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電子信息類(lèi)紅外線(xiàn)控小車(chē)設計論文
論文關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C89C51 脈寬調制 直流電機 LED顯示
論文摘要：本課題組設計制作了一款具有智能功能的小車(chē)，功能強大。小車(chē)具有以下幾個(gè)功能：可遙控小車(chē)的車(chē)速，方向，可按喇叭，小車(chē)的狀態(tài)用LED和數碼管顯示。 而小車(chē)的車(chē)速和轉的方向則是通過(guò)直流控制電機的正轉反轉和轉速來(lái)控制，以及PWM的占空比通過(guò)轉換成二進(jìn)制顯示在數碼管上以顯示小車(chē)的車(chē)速。而本文即是設計了用89C51和74HC138等控制的直流電機實(shí)現脈寬調制（PWM）調速系統，硬件電路實(shí)現了小車(chē)正轉，反轉，加速，減速的功能，給出了程序流程圖程序及仿真結果。
1目的及意義
大學(xué)畢業(yè)實(shí)習是完整大學(xué)生活的一部分，是本科學(xué)生畢業(yè)前的一個(gè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，是成長(cháng)為一名高級專(zhuān)門(mén)技術(shù)人才所得到專(zhuān)門(mén)實(shí)踐訓練的重要手段。通過(guò)畢業(yè)實(shí)習可以使學(xué)生在畢業(yè)前有一定的職業(yè)意識、職業(yè)素養、職業(yè)經(jīng)驗，可以使學(xué)生能較深入地了解本專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)過(guò)程和知識，進(jìn)一步加深對所學(xué)專(zhuān)業(yè)理論知識的理解，進(jìn)一步熟悉實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)的方法與過(guò)程，培養學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及工程實(shí)際能力，為實(shí)際工作打下良好基礎。
�。�1）鞏固、聯(lián)系、充實(shí)、加深、擴大所學(xué)知識基礎理論和專(zhuān)業(yè)知識；
�。�2）提高運用所學(xué)知識來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；
�。�3）初步掌握專(zhuān)業(yè)設計工作的流程和方法；
�。�4）學(xué)習體會(huì )典型電子產(chǎn)品項目開(kāi)發(fā)團隊的角色構成及團隊角色協(xié)同工作技巧；
�。�5）學(xué)習典型的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)；
�。�6）學(xué)習體驗課堂理論知識在實(shí)際工程項目中的應用，積累項目實(shí)戰經(jīng)驗；
�。�7）感受電子產(chǎn)品研發(fā)對學(xué)生知識結構、技術(shù)技能、綜合素質(zhì)的要求；
�。�8）加速由學(xué)生向員工的身份轉變，增強同學(xué)的就業(yè)能力和信心；
�。�9）學(xué)習體會(huì )電子產(chǎn)品企業(yè)規范化、專(zhuān)業(yè)化、標準化、規�；碾娮赢a(chǎn)品設計、開(kāi)發(fā)流程、典型開(kāi)發(fā)團隊中人員角色設置。
2實(shí)習任務(wù)及要求
實(shí)習題目：紅外遙控小車(chē)
實(shí)習具體要求：
(1) 可遙控小車(chē)的車(chē)速、方向、可按喇叭，同時(shí)小車(chē)的狀態(tài)用LED燈和數碼管顯示。
(2) 獨立查資料，同時(shí)訂立方案，然后畫(huà)出原理圖及其相應的PCB板，并且相關(guān)的程序并進(jìn)行仿真。
(3) 焊接電路板，下載源程序進(jìn)行調試。
3實(shí)習時(shí)間及地點(diǎn)
實(shí)習時(shí)間：2010年3月2日～2010年3月19日（3周）
實(shí)習地點(diǎn)：西華大學(xué)電氣信息學(xué)院專(zhuān)業(yè)實(shí)驗中心
4實(shí)習情況及完成情況
4.1主要芯片介紹
MCS—51系列單片機及其特點(diǎn)
�。�1）可靠性高：
因為芯片是按測控要求設計的，故抗干擾的能力優(yōu)于PC機。系統軟件（如：程序指令，常數，表格）固化在ROM中，不易受到破壞。許多信號的通道均在一個(gè)芯片內，故運作時(shí)系統穩定可靠。
�。�2）便于擴展：
片內具有正常運行所必需的部件，片外有很多供擴展用的（總線(xiàn)，并行和串行的輸入/輸出）管腳，很容易組成一定規模的系統。
�。�3）控制功能
具有豐富的控制指令：如：條件分支轉移指令，I/O口的操作指令，未處理指令。
�。�4） 使用性好
體積小，功耗低，價(jià)格便宜，易于產(chǎn)品化。
單片機的發(fā)展簡(jiǎn)介
