畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）尋跡控溫智能小車(chē)

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1、徐州師范大學(xué)單片機(jī)培訓(xùn)班畢業(yè)論文 第一章 緒論1.1課題背景我國(guó)的貨車(chē)的發(fā)展已有幾十年的歷史了，隨著要求越來(lái)越多、越來(lái)越經(jīng)濟(jì)化，比如南方的水果要運(yùn)往北方，還有工廠(chǎng)里面的貨物流通對(duì)時(shí)間對(duì)溫度都有要求，倘若忽略時(shí)間的影響，那就可能有很大的損失，浪費(fèi)大量資源。所以我們很有必要對(duì)車(chē)?yán)锏倪\(yùn)貨倉(cāng)實(shí)行溫度監(jiān)控，來(lái)避免不必要的資源流失。在如今的工廠(chǎng)里都實(shí)施自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)節(jié)省大量的人力資源，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是沿著人性化的方向前進(jìn)的，工廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)在未來(lái)得到更加的重視和發(fā)展。1.2研究的目的通過(guò)本次的設(shè)計(jì)，熟悉紅外對(duì)管、L298N驅(qū)動(dòng)芯片，熟悉匯編語(yǔ)言編譯環(huán)境，進(jìn)一步熟悉單片機(jī)各端口的特性和作用，減速電機(jī)的應(yīng)用。1

2、.3文章的結(jié)構(gòu)在下面的章節(jié)中對(duì)電路設(shè)計(jì)的方案、單片機(jī)及其部分芯片的基本原理、硬件的組裝、電路的調(diào)試與測(cè)試、程序的編寫(xiě)做了詳細(xì)的闡述。在電路方面討論了多組方案，對(duì)于方案的可行性進(jìn)行了論證；在基本原理中對(duì)AT89S51單片機(jī)、L298N芯片等進(jìn)行分析；電路的測(cè)試主要對(duì)硬件組裝的成品進(jìn)行通電檢測(cè)，調(diào)試硬件電路解決問(wèn)題，最后對(duì)部分外文資料進(jìn)行翻譯工作。第二章模塊方案設(shè)計(jì)比較與論證根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、循跡傳感器模塊、減速電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)芯片L298N等模塊構(gòu)成。為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別選擇了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。2.1 車(chē)體設(shè)計(jì)方案方案1：自己制作電動(dòng)車(chē)。一般的說(shuō)來(lái)，自

3、己制作的車(chē)體比較粗糙，對(duì)于白色基板上的道路面行駛，車(chē)身重量以及平衡都要有精確的測(cè)量，而且也要控制好小車(chē)行駛的路線(xiàn)和轉(zhuǎn)彎的力矩及角度，這些都比較難以實(shí)現(xiàn)，所以此方案不妥。方案2：購(gòu)買(mǎi)玩具電動(dòng)車(chē)。購(gòu)買(mǎi)的玩具電動(dòng)車(chē)具有組裝完整的車(chē)架車(chē)輪。我們可以保留左右兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)軸，并改換轉(zhuǎn)軸力矩大的電機(jī)來(lái)精確調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)彎角度，采取保留后方向輪，并使用直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方案。玩具電動(dòng)車(chē)具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車(chē)由于裝配緊湊，使得各種所需電路的安裝十分方便，看起來(lái)也比較美觀(guān)。其次，玩具電動(dòng)車(chē)是依靠電機(jī)與相關(guān)齒輪一起驅(qū)動(dòng)，能適應(yīng)題目中小車(chē)準(zhǔn)確前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎的要求，而且這種電動(dòng)車(chē)一般價(jià)格適中，則此方案較好?；谝陨?/p>

4、分析，我們選擇了方案2。2.2 電機(jī)模塊方案方案1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車(chē)等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。方案 2：直流電機(jī)。直流電機(jī)的控制方法比較簡(jiǎn)單，只需給電機(jī)的兩根控制線(xiàn)加上適當(dāng)?shù)碾妷杭纯墒闺姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，電壓越高則電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。對(duì)于直流電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，可以采用改變電壓的方法，也可采用PWM調(diào)速方法。PWM調(diào)速就是使加在直流電機(jī)兩端的電壓為方波形式，通過(guò)改變方波的

5、占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)?；谝陨戏治?，我們選擇了方案2，使用直流電機(jī)作為電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案 方案1：用分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際中被廣泛應(yīng)用。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。因此放棄了此方案。方案 2：采用SM6135W電機(jī)遙控驅(qū)動(dòng)模塊。SM6135W是專(zhuān)為遙控車(chē)設(shè)計(jì)的大規(guī)模集成電路。能實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、向右、向左、加速五個(gè)功能，但是其采用的是編碼輸入控制，而不是電平控制，這樣在程序中實(shí)現(xiàn)比較麻煩，而且該電機(jī)模塊價(jià)格比較高。方案3：采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N。L298N為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，可直接的對(duì)電

6、機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)須隔離電路。通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，亦能滿(mǎn)足直流減速電機(jī)的大電流要求。調(diào)試時(shí)在依照上表，用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。表1是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系。 表2-1 L298N的引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系EN A（B） IN1（IN3） IN2（IN4） 電機(jī)運(yùn)行情況 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H 同IN2（IN4） 同IN2（IN4） 快速停止 L X X 停止 基于以上分析，我們選擇了方案3，用L298N來(lái)做為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。2.4 尋跡傳感器選擇方案方案1：采用發(fā)光二極管+光敏電阻

