1、摘要本設計以STC89C51單片機為控制核心，小車具有循跡檢測、電機驅(qū)動、等主要功能。首先，兩個電機分別單獨控制左右兩個車輪，通過調(diào)節(jié)兩個電機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動時間，達到小車正常行駛與轉(zhuǎn)向的目的。車頭的四個紅外光電傳感器通過對路況的檢測反饋給單片機，控制小車行走路線，防止超出邊界線。與此同時檢測前方是否有小車，并且將信息反饋給單片機，控制小車減速，防止出現(xiàn)撞車。在第二圈超車過程中，兩車相繼進入超車區(qū)后，甲車減速后直線前進，乙車正常行駛并進入超車區(qū)，達到超車目的。關鍵詞： 控制；檢測；反饋；STC89C51單片機；超車AbstractThis design with the STC89C51 sing

2、le-chip microcomputer as the core, the car has a tracking detection, motor drive, such as the main function. First of all, the two motor control separately or so two wheels, by adjusting the two motor rotation speed and time, achieve the goal of the car moving and steering. Four infrared electric ca

3、r sensor through the road test feedback to MCU, control the car walking routes, prevent beyond the border. At the same time detect whether there is a car in front, and feedback the information to the microcontroller, control the car slow down, to prevent a crash. In the second circle during the over

4、taking process, the two cars have entered after overtaking area, a straight line after car slow down, b car overtaking is moving into the area, the purpose of overtaking.Keywords:control,Detection,Feedback,STC89C51 single-chipmicro-computer,Overtaking目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 設計題目11.3 設計要求

5、1第2章 方案論證與比較32.1 設計任務32.2 設計要求32.3.1調(diào)速模塊32.3.2 尋跡模塊52.3.3 轉(zhuǎn)向裝置模塊5第3章 系統(tǒng)硬件設計73.1電源設計73.2最小系統(tǒng)設計83.3電機驅(qū)動模塊設計93.4循跡模塊設計103.5避障模塊設計113.6顯示模塊設計12第4章 電路設計軟件的使用144.1仿真軟件的介紹144.2仿真軟件的優(yōu)勢14第5章電路的組裝與調(diào)試165.1 電路的組裝165.2 電路調(diào)試165.3 電路焊接與調(diào)試原理辦法185.3.1 電子電路的設計基本步驟185.3.2 電子電路的組裝195.3.4 電子電路故障檢查的一般方法20結(jié)論22致23附錄1 譯文25附

6、錄2 英文參考資料26附錄3 程序流程圖27附錄4 整機原理圖28附錄5 元件清單2927 / 32第1章 緒論1.1 課題背景眾所周知，汽車的研究是伴隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展而越來越受人關注?；救珖娮哟筚惡褪‰娮哟筚惷看味加兄悄苄≤囘@方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，可見其研究意義很大。本題目是結(jié)合科研項目的設計類課題，設計的智能電動小車應該能夠周圍環(huán)境進行檢測（檢測是否有黑線）、能通過無線模塊進行通信、能交替領跑任務。根據(jù)題目的要求與組討論，確定如下方案：設計兩輛電動智能小車（甲車、乙車）能夠按照給出的程序，甲前乙后同時起跑，而且準確無誤并無碰撞地在給定區(qū)域同向行走，并在超車

7、區(qū)實現(xiàn)超車，以完成交替領跑任務。本設計以STC89C51單片機為控制核心。STC89C51是一款8位Flash單片機，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。所以本設計與實際相結(jié)合，現(xiàn)實意義很強。1.2 設計題目智能小車的設計與制作1.3 設計要求甲車車頭緊靠起點標志線，乙車車尾緊靠邊界，甲、乙兩輛小車同時起動，先后通過起點標志線，在行車道同向而行，實現(xiàn)兩車交替超車領跑功能。甲車車頭緊靠起點標志線,乙車車尾緊靠邊界,甲、乙兩輛小車同時起動，先后通過起點標志線，在行車道同向而行，實現(xiàn)兩車交替超車領跑功能。跑道如圖1-1所示。圖1-1 跑道示意圖第2章 方案論證與比較2.1 設計任務通過組討論

8、以與題目的要求，在下面的文章中我們總體介紹智能小車的結(jié)構(gòu)。1、尋軌模塊：用于探測黑線的有無，基礎每輛小車由3個光電管組成，通過反射紅外線的變化判斷黑線的有無。2、電機驅(qū)動模塊：由于單片機輸出的電流有限，無法直接驅(qū)動電機工作，因此需要通過專業(yè)的電路進行驅(qū)動，本小車采用L298芯片驅(qū)動電機。3、單片機模塊：根據(jù)使用的傳感器和控制策略的不同，單片機的選擇也不同。本設計主要采用STC系列中的STC89C51單片機。4、紅外傳感器開關：尋找前面是否有小車，作為通訊工具。5、電源模塊：本設計主要用12V/6800mAh的鋰電池，其輸入電壓12.6VDC；輸出12VDC。能穩(wěn)定安全地給電機供電。2.2 設計

