基于51單片機的遙控汽車設(shè)計方案

1 基于 51單片機的遙控汽車設(shè)計方案 題背景 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)與汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有遙控小汽車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。而且遙控小汽車在兒童玩具中應(yīng)用多種多樣，備受兒童，家長青睞。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的，同時遙控小汽車的出現(xiàn)，也改變一些特殊場合的工作，它可以從事考古、機器人、醫(yī)療器械等方面的工作，為人門帶來很大的方便。而本設(shè)計主要應(yīng)用于兒童玩具，主要采用 89列單片機設(shè)計一種體積小，功耗低，功能強，成本 低，操作簡單的遙控小汽車。使用發(fā)光二極管控制小車行駛，停止，轉(zhuǎn)向時指示燈的指示。車體中采用雙電源，用驅(qū)動電路驅(qū)動小車行駛。本次設(shè)計基于完備的軟硬件系統(tǒng)，要求實現(xiàn)小車遙控、任意曲線行駛、行駛時發(fā)出指示信息等功能。其意義為豐富兒童玩具的類型，提高兒童的樂趣，使他們童年過得更豐富，更有意義。 計 方案 遙控小汽車的工作原理基本上是相同的，大致可以分為如下幾大部分，微處理器模塊，鍵盤模塊，電源模塊，遙控模塊即發(fā)送模塊和接收模塊，顯示模塊，電機驅(qū)動模塊。其原理都主要利用微處理器作為核心，并采用遙控發(fā)射器和接收處理器實現(xiàn)對遙控小汽車行駛過程的控制，遙控用發(fā)射和接收模塊完成，遙控發(fā) 送模塊發(fā)出指令，遙控接收模塊收到信息后，傳遞給微處理器，微處理器翻譯出接收到的信號后，傳輸給驅(qū)動電路驅(qū)動直流電機旋轉(zhuǎn)，從而采用遙控技術(shù)，通過遙控命令對遙控小汽車行駛狀態(tài)進行控制，如前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、自動、停止和加速。通過電源為遙控小汽車供電。采用 示器顯示遙控小汽車行使信息遙控小汽車的設(shè)計方案。 方案 為 釆用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn) 遙控小汽車的前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、自動、停止和加速等功能 。充分分析 2 我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。 而且制作的紅外遙控小汽車運行穩(wěn)定，遙控靈敏，占用系統(tǒng)硬件資源少，且在不改變硬件電路，僅通過軟件編程就可以實現(xiàn)障礙物多出檢測，報警等功能。 因此，這種方案是一種較為理想的方案。 術(shù)關(guān)鍵 本設(shè)計的技術(shù)關(guān)鍵主要是遙控小汽車遙控器的發(fā)射模塊和遙控器接收模塊，即小汽車的遙控系統(tǒng)，其次是電動機的選擇和電動 機模塊的設(shè)計以及與單片機最小系統(tǒng)的連接。 章小結(jié) 本章主要講述了遙控小汽車的背景，現(xiàn)有的設(shè)計方案，以及遙控小汽車設(shè)計中的技術(shù)關(guān)鍵，為后續(xù)論文打下了基礎(chǔ)。 3 2 系統(tǒng)總體設(shè)計 統(tǒng)實現(xiàn)功能和技術(shù)要求 本設(shè)計的遙控小汽車主要由遙控模塊，微處理器模塊，電機驅(qū)動模塊，顯示模塊，電源模塊組成，主要是通過遙控模塊的按鍵實現(xiàn)對小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、自動、停止和加速的控制等功能；利用電機實現(xiàn)小汽車的前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動功能；利用顯示模塊完成對小汽車的時間顯示和前進、后退、左 轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向燈的顯示等功能。 本設(shè)計的遙控小汽車因主要應(yīng)用于兒童玩具，所以要求遙控范圍在十米左右，顯示時間要求顯示四位數(shù)字，即小數(shù)點前兩位，小數(shù)點后兩位，電動機轉(zhuǎn)動速度為 速度 為 3000r/ 統(tǒng)原理框圖 遙控小汽車系統(tǒng)主要分為遙控模塊，微處理器模塊，電機驅(qū)動模塊，顯示模塊，電源模塊。其原理圖如圖 示。 處理器模塊設(shè)計的比較 微處理器的選擇多種多樣，因為單片機性價比較高，應(yīng)用廣泛，所以遙控小汽車使用的是單片機，但使用的單片機種類卻不相同。方案一使用常見的 51 系列單片機，其價格比較便宜，適用于普通的遙控小汽車，方案二使用凌陽片，它是一種高性能價格比的單片機 而本設(shè)計微處理器主要用于紅外遙控小汽車的紅外遙控接收，紅外遙控小汽車的行駛時間顯示以及處理遙控小汽車的各種命令。采用 串行接口通信 ，串行口工作在方式 2， 其特點是其波特率高，并且波特率可以直接從晶振 32 分頻、或 64 分頻而得到，不需要占用定時器資源。