智能化自尋跡程控車(chē)模外形及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含4張CAD圖紙+文檔全套】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢(xún)QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢(xún)QQ:414951605或者1304139763 ======================== 南 華 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū) 學(xué) 院： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 題 目： 智能化自尋跡程控車(chē)模外形及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 起止時(shí)間： 20** 年 12 月 25 日至 20** 年 6月 5 日 學(xué) 生 姓 名： 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)： 指 導(dǎo) 老 師： 教研室主任： 院 長(zhǎng)： 20** 年 12月 25 日 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求： 一、 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容 題目：智能化自尋跡程控車(chē)模外形及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 研究?jī)?nèi)容： 1）車(chē)體設(shè)計(jì) 2）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1． 紅外遙控裝置能控制單片機(jī)，使之發(fā)出進(jìn)、退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)控制（并給出動(dòng)作指示）。 2． 使用紅外對(duì)管設(shè)計(jì)尋跡電路（即自動(dòng)區(qū)別黑白道標(biāo)記）。 3．根據(jù)尋跡信號(hào)設(shè)計(jì)單片機(jī)對(duì)電機(jī)的控制電路。 4．單片機(jī)采用匯編及C51進(jìn)行編制，程序的下載為ISP方式。 二、 要求： 本課題主要培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)和繪圖等實(shí)際能力，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)初步具備工程設(shè)計(jì)的實(shí)際能力。 1、程控小車(chē)的總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)小車(chē)外形輪廓，利用計(jì)算機(jī)繪制A0圖紙一張。 2、編寫(xiě)控制小車(chē)自動(dòng)尋跡的原程序一份， 3、整理，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，內(nèi)容包括程控小車(chē)的外形設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)，不少于20000字，英文摘要500字左右，計(jì)算機(jī)打印。 4、翻譯有關(guān)英文資料1-2篇，不少于3000字，計(jì)算機(jī)打印. 指導(dǎo)教師： 年 月 日 南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目 智能化自尋跡程控車(chē)模外形及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）題目來(lái)源 自選課題 設(shè)計(jì)（論文）題目類(lèi)型　 工程設(shè)計(jì)類(lèi) 起止時(shí)間 20**.12.25~20**.6.5 一、 設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義： 本設(shè)計(jì)利用紅外反射式傳感器實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)尋跡導(dǎo)航的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)尋跡是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV—auto-guided vehicle）機(jī)器人系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)規(guī)避障礙，以及選擇正確的路線。實(shí)驗(yàn)中采用與地面顏色有較大差別的線條作引導(dǎo)，使用反射式紅外傳感器感知導(dǎo)引線和判斷障礙物。系統(tǒng)控制核心采用AT89系列單片機(jī),系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)采用控制方式為直流電機(jī)。該技術(shù)可以應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)，無(wú)人工廠、倉(cāng)庫(kù)、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域 . 二、設(shè)計(jì)（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線） 1．車(chē)體設(shè)計(jì) 底盤(pán)設(shè)計(jì) 電機(jī)選擇 驅(qū)動(dòng)方式 2．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 預(yù)期目標(biāo)： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定的參數(shù)，依照車(chē)模的結(jié)構(gòu)和尺寸，進(jìn)行計(jì)算及校核，總圖及零件圖的繪制。 技術(shù)路線： 1．根據(jù)任務(wù)書(shū)上的要求，搜集資料，進(jìn)行程控小車(chē)的外形設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2．用pro/e繪制全部的三維圖及其裝配圖 三、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)： 重點(diǎn)：1．程控車(chē)車(chē)模外形造型 2．控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì) 難點(diǎn)：1．控制系統(tǒng)電路及程序設(shè)計(jì) 四、設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）： 1．20**年12月15日—20**年1月25日通過(guò)老師對(duì)智能自尋跡程控車(chē)造型內(nèi)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的講解，對(duì)這一設(shè)計(jì)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，圖書(shū)館查 找相關(guān)資料，加強(qiáng)理論知識(shí)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識(shí)。 2．20**年3月21日—20**年4月10日進(jìn)行程控小車(chē)控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì) 3．20**年4月11日—20**年4月30日車(chē)模外形設(shè)計(jì)和造型 4．20**年5 月1 日—20**年5月31日專(zhuān)題研究 5．20**年6月1 日—20**年6月5日編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，整理資料，準(zhǔn)備答辯。 五、 進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件： 1．裝有pro/e軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。 2．與設(shè)計(jì)所需理論技術(shù)有關(guān)的書(shū)籍和資料 3．制作程控小車(chē)所需的材料 四、 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽名： 年 月 日 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 本文介紹了利用紅外反射式傳感器實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)尋跡導(dǎo)航的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)尋跡是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV—auto-guided vehicle）機(jī)器人系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)規(guī)避障礙，以及選擇正確的路線。