart electric car is one of expression. That system is based on the design of 51 MCU controlled car. 89C51 MCU is eight-figure microcontroller, which receives high praise from the users because of its easy use and versatility. This graduation design introduces how 89C51 MCU realize the remote control of the car, a combination of the practical application and design. This system designs for the purpose of the topic request, using 89C51 MCU as control core, the car motor control by L298N,and wireless remote control which chip PT2262/2272 device, with the electric car, driving, and the particular path park. The whole system of the circuit structure is simple and reliable. This paper introduces the hardware design method of the system and the analysis of the test results. Keyword: MCU; Wireless Remote Control; PWM speed adjusting;L298N；PT2262/2272 毕业论文 II 目 录 1 前 言 .1 2 方案设计与论证 .2 2.1 直流调速系统.2 2.2 无线控制系统.3 2.3 系统原理图.4 3 硬件设计与实现 .5 3.1 89C51 单片机硬件结构.5 3.1.1 一个 8 位的微处理器（CPU）.6 3.1.2 存储器.6 3.1.3 I/O 接口 .6 3.1.4 定时器/计数器.6 3.1.5 五个中断源的中断控制系统.7 3.1.6 振荡器及定时电路 .7 3.2 89C51 单片机引脚及其功能 .7 3.2.1 电源引脚 Vcc 和 Vss .8 3.2.2 时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2 .8 3.2.3 控制信号引脚 RST，ALE，/PSEN 和/EA.8 3.2.4 输入/输出端口 P0，P1，P2 和 P3 .9 3.3 系统运动控制部分设计.10 3.3.1 电机选型.10 3.3.2 L298N 驱动电机 .10 3.4 无线电发射接收模块介绍.13 3.5 51 单片机的最小应用系统设计 .17 3.6 PWM 调速系统 .18 4 软件设计 .21 5 测试数据、测试结果分析及结论 .23 致 谢 .24 参考文献 .25 附录 1 程序清单.26 附录 2 系统电路图.27 1 前 言 近年来，随着电子技术的飞速发展，无线遥控已被广泛应用到日常生活及 工业控制当中，电视机，电冰箱，视频监控系统，电视演播系统，电视会议系 统，微格教学系统，多媒体教学系统，工业智能可能控制等多种领域都有应用。 本文基于单片机控制的设计思想，选用廉价的遥控编码解码集成电路 （PT2262/PT2272） ，采用 L298N 专用电机驱动芯片驱动电机，通过 PWM 脉冲调 速，外围安装无线遥控集成模块，实现了小车的无线智能遥控。 随着汽车工业的迅速发展，关于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智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重 视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的， 指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。 根据题目的要求，确定如下方案：在现有电动车模型的基础上，加装无线 控制模块，电机驱动模块，实现对电动车的无线遥控，并将数据传送至单片机 进行处理，然后由单片机根据所接收到检测的数据实现对电动车的控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精 度高，可满足对系统的各项要求。 本设计采用 MCS-51 系列中的 80C51 单片机。80C51 是一款八位单片机，它 的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。 第三代单片机包括了 Intel 公司发展 MCS-51 系列的新一代产品，如 8C15280C51FA/FB80C51GA/GB8C4518C452,还包括了 PhilipsSiemensADMFujutsuOKIHarria-MetraATMEL 等公司以 80C51 为核心推出的大量各具特色与 80C51 兼容的单片机。新一代的单片机 的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现 Microcomputer 完善的控 制功能为己任，将一些外部接口功能单元如 A/DPWMPCA(可编程计数器阵列) WDT(监视定时器)高速 I/O 口计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机 中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机 应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips 公司还为这一代单片机 80C51 系列 8C592 单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线- CAN(Controller Area Network BUS). 新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打 下了良好的基础。 本设计就采用了比较先进的 80C51 为控制核心，80C51 采用 CHOMS 工艺，功 耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方 面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景。