基于单片机开发的循迹小车.doc

1、摘 要智能作为现代发明的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能往返电动车是其中的一个体现。本次设计的简易智能自动往返电动车，采用AT89S51单片机作为小车的检测和控制核心；采用红外传感器检测跑道黑线，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶；采用霍尔元件A3144E检测小车行驶的里程；采用LED数码管实时显示小车行驶的时间和里程，小车停止行驶后，显示小车行驶时间、行驶距离。本设计结构简单，具有一定的智能化、人性化，而且较容易实现。关键词：智能；AT89S51单片机；红外传感器；

2、自动往返Microcontroller development of the tracking carAbstract The intelligence as the modern inventions development direction, he may defer to the pattern which establishes in advance in an environment the automatic operation, does not need the artificial management, may apply in the science explorati

3、on and so on use. The intelligent round-trip electric car is one manifests. This designs simple intelligence travels between the electric car automatically, uses at89S51 monolithic integrated circuit to take cars examination and the control core; Uses the infrared sensor examination runway heavy lin

4、e, thus feeds back the signal delivers the monolithic integrated circuit, causes the monolithic integrated circuit according to the predetermined working pattern control car in various regions according to the predetermined speed travel; Uses Hall the part A3144E examination car travel the course; U

5、ses the LED nixietube real time display car travel the time and the course, after the car stops the travel, demonstrates the car travel time, the travel distance. This design structure is simple, has certain intellectualization, user-friendly, moreover easy to realize.Key words： Intelligence ; AT89S

6、51; Infrared sensor ; automatic 目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景11.2 立题的目的意义11.3 课题的技术指标21.4 整体方案设计21.4.1 设计要点21.4.2系统方案21.5 本章小结42 整机电路原理52.1 整机电路原理图52.2单片机的最小系统52.2.1 MCS-51单片机硬件结构52.2.2单片机I/O端口62.2.3 MCS-51的引脚功能72.2.4 时钟电路与复位电路82.3 整机电路工作原理92.4 本章小结103 整机电路的设计与分析113.1 寻迹检测电路113.1.1寻迹传感器的选择113.1.2 寻

7、迹检测电路工作原理113.2电机控制电路123.2.1 电机选择123.2.2 电机正/反转电路工作原理123.2.3电机变速电路工作原理133.3 里程检测电路143.3.1 霍尔传感器143.3.2 里程检测电路工作原理143.4电源电路153.4.1 7805的组成及工作原理153.5 LED显示电路163.5.1 数码管显示原理163.5.2 LED显示电路工作原理173.6 本章小结184 软件设计194.1 系统内存资源的分配194.2系统主要程序设计194.3 软件流程图204.4 本章小结205 电路的组装与调试215.1电路的安装步骤215.2焊接元件注意事项215.3 软件

8、设计的注意事项225.4 电路调试235.5 本章小结23结论24致 谢25参考文献26附 录2734*学院毕业设计基于单片机开发的循迹小车1 绪论1.1 课题背景随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、里程，可程控行驶速度、准确定位停车。根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外线，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测

9、量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。采用AT89S51单片机为控制核心，利用红外传感器检测跑道黑线，控制小汽车实现快慢速行驶，自动停车，自动寻迹，以及自动记录时间和里程功能。通过读取检测电路产生的信号，判断汽车当前状态，并根据状态发出指令控制驱动电路部分，实现电机电流的通断，以及电机的正/反转等，根据检测线条标志实现自动往返功能。驱动电路中电流的通断及电机的正反转由单片机控制电路实现。1.2 立题的目的意义加深对理论知识的理解，学习理论知识在实

10、际中的运用，培养动手能力和解决实际问题的能力，熟悉用WAVE软件调试程序和仿真，并提高对单片机的认识，焊接、布局、电路检查能力以及软件调试能力；进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应工作打下基础。1.3 课题的技术指标1、车辆行驶至第一条黑线时开始全速运行，行驶至限速区时减速，行驶至第四条黑线时全速运行，行驶至第五条黑线时减速。2、第三第四条黑线间为限速区，车辆往返均