實(shí)驗(yàn)中采用與地面顏色有較大差別的線條作引導(dǎo)，使用反射式紅外傳感器感知導(dǎo)引線和判斷障礙物。系統(tǒng)控制核心采用AT89S51單片機(jī),系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)采用控制方式為單向PWM的直流電機(jī)。該技術(shù)可以應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)，無(wú)人工廠、倉(cāng)庫(kù)、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域 關(guān)鍵詞：自動(dòng)尋跡；紅外傳感器 ；單片機(jī) Abstrct This article introduces the design and execution of auto-searching for track by usage of the reflected infrared sensor on the auto-guided car. The auto-searching for track is on the base of the AGV-auto-guided vehicle system. It makes the car discern the routs, judge and evade the obstacles automatically. So the car can choose the right routes. In the experiment we take use of the guiding wire whose color distinguishes from the background to guide the car and the inflected infrared sensor to discern the guiding wire and obstacles. The AT89S51 Single Chip Microcomputer is used for the control core in this system, and the one-way PWM direct current electromotor for the motive force or power system. This technology could serve to driverless mobile, robot factory, warehouse, service robot and etc. Key Word:Auto-searching for track; infrared sensor; Single Chip Microcomputer 2 目錄 摘要 i Abstrct ii 引言 4 第一章　設(shè)計(jì)方案與論證 5 第二章 外形設(shè)計(jì) 6 ２.1繪圖軟件的選擇 6 2.2設(shè)計(jì)方法分析 7 2.3產(chǎn)品外觀造型的三大美學(xué)因素 7 2.3.1造型 7 2.3.2顏色 8 2.3.3材料與結(jié)構(gòu) 8 第三章 單片機(jī)介紹 9 第四章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制 23 4.1H 型橋式驅(qū)動(dòng)電路 23 4.2P W M 控制 27 4.3通過(guò)軟件避免直通短路 28 4.4小結(jié) 29 第五章 單元電路的設(shè)計(jì) 30 5.1黑帶檢測(cè)方案選擇 30 5.2傳感器選擇 31 5.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理 32 5.4具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 33 ５.４.1.硬件結(jié)構(gòu) 34 ５.４.2.電路原理 35 ５.４.３程序及流程圖 38 ６．１總結(jié) 43 參考文獻(xiàn) 46 致謝 47 外文翻譯 48 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 引言 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類(lèi)的夢(mèng)想。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感覺(jué)傳感器種類(lèi)越來(lái)越多，其中視覺(jué)傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺(jué)的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于視覺(jué)的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺(jué)需要通過(guò)大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺(jué)傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺(jué)的系統(tǒng)中考慮使用接近覺(jué)傳感器是一種實(shí)用有效的方法。 機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺(jué)功能。自動(dòng)尋跡是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV—auto-guided vehicle）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)規(guī)避障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。采用與地面顏色有較大差別的線條作引導(dǎo)，使用傳感器感知導(dǎo)引線和障礙判斷 第一章　設(shè)計(jì)方案與論證 采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51型單片機(jī)作為我們的控制單元，因?yàn)樵撔蛦纹瑱C(jī)價(jià)格便宜，功能比較強(qiáng)大，性?xún)r(jià)比高，而且在市場(chǎng)上很容易買(mǎi)到。通過(guò)紅外傳感器、電感式接觸開(kāi)關(guān)等器件來(lái)采集各類(lèi)信息，送入主控單元單片機(jī)，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動(dòng)作，以達(dá)到自身控制。其中尋跡（黑帶檢測(cè)）采用市面上通用的發(fā)射管及接收頭，經(jīng)過(guò)單片機(jī)調(diào)制后發(fā)射。鐵片檢測(cè)采用電感式接近開(kāi)關(guān)LJ18A3-8- Z/BX檢測(cè)。此系統(tǒng)比較靈活，更重要的是采用軟件方法來(lái)解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔化，各類(lèi)功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。黑帶尋跡采用紅外線發(fā)射和接受原理。鐵片檢測(cè)采用電感式接近開(kāi)關(guān)LJ18A3-8-Z/BX檢測(cè)，產(chǎn)生的高低電平信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后控制小車(chē)停轉(zhuǎn)。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來(lái)解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔化，各類(lèi)功能易于實(shí)現(xiàn)。 第二章 外形設(shè)計(jì) 圖２.1 最終效果如圖２.1所示。 ２.1繪圖軟件的選擇 我選用的是現(xiàn)在最流行的三維繪圖軟件PRO/E，這是一個(gè)方位的3D產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件，它集零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、墨菊開(kāi)發(fā)、NC加工、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)模擬、壓力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能于一體。其中工業(yè)設(shè)計(jì)模塊（CAID）主要用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)。以前在零件未制造出來(lái)時(shí)，是無(wú)法觀看零件的形狀的，只能通過(guò)二維平面圖形進(jìn)行想象?，F(xiàn)在，隨著三維軟件的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)者可以在零件未制造出來(lái)之前，觀看和評(píng)價(jià)零件的幾何外形，現(xiàn)在，3ds max軟件可以生成實(shí)體模型，但用3ds max軟件生成的模型在實(shí)際工程中是“中看不中用”。用PRO/E軟件生成的試題模型，不僅外觀真實(shí)，而且相當(dāng)實(shí)用，PRO/E中文野火版中各階段的的各個(gè)工作數(shù)據(jù)庫(kù)的產(chǎn)生都要依賴(lài)與實(shí)體建模生成的數(shù)據(jù)。