電氣工程與自動(dòng)化畢業(yè)論文基于單片機(jī)的自動(dòng)往返小汽車的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　基于單片機(jī)的自動(dòng)往返小汽車的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程與自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) &

2、lt;/p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)芯片作為自動(dòng)往返小汽車的檢測(cè)和控制核心。小車的行駛軌道為白色紙面

3、加黑色線條構(gòu)成。我們利用兩個(gè)放置在小車前端，兩個(gè)放置在小車后端的紅外線光電傳感器來檢測(cè)跑道上黑線的位置，并以此判斷小車的位置。根據(jù)設(shè)計(jì)方案小車在不同位置具有不同速度和不偏離軌道的要求對(duì)小車的運(yùn)行行駛速度和方向進(jìn)行相應(yīng)的控制。小車小輪上鋪有霍爾元件，小車每轉(zhuǎn)一周就將的反映信號(hào)傳送到AT89C51單片機(jī)內(nèi)，由AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)時(shí)器來計(jì)算小車實(shí)際行駛的時(shí)間和距離，通過LED燈直觀的顯示出來。</p><p>

4、<b>　　設(shè)計(jì)主要部分：</b></p><p>　　1.小車電源部分：采用單一的+9V電源供電，利用MC34063將電源經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換，讓CPU和電機(jī)電源都具備自己獨(dú)立的電源，讓小車的電源部分同步實(shí)現(xiàn)抗干擾和外圍設(shè)備的簡(jiǎn)單化。</p><p>　　2.糾偏控制部分：通過裝在小車前后的四個(gè)紅外線傳感器檢測(cè)小車是否一直和鋪在地面的黑線對(duì)齊，如果偏離，傳感器會(huì)將得到

5、的不同輸入信號(hào)傳送到單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出控制信號(hào)控制繼電器的吸合與放開，實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)向，最終達(dá)到對(duì)小車行駛方向的糾正。</p><p>　　3.速度控制部分：同樣的先通過紅外線傳感器傳達(dá)來的信號(hào)，再根據(jù)需要的具體速度調(diào)速。調(diào)速部分我們采用軟件控制的PWM調(diào)速。主要是在計(jì)時(shí)中斷程序里設(shè)定一個(gè)變量，每次中斷執(zhí)行一次就令變量+1，然后將當(dāng)前的變量值與原先設(shè)定的PWM的值進(jìn)行比較，再由單片機(jī)控制給電機(jī)加上所需要

6、的不同占空比方波來控制小車的電機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到控制小車行駛速度的目的。</p><p>　　4.數(shù)字顯示部分：利用四個(gè)共陰極的8位LED數(shù)碼管與譯碼塊CD4511共同組成靜態(tài)顯示部分。</p><p>　　5.中央控制單元：選用89C51單片機(jī)，不但使系統(tǒng)簡(jiǎn)單而且很大程度上增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：89C51單片機(jī) ；紅外傳感器 ；P

7、WM調(diào)速 ；DC/DC變換</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design with AT89C51 chip as automatic round-trip car detection and control core. Car driving rail for white paper and black line

8、make. We use two placed in car front, two placed in the infrared photoelectric sensor after car to detect the runway black line position, and judged whether the car position. According to the design scheme in different l

9、ocations have different car speed and not off track to drive the car running speed and direction for the corresponding control. Car small wheels a</p><p>　　Design main parts:</p><p>　　1 .Car pow

10、er part: It has adopted a single + 9V power supply, use MC34063 will power after DC/DC conversion, let the CPU and motor power all have their own independent power, let the car power part of synchronization of anti-jammi

11、ng and peripherals simplified.</p><p>　　2 .Rectify control parts: Through the packed in car and four infrared sensor detects whether has been laid in the car with the black line alignment, if the deviation o

12、f the sensor will get different input signals to the microcontroller, again by microcontroller output control signal control relay suction match and release, realize the positive and negative to deflect motor car driving

13、 on, and finally reach the correct direction.</p><p>　　3 .Speed control parts: The same go through infrared sensors convey to signal, again according to the needs of specific speed. Speed control section, we

14、 adopt PWM speed of software. Mainly in the timer interruption program to set a variable, each interrupt execution time makes variable + 1, then will the current variable value and set the value of the original PWM, agai

15、n by comparison with single-chip microcomputer control needed to motor for different wave to control of empty car motor speed, a</p><p>　　4 .Digital display parts: Use four of the eight LED digital cathode t

16、ube and decode block CD4511 composed static display section.</p><p>　　5 .The central control unit: Choose 89C51, not only make the system is simple and greatly increase the system stability and flexibility.&

17、lt;/p><p>　　Keywords: 89C51; Infrared sensors; PWM speed; DC/DC transform</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第1章 89C51的簡(jiǎn)介與管腳選擇2</

18、p><p>　　1.1 89C51的特點(diǎn)2</p><p>　　1.2 89C51管腳介紹2</p><p>　　1.3 89C51管腳的選擇4</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介與選擇5</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)述5</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案選擇5<

19、/p><p>　　2.3設(shè)計(jì)方案的細(xì)部簡(jiǎn)介7</p><p>　　2.3.1小車電源模塊7</p><p>　　2.3.2路面黑線檢測(cè)模塊7</p><p>　　2.3.3小車倒車模塊7</p><p>　　2.3.4小車糾偏模塊7</p><p>　　2.3.5數(shù)字顯示單元模塊8<

20、;/p><p>　　2.3.6電動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊8</p><p>　　2.3.7數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊8</p><p>　　第3章 硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1小車電源部分9</p><p>　　3.2糾偏控制部分10</p><p>　　3.3速度控制部分10</p>

21、<p>　　3.4紅外線傳感器部分11</p><p>　　3.5數(shù)字顯示部分13</p><p>　　3.6霍爾元件部分15</p><p>　　3.7晶振電路部分16</p><p>　　3.8復(fù)位電路部分16</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)18</p><p>

