基于单片机的智能小车设计-毕业论文

精品文档 1欢迎下载 湖南 XXXXXXXXXXXXX 学院 毕业论文 设计 毕业论文 设计 题 目 智能小车 作者姓名 学 号 专 业 电子信息工程技术 指导教师 xxxxxxxxx 20112011 年年 0606 月月 精品文档 2欢迎下载 湖南 XXXXXXXXXXXXX 学院 毕业论文 设计 选题表毕业论文 设计 选题表 年 月 日 学生姓名专业电子信息工程技术年级学号 题 目 智能小车 指导教师姓名指导教师职称 主 要 研 究 内 容 设计采用 MCS 51 系列中的 AT89C51 单片机 以 AT89C51 为控制核心 利用超 声波传感器检测道路上的障碍 控制电动小汽车的自动避障 快慢速行驶 以及自动停车 并可以自动记录时间 里程和速度 自动寻迹和寻光功能 主 要 参 考 文 献 1 何立民 单片机应用系统设计 北京 航天航空大学出版社 2 5 46 50 2 李广弟 单片机基础 北京 北京航空航天大学出版社 2001 56 64 3 何希才 新型实用电子电路 400 例 电子工业出版社 2000 年 60 65 4 赵负图 传感器集成电路手册 第一版 化学工业出版社 2004 590 591 5 陈伯时 电力拖动自动控制系统 第二版 北京 机械工业出版社 2000 年 6 月 127 130 6 张毅刚 彭喜元 新编 MCS 51 单片机应用设计 第一版 哈尔滨工业大学出版 社 2003 25 27 411 417 精品文档 3欢迎下载 指 导 教 师 意 见 签名 年 月 日 系 部 意 见 年 月 日 湖南 XXXXXXXXXXXXX 学院 毕业设计 论文 任务书 教研室指导教师曾平红职 称 学生姓名 设计题目 智能小车 设计内容设计内容 和目标和目标 智能小车以 AT89C51 为核心 经焊接相关芯片用电路板自制而成 通过 I O 口检测信号 输出信号到 L293D 从而驱动两个直流电机控制其前进 停止 左转 右转 检测信号则为三组红外发射和接收管 一组黑线时输出高电平 白线时输出低电平 另两组黑线时输出低电平 白线时输出高电平 本设计对于我们高职生来说有一定的技术含量 有待解决的问题肯定会 有很多 首先得确定出要做哪些功能部件和基本框架 然后再进行程序调试 硬件上可能不会出现什么大问题 关键就是元器件的购买可能会带给我们一些 麻烦 不过最重要的还是程序的编写 这些对我们来说都是一个相当大的工程 而且时间又这么紧迫 不过我们相信我们会克服这些困难的 设计要求设计要求 本设计初步拟定的技术含量有 自动循迹功能模块的设计与制作 超声波 故障检测模块的设计与制作 小车行程测量模块的设计与制作 单片机小系统 外围电路的设计与制作等等 进度安排进度安排 2011 5 1 完成开题报告 2011 5 5 系统概要设计 2011 5 15 总体设计 2011 5 25 提交初步设计成果 2011 5 28 系统完善 后期集成 综合调试 2011 6 1 撰写毕业论文 教研室审核教研室审核 精品文档 4欢迎下载 室主任签名 年 月 日 系部审核系部审核 系主任签名 年 月 日 说明 此表一式两份 系部和学生各留存一份 湖南 XXXXXXXXXXXXX 学院 毕业设计 论文 开题报告 设计设计 论文 论文 题目题目 智能小车 序号序号姓名姓名班级班级联系电话联系电话手机手机电子信箱电子信箱 QQ QQ 1 2 3 毕业设毕业设 计小组计小组 成员成员 4 选题背选题背 景 意景 意 义义 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 电动智能车就是 其中的一个体现 本次设计的简易电动智能车 采用 AT89C51 单片机作为小车的检测 和控制核心 采用反射型光电探测器进行寻迹操作 利用光电传感器检测道路上的障 碍 从而把感应到的信号送给单片机 控制电动智能小车的自动避障 并能发出声光 信息 随着控制技术及计算机技术的发展 智能车系统将在未来工业生产和日常生活 中扮演重要的角色 本文所述智能车寻迹系统采用红外反射式光电管识别路径上的黑 线 并以最短的时间完成寻迹 通过加长转臂的舵机驱动前轮转向 使用符合 PI 算法 的控制器实现直流电机的调速 为了使智能车快速 平稳地行驶 系统必须把路径识 别 相应的转向伺服电机控制以及直流驱动电机控制准确地结合在一起 本设计结构 简单 较容易实现 但具有高度的智能化 人性化 一定程度体现了智能化 研研 究究 内内 容容 智能小车以 AT89C51 为核心 经焊接相关芯片用电路板自制而成 通过 I O 口检 测信号 输出信号到 L293D 从而驱动两个直流电机控制其前进 停止 左转 右转 检测信号则为三组红外发射和接收管 一组黑线时输出高电平 白线时输出低电平 另两组黑线时输出低电平 白线时输出高电平 本设计对于我们高职生来说有一定的技术含量 有待解决的问题肯定会有很多 首先得确定出要做哪些功能部件和基本框架 然后再进行程序调试 硬件上可能不会 出现什么大问题 关键就是元器件的购买可能会带给我们一些麻烦 不过最重要的还 是程序的编写 这些对我们来说都是一个相当大的工程而且时间又这么紧迫 不过我 们相信我们会克服这些困难的 精品文档 5欢迎下载 技术路技术路 线 方线 方 案案 运动本设计的重点就是对智能小车的导航控制系统进行了研究 针对智能小车 控制系统的非线性和外界环境的不确定性 利用模糊逻辑推理的方法 允许知识边界 的不确定性 模拟人类的处理过程来实现智能小车的导航控制 多传感器数据融合结 构和方法也是本设计的一个研究重点 结合智能小车的传感系统 提出混合式多传感 器数据融合结构 详细介绍了基于模糊理论的分布式一致性数据融合方法 并通过一 