所以綜合考慮本設(shè)計微處理器采用 片機為核心控制器 ，采用晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成 片機的最小系統(tǒng)，從而使得 片機運行效率高，可靠性強，節(jié)省內(nèi)部資源。 4 源模塊設(shè)計的比較 按 鍵 遙 控 發(fā) 射遙 控 接 收 顯 示 模 塊A T 8 9 C 5 1電 機 驅(qū) 動電 源復(fù) 位 電 路時 鐘 電 系統(tǒng)原理框圖 方案采用雙電源供電，電機控制板單獨采用一組電源，檢測信號板用另一組電源，將電機驅(qū)動電源和單片機及傳感器電源完全分開，這樣互不干擾，所以被廣泛采用。所以綜合考慮本設(shè)計遙控器采用電池，供遙控器對電源的需要，以保證遙控器正常工作，車體采用雙電源供車體行駛，閃光燈閃爍，分別給單片機，顯示模塊，直流電機驅(qū)動模塊供電，從而保證紅外遙控系統(tǒng)以及紅外遙 控小汽車車體的正常行駛和指示燈的指示。 控模塊設(shè)計的比較 紅外遙控和無線電波因為易于實現(xiàn)，應(yīng)用簡單而被廣泛采用。但無論是那種遙控部分也都由遙控接收模塊，遙控發(fā)送模塊，鍵盤按鍵組成。而且因為無線電波 小汽車適用于長距離遙控控制，但是 本課程設(shè)計需要的遙控小汽車遙控范圍在十米左右，而且需要結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，價格適宜，所以選用了紅外線遙控 小汽車。具體為遙控器 應(yīng)用編碼專用集成電路芯片進行控制操作，發(fā)射部分包括矩陣式鍵盤，編碼調(diào)制， 外發(fā)送器。接收部分包括電轉(zhuǎn)換放大器，解調(diào)電路，解碼電路。 盤模塊的比較 鍵盤按工作原理可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤，編碼式鍵盤由鍵盤和專 5 用編碼器組成。當(dāng)鍵盤中某一鍵按下時，編碼器自動產(chǎn)生對應(yīng)按鍵的代碼，并輸出一選通脈沖與 行信息聯(lián)絡(luò)，優(yōu)點是 需要掃描鍵盤，編碼器自動提供按鍵的代碼，缺點是編碼器成本較高。非編碼式鍵盤不含編碼器，當(dāng)某鍵按下時鍵盤僅送出一個簡單閉和信號，對應(yīng)按鍵的代碼必須通過軟件來確定。因此非編碼式鍵盤成本低，使用靈活。非編碼式鍵盤分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤以及交互式鍵盤。獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)的特點是一鍵一線，但某鍵按下時，對應(yīng)檢測線就變 成了低電平，而與其他鍵對應(yīng)的檢測線仍為高電平，因而很容易識別被按下的鍵。其優(yōu)點是鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，各檢測線相互獨立，按鍵容易識別，缺點是占用較多的檢測線，不便于組成大型鍵盤。矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)特點是把檢測線分為兩組，一組為行線，另一組為列線，按鍵置于行線與列線的交叉處。 過行掃描，列反饋法識別按鍵，即逐次使某一行為低電平，其他行為高電平，并讀回列線的狀態(tài)，根據(jù)送出的行碼和返回的列碼就可以確定按鍵的位置。其優(yōu)點是在使用相同檢測線時可以安排更多的按鍵。交互式鍵盤的結(jié)構(gòu)特點是，任意兩檢測線之間均可放置一個按鍵，但 要求每一條檢測線必須是具有位控功能的雙向 I/為本設(shè)計要求有 8 個按鍵，所以綜合考慮采用矩陣式鍵盤。分別控制遙控小汽車的 前進，后退，左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎，停止，自動，加速功能。 示模塊設(shè)計的比較 方案一為里程顯示，方案二為時間顯示，方案三為速度顯示，方案四為遙控小汽車行駛過程中行駛狀態(tài)指示燈顯示，顯示顏色行駛為綠色閃爍，停止為紅色閃爍。其中前三種采用的是 示管顯示，通過對 示管 的驅(qū)動顯示十進制小數(shù)，第四種顯示均采用發(fā)光二級管。綜合考慮 本設(shè)計采用 碼管顯示模塊和發(fā)光二級管 顯示模塊，其中 碼管顯示模塊采用 4 個 74動，顯示小車運動的時間和里程，通過遙控按鍵切換時間顯示和里程顯示。用四個發(fā)光二級管顯示小車 在運行過程中的工作狀態(tài)，前進時 燈亮，倒車時紅燈 爍，左轉(zhuǎn)時 燈亮，右轉(zhuǎn)時 燈亮。 機驅(qū)動模塊設(shè)計的比較 方案 采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的 H 型橋式電路。用單 6 片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn) 速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高， H 型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的 速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了 這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制 兩個 直流電機 ，分別控制前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動。 