22、　　4.1單片機(jī)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)18</p><p>　　4.2單片機(jī)存儲(chǔ)器19</p><p>　　4.3單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)20</p><p>　　4.4計(jì)數(shù)/定時(shí)功能21</p><p>　　4.5編程語言選擇21</p><p>　　4.6數(shù)字顯示部分測(cè)試程序框圖與源程序22</p><

23、p>　　4.7行駛控制部分測(cè)試程序框圖與源程序23</p><p><b>　　小結(jié)27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p>　　附錄1 硬件電路圖30</p>&

24、lt;p><b>　　前 言</b></p><p>　　單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）是微型計(jì)算機(jī)很重要的一個(gè)分支，自從70年代問世以來，憑借其極高的性能價(jià)格比，倍受人們的重視和關(guān)注。單片機(jī)體積很小，重量非常輕，抗干擾的能力較強(qiáng)，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)度強(qiáng)，價(jià)格便宜，非?？煽?，靈活性強(qiáng)，而且應(yīng)用范圍廣，發(fā)展迅速，所以單片機(jī)現(xiàn)在已被人們廣泛地應(yīng)用在家用電器、機(jī)電設(shè)備控制、智能儀器、自動(dòng)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處

25、理等各個(gè)方面。</p><p>　　單片機(jī)被普遍的認(rèn)為是在一塊集成了中央處理器（CPU），存儲(chǔ)器（RAM、ROM、EPROM）以及各種輸入輸出接口（計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、串行口、A/D轉(zhuǎn)換器、脈沖調(diào)制器PWM、并行I/O口等）的硅板，它完全具備一臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能，因此被稱為單片微型計(jì)算機(jī)。</p><p>　　通常采用的高性能MCS-51系列8位單片機(jī)集成度高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展方便、處理功能強(qiáng)、容易

26、產(chǎn)品化。相比于MCS-48系列，在片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量，I/O口及指令系統(tǒng)功能等方面都很大程度上得到了提高，適用于實(shí)時(shí)控制、智能儀器、復(fù)雜的多機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域，絕對(duì)是工業(yè)控制領(lǐng)域中最理想的8位單片機(jī)。在國(guó)內(nèi)單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用在近幾年也得到了很大的發(fā)展，取得了很多科研成果，并已轉(zhuǎn)化為一定的生產(chǎn)力，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　自動(dòng)小車是一個(gè)運(yùn)用計(jì)算機(jī)、傳感等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、規(guī)劃決策和自動(dòng)行駛為一體

27、的高新技術(shù)綜合體。它在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了應(yīng)用，對(duì)解決道路交通安全提供了一種新的途徑。</p><p>　　隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究，許多國(guó)家已經(jīng)把電子設(shè)計(jì)比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。電子設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)學(xué)科，機(jī)械電子、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能控制、計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)

28、等等，是眾多領(lǐng)域的高科技。電子設(shè)計(jì)技術(shù)，它是一個(gè)國(guó)家高科技實(shí)例的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，可見其研究意義很大。</p><p>　　第1章 89C51的簡(jiǎn)介與管腳選擇</p><p>　　1.1 89C51的特點(diǎn)</p><p>　　89C51是一種低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。它帶有4K字節(jié)閃爍可編程可擦除的只讀存儲(chǔ)器。本系列單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)

29、的擦除次數(shù)可以達(dá)到100次。該微處理器是由ATMEL制造與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集還有輸出管腳都相兼容。由ATMEL的89C51是一種高效微控制器，它將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中。該系列單片機(jī)含有32條I/O口線，2個(gè)16位的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷輸入端口,5個(gè)中斷源和4個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行I/O口及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。89C51只支持并行寫入，同時(shí)需要VPP要寫入高壓；89C5*系列的電源范圍在低于

30、4.8V和高于5.3V的時(shí)候則無法正常工作；而89C51工作頻率范圍最高支持到24M；需要外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。該系列的XTAL1、XTAL2分別為反向放大器的輸入及輸出。此反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件的話，XTAL2應(yīng)不接。89C51因?yàn)樵O(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，所以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，可支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但是RAM、定時(shí)器、 計(jì)數(shù)器、串口</p>&

31、lt;p>　　1.2 89C51管腳介紹</p><p>　　其引腳圖如圖1.1所示：</p><p>　　圖 1.1 89C51管腳圖</p><p>　　表1.1 89c51管腳功能表</p><p>　　1.3 89C51管腳的選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所需要的管腳有：</p><

32、;p>　　P1.0-P1.3管腳作為四個(gè)紅外線傳感器的輸入管腳。</p><p>　　P3.0(RXD)和P3.1(TXD)管腳用來實(shí)現(xiàn)小車電機(jī)的偏轉(zhuǎn)控制。</p><p>　　P3.6和P3.7管腳用來實(shí)現(xiàn)小車電機(jī)的速度及正反轉(zhuǎn)控制。</p><p>　　P0.0-P0.7共八個(gè)管腳實(shí)現(xiàn)LDE數(shù)碼管的數(shù)字顯示和位選擇。</p><p>

33、;　　P3.4作為霍爾元件的信號(hào)輸入端。</p><p>　　VCC（單片機(jī)的電源引腳）和VSS（接地地腳）。</p><p>　　XTAL1與XTAL2晶振引腳與RST復(fù)位引腳。</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介與選擇</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)述</b></p><p&

34、gt;　　圖 2.1 小車往返圖</p><p>　　此次設(shè)計(jì)的小車往返如圖2.1所示，跑道的寬度為0.5m， 跑道的表面上鋪有白紙，在B、C、D、E、F、G處均有2cm寬的黑線。小車往返于起跑線與終點(diǎn)線之間，車子從起跑線B開始出發(fā)，然后經(jīng)過CD段路程進(jìn)入限速區(qū)DE，跑出限速區(qū)后回復(fù)到原來的速度繼續(xù)行駛完EF段，最后在終點(diǎn)線G處停車10s。接著小車會(huì)倒退重復(fù)往返在起點(diǎn)和終點(diǎn)。小車在終點(diǎn)線停車和返回起始點(diǎn)時(shí)車子的位

