小車(chē)避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、第一章 緒論1.1 小車(chē)避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接憽⒏脑?、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢(mèng)想。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感覺(jué)傳感器種類越來(lái)越多，其中視覺(jué)傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺(jué)的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于視覺(jué)的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺(jué)需要通過(guò)大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺(jué)傳感器的核心器件是攝像管或ccd，目前的ccd

2、已能做到自動(dòng)聚焦。但ccd傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺(jué)的系統(tǒng)中考慮使用接近覺(jué)傳感器是一種實(shí)用有效的方法。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺(jué)功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（avgauto-guide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車(chē)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開(kāi)障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。1.2 小車(chē)避障系統(tǒng)該智能小車(chē)可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、cpu。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還

3、可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物。可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測(cè)到障礙物自動(dòng)躲避?；谏鲜鲆螅瑐鞲袡z測(cè)部分考慮到小車(chē)一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的ccd傳感器而考慮使用價(jià)廉物美的紅外反射式傳感器來(lái)充當(dāng)。智能小車(chē)的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來(lái)充當(dāng)?shù)?，主要控制小?chē)的行進(jìn)方向和速度。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有pwm功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬pwm輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大?？紤]到實(shí)際情況，本文選擇第二種方案。cpu使用p89

4、c51ra單片機(jī)，配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。還有顯示部分通過(guò)軟件可以顯示行使時(shí)間和路程。1.2.1 主控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問(wèn)題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下：方案一：僅采用cpld作為核心部件的方案如圖1.2.1所示：選用一片cpld（如epm7128lc84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。cpld具有速度快、編程容易、資源豐富、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用vhdl語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)開(kāi)發(fā)。但cpld在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，cpld的處理速度非?？?，而小車(chē)的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這

5、一點(diǎn)上，mcu就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。里程檢測(cè)紅外遙控障礙檢測(cè)cpld避開(kāi)障礙顯示行駛里程、時(shí)間等指示燈顯示行駛路線圖1.2.1 以cpld為核心的原理框圖方案二：僅采用單片機(jī)作為核心部件的方案如圖1.2.2所示：采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車(chē)，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì)控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此

6、，這種方案是一種較為理想的方案。圖1.2.2 以單片機(jī)為核心的原理框圖單片機(jī)里程檢測(cè)紅外遙控障礙檢測(cè)避開(kāi)障礙顯示行駛里程、時(shí)間等指示燈顯示行駛路線針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)多開(kāi)關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長(zhǎng)處理多開(kāi)關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn)i/o口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，d/a、a/d功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了p89c51ra單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，51單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，i/o口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8k，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是51單片機(jī)價(jià)格非常低廉。在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、顯示等諸多因素后，我們決定采用一片單片機(jī)，充分利用p89c51

7、ra單片機(jī)的資源。1.2.2 機(jī)械系統(tǒng)本題目要求小車(chē)的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、簡(jiǎn)單，而四輪運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)部分：由于玩具汽車(chē)的直流電機(jī)功率較小，而小車(chē)上裝有電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。為使小車(chē)能夠順利啟動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在直流電機(jī)和輪車(chē)軸之間加裝了三級(jí)減速齒輪。顯示部分：將顯示模塊放置小車(chē)前部上方，利于觀察。電池的安裝：將電池放置在車(chē)體的正下方，降低車(chē)體重心，提高穩(wěn)定性，同時(shí)可增加驅(qū)動(dòng)輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。1.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案一：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制,通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車(chē)的速度進(jìn)行調(diào)整.此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損

8、壞,壽命較短,可靠性不高。方案二：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問(wèn)題在于一般的電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。方案三：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 h型pwm電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)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型保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子管的開(kāi)關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛

9、采用的 pwm調(diào)速技術(shù)。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(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。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直流電機(jī)。1.2.4 傳感器系統(tǒng)方案一：反射式紅外發(fā)射接收裝置，只有物體反射紅外光時(shí)才有信號(hào)輸入，其信號(hào)強(qiáng)度與小車(chē)距障礙物的距離成正比。因此可利用信號(hào)強(qiáng)度作為避障依據(jù)。紅外探測(cè)器的選型與工作方式:1、紅外探測(cè)器的選型紅外探測(cè)器以其發(fā)射功率大、抗干擾能力強(qiáng)而在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，紅外探測(cè)器按其工作模式可大致分為主動(dòng)式與被動(dòng)式，主動(dòng)式紅外探測(cè)器自帶紅外光源，通過(guò)對(duì)光源的遮擋、反射、折射等光

10、學(xué)手段可以完成對(duì)被探測(cè)物體位置的判別。被動(dòng)式紅外探測(cè)器本身沒(méi)有光源，通過(guò)接受被探測(cè)物體的特征光譜輻射來(lái)測(cè)量被探測(cè)物的位置、溫度或進(jìn)行紅外成像。直流直接驅(qū)動(dòng)方式裝置簡(jiǎn)單但檢測(cè)距離和抗干擾能力都比較差；交流調(diào)制方式由于可以采用交流耦合方式解決了放大器的直流漂移問(wèn)題從而可以大大提高檢測(cè)的距離，同時(shí)由于環(huán)境光產(chǎn)生的干擾多數(shù)情況是信號(hào)的直流或低頻分量可以由濾波器加以隔絕，因此交流調(diào)試方式抗干擾能力也比較強(qiáng)，缺點(diǎn)是系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。在本體中我們要利用紅外探測(cè)器檢測(cè)障礙物的距離，顯然選用主動(dòng)式紅外傳感器比較合適，系統(tǒng)的造價(jià)可以降低可靠性可以提高。主動(dòng)式紅外傳感器又可分為分立元件型、透射遮擋型和反射型（如圖1.2

11、.3示），分立元件型發(fā)光管與接收管相互獨(dú)立，用戶在使用時(shí)可以根據(jù)需要靈活的設(shè)定發(fā)光管與接受管的位置，并可利用棱鏡、透鏡等完成特殊的目的，缺點(diǎn)是裝置麻煩。透射遮擋型和反射型通過(guò)塑料模具將發(fā)光管與接收管封裝在一起，非常方便用戶使用，在本題中對(duì)障礙物的檢測(cè)我使用反射型。紅外發(fā)光管紅外接收管分立元件型透射遮擋型反射型圖1.2.3 紅外探測(cè)器的形式2、主動(dòng)式紅外探測(cè)器的工作方式選取主動(dòng)式紅外探測(cè)器常用的驅(qū)動(dòng)方式可分為直流直接驅(qū)動(dòng)方式和交流調(diào)制方式，直流直接驅(qū)動(dòng)方式裝置簡(jiǎn)單但檢測(cè)距離和抗干擾能力都比較差；交流調(diào)制方式由于可以采用交流耦合方式解決了放大器的直流漂移問(wèn)題從而可以大大提高檢測(cè)的距離，同時(shí)由于環(huán)境

12、光產(chǎn)生的干擾多數(shù)情況是信號(hào)的直流或低頻分量可以由濾波器加以隔絕，因此交流調(diào)試方式抗干擾能力也比較強(qiáng)，缺點(diǎn)是系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。方案二：采用反射式超聲波換能器，只有物體反射超聲波時(shí)才有信號(hào)輸入，測(cè)量發(fā)射接收信號(hào)間的時(shí)間差t2-t1，利用其可以得到障礙物的距離，將該信息送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)改變小車(chē)的轉(zhuǎn)向，使小車(chē)不與障礙物發(fā)生接觸。該方法適合較遠(yuǎn)距離障礙物檢測(cè)。反射式超聲波換能器成本高，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，因?yàn)椴灰髾z測(cè)的很遠(yuǎn)，于是選自了反射式光電傳感器，在本題中對(duì)前方障礙物的檢測(cè)因?yàn)橐髾z測(cè)距離較遠(yuǎn)，受到環(huán)境光的干擾比較大，因此我們選用抗干擾能力較強(qiáng)的交流調(diào)制工作方式；而對(duì)小車(chē)側(cè)面障礙物的檢測(cè)由于要