个简单的目标识别任务的仿真实验 来说明这种方法的有效性 本设计初步拟定的技术含量有 自动循迹功能模块的设计与制作 超声波故障检 测模块的设计与制作 小车行程测量模块的设计与制作 单片机小系统外围电路的设 计与制作等等 湖南 XXXXXXXXXXXXX 学院 毕业设计 论文 开题报告 摘摘 要要 AT89C51 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 本系统以设计题目的要求为目的 采用 AT89C51 单片机为控制核 心 利用超声波传感器检测道路上的障碍 控制电动小汽车的自动避障 快慢 速行驶 以及自动停车 并可以自动记录时间 里程和速度 自动寻迹和寻光 功能 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 在智能小车控制系统的设计中 以 AT89C51 为核心 用 L293D 驱动两个直 流电机 当产生信号驱动小车前进时 是通过寻迹模块里的红外对管是否寻到 黑线产生的电平信号通过 LM393 再返回到单片机 单片机根据程序设计的要求 做出相应的判断送给电机驱动模块 让小车来实现前进 左转 右转 停车等 基本功能 寻白线时 外部环境光线的强弱对小车的运动会产生很大的影响 基于此原因 本实验中的寻迹是指在白色地板上寻黑线 寻迹是指通过红外发 射管和接收管识别路径 采用的技术主要有 1 通过编程来控制小车的速度 2 传感器的有效应用 3 新型显示芯片的采用 精品文档 6欢迎下载 该设计报告共分为五章 第一章是智能小车总体概况 介绍了小车的功能及展示了小车模型 第二章是系统要求 介绍了小车设计的要求及原理 详细阐述了各功能模块 的方案比较与论证 最后得出最终方案 第三章是硬件实现及单元电路实现 详细阐述了各部分电路的设计 并给出 了原理图 第四章是软件设计 介绍了设计思想 程序流程图及具体程序设计 第五章是系统调试 介绍了调试软件 WAVE 以及软件调试过程 硬件测试 及测试仪器和设备等 最后是参考文献和附录 关键词 关键词 ATAT89C51 单片机 光电传感器 PWM 调速 电动小车 SmartSmart carscars designdesign thethe AT89C51 microcontroller is one of eight his versatility and usability is the user high praise This system to design for the purpose of the topic request AT89C51 microcontroller as control core ultrasonic sensor detection road barriers the automatic control of electric car obstacle avoidance speed and speed and can be automatically stop recording time mileage and speed automatic tracing and light function The whole system of the circuit structure is simple reliable performance The test results this paper introduces the hardware design method of system analysis and test results In the design of the control system of intelligent car USES AT89C51 as the core with L293D drive two dc motor driving car when the signal generation is going through tracing module of the infrared tubes are found by the black level signal generated LM393 single chip microcontroller return again according to the requirement of design procedure of judgment for motor driver module let the car to achieve progress left right the basic function such as parking Find the white line and the external environment of the strength of the light of sports car produce very big effect this based on the experiments of tracing refers to the white striped floor found Tracing is through infrared tubes and receive tube recognition path Using the technology mainly include 1 through programming to control the speed of the car 精品文档 7欢迎下载 2 sensor effective application 3 new display chip USES This design