而該課題設(shè)計(jì)的遙控玩具汽車(chē)，又涉及到大量的曲面設(shè)計(jì)，而PRO/E正好有著強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)功能，故在遙控玩具汽車(chē)外形設(shè)計(jì)這塊，我主要是選用PRO/E來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2設(shè)計(jì)方法分析 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：先得到掃描的數(shù)據(jù)庫(kù)，將數(shù)據(jù)資料導(dǎo)入Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行描線。 制作結(jié)構(gòu)外觀設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)產(chǎn)品需求，確定它的整體外觀尺寸。設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮硬件尺寸，因?yàn)樵谕鈿だ锩嫘枰胖盟辛慵?，例如定位PCB的孔位、指示燈的位置，上下蓋的固定位置等。 然后在基礎(chǔ)線上取面，拆分出各個(gè)零部件，拆分方式以ID的外形圖為依據(jù) ，若擔(dān)心強(qiáng)度不足，可以通過(guò)在內(nèi)部拉加強(qiáng)筋來(lái)解決，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過(guò)單一的增加壁厚。然后制作裝配圖，將拆分出的各個(gè)零部件按裝配順序分別引入，選擇用參考中心重合的對(duì)齊方式，放入電子內(nèi)部零件。將各個(gè)零件引入裝配圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要將有些零部件先做成一個(gè)組件，然后再把組件引入裝配圖。 遙控玩具汽車(chē)外型設(shè)計(jì)總圖復(fù)雜，用到的建模功能非常多，需要使用掃描特征、混合特征、延伸、拉伸曲面以及曲面合并等工具來(lái)實(shí)現(xiàn) 2.3產(chǎn)品外觀造型的三大美學(xué)因素 一件產(chǎn)品的美并不是由唯一的因素造成的，它會(huì)牽涉到造型、色彩、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等多方面的美學(xué)因素，以及受到獨(dú)特的地區(qū)生活習(xí)慣，社會(huì)文化和流行特征的影響。我們很難用一套固定的模式，表達(dá)所有不同種類(lèi)產(chǎn)品的造型美感，只能用以下的三大美學(xué)因素分類(lèi)說(shuō)明。 2.3.1造型 造型就是外型，產(chǎn)品造型是否美觀，總是客戶第一眼看見(jiàn)的。所以，造型將是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心而造型設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)幾何技法有點(diǎn)、線、面、形狀韻律、造型、模塊、紋理、對(duì)稱(chēng)、平衡、統(tǒng)一、空間和體積。這是第一階段的美學(xué)規(guī)律。而造型設(shè)計(jì)第二階段所需的高級(jí)技法有對(duì)比、調(diào)和、漸變、質(zhì)量和重點(diǎn)。，當(dāng)然，還有一部分的造型美技法，需要我們?cè)谏钪械拿缹W(xué)體驗(yàn)，以上的技法必須予以混合運(yùn)用，才能達(dá)到良好的效果。 2.3.2顏色 顏色就是色彩，它是構(gòu)成產(chǎn)品形態(tài)的美的重要組成部分，而造型設(shè)計(jì)也需要熟悉色彩學(xué)。色彩的配置在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中是非常重要的部分，有一些應(yīng)用，如對(duì)比，調(diào)和等。對(duì)造型設(shè)計(jì)者而言，除了需要了解色彩的基本常識(shí)以外，我們還必須了解色彩心理學(xué)，這更加有助于設(shè)計(jì)時(shí)的配色參考重點(diǎn)。色彩的心理感受有以下幾類(lèi)，冷暖色感、輕重色感、軟硬色感、前后色感、大小色感、華樸色感、活沉色感和燥靜色感?；谖覀冞@個(gè)設(shè)計(jì)是遙控玩具汽車(chē)，它的消費(fèi)群體主要是廣大的兒童，所以在它外型的顏色搭配上，我們應(yīng)該更多地選用暖色調(diào)。而在配色時(shí)，針對(duì)它的消費(fèi)群體的特殊性，配色的主題應(yīng)該為動(dòng)感，這種最鮮艷的色彩組合通常中央都有原色（黃色）。黃色代表帶給萬(wàn)物生機(jī)的太陽(yáng)，活力和永恒的動(dòng)感。當(dāng)黃色加入白色后，它的光亮的特質(zhì)就會(huì)增加，并產(chǎn)生出格外耀眼的全盤(pán)效果，動(dòng)感色的應(yīng)用：高度對(duì)比的配色設(shè)計(jì)，如黃色和它的補(bǔ)色紫色，就含有活力和行動(dòng)的意味，尤其是出現(xiàn)在圓形的空間里面，身處于黃色或其它的任何一個(gè)明色的環(huán)境，幾乎是不會(huì)感到沮喪的，這點(diǎn)很符合小朋友的心理。 2.3.3材料與結(jié)構(gòu) 商品的美感與構(gòu)成它的材料、結(jié)構(gòu)和質(zhì)感是分不開(kāi)的。由于本設(shè)計(jì)的材料比較明確，那就是塑料。所以在材料對(duì)造型美感的影響我們可以忽略。 第三章 單片機(jī)介紹 AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，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)8051指令系統(tǒng)及弓}腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程(ISP)也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能參數(shù): ·MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ·4k字節(jié)在系統(tǒng)編程(ISP)Flash閃速存儲(chǔ)器 ·1000次擦寫(xiě)周期 · 4. 0-5.5V的工作電壓范圍 ·全靜態(tài)工作模式:OHz-33MHz ·三級(jí)程序加密鎖 ·128X8字節(jié)內(nèi)部 RAM ·32個(gè)可編程I/0口線 ·2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 ·6個(gè)中斷源 ·全雙工串行UART通道 ·低功耗空閑和掉電模式 ·中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) ·看門(mén)狗(WDT)及雙數(shù)據(jù)指針 ·掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 ·靈活的在系統(tǒng)編程(ISP一字節(jié)或頁(yè)寫(xiě)模式) 圖3.1 功能特性概述: AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:4k字竹Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM, 32個(gè)I/O口線，看門(mén)狗(WDT ),兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51可降至OHz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電力式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 圖3.2 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)"1”可一作為高阻抗輸入端用。 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在Flash編程時(shí)，PO口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 Pl口:P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯 門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)，F(xiàn)lash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。 表3.1 P2口:P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電組的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(I)。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令)時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行MOVX @Ri指令)時(shí)，P2口線上的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中 P2寄存器的內(nèi)容)，在整個(gè)訪問(wèn)期間小改變。 Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào) P3口:P3口是一組帶有內(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)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)“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(I)。 P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示:P3口還接收一此用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 表3.2 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。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRTO位(地址8EH )可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。 ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是:每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。 對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG )如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器(SFR)的8FH單元的DO位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。 PSEN:程序儲(chǔ)存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的PSET信號(hào)。 EA/VPP:外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為OOOOH-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) 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的編程電壓Vpp。 XTAL1:振蕩器反相放人器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放人器的輸出端 特殊功能寄存器: 特殊功能寄存器的于片內(nèi)的空間分布如表3.3所示 這此地址并沒(méi)有全部占用，沒(méi)有占用的地址亦小可使用，讀這此地址將得到一個(gè)隨意的數(shù)值。而寫(xiě)這此地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。 表3.3 AT89S51特殊功能寄存器分布圖及復(fù)位值 表3.3 不要軟件訪問(wèn)這些未定義的單元，這些單元是留作以后產(chǎn)品擴(kuò)展用途的，復(fù)位后這此新的位將為0。 中斷寄存器: 各中斷允許控制位于IE寄存器，5個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)控制位于IP寄存器。 表3.4 AUXR輔助寄存器 表3.4 雙時(shí)鐘指針寄存器:為更方便地訪問(wèn)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩個(gè)16位數(shù)據(jù)指針寄存器:DPO位于SFR(特殊功能寄存器)區(qū)塊中的地址82H, 83H和DPl位于地址84H, 85H, 當(dāng) SFR 中的位DPS=0選擇DPO，而DPS=1則選擇DPlo用戶應(yīng)在訪問(wèn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)指針寄存器前初始化DPS位。 表3.5 電源空閑標(biāo)志:電源空閑標(biāo)志(POF)在特殊功能寄存器SFR中PCON的第4位(PCON. 4 )，電源打開(kāi)時(shí)POF置“1”，它可山軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu):MCS-51單片機(jī)內(nèi)核采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，均具有64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。 程序存儲(chǔ)器:如果EA引腳接地(GND ),全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器在AT89S51，假如EA接至Vcc(電源+)，程序首先執(zhí)行地址從OOOOH-OFFFH (4KB)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，再執(zhí)行地址為1000H-FFFFH (60KB)的外部程序存儲(chǔ)器。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:AT89S51的具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，這128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問(wèn)，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行，128字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。 看門(mén)狗定時(shí)器(WDT ):WDT是為了解決CPU程序運(yùn)行時(shí)可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置，它山一個(gè)14bit計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗復(fù)位SFR (WDTRST)構(gòu)成。外部復(fù)位時(shí)，WDT默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，要打開(kāi)WDT，用戶必須按順序?qū)1EH和OE1H寫(xiě)到WDTRST寄存器(SFR地址為0A6H ) ,當(dāng)啟動(dòng)了WDT，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，除硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位外沒(méi)有其它力法關(guān)閉WDT,當(dāng)WDT溢出，將使RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖 使用看門(mén)狗(WDT ):打開(kāi)WDT需按次序?qū)慜1EH和OE1H到WDTRST寄存器(SFR的地址為OA6H ),當(dāng)WDT打開(kāi)后，需在一定的時(shí)候?qū)慜1EH和OE1H到WDTRST寄存器以避免WDT計(jì)數(shù)溢出。14位WDT計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到16383 (3FFFH), WDT將溢出并使器件復(fù)位。WDT打開(kāi)時(shí)，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，這意味著用戶必須在小于每個(gè)16383機(jī)器周期內(nèi)復(fù)位WDT，也即寫(xiě)O1EH和OE1H到WDTRST寄存器，WDTRST為只寫(xiě)寄存器o WDT計(jì)數(shù)器既不可讀也不可寫(xiě)，當(dāng) WDT溢出時(shí)，通常將使RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖。復(fù)位脈沖持續(xù)時(shí)間為98xTOSC，而TOSC=1/FOSC(晶體振蕩頻率)為使WDT工作最優(yōu)化，必須在合適的程序代碼時(shí)間段周期地復(fù)位WDT防止WDT溢出。 掉電和空閑狀態(tài)時(shí)的WDT:掉電時(shí)期，晶體振蕩停止, WDT也停止。掉電模式下，用戶不能再?gòu)?fù)位WDT。有兩種方法可退出掉電模式:硬件復(fù)位或通過(guò)激活外部中斷。當(dāng)硬件復(fù)位退出掉電模式時(shí)，處理WDT可通常的上電復(fù)位一樣。當(dāng)由中斷退出掉電模式則有所不同，中斷低電平狀態(tài)持續(xù)到晶體振蕩穩(wěn)定，當(dāng)中斷電平變?yōu)楦呒错憫?yīng)中斷服務(wù)。為防止中斷誤復(fù)位，當(dāng)器件復(fù)位，中斷引腳持續(xù)為低時(shí)，WDT并未開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到中斷引腳被拉高為止。這為在掉電模式下的中斷執(zhí)行中斷服務(wù)程序而設(shè)置為保證WDT在退出掉電模式時(shí)極端情況下溢出，最好在進(jìn)入掉電模式前復(fù)位WDT在進(jìn)入空閑模式前，WDT打開(kāi)時(shí)，WDT是否繼續(xù)計(jì)數(shù)由SFR中的AUXR的WDIDLE位決定，在IDLE期間(位WDIDLE=0)默認(rèn)狀態(tài)是繼續(xù)計(jì)數(shù)。為防止AT89S51從空閑模式中復(fù)位，用戶應(yīng)周期性地設(shè)置定時(shí)器，重新進(jìn)入空閑模式。