13、求檢測(cè)距離較近，外界干擾相對(duì)較弱，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)我們選用直流直接驅(qū)動(dòng)方式。1.2.5 電源電路的選型方案一：所有器件采用單一電源（6節(jié)aa電池）。這樣供電比較簡(jiǎn)單；但是由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，而且pwm驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)較大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)、有毛刺等干擾，嚴(yán)重時(shí)可能造成單片機(jī)系統(tǒng)掉電，缺點(diǎn)十分明顯。方案二：雙電源供電。將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及其周邊電路電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號(hào)。這樣做法雖然不如單電源方便靈活，但可將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾完全消除，進(jìn)一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。圖1.2.4 穩(wěn)壓電路1.2.6 里程檢測(cè)模塊方案一：由發(fā)光二極管和光敏二極管組成發(fā)射接收裝置，將一帶四個(gè)孔的遮

14、光塑料板貼于車(chē)輪，將此裝置固定車(chē)輪一側(cè)，車(chē)輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，發(fā)射接收正對(duì)四次，通過(guò)對(duì)接受脈沖計(jì)數(shù)從而得到車(chē)的里程,安裝困難。方案二：采用霍爾集成片，將磁鐵安裝于車(chē)輪上，霍爾集成片安裝在固定位置，當(dāng)磁鐵與霍爾集成片正對(duì)時(shí)，由于霍爾效應(yīng)，對(duì)產(chǎn)生脈沖計(jì)數(shù)從而得到車(chē)輪轉(zhuǎn)數(shù)。通過(guò)程序求出里程，通過(guò)zlg7289a顯示。經(jīng)分析，擬選用方案二。1.2.7 顯示模塊方案一：通過(guò)單片機(jī)，直接驅(qū)動(dòng)led，通過(guò)8個(gè)i/o口驅(qū)動(dòng)八個(gè)led，8個(gè)i/o口驅(qū)動(dòng)led的八段發(fā)光二級(jí)管，此方法占用大量的i/o口。方案二：使用zlg7289a顯示驅(qū)動(dòng)芯片，zlg7289a是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管或64只獨(dú)立l

15、ed的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片。zlg7289a內(nèi)部含有譯碼器可直接接受bcd碼或16進(jìn)制碼并同時(shí)具有2種譯碼方式此外還具有多種控制指令如消隱閃爍左移右移段尋址等。zlg7289a采用串行方式與微處理器通訊串行數(shù)據(jù)從data引腳送入芯片并由clk端同步。有操作方便占用i/o口少等優(yōu)點(diǎn)。因此選用方案二?？偨Y(jié)一下，這次設(shè)計(jì)智能小車(chē)，可以按指定路線運(yùn)行，自動(dòng)區(qū)分直線軌道和彎路軌道，在指定彎路處拐彎，實(shí)現(xiàn)靈活前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、倒退等功能，在軌道上劃出設(shè)定的地圖，并且車(chē)速自動(dòng)可調(diào)。主要是以p89c51ra單片機(jī)為核心，采用霍爾傳感器進(jìn)行里程統(tǒng)計(jì)，紅外傳感器進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別與避障，使自動(dòng)尋跡小車(chē)準(zhǔn)確跟蹤軌跡路線；采用直流電