report is divided into five chapters The first chapter is intelligent car overview Introduces the function and the car show car model Chapter 2 is the system requirements Introduces the design requirement and the principle of car Expounds the functional modules of the scheme comparison and argumentation the final solution The third chapter is hardware realization and unit circuit implementation Expounds each part of the circuit design and gives the principle diagram Chapter four is a software design Introduces the design idea and program flow chart and design program The fifth chapter is debugging systems Introduces the WAVE and software testing software debugging process Hardware testing and testing instruments and equipment etc The references and appendix Keywords Keywords AT89C51 photoelectric sensors PWM control electric cars 目目 录录 绪论绪论 5 5 第一章第一章 智能小车总体概况智能小车总体概况 6 6 1 1 概况 6 6 1 2 总体结构图 6 6 第二章第二章 系统方案设计系统方案设计 7 7 2 1 方案论证 7 7 2 1 1 系统原理图 7 7 2 1 2 路面情况检测方案的选择 8 8 2 1 3 电动机的选择 9 9 2 1 4 电动机驱动方案的选择 9 2 1 5 路程检测方案的选择 9 精品文档 8欢迎下载 2 1 6 障碍物探测方案的选择 10 2 1 7 供电电源方案的选择 10 第三章第三章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 11 11 3 1 系统硬件设计 11 3 1 1 路面黑线检测设计与实现 11 3 1 2 电动机驱动电路设计与实现 11 3 1 3 车轮检速与路程计算 13 3 1 4 红外避障电路 15 3 1 5 电源电路 15 第四章第四章 主控芯片介绍主控芯片介绍 16 16 4 1 1 AT89C51 主控芯片介绍 16 16 4 1 2 电动机驱动芯片 L293D 18 18 4 1 3 串口电路芯片 MAX232 19 19 第五章第五章 软件设计软件设计 19 19 5 1 1 软件设计思想 19 19 5 1 2 主程序设计 20 20 5 1 3 显示子程序设计 24 5 1 4 避障子程序设计 25 5 1 5 寻迹模块软件程序设计 26 第六章第六章 系统调试与结论系统调试与结论 29 29 6 1 硬件调试 29 29 6 1 1 测试方法与仪器 29 29 6 1 2 软件程序调试 30 30 精品文档 9欢迎下载 6 1 3 测试经验总结 31 参考文献参考文献 31 31 致谢致谢 31 31 附录 A 33 33 附录 B 34 34 绪绪 论论 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 设计的智能电动小车应该能够实时显示时间 速度 里程 具有自动寻迹 寻 光 避障功能 可程控行驶速度 准确定位停车 根据题目的要求 确定如下方案 在现有玩具电动车的基础上 加装光电 红外线 超声波传感器及金属探测器 实现对电动车的速度 位置 运行状况 的实时测量 并将测量数据传送至单片机进行处理 然后由单片机根据所检测 的各种数据实现对电动车的智能控制 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 AT89C51 单片机 以 AT89C51 为控制核心 利用超声波传感器检测道路上的障碍 控制电动小汽 车的自动避障 快慢速行驶 以及自动停车 并可以自动记录时间 里程和速 度 自动寻迹和寻光功能 AT89C51 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 8 C152 80C51FA FB 80C51GA GB 8 C451 8 C452 还包括了 精品文档 10欢迎下载 Philips Siemens ADM Fujutsu OKI Harria Metra ATMEL 等公司以 89C51 为核心推出的大量各具特色 与 89C51 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 D PWM PCA 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 8 C592 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 89C51 为控制核心 89C51 