循迹小车的设计与制作文档格式.docx

1、尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面可用超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。 1、 设计方案根据题目的要求，确定如下方案：在现有电动小车的基础上加控制器，在小车前部加装传感器，在路面贴上特殊轨迹。由外加传感器对路面进行实时测量，并将测量数据传送至控制器，再由主控制器根据所检测的数据对电动小车行动进行控制，使小车跟随路面特殊轨迹行驶，以实现电动小车的自动寻迹。自动寻迹小车原理图1.1所示：路面数据 图1.1 自动寻迹小车原理图1.1电动小车模块1.1.1转向和动力转向和动力结合的电动小车。转向和动力结合的电动小车是使用两个独立的电动机各自带动一个轮胎位

2、于两侧，通过两个轮胎速度的改变实现小车的转向。控制所用程序较少，控制器控制起来简单（这种转向方式类似于坦克的转向方式。）为了小车的平衡再装上保持平衡的轮子。1.1.2 电动机模块为了实现电动小车对行走路径的准确定位和精确测量，采用步进电机。步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行原件。控制方便，体积小，灵活性和可靠性高，具有瞬时启动和急速停止的优越性，比较适合本系统控制精度高的特点。价格较高。1.1.3调速系统脉宽调速系统。采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，

3、直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。可在行进间变速，直道高速，弯道低速。PWM调速系统有下列优点：（1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。（2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应

4、性能好，动态抗扰能力强。（3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有限。为顺利实现电动小汽车的前行与倒车，本设计采用了可逆PWM变换器。可逆PWM变换器主电路的结构式有H型、T型等类型。我们在设计中采用了常用的双极式H型变换器，它是由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。1.1.4 电机驱动模块采用集成芯片L9110驱动直流电机。L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成

5、本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/COMS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每个通道能通过750800mA的持续电流，峰值电流能力可达1.52.0；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机、开关功率管的使用上安全可靠。L9110被广泛用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。1.2 控制模块采用AT89S52单片机作为主控制器。AT89S52是一款低功耗，高性能的8位单片机，片内含有8KB的Flash片内程序存储器，256 Bytes

6、的RAM，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断等。价格便宜，使用方便。编程实现难度低，适合用来实现系统的控制功能。1.3 传感器模块采用光电传感器。光电传感器原理简单，实现方便，价格低廉，可集发射器和接收器于一体。使用这类光电传感器电路简单，工作性能稳定，能完成需要的信号检测功能。1.4 电源模块用4节五号电池串联6V直流电源。在不超过单片机工作电压范围的情况下，又能驱动直流电机。且这个电源结构简单，价格便宜，易得到。2 、硬件设计本设计硬件由一下三个模块组成：1.以驱动芯片L9110为主的电动小车模块。2.以AT89S52为控制器的控制器模块。3.以红外线传

7、感器为主的传感器模块。整个设计由传感器模块向控制模块提供路面情况，控制模块根据情况控制电动小车移动，三个模块相互合达到设计要求 。2.1 主要元器件的介绍2.1.1 电机驱动芯片L9110其特点有，低静态工作电流；宽电压电源范围2.5V12V；每个通道具有800mA连续输出能力；较低的饱和压降，TTL/COMS输出电平兼容，可直接连CPU；输出内置钳位二极管；适用于感性负载，控制驱动集成于单片IC中；具备管脚高压保护功能；工作温度-2080L9110。其管脚图如图2.1所示。OA：A路输出脚。VCC：电源电压。OB：B脚输出管脚。GND：地线。IA：A路输入管脚。IB：B路输入管脚。其应用电路

8、如图2.2 所示。管脚波形图如图2.3所示。T=25时的参数如表2.1。电器特性标如表2.2。 图2.1 L9110管脚图 图2.2 L9110的应用电路图表2.1 T=25时的参数表符号参数最小典型最大单位VCCmax 电源电压2.2512V Iout max 输出电流8001000mV VH in 输入高电平 VL in 输出低电平0.50.7 PD max 允许电源损耗mW Topr 操作温度-302585 表2.2 T=25 Vcc=5V时电器特性标范 围IDD静态电流0.12uAVo1输出饱和压降Io=500mA11.15Vo2输出饱和压降Io=200mA0.750.85I in操作

9、电流100200I out持续输出电流750850mAI max电流峰值15002000 图2.3 管脚波形图2.1.2 AT89S52AT89S52单片机由以下功能部件组成：微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成,对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。（1）微处理器：该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。（2）数据存储器：片内为256 Bytes RAM，片外最

10、多可外扩至64K字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。（3）程序存储器：由于受集成度限制，片内有8KB Flash存储器，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64K字节。（4）中断系统：具有5个中断源，2级中断优先权。（5）定时器/计数器：片内有2个16位的定时器/计数器， 具有四种工作方式。（6）串行口：1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。（7）输入/输出（I/O）口：P1口、P2口

11、、P3口、P4口为4个并行8位I/O口。（8）特殊功能寄存器：共有21个，用于对片内的个功能的部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输

12、出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 S

13、CK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4

14、 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚 第二功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 INTO（外中断0） P3.3 INT1（外中断1） P3.4 TO（定时/计数器0） P3.5 T1（定时/计数器1） P3.6 WR（外部数据存储器写选通） P3.7 RD（外部数据存储器读选通） 此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引

15、脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。P

16、SEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相

17、放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。并不是所有的地址都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。读这些地址，一般将得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地址写入数据“1”。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后，这些位都为“0”。定时器 2 寄存器：寄存器T2CON 和T2MOD 包含定时器2 的控制位和状态位（如表2和表3所示），寄存器对RCAP2H和RCAP2L是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。中断寄存器：各中断允许位在IE寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE中设置。双数据指针寄存器：为了更有利于访问内部和外部数据存储