16、機(jī)對(duì)車(chē)的轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，由軟件實(shí)現(xiàn)了小車(chē)自動(dòng)行駛、自動(dòng)避障，里程統(tǒng)計(jì)，行駛時(shí)間顯示，并發(fā)出指示信息等功能。第二章 主控制單元2.1 整體構(gòu)思經(jīng)過(guò)方案論證的過(guò)程之后，我們選定了僅采用單片機(jī)作為核心部件的方案，其系統(tǒng)總方框圖如圖2.1.1所示。具體的功能設(shè)置已通過(guò)該圖做了直觀的說(shuō)明。通過(guò)主控芯片控制各傳感器輸入的信號(hào)，控制方式由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中包括六個(gè)紅外傳感器用來(lái)檢測(cè)障礙物，四個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)側(cè)面障礙，2個(gè)檢測(cè)前方障礙。還有一個(gè)霍爾傳感器用來(lái)檢測(cè)路程相關(guān)的信號(hào)；除了處理這些信號(hào)單片機(jī)還通過(guò)i/o口控制直流電機(jī)和led的顯示。在功能和作用上，我分成了六大部分：主控、驅(qū)動(dòng)、避障、顯示和在系統(tǒng)編程部分。

17、總原理圖見(jiàn)論文后附錄2。led顯示模塊（時(shí)間、里程）p89c51ra側(cè)體左側(cè)紅外傳感器車(chē)體右側(cè)紅外傳感器車(chē)體左前紅外傳感器車(chē)體右前紅外傳感器控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器路程傳感器 圖2.1.1 系統(tǒng)總原理框圖2.2 主控制部分2.2.1 cpu介紹p89c51ra2xx包含8k可并行可編程的非易失性flash程序存儲(chǔ)器，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)器件串行在系統(tǒng)編程（isp）和在應(yīng)用中編程（iap）。在系統(tǒng)編程（isp：in-system programming）：當(dāng)mcu安裝在用戶板上時(shí)，允許用戶下載新的代碼。在應(yīng)用中編程（iap：in-application programming）：mcu可以在系統(tǒng)中獲取新代碼并對(duì)

18、自己重新編程。這種方法允許通過(guò)調(diào)制解調(diào)器連接進(jìn)行遠(yuǎn)程編程。片內(nèi)rom中固化的默認(rèn)的串行加載程序（boot loader）允許isp通過(guò)uart將程序代碼裝入flash存儲(chǔ)器，而flash代碼中則不需要加載程序。對(duì)于iap，用戶程序通過(guò)使用片內(nèi)rom中的標(biāo)準(zhǔn)程序?qū)lash存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除和重新編程。引腳如圖2.2.1，它的管腳描述如表2.2.1。該器件可通過(guò)并行編程或在系統(tǒng)編程對(duì)一個(gè)flash位進(jìn)行編程，從而選擇6時(shí)鐘或12時(shí)鐘模式。此外，也可通過(guò)時(shí)鐘控制寄存器ckcon中的x2位選擇6時(shí)鐘或12時(shí)鐘模式。另外，當(dāng)處于6時(shí)鐘模式時(shí)，片內(nèi)外設(shè)可以選擇一個(gè)機(jī)器周期6時(shí)鐘或是12時(shí)鐘?？赏ㄟ^(guò)ckcon

19、寄存器對(duì)每個(gè)外設(shè)的時(shí)鐘源進(jìn)行選擇。該系列微控制器是80c51微控制器的派生器件，是采用先進(jìn)cmos工藝制造的8位微控制器，指令系統(tǒng)與80c51完全相同。該器件有4組8位i/o口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多中斷源-4中斷優(yōu)先級(jí)-嵌套的中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)增強(qiáng)型uart、片內(nèi)振蕩器及時(shí)序電路。 圖2.2.1 引腳圖新增的特性使得p89c51ra2成為功能更強(qiáng)大的微控制器，從而更好地支持需要用到脈寬調(diào)制，高速i/o，遞增/遞減計(jì)數(shù)功能（如電機(jī)控制）等應(yīng)用場(chǎng)合。 表2.2.1 管腳描述名稱管腳號(hào)類型名稱和功能vss20i地：0v參考點(diǎn)vcc40i電源：提供掉電、空閑、正常工作電壓p0.0-0.739-32i

