畢業(yè)設(shè)計(jì)--遙控玩具車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告</p><p>　　系 別： 電子與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù) </p><p>　　班 號(hào)： 電子111 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）題目： 遙控玩具車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn)：

3、 </p><p>　　起 迄 日 期： </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　一、課題名稱：遙控玩具車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　

4、　二、主要技術(shù)指標(biāo)（或基本要求）： </p><p>　　[1] LED顯示小車的加速、減速過程； </p><p>　　[2] 鍵盤或遙控器控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速

5、、減速； </p><p>　　[3] 玩具車的遠(yuǎn)距離控制。 </p><p>　　三、主要工作內(nèi)容：

6、 </p><p>　　本設(shè)計(jì)主要完成玩具車控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，遙控玩具車控制系統(tǒng)的硬件電路部分主要包括控制器、紅外線通訊電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、LED顯示電路等，采用雙直流電機(jī)作為小車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，L298N芯片同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)，PWM驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)速，解決了驅(qū)動(dòng)電流的的不可控性問題，同時(shí)使系統(tǒng)的控制電路簡

7、潔，且可靠性高。單片機(jī)是整個(gè)遙控玩具車控制系統(tǒng)的核心，控制所有模塊。 </p><p><b>　　四、主要參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 吳青萍.電子技術(shù)與項(xiàng)目訓(xùn)練Ⅰ.中國人民大學(xué)出版社.2011

8、 </p><p>　　[2] 張濤，王永成.Protel99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程（第3版）.電子工業(yè)出版社.2011 &

9、lt;/p><p>　　[3] 趙建領(lǐng).51系列單片機(jī)開發(fā)寶典.電子工業(yè)出版社.2007 </p><p>　　[4] 元增民，張文希.單片機(jī)與應(yīng)用原理基礎(chǔ).北京國防大學(xué)出版社.2006

10、 </p><p>　　[5] 余錫存，曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第2版）.西安電子科技大學(xué)出版社.2007 </p><p>　　學(xué) 生（簽名）

11、 年 月 日</p><p>　　指 導(dǎo) 教師（簽名） 年 月 日 </p><p>　　教研室主任（簽名） 年 月 日</p><p>　　系 主 任（簽名） 年 月 日</p&g

12、t;<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p>　　遙控玩具車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>

13、;　　第1章 前 言 ............................................................................................................. 1</p><p>　　第2章 遙控玩具車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .........................................................

14、.................. 2</p><p>　　2.1 控制方案選擇 ............................................... 2</p><p>　　2.1.1采用紅外遙控控制 ...................................... 2</p><p>　　2.1.2采用車身自帶按鍵控制 .

15、................................. 2</p><p>　　2.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................ 2</p><p>　　2.2.1控制系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu) ........... ................... 2</p><p>　　2.2.

16、2單片機(jī)的選擇 .......................................... 3</p><p>　　2.2.3時(shí)鐘電路 .............................................. 4</p><p>　　2.2.4復(fù)位電路 .............................................. 4</p

17、><p>　　2.2.5電源電路 .............................................. 5</p><p>　　第3章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)......................................................................................... 7</p><p&

18、gt;　　3.1電機(jī)的選擇 .................................................. 7</p><p>　　3.2功率驅(qū)動(dòng)電路的選擇 .......................................... 7</p><p>　　第4章 硬件電路設(shè)計(jì) .......................................

19、...................................................... 10</p><p>　　4.1鍵盤電路設(shè)計(jì) ............................................... 10</p><p>　　4.1.1 鍵盤工作原理 ........................................ 10&

20、lt;/p><p>　　4.1.2 鍵盤接口電路 ........................................ 10</p><p>　　4.2 LED顯示電路設(shè)計(jì) ........................................... 11</p><p>　　4.2.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理 .................

21、.............. 11</p><p>　　4.2.2 LED顯示器接口電路 ................................... 12</p><p>　　第5章 通信電路設(shè)計(jì) ..........................................................................................

22、... 13</p><p>　　5.1 RS232通訊電路設(shè)計(jì) .........................................13</p><p>　　5.2紅外線通訊電路設(shè)計(jì) ........................................ 13</p><p>　　5.2.1 紅外線通訊技術(shù)簡介 ..............

23、................... 13</p><p>　　5.2.2 紅外線發(fā)射和接收電路 ............................... 14</p><p>　　第6章 電路圖設(shè)計(jì)...........................................................................................