統(tǒng)主要特色 本設(shè)計以 片機為核心控制器 ，采用晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，采用 動兩個直流電機工作，兩個直流電機的作用分別為前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動，從而控制小車的運行。此款小車具有紅外線遙控手動駕駛、自動駕駛等功能。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，軟件采用匯編語言編寫。而且紅外線遙控小車運行穩(wěn)定、遙控靈敏、占用系統(tǒng)硬件資源少。且在不改變硬件電路，僅通過軟件編程小車就可以實現(xiàn)小車的各種功能。 章小結(jié) 本章主要講述了遙控小汽車的 系統(tǒng)實現(xiàn)功能和技術(shù)要求 ，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，各模塊的劃分與構(gòu)成，以及本設(shè)計的主要特色。 河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 3 系統(tǒng)硬件設(shè) 計 本設(shè)計根據(jù)兒童玩具的需要將紅外遙控小汽車分為紅外遙控模塊，微處理器模塊，顯示模塊，電機驅(qū)動模塊。其中紅外遙控模塊又分為紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊。其各模塊具體設(shè)計如下。 紅外遙控模塊的設(shè)計 遙控模塊之所以采用紅外遙控方式，是因為采用紅外遙控抗干擾能力強，不會對周圍的無線電設(shè)備產(chǎn)生干擾電波，接口簡單；但是紅外方式遙控的距離比較有限，一般在幾米之內(nèi)。但是因為本設(shè)計不需要遠距離遙控，所以綜合考慮決定采用紅外遙控較為合適。 紅外遙控模塊要求能用遙控器控制小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、 加速，顯示時間，自動運行等多種功能；在十米之內(nèi)使遙控器能準確控制遙控小汽車的行駛。綜上所述遙控模塊分為遙控接收模塊和遙控發(fā)送模塊。其結(jié)構(gòu)框圖如下所示。 鍵 盤編 碼 和 調(diào)制發(fā) 光 二 級管發(fā) 光 二 級管光 電 放 大 解 調(diào)解 碼 單 片機圖 遙控原理圖 外發(fā)射模塊 紅外遙控模塊工作原理里主要是用戶按下鍵盤值， 遙控器芯片 對按鍵信息進行解碼調(diào)制后經(jīng)發(fā)光二級管顯示信號成功輸出。 該電路的主要控制器件為遙控器芯片 矩陣鍵盤，發(fā)光二級管，電阻，放大器 9014， 電容，晶振。實現(xiàn)遙控小汽車的 前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、加速，顯示時間，自動運行等多種功能。其硬件電路圖如圖 示。 在 電路 圖中 紅外線發(fā)射二極管， 按鍵指示燈 ，當(dāng)有按鍵按下時 亮。 用 47K，河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 用 1K， 用 330K，作用都是限制電流的大小。放大器 用 9014，作用是將遙控芯片 輸出數(shù)據(jù)放大，從而使得 光二級管正確作出指示。電容 用 100容 用 100作用都是去耦合。晶振芯片采用 455為紅外遙控芯片 部需要 455能保證 圖中 數(shù)據(jù)碼為 0數(shù)據(jù)碼為 0數(shù)據(jù)碼為 0數(shù)據(jù)碼為 0 數(shù)據(jù)碼為 0數(shù)據(jù)碼為 0， 數(shù)據(jù)碼為 0 數(shù)據(jù)碼為 0 前進， 后退， 左轉(zhuǎn)， 右轉(zhuǎn)， 自動， 加速， 時間 顯示 ， 停止。 12345678910 11121314151617181920H T 6 2 2 1A I U S L E 2 4 0 1 4 0 0 5V C 紅外發(fā)送模塊電路圖 作電壓 :出 38小發(fā)射字：一個 。 ， 個 455陶光或晶體， 16 位地址 碼， 8 位教據(jù)碼， 碼方式，最大活動鍵 32 鍵。 引腳的功能為： 行矩陣鍵盤控制，高電平有效，串行數(shù)據(jù)輸出引腳，用 38波， 正電源，一般為 7為最重要的數(shù)據(jù)位代碼設(shè)置， 諧振器振蕩輸出。 諧振器振蕩輸入， 鍵盤矩陣列控制， 低字節(jié)地址碼掃描輸入， 行矩陣鍵盤控制，高電平有效。 代碼格式為已接收代碼為準，接收代碼與發(fā)射代碼反相，其圖如 示。 紅外碼調(diào)制成 38 河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 脈沖信號，然后通過紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外編碼。 編碼規(guī)則是：當(dāng)一個鍵按下超過 36蕩器使芯片激活，當(dāng)這個按鍵按下并且延遲大于 108 108射代碼由一個起始碼 (9一個結(jié)果碼 (4.5 ，低 8位地址碼 (9 18高 8 位地址碼 (9 18 8 位數(shù)據(jù)碼 (9 18這 8位數(shù)據(jù)碼的反碼 (9 18成，當(dāng)按鍵按下超過 108未松開時，接下來發(fā)射的代碼由起始碼 (9結(jié)束碼 (成。 