35、置需要與黑線盡量對(duì)齊。另外要求車子能夠自動(dòng)的將行駛的時(shí)間以及行駛的里程顯示在小車上。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)方案選擇</b></p><p>　　方案一：可以采用以PLC為中心的控制電路，將其輸入/輸出端口與外部設(shè)備相連，通過編輯程序直接控制小汽車。PLC是一種建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品，雖然此方案也能實(shí)現(xiàn)小車的往返，但是但價(jià)格高、工作速度慢、器件所占的空

36、間較大、小車負(fù)載較重、控制部分顯得不夠直觀，不利于系統(tǒng)靈活性和智能性的提高。</p><p>　　方案二：選用傳統(tǒng)的數(shù)字電路圖如圖2.2所示，其主要的特點(diǎn)在于用一套雙計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)控制功能，通過傳感器的整形輸出觸發(fā)脈沖并送入計(jì)數(shù)器，輸出通過譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管分別顯示時(shí)間和位移。由傳感器整形輸出觸發(fā)脈沖送入計(jì)數(shù)器的記數(shù)值進(jìn)行比較，相應(yīng)的控制PWM發(fā)生器，產(chǎn)生占空比可變的電壓信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。還可以根據(jù)計(jì)數(shù)器來決

37、定方向控制器，發(fā)出方向控制信號(hào)，控制小汽車的往返。此方案使用的芯片較多，從而造成控制電路接口電路繁瑣，而且抗干擾能力差。</p><p>　　圖 2.2 傳統(tǒng)數(shù)字電路原理框圖</p><p>　　方案三：經(jīng)過上一節(jié)的方案簡(jiǎn)介大致了解各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我們決定選用第三種方案原理如圖2.3所示：選用89C51型號(hào)的單片機(jī)作為小車往返系統(tǒng)的核心控制部分；用放置在小車前端和后端的紅外光電傳感器來檢

38、測(cè)小車是否經(jīng)過跑道上的黑線，同時(shí)判斷小車在跑道上的具體位置，然后以小車當(dāng)前所處的位置具體的對(duì)小車的行駛狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整；另外單片機(jī)可以根據(jù)傳感器輸入的信號(hào)控制繼電器的吸合放開，以此控制轉(zhuǎn)向電機(jī)的脈沖電壓來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，最終實(shí)現(xiàn)小車行駛方向偏離的糾正；小車的調(diào)速采用軟件控制的PWM調(diào)速控制來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；小車以及單片機(jī)的電源用單一的9V直流電源供電，通過DC/DC轉(zhuǎn)變后分別向單片機(jī)以及電動(dòng)機(jī)供電；小車的行駛情況通過LED數(shù)碼管加上譯碼

39、塊組成的靜態(tài)顯示模塊顯示出來。</p><p>　　圖 2.3 單片機(jī)控制電路原理框圖</p><p>　　如上綜述選用第三方案。</p><p>　　2.3設(shè)計(jì)方案的細(xì)部簡(jiǎn)介</p><p>　　2.3.1小車電源模塊</p><p><b>　　方案一：</b></p><

40、p>　　選用+9V的直流電壓同時(shí)供給CPU和電機(jī)。但是啟動(dòng)時(shí)會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)啟動(dòng)電流太大，電壓下降很快容易讓CPU不正常工作，造成程序紊亂。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　選用+9V電源電壓供給電機(jī)，CPU的電壓由+9V通過DC/DC轉(zhuǎn)換后供給。選用這種方案，CPU采用的是經(jīng)過DC/DC變換的電源供電，電壓比較穩(wěn)定，不太受電機(jī)的干擾

41、，很大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。</p><p>　　基于上述分析，選擇了方案二</p><p>　　2.3.2路面黑線檢測(cè)模塊</p><p>　　探測(cè)路面黑線的原理是：當(dāng)光線照射到路面并反射時(shí)，因?yàn)楹诰€和白紙的反射系數(shù)不一樣，所以可以根據(jù)接受到的反射光強(qiáng)弱判斷是否到達(dá)黑線。</p><p><b>　　方案一：</b&

42、gt;</p><p>　　選用可見光發(fā)光二極管和光敏二極管組成的發(fā)射—接收電路。但是這種方案也存在比較大的缺點(diǎn)：其它環(huán)境光線會(huì)對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，只要外界光亮的條件有所改變，就很可能造成判斷錯(cuò)誤或者漏判斷，采用超高亮度發(fā)光二極管雖然可以一定程度上降低外界的干擾，可是這樣即增加車載，又增大電路體積，而且還增加額外的功率損耗。</p><p><b>　　方案二：<

43、;/b></p><p>　　選用反射式紅外發(fā)射—接收器，因?yàn)椴捎眉t外管代替普通的可見光管，可以很有效的降低環(huán)境光源造成的干擾，不但體積小，靈敏度高，線性度好，外圍電路簡(jiǎn)單，而且對(duì)電源要求不高。缺點(diǎn)就是大氣潮濕等因素會(huì)衰減它的作用，比較適用于用于室內(nèi)檢測(cè)，對(duì)用于此次設(shè)計(jì)比較適合。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p&g

44、t;　　選用激光傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)非常精確，測(cè)試范圍很廣，但是對(duì)外圍電路的要求較高，價(jià)格昂貴。</p><p>　　基于上述分析，選擇了方案二</p><p>　　2.3.3小車倒車模塊</p><p>　　小車的返回方式采用倒車式返回，控制很簡(jiǎn)單，只要讓驅(qū)動(dòng)小車的電機(jī)反轉(zhuǎn)即可完成。因?yàn)檗D(zhuǎn)彎式返回的技術(shù)要求較高，軟件編程方面需要很高的精度，所以本次設(shè)計(jì)采用倒車式返

45、回。</p><p>　　2.3.4小車糾偏模塊</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　可以在小車的行駛路線旁邊固定兩塊擋板，再在小車的前后四個(gè)角安裝上滑輪用來減小摩擦力。此方案雖然簡(jiǎn)單也比較直接，但是靈動(dòng)性不高，需要兩塊很長(zhǎng)的擋板，而且違背智能小車的主題不合。</p><p><b&g

