基于单片机的无线遥控小车设计.doc

I 摘 要 该无线遥控小车采用玩具小车车架 以 AT89S52 单片机为控制核心 通过 433MHz 无线发射和接收器接收遥控器的控制信号 并对信号快速处理 转换成 PWM 信号来产生不同的直流电压控制直流电机 通过液晶 无线数据通信及温度检测电路 将小车所处环境的温度经无线数据通信显示在遥控器的液晶显示屏上 从而实现实时 的无线数据采集 该无线遥控小车的功能如下 在有障碍物的情况下实现 20 米内的无 线遥控 实现前进 后退 加速 减速 左转 右转以及对速度档的选择 对小车所 处环境的温度进行数据采集 实现车载移动系统和无线遥控系统的数据通信 液晶显 示器显示小车当前的运行状况和车载移动系统采集到的数据 关键词 无线遥控 单片机 PWM 无线数据采集 II Abstract The wireless remote control toy car used car frame to the core for the control of single chip AT89S52 through the launch and 433MHz wireless receiver to receive commands instructions and fast processing converted into PWM signals to produce a different DC voltage control of DC motor through LCD wireless data communication and the temperature and humidity detection circuit the car s temperature and humidity environment of wireless data communications by the remote control displayed on the LCD screen in order to achieve wireless data collection The functions of the wireless remote control car is as follows there are obstacles in the realization of the case within 20 meters of the wireless remote control the realization of forward and backward speed up slow down turn left turn right and the choice of speed profile on car temperature environment humidity data collection the realization of mobile systems and wireless vehicle remote control system data access liquid crystal display shows the current vehicle operating conditions and vehicle mobile data collection system Key Words Wireless remote control single chip microcomputer PWM Wireless Data Acquisition III 目 录 摘 要 I Abstract II 第 1 章绪论 1 1 1 课题背景和意义 1 1 2 国内外研究现状 1 第 2 章设计说明 3 2 1 设计任务 3 2 2 原理描述 3 2 2 1 总体方案设计 3 2 2 2 系统原理 3 2 3 方案设计与论证 4 2 3 1 车体的设计 4 2 3 2 控制器模块 4 2 3 3 遥控模块 5 2 3 4 电机驱动模块 5 2 3 5 显示模块 5 2 3 6 温度检测模块 6 2 3 7 无线通信模块 6 2 3 8 电源模块 6 第 3 章车载模块设计 7 3 1 电机驱动与控制电路设计 7 3 1 1 主控芯片 AT89S52 7 3 1 2 电机驱动芯片 L298N 11 3 2 无线遥控接收电路设计 13 3 2 1 RF 无线接收模块 J04V 13 3 2 2 解码芯片 PT2272 15 3 3 无线数据采集电路设计 18 3 3 1 温度传感器 DS18B20 18 3 3 2 NRF905 单片无线收发器 20 3 3 3 无线数据采集电路 22 第 4 章遥控器模块设计 23 4 1 无线遥控发送电路设计 23 4 1 1 无线发射头 F05V 23 4 1 2 PT2262 编码解码芯片 24 4 1 3 无线遥控发射电路 27 4 2 数据显示模块设计 28 IV 4 2 1 液晶显示器 MS12864R 28 4 2 2 液晶显示模块电路 30 第 5 章 软件设计 32 5 1 主程序设计 32 5 2 键盘组合键的子程序设计 32 5 3 电机控制子程序设计 34 4 3 液晶显示子程序设计 35 第 6 