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 在考古方面也应用 到了超声波传感器进行检测 所以本设计与实际相结合 现实意义更强 第一章第一章 智能小车总体概况智能小车总体概况 1 11 1 概况 智能小车以 AT89C51 为核心 经焊接相关芯片用电路板自制而成 通过 I O 口检测信号 输出信号到 L293D 从而驱动两个直流电机控制其前进 停止 左转 右转 检测信号则为三组红外发射和接收管 一组黑线时输出高电平 白线时输出低电平 另两组黑线时输出低电平 白线时输出高电平 智能小车的控制器使用 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机 程序设计上使用了 时钟中断来控制小车行驶的状态检测 使用外部中断来记录小车行驶的距离 软件上设置了一个状态寄存器 来记录小车运行的状态 小车的运行为延黑线 行驶状态 避障碍物状态等 在黑线上行驶时 控制器检测红外传感器 如果小车行驶偏离方向 则控 制小车转向轮进行转向 在避障状态时 控制器检测红外传感器 判断前方是否有障碍物 如果有 障碍物则控制汽车进行转向 躲避障碍物 精品文档 11欢迎下载 1 21 2 总体结构图总体结构图 单片机为小车的控制核心 电路由黑线检测模块 电机驱动模块 声光指 示模块 红外线探测模块 方向控制模块 等几部分构成 金属探测 超声波 测距及显示模块为发挥部分 系统框图如图所示 系统框图 本设计采用两个小直流电机安装在小车后轮上带动小车运行 前轮只用一 个方向轮方便小车在运行过程中的转向 结构图如下所示 精品文档 12欢迎下载 小车结构图 第二章第二章 系统设计系统设计 2 12 1 方案论证 2 2 1 1 1 1 系统原理图系统原理图 简易智能电动车采用 80C51 单片机进行智能控制 开始由手动启动小车 并复位 当经过规定的起始黑线 由超声波传感器和红外光电传感器检测 通 过单片机控制小车开始记数显示并避障 调速 系统的自动避障功能通过超声 波传感器正前方检测和红外光电传感器左右侧检测 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 采用动态共阴显示行驶时间和里程 系统原理图如图所示 精品文档 13欢迎下载 系统原理图 2 1 22 1 2 路面情况检测方案的选择路面情况检测方案的选择 脉冲调制的反射式红外发射接收器 由于采用该有交流分量的调制信号 则可大幅度减少外界干扰 另外红外发射接受管的最大工作电流取决于平均电 流 如果采用占空比小的调制信号 在平均电流不变的情况下 瞬时电流很大 50 100mA 则大大提高了信噪比 并且其反映灵敏 外围电路也很简 单 电路如下图所示 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 80C51 精品文档 14欢迎下载 2 2 1 31 3 电动机的选择电动机的选择 采用普通直流电机 直流电动机具有优良的调速特性 调速平滑 方便 调整范围广 过载能力强 能承受频繁的冲击负载 可实现频繁的无级快速启 动 制动和反转 能满足各种不同的特殊运行要求 2 1 42 1 4 电动机驱动方案的选择电动机驱动方案的选择 如下图所示采用四个大功率晶体管组成 H 桥电路 四个大功率晶体管分为 两组 交替导通和截止 用单片机控制使之工作在开关状态 进而控制电动机 的运行 该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下 效率 非常高 并且大功率晶体管开关的速度很快 稳定性也极强 是一种广泛采用 的电路 H 桥控电路 2 1 52 1 5 路程检测方案的选择路程检测方案的选择 精品文档 15欢迎下载 采用光电码盘进行检测 光电码盘测距基本原理如图三所示 旋轴转动 带动码盘转动 码盘上刻有许多狭缝 码盘转动时发射光透过狭缝被接受元件 接受 用计数器对接受到的信号进行计数 用这种方案能很精确的算出小车已 经走过的距离 2 1 62 1 6 障碍物探测方案的选择障碍物探测方案的选择 脉冲调制的反射式红外发射接收器 由于采用该有交流分量的调制信号 则可大幅度减少外界干扰 另外红外发射接受管的最大工作电流取决与平均电 流 如果采用占空比小的调制信号 在平均电流不变的情况下 瞬时电流很大 50 100mA 则大大提高了信噪比 并且其反映灵敏 外围电路也很简单 超声波检测电路 精品文档 16欢迎下载 2 1 7 供电电源方案的选择供电电源方案的选择 采用单一电源供电 电源直接给电动机供电 因电动机启动瞬间电流较大 会造成电源电压波动 因而控制与检测部分电路通过集成稳压块供电 其供电 电路比较简单 第三章第三章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 3 3 1 1 系统硬件设计系统硬件设计 3 3 1 1 1 1 路面黑线检测设计与实现路面黑线检测设计与实现 当检测到黑线时 红外光管接收到反射回来的红外光 其输出立即发生高 低电平跳变 该信号经放大整形后送单片机分析处理 为保证小车延黑线行驶 采用了两个检测器并行排列 在小车行走过程中 若向左方向偏离黑线 则右 侧的探头就会检测到黑线 把信号传给单片机 单片机控制车头向右转 路 面黑线检测电路如下图所示 精品文档 17欢迎下载 3 3 1 1 2 2 电动机驱动电路设计与实现电动机驱动电路设计与实现 由四个大功率晶体管组成 H 桥电路组成 四个晶体管分为两组 交替导通 和截止 以保证小车完成前进 后退 左传 右转等运行动作 精品文档 18欢迎下载 电机驱动电路电机驱动电路 3 3 1 1 