20、/op0口：p0口是開(kāi)漏雙向口，可向其寫(xiě)入1使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入。p0也可以在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。p1.0-1.71-812345678i/oi/oiii/oi/oi/oi/oi/op1口：p1口是帶內(nèi)部上拉的雙向 i/o口，向p1口寫(xiě)入1時(shí)，p1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的p1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流（見(jiàn)dc電氣特性）。p1口第2功能：t2(p1.0)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入/時(shí)鐘輸出t2ex(p1.1)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器2重裝載/捕捉/方向控制eci(p1.2)：pc

21、a 的外部時(shí)鐘輸入cex0(p1.3)：pca模塊0捕獲/比較模式的外部i/o管腳cex1(p1.4)：pca模塊1捕獲/比較模式的外部i/o管腳cex2(p1.5)：pca模塊2 捕獲/比較模式的外部i/o管腳cex3(p1.6)：pca模塊3捕獲/比較模式的外部i/o管腳cex4(p1.7)：pca模塊4捕獲/比較模式的外部 i/o管腳p2.0-2.721-28i/op2口：p2口是帶內(nèi)部上拉的雙向i/o口，向p2口寫(xiě)入1時(shí)，p2口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的p2口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流（見(jiàn)dc 電氣特性）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)時(shí)分別作為地址高

22、位字節(jié)和16位地址(ovx dptr)，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。當(dāng)使用8位尋址方式(mov ri)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),p2口發(fā)送p2特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2.7在編程/擦除時(shí)必須為“1” p3.0-p3.710-171011i/oiop3口：p3口是帶內(nèi)部上拉的雙向 i/o口，向p3口寫(xiě)入1時(shí)，p3口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的p3口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流（見(jiàn)dc電氣特性）。p89c51rx2的p3口腳具有以下特殊功能：rxd(p3.0)：串行輸入口txd(p3.1)：串行輸出口12i(p3.2)：外部中斷013i(p3.3)：外部中斷11415iit

23、0(p3.4)：定時(shí)器0外部輸入t1(p3.5)：定時(shí)器1外部輸入16i(p3.6)：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)17i(p3.7)：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)rst9i復(fù)位：當(dāng)晶振在運(yùn)行中，只要復(fù)位管腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期高電平即可復(fù)位，內(nèi)部有擴(kuò)散電阻連接到vss僅需要外接一個(gè)電容到vcc即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。ale30o地址鎖存使能：在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ale輸出信號(hào)恒定為1/6振蕩頻率。并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)，注意每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)一個(gè) ale 脈沖將被忽略，ale 可以通過(guò)置位sfr auxililary.0禁止，置位后ale只能在執(zhí)行movx指令時(shí)被激活。29o程序

24、存儲(chǔ)使能：讀外部程序存儲(chǔ)。當(dāng)從外部讀取程序時(shí)每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器無(wú)效，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)無(wú)效 。 /vpp31i外部尋址使能/編程電壓：在訪問(wèn)整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，必須外部置低。如果為高時(shí)，將執(zhí)行內(nèi)部程序。當(dāng)rst釋放后ea腳的值被鎖存，任何時(shí)序的改變都將無(wú)效。該引腳在對(duì) flash 編程時(shí)用于輸入編程電壓(vpp) xtal119i晶體1：振蕩反向放大器輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入端xtal218o晶體2：振蕩反向放大器輸出端注：為了避免上電時(shí)的“l(fā)atch-up”效應(yīng)，任意管腳（vpp除外）上的電壓最大不能高于vcc+0.5，最低不能低于vss-0.5。2.2.2