24、........ 15</p><p>　　第7章 結(jié)束語........................................................................................................... 19</p><p>　　參考文獻(xiàn) ........................................

25、............................................................................ 20</p><p>　　答謝詞 ..................................................................................................................

26、...... 21</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要完成遙控玩具車控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的硬件電路部分主要由控制器、紅外通訊電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、LED顯示電路、232通訊電路等組成，直流電機(jī)作為小車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。單片機(jī)是整個(gè)玩具車控制系統(tǒng)的核心，控制所有模塊，本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)，它有著體積小、功效低、

27、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)。采用L298N芯片同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)，使系統(tǒng)的控制電路簡潔，且可靠性高。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)確與靈活調(diào)速。電機(jī)驅(qū)動(dòng)利用軟件產(chǎn)生不同占空比的PWM波來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。設(shè)計(jì)中采用軟件生成PWM驅(qū)動(dòng)方式，解決了驅(qū)動(dòng)電流的的不可控性問題。采用LED顯示，其特點(diǎn)是亮度大，視覺效果好。通過軟件編程控制小車實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、加速、減速等功能。

28、</p><p>　　關(guān)鍵詞：遙控玩具車，51單片機(jī)，PWM調(diào)制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design completed hardware design of toy car control system, and the control system hardware consist

29、s of the major controller, infrared communication circuit, motor drive circuit, the keyboard circuitry, LED display circuit and 232 communication circuit. DC motor is selected as the car driving motor. SCM is the core of

30、 the car control system to control all the modules. This design uses the AT89C51 microcontroller and it has significant advantages of small size, low efficiency, and strong func</p><p>　　Keywords：Remote cont

31、rol toy car, 51MCU, PWM modulation </p><p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　智能化玩具車控制系統(tǒng)包括了計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)械和人工智能等多方面的知識(shí)，是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。它是一種以汽車電子為背景，涵蓋多學(xué)科的科技創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，通過開展智能

32、化玩具車的制作活動(dòng)，能夠全面培養(yǎng)我們的動(dòng)手能力、創(chuàng)造能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和進(jìn)取精神。</p><p>　　目前，玩具小車的控制方式主要有：基于單片機(jī)的，基于光學(xué)傳感器的，語音控制等。本設(shè)計(jì)主要完成玩具車控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的硬件電路部分主要包括控制器、紅外通訊電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、LED顯示電路等，直流電機(jī)作為小車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)利用軟件產(chǎn)生不同占空比的PWM波來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。設(shè)計(jì)

33、中采用軟件生成PWM驅(qū)動(dòng)方式，解決了驅(qū)動(dòng)電流的的不可控性問題。單片機(jī)是整個(gè)小車系統(tǒng)的核心，控制所有模塊，本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)。通過軟件編程控制小車實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、加速和減速等功能。</p><p>　　第2章 遙控玩具車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 控制方案選擇</p><p>　　2.1.1采用紅外遙控控制</p>

34、<p>　　紅外通訊技術(shù)利用紅外線來傳遞數(shù)據(jù)，是無線通訊技術(shù)的一種，不需要實(shí)體連線，簡單易用且實(shí)現(xiàn)成本較低，因而廣泛應(yīng)用于小型移動(dòng)設(shè)備互換數(shù)據(jù)和電器設(shè)備的控制中。</p><p>　　紅外通信是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào)，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。</p&

35、gt;<p>　　本次設(shè)計(jì)中，遙控玩具車帶有紅外遙控的接收裝置，當(dāng)紅外發(fā)射器發(fā)射信號(hào)時(shí)，遙控玩具車接收信號(hào)，單片機(jī)對(duì)接收信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)玩具車的遠(yuǎn)距離控制，方便快捷，并準(zhǔn)確的滿足使用者的要求。</p><p>　　由于紅外線的直射特性，紅外通訊技術(shù)不適合傳輸障礙較多的地方，這種場(chǎng)合下一般選用無線電通訊技術(shù)或藍(lán)牙技術(shù)。紅外通訊技術(shù)多數(shù)情況下傳輸距離短、傳輸速率不高，所以玩具小車可通過遙控器自身攜帶的一些

36、按鍵，通過編程使玩具車完成加速、減速、轉(zhuǎn)向、前進(jìn)和后退等遙控任務(wù)，實(shí)現(xiàn)更加人性化的便捷操控。</p><p>　　紅外通訊技術(shù)的特點(diǎn)如下：</p><p>　　1、它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺(tái)所支持；</p><p>　　2、通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)；</p><p>