當(dāng)位WDIDLE被置位，在空閑模式中WDT將停止計(jì)數(shù)，直到從空閑(IDLE)模式中退出重新開(kāi)始計(jì)數(shù) ·UAR7，一通用異步通信:AT89S51的DART操作與AT89C51一樣，有關(guān)更詳細(xì)的資料請(qǐng)參考ATMEL公司的網(wǎng)站(www.atmel.com)，從主頁(yè)選擇“Products"—"8051-Architecture Flash Microcontroller"—"Product Overview" ·定時(shí)器0和定時(shí)器1:AT89S51的定時(shí)器0和定時(shí)器1操作與AT89C51一樣，有關(guān)更詳細(xì)的資料請(qǐng)參考ATMEL公司的網(wǎng)站(www.atmel.com)，從主頁(yè)選擇“Products"——"8051-Architecture Flash Microcontroller"——"Product Overview"。 ·中斷:AT89S51共有5個(gè)中斷向量: 2個(gè)外中斷(INTO和INT1)，2個(gè)定時(shí)中斷(TimerO和Timer1)和一個(gè)串行中斷。這些中斷如圖1。這些中斷源各自的禁止和使能位參見(jiàn)特殊功能寄存器的IE。 IE也包含總中斷控制位EA, EA清0，將關(guān)閉所有中斷。值得注意的是表4 中的IE.6和IE.5沒(méi)有定義，用戶不要訪問(wèn)這些位，它是保留為以后的AT89產(chǎn)品作擴(kuò)展用途定時(shí)器0和定時(shí)器1的中斷標(biāo)志TFO和TF1，它是定時(shí)器溢出時(shí)的S5P2時(shí)序周期被置位，該標(biāo)志保留至下個(gè)時(shí)序周期。 表3.6:中斷控制寄存器 表3.6 圖3.3 中斷源方框圖 圖3.3 ·品體振蕩器特性: AT89S51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分別是該放大器的輸入端和輸出端。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(jiàn)圖5外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容C1, C2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C1, C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，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，我們推薦電容使用30pF士10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF士lOpF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖5右圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘，發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 圖3.4晶體接線圖和外接時(shí)鐘線路圖 圖3.4 ·空閑節(jié)電模式: 在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。 需要注意的是，當(dāng)硬件復(fù)位來(lái)終止空閑工作模式時(shí)，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘周期)有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU訪問(wèn)片內(nèi)RAM，而允許訪問(wèn)其它端口。為了避免在復(fù)位結(jié)束時(shí)可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫(xiě)入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫(xiě)入指令。 ·掉電模式: 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的方法是硬件復(fù)位或山處于使能狀態(tài)的外中斷INTO和INT1激活。復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容，在Vcc恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。 表3.7空閑和掉電期間外部引腳狀態(tài) 表3.7 ·程序存儲(chǔ)器的加密:AT89S51可使用對(duì)芯片上的3個(gè)加密位LB1, LB2, LB3進(jìn)行編程(P或不編程(U)來(lái)得到如下表所示的功能: 注:表中的U—表示未編程，P—表示編程 表3.8 當(dāng)加密位LB1被編程時(shí)，在復(fù)位期間，EA端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機(jī)上電后一直沒(méi)有復(fù)位，則鎖存起的初始值是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，且這個(gè)隨機(jī)數(shù)會(huì)一直保存到真正復(fù)位為止。為使單片機(jī)能正常工作，被鎖存的EA電平值必須與該引腳當(dāng)前的邏輯電平一致。此外，加密位只能通過(guò)整片擦除的方法清除。 ·Flash閃速存儲(chǔ)器的并行編程:AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有4k字節(jié)的可快速編程的Flash存儲(chǔ)陣列。編程方法可通過(guò)傳統(tǒng)的EPROM編程器使用高電壓(+12V)和協(xié)調(diào)的控制信號(hào)進(jìn)行編程AT89S51的代碼是逐一字節(jié)進(jìn)行編程的。 編程方法:編程前，須按編程模式表所示設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，AT89S51編程方法如下: 1.在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。 2.在數(shù)據(jù)線上加上要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 3.激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 4.將EA/Vpp端加上+12V編程電壓。 5.每對(duì)Flash存儲(chǔ)陣列寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)或每寫(xiě)入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè)ALE/PROG編程脈沖。每個(gè)字節(jié)寫(xiě)入周期是自身定時(shí)的，人多數(shù)約為50us。改變編程單元的地址和寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，重復(fù)1-5步驟，直到全部文件編程結(jié)束。 ·數(shù)據(jù)查詢(xún):AT89S51單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢(xún)方式來(lái)檢測(cè)一個(gè)寫(xiě)周期是否結(jié)束，在一個(gè)寫(xiě)周期中，如需讀取最后寫(xiě)入的那個(gè)字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位(P0.7)是原來(lái)寫(xiě)入字節(jié)最高位的反碼。寫(xiě)周期完成后，有效的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)在所有輸出端上，此時(shí)，可進(jìn)入下一個(gè)字節(jié)的寫(xiě)周期，寫(xiě)周期開(kāi)始后，可在任意時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)。 · Ready/Busy:字節(jié)編程的進(jìn)度可通過(guò)“RDY/BSY輸出信號(hào)監(jiān)測(cè)，編程期間，ALE變?yōu)楦唠娖健癏”后P3.0端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)(忙狀態(tài))。編程完成后，P3.0變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)。 ·程序校驗(yàn):如果加密位LB1, LB2沒(méi)有進(jìn)行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過(guò)地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫(xiě)的數(shù)據(jù)，各加密位也可通過(guò)直接回讀進(jìn)行校驗(yàn)。 ·讀片內(nèi)簽名字節(jié): AT89S51單片機(jī)內(nèi)有3個(gè)簽名字節(jié)，地址為OOOH, 100H和200H。