章 系统仿真及硬件调试 38 6 1 应用 ISIS 软件仿真电路 38 6 2 应用 KILE 软件进行程序调试 38 6 3 实物调试 40 结 论 42 致 谢 43 参考文献 44 附录 1 45 附录 2 46 1 第 1 章 绪论 1 1 课题背景和意义 随着电子技术的飞速发展 无线遥控已被广泛的应用到日常生活及工业中 如电 视机 电冰箱 视屏监控系统 电视会议系统 多媒体教学系统 工业智能控制系统 等多种领域都有应用 无线遥控小车是上世纪提出的一种新型小车 由于在军事侦察 反恐 防暴 防 核化及污染等危险与恶劣环境作业中有着广阔的应用前景 使其成为一个重要的研究 热点 无线遥控小车具有体积小 成本低 生存能力强 运动灵活等特点 由于其应 用场合特殊 所以特别要求这类小车重量轻 体积小 能耗低 实时性好 操作使用 可靠 本设计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 遥 控器安装了矩阵键盘及液晶显示器 通过 NRF905 实现车载系统和遥控系统的通信 实时显示小车当前的运行状态和所处的环境状况 从而实现了小车的无线智能遥控 使整个系统功能全面 无线遥控小车的控制系统将硬件系统 传感器 驱动控制以及 遥控操作等综合起来 集成驱动 控制 传感和能源等于一体 首先要求具有小型化 轻量化的特点 因此要求控制系统尺寸小 重量轻 能耗低 能集成在小车体内 其 次 实时性是对控制系统的另一个基本要求 对于不确定环境下的信息采集 处理对 小车控制系统的实时性提出了更高的要求 另外 要求实现一个无线遥控小车的运动 控制将有诸多工程和技术方面的实际困难 遥控工作方式是目前普遍采用的最实用的 控制方式 是解决小车智能发展水平与复杂任务要求之间的矛盾的一条有效途径 为 了在复杂环境中获取有效的信息 小车必须配置各种类型的传感器 所以 针对无线 遥控小车系统的作业性能要求 配备合适的传感器系统作为移动无线遥控小车的感知 系统是非常重要的 依据无线遥控小车系统的总体结构 整个小车系统由移动平台 车载控制系统 遥控系统和传感检测四大部分组成 从系统总体来看 无线遥控小车有近端操作人员 远端移动小车和运行环境场所构成 由此构成了人 小车 环境三者相互紧密联系的 一个整体 操作人员在遥控作业端根据作业任务的要求 通过遥控操作平台的人机交 互接口 借助反馈信息控制小车完成特定的作业任务 操作人员依据终端反馈的信息 根据特定作业任务的要求发送操作与控制指令信息 控制无线遥控小车的前进 后退 转向 加速和减速 2 1 2 国内外研究现状 工业无线遥控小车起源于美国 由于政府对无线遥控小车研发的资助以及相关技 术的推动作用 日本 美国 德国等工业大国在智能无线遥控小车技术上占据着明显 优势 新近崛起的韩国在无线遥控小车研发方面也逐渐走向前沿 1 我国的无线遥控小车研究开发工作始于 2 0 世纪 70 年代末 在国家 863 973 九五攻关 等高技术发展计划的重点支持下 取得了重大发展 从上世纪 80 年代开始 国内已开始大范围地进行有关无线遥控小车的研究 经过 20 多年的发 展 国内在应用 研究方面已经发展得比较好 但是 跟发达国家相比 还存在一定 的差距 1 以清华大学 上海交通大学 中国科学院等科研院所为代表 重点对无线遥控 小车基础技术进行研究 诸如无线遥控小车机构的运动学 动力学分析与综合 无线 遥控小车运动的控制算法 多传感器控制系统 遥控操作技术等均取得长足进展 2 大批专业生产无线遥控小车以及自动化设备的公司相继成立 推动了无线遥控 小车技术的产业化进程 3 从应用方面来说 差距会相对大一些 像日本 无线遥控小车技术的应用非常 广泛 一般的工厂已经用无线遥控小车进行生产 而在国内 一般的工厂还不是用得 很多 只有比较先进的工厂或者是外资企业使用无线遥控小车 4 从研究的角度来说 差距较应用方面小一些 国际上目前研究的课题 国内的 研究人员也有涉及 甚至在某些方面还比国外超前 2 国外无线遥控小车领域发展近几年有如下几个趋势 1 工业无线遥控小车性能不断提高 高速度 高精度 高可靠性 便于操作和维修 而单机价格不断下降 平均单机价格从 91 年的 10 3 万美元降至 97 年的 6 5 万美元 2 机械结构向模块化 可重构化发展 例如关节模块中的伺服电机 减速机 检 测系统三位一体化 由关节模块 连杆模块用重组方式构造无线遥控小车整机 国外 已有模块化装配无线遥控小车产品问市 3 工业无线遥控小车控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展 便于标准 化 网络化 器件集成度提高 控制器日见小巧 且采用模块化结构 大大提高了系 统的可靠性 易操作性和可维护性 4 无线遥控小车中的传感器的作用日益重要 除采用传统的位置 速度 加速度 等传感器外 装配 焊接无线遥控小车还应用了视觉 力觉等传感器 而无线遥控小 车则采用视觉 声觉 力觉 触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制 多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用 5 虚拟现实技术在无线遥控小车中的作用已从仿真 