7、，該方案缺點(diǎn)：易受到外界光源的干擾，有時(shí)甚至檢測(cè)不到黑線(xiàn)，主要是因?yàn)榭梢?jiàn)光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情況均對(duì)檢測(cè)效果產(chǎn)生直接影響?？朔巳秉c(diǎn)的方法：采用超高亮度的發(fā)光二極管能降低一定的干擾，但這又會(huì)增加檢測(cè)系統(tǒng)的功耗。并且這種方案受光照影響很大，不能穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其它更穩(wěn)定的方案。方案2：用紅外發(fā)射器和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線(xiàn)，當(dāng)發(fā)出的紅外線(xiàn)照射到白色的平面后反射，若紅外接收管接收到反射回來(lái)的光線(xiàn)則檢測(cè)出白線(xiàn)繼而輸出低電平；若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線(xiàn)則檢測(cè)出黑線(xiàn)繼而輸出高電平。這樣組裝的尋跡傳感器基本能夠滿(mǎn)足要求。由于采用帶有交流分量的調(diào)

8、制信號(hào)，則可大幅度減少外界的干擾；此外紅外發(fā)射接收管的工作電流取決于平均電流，如果采用占空比小的調(diào)制信號(hào)，在平均電流不變的情況下，瞬時(shí)電流很大（50100mA）（ST-188允許的最大輸入電流為50mA），則大大提高了信噪比。此種測(cè)試方案反應(yīng)速度大約在5us。方案3：采用CCD傳感器，此種方法雖然能對(duì)路面信息進(jìn)行準(zhǔn)確完備的反應(yīng)，但它存在信息處理滿(mǎn)，實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)，因此若采用CCD傳感器，無(wú)疑會(huì)加重單片機(jī)的處理負(fù)擔(dān)，不利于實(shí)現(xiàn)更好的控制策略。根據(jù)以上分析我們采用方案2。2.5 控制器模塊選擇方案 方案1：采用可編程邏輯期間CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體

9、積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮放棄了此方案。方案2：采用凌陽(yáng)公司的SPCE061A小板作為主控制芯片，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語(yǔ)音處理和識(shí)別等領(lǐng)域。而且可以采用凌陽(yáng)的小車(chē)模組，可以很快的完成其基本功能，但是用該小板存在在一定的局限性，較難擴(kuò)張功能，而且各個(gè)模塊的拼湊，沒(méi)有比集成在一塊板的穩(wěn)定性高。方案3

10、：采用AT89S51作為主控制芯片，該芯片是一個(gè)低功耗、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4K Bytes ISP（Insystem programmable）的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案?；谝陨戏治?，我們選擇了方案3，采用AT89S51作為電動(dòng)車(chē)的主控制芯片。2.6電源模塊選擇方案在本系統(tǒng)中，需要用到的電源有單片機(jī)的5V，L

11、298N芯片的電源5V和電機(jī)的電源715V。所以需要對(duì)電源的提供必須正確和穩(wěn)定可靠。方案1：用9V的鋅電源給前、后輪電機(jī)供電，然后使用7805穩(wěn)壓管來(lái)把高電壓穩(wěn)成5V分別給單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片供電。這種接法比較簡(jiǎn)單，但小車(chē)的電路功耗過(guò)大會(huì)導(dǎo)致后輪電機(jī)動(dòng)力不足。方案2：采用雙電源。為了確保單片機(jī)控制部分和后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)的部分的電壓不會(huì)互相影響，要把單片機(jī)的供電和驅(qū)動(dòng)電路分開(kāi)來(lái)，即用6節(jié)干電池7.2V來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)芯片，然后用7805穩(wěn)壓管來(lái)穩(wěn)成5V供給單片機(jī)，后輪電機(jī)的電源用3V供電，這樣有助于消除電機(jī)干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；谝陨戏治?，我們選擇了方案2。2.7溫度傳感器的選擇方案考慮到用溫度傳感器

12、。在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，大都使用傳感器，所以這是非常容易想到的。對(duì)于溫度傳感器的選擇，我做了以下三種比較：方案1 采用紅外溫度傳感器MLX90615ESG-DAA。MLX90615在信號(hào)調(diào)節(jié)芯片中使用了先進(jìn)的低噪音放大器，一枚16-bit ADC以及功能強(qiáng)大的DSP元件。溫度計(jì)能適應(yīng)從-40C到85C的廣泛工作溫度范圍。但此芯片易于損壞，故不選用。方案2 采用溫度傳感器鉑電阻Pt1000。鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，他能用作工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線(xiàn)性較好。在0 100時(shí)最大非線(xiàn)性偏差小于0.5鉑熱電阻與溫度的關(guān)系是，Rt=R0(1+At+Bt*t)；其中Rt是溫度為t攝氏度時(shí)

13、的電阻；R0是溫度為0時(shí)電阻；t為任意溫度值，A、B為溫度系數(shù)。但其成本太貴，不適合做普通設(shè)計(jì)。方案3 采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一總線(xiàn)”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供處理器處理，且硬件電路簡(jiǎn)單，支持多點(diǎn)測(cè)溫。 基于以上分析，選擇方案32.8顯示器件的選擇方案1采用LCD液晶顯示器。LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線(xiàn)，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線(xiàn)折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)面。雖然使用較為方

