基于51单片机的遥控汽车设计

学号XXXXXXDXXX基于51单片机的遥控汽车设计专业名称电子信息工程年级班别XXXXXX姓名XXX指导教师XXXXXXX2013年5月XXXXXXXXXX本科毕业论文河南师范大学新联学院本科毕业论文I基于51单片机的遥控汽车设计摘要遥控小汽车按照人们对其需求的不同，设计的方案也不同。有的需要近距离遥控，比如十米以内的儿童玩具，其要求结构简单、易于控制、外观显示信息丰富，价格适宜；有的则需要远距离控制，语音识别、避障、轨迹检测等，比如让遥控小汽车成为取代人的自动化劳动工具，让它从事一些需要劳动力大、威胁性大的工作，如从事考古、机器人、医疗器械等方面的工作，为人门带来很大的方便。而本设计是将遥控小汽车用于儿童玩具。本设计以AT89C51单片机为核心，采用芯片L298N控制两个直流永磁式电动机运转，两个直流永磁式电动机为别用为后轮驱动和前轮转向，用红外遥控芯片HT6221和红外一体化接收头1838控制遥控小汽车的前进、后退、左转弯、右转弯、停止、自动等功能。而且采用4位LED8段数码显示管显示遥控小汽车的运行时间，采用发光LED显示管的不同颜色显示遥控小汽车前进、停止、左转弯、右转弯。这样就使得遥控小汽车的遥控范围在十米左右，而且结构简单，易于操作，价格适宜，更重要的是前进、停止、左转弯、右转弯指示灯的显示颜色丰富，尤其在夜晚显示时很漂亮，能增加儿童和家长对此款遥控小汽车的喜爱和乐趣。关键词红外遥控；单片机；小汽车河南师范大学新联学院本科毕业论文IIBASEDON51SINGLECHIPMICROCOMPUTERREMOTECONTROLCARDESIGNABSTRCTREMOTECONTROLCARSACCORDINGTOTHEPEOPLEOFTHEIRDIFFERENTNEEDS,DESIGNPROGRAMSSOMENEEDTOCLOSEREMOTE,SUCHASTOYSFORCHILDRENLESSTHANTENMETER,ANDITSSIMPLESTRUCTURE,EASYTOCONTROLTHEAPPEARANCEOFTHEDISPLAYINFORMATIONRICH,AFFORDABLEOTHERSREQUIREREMOTECONTROL,VOICERECOGNITION,OBSTACLEAVOIDANCE,TRAJECTORYDETECTION,SUCHASREMOTECONTROLCARSTOREPLACEAUTOMATIONINSTRUMENTSOFLABOR,ITENGAGEDINSOMEOFTHENEEDEDLABOR,THREATENING,SUCHASINARCHEOLOGY,ROBOTICS,MEDICALEQUIPMENTANDOTHERASPECTSOFTHEWORK,ANDHISDOORTOBRINGGREATCONVENIENCETHEDESIGNISTHEREMOTECONTROLCARSFORCHILDRENSTOYSDESIGNEDTOAT89C51MICROCONTROLLERCHIPL298NTOCONTROLTWODCPERMANENTMAGNETMOTORRUNNING,TWODCPERMANENTMAGNETMOTORSDONOTUSEREARWHEELDRIVEANDFRONTWHEELSTEERING,USINGTHEINFRAREDREMOTECONTROLCHIPHT6221,ANDINFRAREDINTEGRATIONRECEIVERRECEIVEDTHEFIRST1838CONTROLOFAREMOTECONTROLCARFORWARD,BACKWARD,TURNLEFT,TURNRIGHT,STOP,AUTOANDOTHERFUNCTIONSAND4LED8SEGMENTDIGITALDISPLAYTUBESDISPLAYREMOTECONTROLCARSRUNNINGTIME,USINGDIFFERENTCOLORSOFLIGHTEMITTINGLEDDISPLAYTUBEREMOTECONTROLCARFORWARD,STOP,TURNLEFT,TURNRIGHTTHISMAKESTHEREMOTECONTROLCARREMOTECONTROLRANGEOFTENMETERS,ANDASIMPLESTRUCTURE,EASYTOOPERATE,AFFORDABLEAND,MOREIMPORTANTLY,FORWARD,STOP,LEFTTURN,RIGHTTURNINDICATORLIGHTTODISPLAYCOLOR,ESPECIALLYINTHENIGHTSHOWBEAUTIFULCHILDRENANDPARENTSTOINCREASETHELOVEANDFUNREMOTECONTROLCARSOFTHISSECTIONKEYWORDSINFRAREDREMOTECONTROLSCMCARS目录河南师范大学新联学院本科毕业论文III摘要I1前言111课题背景112设计方案113技术关键214本章小结22系统总体设计321系统实现功能和技术要求322系统原理框图3211微处理器模块设计的比较3222电源模块设计的比较4223遥控模块设计的比较4224键盘模块的比较4225显示模块设计的比较5226电机驱动模块设计的比较523本章小结63系统硬件设计731红外遥控模块的设计7311红外发射模块7312红外接收模块1032显示模块11321时间显示1133微处理器的选择1634电机驱动模块1735电源模块1936本章小结204系统流程图2241主流程图，解码流程图，显示流程图2242本章小结22结论24参考文献25致谢30河南师范大学新联学院本科毕业论文11前言11课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89C51系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。12设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LED显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河南师范大学新联学院本科毕业论文2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。13技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。14本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。河南师范大学新联学院本科毕业论文32系统总体设计21系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30006000R/MIN。