3 3 车轮检速与路程计算车轮检速与路程计算 测距原理 将光栅安装在电机轴上 当电机转动时 光栅也随之转动 同 时安装在光栅一侧的红外发光二极管点亮 在光栅的另一侧设有红外三极管 用于接收红外发光二极管发出的红外线信号 由于光栅随电机高速转动 则红 外线三极管接收到的就是一系列脉冲信号 将该信号传输到 AT89C51 单片机的 内部计数器计数 根据预先实测的数据换算关系即可计算出电动车的行车距离 精品文档 19欢迎下载 在车轴上固定有一个沟槽状的断式红外开关 共有 18 个沟槽 用尺测得小 车后轮周长 在单片机控制时 每检测到一个脉冲 认为小车前进了一定距离 由光电装置检测得到的波形不是很理想 因而对其进行了放大和施密特整形后 送入单片机计数 放大和施密特整形电路如图八所示 其中 40106 为施密特触 发器 由于红外检测具有反应速度快 定位精度高 可 靠性强以及可见光传感器所不能比拟的优点 故采用红外光电码盘测速方案 具体电路如下所示 行车距离检测电路 红外测距仪由测距轮 遮光盘 红外光电耦合器及凹槽型支架组成的 测长轮的周长 为记数的单位 最好取有效值为单一的数值 如本设计中采用 0 1 米 精度根据电动车控 制的需要确定 测距轮安装在车轮上 这样能使记数值准确一些 遮光盘有一缺口 盘下方的凹形物为槽型光电耦合器 其两端高出部分的里面分别装 有红外发射管和红外接收管 遮光盘在凹槽中转动时 缺口进入凹槽时 红外线可以通过 缺口离开凹槽红外线被阻挡 由此可见 测距轮每转一周 红外光接收管均能接收到一个 脉冲信号经过整形器后送入计数器或直接送入单片机中 为实现可逆记数功能 我们在测距仪中并列放置了两个槽型光电耦合器 遮光盘先后 通过凹槽可产生两个脉冲信号 根据两个脉冲信号发生的先后顺序与两个光电耦合器的位 置关系 即可计算出玩具车的行驶方向 前进或后退 遮光盘及槽型光电耦合器均安装在不透光的盒子里 以避免外界光线的干扰 使电路 精品文档 20欢迎下载 不能正常工作 3 1 43 1 4 红外避障电路红外避障电路 红外发射二极管发射的红外线遇到障碍物后 被反射回来 接收管接收到 红外线 信号被 LM358 放大后再经 LM567 锁相环后输出低电平 并送给单片机 进行处理 3 3 1 1 5 5 电源电路电源电路 为了保证电压的稳定性 特别制作了稳压电路 使用 7805 三端稳压集成 块 使得电压保持 5V 不变 LED 灯进行指示 开关的作用是便于为最小系统板 上的程序的烧写提供电源 IN Ifil Cfil CTGND RT OUT V R22 10K R25 10K R24 10K R21 5K1 R26 5K1 R23 10K R27 300 C6 104 C8 104 C11 102C10 104 Rp6 100K Rp5 100K Rp4 1K C7 1uF 3 2 1 V 8 V 4 Lm358 D1 5V 5V C9 1u LM567 I O 红外避障电路 7805 1 2 3 104 C5 R17 470 LED 220uF C4 5vvcc 精品文档 21欢迎下载 稳压电源电路 4 4 1 1 1 1 AT89C51AT89C51 主控芯片介绍主控芯片介绍 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能 CMOS 8 位 微处理器 俗称单片机 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 与工业标准的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁 存储器组合在单个芯片中 ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器 为很多嵌 入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 1 1 主要特性 与 MCS 51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命 1000 写 擦循环 数据保留时间 10 年 全静态工作 0Hz 24Hz 三级程序存储器锁定 128 8 位内部 RAM 32 可编程 I O 线 两个 16 位定时器 计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2 2 管脚说明 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P1 口的管脚第一次写 1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序数据存储器 它可以被定义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能接收 精品文档 22欢迎下载 输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口 被外部下拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH 编 程和校验时 P1 口作为第八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输 出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作 为输入 并因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于 内部上拉的缘故 