25、 cpu功能在設(shè)計(jì)中，將mcu資源分配如下:p0.0-p0.3作為直流電機(jī)的4個(gè)驅(qū)動(dòng)控制口，設(shè)計(jì)中采用直接控制。p1.4-p1.7連接zlg7289控制數(shù)據(jù)的傳輸和顯示，p2.0-p2.5作為傳感器信號(hào)的接入口，p2.6-p2.7產(chǎn)生脈沖控制三極管從而使紅外傳感器產(chǎn)生紅外線脈沖，p3.1和p3.2即rxd、txd為isp相關(guān)所用，p3.5即計(jì)數(shù)器輸入端作為霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖的接入端。四個(gè)反射式光電傳感器和紅外線傳感器用于障礙物檢測(cè)，檢測(cè)到的紅外避障信號(hào)由p2口輸入，再通過(guò)軟件分析，通過(guò)p1口輸出相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制小車(chē)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)達(dá)到避開(kāi)障礙物的目的；還有一個(gè)傳感器便是霍爾傳感器，它檢

26、測(cè)到的脈沖送入p3口，并進(jìn)行記數(shù)，通過(guò)程序計(jì)算出小車(chē)的里程，并由led顯示出來(lái)；單片機(jī)的p3口為復(fù)用口，還可以根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)展所需要的功能，比如用于偱軌跡紅外線傳感器，檢測(cè)到的信號(hào)輸入到p3口再通過(guò)軟件完成相應(yīng)的控制動(dòng)作。2.2.3 cpu相關(guān)電路圖 圖2.2.2 時(shí)鐘信號(hào)輸入方式p89c51的時(shí)鐘信號(hào)的應(yīng)用有兩種方式：內(nèi)部方式和外部方式。原理圖如圖2.2.2所示,在設(shè)計(jì)中采用的是內(nèi)部方式。xtal1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，xtal2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到xtal1,而xtal2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12mhz,時(shí)鐘頻率就為

27、6mhz。晶振的頻率可以在1mhz-24mhz內(nèi)選擇。電容取30pf左右。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)及其周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)， 圖2.2.3 cpu復(fù)位電路將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)引腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后p0-p3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器sfr全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為rom的00h處開(kāi)始運(yùn)行程序。常用的復(fù)位電路圖如圖2.2.3所示。2.3 主程序設(shè)計(jì)2.3.1 關(guān)于定時(shí)與計(jì)數(shù)器在p89c51ra2中，定時(shí)和計(jì)數(shù)功能由特殊功能寄存器tmod的控制位c/t進(jìn)行選擇這兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器有4種操作模式通過(guò)tmod

28、的m1和m0選擇。兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的模式0、1 和2都相同，模式3不同如下所述，而定時(shí)器2未用到就不贅述。1. 模式0將定時(shí)器設(shè)置成模式0時(shí)類似8048定時(shí)器，即8位計(jì)數(shù)器帶32分頻的預(yù)分頻器。此模式下定時(shí)器寄存器配置為13位寄存器。當(dāng)計(jì)數(shù)從全為“1”翻轉(zhuǎn)為全為“0” 時(shí)定時(shí)器中斷標(biāo)志位tfn置位。當(dāng)trn=1同時(shí)gate=0或=1時(shí)定時(shí)器計(jì)數(shù)。置位gate時(shí)允許由外部輸入控制定時(shí)器，這樣可實(shí)現(xiàn)脈寬測(cè)量。trn為tcon寄存器內(nèi)的控制位，如表2.3.1。 表2.3.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器特殊功能寄存器tmodgatec/m1m0gatec/m1m0該13位寄存器包含thn全部8個(gè)位及tln的低5位。