用于聲明該器件的廠商和型號(hào)等信息，讀簽名字節(jié)的過(guò)程和正常校驗(yàn)相仿，只需將P3.6和P3.7保持低電平，返回值意義如下: (OOOH) =1EH聲明產(chǎn)品由ATMEL公司制造 (100H) =51H聲明為AT89S51單片機(jī) (200H) =06H ·芯片擦除:在并行編程模式，利用控制信號(hào)的正確組合并保持ALE/PROG引腳200ns-500ns的低電平脈沖寬度即可完成擦除操作。在串行編程模式，芯片擦除操作是利用擦除指令進(jìn)行。在這種力式，擦除周期是自身定時(shí)的，人約為500ms擦除期間，用串行方式讀任何地址數(shù)據(jù)，返回值均為OOH。 ·Flash閃速存儲(chǔ)器的串行編程:將RST接至Vcc,程序代碼存儲(chǔ)陣列可通過(guò)串行ISP接口進(jìn)行編程，串行接口包含SCK線、MOSI(輸入)和MISO輸出)線。將RST拉高后，在其它操作前必須發(fā)出編程使能指令，編程前需將芯片擦除。芯片擦除則將存儲(chǔ)代碼陣列全寫(xiě)為FFH外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)需接至XTAL1端或在XTAL1和XTAL2接上晶體振蕩器。最高的串行時(shí)鐘(SCK)不超過(guò)1/16晶體時(shí)鐘,當(dāng)晶體為33MHz時(shí)，最大SCK頻率為2MHz。 第四章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制 一個(gè)電動(dòng)小車(chē)整體的運(yùn)行性能，首 先取決于它的電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 電動(dòng)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由控制器、功率變換器及電動(dòng)機(jī)三個(gè)主要部分組成。 電動(dòng)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)不但要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 具有高轉(zhuǎn)矩重量比、寬調(diào)速范圍、高可靠 性，而且電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性受電源功 率的影響，這就要求驅(qū)動(dòng)具有盡可能寬 的高效率區(qū)。我們所使用的電機(jī)一般為 直流電機(jī)，主要用到永磁直流電機(jī)、伺服 電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)三種。直流電機(jī)的控制 很簡(jiǎn)單，性能出眾，直流電源也容易實(shí) 現(xiàn)。這里主要介紹這種直流電機(jī)的驅(qū) 動(dòng)及控制。 4.1H 型橋式驅(qū)動(dòng)電路 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就 是H型全橋式電路，這種驅(qū)動(dòng)電路可以 很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分 別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。 它的基本原理圖如圖4.1所示。 全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只開(kāi)關(guān)管都工 作在斬波狀態(tài)，S1、S2為一組，S3、S4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則 另一組必須關(guān)斷。當(dāng)S1、S2導(dǎo)通時(shí)，S3、 S4關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí) 現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)S3、S4導(dǎo) 通時(shí)，S1、S2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電 壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。 圖4.1 在小車(chē)動(dòng)作的過(guò)程中，我們要不斷 地使電機(jī)在四個(gè)象限之間切換，即在正 轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在S1、S2導(dǎo) 通且S3、S4關(guān)斷，到S1、S2關(guān)斷且S3、 S4導(dǎo)通，這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在這種 情況下，理論上要求兩組控制信號(hào)完全 互補(bǔ)，但是，由于實(shí)際的開(kāi)關(guān)器件都存在 開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯 必然導(dǎo)致上下橋臂直通短路，比如在上 橋臂關(guān)斷的過(guò)程中，下橋臂導(dǎo)通了。這個(gè)過(guò)程可用圖4.2說(shuō)明。 圖4.2 因此，為了避免直通 短路且保證各個(gè)開(kāi)關(guān)管動(dòng)作之間的協(xié)同 性和同步性，兩組控制信號(hào)在理論上要 求互為倒相的邏輯關(guān)系，而實(shí)際上卻必須相差一個(gè)足夠的死區(qū)時(shí)間，這個(gè)矯正過(guò)程既可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋 臂的兩組控制信號(hào)之間增加延時(shí)，也可 以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)（具體方法參看后文）。 驅(qū)動(dòng)電流不僅可以通過(guò)主開(kāi)關(guān)管流通，而且還可以通過(guò)續(xù)流二極管流通。當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)便工作在發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流必須通過(guò)續(xù)流二極管流通，否則電機(jī)就會(huì)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)燒毀。 開(kāi)關(guān)管的選擇對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的影響很大，開(kāi)關(guān)管的選擇宜遵循以下原則： (1)由于驅(qū)動(dòng)電路是功率輸出，要求開(kāi)關(guān)管輸出功率較大； (2)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通 和關(guān)斷時(shí)間應(yīng)盡可能?。? (3)小車(chē)使用的電源電壓不高，因此開(kāi)關(guān)管的飽和壓降應(yīng)該盡量低。 在實(shí)際制作中，我們選用大功率達(dá)林頓管TIP122或場(chǎng)效應(yīng)管IRF530，效果都還不錯(cuò)，為了使電路簡(jiǎn)化，建議使用集成有橋式電路的電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片，如L298、LMD18200，性能比較穩(wěn)定可靠。 由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大，如果只用一組電源時(shí)會(huì)影響單片機(jī)的正常工作，所以我們選用雙電源供電。一組 5V給單片機(jī)和控制電路供電， 另外一組9V給電機(jī)供電。在控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分之間用光耦隔開(kāi)，以免影響控制部分電源的品質(zhì)，并在達(dá)林頓管的基極加三極管驅(qū)動(dòng)，可以給達(dá)林頓管提供足 夠大的基極電流。圖4.3所示為采用TIP122的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路，IOB8口為“0”，IOB9口輸入PWM波時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò) 改變PWM的占空比可以調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。而當(dāng)IOB9口為“0”，IOB8口輸入PWM 波時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，同樣通過(guò)改變PWM的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。 圖4.3 圖4.4為采用內(nèi)部集成有兩個(gè)橋式電 路的專(zhuān)用芯片L298所組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)芯片L298是驅(qū)動(dòng)二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專(zhuān)用芯片，我們利用它內(nèi)部的 橋式電路來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，這種方法有一系列的優(yōu)點(diǎn)。