11、要求以低速通过，但不允许在限速区内停车。3、到达终点线停车10秒，然后返回到起点。到达终点线和返回起跑线时，起跑线和终点线的停车位置需压线。4、小车总往返时间不多于40秒。1.4 整体方案设计1.4.1 设计要点1、严格规定了跑道上起跑线、终点线和几条重要标记线的位置以及限速区的长度。要求使总往返时间最短（即在题目允许的情况下尽可能提高车速），而通过低速区的时间不得少于8秒，但不允许在低速区内停车，这就要求我们设计出使小车从高速平稳降低到一个可以满足题目要求的速度方案。2、小车停止的定位也是一个要点。要想使小车停止时的中心线离终点线和起跑线偏差最小，就要考虑小车在不同负载情况下的惯性、路面情况

12、等诸多因素，须理论计算或实验测量。3、规定的跑道长约十几米，要使小车在这样宽度的一条跑道中往返三十余米，小车在行驶过程中，由于颠簸或其他因素造成检测标志线出错的情况，必须考虑系统的检测纠错能力。4、全部电路都安装在小车上采用电池供电，而电池电量及功率有限，这就意味着所采用的芯片要越少越好，电路功耗越低越好。1.4.2系统方案根据题目要求，本小车可以有两个实现方案：方案一：小车行驶的整个过程速度不能太快，当到了限速区时，就减低车速，如果前一段时间车速太快的话，由于存在惯性的作用，车速会很难减低速度；停车时也是一样，当检测到停车黑线进入缓冲区时，关闭电机，让车的惯性到达最后那条黑线。倒车的过程也是

13、一样，车速不能太快。这种方案对于车的惯性要进行多次测试，最终得出最佳的速度曲线，但是这样做的话工作量很大，而且走完的整个过程的时间长。方案二：前一段路路程全速行驶，到了限速区时，加一个反向电压给电机，使电机迅速减速；过了限速区后，车又全速行驶，知道检测到停车黑线后就立刻加一个时间比较长的反向电压，使电机迅速停止，实现停车。后退也是一样，加一个反向电压给电机，实现迅速减速或停车。这个方案虽然使用时间大大缩短了，但是需要注意的是加反向电压的时间和当加反向电压时，电机就等于短路，电流很大，其它其他器件的电流变小而可能不能正常运行。基于两个方案，我们选择了方案二，因为它完成整个过程的时间少，不会受制于

14、车的惯性，至于加反向电压时会影响其他器件正常工作方面，只要在电源两端加两个很大的接地电容，就可以解决了。当加反向电压时，就可以补偿其它器件变小了的电流，使其能正常运行。 89S51单片机循迹检测里程检测复位电路时钟电路电机驱动时间和里程显示声光提示电机电源电路图1-1 整机框图小车具有一定的智能性，采用以单片机为核心的控制器构成的系统，因为有单片机软件和算法的支持，可以使硬件电路简单、控制灵活、实现方便、性能可靠。我们采用以AT89S51单片机为核心的控制系统，系统可分为单片机控制电路、电机控制电路、寻迹检测电路、里程检测电路、LED显示电路、声光指示电路、电源电路。其整机框图如图1-1所示。

15、软件是本系统的灵魂，在软件设计时，将从系统实用可靠、方便灵活等几个方面出发，使程序满足本题目的要求。本系统软件分为主模块、两个外部中断和一个定时中断。其中定时中断作为全程计时的时钟基准，外部中断1记录小车车轮的转数,在小汽车行驶时,用红外光电检测电路检测行车标志信号,此信号作为中断的触发信号。1.5 本章小结本章主要介绍了课题背景、立题目的目的与意义、课题的技术指标以及整体方案设计，并对整体方案进行了论证和比较。2 整机电路原理2.1 整机电路原理图整机电路可分为单片机控制电路、电机控制电路、寻迹检测电路、里程检测电路、LED显示电路、电源电路。整机电路原理图如2-1图所示。图2-1 整机电路

