基于MCS-51单片机智能小车毕业论文

1、分类号 UDC 单位代码 10642 密 级 公 开 学 号 2002468006 重庆文理学院学士学位论文论文题目：基于MCS-51单片机智能小车 控制器设计与实现论文作者： 何建英指导教师： 曾祥伦 副教授学科专业： 电子信息科学与技术论文提交日期： 2006年06月 日 论文答辩日期： 2006年06月 日 学位授予单位： 重庆文理学院中 国 · 重 庆2006年6月Graduate Thesis of Chongqing University of Arts & SciencesA Design and Realization of Controller for In

2、telligence Car Based on MCS-51 Chip MicrocomputerCandidate: He Jian-yingSupervisor: Zeng Xiang-lunMajor: Electronic Information Science and TechnologyDept. of Physics & Information EngineeringChongqing University of Arts and SciencesJune 20062002级电子信息科学与技术专业毕业论文 目 录目 录摘 要Abstract1 绪 论11.1 课题研究的背

3、景11.2 开发的意义11.3 课题研究的方案12 系统硬件设计12.1 系统设计原理及框图12.2 单片机22.2.1概念22.2.2单片机硬件22.3.2 内存空间52.4.1 集成运算放大器的分类62.4.2 集成运放结构功能62.5 步进电机及其驱动电路72.5.1概述72.5.2 反应式步进电机原理72.5.3 驱动控制系统组成82.5.4 步进电机的选择92.6 电源电路92.7 原理图与电路板的制作92.7.1 原理图的制作102.7.2 电路板的制作113 软件设计123.1 软件设计思想123.1.1 定时器中断123.1.2 电机驱动模块133.2 源程序174 调试194

4、.1 硬件调试194.2 软件的调试194.3 软硬件综合调试205 总 结20参考文献21致 谢222002级电子信息科学与技术专业毕业论文 中文摘要基于MCS-51单片机智能小车控制器设计与实现电子信息科学与技术专业2002级 何建英 指导教师 曾祥伦摘 要本文简要介绍了系统的开发背景、意义，重点介绍了硬件设计和软件设计的过程。本选题是用单片机技术开发智能小车,通过对路面的检测而实现自动前进、左右转弯、后退等基本功能,可以方便的应用于路面的安全巡检。小车的硬件控制单元主要包括传感器及调理电路,步进电机及驱动电路,控制器三个部分，并用PROTEL 99软件制作原理图和电路板。在软件设计方面,

5、则分为三个模块,即数据采集模块,信号处理模块,控制器控制电机模块。此设计结构简单,用传统的汇编语言编程，利用定时器中断控制信号采样频率和电机转速。通过软硬件的调试和试运行，基本实现了本设计课题的预定功能。关键词： 单片机；传感器；步进电机；PROTEL 992002级电子信息科学与技术专业毕业论文 英文摘要AbstractThis article briefly introduced the development background and significance of the system, and introduced the process of the hardware desi

6、gn and the software design with emphasis This selected topic with the single-chip microcomputer technology to develop intelligence car which can realizes the automatic advance, makes a turn, the backlash the basic function and so on through examining the road surface. So it may conveniently apply in

7、 the road surface security inspects. The car hardware control unit mainly included three parts: the sensor and its recuperate electric circuit, stepper motors and the actuation electric circuit, the controller, and manufactured the schematic diagram and the electric circuit board with protel99. In t

8、he software design aspect, then which divided into three modules: data acquisition module, signal processing module, The controller control electrical machinery module. This design structure is simple, therefore, it controls the signal sampling frequency and the electrical machinery rotational speed

9、 with the traditional assembly language programming, using the timer severance. Finally, it basically realized the prearrange function in this design topic through the software and hardware debugging and a try run.Keyword: single-chip microcomputer; sensor; stepper motors; protel 992002级电子信息科学与技术专业毕

10、业论文1.绪 论1.1 课题研究的背景随着现代科技的飞速发展，单片机已经在各个领域得到越来越广泛的应用。单片机由于体积小，功耗低两个基本特征，在通讯，家电，工业控制，仪器仪表，汽车等产品中都可以看到单片机的身影。单片机技术也随着集成电路技术的进步在近几年飞速的发展，这种发展可以分为两方面：一方面在硬件上单片机内部集成了越来越多的功能部件，如A/D，D/A，PWM，WATCHDOG，LCD驱动，串行口，大容量FLASH存储器等；另一方面在开发手段上从汇编语言向高级C语言过度，计算机仿真调试，IAP，ISP技术的应用使单片机开发周期大大的缩短，为各类产品更新，软件的升级提供了可靠的技术保障。在设计