46、t;　　方案二：</b></p><p>　　在小車的前后四個(gè)角均放置一個(gè)傳感器，用于檢測(cè)小車和黑線的對(duì)齊度然后具體情況具體糾偏。此方案的缺點(diǎn)是：如果希望小車能夠按照軌道路線行駛，那么軌道上的黑線就必須要連續(xù)的放置。而且小車的糾正角度也不好設(shè)定，因?yàn)榇舜涡≤囃翟O(shè)計(jì)的路程短，所以此方案不會(huì)很大的影響本次設(shè)計(jì)。</p><p>　　基于上述分析，選擇了方案二</p>

47、<p>　　2.3.5數(shù)字顯示單元模塊</p><p>　　選用譯碼器再加上共陰極的8位LED數(shù)碼管組成靜態(tài)顯示模塊。不但算法簡(jiǎn)單，單片機(jī)編程方便，而且中斷控制設(shè)計(jì)容易，電路直觀。</p><p>　　2.3.6電動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　選用的是由達(dá)林頓

48、管組成的H型PWM電路。采用單片機(jī)控制達(dá)林頓管讓其工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，來精確的調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。此電路因?yàn)楣ぷ髟诠茏拥娘柡徒刂鼓Ｊ较?，效率很高；H型電路保證電路可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向控制；電子開關(guān)的速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)，但是在此次設(shè)計(jì)中，由于對(duì)控制電路的時(shí)間要求不是很高，它的優(yōu)點(diǎn)不能得到充分的發(fā)揮，還可能造成硬件電路板過于復(fù)雜。</p><p><b>　　方案二：</b></p&

49、gt;<p>　　選用繼電器對(duì)電機(jī)的開、關(guān)進(jìn)行控制，用軟件PWM實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的速度調(diào)整。此方案電路比較簡(jiǎn)單，體積較小，很適合此次設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　選用電阻網(wǎng)絡(luò)或者數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，以此達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只可以實(shí)現(xiàn)有級(jí)的調(diào)速，可是數(shù)字電阻的元器件價(jià)格較昂貴，另外一般的電動(dòng)機(jī)的電阻較小

50、，可是電流很大，分壓不但會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)起來也比較困難。</p><p>　　基于上述分析，選擇了方案二。</p><p>　　2.3.7數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　采用外接ROM進(jìn)行存儲(chǔ)。采用外接ROM進(jìn)行存儲(chǔ)是保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的慣用方法，其特點(diǎn)是在單片機(jī)斷電之后仍然

51、能保存住數(shù)據(jù)，但無疑將增大軟硬開銷和時(shí)間開銷。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　直接用單片機(jī)內(nèi)部的RAM進(jìn)行存儲(chǔ)。雖然不能在斷電后保存數(shù)據(jù)，但可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)按鍵顯示相應(yīng)值。而且本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不大，采用RAM可以減少IO接口的使用，便利IO接口分配，故此方案具有成本低、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，更符合實(shí)際需求。</p><

52、;p>　　基于上述分析，選擇了方案二</p><p><b>　　第3章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1小車電源部分</b></p><p>　　因?yàn)樾≤嚿厦娌环奖惴胖枚鄠€(gè)電源，如果單電源直接給小車的電機(jī)部分以及芯片供電，在電機(jī)啟動(dòng)的小段時(shí)間內(nèi)會(huì)使電壓嚴(yán)重下降。因此我們采用一枚MC34063芯

53、片構(gòu)成一個(gè)高頻率振蕩電路，來解決這一問題。MC34063是專門用在直流——直流轉(zhuǎn)換的芯片， 它可以用較少的外接器件構(gòu)成開關(guān)式升壓變換器、降壓式變換器和電源反相器。MC34063能在3—4V的輸入電壓下工作；工作振蕩頻率范圍從100HZ—100KHZ；有短路電流限制功能；輸出的開關(guān)電流可以達(dá)到1.5A。</p><p>　　MC34063原理框圖如圖3.1所示，振蕩器通過恒流源對(duì)接在CT（3號(hào)管腳）管腳上的定時(shí)電容

54、不斷地充電與放電來產(chǎn)生振蕩波形。因?yàn)槌潆姾头烹婋娏鞫际呛愣ǖ模哉袷庮l率僅取決于外接定時(shí)電容的容量。與門的C輸入端在振蕩器對(duì)外充電時(shí)候?yàn)楦唠娖?，D輸入端在比較器輸入電平低于閾值電平的時(shí)候?yàn)楦唠娖剑?dāng)C與D端輸入均變成高電平時(shí)觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關(guān)管導(dǎo)通，相反當(dāng)振蕩器在放電期間，C端輸入為低電平，觸發(fā)器就被復(fù)位，使得輸出開關(guān)管處于關(guān)閉得狀態(tài)。電流限制SI檢測(cè)端（5號(hào)管腳）通過檢測(cè)連接在V和5號(hào)腳上電阻的壓降來完成功能。在檢測(cè)到電阻

55、上的電壓降將超過300mV的時(shí)候，電流的限制電路開始工作，這時(shí)通過CT管腳（3號(hào)管腳）對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快速充電來減少充電時(shí)間和輸出開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，最終使得輸出開關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)。</p><p>　　經(jīng)過直流變?yōu)榻涣?，再轉(zhuǎn)換成交流，芯片MC34063使輸入電壓的9V變成了5V。而且輸入電壓的波動(dòng)范圍可以從7V—15V，輸出均是穩(wěn)定的5V。此電路具有很高的抗干擾能力，同時(shí)又能起到很好的隔離作用。</p>

56、;<p>　　圖 3.1 MC34063內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖 3.2 小車電源電路</p><p><b>　　3.2糾偏控制部分</b></p><p>　　糾偏控制電路的主要部分是由PWM控制電路和繼電器組成的，轉(zhuǎn)向控制信號(hào)由單片機(jī)端口RXD（P3.0）和TXD（P3.1）的輸出決定，其硬件圖如3.3所示。當(dāng)RXD

