电子设计竞赛选拔题

1、电子设计竞赛选拔设计设计题目：自动往返电动小汽车设计人： _王 x_班级：测控技术与仪器xxx班学号：_xxxxxxxx_2012年7月7日一·系统主要硬件电路设计1·总体硬件设计系统总体设计框图如图1所示里程显示 电机模块时间显示单片机系统黑线检测模块图1 系统原理框图 对于单片机中央处理系统的方案设计，根据要求，我们可以选用具有4KB片内E2PROM的AT89C51单片机作为中央处理器。作为整个控制系统的核心，AT89C51内部已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系

2、统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。是比较合适的方案。2·电机驱动电路及速度控制模块设计方案一：通过模拟电路或数字电路实现，例如用555搭成的触发电路。此方案电路的占空比不能自动调节，不能用于自动控制小车的调速。方案二：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时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案三：采用集成电路驱动芯片L298，L298内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，可驱动46v,2A以下电机,1和15脚可单独引出接电流采样电阻器,形成电流传感信号，同时通过单片机控制产生PWM波，

3、精确控制电机转速。这种电路驱动能力强，可以简单地实现转速和方向的控制，稳定性高。综上所述，方案三是相对较好的一个方案。下面将详细介绍。 直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。 它的基本原理图如图2所示。 全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4 为另一组，两组的状态互补，一组导通则 另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导 通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。 图2

4、 H型桥式电路在小车动作的过程中，我们要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在S1、S2导 通且S3、S4关断，到S1、S2关断且S3、 S4导通，这两种状态之间转换。集成有桥式电路的电机专用驱动芯片L298正是基于这个原理制成，但其性能更加稳定可靠。由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，如果只用一组电源时会影响单片机的正常工作，所以我们选用双电源供电。一组5V给单片机和控制电路供电， 另外一组9V给电机供电。驱动芯片L298是驱动二相和四相步进电机的专用芯片，我们利用它内部的桥式电路来驱动直流电机，这种方法有一系列的优点。L298型双H桥式驱动器是数字控制电机，它将

5、脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外两个I/O口可以控制电机的正反转，控制比较简单，电路也很简单，一个芯片内包含有8个功率管，这样简化了电路的复杂性。L298电机驱动电路如图2所示。图电机驱动电路3·黑线检测电路设

6、计方案一：由可见光发光二极管（如红色、绿色或黄色等）发射可见光，光敏光敏三极管作为接收器件。发光二极管反射可见光经地面反射到光敏三极管，光敏三极管因反射的光强不同而呈现不同的电阻值，这样，在经过黑线时即可检测出。此方案电路简单，容易实施。并能完成设计要求。方案二：脉冲调制式发射接收装置。采用脉冲发射与接收装置可以提高瞬时输出光强，提高抗干扰能力，还能节损能量。此方案最大的一个缺点是不易控制脉冲发射时间间隔，而黑线只有2cm宽，容易跳过黑线而传感器检测不出来。这样就容易出错。经以上分析，所以采用方案一反射式光电开关来识别轨迹上的黑线标记信号，如图3 所示。这种光电开关的红外发射管和接收管位于同一

7、侧，光敏三极管只能接收反射回的红外光。当车身下面是黑线时，由于黑线吸收部分光，光敏三极管接收到的红外光不能使光敏三极管导通,，光电开关输出高电平，经CD4069 的非门输出低电平。反之，当车身下面是白色的地面时，红外发射管发射的光经其反射后，被接收管接受，光电开关输出低电平。经CD4069 整形后输出高电平。将CD4069 的输出接至CPU 的INT1 输入端􀀁。车在前进和后退过程中，小车每过一道黑线，便产生一次中断申请。从而调用相应的子程序，随着小车的不断行驶，相应的程序依次被调用执行，使小车在跑道上按设计要求时快、时慢、时前进、时后退。 图3 反射式光电检测电路4

8、3;行驶路程测量最为简单最为直接的测量行驶路程的方法就是通过测车轮所转的圈数和小车轮子的周长，公式为：路程 = 周长 * 圈数对于小车车轮所转圈数的测试，本系统采用U型光电开关和码盘。码盘固定于小车后轮上，将U型光电开关架于码盘之上，当码盘随着车轮转动时，光电开关就会不断地发生导通和截止。若光电开关导通则产生高电平，反之则产生低电平。这样在光电开关的输出端就会得到脉冲，然后用单片机定时器进行定时，每当定时器溢出时，就检测一下脉冲的个数，最后通过转换得到小车的里程，然后输出给显示装置。码盘形状如图4所示。 图4 码盘5·时间测量模块使用AT89C51单片机的两个外部中断(INT0,IN

9、T1)输入实现计时，当第一个中断来时单片机开始计时,第二个中断来时结束计时。通过程序控制计时的开始与结束。6·显示模块方案一：采用数码管显示。编程驱动简单，但由于数码管只有8段（实际只有7段有效），显示内容有限，而且，耗能很大。方案二：液晶显示。可以灵活显示各种数字文字，故采用液晶显示器。液晶可以显示行驶速度路程及其单位。耗能小，这对采用电池供电的本设计是一大优势。7·稳压电路本系统采用+7.5V电池供电，由于芯片正常工作的电压为+5V,所以采用稳压电路得到所需电压值。稳压电路如图5所示。 图5 稳压电路二·系统主要软件设计1·程序设计流程图本系统的运行