9、要求甲車車頭緊靠起點標志線，乙車車尾緊靠邊界，甲、乙兩輛小車同時起動，先后通過起點標志線，在行車道同向而行，實現(xiàn)兩車交替超車領跑功能。2.3方案論證本設計的多種模塊可有多種方案采取，以下介紹各方案的優(yōu)缺點。2.3.1調(diào)速模塊方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。方案二：靜止可控整流器，簡稱V-M系統(tǒng)。方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機拖動直流電動機實現(xiàn)變流，由發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以G-M系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機組，至少包含兩臺與調(diào)速電

10、動機容量相當?shù)男D(zhuǎn)電機，還要一臺勵磁發(fā)電機，設備多、體積大、費用高、效率低、維護不方便等缺點。且技術落后，因此擱置不用。V-M系統(tǒng)是當今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。最后，當系統(tǒng)處于低速運行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設備。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關狀態(tài)。當晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管

11、關斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調(diào)速。與V-M系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點：1、由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速圍較寬，可達1：10000左右。由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在一樣的平均電流下，電動機的損耗和發(fā)熱都比較小。2、同樣由于開關頻率高，若與快速響應的電機相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應性能好，動態(tài)抗擾

12、能力強。3、由于電力電子器件只工作在開關狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。根據(jù)以上綜合比較，以與本設計中受控電機的容量和直流電機調(diào)速的發(fā)展方向，本設計采用了H型單極型可逆PWM變換器進行調(diào)速。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。脈寬調(diào)速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。為順利實現(xiàn)電動小汽車的前行與倒車，本設計采用了可逆PWM變換器?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有H型、T型等類型。我們在設計中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個三極電力晶體管和4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。綜合考慮系統(tǒng)的各項性能，最后我們決定采用PWM調(diào)速系統(tǒng)。2.3.2 尋

13、跡模塊方案一：采用光電自動尋軌傳感器，通過采集黑白線返回主控制單片機的電信號不同，來實現(xiàn)自動尋跡的功能。方案二：采用反射式紅外傳感器來進行探測。只要選擇數(shù)量和探測距離合適的紅外傳感器，可以準確的判斷出跑道邊界的位置。方案的選擇：方案二中的反射式紅外傳感器驅(qū)動方便，識別率高，并且采集速度快，返回信號準確，能夠?qū)崿F(xiàn)題目的要求，即能精確實現(xiàn)循跡黑線，方案二雖然效果更佳，但價格較昂貴。所以選擇方案二。2.3.3 轉(zhuǎn)向裝置模塊方案一：雙電機控制。采用兩個直流電機控制小車后輪，檢測不到黑線走直線時，單片機控制兩輪轉(zhuǎn)速相等。當傳感器檢測到黑線，需要向左轉(zhuǎn)時，增加右輪轉(zhuǎn)速，降低左輪轉(zhuǎn)速；需要向右轉(zhuǎn)時，增加左輪

14、轉(zhuǎn)速，降低右輪轉(zhuǎn)速。但此種方法必須精確控制兩車輪轉(zhuǎn)速直行時相等，否則將會出現(xiàn)小搖擺與抖動，達不到平滑運動的效果。方案二：步進電機控制前輪。步進電機將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應的角位移的特種電機，步進電機的顯著特點是快速啟動能力，測到障礙物時能夠快速轉(zhuǎn)向；另外步進電機的精度高，每步可以小至0.72度，不會失步，在負荷不超過動態(tài)轉(zhuǎn)矩值時，可以瞬間啟動和停止。逆轉(zhuǎn)時能夠精確返回原始位置。外加機械機構(gòu)可以把角度變成直線位移。但步進電機的價格比較昂貴。經(jīng)過比較分析，采用方案一即兩個直流電機控制轉(zhuǎn)向。本章小結(jié)通過我們組討論以與題目的要求，我們的電動智能小車選主要采用STC系列中的STC89C51單片機，其設計主