37、;　　3、主要用來取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線纜連接；</p><p>　　4、功能單一，擴(kuò)展性差；</p><p>　　5、通訊距離短，通訊過程中不能移動(dòng)，遇障礙物通訊中斷。</p><p>　　2.1.2采用車身自帶按鍵控制</p><p>　　鍵盤由六個(gè)獨(dú)立按鈕（S1、S2、S3、S4、S5、S6）組成，分別和單片機(jī)的P2口（P2.5、P2.4、P2

38、.3、P2.2、P2.1、P2.0）相連。它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。一般單片機(jī)系統(tǒng)中采用非編碼鍵盤，非編碼鍵盤是由軟件來識(shí)別鍵盤上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　這種控制方法不需用紅外技術(shù)，控制方法簡單，容易實(shí)現(xiàn)。只需要在車身上佩帶按鍵，按鍵以一定的電路與單片機(jī)相連，通過編程即可實(shí)現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前

39、進(jìn)、后退、加速和減速等功能。</p><p><b>　　2.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.2.1控制系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　控制系統(tǒng)的作用是能根據(jù)設(shè)計(jì)程序控制小車按照我們事先設(shè)定的方式行駛，控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖</p

40、><p>　　該控制系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，通過鍵盤或遙控器實(shí)現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、加速、減速和車燈閃爍等功能。232通訊電路是連接小車電路板和計(jì)算機(jī)的橋梁，通過它把程序下載到電路板上，通過程序控制小車的運(yùn)動(dòng)。LED顯示模塊顯示小車加速、減速的過程。LED顯示燈完成車燈閃爍功能，當(dāng)小車左轉(zhuǎn)時(shí)左車燈閃爍，當(dāng)小車右轉(zhuǎn)時(shí)右車燈閃爍。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要有直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N組成，通過編程對(duì)輸入端輸入高

41、低電平的變化，來控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的功能。</p><p>　　2.2.2單片機(jī)的選擇</p><p>　　AT89C51是低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM) 和128 bytes的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)

42、，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。</p><p><b>　　引腳功能說明:</b></p><p>　　P3口：P3口是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口，作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。</p&g

43、t;<p>　　P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 P3口的第二功能</p><p>　　P3口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　EA/

44、Vpp：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H—FFFFH），/EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。</p><p>　　如 EA 端為高電平（接 VCC 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vp

45、p。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p><b>　　2.2.3時(shí)鐘電路</b></p><p>　　AT89C5l中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該

46、放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和 XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖2-2。</p><p><b>　　圖2-2 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容沒有十分嚴(yán)格的要求

47、，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容使用5pF-30Pf。</p><p><b>　　2.2.4復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，從而使CPU和系統(tǒng)各模塊處于固定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。51系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片的觸發(fā)器中，當(dāng)系統(tǒng)處

48、于正常的工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后如果RST引腳上有一個(gè)高電平持續(xù)兩個(gè)振蕩周期以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位方式常用的有兩種：第一種為手動(dòng)按鈕復(fù)位，第二種為上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)中采用的是第一種方式：手動(dòng)按鈕復(fù)位。</p><p><b>　　手動(dòng)按鈕復(fù)位電路</b></p><p>　　手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加高電平（如圖2-3所示）。

49、通常采用的方法是在RST端口和電源Vcc之間接一個(gè)開關(guān)按鈕，當(dāng)按下按鈕時(shí)，Vcc的+5V電壓直接加到RST復(fù)位端口，使系統(tǒng)復(fù)位。</p><p>　　圖2-3 手動(dòng)按鈕復(fù)位電路</p><p><b>　　上電復(fù)位</b></p><p>　　AT89C51的上電復(fù)位電路如圖2-4所示，只要在RST復(fù)位輸入端口接入一個(gè)電容至Vcc端，另接入一個(gè)

50、電阻至GND端即可。對(duì)于AT89C51型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，所以可將外部電阻去除，外接電容減小至1uF。上電復(fù)位的工作過程是在上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給RST端口一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，該高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過程逐漸降低，也即RST端的高電平的持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。</p><p>　　圖2-4 上電復(fù)位電路</p><p>　　為了保證系統(tǒng)可以準(zhǔn)