预演发展到用于过程控制 如使无线遥控小车操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵无线遥控小车 3 4 第 2 章 设计说明 2 1 设计任务 设计一个基于单片机的无线遥控小车 用单片机作为主控芯片 通过无线遥控系 统对小车进行实时性控制 利用无线数据采集系统将车载移动平台采集到的数据信息 传送到无线遥控系统的遥控器 通过无线遥控器的液晶显示器显示车载移动平台采集 到的数据信息和小车当前的运行状态 设计的主要要求如下 1 在有障碍物的情况下实现 20 米内的无线遥控 2 实现前进 后退 加速 减速 左转 右转以及对速度档的选择 3 对小车所处环境的温度进行数据采集 4 实现车载移动系统和无线遥控系统的数据通行 5 液晶显示器显示小车当前的运行状况和车载移动系统采集到的数据 2 2 原理描述 本设计主要由电机驱动与控制模块 无线遥控模块 无线数据采集模块 数据显 示模块几部分组成 2 2 1 总体方案设计 总体方案设计结构图 2 1 如下 AT89S52 电机 驱动 电机 转向 传感器 解码电路 射频发射电路 图 2 1 总体方案设计结构图 2 2 2 系统原理 系统以 AT89S52 单片机作为主控芯片 利用 T0 定时器中断产生精确的 PWM 脉 宽调试 脉冲波 通过专用电机驱动芯片 L298N 精确控制电机的转速 转向 无线遥 5 控模块采用编码解码芯片 PT2262 PT2272 实现无线发送 接收操作指令 车载移动 平台上的单片机接收到操作指令后改变相应电机的 PWM 脉冲波 从而调节小车当前 的运行状态 无线数据采集模块由单片射频发射器芯片 NRF905 温度传感器 DS18B20 组成 单片射频发射器芯片 NRF905 将传感器采集到的数据发送给遥控 器的射频接受 收芯片 实现无线数据采集 数据显示模块采用液晶显示器 12864 实时显示小车当前运行状态和无线数据采集模块采集到的数据 2 3 方案设计与论证 根据设计要求 本系统主要由电机驱动与控制模块 无线遥控模块 无线数据采 集模块 数据显示模块几部分组成 为了较好的实现各模块的功能 分别设计了几种方案并分别进行了论证 2 3 1 车体的设计 方案 1 购买玩具电动车 购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮 电机及 其驱动电路 但是一般的说来 玩具电动车具有如下优点 首先 这种玩具电动车由 于装配紧凑 运行状态比较好 其次 这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动 能够 方便的实现转速 小车的直线前进与后退 再次 玩具电动车的电机多为直流电机 容易控制及调速 而且这种玩具车架一般都价格便宜 方案 2 自己制作电动车 经过反复考虑论证 采用左右两轮分别驱动 方向轮 转向的方案 即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动 车 体尾部装一个方向轮 此方案是双轮驱动 并不能很好的实现直线前进与后退 而且 制作周期长 电机价格比较昂贵 综上所述 采用方案 1 2 3 2 控制器模块 方案 1 采用可编程逻辑器件 CPLD 作为控制器 CPLD 可以实现各种复杂的逻 辑功能 规模大 密度高 体积小 稳定性高 I O 资源丰富 易于进行功能扩展 采 用并行的输入输出方式 提高了系统的处理速度 适合作为大规模控制系统的控制核 心 但本系统不需要复杂的逻辑功能 对数据的处理速度的要求也不是非常高 方案 2 采用凌阳公司的 16 位单片机 它是 16 位控制器 具有体积小 驱动能 力高 集成度高 易扩展 可靠性高 功耗低 结构简单 中断处理能力强等特点 处理速度高 尤其适用于语音处理和识别等领域 但是当凌阳单片机应用语音处理和 辨识时 由于其占用的 CPU 资源较多而使得凌阳单片机同时处理其它任务的速度和能 力降低 方案 3 采用 AT 公司的 AT89S52 单片机作为主控制器 AT89S52 是一个低功耗 6 高性能的 8 位单片机 片内含 32k 空间的可反复擦写 100 000 次的 Flash 只读存储器 具有 2Kbytes 的随机存取数据存储器 RAM 32 个 IO 口 3 个 8 位可编程定时计数器 且 AT89S 系列的单片机可以在线编程 调试 方便地实现程序的下载与整机的调试 综上所述 采用方案 3 2 3 3 遥控模块 方案 1 采用红外发射 接收头 以及编码芯片 PT2262 解码芯片 PT2272 组成 红外的遥控模块 但是此红外遥控模块发射和接收之间的距离短 而且不能在有障碍 物的情况下实现遥控 遥控性能差 但是此无线遥控小车运行速度快 运动灵活 要 求能够在远距离有障碍物的情况下实现遥控 而此红外遥控模块不能达到要求 方案 2 采用 RF 无线发射模块 F05V RF 无线接收模块 J04V 以及编码芯片 PT2262 解码芯片 PT2272 组成的无线遥控模块 此遥控模块在开阔地参考距离大于 150 米 而且能够在有障碍物的情况下实现遥控 能够达到此无线遥控小车的性能要 求 综上所述 所以采用方案 2 2 3 4 电机驱动模块 方案 1 采用继电器对电动机的开或关进行控制 