15、要用12V/6800mAh的鋰電池，能穩(wěn)定安全地給電機供電；由于單片機輸出的電流有限，無法直接驅(qū)動電機工作，因此需要通過專業(yè)的電路進行驅(qū)動，只要單片機給出相應的控制信號，便可控制電機工作。以STC 89C51為控制核心，用于探測黑白交線的位置，基礎由若干個光電管組成，通過反射紅外線的變化判斷黑白交線的有無，便于走黑白交線。綜合考慮系統(tǒng)的各項性能，我們決定采用PWM調(diào)速系統(tǒng)；采用光電自動尋軌傳感器，通過采集黑白線返回主控制單片機的電信號不同，來實現(xiàn)自動尋跡的功能；采用雙電機控制控制小車的轉(zhuǎn)向。第3章 系統(tǒng)硬件設計3.1電源設計使用8節(jié)1.5V南孚電池為整個系統(tǒng)供電，電壓可達到12V，其過穩(wěn)壓芯片

16、7805獲取5V直流電源為單片機供電，12V電源為電機供電以獲得較高速度，該電源輸出電流能力較大，而且能較長時間為小車提供穩(wěn)定的電流，使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，符合實際要求。電源原理圖如圖3-1所示。圖3-1 電源原理圖電源穩(wěn)壓芯片7805/7905 是一種典型的組合裝封三端穩(wěn)壓集成電路模塊帶金屬基板散熱按裝片該模塊多用于有處理器的5V電源的處理板戲稱電腦穩(wěn)壓塊輸入電壓可達直流12V輸出5V+-5%以，電流1A,最大短時可達3A(極限) 在超過500毫安輸出時最好加裝散熱器 ，7805面對字標左腳進右腳出，中間腳接地。在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)

17、壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。當制作中需要一個能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為N個1.5A，但應用時需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應采用同一廠家、同一批號的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導致其他電路的連鎖燒毀。3.2最小系統(tǒng)設計本設計最小系統(tǒng)分兩部分，一部分是晶振部分，另一部分是復位電路部分。最小系統(tǒng)原理圖如圖3-2所示。圖3-2最小系統(tǒng)原理圖單片機的置位和復位，都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說，單片機復位電路作用是把一個例如狀態(tài)機初始化到空狀態(tài)，而在單片機部，

18、復位的時候單片機是把一些寄存器以與存儲設備裝入廠商預設的一個值。單片機復位電路原理是在單片機的復位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復位。當復位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復位有效。復位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計算出時間常數(shù)。復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成。(1)上電復位：STC89系列單片與為高電平復位，通常在復位引腳RST上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個RC充放電回路保證單片機在上電時RST腳上有足夠時間的高電平進行復位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值為10K和10uF。(2)按鍵復位：

19、按鍵復位就是在復位電容上并聯(lián)一個開關，當開關按下時電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復位。單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定圍調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器(VCO)。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。

20、單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。STC89C51使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。3.3電機驅(qū)動模塊設計電機的左右輪分別由兩個獨立的電機驅(qū)動，通過控制兩個電機正轉(zhuǎn)時間的不同，實現(xiàn)小車的前進和左右的方向選擇。應用L2

21、98N進行電機驅(qū)動，IN1和IN2控制小車左輪并且通過ENA控制占空比，這樣能控制小車的左輪驅(qū)動能力。IN3和IN4控制小車右輪并且通過ENB控制占空比來控制小車右輪的驅(qū)動能力，以達到調(diào)節(jié)速度的要求。輸出端OUT1和OUT2接左輪，OUT3和OUT4接右輪，前進時，兩輪驅(qū)動能力一樣，左轉(zhuǎn)時，右輪比左輪驅(qū)動力強，右轉(zhuǎn)時，同理。而二極管的引入能夠起到保護電機的作用。電機驅(qū)動原理圖如圖3-3所示。圖3-3 電機驅(qū)動原理圖 L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專 用驅(qū)動芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，部包含4信道邏

22、輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動2個二相或1個四相步進電機，含二個H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準TTL邏輯準位信號，可驅(qū)動46V、2A以下的步進電機，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機的IO端口來提供模擬時序信號。3.4循跡模塊設計循跡采用反射式光電傳感器，反射式光電傳感器具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當紅外的檢查方向遇到障礙物（反射面）時，紅外信號反射回來被接收管接收。經(jīng)處理之后，通過數(shù)字傳感器接口返回微控制器，微控制器可利用紅外波的返回信號來識別周圍環(huán)