14、便，但是價(jià)錢(qián)較貴，且顯示的不鮮艷。所以放棄此方案。方案2采用LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。LED數(shù)碼管是一類(lèi)顯示屏。通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其發(fā)亮。從而顯示出數(shù)字 數(shù)碼管能夠顯示時(shí)間、日期、溫度、等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。而且工作電低，顯示簡(jiǎn)單明了?；谝陨戏治?，選擇方案2。2.9 最終方案 經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，我最終確定了如下方案：1、 車(chē)體用購(gòu)買(mǎi)的玩具小車(chē)。2、 采用AT89S51單片機(jī)作為主控制器。3、 紅外對(duì)管尋跡。4、 采用直流電機(jī)，芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。5、 12V的電源供電，通過(guò)7805的變換后為單片機(jī)、傳感器和電機(jī)供電。2

15、.10 自動(dòng)循跡小車(chē)結(jié)構(gòu)方案圖單片機(jī)控制模塊（AT89S51）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（L298N）紅外循跡模塊（檢測(cè)白帶） 圖2-1 尋跡小車(chē)結(jié)構(gòu)方框圖 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)硬件電路是實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)的主體部分，以下主要是硬件的各個(gè)部分進(jìn)行介紹。3.1 控制器的設(shè)計(jì)AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫(xiě)1000此的Flash 只讀程序存儲(chǔ)器。 AT89S51具有如下的特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/

16、輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz 并可以通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP、和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品的需求。各引腳功能：Vcc：接+5V電壓。Vss：接地。XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳，在單片機(jī)的內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，此反相放

17、大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。XTAL2：接外部晶體的另一個(gè)引腳，在單片機(jī)的內(nèi)部，它是反相放大器的輸出端，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號(hào)。I/O：P0、P1、P2、P3，共32根P0口，8位、漏極開(kāi)路的雙向I/O口；P1口，8位、準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部含有上拉電阻；P2口，8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路；P3口，8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ??？刂凭€(xiàn)：共4根RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器工作時(shí)，在RST上作用兩個(gè)周期以上的高

18、電平，便可復(fù)位器件。當(dāng)AT89S51內(nèi)部看門(mén)狗定時(shí)器溢出時(shí)，該引腳將輸出98個(gè)振蕩周期的高電平。EA/Vpp：片外程序存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。當(dāng)EA/接地時(shí)，CPU只執(zhí)行片外存儲(chǔ)器中的程序；當(dāng)EA/接Vcc時(shí)，CPU首先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中的程序（0000H0FFFH），然后自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的程序（1000HFFFFH）。如果程序鎖定位LB1被編程（P），那么EA/值將在復(fù)位時(shí)由片內(nèi)鎖存。在與Flash并行編程/校驗(yàn)期間，該引腳施加12V的編程電壓Vpp。ALEPROG/：地址鎖存允許信號(hào)輸出。在CPU訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE提供一個(gè)地址鎖存信號(hào)，將低8

19、位地址鎖存在片外鎖存器中。在與Flash并行編程/校驗(yàn)期間，該引腳也是編程負(fù)脈沖的輸入端。在正常操作狀態(tài)下，該引腳端口輸出恒定頻率的脈沖。其頻率為晶振頻率的1/6，可用作外部定時(shí)或其他觸發(fā)信號(hào)。如果需要，可通過(guò)SFR的第0位置禁止ALE操作，但ALE的禁止位不影響對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)。PSEN/：片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。當(dāng)AT89S51執(zhí)行來(lái)自外部程序存儲(chǔ)器的指令代碼時(shí)，PSEN/每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN/無(wú)效。3.1.1 AT89S51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖31 所示為AT89S51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)框圖，它由8個(gè)部件組成，即中央處理器（CPU）、片內(nèi)

20、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器(ROM)、輸入輸出接口（I/O口、分為P0口、P1口、P2口、和P3口）、可編程串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。各部分通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)相連。其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上，卻采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。ROMP2口P0口RAM微處理器（運(yùn)算部件）控制部件B定時(shí)/計(jì)數(shù)器P3口中斷系統(tǒng)P1口 特殊功能寄存器（SFR）串行口 圖3-1 AT89S51 基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2 所示為AT89S51 單片機(jī)的引腳圖： 圖3-2 AT89S51引腳圖3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本小車(chē)采用的電機(jī)是直流電機(jī)

21、，考慮到小車(chē)必須能夠作出前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、停止等靈活的動(dòng)作，在左右兩主動(dòng)輪分別通過(guò)一個(gè)電機(jī)分別進(jìn)行控制。當(dāng)左輪電機(jī)旋轉(zhuǎn)右輪電機(jī)停止時(shí)小車(chē)向右轉(zhuǎn)，反之則向左轉(zhuǎn)。通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的輸出來(lái)達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速的目的。3.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298驅(qū)動(dòng)芯片輸出電壓最高可達(dá)50V,可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。它可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)Vss，Vss可接收4.5-7V電壓。4

22、腳Vs接電壓，Vs電壓范圍為+2.5V-46V。輸出電流可達(dá)2.5A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298N可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之間分別接電動(dòng)機(jī)，5（IN1），7(IN2)，10(IN3)，12(IN4)腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，這四個(gè)引腳輸入PWM脈沖，假設(shè)IN1輸入以個(gè)PWM脈沖，IN2輸入與IN1相反的PWM脈沖電機(jī)正轉(zhuǎn)，相反的PWM可以由程序設(shè)置或者在IN2的輸入前加一個(gè)反相器也可實(shí)現(xiàn)，建議使用程序設(shè)置方便簡(jiǎn)單，以減少硬件電路避免出現(xiàn)更多的問(wèn)題，若要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)，則IN1、