通过开关的切换对小车的速度 进行调整 这个方案的优点是电路较为简单 缺点是继电器的响应速度慢 机械结构 易损坏 寿命短 可靠性差 方案 2 采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压 从而达到调速的目的 但是电阻网络只能实现有级调速 而数字电阻元件价格昂贵 主要问题是一般电动机 的电阻很小 但电流很大 分压不仅会降低效率 而且实现很困难 方案 3 采用 ST 公司的 L298N 电机专用驱动芯片 工作电压高 最高工作电压 可达 46V 输出电流大 瞬间峰值电流可达 3A 持续工作电流为 2A 内含两个 H 桥 的高电压大电流全桥式驱动器 可以用来驱动直流电动机和步进电动机 继电器 线 圈等感性负载 采用标准逻辑电平信号控制 具有两个使能控制端 在不受输入信号 影响的情况下允许或禁止器件工作 有一个逻辑电源输入端 使内部逻辑电路部分在 低电压下工作 综上所述 采用方案 3 2 3 5 显示模块 方案 1 采用 LED 数码管显示无线遥控小车当前的运行状态和车载系统上检测到 的各项数据 在本系统中主要用到 10 只 LED 数码管进行动态显示即可达到所需要求 其优点是价格便宜 寿命长 缺点是只能显示 0 9 的数字和一些简单的字符 电路设 7 计繁锁 且占用空间比较大 方案 2 采用 LCD 12864 液晶显示 其优点是能显示更多的字符 工作电流比 LED 小 故其功耗低 且可以有良好的人机界面 直观 显示效果漂亮 体积小 综上所述 采用方案 2 2 3 6 温度检测模块 方案 1 采用热电阻式的铂电阻温度传感器和湿敏电阻式的湿度传感器 其优点 是价格便宜寿命长 缺点是外围电路相互独立而且相对复杂 实现精度不高 方案 2 采用数字式温度传感器 DS18B20 DS18B20 数字温度传感器是一款含有 已校准数字信号输出的温度复合传感器 它应用专用的数字模块采集技术和温度传感 技术 确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性 综上所述 采用方案 2 2 3 7 无线通信模块 在本设计中 为了使遥控小车当前的运动状态 以及将车载系统检测到当前的环 境参数传送到遥控平台的显示接口 就必须使用无线数据收发通讯模块 我们采用 NRF905 该模块与单片机接口比较简单 但价格比较贵 2 3 8 电源模块 在本设计中 电机 车载系统 遥控器独立供电 电机驱动电源采用四节五号干 电池供电 车载系统采用 5V 电压供电 无线发射接受头 F05V J04V 以及单片射频 发射器芯片 NRF905 是 3V 电源供电 遥控器同样采用 5V 电压供电 综上所述 采用 7805 稳压芯片 3V 稳压管 8 第第 3 章章 车载模块设计车载模块设计 车载模块是无线遥控小车的核心 它完成的主要工作包括 接收遥控器的控制命 令并解析 控制一台驱动电机和一台转向电机 采集小车当前环境的温度 将小车当 前运行的状态和采集到的温度数据通过无线数据通信传输给遥控器 车载模块主要有 以下部分电路构成 电机驱动与控制电路 无线遥控接收电路和无线数据采集电路 下面将对整个车载模块进行详细介绍 3 1 电机驱动与控制电路设计 电机驱动与控制电路由主控芯片 AT89S52 单片机 74LS08 电机驱动芯片 L298N 组成 主控芯片 AT89S52 的 T0 定时器产生占空比可变的 PWM 信号 产生不 同的直流电压控制运动电机的速度 转向电机的转向 3 1 1 主控芯片 AT89S52 AT89S52 是由美国 Atmel 公司生产的至今为止世界上最新型的高性能 8 位单片机 该芯片采用 FLASH 存储技术 内部具有 2KB 字节快闪存存储器 采用 DIP 封装 是 目前在中小系统中应用最为普及的单片机 3 1 1 1 AT89S52 的特点 AT89S52 具有以下几个特点 1 AT89S52 与 AT89S52 系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容 2 片内有 4k 字节在线可重复编程快擦写程序存储器 3 全静态工作 工作范围 0Hz 24MHz 4 三级程序存储器加密 5 128 8 位内部 RAM 6 32 位双向输入输出线 7 两个十六位定时器 计数器 8 五个中断源 两级中断优先级 9 一个全双工的异步串行口 10 间歇和掉电两种工作方式 3 1 1 2 AT89S52 的功能描述 AT89S52 是一种低损耗 高性能 CMOS8 位微处理器 片内有 4k 字节的在线可 重复编程 快速擦除快速写入程序的存储器 能重复写入 擦除 1000 次 数据保存时 9 间为十年 它与 MCA 51 系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容 不仅可完全代替 AT89S52 系列单片机 而且能使系统具有许多 AT89S52 系列产品没有的功能 AT89S52 可构成真正的单片机最小应用系统 缩小系统体积 增加系统的可靠性 降低系统的成本 只要程序长度小于 4K 四个 I O 口全部提供给用户 可用 5V 电压 编程 而且擦写时间仅需 10ms 仅为 8751 87C51 