鍵盤的選擇：根據(jù)本 設(shè)計的需要，鍵盤的功能鍵為小車的前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，啟動，停止，自動，加速，時間，里程顯示切換。所以綜合考慮應(yīng)采取矩陣式按鍵接口，矩陣式鍵盤，一組為行線，一組為列線，按鍵置行線與列線的交叉處。 矩陣式鍵盤工作過程中， 單片機 過進行掃描，列回饋法識別按鍵，即逐次使某一行為低電平，其他行為高電平，并讀回列線的狀態(tài)，根據(jù)送出的行碼與讀回的編碼就可以確定被按下鍵的位置。在智能儀器中當(dāng)按鍵多與 8 個時，都采用矩陣式鍵盤。而且矩陣式鍵盤的控制方式有三種方式，即程序控制方式，定時控制方式，中斷 控制方式。程序控制方式是利用了 片機 完成其他工作之余，調(diào)用鍵盤掃描程序，以響應(yīng)鍵輸入的請求。當(dāng)片機 運行其他程序時，就不在響應(yīng)鍵輸入請求。因此此種方式的缺點是 片機 能及時響應(yīng)每次按鍵，因此不采用。而定時控制方式是利用一個專門的定時器，在定時時間到時提出定時中斷申請 片機 應(yīng)后對鍵盤進行掃描，若有鍵按下時則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序。由于按鍵時間一般不小于 100以定時周期應(yīng)小于 100種控制方式的缺點是存在漏 檢的可能性，因此不采用。中斷控制方式，在這種控制方式下，當(dāng)鍵盤中有鍵按下時，硬件產(chǎn)生中斷請求信號，從而 應(yīng)中斷后對鍵盤進行掃描，并在在有鍵按下時轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序，該方式的優(yōu)點是能確保對用戶的每次按鍵操作都能都能做出迅速的響應(yīng)，而且由于在無按鍵時不進行掃描，從而提高了 行效率。所以本設(shè)計綜合考慮采用了中斷控制方式，即當(dāng)紅外遙控器中有鍵按下時， 片機 產(chǎn)生中斷請求信號，從而 片機 響應(yīng)中斷后對鍵盤進行掃描，并在在此時轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序，從而確保對用戶的每次按鍵操作都 能都能做出迅速的響應(yīng)，而且由于在無按鍵時不進行掃描，從而提高了 行效率。 河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 解碼 的關(guān)健是如何識別 0 和 1 從位的 定 義我們 可 以發(fā)現(xiàn) 0 或 1 均以 低電平開始 。 不同的是高電平的寬度不同 ， 0 為 1 為 以必須根 據(jù) 高電平的寬度區(qū)別 0 和 1， 如果從 電平過后開始延時 ，后 ， 若讀到的電平為低 ， 說明該位為 0， 反之 則 為 1， 為了可靠起 見，延時必須比 些 。 但又不能超過 則 如果該位為 0， 讀到的已是下一位的高電乎 =最為可靠 ， 一般取 綜上可知根據(jù)碼的格式應(yīng)該等待 9 的起始碼和 結(jié)果碼后才能進行讀碼。 外接收模塊 該模塊 由 一體化紅外接收頭 1838， 104電容組成。其功能為 當(dāng)有紅外編碼信號發(fā)射時，輸出為檢波整形后的方波信號，而且直接提供給單片機。 硬件電路圖如 示。其中 瓷片電容為去耦電容。 紅外接收頭 18384適用于寬角度和長距離接收，抗干擾能力強，低電壓工作適用范圍廣。其電路如圖下所示。 D O U T 是解調(diào)信號的輸出端，直接與單片機的 相連。一體化紅外接收頭 1838 內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過 30 60負載波，通過解調(diào)電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。 紅外接收頭 1838 內(nèi)部放大器的增益很 大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在 22的廠家建議在供電腳和電源之間接入 330 歐電阻，進一步降低電源干擾 。紅外發(fā)射器可從遙控器廠家定制，也可以自己用單片機的 生，推薦使用超小封裝 ( 產(chǎn) 空比設(shè)置為 1/3, 通過簡單的定時中斷開關(guān) 即可產(chǎn)生發(fā)射波形 。 一體化紅外接收頭 1838 的極限參數(shù)如 表 示，推薦使用條件如表 收角度為 +35 度 。 一體化紅外接收頭 1838 使用時注意事項： 在無任何外加壓力及影響品質(zhì)的環(huán)境下儲存及使用：在無污染氣體或海風(fēng)（含鹽分）河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 的環(huán)境下儲存及使用；在低濕度環(huán)境下儲存及使用；在規(guī)定的條件下焊接引腳，焊接后，勿施加外力；勿消洗本產(chǎn)品，使用前請先用靜電帶將作業(yè)員及電烙鐵連接落地線 ； 注意保護紅外線接收器的接收面 ， 沾污或 破 損后會影響接收效 率， 同時不要觸碰表面 。 