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进 行存取时 P2 口输出地址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优 势 当对外部八位地址数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的 内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门 电流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输 入 由于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 如下表所示 口管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲 信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的 然 而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出 可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 精品文档 23欢迎下载 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序 存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器周期两次 PSEN 有效 但在 访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平 时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管是否有内部程序存储器 注意加密 方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高电平时 此间内部程序存储器 在 FLASH 编程期间 此引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 3 3 振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以配置为片 内振荡器 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用 如采用外部时钟源驱动器件 XTAL2 应不接 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 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 4 4 芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合 并保 持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成 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复编程以前 该操作必须被执行 此外 AT89C51 设有稳态逻辑 可以在低到零频率的条件下静态逻辑 支持两 种软件可选的掉电模式 在闲置模式下 CPU 停止工作 但 RAM 定时器 计数 器 串口和中断系统仍在工作 在掉电模式下 保存 RAM 的内容并且冻结振荡 器 禁止所用其他芯片功能 直到下一个硬件复位为止 4 4 1 1 2 2 电动机驱动芯片电动机驱动芯片 L293DL293D L293D 采用 16 引脚 DIP 封装 其内部集成了双极型 H 桥电路 所有的开量 都做成 n 型 这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点 如电流连续 电机可四 角限运行 电机停止时有微振电流 起到 动力润滑 作用 消除正反向时的 静摩擦死区 低速平稳性好等 L293D 通过内部逻辑生成使能信号 H 桥电路 的输入量可以用来设置马达转动方向 使能信号可以用于脉宽调整 PWM 另 外 L293D 将 2 个 H 桥电路集成到 1 片芯片上 这就意味着用 1 片芯片可以同 精品文档 24欢迎下载 时控制 2 个电机 每 1 个电机需要 3 个控制信号 EN12 IN1 IN2 其中 EN12 是使能信号 IN1 IN2 为电机转动方向控制信号 IN1 IN2 分别为 1 0 时 电机正转 反之 电机反转 选用一路 PWM 连接 EN12 引脚 通过调整 PWM 的占 空比可以调整电机的转速 选择一路 I O 口 经反向器 74HC14 分别接 IN1 和 IN2 引脚 控制电机的正反转 4 4 1 1 3 3 串口电路芯片串口电路芯片 MAX232MAX232 MAX232 芯片是美信公司专门为电脑的 RS 232 标准串口设计的接口电路 使 用 5v 单电源供电 内部结构基本可分三个部分 第一部分是电荷泵电路 由 1 2 3 4 5 6 脚和 4 只电容构成 功能是 产生 12v 和 12v 两个电源 提供给 RS 232 串口电平的需要 第二部分是数据转换通道 由 7 8 9 10 11 12 13 14 脚构成两个 数据通道 其中 13 脚 R1IN 12 脚 R1OUT 11 脚 T1IN 14 脚 T1OUT 为第 一数据通道 8 脚 R2IN 9 脚 R2OUT 10 脚 T2IN 7 脚 T2OUT 为第二数据通 道 TTL CMOS 数据从 T1IN T2IN 