�。�1）第一階段（1971年到1978年），以MCS-48系列為代表，稱(chēng)4位單片機。在片內：CPU有四位或8位，ROM有4KB或8KB,RAM有64B或128B,只有并行接口，無(wú)串行接口，只有一個(gè)8位的定時(shí)/計數器，中斷源只有兩個(gè)。在片外，尋址范圍只有4K,芯片引腳只有40個(gè)。
�。�2）第2階段（1978年到1983年），以MCS-51系列為代表的成為8為單片機：在片內：CPU有8位，ROM有4KB或8KB,RAM有256B或128B,只有并行接口，有串/并行接口，有2個(gè)或3個(gè)16位的定時(shí)/計數器，中斷源有5個(gè)至7個(gè)。在片外：尋址范圍有64KB，芯片引腳有40個(gè)。
�。�3）第3階段（1983以后），以MCS-96系列為代表，稱(chēng)16位單片機。在片內：CPU有16位，ROM有8KB,RAM有232B,有串/并行接口，有4個(gè)16位的定時(shí)器，中斷源有8個(gè)，增加了D/A和A/D轉換電路。在片外：尋址范圍有64KB，芯片引腳有48個(gè)或68個(gè)。
以上MCS-51系列以及優(yōu)良的性?xún)r(jià)比，在我過(guò)得到了廣泛的應用。
4.2硬件模塊的設計
在本次的設計中，我們涉及的硬件模塊主要包括電源電路、串口電路、晶振電路、復位電路、顯示電路以及紅外收發(fā)電路組成。整體的組成框圖如圖4.1所示：
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4.1 硬件組成框圖
4.2.1電源電路的設計
這次的設計我們選擇用USB接口供電的電路圖，是因為用USB接口供電比較方便，并且在此次的設計中，USB僅作供電用，不參與與PC機的數據傳輸。
在電路設計中，用LED燈來(lái)顯示電路是否通電，用一個(gè)開(kāi)關(guān)制電源的通與斷。電源電路如圖4.2所示：
圖4.2 電源電路
4.2.2串口電路
RS-232C是美國電氣協(xié)會(huì )推廣使用的一種串行總路線(xiàn)標準，是DCE(數據通信設備，如微機)和DTE(數據終端設備，如CRT)間傳輸串行數據的接口總線(xiàn)。RS-232C最大傳輸距離為15m，最高傳輸速率約20kbps，信號的0電平為+3V～+15V。邏輯1電平為-3V～-15V。RS-232信號線(xiàn)和DB-9引腳關(guān)系如表4.1所示。
表4.1 RS-232管腳功能表
該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標準的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v，而一般的單片機應用系統的信號電壓是ttl電平0 +5v,max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉換的,該器件包含2驅動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標準，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA-232-F電平。MAX232是電荷泵芯片，可以完成兩路TTL/RS-232電平的轉換，它的的9、10、11、12引腳是TTL電平端，用來(lái)連接單片機的。
在設計中，若要使單片機和上位機進(jìn)行，則必須要考慮接口電路。由于單片機通過(guò)串口發(fā)送出來(lái)的是TTL電平（0V和5V），而RS-232總線(xiàn)上輸入、輸出數據和控制信號為+12V左右的電壓，單片機要和PC的上位機通信就必須是電平一致，所以發(fā)送部分關(guān)鍵的部分是電平轉換和串口發(fā)送，電平轉換可以用模擬器件進(jìn)行轉換，但是為了方便起見(jiàn)，本次設計采用的是集成芯片，一個(gè)芯片加上它的外圍電路即可完成電平的轉換的工作。結構簡(jiǎn)單、方便容易，精確度高。本次所采用的是MAX232，我們要對其外圍電路進(jìn)行設計。
MAX232是標準的串口通信接口，對于一般的雙向通訊，只需要使用串行輸入口RXD(第3腳)、串行輸出TXD(第2腳)和地線(xiàn)（第7腳）。該電路主要將TTL電平轉換為RS232電平注意：?jiǎn)纹瑱C的晶振選11.0592MHz，主要是讓其串口通信的初試化波特率時(shí)可更接近9600。MAX232邏輯電平的規定如表4.2， 其電路如圖4.3所示。
表4.2 邏輯電平表
圖4.3 串行通訊電路
4.2.3晶振電路的設計
晶體震蕩電路是為單片機提供穩定的11.0592MHZ的頻率。其電路圖如圖4.4所示：
圖4.4晶振電路
4.2.4復位電路的設計
復位電路可以在單片機不正常工作時(shí)，讓其復位，使其跳出錯誤的循環(huán)，重新開(kāi)始進(jìn)行新的運行。本次設計采用了如圖4.5的設計。
圖4.5 復位電路
4.2.5顯示電路的設計
此次設計我們要用到數碼管顯示電路和LED燈的顯示電路用以顯示小車(chē)狀態(tài)。數碼管顯示電路采用74LS138譯碼器來(lái)選擇控制數碼管的顯示，通過(guò)PNP三極管對輸出信號進(jìn)行放大來(lái)驅動(dòng)數碼管的顯示。數碼管采用共陽(yáng)極，顯示數據信息通過(guò)P2口傳輸給數碼管，這樣就能完成數碼管對小車(chē)狀態(tài)的顯示功能，其電路圖如圖4.6所示：