51、確的復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)持續(xù)時(shí)間必須足夠長。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的震蕩時(shí)間取決于振蕩頻率。晶振頻率為10MHz，則起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，則起振時(shí)間為10ms。在上圖的復(fù)位電路中當(dāng)Vcc斷電時(shí)，致使RST端電壓迅速下降到0V以下，由于內(nèi)部電路的限制作用，該負(fù)電壓不會(huì)對(duì)器件造成損害。此外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“1”狀態(tài)。如果單片機(jī)系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)

52、位，那么程序計(jì)數(shù)器就得不到一個(gè)合適的初始值，因此CPU可能會(huì)從一個(gè)尚未被定義的位置開始執(zhí)行程序。</p><p>　　2.2.5 電源電路</p><p>　　如圖2-5所示的直流穩(wěn)壓電源電路，輸出為+5V的直流電壓，該電路由整流二極管D1，濾波電容C1、C2，防自激電容C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器（LM7805）構(gòu)成的簡易電源電路，發(fā)光二極管DS1顯示電路的通斷狀態(tài)。</p>

53、<p><b>　　圖2-5 電源電路</b></p><p>　　此電路中將220V交流電經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞯蛪海诮?jīng)過整流二極管D1的整流以及濾波電容C1的濾波后，在三端穩(wěn)壓器的Vin和GND兩端口間形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓。該直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C2的濾波，在穩(wěn)壓電源的輸出端輸出一個(gè)精確度高，穩(wěn)定度好的直流電壓，該穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源

54、。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其穩(wěn)壓精度高、外圍電路簡單、容易設(shè)計(jì)和制作、體積小、重量輕、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。</p><p>　　第3章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　3.1電機(jī)的選擇</b></p><p>　　

55、電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種機(jī)器。它是驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)必不可少的一種器件。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分，定子和轉(zhuǎn)子之間有空氣隙分開。定子的作用是產(chǎn)生主磁場(chǎng)和在機(jī)械上支撐電機(jī)，它的組成部分有主磁極、換向極機(jī)座、端蓋和軸承等，電刷也用電刷座固定在定子上。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)或產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，它的組成部分有電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸、風(fēng)扇等。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)雖不及交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

56、簡單、制造容易、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠，但由于長期以來交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問題未能得到滿意的解決，在此之前，直流電動(dòng)機(jī)具有交流電動(dòng)機(jī)所不能比擬的良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速性能。到目前為止，雖然交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問題已將解決，但是在速度調(diào)節(jié)要求較高，正、反轉(zhuǎn)和啟、制動(dòng)頻繁或多單元同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，仍采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。</p><p>　　直流電機(jī)的調(diào)速采用調(diào)壓調(diào)速。改變電樞電壓可以對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度控制，調(diào)壓的方法很多

57、，其中應(yīng)用最廣泛的是脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)速的方法。所謂脈寬調(diào)制(PWM)，就是使功率放大器中的大功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率與加在晶體管上的輸入電壓保持恒定，根據(jù)控制信號(hào)的大小來改變每一周期內(nèi)“接通”和“斷開”的時(shí)間長短，即改變“接通”脈寬，使晶體管輸出到電動(dòng)機(jī)電樞上電壓的占空比改變，從而改變電動(dòng)機(jī)電樞上的平均電壓，完成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。</p><p><b>　　PWM的優(yōu)點(diǎn)有：</b

58、></p><p>　　1、避開與機(jī)械的共振。由于PWM調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)工作頻率高（約為2kHz），遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)子所能跟隨的頻率，避開了機(jī)械共振區(qū)。</p><p>　　2、電樞電流脈沖小。PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)工作頻率高，僅靠電樞繞組本身的電感濾波即可獲得脈動(dòng)很小的電樞電流，因此低速工作非常平滑、穩(wěn)定，調(diào)速可達(dá)1：10000或更高。</p><p>　　3、動(dòng)態(tài)特性好

59、。PWM調(diào)速系統(tǒng)反應(yīng)速度很快，具有很寬的頻帶。它具有極快的定位速度和很高的定位精度，抗負(fù)載擾動(dòng)的能力強(qiáng)。</p><p>　　4、PWM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。PWM調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是不能承載高的過載電流，功率還不能做的很大，故在小功率的驅(qū)動(dòng)裝置中，大多采用性能優(yōu)異的PWM調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>