输入转换成 RS 232 数据从 T1OUT T2OUT 送 到电脑 DB9 插头 DB9 插头的 RS 232 数据从 R1IN R2IN 输入转换成 TTL CMOS 数据后从 R1OUT R2OUT 输出 第三部分是供电 15 脚 GND 16 脚 VCC 5v 第五章第五章 软件设计软件设计 5 15 1 软件设计思想软件设计思想 在进行微机控制系统设计时 除了系统硬件设计外 大量的工作就是如何 根据每个生产对象的实际需要设计应用程序 因此 软件设计在微机控制系统 设计中占重要地位 对于本系统 软件更为重要 精品文档 25欢迎下载 在单片机控制系统中 大体上可分为数据处理 过程控制两个基本类型 数据处理包括 数据的采集 数字滤波 标度变换等 过程控制程序主要是使 单片机按一定的方法进行计算 然后再输出 以便控制生产 为了完成上述任务 在进行软件设计时 通常把整个过程分成若干个部分 每一部分叫做一个模块 所谓 模块 实质上就是所完成一定功能 相对独立 的程序段 这种程序设计方法叫模块程序设计法 模块程序设计法的主要优点是 1 单个模块比起一个完整的程序易编写及调试 2 模块可以共存 一个模块可以被多个任务在不同条件下调用 3 模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序 为设计者提供方便 本系统软件采用模块化结构 由主程序 定时子程序 避障子程序 中断 子程序显示子程序 调速子程序 算法子程序构成 5 5 1 1 1 1主程序设计主程序设计 主程序清单如下 limiw equ 30h 厘米位 miao equ 31h 秒位 fenmi equ 32h 分米位 fmiao equ 33h 分秒位 meter equ 34h 米位 fenzh equ 35h 分位 point equ 36h 小数点位 shimi equ 37h 十米位 shifn equ 38h 十分位 sudu equ 39h 速度控制 jishk equ 3ah 记时开始 zhond equ 3bh zhodu equ 3ch 精品文档 26欢迎下载 zhon equ 3eh maicho equ 3fh jinweb equ 40h bhcs equ 41h dpan equ 42h fenchu equ 43h fencun equ 44h pand equ 45h fenmc equ 51h org 0000h ajmp main org 000bh ajmp st0 org 001bh ajmp st1 org 0100h main mov limiw 00h mov miao 00h mov fenmi 00h mov fmiao 00h mov meter 00h mov fenzh 00h mov point 0bh mov shimi 00h mov shifn 00h mov jishk 00h 精品文档 27欢迎下载 mov zhond 00h mov zhodu 00h mov zhon 00h mov maicho 00h mov jinweb 03h mov bhcs 00h mov sp 6fh mov tmod 21h mov th0 3ch mov tl0 0b0h mov th1 9ch mov tl1 9ch setb ea setb et0 setb et1 mov p1 0aah acall xianshi 软件流程图如下所示 精品文档 28欢迎下载 初始化 计时开始 计里程开始 低速行驶 高速行驶 开关是否按下 是否遇到黑线 是否偏离 是否有障碍 是否有光源 是否检测到黑线 停车 转向子程序 避障子程序 驶向光源 N Y N Y Y N Y N Y N Y N 精品文档 29欢迎下载 5 5 1 1 3 3 显示子程序设计显示子程序设计 程序清单如下 xianshi mov p1 0aah mov p1 0cch mov a limiw swap a add a miao mov p1 a nop nop mov p1 0ddh mov a fenmi swap a add a fmiao mov p1 a nop nop mov p1 0eeh mov a 0b0h add a point mov p1 a nop nop mov p1 0eeh mov a meter swap a add a fenzh mov p1 a 精品文档 30欢迎下载 nop nop mov p1 0ffh mov a shimi swap a add a shifn mov p1 a ret 5 5 1 1 4 4 避障子程序设计避障子程序设计 程序清单如下 程序清单如下 zhangai jb 25h stop jnb 22h youzhuan jnb 23h youzhuan jnb 24h zuozhuan jnb 26h zuozhuan ajmp jiance zuozhuan clr p0 5 clr p0 4 mov sudu 05h acall delaa setb p0 4 setb p0 5 mov sudu 07h ajmp jiance youzhuan clr p0 6 clr p0 7 精品文档 31欢迎下载 mov sudu 05h acall delaa setb p0 7 setb p0 6 mov sudu 07h ajmp jiance stop 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RET END 第六章第六章 系统调试与结论系统调试与结论 6 6 1 1 硬件硬件调试调试 6 6 1 1 1 1 测