圖4.6 數碼管顯示電路
此次電路設計的顯示小車(chē)狀態(tài)的電路還有LED顯示電路，LED顯示電路采用74HC573鎖存器將P0口傳來(lái)的數據用以控制LED燈的亮滅，其電路圖如圖4.7所示：
圖4.7 LED顯示電路
4.2.6紅外收發(fā)電路的設計
該模塊使用一體化紅外接收頭，其電路如圖4.8所示。瓷片電容為去耦電容，DOUT即是解調信號的輸出端，直接與單片機的P3.7口相連。有紅外編碼信號發(fā)射時(shí)，輸出為檢波整形后的方波信號，并直接提供給單片機。
圖4.8 紅外收發(fā)電路
4.3軟件的設計
要對然間進(jìn)行設計，首先我們應該考慮到紅外接收的波形，在熟悉了紅外接收的波形的基礎上，才好更進(jìn)一步的對然間進(jìn)行設計。圖4.9是這次設計所用的遙控板的紅外接收信號的波形圖：
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4.9 紅外接收波形圖
在搞清楚了紅外接收波形的原理以后，下面我們就可以開(kāi)始設計本設計的程序了，圖4.10是本次設計的軟件流程圖：
該流程圖設計了P3.7口是否接收到低電平的判斷程序,解碼程序,遙控執行程序等主要的軟件模塊。
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4.10 軟件流程圖
4.4系統調試
系統調試包括硬件調試和軟件調試兩部分。
4.4.1硬件調試
在完成了電路板的焊接之后,我們首先要做的是硬件的調試。我們將電路板通過(guò)USB接上電源后，電源的顯示燈亮了，這表示此電路板已通上電了，把電源處的開(kāi)關(guān)按下之后，指示燈熄滅，這表示此時(shí)可以通過(guò)電源處的開(kāi)關(guān)來(lái)給電路板供電。
然后分別按下與單片機相連的八個(gè)開(kāi)關(guān)，對應的LED燈也都亮了，除了第四個(gè)燈沒(méi)亮之外。因此我么就用萬(wàn)用表分別挨著(zhù)側了一下與這個(gè)LED相關(guān)的器件，發(fā)現是LED接反了，將其接正了之后，此LED就能正常顯示了。由于這個(gè)電路比較簡(jiǎn)單，在加上我們焊接板子的時(shí)候比較仔細，因此在硬件調試的時(shí)候沒(méi)有發(fā)現電路板有什么大的錯誤。
4.4.2軟件調試
Keil C是重要的軟件仿真軟件，對軟件的編寫(xiě)有著(zhù)重要的作用。
Keil C51 Vision2集成開(kāi)發(fā)是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH開(kāi)發(fā)的基于80C51內核的微處理器軟件開(kāi)發(fā)平臺，內嵌多種符合當前標準的開(kāi)發(fā)工具，可以完成從工程建立到、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開(kāi)發(fā)流程尤其是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開(kāi)發(fā)大型項目時(shí)非常理想。Keil C51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點(diǎn)：
Vision2 for Windows：是一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它將項目管理、源代碼編輯和程序調試等組合在一個(gè)功能強大的環(huán)境中；
C51國際際準化C交叉編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊；
A51宏匯編器：從80C51匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊；
BL51鏈接器/定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標模塊，生成絕對目標模塊；
LIB51庫管理器：從目標模塊生成連接器可以使用的庫文件；
OH51目標文件至HEX格式的轉換器，從絕對目標模塊生成Intel Hex文件；
RTX-51實(shí)時(shí)操作系統：簡(jiǎn)化了復雜的實(shí)時(shí)應用軟件項目的設計。
這個(gè)工具套件是為專(zhuān)業(yè)軟件開(kāi)發(fā)人員設計的，但任何層次的編程人員都可以使用，并獲得80C51單片機的絕大部分應用。
Keil Software提供了一流的80C51系列開(kāi)發(fā)工具軟件，下面描述每個(gè)套件及其內容：
�、臥K51專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)套件。PK51專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)套件提供了所有工具，適合專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)人員建立和調試80C51系列微控制器的復雜嵌入式應用程序。專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)套件可針對80C51及其所有派生系列進(jìn)行配置使用。