每一組PWM波用來(lái)控制一個(gè)電機(jī)的速度，而另外兩個(gè)I/O口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制比較簡(jiǎn)單，電路 也很簡(jiǎn)單，一個(gè)芯片內(nèi)包含有8個(gè)功率管，這樣簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜性，如圖所示IOB10、IOB11控制第一個(gè)電機(jī)的方向，IOB8輸入的PWM控制第一個(gè) 電機(jī)的速度；IOB12、IOB13控制第二個(gè)電機(jī)的方向，IOB9輸入的PWM控制第二個(gè)電機(jī)的速度。 圖4.4 LMD18200是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的專(zhuān)用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的H橋組件，同一芯片上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件。此種芯片瞬間驅(qū)動(dòng)電 流可達(dá)6A，正常工作電流可達(dá)3A，具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，無(wú)“shot-through”電流，而且此種芯片內(nèi)部還具有過(guò)流保護(hù)的測(cè)量電路，只需要在 LMD18200的8腳輸出端測(cè)出電壓和給定的電壓比較即可保護(hù)電路過(guò)流，從而實(shí)現(xiàn)電路的過(guò)流保護(hù)功能。由LMD18200組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖5所 示。LMD18200的5腳為PWM 波輸入端，通過(guò)改變PWM的占空比就可調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，改變3腳的高低電平即可控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。此電路和以上幾種驅(qū)動(dòng)電路比較具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率 大，穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)方便，安全可靠。 圖4.5 4.2P W M 控制 PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制，通常 配合橋式驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速， 非常簡(jiǎn)單，且調(diào)速范圍大，它的原理就 是直流斬波原理。如圖1所示，若S3、S4 關(guān)斷，S1、S2受PWM控制，假設(shè)高電平 導(dǎo)通，忽略開(kāi)關(guān)管損耗，則在一個(gè)周期 內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間為t，周期為T(mén)，波形如圖 4.6，則電機(jī)兩端的平均電壓為： U=Vcc t/ T=αVcc ，其中，α=t/T稱(chēng)為占空比，Vcc為電源電壓（電源電壓減去兩個(gè)開(kāi)關(guān) 管的飽和壓降）。 圖4.6 電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成比例，而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機(jī)的速度與占空比成比例，占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)得越快，當(dāng)占空比α＝1時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大。 PWM控制波形的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)模擬 電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，例如用555搭成的觸發(fā)電路，但是，這種電路的占空比不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，不能用于自動(dòng)控制小車(chē)的調(diào) 速。而目前使用的大多數(shù)單片機(jī)都可以直接輸出這種PWM波形，或通過(guò)時(shí)序模擬輸出，最適合小車(chē)的調(diào)速。我們使用的是ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)，它是 16位單片機(jī)，頻率最高達(dá)到49MHz，可提供2路PWM 直接輸出，頻率可調(diào)，占空比16級(jí)可調(diào)，控制電機(jī)的調(diào)速范圍大，使用方便。SPCE061單片機(jī)有32個(gè)I/O口， 內(nèi)部設(shè)有2個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，完全可以模擬任意頻率、占空比隨意調(diào)節(jié)的PWM信號(hào)輸出，用以控制電機(jī)調(diào)速。 在實(shí)際制作過(guò)程中，我們認(rèn)為控制信號(hào)的頻率不需要太高，一般在400Hz以下為宜，占空比16級(jí)調(diào)節(jié)也完全可以滿足調(diào)速要求，并且在小車(chē)行進(jìn)的過(guò)程中，占 空比不應(yīng)該太高，在直線前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎 的時(shí)候應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。若車(chē)速太快，則在 轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，方向不易控制；而車(chē)速太慢，則很浪費(fèi)時(shí)間。這時(shí)圖6可以根據(jù)具體情況慢慢調(diào)節(jié)。在2003年“簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)”的實(shí)際制作中，我們的小車(chē)驅(qū)動(dòng) 信號(hào)的占空比一般在8/16以下。 4.3通過(guò)軟件避免直通短路 從前面的分析可知，橋式驅(qū)動(dòng)電路中，由于開(kāi)關(guān)管有開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，因此存在上下橋臂直通 短路的問(wèn)題。直通短路的存在，容易使開(kāi)關(guān)管發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)燒毀開(kāi)關(guān)管，同時(shí)也增加了開(kāi)關(guān)管的能量損耗，浪費(fèi)了小車(chē)寶貴的能量。由于現(xiàn)在的許多集成驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi) 部已經(jīng)內(nèi)置了死區(qū)保護(hù)（如LMD18200），這里主要介紹的是利用開(kāi)關(guān)管等分立元件以及沒(méi)有死區(qū)保護(hù)的集成芯片制作驅(qū)動(dòng)電路時(shí)增加死區(qū)的方法。 死區(qū)時(shí)間的問(wèn)題，只有在正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的時(shí)候才存在，而在正轉(zhuǎn)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)啟動(dòng)的時(shí)候并沒(méi)有，因此不需要修正。如果開(kāi)關(guān) 管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間非常小，或者在硬件電路中增加延時(shí)環(huán)節(jié)，都可以降低開(kāi)關(guān)管的損耗和發(fā)熱。當(dāng)然，通過(guò)軟件避免直通短路是最好的辦法，它的操作簡(jiǎn)單，控制 靈活。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間，就是在突然換向的時(shí)候，插入一個(gè)延時(shí)的環(huán)節(jié)，待開(kāi)關(guān)管關(guān)斷之后，再開(kāi)通應(yīng)該開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管。圖2.1為利用軟件修正死區(qū)時(shí)間的流程 圖，在開(kāi)關(guān)管每次換向的時(shí)候，不立即進(jìn)行方向的切換，而是先使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷一段時(shí)間，使其完全關(guān)斷后再換向打開(kāi)另外的開(kāi)關(guān)管。這個(gè)關(guān)斷時(shí)間由單片機(jī)軟件延時(shí) 實(shí)現(xiàn)。 圖4.7 4.4小結(jié) 以上主要分析了電機(jī)的全橋式驅(qū)動(dòng)電路，這是直流電機(jī)調(diào)速使用最多的調(diào)速方法。目前市場(chǎng)上 有很多種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的集成電路，效率高，電路簡(jiǎn)單，使用也比較廣泛，但是其驅(qū)動(dòng)方法大多與全橋式驅(qū)動(dòng)一樣。