所以本设计与实际相 结合，现实意义很强。 2 方案设计与论证 本章围绕系统的总体设计，介绍系统的组成，并提出各个组成部分系统的 各种方案，并综合比较，并选出最佳方案。 根据题目的要求，整个系统的构成是由两部分组成。一部分是硬件系统， 一部分是软件系统。硬件方案确定如下：在现有电动车模型的基础上，加装无 线控制模块，电机驱动模块，实现对电动车的无线遥控，并将数据传送至单片 机进行处理，然后由单片机根据所接收到检测的数据实现对电动车的控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精 度高，可满足对系统的各项要求。 2.1 直流调速系统 方案一：串电阻调速系统 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 G-M 系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。 方案二：静止可控整流器 简称 V-M 系统。V-M 系统是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。V-M 系 统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，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。 方案三：脉宽调速系统 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（Pulse Width Modulation） ，简称 PWM。脉冲 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。 与 V-M 系统相比，PWM 调速系统有下列优点： （1）由于 PWM 调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 V-M 系统好，在相同的平均电流 下，电动机的损耗和发热都比较小。 （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 H 型单极型可逆 PWM 变换器进行调速。 脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称 PWM 变换器。 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 PWM 变换器。可逆 PWM 变换器主电路的结构式有 H 型、T 型等类型。我们在设计中采用了常用的双 极式 H 型变换器，它是由 4 个三极电力晶体管和 4 个续流二极管组成的桥式电 路。 2.2 无线控制系统 无线遥控简介 “无线遥控(wireless remote control)”顾名思义，就是一种用来远程控 制机器的装置。现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不用讯息的 按钮锁组成。时至今日，无线遥控器已在生活中得到了越来越多的应用，给人 们带来了极大的便利。随着科技的进步，无线遥控器也扩展到许多的种类，简 单来说常见的有两种，一种是家电常用的红外遥控模式（IR Remote Control） ， 另一种是防盗警报设备、门窗遥控、汽车遥控等等常见的无线电遥控模式（RF Remote Control） 。两种各有吧不同的优势，应用领域也各有不同。 方案一：红外遥控系统 红外遥控器（IR Remote Control）是利用波长为 0.761.5m 之间的近红 外线来传送控制信号的遥控设备。 特点：不影响周边环境、不干扰其他其他电器设备。由于其无法穿透墙壁， 故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简 单，只要按给定电路连接无误，一般不需要任何调试即可投入工作；编解码容 易，可进行多路遥控。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于 10 米）遥控中得到了广泛的应用。 方案二：无线遥控系统 无线电遥控器（RF Remote Control）是利用无线电信号对远方的各种机构 进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其 他各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、 开动电机、之后再由这些机械进行需要的操作。作为一种与红外遥控器相补充 的遥控控制器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制、防盗报警器、工业控 制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。 无线遥控器和红外遥控器的区别 红外遥控器和无线遥控器是对不同的载波来说的，红外遥控器是用红外线 来传送控制信号的，它的特点是有方向性，不能有阻挡；无线遥控器是用无线 电波来传送控制的信号的，它的特点是无方向性，可以不面对面控制，距离远 （可达数十米，甚至数公里） ，容易受电磁干扰，在需要远距离穿透或者无方向 性控制领域，比如工业控制等等，使用无线电遥控器较易解决。 根据以上综合比较，并结合本设计的实际情况，本设计采用无线电遥控模 式，进行对小车的控制。 2.3 系统原理图 简易智能电动车采用 89C51 单片机进行智能控制。开始由手动启动小车， 并复位，当小车接收到无线电波开始，通过单片机控制小车开始调速；系统的 前后左右行进均由单片机控制实现；在电动车进驶过程中，采用双极式 H 型 PWM 脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能；系统的无线遥控有无线编码解 码芯片 PT2262 和 PT2272 构成的集成模块，以提高系统的无线稳定性。 图 2-1 系统原理图 3 硬件设计与实现 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展， 即单片机内部的功能单元，如 ROMRAMI/O 口定时/记数器中断系统等能 量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计 相应的电路。二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示 器打印机A/DD/A 转换器等，要设计合适的接口电路。 