11、单片机应用系统时，由于历史的原因，目前在国内仍然以8051系列单片机为主 1。作为电子专业的学生，非常有必要通过对实际产品的设计和制作，了解现代IT产品的开发全流程。全面提高机，电，光，算知识的综合应用能力，掌握从系统级，电路级，到芯片级各个层次的设计和实现手段。基于上述原因，我选择此设计课题，在此设计过程中，将会用到多门学科的理论知识，复习和巩固了以前所学的知识，更重要的是培养了发现问题，分析问题，解决问题的能力，还有锻炼了动手能力，是一次很好的实践，对以后的学习和工作也会有所帮助。1.2 开发的意义 科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，已远

12、远超出了计算机科学的领域。小到玩具、信用卡，大到航天器、机器人，从实现数据采集、过程控制、模糊控制等智能系统到人类的日常生活，到处都离不开单片机,此设计正是单片机的一个典型应用。此设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能.此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的需要。1.3 课题研究的方案本选题是用单片机技术开发智能小车,通过对路面的检测能实现自动的前进,左右转弯,后退等基本功能,能够方便的应用于路面的安全巡检.小车的控制单元主要包括传感器及调理电路,步进电机及驱动电路,控制器三个

13、部分.小车的行动离不开传感器通过两个红外光电传感器,根据路面的情况分别输出高低信号,由于传感器检测到的信号比较微弱,通过比较运放将其信号扩大,调理,使其输出兼容TTL电平,以便与控制器接口.控制系统,这里采用AT89C52,控制器按一定的时钟周期对光电检测器的输入信号采样检测,根据光电检测器的状态,判断小车的动作,给步进电机输出正确的控制信号,实现电机的转动.通过定时器中断用汇编语言编程实现对小车的控制,改变定时器的初值控制小车的速度.电机部分，在这里采用的是四相八拍反应式步进电机,实现上只要按一定的时钟周期(不小于1.25ms),往四个控制端循环输出一组固定的控制字即可,因左右论轮的安装是反

14、向的,要前进两个步进电机的转动必须是反向的,这里的方向可以由通电顺序来改变，如左转,左轮停止右轮转动就可以了;反之,右转时,右轮停止左轮转动便是, 要使步进电机停止转动，只要输出其他的固定的控制字即可.步进电机的运行还要一个驱动电路,这里采用ULN2803驱动芯片.最后,由于系统各部分的驱动电压，电流的不同,在电源的设计上,用7805进行转换,满足各个模块的需要.在软件设计方面,则分为三个模块,即数据采集模块,信号处理模块,控制器控制电机模块.此设计结构简单,采用传统的单片机汇编语言进行编程,通过编译成机器语言,再由通信软件将机器码文件送入单片机联机经KEIL C51仿真调试.多次验证结果的正

15、确性。2.系统硬件设计2.1 系统设计原理及框图本系统的功能是机器小车沿地面黑白轨道完成自动寻迹，即实现左转弯，右转弯，前进，停止，后退的功能。工作过程是：二个红外光电传感器探测地面情况，由于轨迹为黑色的，不产生反射，其感应信号表现为低电平，通过比较运放后以高电平的形式输出到控制芯片，相反则为低电平，通过比较运放将感应信号放大输出，光电检测放大电路将其状态送入控制器AT89C52，对输入的信号进行相应的判别，并用汇编语言编写程序控制光电传感器的检测间隔，以及小车运动的速度，用驱动芯片ULN2803驱动小车运动，其运动的方向与检测信号有关，控制器根据步进电机类别输出相应的控制字，让小车实现角位移

16、。红外传感器光电检测放大电路红外传感器光电检测放大电路步进电机（左轮）AT89C51 AT89C51步进驱动电路5v 12v 步进电机（右轮）其系统框图如图2.1所示：图2.1 系统结构框2.2 单片机2.2.1概念所谓单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机 2。因此单片机早期的含义为单片微型计算机（single chip microcomputer），直接译为单片机，并一直沿用至今。2.2.2单片机硬件单片机的结构特征是将组成计算机的基本部