23、IN2輸入與正轉(zhuǎn)相反的脈沖可實(shí)現(xiàn)，EN1、EN2接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。當(dāng)使能端為低電平時(shí)芯片不會(huì)工作。L298N引腳說(shuō)明如表3-1所列。 表3-1 引腳說(shuō)明管腳名稱(chēng) 功能6，11 ENA,ENB電機(jī)控制使能端5,7,10,12 IN1IN4 控制輸入2，3，13，14 OUT1OUT4 驅(qū)動(dòng)輸出8 GND 接地4，9 VS-VSS 電源邏輯功能如表3-1所列。 表3-2 L298N邏輯功能表ENA (B)IN1(IN3)IN2(IN4)電機(jī)運(yùn)行情況HHL正傳HLH反轉(zhuǎn)HHH剎停HLL停止L任意任意停止3.3 電源電路設(shè)計(jì)任何一個(gè)電路都需要工作電源，一個(gè)電源只有輸出正確的工作電壓才能夠使

24、電路安全地并且按照預(yù)先的方案進(jìn)行工作，否則就會(huì)造成燒毀元器件或者電路不能正常工作。3.3.1 三端集成穩(wěn)壓器7805集成穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的集成電路。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點(diǎn)，在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。78XX系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正確輸出電壓的集成穩(wěn)定器，輸出電壓有5V，6V，9V，12V，15V，18V，24V等規(guī)格，最大輸出電流為1.5A。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠。 圖3-3 串聯(lián)式集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路方框圖本次設(shè)計(jì)電路需

25、要的工作電壓為5V，由于三端集成穩(wěn)壓器的使用十分方便，只有三個(gè)引出端：輸入端、輸出端和公共端，在實(shí)際應(yīng)用電路中連接比較簡(jiǎn)單。所以我采用三端集成穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓輸出的方式為電路提供安全的工作電壓。7805的1腳為輸入端，2腳為接地端，3腳為輸出端。根據(jù)7805的工作條件，本次設(shè)計(jì)采用的是8節(jié)1.5V電池串聯(lián)作為輸入電壓，而7805的輸出正好符合電路的安全工作電壓。三端集成穩(wěn)壓器7805的主要參數(shù)：輸入電壓為10V，輸出電壓為5V還包括電壓調(diào)整率，電流調(diào)整率，最小壓差，輸出噪聲，輸出電阻，峰值電流和輸出溫漂?？驁D如圖3-4所示。 輸入 17805 輸出 3 接地 2圖3-4 7805框圖 3.3

26、.2 電源電路的原理圖根據(jù)電源電路的工作要求在電路的輸出端加入的電容為濾波電容，作用為濾出電源中的高頻和低頻干擾。電路中的發(fā)光管為電源指示燈，以顯示電源部分是否有電壓輸出。電路中的濾波電容C2是當(dāng)負(fù)載電流突變時(shí)，為改善電源的動(dòng)態(tài)特性而設(shè)的，取值約為100470uF。C1為電解電容。在結(jié)構(gòu)上，它們是由兩個(gè)電容極板中間加絕緣介質(zhì)卷繞而成的。因此，對(duì)電源中的高頻分量，電解電容均含有電感，而集成穩(wěn)壓器內(nèi)部帶有負(fù)反饋，可能會(huì)使穩(wěn)壓器的輸出端產(chǎn)生有害振蕩。C2正是為抑制這種振蕩或消除電網(wǎng)串入的高頻干擾而設(shè)置的，通常C2取值為0.10.33uF。D7為電源指示燈。電路如圖3-5 所示。 圖3-5 電源電路

27、3.4尋跡電路設(shè)計(jì)這里的循跡是指小車(chē)在綠地毯上循白線(xiàn)走，通常采取的方法是紅外探測(cè)法。 紅外探測(cè)法，即用紅外線(xiàn)在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色布條時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接受；如果遇到黑色則紅外光被吸收，小車(chē)上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定黑線(xiàn)的位置和小車(chē)的行走路線(xiàn)。紅外探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò)3cm。3.4.1 LM339集成芯片LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V

28、，雙電源電壓為1V-18V；3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0（Ucc-1.5V）Vo；5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6）輸出端電位可靈活方便地選用。 LM339集成塊采用C-14型封裝，外型及管腳排列如圖。由于LM339使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大IC生產(chǎn)廠(chǎng)、公司竟相推出自己的四比較器，如IR2339、ANI339、SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。 LM339類(lèi)似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱(chēng)為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱(chēng)為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入

29、端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱(chēng)為門(mén)限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱(chēng)為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉

30、電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 LM339可構(gòu)成 單限比較器、 遲滯比較器 、雙限比較器（窗口比較器） 、振蕩器等。 LM339還可以組成高壓數(shù)字邏輯門(mén)電路，并可直接與TTL、CMOS電路接口。LM339的特點(diǎn)和一些參數(shù)1）電壓失調(diào)小，一般是2mV； 2）共模范圍非常大，為0v到電源電壓減1.5v； 3）他對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制很寬； 4）LM339 vcc電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為1V-18V； 5）輸出端電位可靈活方便地選用。 6）差動(dòng)輸入電壓范圍很大，甚至能等于vcc； 圖3-6 LM339功能框圖 3.4.2 尋跡電路設(shè)計(jì)循跡電路采用紅外對(duì)