23、境的變化。當遇到黑線時，圖中三極管8050導通，反相器輸入口處檢測到低電平，經(jīng)反相器后變?yōu)楦唠娖?，供單片機識別，同時指示燈被點亮，圖中滑動變阻器，可方便改變光電傳感器的輸入電流，從而改變靈敏度，圖中0.1uF電容，可減少電路中“毛刺”，以增加電路的抗干擾能力。循跡模塊原理圖如圖3-3所示。圖3-3循跡模塊原理圖在本設計中我們采用紅外一體式發(fā)射接收器，發(fā)射管和接收管的直徑都為3mm，系統(tǒng)中我們設計反射距離在1.5cm左左，此時探測環(huán)境都在檢測電路板之下，不易受到其他光線的干擾。傳感器都選用RPR220發(fā)射紅外傳感器。該封裝形狀規(guī)則，便于安裝。紅外一體式發(fā)射接收器由于感應的是紅外光，常見光對它不干

24、擾。紅外一體式發(fā)射接收器檢測黑線的原理為：由于黑色吸光，當紅外發(fā)射管發(fā)出的關照射在上面后反射的部分比較小，接收管接收到地紅外線也就較少，表現(xiàn)為電阻比較大，通過外接的電路就可以讀出檢測的狀態(tài)，同理當照在白色表面時發(fā)射的紅外線就比較多，表現(xiàn)為接收管的電阻比較小。本設計中當檢測到黑線，小車會自動偏轉(zhuǎn)而遠離邊緣的黑線。3.5避障模塊設計避免追尾相撞：小車前方設置一紅外傳感器，小車后面設置一個擋板，當兩車接近到一定距離時，紅外傳感器檢測到對方尾部的擋板，輸送電平給單片機，由單片機控制PWM調(diào)制脈沖來改變小車速度。避障模塊原理圖如圖3-5所示。圖3-5避障模塊原理超車：當甲車檢測到超車標志線后，轉(zhuǎn)而循跡外

25、環(huán)的同時，甲車減速，甲車和乙車保持紅外避障傳感器設置的距離，轉(zhuǎn)檢測完超車標志后，轉(zhuǎn)而循跡超車區(qū)的環(huán)黑線，速度超過甲車并循跡黑線返回起點，而甲車尋到轉(zhuǎn)彎標志線后繼續(xù)循跡外線回到原點。電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小(也有兩個數(shù)字電壓比較的，這里不介紹)，并判斷出其中哪一個電壓高，比較器，它有兩個輸入端：同相輸入端(“+” 端) 與反相輸入端(“-”端)，有一個輸出端Vout(輸出電平信號)。另外有電源V+與地(這是個單電源比較器)，同相端輸入電壓VA，反相端輸入VB。VA和VB的變化。在時間0t1時，VAVB；在t1t2時，VBVA；在t2t3時，VAVB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1

26、(c)所示：VAVB時，Vout輸出高電平(飽和輸出)；VBVA時，Vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。3.6顯示模塊設計在系統(tǒng)中要進行動態(tài)超車次數(shù)：一種方法是采用LCD1602液晶顯示器。LCD具有功耗低，抗干擾能力強的特點。不緊可以顯示數(shù)字、字符，而且可以顯示漢字和圖形，但由于顯示容不多。另一種方法是采用八段數(shù)碼管顯示，可以使用多個獨立的八段數(shù)碼管來自己拼接，其優(yōu)點是位數(shù)不限，布局靈活；也可以直接使用集成好的多位數(shù)碼管，其優(yōu)點是引線簡單，價格也相對便宜許多。多位數(shù)碼管可以使用多個I/O端口驅(qū)動，如P0-P3分別驅(qū)動4個數(shù)碼管，但是這樣極浪費了I/O資源，所以通常在實際

27、使用中用動態(tài)掃描的方法來實現(xiàn)多位數(shù)碼管的顯示。動態(tài)掃描是針對靜態(tài)顯示而言的，所謂靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定導通或恒定截止，這種顯示方式的每個數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接電源（共陽極），每個數(shù)碼管的每個字段分別與一個I/O口地址相連或與硬件譯碼電路相連，這時只要I/O口或硬件譯碼器有所需電平輸出，相應字符即顯示出來，并保持不變，直到需要更新所顯示字符。采用靜態(tài)顯示方式占用單片機時間少，編程簡單，但其占用的口線多，硬件電路復雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。而動態(tài)掃描則是一個一個地輪流點亮每個數(shù)碼管，方法是多位數(shù)碼管的a-dp數(shù)據(jù)段都用一樣的I/O