17、件集成在一块晶体芯片上，构成一台功能独特的、完整的单片微型计算机 3。图2.2为单片机的典型结构框图。图2.2 单片机的典型结构框图下面简要介绍各组成部分。（1）中央处理器单片机中的中央处理器CPU和通用微处理器基本相同，由运算器和控制器组成，另外增设了“面向控制”的处理功能，如位处理、查表、多种跳转、乘除法运算、状态检测、中断处理等，增强了实时性。（2）存储器单片机的存储空间有两种基本结构。一种是普林斯顿结构（Princeton），将程序和数据合用一个存储器空间，即ROM和RAM的地址同在一个空间里分配不同的地址。CPU访问存储器时，一个地址对应惟一的一个存储单元，可以是ROM，也可以是RA

18、M，用同类的访问指令。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛（Harvard）结构。CPU用不同的指令访问不同的存储器空间。由于单片机实际应用中“面向控制”的特点，一般需要较大的程序存储器。目前，包括MCS-51和80C51系列的单片机均采用程序存储器和数据存储器截然分开的哈佛结构。 数据存储器（RAM）在单片机中，用随机存取的存储器（RAM）来存储数据，暂存运行期间的数据、中间结果、缓冲和标志位等，所以称之为数据存储器。一般在单片机内部设置一定容量（64KB256KB）的RAM，并以高速RAM的形式集成在单片机内，以加快单片机的运行速度。同时，单片机内还把专用的寄

19、存器和通用的寄存器放在同一片内RAM统一编址，以利于运行速度的提高。对于某些应用系统，还可以外部扩展数据存储器。 程序存储器（ROM）单片机的应用中常常将开发调试成功后的应用程序存储在程序存储器中，因为不再改变，所以这种存储器都采用只读存储器ROM的形式。（3）并行I/O口单片机为了突出控制的功能，提供了数量多、功能强、使用灵活的并行I/O口。使用上不仅可灵活地选择输入或输出，还可作为系统总线或控制信号线，从而为扩展外部存储器和I/O接口提供了方便。（4）串行I/O口高速的8位单片机都可提供全双工串行I/O口，因而能和某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连接。（5）定时器/计数

20、器在实际的应用中，单片机往往需要精确地定时，或者需对外部事件进行计数，因而在单片机内部设置了定时器/计数器电路，通过中断，实现定时/计数的自动处理2.3 MCS-51单片机单片机品种繁多，就应用情况看，应用最广者当属Intel公司的MCS-51系列8位机。在Philips等公司推出新一代80C51系列单片机后，各种型号的80C51层出不穷。MCS-51系列单片机是Intel公司在总结MCS-48系列单片机的基础上于20世纪80年代初推出的高档8位单片机。MCS-51系列的制成及发展与HMOS工艺的发展密切相关 4，HMOS是高性能的NMOS工艺。而CMOS与HMOS工艺的结合则产生了C-HMO

21、S工艺的产品，例如80C51、80C31等。这类产品既保持了HMOS高速和高封装密度的特点，又具有CMOS低功耗的优点。C-HMOS工艺的单片机具有掉电保护和冻结运行两种独特的处理方式。2.3.1引脚功能如图2.3 5vcc：接正极电源+5vGND：接地RST：复位信号输入引脚XTAL1，XTAL2：接外部晶振引脚，外部时钟电路如图1-6P0，P1，P2，P3：不扩展功能作双向I/O口用，访问外部存储器时，P2，P0分别做地址总线高低8位地址其复位电路如图2.4图2.4 复位电路说明：复位电路的原理是在通电瞬间，由于RC的充电过程，在RST端出现一定的脉冲宽度，只要该脉冲能保持10ms以上，就

22、能使单片机可靠的复位 6。图2.3 MCS-51单片机引脚时钟电路的设计：图2.5为石英晶体的符号、等效电路和电抗特性。图2.5 石英晶体的符号、等效电路和电抗特性（1）L-C-R支路串联谐振（2）当f>fs时，L-C-R支路呈感性，与Co产生并联谐振。当频率在fs与fp之间，石英晶体呈感性，可将它与两个C构成电容三点式正弦波振荡电路，形成并联型石英晶体正弦波振荡电路。表1 用于高频振荡器选项时推荐使用的振荡器电容值 VDD=2.7_4.5V VDD=4.5_6.0V频率 下限 理想值 上限下限 理想值上限4MHz 15pF33pF33pF 15pF33pF 68pF8MHz15pF15