60、　　總結(jié)：由于小車的功率不大，直流電機(jī)的調(diào)速簡單且容易實(shí)現(xiàn)，PWM調(diào)速易于實(shí)現(xiàn)，因此本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)直流電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)小車的前輪和后輪，用PWM調(diào)速。</p><p>　　3.2功率驅(qū)動(dòng)電路的選擇</p><p>　　在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　　功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)？是否需要調(diào)速？如果是單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三極

61、管或場(chǎng)效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可，如果電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使用由4個(gè)功率元件組成的H橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可；但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場(chǎng)效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。</p><p>　　性能：對(duì)于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要有以下性能指標(biāo)。</p><p>　　1、輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動(dòng)多大功

62、率的電機(jī)。</p><p>　　2、由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小，裝置效率較高。</p><p>　　3、功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用

63、高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。</p><p>　　4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)做到，加上何種控制信號(hào)，何種無源負(fù)載，電路都安全。</p><p>　　5、對(duì)電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動(dòng)。</p><p&g

64、t;　　小車電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了小車的整體運(yùn)行性能，在小車電動(dòng)機(jī)的選擇上，我們選用性價(jià)比高、控制簡單的直流電機(jī)。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法很多，本設(shè)計(jì)采用集成橋式電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N。這一設(shè)計(jì)方案可令系統(tǒng)的控制電路簡潔，且可靠性高。</p><p>　　L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰

65、值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W；轉(zhuǎn)速可調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)，具有過電壓和過電流保護(hù)；可單獨(dú)控制兩臺(tái)直流電機(jī)，PWM脈寬平滑調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電

66、路。其引腳圖如圖3-1所示。L298N控制電機(jī)表如表3-1所示。</p><p>　　圖3-1 L298N芯片引腳圖</p><p>　　驅(qū)動(dòng)的兩臺(tái)直流電機(jī)，分別為M1和M2。引腳A，B可用于輸入PWM脈寬調(diào)制信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)就更容易了，輸入信號(hào)端IN1接高電平輸入端IN2接低電平，電機(jī)M1正轉(zhuǎn)。（如果信號(hào)端IN1接低電平， IN2接高電平，電機(jī)M1反轉(zhuǎn)。）控制另一臺(tái)

67、電機(jī)是同樣的方式，輸入信號(hào)端IN3接高電平，輸入端IN4接低電平，電機(jī)M2正轉(zhuǎn)。（反之則反轉(zhuǎn)），PWM信號(hào)端控制M1調(diào)速，PWM信號(hào)端B控制M2調(diào)速。可參考表3-1。</p><p>　　表3-1 L298N控制電機(jī)表</p><p>　　用L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 L298N驅(qū)動(dòng)電路</p><p&

68、gt;　　總結(jié)：本設(shè)計(jì)采用驅(qū)動(dòng)芯片L298N驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)?？刂贫薎N1、IN2、IN3、IN4分別與P1口的P1.1、P1.2、P1.3、P1.4相連。通過程序控制電機(jī)M1、M2的正反轉(zhuǎn)。OUT1、OUT2接電機(jī)M1，OUT3、OUT4接電機(jī)M2。PWM信號(hào)端ENA、ENB分別接單片機(jī)的P3.4、P3.5口，控制電機(jī)M1、M2的速度。</p><p>　　第4章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p&g

69、t;<b>　　4.1鍵盤電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鍵盤是由若干按鈕組成的開關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。鍵盤按其結(jié)構(gòu)形式可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。一般單片機(jī)系統(tǒng)中采用非編碼鍵盤，非編碼鍵盤是由軟件來識(shí)別鍵盤上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)。</p><p>

70、;　　4.1.1 鍵盤工作原理</p><p>　　組成鍵盤的按鈕有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，單片機(jī)中應(yīng)用的一般是由機(jī)械觸點(diǎn)組成的。當(dāng)開關(guān)S未被按下時(shí)，輸入為高電平，S閉合后，輸入為低電平。由于按鈕是機(jī)械觸點(diǎn)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，會(huì)有抖動(dòng)動(dòng)。這種抖動(dòng)對(duì)于人來說是感覺不到的，但對(duì)計(jì)算機(jī)來說，則是完全能感應(yīng)到的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)處理的速度是在微秒級(jí)，而機(jī)械抖動(dòng)的時(shí)間至少是毫秒級(jí)，對(duì)計(jì)算機(jī)而言，這已是一個(gè)“漫長”的時(shí)間了。&