28、引腳來驅(qū)動，而使用不同的I/O引腳來控制位選擇引腳。在動態(tài)掃描顯示時，先選中第一個數(shù)碼管，把數(shù)據(jù)送給它顯示，一定時間后再選中第二個數(shù)碼管，把下一個數(shù)據(jù)送給它顯示，以此類推，一直到最后一個。這樣雖然在某一時刻只有一個數(shù)碼管在顯示，但是只要掃描的速度足夠快（超過人眼的視覺暫留時間），動態(tài)顯示的效果在人開來就是幾個數(shù)碼管同時顯示。采用動態(tài)掃描的方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示的數(shù)碼管較多時，51單片機要依次掃描，占用了單片機的較多時間。本章小結(jié)本章主要描述了小車制作的主要模塊，以與各個模塊的應用與擴展。在某些模塊中也添加了一樣模塊的比較，使我們

29、在閱讀時更能一目了然地看到使用這些模塊的優(yōu)勢。第4章 電路設計軟件的使用4.1仿真軟件的介紹Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，Proteus資源豐富。1、Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。2Pr

30、oteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。3除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。4Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。4.2仿真軟件的優(yōu)勢在PRO

31、TEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。PROTEUS 是單片機課堂教學的先進助手。PROTEUS不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。課程設計、畢業(yè)設計是學生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器

32、件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。本章小結(jié)在本章中主要續(xù)寫了在畫原理圖時時所用到的軟件，以與一些軟件的使用辦法與優(yōu)點。讓我們更能體會語言帶給我們的魅力。第5章電路的組裝與調(diào)試5.1 電路的組裝利用單片機的P0口和P2口的低四位來控制數(shù)碼管顯示時間與路程，P2口的高四位用來控制電機，P1口的低四位負責接收紅外傳感器所傳輸?shù)母叩碗娖叫盘?，P1.4用來接收避障信號，P1.5用來接收測速模塊傳輸來的信號，P1.6和P1.7是電機模塊的使能。小車采用雙層設計，上層用來焊接數(shù)碼管和芯片，同時它也用來固定紅外傳

33、感器的傳輸模塊。下層用來安置電機的驅(qū)動模塊，也放置電源在下面。這樣設計是為了在使用小車時能更好的讓觀看者看到小車走過的時間和路程，在小車行走的過程中也能與時了解小車前方的紅外傳感器所傳輸給單片機的信號。電池盒和電機驅(qū)動放在下方是為了保證小車的中心重量夠重，讓小車在行駛的過程中更加的穩(wěn)定平穩(wěn)。紅外傳感器的安置采用與垂直方向傾斜30度的方法設置的，小車的后輪使用了萬向輪，沒有使用膠皮輪，主要是膠皮輪在車上安裝時必須要用兩個，這樣一來，小車的輪子就增加到了四個，而且在控制方面也難以實現(xiàn)同時控制四個輪子間的相互協(xié)調(diào)性，也讓程序編寫的更加復雜。相反，使用萬向輪時，只要考慮前方兩個輪子的轉(zhuǎn)動，后面的萬向輪

34、也會隨著前方的運動方向做出適當?shù)霓D(zhuǎn)動，這樣無需考慮后面的行進問題，程序相對也會變得簡單。而且在驅(qū)動的控制方面，也相對節(jié)約了一個電機驅(qū)動，是成本降到最低。5.2 電路調(diào)試首先要檢測各個模塊的硬件電路是否都已能夠輸出正常圍的電壓，確保沒有因為模塊中某個器件的損壞而使整個電路處于不穩(wěn)定狀態(tài)，或者因為某處電壓過大而燒毀其他元器件。在檢測電壓時也會出現(xiàn)這樣的情況，有時會因為一時疏忽而把芯片插反，這樣在檢測電壓時就會出現(xiàn)某處電壓過高的現(xiàn)象；也有某部分會接收不到正常的電流。在L298的驅(qū)動部分里，有的二極管如果在焊接過程中焊反，電機驅(qū)動板上的電源指示燈就不會亮，在連接電源的部分顯示的電壓全部是正確的，但是電

35、機的驅(qū)動卻始終也不好使；有時L298也會壞，在L298壞了以后，電機上的指示燈是正常顯示的，但是L298芯片會特別的燙手，輸入電壓都是對的，但是給不了輸出電壓，這樣就需要換一個電機驅(qū)動。在使用八節(jié)干電池組成的12v電源給電機驅(qū)動供電時，使用不久之后會出現(xiàn)小車輪子在換速過程中出現(xiàn)停頓現(xiàn)象，只有人為再次給它動力時，它才會接著向前循跡，這是因為干電磁的電力減退造成的，但是這種情況在使用萬用表測量時，萬用表上顯示的電壓值仍然是12v，只有在使用時，電源的電壓會從12v電壓直接下降下來。在紅外傳感器的模塊中接收的標準電壓是5v電壓，如果這部分電壓過高的話，在紅外傳感器的模塊調(diào)節(jié)過程中會發(fā)現(xiàn)，模塊指示燈會