23、pF 33pF 15pF33pF47pF16MHz 15pF 15pF 33pF20MHz 15pF 15pF 33pF所以MCS-51单片机的时钟钟电路如图2.6图2.6 外部时钟电路2.3.2 内存空间下面是芯片的内存空间 7，如图2.7所示2.4 集成运放简介目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络,可实现不同用途的电路,例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多,可适用于不同的场合

24、。图2.7 内存空间分配 图2.8 LM324的内部结构及封装2.4.1 集成运算放大器的分类按照集成运算放大器参数来分,集成运算放大器可分为:通用型运算放大器,高阻型运算放大器,低温漂型运算放大器,高速型运算放大器,低功耗型运算放大器,高压大功率型运算放大器六大类。下面介绍一下通用运算放大器的：通用型运算放大器以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。在没有特殊要求的场合,尽量选用通用型集成

25、运放,这样即可降低成本,又容易保证货源。当一个系统中使用多个运放时,尽可能选用多运放集成电路,例如LM324、LF347等都是将四个运放封装在一起的集成电路。2.4.2 集成运放结构功能电路分析 8：1.防止通过电源内阻造成高频振荡的措施是在集成运放的负供电电源的输入端对地加一高频滤波电容（0.01uF-0.1uF）。2.输出保护。当集成运放过载或输出端短路时,若没有保护电路,该运放就会损坏。当输出保护时,由电阻R起限流保护作用。3.调零。由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响,当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时,输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度,要求对失调电压和失调电流

26、造成的误差进行补偿,这就是运算放大器的调零。即图中的电位器就起调节电压的作用。2.5 步进电机及其驱动电路2.5.1概述步进电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 9。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。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好

27、步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机分三种：永磁式（PM） ,反应式（VR）和混合式（HB） 。永磁式步进一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度 或15度; 反应式步进一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 2.5.2 反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。1、结构： 10电机转子均匀

28、分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3，C与齿3向右错开2/3，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图如图2.9：图2.9 电机定转子的展开图2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3，此时齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3）=2/3。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转

29、子又向右移过1/3，此时齿4与A偏移为1/3对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A通电，电机就每步（每脉冲）1/3,向右旋转。如按A，C，B，A通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3改变为1/6。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3变为1/12，1/24，

30、这就是电机细分驱动的基本理论依据。不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。3、步进电机的静态指标术语相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式，即A-AB-B-BC-C-CD-D-

31、DA-A步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成）。静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力

32、矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。电机正反转控制：它与通电顺序有关，如当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB时为反转。2.5.3 驱动控制系统组成使用控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统 11，其方框图如图2.10所示。1、脉冲信号的产生。脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。2、信号分配步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种，具体分配如下：二相四拍为,步距角为1.8度；二相八拍为,步距角为0.9度。四相电机工作方式也有二种，

33、四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为0.9度）。3、功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。4、细分驱动器在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以

34、改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。图2.10 驱动控制系统方框图2.5.4 步进电机的选择步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1、步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。2、静力矩的选择步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工

35、作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。3、电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）综上所述选择电机一般应遵循以下步骤，如图2.11所示。图2.12中是本控制系统的电源电路，因电路中各个模块的要求的电压会有所不同，其工作原理是从变压器输出的直流电压经整流滤波

36、后，输入到三端集成稳压块的输入端和接地端，即可从稳压块的输出端得到稳定的直流电压输出。常见的三端固定输出稳压块有正电压输出的78系列和负电压输出的79系列，本电路采用三端集成稳压器7805，其封装形式有TO-3或TO-39，他们是以第三脚作为公共端，而TO-220或TO-92的封装是以第二脚作为公共端的。7805的最大输出电流为500mA，最大输入电压为35V，当输出电压大于6V时，应在输入和输出的端接一保护二极管，可防止输入电压突然降低，输出电容对输出端放电引起稳压块的损坏。2.6 电源电路如图2.12所示。2.7 原理图与电路板的制作Protel 99 是Protel Technology

37、 公司1999年4月推出的全新的EDA软件，他不仅以往版本的升级，更主要的是它融合了目前先进的新技术和新成果而使其功能和品质有了质的飞越，它是一个全面，集成，全32位的电路设计系统，它提供了在电路设计时从概念到成品过程中所需要的一切输入原理图设计，建立可编程逻辑器件，直接进行电路混合信号仿真，进行PCB设计和布线并保持电气连接和布线规则，检查信号完整性，生成一套加工文件。图2.11 电机选择流程图2.12 系统中的电源电路2.7.1 原理图的制作1.环境参数的设置图纸的方向设为横向，大小用A4纸，其他的为缺省值。2.元器件的载入和编辑相关元件库加入元件管理器，并找出相应的元件放入原理图编辑区，