16、原理图2.2单片机的最小系统2.2.1 MCS-51单片机硬件结构80C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、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，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但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

17、变量的处理。2、数据存储器。片内为128个字节，片外最多可外扩至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，片内只读存储器一般容量较小，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

18、、P1口、P2口、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。MCS-51单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。80C51单片机的CPU中的位处理器是一个完整的1位微计算机，这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集，运算处理方面有明显的长处。MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相承。2.2.2单片机I/O端口MCS-51单片机共

19、有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，共有32根口线，各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线时分复用口，可驱动8个LS型TTL负载。当P0口进行数据输出时，由于输出电路是漏极开路电路，必须外接上拉电阻才能有高电平输出。P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。由于P1口用来传送数据，因此输出电路中有上拉电阻，上拉电阻与场效应管共同组成输出驱动电路。P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（8）位复用，可驱动4个LS型TTL负载。P3口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL

20、负载。当作为通用的I/O口使用时，电路中的“第二功能”线应保持高电平。2.2.3 MCS-51的引脚功能掌握MCS-51单片机，应首先了解MCS-51的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能。如图2-2所示。各管脚功能如下：主电源引脚：Vss、 Vcc外接晶振引脚：XTAL1、XTAL2控制或复位引脚：RST/VPD 两个机器周期高电平，单片机复位。SP ：07HSFR/PC： 清0不影响内RAM状态，机器从0地址开始执行。ALE/PROG ：地址锁存控制端提供1/6 fosc振荡频率，输入编程脉冲EPROMPSEN：外部程序内存的读选通信号端。EA/VPP：EA = 1 ，访问内部程序内存当PC值超过

21、内ROM范围（0FFFH）时，自动转执行外部内存的程序EA = 0 ， 只访问外部程序内存。对8751机，可施加21V编程电源（Vpp） 输入/输出引脚：P0 P3 口：输出高电平。四个I / O口，每口8线，共同32线。图2-2 MCS-51引脚图2.2.4 时钟电路与复位电路1)单片机复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC0000H，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。单片机复位的条件是：必须使RST/Vpd或RST引脚(9)加上持续两个机器周期(即24个振荡周

22、期)的高电平。本系统时钟频率为12MHz，每机器周期为1us，则只需2us以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机的复位电路如图2-3所示。图2-3 单片机复位电路图中C4为上电复位电路，它是利用电容充放电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。图中S1、R2构成按键复位电路。若要复位，只需按图中的S1键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生复位高电平，两个机器周期后单片机复位。2)单片机时钟振荡电路MCS-51单片机各

23、功能部件运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊得一拍一拍地工作，因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性，常用的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。本电路采用内部时钟方式。具体电路见图2-4，本电路的时钟为12MHZ左右，该电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器稳定性和起振的快速性，本电路采用33pF的磁片电容。图2-4 单片机时钟振荡电路2.3 整机电路工作原理采用AT89S51单片机作为整机的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过红外放大接收电路送到单片机系统处理。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复

24、杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。其工作原理：小车行驶时，利用单片机14、15脚电位的高低去控制三极管的截止和导通状态，从而实现小车驱动电机的正反转功能。电机驱动电压由AT89S51单片机的P1.1和P1.2分别控制。当P1.1为1，P1.2为0时，电机驱动电压为+5V，小车进入高速行驶状态；当P1.1为0，P1.2为1时，电机驱动电压为+3V，小车进入低速行驶状态。当P1.0为高电位时，电机供电三极管D880截止，关闭电机电源实现停车功能；当P1.0为低电平时，D880输出电机驱动电压，小车按单片机的指令执行各种功能。当小车在白色平板上行驶时，输出