71、lt;/p><p>　　為使CPU能正確地讀出輸入口的狀態(tài)，對(duì)每一次按鈕只作一次響應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動(dòng)，常用的去抖動(dòng)的辦法有兩種：硬件辦法和軟件辦法。單片機(jī)中常用軟件法，因此，對(duì)于硬件辦法我們不介紹。軟件法其實(shí)很簡單，就是在單片機(jī)獲得輸入口為低的信息后，不是立即認(rèn)定S已被按下，而是延時(shí)10毫秒或更長一些時(shí)間后再次檢測(cè)輸入口，如果仍為低，說明S的確按下了，這實(shí)際上是避開了按鈕按下時(shí)的抖動(dòng)時(shí)間。而在檢測(cè)到按鈕釋放后

72、，再延時(shí)5-10個(gè)毫秒，消除后沿的抖動(dòng)，然后再對(duì)鍵值處理。不過一般情況下，我們常常不對(duì)按鈕釋放的后沿進(jìn)行處理，實(shí)踐證明，也能滿足要求。</p><p>　　4.1.2 鍵盤接口電路</p><p>　　鍵盤與單片機(jī)控制系統(tǒng)的連接如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 鍵盤的連接</p><p>　　將每個(gè)按鈕的一端接到單片機(jī)的I/O口

73、，另一端接地，這是最簡單的辦法，如圖3-3所示是電路板上按鈕的接法，六個(gè)按鈕S1、S2、S3、S4、S5、S6分別接到P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0口上。 各鍵功能如下：</p><p>　　S1：當(dāng)S1按下時(shí)小車左轉(zhuǎn)；</p><p>　　S2：當(dāng)S2按下時(shí)小車右轉(zhuǎn)；</p><p>　　S3：當(dāng)S3按下時(shí)小車加速行駛；</p&g

74、t;<p>　　S4：當(dāng)S4按下時(shí)小車減速行駛；</p><p>　　S5：當(dāng)按S5鍵時(shí)小車前進(jìn)；</p><p>　　S6：當(dāng)按S6鍵時(shí)小車后退；</p><p>　　4.2 LED顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　LED顯示器集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動(dòng)態(tài)范圍廣、亮度高、壽命長、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)

75、點(diǎn)，成為最具優(yōu)勢(shì)的新一代顯示媒體，目前，LED顯示器已廣泛應(yīng)用于大型廣場(chǎng)、商業(yè)廣告、體育場(chǎng)館、信息傳播、新聞發(fā)布、證券交易等，可以滿足不同環(huán)境的需要。小車上的顯示器用來顯示加減速的脈沖數(shù)。LED顯示器，是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，LCD顯示器相比，LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢(shì)。LED與LCD的功耗比大約為1:10，可以顯示各種文字、數(shù)字。有機(jī)LED顯示屏的單個(gè)元素反應(yīng)速度是LCD液晶屏的1000

76、倍，在強(qiáng)光下也可以照看不誤，比LCD更薄、更亮、更清晰的顯示器，擁有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　4.2.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理</p><p>　　LED顯示器有七條發(fā)光二極管組成用以顯示字段，并帶有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)dp。共陽極接法就是將LED的所有陽極并聯(lián)接入+5V電壓，當(dāng)某一字段為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)字段就點(diǎn)亮。將七段發(fā)光二極管陰極連接在一起，稱為共陰極法，當(dāng)某個(gè)字段的陽極為高電平

77、時(shí)，對(duì)應(yīng)的字段就點(diǎn)亮。</p><p>　　點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方式，分為靜態(tài)點(diǎn)亮和動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮。</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示，就是一位一位的輪流點(diǎn)亮各位顯示器。對(duì)于每一位顯示器而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，顯示位的亮度主要由導(dǎo)通電流、點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例決定。動(dòng)態(tài)顯示因?yàn)槠溆布杀据^低，所以在多位顯示時(shí)得到廣泛的使用。</p><p>　　靜態(tài)顯示，就是顯示某一

78、字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，每一位顯示都需要一個(gè)八位的輸出端口控制，占用的硬件較多，一般多用于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合使用。</p><p>　　為了顯示字符，要為LED顯示器提供顯示段碼，組成一個(gè)“8”字形的七段，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)八段，因此提供LED顯示器的顯示段碼為1個(gè)字節(jié)。各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表4-1。</p><p>　　表4-1 LED顯示器各段碼位</p