38、按照设计要求修改元件属性，确定元件封装形式。当元件库没有所需的元件的时候，进入SCH.LIB库编辑器，把自己建立的元件库加入元件库管理与其他系统库的使用方法一致。3.原理图元件的布线打开原理图绘图工具连接元件，其中包括导线的绘制；节点，电源和接地符号的放置；I/O端口，总线和网络的制作。4.电路原理图设计的检查 12电气设计ERC规则检查可以检查到电路中连接中的各种错误或者警告，根据其报告作出相应的检测直至没有错误为止；之后可以对元件的编号重新分配，使其更有顺序和规律性。5.报表生成及原理图的输出网络表是电路自动布线的灵魂，也是原理图设计软件SCH和印制电路板设计软件PCB之间的接口，它可以直

39、接从电路图转化而得，也可以从已布线的电路中获得。除此之外，还可以生成元件列表等其他报表，以便检查和核对，同时还可以直接进行修改和更新。最后建立项目元件库文件，方便以后的调用。最终获得的原理图如图2.13（详见附录）图2.13 整个系统的整体原理图2.7.2 电路板的制作电路板也就是印制电路板。简单的讲，就是用来连接各种元件的具有电气特性的一块板子。它有单层板，双层板和多层板之分，当然印制电路板还包括不同板层上的元件，导线，焊盘和导孔 13。1.电路板设计环境管理与电路板规划进入编辑区，首先设置其板层数，原点，确定禁止布线区。2.元件封装库的引入和网络表的加载将原理图中元件用到的元件封装库加到管

40、理库中，在PCB.LIB中按要求制作自定义封装库并载入。通过网络表文件载入网络表，或者利用同步器直接传送原理图信息。在载入的过程中对生成的网络宏错误进行排除，直到没有错误为止。3.元件布局与自动布线自动布局确定了元件的分布情况，之后便是自动布线了，往往需要做一定的手工修改。4.电路板编辑电路板自动布线后，其布通率不大可能做到100%的满意，需要一些必要的手工编辑。如：放置导线：对不满意的导线可以拆除和重新连接。交叉检索：用于在PCB，原理图，电子表格以及其他的报表之间进行信息查询，对照。导线的加宽：主要用于电源线和接地，便于电流的通行。方法是双击导线，修改其宽度和范围。补泪滴：是在导线进入焊盘

41、或导孔时，让其线径逐渐成泪滴状，可以加紧机械强度，避免断裂。包线：将选取的导线和焊盘用一条导线将其围起来，并经常将围绕的导线接地，以防止干扰。敷铜：主要用于连接电源网络和接地网络。5.报表的生成与电路板输出报表的输出便于了解电路板的信息，如：元件报表，网络状态，信号完整性分析等报表。建立PCB项目元件库，以便后来的使用；电路板的输出可分层打印，可组合打印。其生成的电路板如图2.14图2.14 系统电路板3.软件设计单片机应用系统是由硬件和软件共同完成一定任务的，只有两者紧密的结合协调一致才能组成高性能的应用系统，在设计过程中要相互适应，相互配合，达到最高性价比。3.1 软件设计思想整个软件部分

42、，可以分成三个模块，即主程序初始化模块，传感器信号检测模块，电机驱动模块。对于信号的探测和控制字的输出，使用两个定时器中断，T0作为信号探测间隔时间控制，本系统将时间设为500ms左右，而控制字的输出间隔设为2ms。3.1.1 定时器中断定时/计数器是一种可编程器件，在工作前必须将控制字写入工作方式寄存器和控制寄存器，即定时/计数器的初始化 14。1. 工作方式寄存器TMOD如表3.1所示。（1）M1，M0：工作方式控制位，可构成如下的4种方式如表3.2（2）C/T¯：功能选择位。C/T¯=0定时器方式，C/T¯=1计数器方式。（3）GATE：选通控制位。当GAT

43、E=0时，只用软件对TRO（或TR1）置1即可定时器工作；当GATE=1时，只有在INTO（或INT1）引脚为1时，且用软件对TRO（或TR1）置1才能启动定时器工作。根据功能要求，两个定时/计数器都作定时器使用，且工作方式都为方式1。其控制字为：#00010001B定时计数器的初值：X=M-计数值本系统中：晶振的频率选用的是6MHZ，故其机器周期为12/6*106=2us定时器T0的计数值为500多ms，但16的最长计时值为：2us*216=131ms，故需四个这样的中断才采样传感器信号一次。4*131ms=524ms对于定时器T1定时为2ms，所以计数初值=216-2000/2us=0FC