29、tln的高3位不定，可將其忽略。置位運(yùn)行標(biāo)志（trn）不能清零此寄存器。模式0的操作對(duì)于定時(shí)器0及定時(shí)器1都是相同的兩個(gè)不同的gate位（tmod.7 和tmod.3）分別分配給定時(shí)器0及定時(shí)器1。2. 模式1模式1除了使用了thn及tln全部16位外，其它與模式0相同。3. 模式2此模式下定時(shí)器寄存器作為可自動(dòng)重裝的8位計(jì)數(shù)器（tln）。tln的溢出不僅置位tfn，而且將thn內(nèi)容重新裝入tln，thn內(nèi)容由軟件預(yù)置。重裝時(shí)thn內(nèi)容不變。模式2的操作對(duì)于定時(shí)器0及定時(shí)器1是相同的。4. 模式3在模式3中，定時(shí)器1停止計(jì)數(shù)，效果與將tr1設(shè)置為0相同。此模式下定時(shí)器0的tl0及th0作為兩個(gè)

30、獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器。tl0占用定時(shí)器0 的控制位：c/t，gate，tr0，int0及tf0。th0限定為定時(shí)器功能（計(jì)數(shù)器周期），占用定時(shí)器1的tr1及tf1。此時(shí)th0控制“定時(shí)器1”中斷。模式3可用于需要一個(gè)額外的8位定時(shí)器的場(chǎng)合。定時(shí)器0工作于模式3時(shí)，80c51看似有3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，當(dāng)定時(shí)器0工作于模式3時(shí)，定時(shí)器1可通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)入/退出模式3,它仍可用作串行端口的波特率發(fā)生器，或者應(yīng)用于任何不要求中斷的場(chǎng)合。設(shè)計(jì)中，僅用了定時(shí)器0和計(jì)數(shù)器1?；魻杺鞲衅鳈z測(cè)的低電平信號(hào)直接由計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器設(shè)初值后形成5ms的中斷，時(shí)間和紅外線脈沖的形成都利用了此中斷，詳見(jiàn)程序。總程序詳見(jiàn)附錄1

31、。2.3.2 程序中斷程序框圖如圖2.3.2,軟件設(shè)計(jì)主流程圖如圖 2.3.3,總程序清單見(jiàn)附錄1。5ms到，定時(shí)器1產(chǎn)生中斷時(shí)間顯示程序i/o輸出100hz脈沖返回主程序 圖2.3.2 中斷流程圖 開(kāi) 始初始化mcu初始化7289啟動(dòng)小車(chē)前行是否有障？左側(cè)左前或前右前右側(cè)右避子程序左避子程序避左前障礙程序避右前障礙程序距離顯示返回ny 圖2.3.3 主程序框圖第3章 驅(qū)動(dòng)單元3.1 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理直流電機(jī)是由直流電源供電，輸入電能，輸出的是機(jī)械能。圖3.1.1所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“h橋式驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜竓。4個(gè)三極管組成h的4條垂直腿，而電機(jī)就是h

32、中的橫杠（注意：圖1及隨后的兩個(gè)圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有畫(huà)出來(lái)）。如圖所示，h橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。圖3.1.1 h橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如,當(dāng)q1管和q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)q4回到電源負(fù)極。該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。另一對(duì)三極管q2和q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

33、3.2 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電路的四個(gè)輸入端分別接p89c51ra2的p0.0-p0.3口。p0.0和p0.1控制車(chē)的右輪，p0.2和p0.3控制車(chē)的左輪。一驅(qū)動(dòng)電路如圖3.2.1。由i/o的脈沖來(lái)控制h橋中三極管的通斷，從而來(lái)控制直流電機(jī)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的動(dòng)作，具體如下表3.2.1。采用普通直流電機(jī)，通過(guò)控制脈沖占空比算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)速度的控制。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、帶載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。由三極管q9、q10、q11、q12構(gòu)成h橋驅(qū)動(dòng)電路，控制著幾個(gè)管子的通斷就可以控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、