36、始終亮著不熄滅，在紅外傳感器檢測到黑白線時，指示燈只會出現(xiàn)亮度的不同，不會熄滅；只有在正常的電壓時才會熄滅。在硬件的焊接時，數(shù)碼管的公共極需要接上限流電阻，否則在電路電流過大時會燒壞數(shù)碼管中的led,使數(shù)碼管無常成像，這會在檢測時造成許多不必要的麻煩。其次是程序上的調(diào)試。在定義端口引腳時會產(chǎn)生重復的現(xiàn)象，在我的程序中就曾出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，我把P2口的低四位用來做數(shù)碼管的位選位時，程序?qū)懗桑?#define wei P2同時我也需要把P2的高四位用來驅(qū)動電機，這樣在使用時，wei應用時，同樣也改變了驅(qū)動電機的信號，這樣就會產(chǎn)生重復的現(xiàn)象，從而導致給電機的電壓不夠，無法驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動起來。這樣就需要我

37、們用bite語句來逐個定義引腳，雖然這樣麻煩些，但它會使程序分工執(zhí)行所需要的信號，而不是在同時工作的過程中互相干擾。在數(shù)碼管的使用時，會使用動態(tài)掃描來顯示其時間與路程，在動態(tài)掃描調(diào)節(jié)時會出現(xiàn)這樣的情況。如果動態(tài)掃描慢了，我們看到的數(shù)字將不能在同一時間全部顯示在我們的視線中；如果動態(tài)掃描太快，在數(shù)字產(chǎn)生變換時，它會產(chǎn)生重影現(xiàn)象。在最初的程序調(diào)試時，需要把在單片機寫入基本的程序來檢測電機模塊的驅(qū)動使能是由高電平控制還是由低電平控制，這樣會在以后的程序編寫中更加節(jié)省時間。最后是紅外傳感器安裝，如果紅外傳感器是垂直安裝的，當黑色跑道上有水時，反光的效果就會產(chǎn)生偏差，讓紅外傳感器接收不到正常的信號，如果

38、是與垂直方向形成30度角的話就不會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，從而能正常把軌跡的檢測信號傳輸給單片機。在小車試驗時要避免被照射到，照射到紅外傳感器時，會給傳感器的檢測帶來極大的不便，因為光亮強度高，會有大量的紅外光傳遞給紅外接收管，會讓紅外傳感器產(chǎn)生檢測到白線的信號，進而無法繼續(xù)檢測黑線，并傳輸正確的信號給單片機。小車上層在焊接過程中，只把數(shù)碼管和51單片機焊接在一個整體上，不需要用其他的方式再進行連接。而其他的模塊與51單片機連接時，是采用插線方式連接的，這樣連接的方式好處是在檢測模塊時可以逐一檢測，避免其他模塊給檢測時帶來影響；也不用在小車固定的某個地方檢測，容易把其他已經(jīng)連接好的線路碰斷。壞處是在插

39、線部位連接時會帶來短路現(xiàn)象，讓小車在行進過程中出現(xiàn)故障。通電的時候也會時續(xù)時斷，在給小車診斷其他部分故障時帶來麻煩。5.3 電路焊接與調(diào)試原理辦法5.3.1 電子電路的設計基本步驟1、明確設計任務要求 充分了解設計任務的具體要求如性能指標、容與要求，明確設計任務。 2、方案選擇 根據(jù)掌握的知識和資料，針對設計提出的任務、要求和條件，設計合理、可靠、經(jīng)濟、可行的設計框架，對其優(yōu)缺點進行分析，做到心中有數(shù)。 3、根據(jù)設計框架進行電路單元設計、參數(shù)計算和器件選擇 具體設計時可以模仿成熟的電路進行改進和創(chuàng)新，注意信號之間的關系和限制；接著根據(jù)電路工作原理和分析方法，進行參數(shù)的估計與計算；器件選擇時，元

40、器件的工作、電壓、頻率和功耗等參數(shù)應滿足電路指標要求，元器件的極限參數(shù)必須留有足夠的裕量，一般應大于額定值的1.5倍，電阻和電容的參數(shù)應選擇計算值附近的標稱值。 4、電路原理圖的繪制電路原理圖是組裝、焊接、調(diào)試和檢修的依據(jù)，繪制電路圖時布局必須合理、排列均勻、清晰、便于看圖、有利于讀圖；信號的流向一般從輸入端或信號源畫起，由左至右或由上至下按信號的流向依次畫出務單元電路，反饋通路的信號流向則與此相反；圖形符號和標準，并加適當?shù)臉俗?；連線應為直線，并且交叉和折彎應最少，互相連通的交叉處用圓點表示，地線用接地符號表示。5.3.2 電子電路的組裝電路組裝通常采用通用印刷電路板焊接和實驗箱上插接兩種方