25、为高电平，当检测到黑线时，输出为低电平。使单片机的P3.2口发生高低电平跳变，经放大整形后送入单片机分析处理，单片机运行程序后实现小车的寻迹检测功能。小车行驶时，霍尔器件输出高电平，当车轮内侧的磁铁靠近霍尔元件平面时，使得霍尔器件输出低电平，车轮每转一周就由其产生一个低电平脉冲，使单片机外部中断1产生中断，从而使里程脉冲数累计一次。实现里程计数，并通过数码管显示。单片机中程序正常运行，通过P2口和P0口驱动数码管点亮，因P2口的应用特性P2口正常工作时需接限流电阻，电流减小不足以点亮数码管，而后经三极管放大送入数码管的公共端，点亮数码管。同时显示小车行驶时间和路程。2.4 本章小结本章主要对单

26、片机最小系统部分进行分析论证，阐述各单元电路的工作原理，并绘制了原理图。3 整机电路的设计与分析单片机控制系统是整个电路的核心部分，它对各单元电路输出信号进行采集、处理和分析。其电路由单片机控制电路、电机控制电路、寻迹检测电路、里程检测电路、LED显示电路、声光指示电路和电源电路组成。如下将分步介绍各单元电路。3.1 寻迹检测电路本小车中的寻迹检测电路主要用于检测跑道黑线标志。3.1.1寻迹传感器的选择方案一：用光敏电阻组成寻迹传感器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白纸上面时，光线反射强烈，光线照射到黑线上面时，光线反射较弱。因此光敏电阻在白纸和黑线上方时，阻值会

27、发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此考虑其他更加稳定的方案。方案二：用红外发射管和接收管制作光电寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回来的光线则说明检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则说明检测出黑线继而输出高电平。这样的寻迹传感器能够满足寻迹要求，其发射管是一个砷化镓红外发光二极管，而接收管是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。此红外光电对管寻迹电路结构简单、受光照影响小、工作稳定且实用。因此选择了方案二。3.1.2 寻迹检测电路工作原理用于检测跑

28、道标志的脉冲信号由光敏二极管、光敏三极管电路组成。电路如图3-1所示。当红外线遇到白色物体时发生强烈漫反射，被装在小车上的接收管接收，输出高电平“1”；当遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管收不到红外光，输出低电平“0”。单片机以是否接收到反射回来的红外光为依据来确定黑线位置和小车将要行走路线。工作原理如下：当小车在白色平板上行驶时，输出为高电平，Q6发射极对地，Q6导通，+5V经R1为Q6提供集电极偏置电压，Q7基极为高电平，发射极对地，使Q7导通，Q7集电极输出高电平送入单片机P3.2口。当小车行驶至黑线时，输出为低电平，Q6发射极对地，Q6截止，Q6集电极输出低电平到Q7基极， +5V

29、经集电极电阻R2给Q7提供偏置电压，使Q7截止。Q7输出低电平送入单片机P3.2口。从而使单片机P3.2口的输入脉冲发生高低电平变化，将低电平作中断计数判断用。图3-1 跑道标志检测电路3.2电机控制电路3.2.1 电机选择设计中，我们采用了高性能的伺服电机，小车加速及减速都在很短时间内完成。为了使小车在加速及减速过程中行驶平稳，在认真研究了电机调速与驱动部分后，对各模块的实现有以下不同的设计方案： 方案一：采用步进电机。步进电机定位准确，可以精确控制电机转速及转过角度，记录小车行驶路程。但系统设计对小车速度有要求，而步进电机的高速特性远远不能达到设计要求，故不选用步进电机。方案二：采用直流电

30、机。直流电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力。而且控制电路比较简易。直流电机可以较好的满足系统的设计要求，因此选择了方案二。3.2.2 电机正/反转电路工作原理 本系统的电机驱动电路采用两对推挽式放大电路，利用单片机的P3.4和P3.5口电位的高低去控制三极管的截止和导通状态，从而实现小汽车驱动电机的正/反转功能。为了防止电机转动时对单片机的干扰影响，提高单片机的稳定性，本电路在电机的两端加了抗干扰电容。其电路组成如图3-2所示。图3-2 电机正/反转控制电路工作原理如下：输入电压+5V同时加在两个三极管