22系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21所示。211微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SPCE061A单片，它是一种高性能价格比的单片机CPU。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AT89C51单片机为核心控制器，采用晶振电路和复位电路构成AT89C51单片机的最小系统，从而使得AT89C51单片机运行效率高，可靠性强，节省内部资源。河南师范大学新联学院本科毕业论文4222电源模块设计的比较按键遥控发射遥控接收显示模块AT89C51电机驱动电源复位电路时钟电路21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。223遥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，LED红外发送器。接收部分包括电转换放大器，解调电路，解码电路。224键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河南师范大学新联学院本科毕业论文5专用编码器组成。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CPU进行信息联络，优点是CPU不需要扫描键盘，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。CPU通过行扫描，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/O端线。因为本设计要求有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。225显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LED显示管显示，通过对LED显示管DP端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LED数码管显示模块和发光二级管显示模块，其中LED数码管显示模块采用4个LED数码管串行连接方式，用74LS164驱动，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D1绿灯亮，倒车时红灯D2闪烁，左转时D3绿灯亮，右转时D4绿灯亮。226电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。线性型驱动的河南师范大学新联学院本科毕业论文6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PWM调速技术。现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N。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。23系统主要特色本设计以AT89S51单片机为核心控制器，采用晶振电路和复位电路构成单片机最小系统，采用L289驱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。24本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73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。31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31遥控原理图311红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HT62211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HT6221，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32所示。在电路图中DL是红外线发射二极管，D2是按键指示灯，当有按键按下时D2点亮。R1采用河南师范大学新联学院本科毕业论文847K，R2采用1K，R3采用330K，作用都是限制电流的大小。放大器Q1采用9014，作用是将遥控芯片HT6221的输出数据放大，从而使得LED发光二级管正确作出指示。电容C1采用100PF，电容C2采用100PF，作用都是去耦合。晶振芯片采用455KHZ，因为红外遥控芯片HT6221内部需要455KHZ，才能保证HT6221正常工作。图中K1的数据码为0X00，K2的数据码为0X01，K3的数据码为0X02，K4的数据码为0X03，K5的数据码为0X04，K6的数据码为0X05，K7的数据码为0X06,K8的数据码为0X07。K1为前进，K2为后退，K3为左转，K4为右转，K5为自动，K6为加速，K7为时间显示，K8为停止。1234567891011121314151617181920HT6221AINR1R2R3R4DOUTVDDD1X1X2VSSLEDC8C7C6C5C4C3C2C1K1K2K3K4K8K7K6K5VCCR3330D2R21KQ19014C1100PC2100PY1455VCCD1R147VCC图32红外发送模块电路图HT6221工作电压I8V35V，DOUT输出38KHZ，最小发射字一个。，个455KHZ的陶光或晶体，16位地址码，8位教据码，PPM代码方式，最大活动键32键。HT6221个引脚的功能为R3R8为行矩阵键盘控制，高电平有效，DOUT为串行数据输出引脚，用38KHZ载波，VDD为正电源，一般为1835V,D7为最重要的数据位代码设置，X2为谐振器振荡输出。X1为谐振器振荡输入，LED是传输启用指示灯输出，C1C8是键盘矩阵列控制，AIN为低字节地址码扫描输入，R1R2为行矩阵键盘控制，高电平有效。HT6221的代码格河南师范大学新联学院本科毕业论文9式为已接收代码为准，接收代码与发射代码反相，其图如31所示。HT6221将红外码调制成38KHZ的脉冲信号，然后通过红外发射二极管发出红外编码。HT6221的编码规则是当一个键按下超过36MS，振荡器使芯片激活，当这个按键按下并且延迟大于108MS，这108MS发射代码由一个起始码9MS，一个结果码45MS，低8位地址码918MS，高8位地址码918MS，8位数据码918MS和这8位数据码的反码918MS组成，当按键按下超过108MS仍未松开时，接下来发射的代码由起始码9MS和结束码25MS组成。