10、程序采用汇编语言编写，采用模块化设计，整体程序由主程序和子程序构成。程序流程图如图所示。下面是对AT89C51单片机的控制语言。 开始初始化置前进状态打开电机电源调用显示子程序图6 主程序流程图主程序：LJMP STARTORG 0003HLJMP INTEX0ORG 000BHLJMP TIME0ORG 0013HLJMP INTEX1ORG 001BHLJMP TIME1初始化程序：CLEAR:MOV R0, 70HMOV R7, #07ML0: MOV R0,#00HINC R0DJNZ R7, ML0MOV TMOD, #11HMOV R4, #20MOV TL0,#0B0HMOV T

11、H0,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV TH1,#3CHMOV 23H, #00HCLR 30HCLR 21H.0SETB ET0SETB ET1SETB EX0SETB EX1SETB IT1SETB PX0SETB EARETSTART: LCALL CLEAR ；上电初始化SETB P1.0CLR P1.1SETB P1.2MAIN: LCALL DISPLJMP MAIN NOPNOP LJMP START子程序：外中断0服务程序:：INTEX0: PUSH ACCPUSH PSWCLR EX0LCALL DISPMOV A, #0F0HORL A, P1DJNZ #0FFH,

12、IN0RETINC 23HMOV A, 23HCJNE A, 06H, JDGE1LCALL STOPLJMP INT0RETJUDGE1: CJNE A, #03H, JUDGE2LCALL STOPSLOWLJMP IN0RETJUDCE2: CJNE A, #04H, JUDGE3LCALL FASTLJMP IN0RETJUDGE3: CJNE A, #05H, IN0RET LCALL STOPSLOWIN0RET: CLR IE0POP PSWPOP ACCLCALL DL7MSSETB EX0RETI停车控制程序：STOP: MOV 23H, #00HCLR P1.0CLR P1

13、.1LCALL DS10SCPL 30HJB 30H, STRENSETB P1.1CLR P1.0LCALL CLR00STREN: RETCLR00: MOV 70H,#00HMOV 71H,#00HMOV 72H,#00HMOV 73H,#00HRET定时器0服务程序TIME0: CPL P1.2JB 21H.1,AB2JB 21H.0, AB1MOV TL0,#0D9HMOV TH0,#10HCPL 21H.0RETIAB1: MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CCPL 21H.0RETIAB2: JB 21H.2, AD1MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CH

14、CPL 21H.2RETIAD1: MOV TL0,#0D9HMOV TH0,#10HCPL 21H.2RETISTOPSLOW:： SETB 21H.1RETFAST： CPL 21H.1RET外中断1程序：INTE1: PUSH ACCPUSH PSWCLR EX1INC 25HLLL: MOV A,20HCLNE A, #20H, LLLMOV 25H, #00HINC 26HMOV A,26HCJNE A,#0AH, LLLMOV 26H,#00HINC 27HMOV A, 27HCJNE A,#0AH, LLLMOV 27H,#00HINC 28HMOV A, 28HCJNE A,#

15、0AH, LLLMOV 28H,#00HLLL: MOV 74H,21HMOV 75H, 22HMOV 76H, 24HINIRET: POP PSW POP ACCSETB EX1RETI显示程序：DISP:MOV R1,#70HMOV R5,#0FEHPLAY:MOV A,R5MOV P2,AMOV A,R1MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DL1MSINC R1MOV A,R5JNB ACC.6,ENDOUTRL AMOV R5,AAJMP PLAYENDOUT:MOV P2,#0FFHRETTAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66

16、H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH1ms延时程序：DL1NS；MOV R6,#14HDL1: MOV R7, #19HDL2: DJNZ R7, DL2DJNZ R6,DL1RET10s延时：DS10S: MOV R2,#08HT10: MOV R0,#0B0HTI1: DJNZ R0,TI1DJNZ R2,TI0RET三·设计心得与体会经过几天的刻苦钻研与努力，我终于完成了自动往返电动小汽车的整体设计。这次设计经历使我受益匪浅。在设计过程中，不仅要充分调用课堂上已经学过的相关知识，对于还没有学习的知识，由于设计的需要，也要通过自学来掌握。比如单片机的知识，是我们还没有学习的内容，但其又是自动小车设计中必不可少的知识，也是最重要的一个方面。所以我去图书馆借了相关方面的书籍，然后花了整整一天的时间来“啃”。终于掌握了单片机基本的编程语句及其使用方法。所以对自己的自己解决问题的能力也是一个提高。通过这次设计，我深刻认识到，单单掌握课本上的知识是远远不够的。在实际的应用当中，课本上的知识只是基本，要想把自己的设计做到最好，一方面要通过自己的自学掌握更多相关方面的知识，另一方面要充分借鉴别人的优秀成果，从别人的成功中去寻找灵感，继而通过自己的创新能力，使自己的作品更