的擦除时间的百分之一 与 8751 87C51 的 12V 电压擦写相比 不易损坏器件 没有两种电源的要求 改写时不拔 下芯片 适合许多嵌入式控制领域 工作电压范围宽 2 7V 6V 全静态工作 工作 频率宽在 0Hz 24MHz 之间 比 8751 87C51 等 51 系列的 6MHz 12MHz 更具有灵活 性 系统能快能慢 AT89S52 芯片提供三级程序存储器加密 提供了方便灵活而可靠 的硬加密手段 能完全保证程序或系统不被仿制 P0 口是三态双向口 统称数据总线 口 因为只有该口能直接用于对外部存储器的读 写操作 3 1 1 3 AT89S52 引脚功能 AT89S52 单片机为 40 引脚芯片如图 3 1 所示 1 P1 0 2 P1 1 3 P1 2 4 P1 3 5 P1 4 6 P1 5 7 P1 6 8 P1 7 9 RST 10 RXD 11 TXD 12 INT0 13 INT1 14 T0 15 T1 16 WR 17 RD 18 XTAL2 19 XTAL1 20 Vss 21 P2 0 22 P2 1 23 P2 2 24 P2 3 25 P2 4 26 P2 5 27 P2 6 28 P2 7 29 PSEN 30 ALE 31 EA 32 P0 7 33 P0 6 34 P0 5 35 P0 4 36 P0 3 37 P0 2 38 P0 1 39 P0 0 40 Vcc AT89S52 图 3 1 AT89S52 引脚分布图 1 口线 P1 P3 共 2 个八位口 P1 口是专门供用户使用的 I O 口 是准双向口 其中 P1 0 和 P1 1 除作为普通 I O 用外 还可作为电压比较器输入端 P3 口是双功能口 该口的每一位均可独立地定义为第一 I O 功能或第二 I O 功能 作为第一功能使用时操作同 P1 口 表 3 1 引脚介绍 10 VCC工作电源 5V GND电源地 VPP访问外部程序存储器允许信号 RST复位信号输入端 XTAL 1 片内振荡器输入端 在采用外部时钟时 对于 HMOS 单片机 该端必须接地 对于 CHMOS 单片机 此引脚用为驱动器 XTAL 2 片内振荡器输出端 在片内它是一个振荡电路反向放大电路输出端 振荡电路的频率是 晶体振荡频率 若需采用外部时钟电路 对于 HMOS 单片机 该引脚输入外部时钟脉冲 对于 CHMOS 单片机 此引脚应悬浮 RXD串行口输入 TXD串行口输出 ALE访问片外存储器时 它作为锁存扩展地址低字节的控制信号的输入 2 控制口线 PSEN 片外选取控制 ALE 地址锁存控制 EA 片外存储器选择 RESET 复位控制 3 电源及时钟 VCC VSS XTAL1 XTAL2 操作方法 4 总结其主要的功能特性如下表 3 2 所示 表 3 2 AT89S52 的主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统2K 可反复擦写 1000 次 Flash Rom 15 个双向 I O 口6 个中断源 两个 16 位可编程定时计数器2 7 6 0V 的宽工作电压范围 时钟频率 0 24MHz128 X8bit 内部 RAM 两个外部中断源两个串行中断 可直接驱动 LED两级加密位 低功耗睡眠功能内置一个模拟比较放大器 可编程 UARL 通道软件设置睡眠和唤醒功能 3 1 1 4 单片机最小系统电路 图 3 2 为单片机最小系统电路 11 1 P1 0 2 P1 1 3 P1 2 4 P1 3 5 P1 4 6 P1 5 7 P1 6 8 P1 7 9 RST 10 RXD 11 TXD 12 INT0 13 INT1 14 T0 15 T1 16 WR 17 RD 18 XTAL2 19 XTAL1 20 Vss 21 P2 0 22 P2 1 23 P2 2 24 P2 3 25 P2 4 26 P2 5 27 P2 6 28 P2 7 29 PSEN 30 ALE 31 EA 32 P0 7 33 P0 6 34 P0 5 35 P0 4 36 P0 3 37 P0 2 38 P0 1 39 P0 0 40 Vcc AT89S52 12 Y1 30pF C1 30pF C2 220uF C0 200R R7 1K R7 S0 VCC VCC 图 3 2 单片机最小系统电路 AT89S52 单片机最小控制系统电路主要包括 复位电路 时钟电路 直流电源 单片机复位采用按键高电平复位 复位是单片机的初始化操作 只需给 AT89S52 的复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期 即 24 个时钟振荡周期 的高电平就可使 AT89S52 复位 复位时 PC 初始化位 0000H 使 AT89S52 单片机从 0000H 单元开始 执行程序 除了进入系统的初始化之外 当由于程序运行出错或操作错误使系统处于 死锁状态 为摆脱死锁状态 也需要按复位键使 RST 引脚为高电平使 AT89S52 重新 启动 除 PC 之外 复位操作还对其它一些寄存器有影响 复位时堆栈指针 SP 07H 3 而 4 个 I O 端口 P0 P3 的引脚均为高电平 这在某些控制应用中 要考虑 P0 P3 引脚 