項目 符號 規(guī)格 單位 供應(yīng)電壓 特 工作溫度 2585 攝氏度 存儲溫度 40125 攝氏度 表 1838 的極限參數(shù) 符號 項目 作電壓 作溫度 0 入頻率 - - 表 1838 的 推薦使用條件 示模塊 顯示模塊分為時間顯示模塊和小車在運行過程中的工作狀態(tài)顯示。 3 8V C U 15 接收模塊電路圖 間顯示 時間顯示采用單片機串行通信， 4 片 74態(tài)掃描方式驅(qū)動 4 片 7 段碼顯示器 。而且 本設(shè)計采用 7 段 示器，用共陽極接法 。 將各個數(shù)碼管的段碼端口分別串聯(lián)在一起，由位選端口輪流選 通各個數(shù)碼管， 顯示 4 為有效數(shù)字，小數(shù)點前兩位，小數(shù)點后兩位， 并讓每個數(shù)碼管分別顯示幾毫秒，從而顯示遙控小汽車運動的時間 。 其硬件電路圖如圖 河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 圖中 發(fā)光二極管顯示字段的器件， 示器具有工作電壓低，體積小，壽命長，響應(yīng)速度快，顏色豐富等特點。 正向工作電壓一般為 光工作電流為 520光強度與正向電流成正比，在實際工作中，電路應(yīng)串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛?7 段 示器有 7 個條形 成，分別稱為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 段，點亮不同的段，可以顯示出 09 及多個字 母，符號。因為顯示的距離為帶小數(shù)的十進制數(shù)，所以在右下角設(shè)置一圓形 為 。 7 4 L S 1 6 4 7 4 L S 1 6 4 7 4 L S 1 6 4 7 4 L S 1 6 4 c c _ 1v c c _ 2 c c _ 1v c c _ 2 c c _ 1v c c _ 2 c c _ 1v c c _ 2R d 1R d 2R d 3R d 4R d 5R d 6R d 7R d 8R d 9R d 1 0R d 1 1R d 1 2R d 1 3R d 1 4R d 1 5R d 1 6R d 1 7R d 1 8R d 1 9R d 2 0R d 2 1R d 2 2R d 2 3R d 2 4R d 2 5R d 2 6R d 2 7R d 2 8R d 2 9R d 3 0R d 3 1R d 3 2V C D X 4V C C+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 42 0 0R 2 01K+ 5 V L E D D A T D C L 4 _ 11 6 4 _ 21 6 4 _ 31 6 4 _ 4圖 時間 顯示模塊 對于 4 個 7 段 碼顯示器的顯示，有靜態(tài)方式和動態(tài)方式。靜態(tài)方式就是各位 定的顯示對應(yīng)的數(shù)字字符。在這種顯示方式中，每位要鎖存段碼信號。靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點是顯示程序簡單，占用 點是當(dāng)顯示位數(shù)增加時，硬件成本增加，功耗增大。動態(tài)方式，就是各位 流顯示對應(yīng)數(shù)字，字符。由于人眼存在視覺殘流現(xiàn)象，只要各位 流顯示時間間隔足夠短，就會造成各位 時顯示 的視覺。動態(tài)顯示方式硬件開支小，功耗低，但需要 掃描的方式河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 送出各位 段碼及位碼，占用一定的工作時間。但是 為了實現(xiàn) 示器的動態(tài)掃描 ,除了要給顯示器提供段 (字形代碼 )的輸入之外，還要對顯示器加位的控制，這就是通常 所 說的段控和位控。因此多位 示器接口電路需要有二個輸出口，其中一個用于輸出 8 條段控線 (有小數(shù)點顯示）另一個用于輸出位控線，位控線的數(shù) 3 等于 顯 示器的位數(shù)。 動態(tài)掃 描 是從右向左進行 ,則緩沖區(qū)的首地址應(yīng)為 79H。 7 段 碼顯示器 共陽極接法 ， 把 8 個發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極 ，使用時公共陽極接 +5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮 ,而輸入高電平的則不點亮。 7 段 碼顯示器 共陰極接法 ， 把 8 個發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陰極接地 ,這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入低電平的則不點亮。 因為 7 段 碼顯示器連接可以采用共陰 連接 方式和共陽 連接 方式的優(yōu)缺點大同小異，所以采用那種連接方式都能滿足此模塊的需求， 本設(shè)計 就 采用了共陽方式 。 7 段 碼顯示器 總共有 七段發(fā)光二極管 ,再加上一個小數(shù)點位，共計8 段 ， 因此提供給 示器的字 形代碼正好一個字節(jié)。