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，AT89S511单片机CPU通过进行扫描，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AT89S51单片机CPU在完成其他工作之余，调用键盘扫描程序，以响应键输入的请求。当AT89S51单片机CPU在运行其他程序时，就不在响应键输入请求。因此此种方式的缺点是AT89S51单片机CPU不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AT89S51单片机CPU响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100MS，所以定时周期应小于100MS。此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CPU响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CPU运行效率。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，AT89S51单片机产生中断请求信号，从而AT89S51单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河南师范大学新联学院本科毕业论文10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CPU运行效率。HT62212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056MS的低电平开始。不同的是高电平的宽度不同，0为056MS，1为168MS。所以必须根据高电平的宽度区別0和1，如果从056MS低电平过后开始延时，056MS以后，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056MS长些。但又不能超过112MS，否则如果该位为0，读到的已是下一位的高电乎因此取（112MS056MS/2084MS）最为可靠，一般取084MS左右均可。综上可知根据码的格式应该等待9的起始码和45的结果码后才能进行读码。312红外接收模块该模块由一体化红外接收头1838，104PF的电容组成。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35所示。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。DOUT是解调信号的输出端，直接与单片机的P32口相连。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30KHZ到60KHZ的负载波，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22UF以上。有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PWM产生，推荐使用超小封装TSSOP20的STC12C4052AD或STC12C5406AD,可产3791KHZ的PWM,PWM占空比设置为1/3,通过简单的定时中断开关PWM,即可产生发射波形。一体化红外接收头1838的极限参数如表31所示，推荐使用条件如表32所示，接收角度为35度35度。一体化河南师范大学新联学院本科毕业论文11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）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VCC0365伏特工作温度TOPR2585摄氏度存储温度TSTG40125摄氏度表311838的极限参数符号项目MINMNXVCC工作电压2755TOPR工作温度2080FM输入频率表321838的推荐使用条件32显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。U41838VCC3GND2DOUT1C115VP32图33接收模块电路图321时间显示时间显示采用单片机串行通信，4片74LS164动态扫描方式驱动4片7段LED数码显示器。而且本设计采用7段LED显示器，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34所河南师范大学新联学院本科毕业论文12示。图中LED是发光二极管显示字段的器件，LED显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。LED的正向工作电压一般为1226V，发光工作电流为520MA，发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LED显示器有7个条形LED组成，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LED,成为DP段。A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9VCC14GND7SN74LS164NA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9VCC14GND7SN74LS164NA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9VCC14GND7SN74LS164NA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9VCC14GND7SN74LS164NABFCGDEDPYBAFGDPCDEDPVCC_1VCC_2ABFCGDEDPYBAFGDPCDEDPVCC_1VCC_2ABFCGDEDPYBAFGDPCDEDPVCC_1VCC_2ABFCGDEDPYBAFGDPCDEDPVCC_1VCC_2RD1RD2RD3RD4RD5RD6RD7RD8RD9RD10RD11RD12RD13RD14RD15RD16RD17RD18RD19RD20RD21RD22RD23RD24RD25RD26RD27RD28RD29RD30RD31RD32VCC33883313281823363739405421313234351097626272930151412112122242520191716LEDX4VCCVCCVCC5V5V5V5V5VR14200R201K5VLEDDATALEDCLK164_1164_2164_3164_4图34时间显示模块对于4个7段LED数码显示器的显示，有静态方式和动态方式。