的高电平对接在这些引脚上的外部电路的影响 AT89S52 单片机各功能部件运行都是以时钟控制信号为基准 有条不紊地一拍一 拍地工作 因此 时钟频率直接影响单片机的速度 时钟电路的质量也直接影响单片 机的稳定性 常用的时钟电路设计有两种方式 一种是内部时钟方式 另一种是外部 时钟方式 此电路采用内部时钟方式 AT89S52 单片机整个程序存储空间可以分为片外和片内两部分 CPU 访问片内和 片外程序存储器 可由 EA 引脚上所接的电平来确定 EA 引脚接高电平时 程序将从 片内程序存储器开始执行 即访问片内程序存储器 当 PC 值超过片内 ROM 的容量时 会自动转向片外程序存储器空间执行程序 此主控制器最小系统电路 EA 端接高电平 程序将从片内程序存储器开始执行 12 3 1 2 电机驱动芯片 L298N 电机驱动模块采用 L298N L298N 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 3 1 2 1 L298N 工作原理工作原理 L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS VSS 可接 4 5 7 V 电压 4 脚 VS 接 电源电压 VS 电压范围 VIH 为 2 5 46 V 输出电流可达 2 5 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 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 4 3 1 2 2 L298N 引脚引脚及定义及定义 图 3 3 为 L298N 引脚图 1 SENSEA 3 OUT2 5 IN1 6 ENA 7 IN2 9 VCC 11 ENB 13 OUT3 15 SENSEB 2 OUT1 4 VS 8 GND 10 IN3 12 IN4 14 OUT4 L298N 图 3 3 L298N 引脚图 表 3 3 是 L298N 引脚说明 表 3 3 L298N 引脚说明 名称管脚说明 SEN1 SEN21 15分别为两个 H 桥的电流反馈脚 不用时可以直接接地 OUT1 OUT22 3输出端 与对应输入端同逻辑 VS4驱动电压 最小值须比输入的低电平电压高 2 5V INPUT1 INPUT25 7输入端 TTL 电平兼容 ENA ENB6 11使能端 低电平禁止输出 GND8地 Vss9逻辑电源 4 5 7V 13 OUT3 OUT413 14输出端 与对应输入端同逻辑 INPUT1 INPUT210 12输入端 TTL 电平兼容 3 1 2 3 电机驱动与控制电路电机驱动与控制电路 电机驱动模块采用 L298N L298N 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 1 P1 0 2 P1 1 3 P1 2 4 P1 3 5 P1 4 6 P1 5 7 P1 6 8 P1 7 9 RST 10 RXD 11 TXD 12 INT0 13 INT1 14 T0 15 T1 16 WR 17 RD 18 XTAL2 19 XTAL1 20 Vss 21 P2 0 22 P2 1 23 P2 2 24 P2 3 25 P2 4 26 P2 5 27 P2 6 28 P2 7 29 PSEN 30 ALE 31 EA 32 P0 7 33 P0 6 34 P0 5 35 P0 4 36 P0 3 37 P0 2 38 P0 1 39 P0 0 40 Vcc AT89S52 1 1A 2 1B 3 1Y 4 2A 5 2B 6 2Y 7 GND 8 3Y 9 3A 10 3B 11 4Y 12 4A 13 4B 14 Vcc 74LS08 1 2 Motor1 1 2 Motor2 VCC 1 SENSEA 3 OUT2 5 IN1 6 ENA 7 IN2 9 VCC 11 ENB 13 OUT3 15 SENSEB 2 OUT1 4 VS 8 GND 10 IN3 12 IN4 14 OUT4 L298N VS VCC 12 Y1 30pF C1 30pF C2 220uF C0 200R R7 1K R7 S0 VCC VCC 图 3 4 电机驱动控制电路 AT89S52 的 I O 口 P2 0 P2 1 作为 PWM 脉冲波的输出口 经 74LS08 四路与门 后成为电机驱动芯片的输入信号 L298 比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N 内部包含 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 输出电压最高可以达 到 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 I O 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 4 5 7 V 电压 4 脚 VS 接电源电压 VS 电压范围 VIH 为 2 5 46 V 输出电流可达 2 5 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 