31、Q12、Q13的发射极上，先使Q12导通，产生的基极电流流过R6给Q10提供集电极偏置电压。当P3.5为高电平，P3.4为低电平时，电压经R10为Q10提供基极偏置电压，产生基极电流，使Q10导通，经Q10的发射极电阻R8给Q9提供基极电流，Q9导通，Q12集电极电流流进电机一端，电机的另一端流向Q9集电极，Q9发射极等效对地，构成回路。当P3.5为低电平，P3.4为高电平时，电压经R6给Q6提供基极电压，+5V电压加到Q2发射极上使Q2导通，产生的基极电流经R7流入Q11集电极，使Q11导通，Q11发射极输出的电流经R9流进Q8基极，Q8导通，Q13集电极输出的电流流进电机一端，另一端流入Q

32、8集电极，Q8发射极等效对地，构成回路。从而实现电机的正/反转功能。 3.2.3电机变速电路工作原理电机驱动电压由AT89S51单片机的P1.7和P1.6分别控制。P1.0为电机驱动的开关电压。利用两个稳压管与三极管构成的电路实现小车的变速功能。其电路如图3-3所示。图3-3电机变速电路工作原理如下：当P1.0为高电平时，Q3对地导通，产生的集电极电流流入Q5基极，Q5集电极接地，使Q5截止，Q5发射极与Q4基极相连，Q4基极电位下降，Q4集电极接+9V后，使Q4截止。Q4为电机供电三极管，关闭电机电源，实现停车功能。当P1.0为低电平时，Q3截止，Q5基极为低电平、集电极对地，从而使Q5导通

33、，+9V为Q4提供集电极电压，Q4导通，Q4输出电机驱动电压，小车按单片机的指令执行变速功能。当P1.1为高电平，P1.2为低电平时，Q1饱和导通，Q2截止，+9V电压经过R5限流电阻流入两个稳压管，D1稳压管导通，经Q4输出5V电压给电机正/反转电路，小车进入高速行驶状态。当P1.1为低电平，P1.2为高电平时，Q1截止，Q2饱和导通，D2因反向工作在+9V电压下，经Q4导通输出3V电压给电机正反转电路，小车进入低速行驶状态。从而实现小车的变速功能。3.3 里程检测电路优先采用霍尔元件集成片，该器件内部由三片霍尔元件组成，当磁铁正对金属板时，由于霍尔反应，可以产生电流的变化，对此加以判断，将

34、霍尔集成片安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行对车速的测量。霍尔元件广泛应用于工业领域，其小而薄的外形符合本小车要求。3.3.1 霍尔传感器传感器按工作原理可分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、超声波传感器等。本电路采用A3144E型号的霍尔式传感器。A3144E是一种开关集成传感器，内部由霍尔器件、施密特电路和开关三极管电路组成，供电为单电源。霍尔传感器内部工作原理：A3144E输出端连接红色发光二极管及负载电阻器。接通电源，霍尔开关内部的三极管开关处于截止状态，输出高电平，连接在输出端的红色发光二极管不亮。当磁铁E的磁极靠近霍尔开关管平面

35、时，霍尔器件输出端跌落为低电平，红色发光二极管点亮，实验中，如果磁铁控制不起作用，则需要颠倒磁极或者从霍尔器件另一平面靠近。3.3.2 里程检测电路工作原理如图3-4所示。在霍尔元件的电源和输出端接上2K电位器R1，R1起到限流电阻的作用。将霍尔元件安装在小车后左轮，小块磁铁镶嵌在车轮内侧，小车行驶时，霍尔器件输出高电平，当车轮内侧的磁铁靠近霍尔元件平面时，使得霍尔器件输出低电平，车轮每转一周就由其产生一个低电平脉冲，使单片机外部中断1（P3.3）产生中断，从而使里程脉冲数累计一次。车轮旋转过程中，A3144E输出端将快速产生高低电平跳变。从而实现小车里程计数功能。根据本小车轮子的周长，每转6