31、管與LM339進(jìn)行搭配使用。電路圖如圖3-7： 至單片機(jī) 圖3-7 尋跡電路 3.5 溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的溫度采集器采用DS18B20芯片。（1）DS18B20的性能特點(diǎn)DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線(xiàn)接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無(wú)須外部器件；可通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)供電，電壓范圍為3.05.5V；零待機(jī)功耗；溫

32、度以9或12位數(shù)字；用戶(hù)可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。（2）DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20采用腳PR35封裝或8腳SOIC封裝。64位ROM的結(jié)構(gòu)開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線(xiàn)進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入戶(hù)報(bào)警上下限。（3）DS18B20測(cè)溫原理如圖所示，器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)

33、數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。斜率累加器計(jì)數(shù)比較器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器高溫度系數(shù)振蕩器減法計(jì)數(shù)器1減法計(jì)數(shù)器2減到0減到0預(yù)置溫度寄存器斜率累加器計(jì)數(shù)比較器預(yù)置 圖 DS18B20測(cè)溫原理 第四章 程序設(shè)計(jì)軟件與硬件是密不可分的，系統(tǒng)能否完成所有的指示，都是需要靠軟件來(lái)對(duì)硬件進(jìn)行控制，使其發(fā)揮出各自的功能。軟件設(shè)計(jì)是與硬件同等重要的部分，兩者缺一不可。4.1 整體系統(tǒng)程序流程4.1.1 尋跡控溫智能小車(chē)的程序流程圖 圖4 系統(tǒng)程序流程圖 4.2 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)4.2.1 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)步驟51單片機(jī)所能執(zhí)行的指令的集合就是它的指令

34、系統(tǒng)，指令常以其英文名稱(chēng)或縮寫(xiě)形式來(lái)作為助記符形式表示的指令是匯編語(yǔ)言。此系統(tǒng)軟件采用51匯編語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言是單片機(jī)提供給用戶(hù)的最快、最有效的語(yǔ)言，也是能利用單片機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的編程語(yǔ)言。用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序效率高，占用的存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度快，因此用匯編語(yǔ)言能編寫(xiě)出最優(yōu)化的程序。匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的步驟主要分為以下幾個(gè)步：（1）分析問(wèn)題，確定算法首先對(duì)需要解決的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析。本次設(shè)計(jì)就要考慮解決問(wèn)題的任務(wù)是什么？工作過(guò)程是什么？小汽車(chē)在行駛過(guò)程中對(duì)速度方面的要求是什么？找出合理的方法去解決這些問(wèn)題。（2）根據(jù)算法，畫(huà)出程序流程圖畫(huà)程序流程圖可以把算法和解決問(wèn)題的步驟逐步具

35、體化。通過(guò)程序流程圖，把程序中具有一定功能的各部分有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，從而使人們能夠抓住程序的基本線(xiàn)索，對(duì)全局有完整的了解。（3）編寫(xiě)程序根據(jù)程序流程圖所表示的算法和步驟，選擇適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?lái)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，即程序。我們?cè)诰帉?xiě)程序時(shí)應(yīng)注意所編程序的可讀性和正確性，養(yǎng)成在程序的適當(dāng)位置加上注釋的好習(xí)慣。（4）上機(jī)調(diào)試上機(jī)調(diào)試可以驗(yàn)證程序的正確性。任何程序編寫(xiě)完后總難免有缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，只有上機(jī)調(diào)試和運(yùn)行才能比較容易發(fā)現(xiàn)和糾正它們。 第5章 硬件的組裝與系統(tǒng)調(diào)試 整機(jī)焊接完畢，首先要對(duì)硬件進(jìn)行檢查，檢查連線(xiàn)是否有誤，再逐步對(duì)各單元進(jìn)行調(diào)試，首先燒入電機(jī)控制小程序，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，停止均正常。說(shuō)明電

36、機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路無(wú)誤。5.1 元件的檢測(cè)與辨別方法5.1.1 發(fā)光二級(jí)管的簡(jiǎn)易測(cè)量1.判別管腳正、負(fù)級(jí)將紅黑表筆分別接兩管腳，燈亮的那次黑表筆對(duì)應(yīng)為正極（原因：萬(wàn)用表內(nèi)電源與發(fā)光二極管構(gòu)成回路使發(fā)光二極管發(fā)光）。另外，新發(fā)光二極管可根據(jù)長(zhǎng)正負(fù)短原則判定。2.判別發(fā)光二極管好壞：用黑表筆接發(fā)光二極管的正極，紅表筆接負(fù)極，若發(fā)光說(shuō)明是好的。5.1.2 電阻的檢測(cè)1看電阻的引線(xiàn)有無(wú)折斷或外殼燒焦等現(xiàn)象。2選擇合適的量程，用萬(wàn)用表的歐姆檔，使指針在表盤(pán)的中間位置。在路測(cè)量，當(dāng)測(cè)量值遠(yuǎn)大于標(biāo)稱(chēng)值，則可判斷電阻已損壞；若小于標(biāo)稱(chēng)值，則斷路檢測(cè)，若測(cè)量值基本等于標(biāo)稱(chēng)值，該電阻正常；若接近于零，電阻短路；若遠(yuǎn)小于