41、式，不管哪種方式，都要注意：1、集成電路 認清方向，找準第一腳，不要倒插，所有IC的插入方向一般應保持一致，管腳不能彎曲折斷； 2、元器件的裝插 去除元件管腳上的氧化層，根據(jù)電路圖確定器件的位置，并按信號的流向依次將元器件順序連接； 3、導線的選用與連接導線直徑應與過孔（或插孔）相當，過大過細均不好；為檢查電路方便，要根據(jù)不同用途，選擇不同顏色的導線，一般習慣是正電源用紅線，負電源用藍線，地線用黑線，信號線用其它顏色的線；連接用的導線要求緊貼板上，焊接或接觸良好，連接線不允許跨越IC或其他器件，盡量做到橫平豎直，便于查線和更換器件，但高頻電路部分的連線應盡量短；電路之間要有公共地。 在電路的輸

42、入、輸出端和其測試端應預留測試空間和接線柱，以方便測量調(diào)試； 布局合理和組裝正確的電路，不僅電路整齊美觀，而且能提高電路工作的可靠性，便于檢查和排隊故障。5.3.3電子電路調(diào)試實驗和調(diào)試常用的儀器有：萬用表、穩(wěn)壓電源、示波器、信號發(fā)生器等。調(diào)試的主要步驟： 1、調(diào)試前不加電源的檢查對照電路圖和實際線路檢查連線是否正確，包括錯接、少接、多接等；用萬用表電阻檔檢查焊接和接插是否良好；元器件引腳之間有無短路，連接處有無接觸不良，二極管、三極管、集成電路和電解電容的極性是否正確；電源供電包括極性、信號源連線是否正確；電源端對地是否存在短路（用萬用表測量電阻）。若電路經(jīng)過上述檢查，確認無誤后，可轉(zhuǎn)入靜態(tài)

43、檢測與調(diào)試。 2、靜態(tài)檢測與調(diào)試斷開信號源，把經(jīng)過準確測量的電源接入電路，用萬用表電壓檔監(jiān)測電源電壓，觀察有無異?，F(xiàn)象：如冒煙、異常氣味、手摸元器件發(fā)燙，電源短路等，如發(fā)現(xiàn)異常情況，立即切斷電源，排除故障；如無異常情況，分別測量各關鍵點直流電壓，如靜態(tài)工作點、數(shù)字電路各輸入端和輸出端的高、低電平值與邏輯關系、放大電路輸入、輸出端直流電壓等是否在正常工作狀態(tài)下，如不符，則調(diào)整電路元器件參數(shù)、更換元器件等，使電路最終工作在合適的工作狀態(tài)；對于放大電路還要用示波器觀察是否有自激發(fā)生。 3、動態(tài)檢測與調(diào)試動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎上進行的，調(diào)試的方法地在電路的輸入端加上所需的信號源，并循著信號的注射逐

44、級檢測各有關點的波形、參數(shù)和性能指標是否滿足設計要求，如必要，要對電路參數(shù)作進一步調(diào)整。發(fā)現(xiàn)問題，要設法找出原因，排除故障，繼續(xù)進行。（詳見檢查故障的一般方法） 4、調(diào)試注意事項 （1）正確使用測量儀器的接地端，儀器的接地端與電路的接地端要可靠連接； （2）在信號較弱的輸入端，盡可能使用屏蔽線連線，屏蔽線的外屏蔽層要接到公共地線上，在頻率較高時要設法隔離連接線分布電容的影響，例如用示波器測量時應該使用示波器探頭連接，以減少分布電容的影響。 （3）測量電壓所用儀器的輸入阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗。 （4）測量儀器的帶寬必須大于被測量電路的帶寬。 （5）正確選擇測量點和測量 （6）認真觀察記錄

45、實驗過程，包括條件、現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、波形、相位等。7、出現(xiàn)故障時要認真查找原因。5.3.4 電子電路故障檢查的一般方法于新設計組裝的電路來說，常見的故障原因有：1、實驗電路與設計的原理圖不符；元件使用不當或損壞；2、設計的電路本身就存在某些嚴重缺點，不能滿足技術要求，連線發(fā)生短路和開路；3、焊點虛焊，接插件接觸不良，可變電阻器等接觸不良；4、電源電壓不合要求，性能差；5、儀器作用不當；6、接地處理不當；7、相互干擾引起的故障等。檢查故障的一般方法有：直接觀察法、靜態(tài)檢查法、信號尋跡法、對比法、部件替換法旁路法、短路法、斷路法、暴露法等，下面主要介紹以下幾種：1、 直接觀察法和信號檢查法：與前面介紹