57、輸出為低電平的時(shí)候，上面的三極管8550就導(dǎo)通，繼電器馬上吸合，開關(guān)搭在1和3的 位置，同時(shí)TXD的輸出為低電平，下面的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，使得轉(zhuǎn)向電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)RXD輸出為高電平的時(shí)候，上面的三極管8550立馬截止，繼電器馬上放開，開關(guān)接搭在2和4的 位置，同時(shí)TXD的輸出為低電平，下面的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，使轉(zhuǎn)向電機(jī)反轉(zhuǎn)。此電路可以通過單片機(jī)控制TXD端口的輸出從而控制轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間來達(dá)到糾正不同程度偏轉(zhuǎn)的目的。</p><

58、;p>　　圖 3.3 糾偏控制電路</p><p><b>　　3.3速度控制部分</b></p><p>　　速度控制部分同樣也是采用PWM控制電路加上繼電器從而來控制小車的前后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)PWM的速度控制。紅外傳感器檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過整形后傳送到CPU，通過CPU對(duì)黑線的準(zhǔn)確判斷從而辨別小車當(dāng)前所處的具體位置，最后根據(jù)單片機(jī)發(fā)出信號(hào)來控制繼電器

59、的常開、常閉觸點(diǎn)吸合，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)與后退,同時(shí)通過輸出控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通與否,從而達(dá)到控制小車速度的目的。硬件電路如圖3.3所示，控制信號(hào)由單片機(jī)的WR（P3.7），RD（P3.6）端口提供。當(dāng)RD端口輸出為低電平的時(shí)候，三極管8550不導(dǎo)通，繼電器放開，開關(guān)接在1和3的位置；同時(shí)WR口輸出高電平，經(jīng)過反向器CD4069后變低，使場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)；當(dāng)RD端口輸出為高電平時(shí)，8550三極管導(dǎo)通，繼

60、電器吸合，開關(guān)接在2和4的位置，同時(shí)WR端口輸出為高電平，經(jīng)過反向器CD4069后變低，最后使得場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，小車后退。同時(shí)通過軟件控制WR端口的輸出來控制場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通的時(shí)間，可以給電機(jī)加上占空比不同的驅(qū)動(dòng)電壓，達(dá)到控制小車速度的目的。電路中的二極管D1和D2是續(xù)流保護(hù)的作用。</p><p>　　圖 3.4 速度控制電路</p><p>　　3.4紅外線傳感器部分</p

61、><p>　　硬件部分如圖3.5所示，小車的頭部安裝了2個(gè)紅外線傳感器，尾部安裝了2個(gè)紅外線傳感器，用于感應(yīng)小車運(yùn)行時(shí)跑道上的黑線，當(dāng)小車處于白紙上時(shí)，紅外線會(huì)被白紙反射回來，接收端的光敏三極管就會(huì)導(dǎo)通，進(jìn)而輸出一個(gè)高電平，而當(dāng)小車處于黑線上時(shí)，紅外線會(huì)被黑線吸收，接收端的光敏三極管不會(huì)導(dǎo)通，從而輸出一個(gè)低電平。輸出信號(hào)經(jīng)過CD4069反向器后通過P1.0-1.3端口輸入單片機(jī)，單片機(jī)通過比較，可以得出當(dāng)前小車的行駛

62、有無偏離的情況。進(jìn)而可以控制糾偏單元和速度控制單元，對(duì)小車的行駛情況進(jìn)行調(diào)整。圖中的CD4069為整流電路，可以將傳感器所得的信號(hào)整形，從而得到比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖 3.5 紅外線傳感電路</p><p><b>　　3.5數(shù)字顯示部分</b></p><p>　　圖 3.6 小車數(shù)字顯示部分</p><

63、p>　　顯示部分如（圖3.6）所示：顯示部分由四片CD4511及四片LED數(shù)碼管一起構(gòu)成靜態(tài)顯示模塊。LED 數(shù)碼顯示有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)顯示兩種方式；另外有共陰極和共陽極之分（3.7）。在動(dòng)態(tài)掃描方式中，各數(shù)碼管是輪流點(diǎn)亮，也就是說控制數(shù)碼顯示的位選信號(hào)和相應(yīng)的顯示數(shù)碼的字形代碼是同時(shí)逐一送出。但是視覺存在暫留現(xiàn)象，所以視覺上市全都點(diǎn)亮著，這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于電路比較簡(jiǎn)單，但是極大的增加了軟件的復(fù)雜程度，而且很大的占用了CPU的接口資

64、源，浪費(fèi)系統(tǒng)的工作時(shí)間。在靜態(tài)顯示方式中，只需要將數(shù)據(jù)送出鎖存以后，各數(shù)碼顯示的數(shù)據(jù)就不需要刷新，如果數(shù)據(jù)沒有改變，我們就可以不去管它，所以稱之為靜態(tài)顯示。由于靜態(tài)顯示方式的工作原理比較簡(jiǎn)單，程序比較直觀簡(jiǎn)單，程序間的相互關(guān)聯(lián)也很少，所以選用靜態(tài)的共陰極LED數(shù)碼管構(gòu)成顯示情況。共陽極的公共端接到陽極，低電平時(shí)有效(燈亮)， 共陽極數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極(正極)都聯(lián)在一起,此數(shù)碼管陽極(正極)在外部只有一個(gè)引腳。共陰極公共端接到陰極

65、，高電平時(shí)有效(燈亮)，共陰極數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)都聯(lián)在一起,此數(shù)碼管陰極(負(fù)極)在外部只有一個(gè)引腳。</p><p>　　譯碼電路要求具有BCD碼－七段碼(段選碼)的功能，并且要求能夠完成BCD碼的鎖存和驅(qū)動(dòng)能力。譯碼電路種類繁多，多采用集成電路芯片，本次設(shè)計(jì)采用CD4511 BCD碼－七段碼譯碼驅(qū)動(dòng)器 ，它將BCD碼譯成七段碼(a-g)，驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。</p><p