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 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 14 3 2 无线遥控接收电路设计无线遥控接收电路设计 无线遥控接收电路由解码芯片 PT2272 RF 无线接收模块 J04V 组成 RF 无线接 收模块 J04V 将接收到信号传送给解码芯片 PT2272 解码芯片 PT2272 接收到信号 将其地址码经过两次比较核对之后 VT 脚才输出高电平 与此同时相应的数据脚也输 出高电平 3 2 1 RF 无线接收模块 J04V J04V 是一款低功耗小体积超再生接收模块 采用 SMT 工艺 性能稳定具有较好的 灵敏度及性价比 是电池供电产品的理想选择 可以广泛应用于需要长期处于接收状 态的遥控报警及单片机数据传输系统 3 3 2 1 主要特点 1 输出无噪声干扰 零电平 2 极低功耗 工作状态 3V 0 2 mA 3 特小体积 不需要外接天线 3 3 2 2 性能参数 1 接收频率 315MHz 433MHz 2 工作电压 DC3V 2 6 3 5V 3 工作电流 0 15 0 3mA 4 调制带宽 10K 5 输出电平 TTL 电平 6 接收灵敏度 90dBm 7 电路结构 超再生 8 外形尺寸 10 23 5mm 宽 长 厚 9 工作温度 40 60 3 3 2 3 引脚定义 图 3 5 为 J04V 引脚图 15 1 2 3 4 5 6 J04V 图 3 5 J04V 1 外接天线 2 数据输出端 3 数据反向输出端 4 工厂测试端 悬空 5 地 6 正电源 DC 3V 3 3 2 4 应用说明 1 J04V 工作频率为 315MHz 433MHz 可以定做 300 470MHz 之间与声表面 波谐振器对应的频率 2 J04V 性能与 J04P 及 J04E 基本相同 是 J04P 及 J04E 的改进型低功耗产品 但引脚不兼容 J04V 与 J04T 性能有区别但引脚兼容可直接替换 为方便后级电路的 电平接口 J04V J04T 增加了数据反相输出端 无数据时 2 脚输出为零电平 3 脚为 高电平 可输出 2mA 的驱动电流 若驱动低阻抗负载会引起 J04V 及 J04 T 工作电压 的不稳定 3 J04V 工作电压范围 2 6 3 5V 2 6V 时工作电流在 0 15mA 3V 时约 0 2mA 3 5V 时约在 0 3mA 4 J04V 适合电池或线性电源 可采用 3 7K 4 7K 电阻从 5V 取得 3 3 5V 再 加 220UF 电解电容滤波 电解电容的接地点必须靠近 J04V 的地 J04V 输出能力可 驱动一支发光二极管 如果从 6V 以上的电压用电阻降压会引起工作电压的不稳定 也可以从 220V 用电容降压整流滤波后用 7805 取得 5V 再用 3 7K 4 7K 电阻降压滤波 取得 3 3V 不适合用稳压管串联分压 接收模块的电源直接影响到接收电路的稳定性 也是接收电路的主要干扰源 J04V 不适合开关电源也不适合用实验室大整流电源做 试验 J04V 不适合与发射用同一电源做试验 5 J04V 顶部镀银电感不要碰压 否则会引起频率偏移距离变近 J04V 内部具有 放大整形电路 只适合数据信号的接收而不适合模拟信号 6 J04V 在 A 处点可根据需要接一支 470K 1M 的电阻可使 J04V 输出更干净 但接收灵敏度会降低 7 J04V 应安装在印板边部并离开周围器件 5mm 以上 要垂直于线路板 否则会 16 引起频率偏移 如果器件较多还必须注意地线布局合理 如果有晶振或其他信号源必 须远离 J04V 否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作 J04V 可 外接天线提高接收灵敏度 天线长度不限 3 2 2 解码芯片 PT2272 解码芯片 PT2272 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 PT2272 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 PT2272 最多可有 6 位 D0 D5 数据端管 脚 接收到的信号从 14 脚串行输入 可用于无线遥控接收电路 5 解码芯片 PT2272 接收的编码信号由 地址码 数据码以及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 3 2 2 1 PT2272 特点 1 CMOS 工艺制造 低功耗 2 外部元器件少 3 RC 振荡电阻 4 工作电压范围宽 2 6 15V 5 数据最多可达 6 位 6 地址码最多可达 531441 种 3 2 2 2 PT2272 应用范围 1 车辆防盗系统 2 家庭防盗系统 3 遥控玩具 4 其他电器遥控 3 2 2 3 PT2272 引脚图及管脚说明 解码芯片 PT2272 的引脚图如图所示 17 1 A0 2 A1 3 A2 4 A3 5 A4 6 A5 7 A6 8 A7 9 Vss 10 D3 11 D2 12 D1 13 D0 14 DIN 15 OSC2 16 