�、艱K51開(kāi)發(fā)套件。DK51開(kāi)發(fā)套件是PK51的精簡(jiǎn)版，它不包括RTX51 Tiny實(shí)時(shí)操作系統。開(kāi)發(fā)套件可針對80C51及其所以派生系列進(jìn)行配置使用。
�、荂A51編譯器套件。如果開(kāi)發(fā)者只需要一個(gè)C編譯器而不需要調試系統，則CA51編譯器套件就是最好的選擇。CA51編譯器套件只包含Vision2 IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，CA51不提供Vision2調試器的功能。這個(gè)套件包括了要建立嵌入式應用的所有工具軟件，可針對80C51及其所有派生系列進(jìn)行配置使用。
�、華51匯編器套件。A51匯編器套件包括一個(gè)匯編器和創(chuàng )建嵌入式應用所需要的所有工具。它可針對80C51及其所有派生系列進(jìn)行配置使用。
�、蒖TX51實(shí)時(shí)操作系統（FR51）。RTX51實(shí)時(shí)操作系統是80C51系列微控制器的一個(gè)實(shí)時(shí)內核。RTX51 Full提供RTX51 Tiny的所以功能和一些擴展功能，并且包括CAN協(xié)議接口子程序。
一下是用KEIL C 運行本實(shí)驗程序的結果如圖4.11所示：
圖4.11 軟件調試圖
將用KEILC仿真程序所生成的HEX文件通過(guò)串行下載到單片機上之后，通過(guò)遙控板的控制，就可以實(shí)現此次設計的功能：按方向鍵的時(shí)候，相應的LED亮，按檔位鍵的時(shí)候，數碼管分別顯示1、2、3，同時(shí)led還要閃爍。
5產(chǎn)品的功能及指標參數
本次實(shí)習產(chǎn)品是紅外遙控小車(chē)，小車(chē)的功能：
(1)顯示小車(chē)的方向，車(chē)速，分別用LED燈和數碼管顯示了其狀態(tài)；
(2)當遙控板按下方向鍵時(shí)，相應的LED燈會(huì )亮，以此表示小車(chē)的前行方向；
(3)當按下遙控板的檔位鍵時(shí)，數碼管會(huì )分別顯示相應的車(chē)速1、2、3，同時(shí)伴隨著(zhù)LED燈的閃爍，以此表示小車(chē)在變速。
6與體會(huì )
通過(guò)三周的努力我們設計出了紅外遙控小車(chē)的設計、制作和調試的任務(wù)。雖然沒(méi)有真正的小車(chē)實(shí)物，但我們用了數碼管和LED燈來(lái)代替了小車(chē)的狀態(tài)，通過(guò)遙控板對其進(jìn)行了控制。
在設計的過(guò)程中用到了單片機，用到了Protel 99se。在Protel的界面中找到單片機芯片，畫(huà)出電源電路，復位電路，晶體振蕩電路，LED接口電路連線(xiàn)后實(shí)現PCB的轉換。做課程設計是為了讓我們對平時(shí)學(xué)習的理論知識與實(shí)際操作相結合，在理論和實(shí)驗教學(xué)基礎上進(jìn)一步鞏固已學(xué)基本理論及應用知識并加以綜合提高，學(xué)會(huì )將知識應用于實(shí)際的方法，提高分析和解決問(wèn)題的能力。在做課程設計的過(guò)程中，我深深地感受到了自己所學(xué)到知識的有限，明白了只學(xué)好課本上的知識是不夠的，要通過(guò)和互聯(lián)網(wǎng)等各種渠道來(lái)擴充自己的知識。同時(shí)我認為我們的工作是一個(gè)團隊的工作，團隊需要個(gè)人，個(gè)人也離不開(kāi)團隊，只有在充分的分工合作中才可以事半功倍做到最好，所以必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。
此次任務(wù)中主要做了下面幾點(diǎn)較突出的工作：
�。�1）通過(guò)查閱大量的相關(guān)資料，詳細了解了紅外遙控系統的原理，明確了研究目標。
�。�2）通過(guò)本次畢業(yè)實(shí)習進(jìn)一步加深了對專(zhuān)業(yè)軟件的了解，并能夠靈活運用Protel 99se。
�。�3）通過(guò)此次畢業(yè)實(shí)習重新復習并進(jìn)一步學(xué)習了單片機；熟練掌握了WORD軟件的使用。
同時(shí)此次實(shí)習中也存在很多的問(wèn)題，特別是軟件方面對程序的編寫(xiě)還比薄弱，編寫(xiě)出的程序還不能完全實(shí)現預期的目標。通過(guò)這次設計使我懂得了理論與實(shí)際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結合起來(lái)，從理論中得出結論，才能真正為服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨立思考的能力。有了這次的設計經(jīng)驗，相信在以后的學(xué)習設計實(shí)踐過(guò)程中，我們可以做到更好。
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