66、>　　圖 3.7 共陰（陽）極數(shù)碼管及管腳配置</p><p>　　圖 3.8 CD4511引腳圖</p><p>　　CD4511具有鎖存功能，采用16腳雙列直插式，如3.8主要引腳功能如下：</p><p>　　VDD 、GND——分別為正負(fù)電源端，電壓范圍是3~18V，通常取5V、10V等；</p><p>　　A、B、C、D——

67、BCD碼輸入端；</p><p>　　a-g——七段碼（高電平有效）；</p><p>　　LT——燈測(cè)試端，無論其他端狀態(tài)如何，只要LT=0（低電平），LED就顯示全亮筆劃，構(gòu)成數(shù)字“8”，由此可檢測(cè)數(shù)碼管好壞；</p><p>　　BL——消隱控制端，當(dāng)BI =0，LT=1時(shí)，強(qiáng)迫顯示器消隱，不顯示任何字形；</p><p>　　LE——

68、鎖存控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，可以選通鎖存器，此時(shí)可寫入要顯示的字符BCD碼，當(dāng)LE=1時(shí)，鎖存寫入的顯示字符BCD碼，鎖存BCD碼經(jīng)譯碼輸出七段碼。</p><p>　　表 3.1 CD4511 譯碼輸出表</p><p>　　CD4511不但具有鎖存功能而且可以自動(dòng)將BCD碼轉(zhuǎn)換為7段碼。在LE端輸入為低電平時(shí)，將加在A、B、C、D輸入端的數(shù)據(jù)譯成顯示器的字驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，再經(jīng)限流電阻到數(shù)碼

69、管的字段控制線上。當(dāng)LE端輸入為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)被鎖存在CD4511的輸出端。 89C51控制整個(gè)系統(tǒng)和管理顯示結(jié)果的輸出。CPU將數(shù)據(jù)寫入顯示緩沖器CD4511，并驅(qū)動(dòng)四片LED數(shù)碼塊，將顯示緩沖器中的數(shù)據(jù)在數(shù)碼塊上顯示出來。P0.7—P0.4口的輸出控制四片CD4511的LE端，哪一位輸出的電平為零，決定了哪一個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，而P0.3—P0.1口的輸出控制了數(shù)碼管的字段控制線，它們輸出的BCD碼就是顯示在數(shù)碼管上的數(shù)字。</

70、p><p><b>　　3.6霍爾元件部分</b></p><p>　　圖 3.9 霍爾元件</p><p>　　按題要求顯示全程速度，可以通過檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)乘上車輪的周長(zhǎng)來計(jì)算，霍爾元件就是一種很好的可用于車輪轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)的元件?；魻栐驹硎牵涸谄胀ㄞD(zhuǎn)盤計(jì)數(shù)的儀表中加裝霍爾元件和磁鐵，即可構(gòu)成基于磁電轉(zhuǎn)換技術(shù)的傳感器?；魻栐潭ò惭b在計(jì)數(shù)

71、轉(zhuǎn)盤附近，永磁鐵安裝在計(jì)數(shù)盤（例如0.01立方米）位上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，永磁鐵經(jīng)過霍爾元件一次即在信號(hào)端產(chǎn)生一個(gè)計(jì)量脈沖。在普通轉(zhuǎn)盤計(jì)數(shù)的儀表中加裝霍爾元件和磁鐵，即可構(gòu)成基于磁電轉(zhuǎn)換技術(shù)的傳感器。本系統(tǒng)中霍爾元件固定安裝在計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤附近，永磁鐵安裝在計(jì)數(shù)盤位上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，永磁鐵經(jīng)過霍爾元件一次即在信號(hào)端產(chǎn)生一個(gè)計(jì)量脈沖。由于霍爾電壓很微弱(mV級(jí))，需用霍爾集成電路進(jìn)行處理，如圖3.9所示。無論信號(hào)轉(zhuǎn)子的哪個(gè)葉片通過空氣間隙時(shí)，霍

72、爾信號(hào)發(fā)生器都將產(chǎn)生一個(gè)電位由高到低的脈沖信號(hào),直接送IOB3作外部中斷源，信號(hào)轉(zhuǎn)子通過霍爾元件將產(chǎn)生一個(gè)中斷，對(duì)中斷進(jìn)行計(jì)數(shù)，此中斷的個(gè)數(shù)即為車輪轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)。</p><p><b>　　3.7晶振電路部分</b></p><p>　　圖 3.10 晶振部分電路</p><p>　　單片機(jī)的TTAL（19管腳）和XTAL2（18管腳）接晶振，

73、通過晶振Y1\電容C1和C2與單片機(jī)XTAL1和XTAL2相連，與單片機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造成一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)源，作為單片機(jī)的工作時(shí)序。這個(gè)晶振配合產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的方法稱為內(nèi)部時(shí)鐘方式。晶振的頻率決定了該系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率。晶振一般選擇1.2~12MHz，電容容量可選取20~40pF。</p><p>　　外部時(shí)鐘方式此是將外部振蕩脈沖接入XTAL1或XTAL2。不同單片機(jī)外時(shí)鐘信號(hào)接入方式不同，例如8051外時(shí)鐘信號(hào)由XTAL2端

74、腳注入后直接送至內(nèi)部時(shí)鐘電路，輸入端XTAL1應(yīng)接地。由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故建議外接一個(gè)上接電阻。然而對(duì)于89C51，因內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的信號(hào)取自反相器的輸入端，故采用外部時(shí)鐘源時(shí)，接線方式為外時(shí)鐘信號(hào)接到XTAL1而XTAL2懸空。</p><p>　　外接時(shí)鐘信號(hào)通過一個(gè)二分頻的觸發(fā)器而成為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，要求高、低電平的持續(xù)時(shí)間都大于20ns，一般為頻率低于12MHz的方波。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器就