89C51 单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有 限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、 数据存储器、程序存储器、并行 I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及 特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是 CPU 加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能 寄存器的集中控制方式。 3.1 89c51 单片机硬件结构 89C51 是 Intel 公司生产的一个单片机系列的名称。该公司继 1976 推出 MCS-48 系列 8 位单片机后，又于 1980 年推出了 89C51 系列高档 8 位单片机。 属于这一系列的单片机芯片有很多种，如 8051，8031，8751，80C51BH 等等， 它们的基本组成、基本性能和指令系统都是相同的。 图 3-1 89C51 单片机结构框图 在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机 包括： 3.1.1 一个 8 位的微处理器（CPU） CPU 是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，有运算器和控制器等部件 组成。 3.1.2 存储器 89C51 片内有 ROM（程序存储器，只能读）和 RAM（数据存储器，可读可写） 两类，他们有各自独立的存储地址空间，与一般微机的存储器配置方式很不相 同。 1.程序存储器（ROM） 存放程序，一些原始数据和表格。89C51 及 8751 的片内程序存储器容量为 4KB，地址从 0000H 开始，用于存放程序和表格常数。 2.数据存储器（RAM） 存放可以读/写的数据-运算的中间结果、最终结果、欲显示的数据等。 89C51 片内数据存储器均为 128B，地址为 00H-7FH，用于存放运算的中间结果、 数据暂存以及数据缓冲等。 在这 128B 的 RAM 中，有 32 个字节单元可指定为工 作寄存器，这同一般微处理器不同。89C51 的片内 RAM 和工作寄存器排在一个 队列里统一编址。 3. 特殊功能寄存器 89C51 单片机内部还有 SP，DPTR，PCON，IE，IP 等特殊功能寄存器， 它们也同 128 字节 RAM 在一个队列编址，地址为 80HFFH。在这 128 字节 RAM 单元中有 21 个特殊功能寄存器（SFR） ，在这些特殊功能寄存器中还包括 P0P3 口锁存器。 3.1.3 I/O 接口 四个 8 位并行 I/O 接口 P0-P3。每个口既可以用作输入，也可以用作输出。 它们都是双向端口，每个端口有 8 条 I/O 线，均可输入/输出。P0-P3 口四个锁 存器同 RAM 统一编址，可以把 I/O 口当作一般特殊功能寄存器来寻址。一个全 双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口。 用于实现单片机之间或单 片机与微机之间的串行通信。 3.1.4 定时器/计数器 89c51 有两个定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式， 用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的 结果实现计算机控制。 3.1.5 五个中断源的中断控制系统 1.INT0外部中断 0 请求，低电平有效。通过 P3.2 引脚输入。 2.INT1外部中断 1 请求，低电平有效。通过 P3.3 引脚输入。 3.T0定时器/计数器 0 溢出中断请求。 4.T1定时器/计数器 1 溢出中断请求。 5.TX/RX串行口中断请求。当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便 请求中断。 3.1.6 振荡器及定时电路 石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率 24MHZ。89C51 单片机片 内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2 个 30pF 左右） ，其频率 范围为 1.2MHz-12MHz。 以上各个部分通过内部数据总线相连接。 3.2 89C51 单片机引脚及其功能 89C51 系列中各种芯片的引脚是互相兼容的，如 89C51，8751 和 8031 均采 用 40 脚双列直插封装（DIP）方式。当然，不同芯片之间引脚功能也略有差异。 89C51 单片机是高性能单片机，因为受到引脚数目的限制，所以有不少引脚具 有第二功能，如下图所示。 Vcc（） P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 89C51 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/ P3.0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 Vss Vcc（） P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 89C51 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/ P3.0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 Vss Vcc（） P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 89C51 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/ P3.0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 Vss 89C51 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/ P3.0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3 T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7 XTAL2 XTAL1 Vss 图 3-2 89C51 引脚 8030 89C51 8751 端口0 端口1 端口2 RST/VPDVssVcc EA/Vpp PSEN ALE/PROG 端 口 3 XTAL1 XTAL2 TXD RXD INT0 INT1 T0 T1 WR 8030 89C51 8751 端口0 端口1 端口2 RST/VPDVssVcc EA/Vpp PSEN ALE/PROG 端 口 3 XTAL1 XTAL2 TXD RXD INT0 INT1 T0 T1 WR 图 3-3 89C51 引脚 各引脚功能简要说明如下： 3.2.1 电源引脚 Vcc 和 Vss 1.Vcc（40 脚）：电源端，为+5V。 