OSC1 17 VT 18 Vcc PT2272 图 3 6 解码芯片 PT2272 引脚图 解码芯片 PT2272 管脚说明如表 3 4 所示 表 3 4 PT2272 管脚说明 名称管脚说明 A0 A111 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 Vcc18电源正端 Vss9电源负端 DIN14数据信号输入端 来自接收模块输出端 OSC116振荡电阻输入端 与 OSC2 所接电阻决定振荡频率 OSC215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 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 解码芯片 PT2272 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 2 3 无线遥控接收电路无线遥控接收电路 18 1 2 3 4 5 6 J04V LED0 LED1 LED3 LED LED2 3K R3 3K R4 3K R2 200K R1 3K R5 3K R6 VCC VCC 1 A0 2 A1 3 A2 4 A3 5 A4 6 A5 7 A6 8 A7 9 Vss 10 D3 11 D2 12 D1 13 D0 14 DIN 15 OSC2 16 OSC1 17 VT 18 Vcc PT2272 图 3 7 无线遥控接收电路 此无线遥控接收电路主要包括 解码芯片 PT2272 无线接收模块 F05V 1 接收芯片 PT2272 的数据输出位根据其后缀不同而不同 数据输出具有 暂存 和 锁存 两种方式 方便用户使用 后缀为 M 为 暂存型 后缀为 L 为 锁存型 其数据输出又分为 0 2 4 6 不同的输出 例如 PT2272 M4 则表示数 据输出为 4 位的暂存型无线遥控接收芯片 PT2272 的暂存功能是指当发射信号消失时 PT2272 的对应数据输出位即变为低电平 而锁存功能是指 当发射信号消失时 PT2272 的数据输出端仍保持原来的状态 直到下次接收到新的信号输入 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 2 J04V 工作频率为 315MHz 433MHz J04V 性能与 J04P 及 J04E 基本相同 是 J04P 及 J04E 的改进型低功耗产品 但引脚不兼容 J04V 与 J04T 性能有区别但引 脚兼容可直接替换 为方便后级电路的电平接口 J04V J04T 增加了数据反相输出端 无数据时 2 脚输出为零电平 3 脚为高电平 可输出 2mA 的驱动电流 若驱动低 阻抗负载会引起 J04V 及 J04T 工作电压的不稳定 J04V 工作电压范围 2 6 3 6V 2 6V 时工作电流在 0 15mA 3V 时约 0 2mA 3 5V 时约在 0 3mA J04V 适合 电池或线性电源 可采用 3 7K 4 7K 电阻从 5V 取得 3 3 5V 再加 220UF 电解电容 滤波 电解电容的接地点必须靠近 J04V 的地 J04V 输出能力可驱动一支发光二极管 如果从 6V 以上的电压用电阻降压会引起工作电压的不稳定 也可以从 220V 用电容 降压整流滤波后用 7805 取得 5V 再用 3 7K 4 7K 电阻降压滤波取得 3V 不适合用稳 19 压管串联分压 接收模块的电源直接影响到接收电路的稳定性 也是接收电路的主要 干扰源 J04V 不适合开关电源也不适合用实验室大整流电源做试验 J04V 不适合与 发射用同一电源做试验 J04V 顶部镀银电感不要碰压 否则会引起频率偏移距离变近 J04V 内部具有放大整形电路 只适合数据信号的接收而不适合模拟信号 J04V 在 A 处点可根据需要接一支 470K 1M 的电阻可使 J04V 输出更干净 但接收灵敏度会降 低 J04V 应按装在印板边部并离开周围器件 5mm 以上 要垂直于线路板 否则会引 起频率偏移 如果器件较多还必须注意地线布局合理 如果有晶振或其他信号源必须 远离 J04V 否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作 J04V 可外 接天线提高接收灵敏度 天线长度不限 由于 J04V 是低功耗低电压超再生接收模块 只消耗 0 2mA 的电流 采用 4 7K 电 阻从 5V 取得 3 2V 再 220UF 电解电容滤波给 J04V 供电 虽然 J04V 具有较宽的工作 电压范围但电压在 3 3 2V 时才具有最佳的经受灵敏度 图中电路 J04V 和 PT2272 都 是低功耗低电压器件当然也可以直接采用二节 1 5V 电池供电 如果 2272 驱动的负载 功率较大需要采用小体积高容量的锂 亚硫酰氯电池 否则会引起接收电路的不稳定 PT2272 的 D0 D3 可以直接与单片机连接 也可以去掉 PT2272 由单片机直接解码 接收电路不适合使用纹波系数大与 50mV 的开关电源 因为接收模块对电源的纹波很 敏感 电源直接影响到接收电路的稳定性 不干净的电源就是接收电路的主要干扰源 J04V 应按装在印板边部并离开周围器件 5mm 以上 要