各代碼位的對應(yīng)關(guān)系如下： 代碼位 應(yīng)顯示段 碼位 應(yīng)顯示段 a,代碼位 應(yīng)顯示段b,代碼位 應(yīng)顯示段 c, 代碼位 應(yīng)顯示段 d,代碼位 應(yīng)顯示段 e,代碼位 應(yīng)顯示段 f,代碼位 應(yīng)顯示段 g. 7 段 碼顯示器 的字形代碼如表 示： 74 向 8 位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中 A、 B（第 1、 2 腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端， 2 個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接。 8 腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的 一個時鐘信號的上升沿加到 T 端時，移位寄存器移一位， 8 個時鐘脈沖過后， 8 位二進制數(shù)全部移入 74。 9 腳）為復(fù)位端，當(dāng) 時，移位寄存器各位復(fù) 0，只有當(dāng) 時，時鐘脈沖才起作用。 D、 3 10腳）并行輸出端分別接 示 器 的 a 各段對應(yīng)的引腳上。在給出了 8 個脈沖后，最先進入 74第一河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 個數(shù)據(jù)到達了最高位，再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出， 4 片7尾相串，而時鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入 8 個脈沖時，從單片機輸出的數(shù)據(jù)就進入到了第一片 74了，而當(dāng)?shù)诙€ 8 個脈沖到來后，這個數(shù)據(jù)就進入了第二片 74新的數(shù)據(jù)則進入了第一片 74樣，當(dāng)?shù)诹鶄€ 8 個脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最左面的 74他數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第一、第二、第三、第四片 74。 字符 共陰極代碼 共陽極代碼 字符 共陰極代碼 共陽極代碼 0 30H 9 60H 1 06H 77H 88H 2 54H B 73H 3 40H C 39H 66H 99H D 51H 5 62H E 79H 86H 6 72H F 71H 84H 7 07H 00H 70H 表 7 段 碼顯示器 的字形代碼 關(guān)于 74還可以作如下的介紹：所謂時鐘脈沖端，其實就是需要高、低、高、低的脈沖，不管這個脈沖是怎么來的，比如，我們用根電線，一端接 T，一端用手拿著，分別接高電平、低電平，那也是給出時鐘脈沖，在 74得時鐘脈沖的瞬間（再講清楚點，是在脈沖的沿），如果數(shù)據(jù)輸入端（第 1， 2引腳）是高電平，則就會有一個 1 進入到 74內(nèi)部，如果數(shù)據(jù)輸入端是低電平，則就會有一個 0 進入其內(nèi)部。在給出了 8 個脈沖后，最先進入 74后再來一個脈沖會有什么發(fā)生呢？再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出 . 作狀態(tài)顯示 小車在運行過程中的工作狀態(tài)通過發(fā)光二極管來顯示 5，前進時 車時紅燈 爍，左轉(zhuǎn)時 燈亮，右轉(zhuǎn)時 燈亮。發(fā)光二級管顯示器，是一種有某些 特殊半導(dǎo)體材料制作而成的 ，由于參雜濃度很高，當(dāng)正向偏置時，會產(chǎn)生大量的電子 空穴復(fù)合，把多余的能量釋放變?yōu)楣饽?。而且因?1單片機 端口 符號 參數(shù) 最小值 典型值 最大值 單位 河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 源電壓 入高電電壓 - - V 入低電電 壓 - A 出高電平電流 - - A 出低電平電流 - - 8 鐘頻率 0 - 25 W 脈沖寬度 20 - - 據(jù)設(shè)置時間 17 - - H 數(shù)據(jù)保持時間 5 - - 立時間 30 - - 74操作參數(shù) 1 具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 載，同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。 所以綜合考慮決定 過限流電阻 別接到 而控制紅外遙控小汽車在接收到紅外遙控器前進，倒車，左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎時紅外遙控小汽車車體做出相應(yīng)的 前進時 車時紅燈 爍，左轉(zhuǎn)時 燈亮，右轉(zhuǎn)時 燈亮指示。從而提高控制著 紅外遙控小汽車控制難度和紅外遙控小汽車的樂趣。根據(jù)以上分析，我決定本設(shè)計采用的此部分硬件電路圖如下圖 示。 0 0 0 0工作狀態(tài) 顯示電路 河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 處理器的選擇 單片機負責(zé)紅外遙控接收、顯示、小車的運動以及處理遙控命令等功能。串行接口通信，串行口工作在方式 2，其特點是其波特率高，并且波特率可以直接從晶振 32 分頻、或 64 分頻而得到，不需要占用定時器資源。 