37、標(biāo)稱(chēng)值，電阻損壞；若遠(yuǎn)大于標(biāo)稱(chēng)值，電阻斷路。5.1.3 電容的檢測(cè)5100pf以上的電容用萬(wàn)用表的最高電阻檔判別。5100pf以下的電容可以借助一個(gè)NPN型的三極管的放大作用測(cè)量或用電容萬(wàn)用表來(lái)測(cè)。將萬(wàn)用表的兩表筆分別接在電容的兩個(gè)引腳上，這時(shí)指針有一個(gè)擺動(dòng)的過(guò)程；然后將兩表筆對(duì)換，在進(jìn)行一次測(cè)量，此時(shí)表針有一個(gè)較大的擺動(dòng)過(guò)程，這是電容的充放電過(guò)程。若出現(xiàn)萬(wàn)用表的指針不擺動(dòng)，電容開(kāi)路；若指針向右擺動(dòng)后指針不再?gòu)?fù)原，說(shuō)明電容被擊穿；若指針向右擺動(dòng)后只有少量左回?cái)[，說(shuō)明電容漏電。5.2 整機(jī)調(diào)試5.2.1 電路的調(diào)試電路的調(diào)試成功，主要取決于我們能否把以前所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，也是對(duì)我們

38、所學(xué)使用儀器儀表知識(shí)的檢驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)調(diào)試步驟如下：1調(diào)試電源電路。也是先把電源部分用面包板搭接后，接通輸入的12V電壓，然后用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量三端集成穩(wěn)壓器7805的輸出端，看是否為5V，如果為5V則說(shuō)明該電路良好，能夠?yàn)檎麢C(jī)電路提供工作電壓。2把整機(jī)電路全部搭接好后，用萬(wàn)用表測(cè)量各個(gè)集成塊的電壓供電端是否為5V。 3調(diào)試單片機(jī)的晶振電路和復(fù)位電路，在調(diào)試晶振電路時(shí)，要用到示波器。來(lái)檢測(cè)該電路是否為單片機(jī)提供時(shí)鐘控制信號(hào)。復(fù)位電路的檢測(cè)用萬(wàn)用表的紅表筆接到單片機(jī)的復(fù)位引腳上，黑表筆接地，然后按下復(fù)位開(kāi)關(guān)，看萬(wàn)用表指示的電壓是否為5V。5.2.2 尋跡電路的調(diào)試路面循跡，主要是靠紅外對(duì)管的工作

39、，小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，靠黑線(xiàn)是否接受到反射的紅外光來(lái)判定。設(shè)計(jì)是尋白帶，當(dāng)檢測(cè)到白帶時(shí)，輸出電平為低電平，當(dāng)在綠地毯上正常行駛時(shí)，則輸出高電平。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定白帶的位置和小車(chē)的行走路線(xiàn)。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò)3cm。因此，就要求對(duì)其要有很好的靈敏度，靈敏度的好壞可以直接調(diào)循跡模塊上的滑動(dòng)電位器，通過(guò)調(diào)整它的阻值使循跡模塊擁有最好的工作狀態(tài)。 結(jié) 論畢業(yè)論文是一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我擺脫了單純的理論指示學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際電路問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我

40、查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專(zhuān)業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，地局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在硬件采用了很多不同方面的電路，主要集中在小車(chē)上，采用了多個(gè)傳感器來(lái)確定小車(chē)的狀態(tài)和位置；應(yīng)用了現(xiàn)今較為普遍，并且性能穩(wěn)定的傳輸模塊。所有模塊都由單片機(jī)AT89S51進(jìn)行控制，電路雖然復(fù)雜，但都實(shí)現(xiàn)了功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)上所要求的所有指標(biāo)。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我了解專(zhuān)業(yè)很多以前不曾注意的知識(shí)，

41、受益良多，我會(huì)把這些都牢牢記在腦中，為以后參加工作積累經(jīng)驗(yàn)，更好的將所學(xué)知識(shí)發(fā)揮出來(lái)。 致 謝 本設(shè)計(jì)是在賀新明老師的指導(dǎo)下完成的，賀新民老師的講課的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、寬以待人的工作作風(fēng)讓我深受感動(dòng)。在兩期的培訓(xùn)期間，我跟著賀老師學(xué)到了很多的知識(shí)，使我在單片機(jī)領(lǐng)域著實(shí)得到很大的提高。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，自己遇到了好幾個(gè)弄不明白的問(wèn)題，通過(guò)賀老師的指導(dǎo)，使問(wèn)題都得以很好的解決。對(duì)于老師的幫助和指導(dǎo)，我表示衷心的感謝，沒(méi)有老師的幫助，我是不會(huì)獲得這么多的收獲。同時(shí)，還感謝王玉芝老師對(duì)我們?nèi)w學(xué)員的無(wú)微不至的關(guān)懷。參考文獻(xiàn)1 黃智偉.凌陽(yáng)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：航空航天大學(xué)出版社2 黃正謹(jǐn)，田良.電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽

42、題解析.東南大學(xué)出版社3 沈任元，吳勇.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社4 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京高等教育出版社5 高峰編，單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).北京科學(xué)出版社6 21IC中國(guó)電子網(wǎng) 7 謝自美.電子線(xiàn)路設(shè)計(jì).測(cè)試（第二版）華中科技大學(xué)出版社8 新勢(shì)力論壇.bbs9 萬(wàn)方數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一服務(wù)系統(tǒng) 10 王艷芬，馮偉.通信電子電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).清華大學(xué)出版社 附錄1 譯文微控制器是一種功能的計(jì)算機(jī)上系統(tǒng)芯片。它包含一個(gè)處理器核心，內(nèi)存和可編程輸入/輸出外設(shè)。微控制器包括一個(gè)集成的CPU內(nèi)存和外設(shè)，能夠輸入和輸出，它強(qiáng)調(diào)高集成度，相反，一個(gè)微處理器只包含一個(gè)CPU，除了通常的算術(shù)和