75、是上述的二分頻觸發(fā)器，它向芯片提供了一個(gè)2節(jié)拍的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p><b>　　3.8復(fù)位電路部分</b></p><p>　　89C51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的，89C51單片機(jī)的片內(nèi)復(fù)位如圖3.11所示。復(fù)位引腳RST通過一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一

76、次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。</p><p>　　圖 3.11 89C51的片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)</p><p>　　復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式</p><p>　　最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路如圖3.12所示，過外部復(fù)位電路電容的充電來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電源接通時(shí)只要VCC的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。</p><p&

77、gt;　　圖 3.12 上電復(fù)位電路</p><p>　　除了上電復(fù)位之外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位，按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位時(shí)通過RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的，按鍵手動(dòng)電平復(fù)位電路如圖3.13所示。本次設(shè)計(jì)采用的就是按鍵手動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　圖 3.13 按鍵手動(dòng)復(fù)位</p><p><b>　　第4章 軟件設(shè)

78、計(jì)</b></p><p>　　4.1單片機(jī)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖 4.1 單片機(jī)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖P0和P2口得驅(qū)動(dòng)通過總線和‘程序地址寄存器’相連接，P0和P2的第二角色是作為地址和數(shù)據(jù)和‘程序地址寄存器’相互作用；P3口扮演的第二‘角色’是與中斷、串行口通信和定時(shí)器相關(guān)。</p><p>　

79、　P0、P1、P2、P3口得鎖存器都與單片機(jī)的總線相連接?？梢钥吹綆缀趺總€(gè)方框都與這條主線有‘親密’關(guān)系。在單片機(jī)運(yùn)行過程中，這條主要的總線上總是傳送著各式各樣的數(shù)據(jù)。列入執(zhí)行指令‘MOV P1，A’時(shí)，把累加器ACC的數(shù)據(jù)載入P1中。這時(shí)，數(shù)據(jù)從累加器ACC中出來，‘跑進(jìn)’總線上，并且沿著總線來到P1口鎖存器附近，P1鎖存器也接到MOV指令的‘通知’，知道有數(shù)據(jù)傳送過來需要接收，于是P1口鎖存器把總線上這段從ACC送出的數(shù)據(jù)接收下來，

80、并送到P1口驅(qū)動(dòng)上，這樣在單片機(jī)的P1口就出現(xiàn)了與累加器ACC中一樣的8位數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　4.2單片機(jī)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　圖 4.2 儲(chǔ)器分類</p><p>　　RAM之所以稱為隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器，是因?yàn)樗茉谕瑯拥臅r(shí)間內(nèi)訪問RAM中任意地址上的數(shù)據(jù)，而不需要從頭到尾順序的對(duì)地址上的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。RAM有動(dòng)態(tài)R

81、AM與靜態(tài)RAM之分，同臺(tái)RAM存儲(chǔ)單元要定時(shí)期的重寫數(shù)據(jù)；而靜態(tài)RAM與動(dòng)態(tài)RAM最大的區(qū)別就是它不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新裝載，只要保持給靜態(tài)RAM供電，它就能保持住原來存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖 4.3 單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 </p><p>　　ROM即只讀存儲(chǔ)器，顧名思義，也就是說這類存儲(chǔ)器只可以讀不可以寫，屬于非易失性存儲(chǔ)器。ROM中的信息一旦寫入就不能進(jìn)行修改，其信息斷電之后

82、也仍然保留。燒入數(shù)據(jù)后，無需外加電源來保存數(shù)據(jù)。斷電數(shù)據(jù)不丟失，適合存儲(chǔ)需長(zhǎng)期保留的不變數(shù)據(jù)。單片機(jī)含有片內(nèi)和片外ROM，如圖4.4所示。</p><p>　　圖 4.4單片機(jī)程序存儲(chǔ)器</p><p>　　4.3單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)</p><p>　　圖 4.5 單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)</p><p>　　時(shí)鐘周期也稱為振蕩周期，定義為時(shí)鐘脈沖的倒數(shù)（

83、可以這樣來理解，時(shí)鐘周期就是單片機(jī)外接晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時(shí)間周期就是1/12 us），是計(jì)算機(jī)中最基本的、最小的時(shí)間單位。</p><p>　　在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個(gè)最基本的動(dòng)作。對(duì)于某種單片機(jī)，若采用了1MHZ的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為1us；若采用4MHZ的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為250us。由于時(shí)鐘脈沖是計(jì)算機(jī)的基本工作脈沖，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏（使計(jì)算機(jī)的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)

84、上來）。顯然，對(duì)同一種機(jī)型的計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率越高，計(jì)算機(jī)的工作速度就越快。但是，由于不同的計(jì)算機(jī)硬件電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時(shí)鐘周期頻率范圍也不一定相同。我們學(xué)習(xí)的8051單片機(jī)的時(shí)鐘范圍是1.2MHz-12MHz。</p><p>　　在8051單片機(jī)中把一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)節(jié)拍（用P表示），二個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)狀態(tài)周期（用S表示）。</p><p>　　在計(jì)算機(jī)中，為了便

85、于管理，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。例如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫等，這每一項(xiàng)工作稱為一個(gè)基本操作。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。8051系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期同6個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。前面已說過一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)節(jié)拍（用P表示），二個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)狀態(tài)周期（用S表示），8051單片機(jī)的機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)周期組成，也就是說一

86、個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)周期=12個(gè)時(shí)鐘周期。參見后面的時(shí)序圖。</p><p>　　指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。指令不同，所需的機(jī)器周期數(shù)也不同。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其它的機(jī)器周期。對(duì)于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)器周期。</p><p>　　4.4

87、計(jì)數(shù)/定時(shí)功能</p><p>　　計(jì)數(shù)是對(duì)外部事件進(jìn)行的。外部事件以脈沖形式輸入，作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。為此芯片上有T0(P3.4）和T1(P3.5）兩個(gè)引腳，用于為這兩個(gè)計(jì)數(shù)器輸入計(jì)數(shù)脈沖。計(jì)數(shù)脈沖是負(fù)跳變有效，供計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。使用計(jì)數(shù)功能時(shí)，單片機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2拍節(jié)對(duì)計(jì)數(shù)脈沖輸入引腳進(jìn)行采樣。</p><p>　　定時(shí)功能也是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，不過此時(shí)的計(jì)數(shù)脈