79、><p>　　用LED顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)的顯示段碼，如表4-2。</p><p>　　表4-2 LED顯示器的顯示段碼</p><p>　　4.2.2 LED顯示器接口電路</p><p>　　圖4-2為LED顯示器接口電路，P0口作為段數(shù)據(jù)口，接LED顯示器的各段輸出相應(yīng)位的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使某一位顯示出一個(gè)字符。P1口作為掃描口，接顯示器

80、的公共端，選擇顯示器。依次改變P1口輸出的高電平及P0口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)，顯示器就顯示出相應(yīng)的字符。</p><p>　　圖4-2 LED顯示器接口電路</p><p>　　圖6-2 原理圖（2）</p><p>　　圖6-3 原理圖（3）</p><p>　　原理圖繪制完成，檢查無誤后，最后根據(jù)原理圖生成的網(wǎng)絡(luò)表，進(jìn)行PCB板圖的繪制，對(duì)于

81、PCB進(jìn)行合理的布局，有助于PCB板制作的實(shí)惠性和可用性。布好線的PCB圖如圖6-4。</p><p><b>　　圖6-4 PCB圖</b></p><p><b>　　第7章 結(jié)束語</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了玩具小車的前進(jìn)、后退，左、轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速、減速等功能。通過鍵盤和遙控兩種方式實(shí)現(xiàn)了小車的控制，

82、紅外線遙控器具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，同時(shí)該方法能實(shí)現(xiàn)玩具車的遠(yuǎn)距離控制，方便快捷。采用L298N芯片同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)，使系統(tǒng)的控制電路簡潔，且可靠性高。電機(jī)驅(qū)動(dòng)利用軟件產(chǎn)生不同占空比的PWM波來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，速度可靈活控制，解決了驅(qū)動(dòng)電流的不可控性問題。同時(shí)LED顯示器可顯示小車加速和減速的過程。</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案是建立在遙控玩具車基礎(chǔ)上的，它的轉(zhuǎn)向、行駛時(shí)間雖然控

83、制靈活，但是其智能化程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。紅外遙控雖然控制方便，但通訊距離段，通訊過程中移動(dòng)、遇障礙物信號(hào)易中斷。本設(shè)計(jì)中還有很多不完善的地方，這有待于我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦欣^續(xù)努力，進(jìn)一步完善。隨著人工智能技術(shù)的不斷研究和深入，智能玩具小車的發(fā)展前景將會(huì)越來越廣闊。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 吳青萍.電子技術(shù)與項(xiàng)目訓(xùn)練Ⅰ.中國人

84、民大學(xué)出版社.2011． </p><p>　　[2] 張濤，王永成.Protel99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程（第3版）.電子工業(yè)出版社.2011． </p><p>　　[3] 余錫存，曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第二版）.西安電子科技大學(xué)出版社.2007．<

85、;/p><p>　　[4] 馮浩，王建新，趙書尚.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社.2009．</p><p>　　[5] 樓然苗，李光飛.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例（第二版）.北京航空航天大學(xué)出版社.2006．</p><p>　　[6] 趙建領(lǐng).51系列單片機(jī)開發(fā)寶典.電子工業(yè)出版社.2007．</p><p>　　[7] 元增民、張文希.

86、單片機(jī)原理與應(yīng)用基礎(chǔ).國防大學(xué)出版社.2006．</p><p><b>　　答謝辭</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）已經(jīng)接近尾聲了，大學(xué)時(shí)光也即將就此和我們說再見了，走上工作的崗位，離開這生活了兩年多的**學(xué)院，離開我那些可愛的老師，我最親愛的同學(xué)們。在此我想向我的父母、我的老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝意。 感謝我的家人對(duì)我大學(xué)三年學(xué)習(xí)的默默支持；感謝母校

87、的老師和同學(xué)們這些日子以來的關(guān)心和鼓勵(lì)。所有這些都讓我的三年充滿了感動(dòng)。 </p><p>　　這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)我得到了很多老師和同學(xué)的幫助，其中我的論文指導(dǎo)老師**老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要。每次遇到難題，我們最先做的就是向*老師尋求幫助，*老師平日里工作繁多，但我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我們悉心的指導(dǎo)。這些日子以來，*老師

88、不僅在學(xué)業(yè)上給我們以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我們以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向*老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 同時(shí)，感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖耍以僖淮握嬲\地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝，謝謝你們!</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績?cè)u(píng)定表</p><p>　　一、指導(dǎo)教師評(píng)分表（總分為70分）</p><