静态方式就是各位LED恒定的显示对应的数字字符。在这种显示方式中，每位LED需要锁存段码信号。静态显示方式的优点是显示程序简单，占用CPU工作时间少，缺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LED轮流显示对应数字，字符。由于人眼存在视觉残流现象，只要各位LED轮流显示时间间隔足够短，就会造成各位LED同河南师范大学新联学院本科毕业论文13时显示的视觉。动态显示方式硬件开支小，功耗低，但需要CPU以扫描的方式送出各位LED的段码及位码，占用一定的工作时间。但是为了实现LED显示器的动态扫描,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LED显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LED数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LED数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LED数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LED数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LED显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D7对应显示段DP,代码位D6对应显示段A,代码位D5对应显示段B,代码位D4对应显示段C,代码位D3对应显示段D,代码位D2对应显示段E,代码位D1对应显示段F,代码位D0对应显示段G7段LED数码显示器的字形代码如表33所示74LS164为TTL单向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。CLK（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每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74LS164中。MR（第9脚）为复位端，当MR0时，移位寄存器各位复0，只有当MR1时，时钟脉冲才起作用。河南师范大学新联学院本科毕业论文14QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG、QH（第36和1013引脚）并行输出端分别接LED显示器的HGA各段对应的引脚上。在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一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7LS164首尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入8个脉冲时，从单片机RXD端输出的数据就进入到了第一片74LS164中了，而当第二个8个脉冲到来后，这个数据就进入了第二片74LS164，而新的数据则进入了第一片74LS164，这样，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74LS164中，其他数据依次出现在第一、第二、第三、第四片74LS164中。字符共阴极代码共阳极代码字符共阴极代码共阳极代码03FHC0H96FH90H106HF9HA77H88H25BH04HB7CH83H34FHB0HC39HC6H466H99HD5EHA1H56DH92HE79H86H67DH82HF71H84H707HF8H00HFFH87FH80H表337段LED数码显示器的字形代码关于74LS1642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74LS164获得时钟脉冲的瞬间（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74LS164的内部，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74LS164的第一个数据到达了最高位，然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322工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D1绿灯亮，倒车时红灯D2闪烁，左转时D3绿灯亮，右转时D4绿灯亮。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PN结，由于河南师范大学新联学院本科毕业论文15参杂浓度很高，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AT89C5111单片机PORT1（P10P17）端口符号参数最小值典型值最大值单位VCC电源电压4755525VVIH输入高电电压VIH2VVIL输入低电电压VIL08MAIOH输出高电平电流04MAIOL输出低电平电流8MAICL时钟频率025MHZTW脉冲宽度20NSTSU数据设置时间17NSTH数据保持时间5NSTREL建立时间30NS表3474LS164的操作参数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LSTTL负载，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D1、D2、D3、D4通过限流电阻R33、R34、R35、R36分别接到AT89C51单片机的P10、P11、P12、P13，从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D1绿灯亮，倒车时红灯D2闪烁，左转时D3绿灯亮，右转时D4绿灯亮指示。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35所示。河南师范大学新联学院本科毕业论文16R1500R2500R3500R4500D1D2D3D4图35工作状态显示电路33微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。