88、沖來自單片機(jī)芯片內(nèi)部，每個(gè)機(jī)器周期有一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1。由于一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩脈沖周期，因此，計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)部分采用0工作方式，工作方式0是13位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)，計(jì)數(shù)器由TH0的全部8位和TL0的低5位構(gòu)成，TL0的高3位不用。圖4.6是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在0工作方式下的邏輯結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖 4.6 計(jì)數(shù)/定

89、時(shí)邏輯結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4.5編程語言選擇</b></p><p>　　常用的單片機(jī)編程語言有C語言和匯編語言，而且這兩種語言都是大學(xué)學(xué)過的課程。C語言直接由編譯器自動(dòng)分配所需要的寄存器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，因此編寫者不需要分配。C語言語法簡(jiǎn)單，程序可讀性強(qiáng)。匯編語言雖然是一種低級(jí)語言，但是它能夠?qū)τ布Y源進(jìn)行準(zhǔn)確的操作，能夠充分運(yùn)用硬件資源。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)難

90、度系數(shù)并不是很大，所以用匯編語言可以顯得更直觀。</p><p>　　4.6數(shù)字顯示部分測(cè)試程序框圖與源程序</p><p>　　圖 4.7 數(shù)字顯示部分框圖</p><p>　　顯示測(cè)試程序的主要思路是利用一個(gè)循環(huán)將累加器中內(nèi)容（0--9）輪流送入譯碼塊，并顯示，從而達(dá)到測(cè)試LED數(shù)碼管的顯示功能的作用。</p><p><b>

91、　　源程序：</b></p><p>　　4.7行駛控制部分測(cè)試程序框圖與源程序</p><p>　　圖 4.8 小車行駛部分控制框圖</p><p>　　糾偏部分程序的主要思路是通過讀入P1口的低四位，將紅外傳感器感應(yīng)到的情況與設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較從而得到小車當(dāng)前的偏離狀況，并采取相應(yīng)方向和程度的糾偏。</p><p><b

92、>　　源程序：</b></p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　從選題到完成畢業(yè)設(shè)計(jì)前后將近三個(gè)月時(shí)間，雖然并沒有理想的做出實(shí)物。但是收獲的依然頗多。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的課題是基于單片機(jī)的自動(dòng)往返小汽車的設(shè)計(jì)，從最開始的方案比較，器件選擇，到后來的電路圖繪制，這是對(duì)四年來所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)

93、用，我不單是完成了一次畢業(yè)設(shè)計(jì)，更重要的是學(xué)會(huì)了分析問題，解決問題的方法，學(xué)會(huì)怎樣從理論走向?qū)嶋H，這為我以后的工作和學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　本次小車設(shè)計(jì)仍有很多缺點(diǎn)的存在。首先是紅外線傳感器糾正方向，糾偏的程序輸入后糾正的角度是固定的，如果小車偏離角度過大的話就不能完全達(dá)到糾偏效果；如果偏離角度過小的話，反而會(huì)因?yàn)榧m偏電路的存在使偏離更為嚴(yán)重。其次小車上裝的紅外線傳感器是探測(cè)地面是的黑線，所以只能經(jīng)

94、過才能探測(cè)的到，并不能提早知道小車的位置，所以小車會(huì)沖出終點(diǎn)線和起跑線。</p><p>　　小車速度控制方面也是過于死板，完全是根據(jù)源程序來調(diào)速。本設(shè)計(jì)采用LED燈顯示方式為靜態(tài)顯示，雖然在程序方面省事，可是采用動(dòng)態(tài)顯示可以更加效率的運(yùn)用單片機(jī)的管腳資源。</p><p>　　如果采用簡(jiǎn)易的遙控控制可以很大提升小車往返的完美度，但是因?yàn)闀r(shí)間倉促，水平有限，并沒有運(yùn)用遙控技術(shù)，而且論文中難

95、免有錯(cuò)誤，不足之處還請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　[1]李廣弟. 單片機(jī)基礎(chǔ)[M]，（第三版）. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[2]康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)：模擬部分[M]，（第四版）. 北京：高等教育出版社，2003.</p><

96、p>　　[3]康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)：數(shù)字部分[M]，（第四版）. 北京：高等教育出版社，2001.</p><p>　　[4]楊欣. 51單片機(jī)應(yīng)用從零開始[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[5]李光飛. 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.</p><p>　　[6]胡佳文. 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與課

97、程設(shè)計(jì)[M]. 浙江：浙江大學(xué)出版社，2010.</p><p>　　[7]HuiLi, Amit Lal, Jake Blanchard, et al. Self-Reciprocating Radioisotope-Power Cantilever[J].Appl Phys, 2002, 92: 1122-1127.</p><p>　　[8] 康華光，陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分

98、[M]，（第四版）. 華中理工大學(xué),2008.</p><p>　　[9] 王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù)[M]，（第四版）. 機(jī)械工業(yè)出版社 2009.</p><p>　　[10]董民政. 自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車設(shè)計(jì)報(bào)告[J]. 蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2001.</p><p>　　[11]樓然苗. 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)(Proteus仿真版)[M]. 浙江大學(xué)出版社，2

99、009.</p><p>　　[12]樓然苗. 51系列單片機(jī)原理及設(shè)計(jì)實(shí)例[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[14]閆勝利. Altium Designer 6.x中文版實(shí)用教程-原理圖與PCB設(shè)計(jì)[M]. 電子工業(yè)出版社 ，2010.</p><p>　　[15]Karr C L. Applying genetics to fuz

100、zy logic[J]. IEEE AI Expert, 1991,6(2):38-43.</p><p>　　[16]X.Cho, Y.Yan.Adaptive hierarehieal.Fuzzy Controller.IEEE TranS on Systems Man, and Cyberneties，1993,23(4):973一980.</p><p><b>