36、周为1m，所以每累计6个脉冲就是1m。图3-4 里程脉冲检测电路3.4电源电路方案一：采用单一电池电源供电。这样供电比较简单；但是由于电动机启动瞬间电流较大，而且PWM驱动电动机电流波动较大，会造成电源电压不稳，可能造成传感器误检测，甚至单片机程序跑飞、复位等异常现象。方案二：双电源：将电机驱动电源与控制系统电源分开，光电耦合连接。提高系统的稳定性。本系统采用方案二。3.4.1 7805的组成及工作原理为了使系统更加稳定，本电路采用双电源供电，一路为电机及驱动电路供电，一路通过三端稳压器7805为单片机、传感器供电。具体电路如图3-5所示。电路中的滤波电容 C7可以改善输出的电压纹波。C8是当

37、负载电流突变时，为改善电源的动态特性而设的，取值约为100470uF。C7、C8均为电解电容。在结构上，它们是由两个电容极板中间加绝缘介质卷绕而成的。因此，对电源中的高频分量，电解电容均含有电感，而集成稳压器内部带有负反馈，在高频下，通过C7、C8的耦合，可能会使稳压器的输出端产生有害振荡。C6、C5正是为抑制这种振荡或消除电网串入的高频干扰而设置的，通常C6、C5取值为0.10.33uF。D2为电源指示灯。图3-5 7805稳压电路3.5 LED显示电路方案一：用LCD液晶进行显示。LCD由于其显示清晰，显示内容丰富、显示信息量大，使用方便，显示速度快。但是占用大量的程序资源，编程复杂，因此

38、放弃了此方案。方案二：用LED数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了而得到了广泛应用。虽然数码管无法显示更多丰富的内容但是对于显示时间来说已经够用。因此，采用了方案二。3.5.1 数码管显示原理数码管实际上是由7个发光数码管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。我们分别把他命名为a、b、c、d、e、f、g、dp。如图3-9所示。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。共阴数码管内部连接

39、如图3-6所示。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，本电路中采用动态显示驱动。abcdefg图3-6 数码管原理图动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数

40、码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.5.2 LED显示电路工作原理对多位LED显示器采用动态扫描的方法进行显示。系统采用7位数码管显示，前3位数码管显示的数值表示里程，显示的范围为1-999m；后四位数码管的数值表示一次往返过程中所需的总时间，其中前两位表示分

41、，后两位表示秒。往返到起点时显示的数值是一次往返的总时间。P0口作段码数据输出，P2口为扫描输出口。其工作原理如下：本小车采用共阴型数码管，单片机的P0口与数码管的8个笔端依次相连。P0口正常工作时需加上拉电阻，而后将8个电阻接上电源。数码管要想显示还需将数码管的公共端与单片机的P2口相连，但是，由于是共阴三极管，而且因为是动态显示，P2口正常工作需接限流电阻，这样提供给数码管的电流就会减小，不能使数码管点亮，所以要在每个公共端接上PNP型三极管，将7个三极管的基极接限流电阻，发射极接7个公共端，而后将集电极接地。三极管将P2口输出的电流放大后提供给数码管，单片机内程序运行数码管就会点亮。D1

42、集成数码管由右向左依次计数，显示小车行驶路程；同时D2管也点亮，由右向左显示行驶时间。LED数码管与单片机连接电路如图3-7所示。图3-7数码管显示电路原理图3.6 本章小结本章主要对硬件电路的各单元部分进行分析论证，并针对各单元电路所实现的功能选择所需器件，从而提高电路的可靠性。阐述各单元电路的工作原理，并绘制了原理图。单元电路设计的好坏对整体电路起到至关重要的作用。4 软件设计4.1 系统内存资源的分配20H24H内存单元作为里程计数用（23H为跑道条数存放单元），采用十进制计数，最大计数值为999m。70H73H为时间计数单元，采用十进制BCD码计数，最大记录时间为59分59秒。显示数据