2是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編 程 可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能 微處理器，俗稱單片機。 一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器付以反復(fù)擦除 100 次 密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 于將多功能 8 位 閃爍存儲器組合在單個芯片中， 一種高效微控制器 它的一種簡精版本。 片擦除 是整個 列和三個鎖定位的屯擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 腳處子低電平 10完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié)被重編以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外 有穩(wěn)態(tài)邏輯 支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑 置 模式下， 止工作，但 時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器， 截 止所用其他芯片功能，直到下一個硬件 就 位為止。 片機為很多 嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案。 片機振蕩器特 性為 別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配 S 為片內(nèi)振蕩器 采用外部時鐘源驅(qū)動器件， 不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的離低電平要求的寬度。 機驅(qū)動模塊 因兒童玩具遙控小汽車的要求 速度 為 3000r/右，所以 該模塊 采用 芯片 制兩個 55流永磁電機 的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速， 其 55 為控制遙控小汽車的驅(qū)動，前進；而 55流永磁電機 左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎。 硬件電路圖 如圖 示。 河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 I N 1149I N 2150I N 3151I N 4152E N T 1159O U T 2161O U T 4163I S E N E N T 3166L 28998 04 04 O D E S C H O T T K O D E S C H O T T K O D E S C H O T T K O D E S C H O T T K 6 8C 4 100U F C 5 C 2 0. 1U 100U Fm ot e r Am ot e r . 0P 2. 1P 2. 2P 2. 3P 2. 4P 2. 5圖 直流電機驅(qū)動電路 片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器， 可以驅(qū)動兩個直流電機，其引腳功能為： 電源引腳電壓范圍分別是 7 V 、 46 V 設(shè)計中 與單片機電源端連接共用 5V 電源 ， V S 端獨立接 9V 電源 。 、 為使能端，低電平禁止數(shù)據(jù)輸出， 低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當(dāng) 高電平，輸入電平為一高一低，電機正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停等。 1N 1、 、 、 為數(shù)據(jù)輸入端 數(shù)據(jù)輸出端 D I D 8 是保護二極管 (8作用是釋放電機停止時產(chǎn)生的反響尖峰電勢。 55流永磁電機 的參數(shù)： 55流永磁電機采用采用鐵氧體永磁磁鐵作為激磁，系封閉自冷式。作為小功率直流馬達可以用在各種驅(qū)動裝置中做驅(qū)動元件。轉(zhuǎn)矩 為 牛米 )， 速度 為 3000r/ 功率 為 20)， 電壓 為 24)，電流為 A）和允許逆轉(zhuǎn)速度差 為 150r/ 使用條件海拔不超過 4000米，環(huán)境溫度 為 到 40 度，相對溫度 為 小于等于 95 度，在海拔不超過 1000米時，不超過 75K。 直流電機的應(yīng)用：電動機簡稱電機，是使機械能與電能相互轉(zhuǎn)換的機械，直流電機把直流電能變?yōu)闄C械能。作為機電執(zhí)行元部件，直流電機內(nèi)部有一個閉合的主磁路。主磁通在主磁路中流動，同時與兩個電路交聯(lián)，其中一個電路是 用以河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 產(chǎn)生磁通的，稱為激磁電路；另一個電路是用來傳遞功率的，稱為功率回路或電驅(qū)回路?，F(xiàn)行的直流電機都是旋轉(zhuǎn)電驅(qū)式，也就是說，激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子，帶換向單元的電驅(qū)繞組和電驅(qū)鐵芯結(jié)合構(gòu)成直流電機的轉(zhuǎn)子。