2.Vss（20 脚）：接地端。 3.2.2 时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2 1.XTAL1（19）：接外部晶体和微调电容的一端；在采用外部时钟时，该引 脚必须接地。 2.XTAL2（18）：接外部晶体和微调电容的另一端；若采用外部时钟电路时， 该引脚输入外部时钟脉冲。 3.2.3 控制信号引脚 RST，ALE，/PSEN 和/EA 1.RST/VPD(9 脚）：复位信号与备用电源的输入端。RST 是复位信号输入端， 高电平有效。保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚 的第二功能是 VPD，即备用电源的输入端。 2.ALE/PROG(30 脚）：地址锁存允许信号端。当 89C51 上电正常工作后， ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率 fosc 的 1/6。CPU 访 问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低 8 位地址的控制信号。不访问片外 存储器时，ALE 端也以振荡频率的 1/6 固定输出正脉冲，因而 ALE 信号可以用 作对外输出时钟或定时信号。ALE 负载驱动能力-8 个 LS 型 TTL(低功耗甚 高速 TTL)负载。第二功能 PROG 在对片内带有 4KB EPROM 的 8751 编程写入（固 化程序）时，作为编程脉冲输入端。 3.PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此 端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引脚接 EPROM 的 OE 端。 PSEN 端有效，即允许读出 EPROM/ROM 中的指令码。PSEN 负载-8 个 LS 型 TTL 负载。 4.EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。 当 EA 引脚接高电平时，CPU 只访问片内 EPROM/ROM 并执行内部程序存储器中的 指令，但当 PC(程序计数器)的值超过 0FFFH(对 8751/89C51 为 4KB)时，将自动 转去执行片外程序存储器的程序。当输入信号 EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部 EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程 序存储器。对于无片内 ROM 的 8031 或 8032，需外扩 EPROM，此时必须将 EA 引 脚接地。如是拥有片内 ROM 的 89C51，外扩 EPROM 也是可以的，但也要将 EA 接 地。 第二功能 Vpp 是对 8751 片内 EPROM 固化编程时，作为施加较高编程电压 (一般 12V-21V)的输入端。 3.2.4 输入/输出端口 P0，P1，P2 和 P3 1.P0 口(P0.0-P0.7,39-32 脚)：P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I/O 端 口。作为漏极开路的输出端口，每个能驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。当 P0 口作为 输入口使用时，应先向口锁存器(地址 80H)写入全 1，此时 P0 口的全部引脚浮 空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写 1，这就是准双向的含义。在 CPU 访问片外存储器（8031 片外 EPROM 或 RAM ）时，P0 口是分时提供低 8 位地 址和 8 位数据的复用总线。在此期间，P0 口内部上拉电阻有效。 2.P1 口(P1.0-P1.7,1-8 脚)：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 端口。P1 口的每一位能驱动(灌入或输出电流)4 个 LS 型 TTL 负载。在 P1 口作为输入口使用时，应先向 P1 口锁存器(地址 90H)写入全 1，此时 P1 口引脚 有内部上拉电阻拉成高电平。 3.P2 口(P2.0-P2.7,21-28 脚)： P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 端口。P2 口的每一位能驱动(灌入或输出电流)4 个 LS 型 TTL 负载。在访问 片外 EPROM/ROM 时，它输出高 8 位地址。 4.P3 口(P3.0-P3.7,10-17 脚)：P3 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 端口。P3 口的每一位能驱动(灌入或输出电流)4 个 LS 型 TTL 负载。P3 口与 其他 I/O 端口有很大区别，它除作为一般准双向 I/O 口外，每个引脚还具有第 二功能。 3.3 系统运动控制部分设计 3.3.1 电机选型 电机种类繁多，本设计采用比较常见的两种电机进行比较，并结合实际情 况选出最佳方案： 直流电动机 直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机，广泛应用于收录机、录像 机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等。直流电动机具有调速性 能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广 泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。 步进电动机 步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非 超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数， 而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 步进电动机主要应用在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要 A/D 转换， 能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机 床执行元件。 