43、在70H76H单元中，其中74H76H单元内为里程显示数据。为了标志是终点停车还是起点停车，用位地址30H（即35H.0位）的位值作为判断标志。4.2系统主要程序设计1、初始化程序主要完成70H76H、20H23H等单元的清0，设置T1为16位定时模式，开放T1、外中断0和外中断1的中断。2、主程序 主要完成初始化工作，设定小汽车的初始运行状态，其程序流程图如图所示。3、外中断0服务程序其任务是根据小车到达黑线的位置控制小车的运行状态。4、慢车子程序慢车子程序执行时，先对电机进行反向驱动约150毫米，使其刹车，然后该供低电压，使电机慢速转动。5、停止子程序当执行停车时，先对黑线道计数器单元23

44、H清0，再反向驱动停车后关电机电源，然后延时10秒，对30H位取反，以判断是中途停车还是起点停车。若是起点停车，计时单元清0最后，设小车为初始运动状态。6、里程计数处理程序（外中断1服务程序）里程计数器采用十进制计数，最大计数值为999米。当退出时，将计数值移入74H6H显示数据存储单元。7、计时程序8、延时程序延时程序均采用调用显示子程序的方法，以改善LED显示的效果。4.3 软件流程图主程序流程图如图4-1所示。开始初始化调用行驶方式程序调用电机驱动程序调用显示程序检测行车状态标志图4-1 主程序流程图4.4 本章小结本章主要完成程序设计及绘制程序流程图。主要包括主程序设计、外中断0服务程

45、序、慢车控制子程序、快车控制子程序、停车控制程序、外中断1程序、显示程序，加1操作程序、清0程序、时间计时器程序、计时清0程序如附录4所示。5 电路的组装与调试电路的安装与调试是电路设计过程中最重要的环节，本章主要介绍了电路的安装步骤、软件调试、电路调试等问题，并对单元电路和整机电路的调试过程进行讲解。5.1电路的安装步骤在组装整机电路时，有三种方式可以选择，分别是利用面包板连接电路、用万用板焊接电路、用电子线路做成PCB电路。利用面包板连接电路的优点是电路连接方便且易于调试，但电路接触不良、调试不稳定；万用板的优点是电路稳定和调试方便，但电路焊接复杂、不易布线；利用PCB焊接电路的优点是电路

46、工作稳定，焊接方便，工艺美观，但造价昂贵，如发现电路有错不易调试。根据三种安装方式的优缺点，本电路采用万用板进行焊接电路来实现所要求的技术指标。 整机电路的安装步骤如下： 1、分析电路原理图。将整机电路的工作原理分析透彻，清楚地理解电路的信号流程，为下一步工作做好准备。 2、合理布局。根据各元器件引脚排列图和电气特性将各级电路进行合理布局。 3、电路连线。将电路按照已安排的布局进行连线，连线时必须认真、仔细，保证电路连接准确无误。 4、调试电路。电路连接后，按照课题的技术指标进行调试电路。5.2焊接元件注意事项焊接是一个物理过程，是焊锡在高温下渗透到被焊接物体的表面，冷却后即使被焊接物体连成一体的过程。因此焊接有三个条件：温度、时间与环境。温度不够，则焊锡得不到足够的动能，难以渗透到被焊接物体的表面，容易形成虚焊；时间不够，则温度上不去，时间长了，则容易烫坏被焊接物体；环境对焊接有直接的影响，点和面的焊接所需要的时间大不一样。 当感觉到焊锡要象水一样沿被焊接物体的表面渗开时，电烙铁应当离开，并吹气促冷，这样就能够焊接出明亮、光滑、可靠的焊点（前述准备工作完毕，方可进行焊接）。焊接时，烙铁头应该与元件脚、印刷电路板二者保持很好的接触。焊接过程（焊点可靠凝固前）中，切忌晃动被焊接物体。焊接时要谨防虚焊与搭焊（相邻焊点被多余焊锡短接），搭焊产生后，可用电烙铁再加热