43、邏輯要素一般用途的微處理器，微控制器集成了更多的要素，如讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序，快閃記憶體的永久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，外設(shè)和輸入/輸出接口，時(shí)鐘頻率只有32KHz, 微處理器微操作往往以非常低的速度相比，這是足夠的典型應(yīng)用。他們消耗功率相對(duì)較小，一般將有能力保持功能，同時(shí)等待一個(gè)事件，如一個(gè)按鈕，按下或中斷，電力消耗，從而使它們適合用于低功耗和長(zhǎng)期持久的電池應(yīng)用。微控制器用于自動(dòng)控制產(chǎn)品及設(shè)備，如汽車(chē)引擎控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制，辦公室機(jī)器，家電，電動(dòng)工具和玩具。通過(guò)降低尺寸，成本和能耗的設(shè)計(jì)相比，使用一個(gè)單獨(dú)的微處理器，內(nèi)存，和輸入/輸出設(shè)備，微控制電子控制多進(jìn)程。嵌入式設(shè)計(jì)大多數(shù)的計(jì)算機(jī)系

44、統(tǒng)使用的是內(nèi)嵌在其他機(jī)器，如汽車(chē)，電話(huà)，電器，和周邊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些都是所謂的嵌入式系統(tǒng)。雖然一些嵌入式系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，很多人起碼的要求，內(nèi)存和程序長(zhǎng)度，沒(méi)有操作系統(tǒng)，軟件的復(fù)雜性和低。典型的輸入和輸出設(shè)備包括開(kāi)關(guān)，繼電器，螺線(xiàn)管， LED的，小的或自定義LCD顯示器，射頻器件，傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)，如溫度，濕度，光水平等嵌入式系統(tǒng)通常有沒(méi)有鍵盤(pán)，屏幕，硬盤(pán)，打印機(jī)，或其他公認(rèn)的I / O設(shè)備的個(gè)人電腦，并且可能缺乏人際交往的任何種類(lèi)的設(shè)備中斷這是強(qiáng)制性的微控制器提供實(shí)時(shí)響應(yīng)的事件是嵌入式系統(tǒng)的控制。當(dāng)某些事件發(fā)生時(shí)，中斷系統(tǒng)的信號(hào)處理器可以暫停處理目前的指令序列，并開(kāi)始一個(gè)中斷服務(wù)例

45、程（偵察） 。的ISR將需要執(zhí)行任何處理的基礎(chǔ)上的來(lái)源中斷，然后再返回原來(lái)的指令序列?？赡苁窃O(shè)備中斷源依賴(lài)，并往往包括活動(dòng)，如內(nèi)部定時(shí)器溢出，完成模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)換，一個(gè)邏輯電平變化對(duì)投入，如從一個(gè)按鈕被按下，和收到的數(shù)據(jù)的通信鏈路。凡能耗是重要的，因?yàn)樵陔姵毓╇娫O(shè)備，中斷也可能會(huì)喚醒一個(gè)微控制器由一個(gè)低功耗休眠狀態(tài)的處理器是必須停止，直到做了周邊活動(dòng)程序單片機(jī)程序必須符合現(xiàn)有的片上程序存儲(chǔ)器，因?yàn)檫@將是代價(jià)高昂的提供與外部系統(tǒng)，可擴(kuò)展，記憶體。編譯器和匯編語(yǔ)言的使用將高級(jí)語(yǔ)言程序到一個(gè)緊湊機(jī)器代碼存儲(chǔ)在微控制器的記憶。根據(jù)不同的設(shè)備，程式記憶體可能是永久性的，只讀存儲(chǔ)器，只能通過(guò)編程在工廠(chǎng)，或

46、程序存儲(chǔ)器可外地變Flash或可擦除只讀存儲(chǔ)器。其他微控制器的功能由于嵌入式處理器通常是用來(lái)控制裝置，他們有時(shí)需要接受輸入的設(shè)備，他們是控制。這是目的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。由于處理器內(nèi)置解釋和處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，即1和0 ，它們將無(wú)法做任何事的模擬信號(hào)可以被發(fā)送到它的設(shè)備。因此，模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器是用于轉(zhuǎn)換傳入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種形式的處理器可以識(shí)別。還有一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，使處理器將數(shù)據(jù)發(fā)送到該設(shè)備是控制。此外，轉(zhuǎn)換器，許多嵌入式微處理器包括各種定時(shí)器以及。其中最常見(jiàn)的計(jì)時(shí)器是可編程間隔定時(shí)器，或進(jìn)站短。一個(gè)坑只是倒計(jì)時(shí)從一定的價(jià)值為零。一旦達(dá)到零，它發(fā)送一個(gè)中斷的處理器，這表明它已經(jīng)完成計(jì)票。這是非常有用的設(shè)備，