综合本设计的要求，采用价格较便宜的直流电动机。 3.3.2 L298N 驱动电机 恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298N。L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N，内部同样包含 4 通道逻辑驱动电路。可以方便 的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N 芯片可以驱动两个二相电 机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达 50V，可以直接通过电源来 调节输出电压；可以直接用单片机的 IO 口提供信号；而且电路简单，使用比较 方便。 L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS，VSS 可接 457 V 电压。4 脚 VS 接电源电压，VS 电压范围 VIH 为2546 V。输出电流可达 25 A，可 驱动电感性负载。1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电 阻，形成电流传感信号。L298 可驱动 2 个电动机，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12 脚 接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB 接控制使能端，控制电机的停 转。表 1 是 L298N 功能逻辑图。 图 3-4 L298N 内部功能及逻辑图 In3，In4 的逻辑图与表 1 相同。由表 1 可知 EnA 为低电平时，输入电平对 电机控制起作用，当 EnA 为高电平，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。 L298N 控制器原理如下： 下图是控制器原理图，由 3 个虚线框图组成。 图 3-5 控制器原理图 （1）虚线框图 1 控制电机正反转，U1A，U2A 是比较器，VI 来自炉体压强 传感器的电压。当 VIVRBF1 时，U1A 输出高电平，U2A 输出高电平经反相器变 为低电平，电机正转。同理 VIVRBF1 时，电机反转。电机正反转可控制抽气 机抽出气体的流量，从而改变炉体压强。 （2）虚线框图 2 中，U3A，U4A 两个比较器组成双限比较器，当 VBVIVA 时输出低电平，当 VIVA，VIVB 时输出高电平。VA，VB 是由炉体压强转感 器转换电压的上下限，即反应炉体压强控制范围。根据工艺要求，我们可自行 规定 VA，VB 的值，只要炉体压强在 VA，VB 所确定范围之间电机停转（注意 VBVRBF1VA，如果不在这个范围内，系统不稳定） 。 （3）虚线框图 3 是一个长延时电路。U5A 是一个比较器，Rs1 是采样电阻， VRBF2 是电机过流电压。Rs1 上电压大于 VREF2，电机过流，U5A 输出低电平。 由上面可知，框图 1 控制电机正反转，框图 2 控制炉体压强的纹波大小。当炉 体压强太小或太大时，电动机转到两端固定位置停止，根据直流电机稳态运行 方程： UCeNRaIa 其中: 为电机每极磁通量；Ce 为电动势常数；N 为电机转数；Ia 为电枢 电流；Ra 电枢回路电阻。 电机转数 N 为 0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。但电机 起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。 长延时电路可把这两种状态区分出来。长延时电路工作原理：当 Rs1 过流 U5A 产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发 555 的 2 脚，电路置位，3 脚输出高电 平，由于放电端 7 脚开路，C1，R5 及 U6A 组成积分器开始积分，电容 C1 上的 充电电压线性上升，延时运放积分常数为 100R5C1。当 C1 上充电电压，即 6 脚 电压超过 23 VCC，555 电路复位，输出低电平。电机启动时间一般小于 08 s，C1 充电时间一般为 081 s。U5A 输出电平与 555 的 3 脚输出电平经 U7 相或，如果 U5A 输出低电平大于 C1 充电时间，U7 在 C1 充电后输出低电平由与 门 U8 输入到 L298N 的 6 脚 ENA 端使电机停止。如果 U5A 的输出电平小于 C1 充 电时间，6 脚不动作电机的正常启动。长延时电路吸收电机启动过流电压波形， 从而使电机正常启动。 下图是其引脚图： 图 3-6 L298N 引脚图 图 3-7 L298N 与 51 单片机连接及电机驱动图 1、15 脚是输出电流反馈引脚，其它与 L293 相同。在通常使用中这两个引脚 也可以直接接地。上图是其与 51 单片机连接的电路图。 3.4 无线电发射接收模块介绍 本设计采用辅助模块，由于无线电的设计涉及的学科知识面比较广，调频 比较困难。故此本设计直接应用市场上的成品无线电模块，出于成本的考虑， 选用的无线电的有效控制距离是比较短的，但是这个不限制本设计功能的实现， 距离的远近用户完全可以根据需要更换模块。本设计采用的是市面上常见的 PT2262/2272 无线模块。 PT2262/2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通 用编解码电路（目前也有国产的代用产品产品如 SC*,HS*等） ， PT2262/2272 最多可有 12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电 平),任意组合可提供 531441 地址码,PT2262 最多可有 6 位(D0-D5)数据端管脚， 设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。 编码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完 整的码字，解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住 按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源， 其 17 脚为低电平，所以 315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时， PT2262 得电工作，其第 17 脚输出经调制的串行数据信号，当 17 脚为高电平期 间 315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当 17 脚为低平期间 315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于 PT2262 的 17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度 为 100的调幅。 