18、器，系统提供了两路16位数据指针寄存器：位于SFR中82H83H的DP0和位于84H85。特殊寄存器AUXR1中DPS0 选择DP0；DPS=1 选择DP1。用户应该在访问数据指针寄存器前先初始化DPS至合理的值。辅助寄存器 AUXR 地址：8EH 复位值：XXX00XX0B不可位寻址预留扩展用DISALE ALE使能标志位 ：DISALE 操作方式 ：为0时 ALE 以1/6晶振频率输出信号。为1时 ALE 只有在执行MOVX 或MOVC指令时激活。DISRTO 复位输出标志位：为0时看门狗（WDT）定时结束，Reset 输出高电平。为1时Reset 只有输入。WDIDLE 空闲模式下WDT

19、 使能标志位 ：为0时空闲模式下，WDT继续计数。为1时空闲模式下，WDT停止计数。掉电标志位：掉电标志位（POF）位于特殊寄存器PCON的第四位（PCON.4）。上电期间POF置“1”。POF可以软件控制使用与否，但不受复位影响。辅助寄存器1：AUXR1地址A2H 复位值：XXXXXXX0B不可位寻址。预留扩展用DPS 数据指针选择位DPS：为0时选择DPTR寄存器DP0L和DP0H1，为1时选择DPTR寄存器DP1L和DP1H。（1）存储器结构MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。（2）程序存储器：如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储

20、器开始。对于 89S52，如果EA 接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。（3）数据存储器：AT89S52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH 的地址时，寻址方式决定CPU 访问高128 字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。下面的直接寻址指令访问0A0H（P2口）存储单元MOV 0A0H , #data使用间接寻址方式访问高128 字节RAM。例如，下

21、面的间接寻址方式中，R0 内容为0A0H，访问的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。MOV R0 , #data堆栈操作也是简介寻址方式。因此，高128字节数据RAM也可用于堆栈空间。（4）看门狗定时器WDT是一种需要软件控制的复位方式。WDT 由13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器（WDTRST）构成。WDT 在默认情况下无法工作；为了激活WDT，用户必须往WDTRST 寄存器（地址：0A6H）中依次写入01EH 和0E1H。当WDT激活后，晶振工作，WDT在每个机器周期都会增加。WDT计时周期依赖于外部时钟频率。除了复位（硬件复位或WDT溢出复位

22、），没有办法停止WDT工作。当WDT溢出，它将驱动RSR引脚一个高电平输出。WDT的使用为了激活WDT，用户必须向WDTRST寄存器（地址为0A6H的SFR）依次写入0E1H和0E1H。当WDT激活后，用户必须向WDTRST写入01EH和0E1H喂狗来避免WDT溢出。当计数达到8191（1FFFH）时，13 位计数器将会溢出，这将会复位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一个机器周期WDT 都会增加。为了复位WDT，用户必须向WDTRST 写入01EH 和0E1H（WDTRST 是只读寄存器）。WDT 计数器不能读或写。当WDT 计数器溢出时，将给RST 引脚产生一个复位脉冲输出，这个复位脉冲

23、持续96个晶振周期（TOSC），其中TOSC=1/FOSC。为了很好地使用WDT，应该在一定时间内周期性写入那部分代码，以避免WDT复位。掉电和空闲方式下的 WDT在掉电模式下，晶振停止工作，这意味这WDT也停止了工作。在这种方式下，用户不必喂狗。有两种方式可以离开掉电模式：硬件复位或通过一个激活的外部中断。通过硬件复位退出掉电模式后，用户就应该给WDT 喂狗，就如同通常AT89S52 复位一样。通过中断退出掉电模式的情形有很大的不同。中断应持续拉低很长一段时间，使得晶振稳定。当中断拉高后，执行中断服务程序。为了防止WDT在中断保持低电平的时候复位器件，WDT 直到中断拉低后才开始工作。这就意

24、味着WDT 应该在中断服务程序中复位。为了确保在离开掉电模式最初的几个状态WDT不被溢出，最好在进入掉电模式前就复位WDT。在进入待机模式前，特殊寄存器AUXR的WDIDLE位用来决定WDT是否继续计数。默认状态下，在待机模式下，WDIDLE0，WDT继续计数。为了防止WDT在待机模式下复位AT89S52，用户应该建立一个定时器，定时离开待机模式，喂狗，再重新进入待机模式。UART在AT89S52 中，UART 的操作与AT89C51 和AT89C52 一样。为了获得更深入的关于UART 的信息，选择“Products”，然后选择“8051-Architech Flash Microcontr

25、oller”，再选择“ProductOverview”即可。定时器 0 和定时器1在AT89S52 中，定时器0 和定时器1 的操作与AT89C51 和AT89C52 一样。定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择。定时器2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。如表3 所示，工作模式由T2CON中的相关位选择。定时器2 有2 个8位寄存器：TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周期，TL2 寄存器都会加1。由于一个机器周期由12 个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。捕捉方式在捕捉模式下，通过T2CON中的EXEN2来选择两种方式。如果EXEN2=0，定时器2时一个16位定时/计数器，溢出时，对T2CON 的TF2标志置位，TF2引起中断。如果EXEN2=1，定时器2做相同的操作。除上述功能外，外部输入T2EX引脚（P1.1）1至0的下跳变也会使得TH2和TL2中的值分别捕捉到RCAP2H和RCAP2L中。除此之外，T2EX 的跳变会引起T2CON 中的EXF2 置位。像TF2 一样，T2EX 也会引起中断。在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角T2 发生1 至0 的下降沿时增加1。在这种