47、如恒溫器，定期測(cè)試他們周?chē)臏囟?，以了解他們是否需要打開(kāi)空調(diào)后，取暖爐等。時(shí)間處理單元或聚氨酯短?；旧现皇且粋€(gè)計(jì)時(shí)器，但更復(fù)雜。除了倒計(jì)時(shí)，該聚氨酯可以檢測(cè)輸入事件，產(chǎn)生的輸出活動(dòng)，和其他有用的行動(dòng)。專(zhuān)用的脈沖寬度調(diào)制（ PWM ）模塊可讓CPU在控制功率轉(zhuǎn)換器，電阻負(fù)載，電動(dòng)機(jī)等，不使用大量的CPU資源，嚴(yán)格的定時(shí)器循環(huán)。通用異步接收/發(fā)送器（ UART接口）模塊，可以接收和傳輸數(shù)據(jù)通過(guò)串行線(xiàn)很小的CPU負(fù)載。對(duì)于那些想以太網(wǎng)可以使用一個(gè)外部晶體半導(dǎo)體芯片CS8900A一樣，瑞昱RTL8019 ，或Microchip的電子海圖28J60 。所有這些方便的接口，低引腳數(shù)。高集成度相反，通用處

48、理器，微控制器可能無(wú)法執(zhí)行一個(gè)外部地址或數(shù)據(jù)總線(xiàn)，因?yàn)樗鼈冋蟁AM和非易失性存儲(chǔ)器在同一個(gè)芯片上的CPU 。使用較少的引腳，該芯片可以放置在一個(gè)更小，更便宜的軟件包。集成的內(nèi)存和其他外圍設(shè)備在一個(gè)芯片上，并測(cè)試它們作為一個(gè)單位的成本增加，芯片，但結(jié)果往往減少凈成本的嵌入式系統(tǒng)作為一個(gè)整體。即使成本的CPU已經(jīng)集成外設(shè)略高于成本的CPU +外部的外設(shè)，具有較少的芯片通常允許一個(gè)較小的和更便宜的電路板，并降低了勞動(dòng)力需要組裝和測(cè)試的電路板。微控制器是一個(gè)單一的積體電路，一般具有以下特點(diǎn)：1)中央處理單元-從小型，簡(jiǎn)單的4位處理器的復(fù)雜32 -或64位處理器2)離散輸入和輸出的比特率，使控制或檢測(cè)

49、邏輯狀態(tài)的個(gè)人封裝引腳3)串行輸入/輸出，如串行端口（UART）4)其它串行通信接口的I2C ，串行外設(shè)接口和控制器局域網(wǎng)的系統(tǒng)互連5)外圍設(shè)備，如定時(shí)器，事件計(jì)數(shù)器， PWM產(chǎn)生器和看門(mén)狗6)瞬間記憶體（ RAM ）的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)7)光盤(pán)存儲(chǔ)器， EEPROM或快閃記憶體的程序和操作參數(shù)的存儲(chǔ)8)時(shí)鐘發(fā)生器-通常是一個(gè)石英振蕩器時(shí)間晶體，諧振器或RC電路9)許多包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器10)在電路編程和調(diào)試支持附錄2 英文參考資料A microcontroller (also MCU or C) is a functional computer system-on-a-chip. It contain

50、s a processor core, memory, and programmable input/output peripherals.Microcontrollers include an integrated CPU, memory (a small amount of RAM, program memory, or both) and peripherals capable of input and output.It emphasizes high integration, in contrast to a microprocessor which only contains a

51、CPU (the kind used in a PC). In addition to the usual arithmetic and logic elements of a general purpose microprocessor, the microcontroller integrates additional elements such as read-write memory for data storage, read-only memory for program storage, Flash memory for permanent data storage, perip

52、herals, and input/output interfaces. At clock speeds of as little as 32KHz, microcontrollers often operate at very low speed compared to microprocessors, but this is adequate for typical applications. They consume relatively little power (milliwatts or even microwatts), and will generally have the a

53、bility to retain functionality while waiting for an event such as a button press or interrupt. Power consumption while sleeping (CPU clock and peripherals disabled) may be just nanowatts, making them ideal for low power and long lasting battery applications.Microcontrollers are used in automatically

54、 controlled products and devices, such as automobile engine control systems, remote controls, office machines, appliances, power tools, and toys. By reducing the size, cost, and power consumption compared to a design using a separate microprocessor, memory, and input/output devices, microcontrollers

55、 make it economical to electronically control many more Embedded designThe majority of computer systems in use today are embedded in other machinery, such as automobiles, telephones, appliances, and peripherals for computer systems. These are called embedded systems. While some embedded systems are

56、very sophisticated, many have minimal requirements for memory and program length, with no operating system, and low software complexity. Typical input and output devices include switches, relays, solenoids, LEDs, small or custom LCD displays, radio frequency devices, and sensors for data such as tem

57、perature, humidity, light level etc. Embedded systems usually have no keyboard, screen, disks, printers, or other recognizable I/O devices of a personal computer, and may lack human interaction devices of any kind.InterruptsIt is mandatory that microcontrollers provide real time response to events i

58、n the embedded system they are controlling. When certain events occur, an interrupt system can signal the processor to suspend processing the current instruction sequence and to begin an interrupt service routine (ISR). The ISR will perform any processing required based on the source of the interrup

59、t before returning to the original instruction sequence. Possible interrupt sources are device dependent, and often include events such as an internal timer overflow, completing an analog to digital conversion, a logic level change on an input such as from a button being pressed, and data received o

60、n a communication link. Where power consumption is important as in battery operated devices, interrupts may also wake a microcontroller from a low power sleep state where the processor is halted until required to do something by a peripheral event.ProgramsMicrocontroller programs must fit in the ava

61、ilable on-chip program memory, since it would be costly to provide a system with external, expandable, memory. Compilers and assembly language are used to turn high-level language programs into a compact machine code for storage in the microcontrollers memory. Depending on the device, the program memory may be permanent, read-only memory that can only be programmed at the factor