编码电路 PT2262 PT2262 特点 CMOS 工艺制造，低功耗 外部元器件少 RC 振荡电阻 工作电压范围宽：2.6-15v 数据最多可达 6 位 l 地址码最多可达 531441 种 应用范围： 车辆防盗系统 家庭防盗系统 遥 控 玩 具 其他电器遥控 引 脚 图： 图 3-8 PT2262 引脚图 管脚说明： 名称 管脚 说 明 A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f” (悬空), D0-D5 7-8、10-13 数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 Vcc 18 电源正端（） Vss 9 电源负端（） TE 14 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效； OSC1 16 振荡电阻输入端，与 OSC2 所接电阻决定振荡频率； OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端； Dout 17 编码输出端（正常时为低电平） 应用原理图： 图 3-9 PT2262 应用原理图 在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振 荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长.推荐值: 2262/4.7M/2272/820K 2262/3.3M/2272/680K 2262/1.2M/2272/200K 解码电路 PT2272 引 脚 图： 图 3-10 PT2272 引脚图 名称 管脚 说 明 A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f” (悬空),必须与 2262 一致,否则不解码 D0-D5 7-8、10-13 地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与 2262 一致,数据管脚才能输出与 2262 数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存 型只有在接收到下一数据才能转换 Vcc 18 电源正端（） Vss 9 电源负端（） DIN 14 数据信号输入端，来自接收模块输出端 OSC1 16 振荡电阻输入端，与 OSC2 所接电阻决定振荡频率； OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端； VT 17 解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态） 应用原理图： 图 3-11 PT2272 应用原理图 PT2272 解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有 L4/M4/L6/M6 之分， 其中 L 表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到 下次遥控数据发生变化时改变。M 表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时 的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的 6 和 4 表 示有几路并行的控制通道，当采用 4 路并行数据时（PT2272-M4)，对应的地址 编码应该是 8 位，如果采用 6 路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应 该是 6 位。 3.5 51 单片机的最小应用系统设计 89C51 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单 可靠。用 80C51 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和 复位电路即可，如图 3.1 80C51 单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最 小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点： （1）有可供用户使用的大量 I/O 口线。 （2）内部存储器容量有限。 （3）应用系统开发具有特殊性。 图 3-12 89C51 单片机最小系统 1、时钟电路 89C51 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。89C51 单 片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。 本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在 XTAL1、XTAL2 引脚上 外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时 钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在 1.2MHZ 到 12MHZ 之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、 大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2 可在 20pF 到 100pF 之间取值， 但在 60pF 到 70pF 时振荡器有较高的频率稳定性。所以本设计中，振荡晶体选 择 6MHZ,电容选择 65pF。 在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生 电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用 NPO 电容。 2、复位电路 89C51 的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚 RST 通过一个斯密特 触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2,斯密特触发器的输出电平