PWM控制方法配合橋式驅(qū)動(dòng)電路，是目前直流電機(jī) 調(diào)速最普遍的方法。 第五章 單元電路的設(shè)計(jì) 5.1黑帶檢測(cè)方案選擇 方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。 　　當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見(jiàn)光照射到黑帶時(shí)，光線被黑帶吸收，光敏二極管為檢測(cè)到信號(hào)，呈高阻抗，使輸出端為低電平。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見(jiàn)光照射到地面時(shí)，它發(fā)出的可見(jiàn)光反射回來(lái)被光敏二極管檢測(cè)到，其阻抗迅速降低，此時(shí)輸出端為高電平。但是由于光敏二極管受環(huán)境中可見(jiàn)光影響較大，電路的穩(wěn)定性很差。 方案二：采用光敏電阻接受可見(jiàn)光檢測(cè)。 　　該電路采用T性網(wǎng)絡(luò)，可避免使用太大的反饋電阻，并且便于提高輸入阻抗。六組光敏電阻用于檢測(cè)可見(jiàn)光信號(hào)。但光敏電阻檢測(cè)到黑帶時(shí)，輸出端為低電平，但用光是電路輸出端顯示為高電平，信號(hào)返回給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制前輪的轉(zhuǎn)向。但由于需要正負(fù)電源，同時(shí)光敏電阻易受環(huán)境影響，穩(wěn)定性也很差。 圖3 光敏電阻檢測(cè)黑帶 方案三：利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收。采用六組紅外光敏耦合三極管發(fā)射和接受紅外信號(hào)，外面可見(jiàn)光對(duì)接收信號(hào)的影響較小，再用射極輸出器對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離。接收的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)經(jīng)LM339進(jìn)行比較，產(chǎn)生高電平或低電平返回給AT89S51。 　 LM339集成塊采用C-14型封裝，圖４為其外型及管腳排列圖。LM339類(lèi)似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱(chēng)為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱(chēng)為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱(chēng)為門(mén)限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng) “-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，把 LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只上拉電阻。輸入信號(hào)Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個(gè)參考電壓（門(mén)限電平）Ur。當(dāng)輸入電壓 Uin>Ur時(shí)，輸出為高電平UOH。 　　本方案經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，易于實(shí)現(xiàn)，可靠性好，因此采用方案三。黑帶檢測(cè)電路圖如圖2.2所示。輸出信號(hào)進(jìn)入LM339。穩(wěn)定性能得到提升。當(dāng)小車(chē)低部的某邊紅外線收發(fā)對(duì)管遇到黑帶時(shí)輸入電平為低電平，反之為高電平。結(jié)合中斷查詢(xún)方式，通過(guò)程序控制小車(chē)往哪個(gè)方向行走。 　　 圖5.1　　LM339外型及管腳排列圖　 5.2傳感器選擇 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的視覺(jué)和接近覺(jué)功能有多種方式：1）可使用CCD攝像頭進(jìn)行圖象采集和識(shí)別方法，但是不適用在小體積系統(tǒng)使用，并且還涉及圖象采集、圖象識(shí)別等領(lǐng)域。2）電容式接近傳感器，基于檢測(cè)對(duì)象表面靠近傳感元件時(shí)的電容變化。3）超聲波傳感器，根據(jù)波從發(fā)射到接收的傳播過(guò)程中所受到的影響來(lái)檢測(cè)物體的接近程度。4）紅外反射式光電傳感器，它包括一個(gè)可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個(gè)用作接收器的固態(tài)光敏二極管（或光敏三極管）。 根據(jù)使用場(chǎng)合的具體情況，傳感器要感知的對(duì)象是物體的有無(wú)和物體的接近程度，與精確的測(cè)距系統(tǒng)有相似之處，但又有不同，只要求判斷出簡(jiǎn)單的閾值或提供遠(yuǎn)、近分檔的距離。因此使用較簡(jiǎn)單的接近傳感器實(shí)現(xiàn)小車(chē)尋跡和避障是有依據(jù)可循的并且是可行的。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，系統(tǒng)中使用了八個(gè)紅外反射式光電傳感器，其中三個(gè)用于尋跡，三個(gè)用于障礙判斷，兩個(gè)用于主動(dòng)輪測(cè)速。 自單片機(jī)問(wèn)世以來(lái)，的確給人們的生產(chǎn)，生活帶來(lái)很大方便，現(xiàn)如今的智能化時(shí)代，由單片機(jī)派生出的各類(lèi)程序控制器也應(yīng)接不暇。為此，我采用微型可編程控制器 PROG-110設(shè)計(jì)并制作了此自尋跡程控車(chē)。該實(shí)驗(yàn)車(chē)是基于閉環(huán)控制原理設(shè)計(jì)制作的，它能夠檢測(cè)并且跟蹤已有的軌跡（指白色亮線），達(dá)到自動(dòng)尋跡目的。產(chǎn)品還具有音樂(lè)、閃光、訊響等多種功能，是集機(jī)械、電子、編程和娛樂(lè)于一體的智能玩具車(chē)模。 5.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理 反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二極管發(fā)出的光的頻率較集中，傳感器只接收很窄的頻率范圍信號(hào)，不容易被干擾但價(jià)格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測(cè)區(qū)域反射表面可受到光源照射同時(shí)又能被接收管接收到的范圍就能進(jìn)行檢測(cè)，然而這是一種理想的結(jié)果。因?yàn)楣獾姆瓷涫艿蕉喾N因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度，日光、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測(cè)量將因?yàn)楦蓴_產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)，采用對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。紅外反射光強(qiáng)法的測(cè)量原理是將發(fā)射信號(hào)經(jīng)調(diào)制后送紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號(hào)，原理如圖2.3 所示。 vout 發(fā) 射 反 4 射 接收電路 表 面 x/mm x 10 紅外發(fā)射接收原理 光強(qiáng)度相應(yīng)曲線 圖5.2 反射光強(qiáng)度的輸出信號(hào)電壓Vout 是反射面與傳感器之間距離x的函數(shù)，設(shè)反射面物質(zhì)為同種物質(zhì)時(shí)，x與Vout 的響應(yīng)曲線是非線性的，如圖2.3所示。設(shè)定輸出電壓達(dá)到某一閾值時(shí)作為目標(biāo)，不同的目標(biāo)距離閾值電壓是不同的。 5.4具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 接近覺(jué)傳感器應(yīng)用場(chǎng)合不同選擇不同，感覺(jué)的距離范圍不同，可從幾毫米到幾米。對(duì)于自動(dòng)尋跡和小車(chē)輪子的測(cè)速傳感器，反射距離都在１cm左右，探測(cè)環(huán)境都在陰影之下，不易受到日光的干擾。因此，這兩種探測(cè)的傳感器都選用FS-359F反射紅外傳感器，048W型封裝。該封裝形狀規(guī)則，便于安裝。對(duì)于障礙物的檢測(cè)，可以使用超聲波傳感器，效果也較好，但電路系統(tǒng)龐大，還需占用大量MCU時(shí)間。 上文的激光傳感器雖然性能不錯(cuò)，但價(jià)格較貴。從需要5—10cm垂直探測(cè)距離的要求來(lái)看，普通的紅外反射式傳感器又很難勝任。在對(duì)６個(gè)型號(hào)的傳感器測(cè)試后，選用了價(jià)格、性能基本適合的043W封裝的反射紅外傳感器。在使用約40ｍA的發(fā)射電流，沒(méi)有強(qiáng)烈日光干擾（在有日光燈的房間里）探測(cè)距離能達(dá)８cm，完全能滿足探測(cè)距離要求。紅外傳感器的電路有多種形式，在這