44、18H表3.1 工作方式寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/T¯M1M0GATEC/T¯M1M0定时器1定时器0表3.2 定时/计数器工作方式M1 M0工作方式功能描述0 00 11 01 1工作方式0工作方式1工作方式2工作方式313位计数器16位计数器自动再装入8位计数器定时器0：分成两个8位的计数器定时器1：停止计数2. 控制寄存器TCON如表3.3所示。表3.3 控制寄存器地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0功能T1溢出标志T1运行控制位T0溢出标志T0运行控制位INT1中断请求标志I

45、NT1触发选择位INT0请求标志INT0触发选择位故在本系统中，需要运行T0，T1，设置TR0,TR1的值为1。3.中断禁止和开放控制如表3.4所示。表3.4 中断控制地址AFHACHABHAAHA9HA8H符号EAESET1EX1ET0EXO功能CPU中断总允许位串行口中断允许T1中断允许位外部中断1允许位T0中断允许位外部中断0允许位在本系统中，首先要开放总中断，之后还要开放T0，T1中断，故其控制字为：10001010B，对于多级中断要确定其优先级，这里是有传感器的检测信号来确定驱动信号的，因此设T0的优先级较高，即将优先级寄存器IP中的PT0置1。3.1.2 电机驱动模块电机采用的是四

46、相八拍的反应式步进电机，单电源的通电方式，八拍的其运转更为精细，步进角为0.9度，通电方式是A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A，设D为高位，通电的相为1，则控制字为：0001-0011-0010-0110-0100-1100-1000-1001-0001，但在电路中电机驱动器，有将功能放大的作用外，实质上还是个反相器，即输出为：1110-1100-1101-1001-1011-0011-0111-0110-1110，用十六进制表示为：0EH，0CH，0DH，09H，0BH，03H，07H，06H，0EH。因为左右轮是反向的，在对左右轮的控制上，输出也应该是反向的。分别设R0，R1为正反

47、方向的指针。表3.5 电机的控制字示意表00H01H02H03H04H05H06H07H0EH0CH0DH09H0BH03H07H06HR0R1开始定义程序起始地址T0，T1中断初始化各寄存器的功能初始化（R6=04H,R4=01H,R5=01H）中断等待结束图3.1 主程序流程图YYYA压入堆栈T0初值设置开始A值屏蔽高六位 R6-1=0？A=00H？R4=01H，R5=01HA=01H？R4=01H，R5=00HA=10H？R4=00H，R5=01HR6<-04H中断返回R4=00H，R5=00H，NYNN图3.2定时器T0中断流程图YYNA->R2,DECR1 R0中断返回P

48、2口输出左右轮的控制字R3，R2合成控制左右轮R3高低四位交换屏蔽R2，R3高四位R0=0FFH（-1）?YA->R2,INC R0R0=08H?R4=01H？R0<-00H,R0->A,A+R0->AT1中断初始化开始R5=01H？R1<-08H,R0->A,A+R1->ANNNY图3.3 定时器T1中断流程图3.2 源程序 ;Robot.asm(基本部分)R2，R3保存左、右电机前一状态，R4，R5分别控制左、右转等运动方式，R6;为计数;器 P1.0,P1.1为传感器输入，P2口为驱动输出;- ORG 00H LJMP BEGAN ORG 0BH

49、 LJMP T0_INT ORG 1BH LJMP T1_INTBEGAN: MOV SP, #40H MOV TMOD, #00010001B ;T0,T1均工作于方式1 MOV IE, #10001010B ;开中断以及允许T0，T1中断 SETB PT0 ;T0有高优先权，T1用于2ms定时 MOV TL0, #00H MOV TH0, #00H ;T0最长计时2us*65536=131ms SETB TR0 MOV TL1, #18H ;T1计数初值=216-2000us/2us=FC18H MOV TH1, #0FCH SETB TR1 MOV A, #11111111B ;设置P1.0,P1.1 为光电传感器输入 MOV P1, AMOV R6, #04H ; 次T0中断才检测一次传感器状态；即（4131=524ms）MOV R4, #01HMOV R5, #01H ;默认前进MOV R2, #0EHMOV R3, #0EH ;