AT89C5112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CM0S8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带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MCS51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AT89C2051是它的一种简精版本。AT89C2051芯片擦除是整个PEROM阵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ALE宵脚处子低电平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编以前，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，截止所用其他芯片功能，直到下一个硬件就位为止。AT89C51单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。AT89C51单片机振荡器特性为XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大河南师范大学新联学院本科毕业论文17器可以配S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，XTAI2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，但必须保证脉冲的离低电平要求的宽度。34电机驱动模块因儿童玩具遥控小汽车的要求速度为30006000R/MIN左右，所以该模块采用芯片L298控制两个55ZYT01直流永磁电机的正反转和转速，其55ZYT01直流永磁电机A为控制遥控小汽车的驱动，前进；而55ZYT01直流永磁电机B为控制遥控小汽车的转向，即左转弯，右转弯。硬件电路图如图36所示。IN1149IN2150IN3151IN4152ENA153EAB154GND15VS156VS158OUT1159OUT2161OUT4163ISENA164ISENB165OUT316L289NU1L298N1A12A33A54A95A16A13VCVC1Y22Y43Y64Y85Y106Y12GNDGND74LS04U574LS04D1DIODESCHOTKYD2DIODESCHOTKYD3DIODESCHOTKYD4DIODESCHOTKYD5D6D7D8C410UFC501UFC201UFC110UFMOTERAMOTERBVCVCVCP20P21P22P23P24P25图36直流电机驱动电路L298芯片是一种高压、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VSS、VS是电源引脚电压范围分别是457V、2546V设计中VSS端与单片机电源端连接共用5V电源，VS端独立接9V电源。ENA、ENB为使能端，低电平禁止数据输出，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等。1N1、IN2、IN3、IN4为数据输入端OUT1、OUT2、OUT3、OUT4为数据输出端DID8是保护二极管IN58L9，作用是释放电机停止时产生的反响河南师范大学新联学院本科毕业论文18尖峰电势。55ZYT01直流永磁电机的参数55ZYT01直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557637毫牛米，速度为30006000R/MIN，功率为2035W，电压为24110V，电流为1532（A）和允许逆转速度差为150300R/MIN。使用条件海拔不超过4000米，环境温度为25度到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A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体AB中的电流是从A流向B，在S极范围内的导体CD中的电流是从C流向D。载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此AB与CD两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，AB边受力的方向是向左的，而CD边则是向右的。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以AB边和CD边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AB与CD的位置调换了，AB边转到S极范围内，CD边转到N极范围内，但是由于换向片和电刷的作用，转到N极下的CD边中电流方向也变了，是从D流向C，在S极下的AB边中的电流则是从B流向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。从河南师范大学新联学院本科毕业论文19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。35电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在控制部分和电机驱动部分利用光电供合器进行连接以免影响控制部分电源的品质，可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37所示，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R910K，R109K，R111K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。C10220UD1MA721C8220UC9104UR111KC715PQ25609H47UH5VR910KR109K45123IC2RN5RKXX1A4V图37电源模块图中RN5RKXX1A为VFM控制方式的DC/DC升压转换器，是一种CMOS工艺的具有超低耗电流和高精度输出电压的集成电路。RN5RKXX1A由一个振河南师范大学新联学院本科毕业论文20荡器、一个VFM控制电路、一个低导通内阻LX开关的激励晶体管、一个参考电压器、一个高速比较器、几个电压检测电阻、一个LX开关保护电路以及一个内部芯片启动电路组成。RN5RKXX1A14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DC/DC升压转换器可以由及外接三个元件一个电感、一个二极管和一个电容器构成，而且有一个驱动脚EXT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SOT235迷你型，在印