46、的調(diào)試前的直觀檢查和靜態(tài)檢查相似，只是更有目標針對性。2、 信號尋跡法：在輸入端直接輸入一定幅值、頻率的信號，用示波器由前級到后級逐級觀察波形與幅值，如哪一級異常，則故障就在該級；對于各種復雜的電路，也可將各單元電路前后級斷開，分別在各單元輸入端加入適當信號，檢查輸出端的輸出是否滿足設計要求。3、 對比法：將存在問題的電路參數(shù)與工作狀態(tài)和一樣的正常電路中的參數(shù)（或理論分析和仿真分析的電流、電壓、波形等參數(shù)）進行比對，判斷故障點，找出原因。4、 部件替換法：用同型號的好器件替換可能存在故障的部件。5、 加速暴露法：有時故障不明顯，或時有時無，或要較長時間才能出現(xiàn)，可采用加速暴露法，如敲擊元件或電

47、路板檢查接觸不良、虛焊等，用加熱的方法檢查熱穩(wěn)定性差等等。本章小結(jié)這個章節(jié)主要敘述了我在制作小車中所遇到各種問題，同樣這也使我了解到，課本上的知識只是在最理想的狀態(tài)，而在實際中確是會出現(xiàn)很多問題，這些問題會讓我們提高的更快，也同樣豐富了我們的閱歷。結(jié)論通過本次的課程設計，充分認識到了學習知識的重要性。在電機轉(zhuǎn)動控制的設計中，明白了僅僅依靠書本上的知識是遠遠不夠的，必須結(jié)合實際，學習更多的專業(yè)知識。從接手這個設計課題到最后做出成品，付出了很多的汗水與心血。首先，分析這個課題；然后構(gòu)想電路，經(jīng)過軟件的一次次仿真與不斷的修改、完善，得到最終的電路圖；最后，焊接電路。在焊接電路的過程中，因為是第一次接

48、觸設計電路，所以剛開始我們顯得很生疏，設計的比較簡單，不過，隨著一次次的動手與思考，越來越熟練，設計的效果也越來越好。在這次的課題設計過程中，一次次把設計進行修改，使我知道了設計一樣產(chǎn)品是需要多大的耐心與細心，更加需要無的試驗和汗水。致在此，我很感我的指導老師建新老師，在做畢業(yè)設計的過程中得到她的悉心指導，教我們要多尋找方案，開拓我們的視角，不僅僅局限于眼前的方案。教了我很多，在學習上要有一股鉆勁，遇到困難的時候不要放棄。告訴我們現(xiàn)在的電路趨勢是小而精，而我們的電路雖然完成了小車控制的基本功能，但用的元器件過多，相對來說還是比較復雜還有更好的方案需要我去探索。我還要感在一起幫助我完成畢業(yè)設計的

49、同學，正是由于你們的幫助和支持，我們才能克服一個一個的困難和疑惑，直至順利完成本次設計。最后，再次對關心、幫助我的老師和同學表示衷心地感我的家人和那些永遠也不能忘記的朋友。參考文獻 1龍興電子技術基礎第二版高等教育，20002午車.數(shù)字電子技術從入門到精通國防工業(yè)，20063幫文.新編CMOS4000系列集成電路實用手冊.機械工業(yè)，20074自美.電子線路設計實驗測試第二版華中理工大學，19975余孟嘗數(shù)字電子技術基礎簡明教程第二版高等教育，19996閻石數(shù)字電子技術基礎高等教育，19987鐘實實用電子報警器精選百例：科技技術文獻，20028鐘實實用電子報警器精選百例：科技技術文獻，20029

50、 毅剛，喜元，董繼成.單片機原理與應用M.高等教育，2003.10高吉祥，黃智偉，丁文霞. 數(shù)字電子技術M.電子工業(yè)，2003.11LanceHammond，BasemANayfehAsinglechipMultiprocessorJ2003.12TomladAsinglechipMultiprocessor-32J2001.附錄1 譯文單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上

51、構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域的廣泛應用。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機。這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機普遍設置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件與外設接口集成一片，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。這是按照單片機大致應用的領域進行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址圍大，運算能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴格的。例如，80C51類單片機既是通用型又是總線型，還可以作工控用。附錄2 英文參考資料 SCM is A kind of integrated circuit chips, is to use very large scale integrated circuit technology with data processing abilit