直流電機工作原理：當(dāng)電刷 A， B 接在電壓為 U 的直流電源上時，若電刷 B 是負電位，在 N 極范圍內(nèi)的導(dǎo)體 的電流是從 a 流向 b，在 的電流是從 c 流向 d。載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用，因此 導(dǎo)體都受到電磁力的作用。根據(jù)磁場方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電機左 手定則判斷， 受力的方向是向左的，而 則是向右的。由于磁場是均勻的，導(dǎo)體中流過的又是相同的電流，所以 和 所受磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面上時，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)過半周之后，雖然 位置調(diào)換了， 轉(zhuǎn)到 轉(zhuǎn)到 N 極范圍內(nèi)，但是由于換向片和電刷的作用，轉(zhuǎn)到 N 極下的 中電流方向也變了，是從 d 流向 c，在 s 極下的 中的電流則是從 a。因此電磁力的方向仍 然不變，線圈仍然受力按逆時針方向轉(zhuǎn)動?？梢姡謩e處在 N， S 極范圍內(nèi)的導(dǎo)體中電流方向總是不變的，因此線圈兩個邊的受力方向也不變，這樣線圈就可以按照受力方向不停地旋轉(zhuǎn)，通過齒輪或皮帶等機構(gòu)的傳動，便可以帶動其他機械工作。從以上分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，關(guān)鍵問題是當(dāng)導(dǎo)體從一個磁極范圍轉(zhuǎn)到另一個異性磁極范圍時（也就是導(dǎo)體經(jīng)過中性面后），導(dǎo)體中電流的方向也要同時改變，換向器和電刷就是完成這一任務(wù)的裝置。在直流電機中，換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電?？梢姡瑩Q向器和電刷是直流電機中不可缺少的 關(guān)鍵部件。當(dāng)然，在實際的直流電機中，不只有一個線圈，而是有許多線圈牢固地嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，當(dāng)導(dǎo)體中通過電流在磁場中因受力而轉(zhuǎn)動時，就帶動整個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這就是直流電機的基本工作原理。 源模塊 本系統(tǒng)中遙控器模塊采用兩節(jié) 5V 電池，而紅外遙控小汽車車體采用雙電源供電，電機控制板單獨用一組電源 4V，單片機與顯示模塊用另一組 5V 電源，將電機驅(qū)動電源與單片機的電源，顯示模塊的電源完全隔離 19 驅(qū)動部分利用光電供合器進行連接 以徹底解決電源對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，從而提高了 系統(tǒng)的可靠性。采用雙電源供電尤其對大功率直流電機而言，效果會更為明顯 。最終得到的雙電源電路如下圖 示，圖中二極管的作用是單向?qū)щ娦?，電容的作用是去耦合，電阻的作用為調(diào)節(jié)電壓的大小，根據(jù)實驗經(jīng)驗得到 10K， 9K， 1K 滿足 4V 和 5V 電壓的要求。圖中的三極管主要起放大作用，電感的作用主要為濾波。 C 1 0220 7 2 19104 11 U 0923I C 2R N 5 R K x x 1 電源模塊 圖中 制方式的 C 升壓轉(zhuǎn)換器，是一種 一個振蕩器、一個 制電路、一個低導(dǎo)通內(nèi)阻 (關(guān) )的激勵晶體管、一個參考電壓器、一個高速比較器、幾個電壓檢測電阻、一個 關(guān)保護電路以及一個內(nèi)部芯片啟動電路組成。 4的特點有 超待機低輸入電流，輸出電壓精度高，低紋波及低噪聲，低啟動電壓，高效率包括低導(dǎo)通電阻的驅(qū)動晶體管，兩種占空比，輸出電壓穩(wěn)定，低輸出電壓溫度漂移。小型封裝 低波紋高效率 個二極管和一個電容器構(gòu)成，而且有一個驅(qū)動腳 ( )，用于驅(qū)動外部晶體管。因為利用低飽和電壓功率晶體管來負荷大輸 出電流是可行的，故如果用戶需要輸出電流為幾十毫安到幾百毫安之間的話，建議使用這種芯片。利用片選功能，有可能使電流在待機狀態(tài)下最小。由于這些集成電路的封裝為 迷你型 )，在印板上可以使用高密度貼片。 少量外接元件僅一個電感器、一個二極管和一個電容器 (超低待機電流 0A 高輸出電壓精確 度 低紋波和低噪聲 ， 低啟動電壓河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 最大 效率典型值 80% 內(nèi)置一個低導(dǎo)通內(nèi)阻的晶體管 兩種占空 比77%，輸出電壓 在 范圍內(nèi)，以每 步 間隔設(shè)置是可行的。 輸出電壓的低的溫度漂移系數(shù) 典型值 100C 小封裝 5 個引腳功能為： 1 片使能引腳， 2 壓輸出監(jiān)視引腳，電源供應(yīng)器（設(shè)備本身）， 3 連接， 4 地引腳， 5 關(guān)引腳（ N 溝道開漏）。 輸出電壓可 通過電阻的