34、反轉(zhuǎn)。當(dāng)p0.0高電平、p0.1低電平時(shí)，q9和q11導(dǎo)表3.2.1p0.3p0.2p0.1p0.0狀態(tài)1001前行0110后退1010左轉(zhuǎn)0101右轉(zhuǎn)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)，具有良好的抗干擾性能，反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)左輪前進(jìn)，右輪后退時(shí)，車(chē)子便右拐彎，反之左拐彎。圖3.2.1 小車(chē)驅(qū)動(dòng)四個(gè)輸出端具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)小車(chē)負(fù)載電池，啟動(dòng)時(shí)，每通道峰值電流能力可達(dá)2.2a(經(jīng)過(guò)測(cè)試) 。在此設(shè)計(jì)中為了得到穩(wěn)定的控制信號(hào)，在單片機(jī)與直流電機(jī)之間添加一個(gè)反相器74ls04，以提高控制端輸出電流和反應(yīng)速度，因此提高控制靈敏性。第4章 躲避障礙物單元4.1 避障傳感器電路避障電路部分有六個(gè)傳感器，四個(gè)可以檢測(cè)近

35、距離障礙物的傳感器，檢測(cè)到的信號(hào)送入到單片機(jī)的p2.0-p2.3口，兩個(gè)可以檢測(cè)遠(yuǎn)距離障礙物的傳感器檢測(cè)到的信號(hào)送入單片機(jī)的p2.5和p2.6。4.1.1 近距離避障傳感器圖4.1.1 反射式光電傳感器電路反射式光電傳感器為提高小車(chē)檢測(cè)障礙的精度，系統(tǒng)采用4個(gè)發(fā)射和接收一體的反射式紅外光電傳感器jy043w作為檢測(cè)元件。紅外線具有極強(qiáng)的反射能力，應(yīng)用廣泛，采用專用的紅外發(fā)射管和接收管可以有效地防止周?chē)梢?jiàn)光的干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。對(duì)于小車(chē)遇到的障礙物，發(fā)射管發(fā)出同樣的光強(qiáng)，接收管接收到的光強(qiáng)不同，因此輸出的電壓值也不同；給定一個(gè)基準(zhǔn)電壓，通過(guò)對(duì)不同輸出電壓值進(jìn)行比較，則電路的輸出為高低電

36、平。當(dāng)檢測(cè)到障礙時(shí)，有紅外光被反射回，光敏三極管導(dǎo)通，導(dǎo)致輸出為高電平，這樣不僅系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，而且信號(hào)處理速度快。圖4.1.2 安裝位置圖對(duì)小車(chē)側(cè)面障礙物的檢測(cè)由于要求檢測(cè)距離較近，外界干擾相對(duì)較弱，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)我選用直流直接驅(qū)動(dòng)方式。如圖4.1.1所示，此電路主要通過(guò)lm393比較器，與外部輸入信號(hào)進(jìn)行比較，在此設(shè)計(jì)中，發(fā)光二級(jí)管的功率為25v/160=0.156w通過(guò)調(diào)節(jié)r20可變電阻（電位器）來(lái)調(diào)節(jié)lm393中的比較電壓。通過(guò)比較器輸出0- +5v的電壓，被單片機(jī)口讀入。小車(chē)側(cè)面的傳感器安裝位置如圖4.1.2，i/o口檢測(cè)到高電平1表示有信號(hào)（有障礙物），0為無(wú)信號(hào)（無(wú)障礙物）。 4.

37、1.2 遠(yuǎn)距離避障傳感器圖4.1.3 紅外線傳感器對(duì)前方障礙物的檢測(cè)因?yàn)橐髾z測(cè)距離較，受到環(huán)境光的干擾比較大，因此我們選用抗干擾能力較強(qiáng)的交流調(diào)制工作方。如圖4.1.3所示，在發(fā)射端通過(guò)改變npn三級(jí)管（9013）的開(kāi)斷使發(fā)光二級(jí)管產(chǎn)生50hz到500hz的脈沖。在接收端，采用0.01u的濾波電容，來(lái)阻止環(huán)境光的干擾。輸入信號(hào)通過(guò)lm358集成運(yùn)放放大輸出，被單片機(jī)數(shù)據(jù)采集口讀入。小車(chē)正面的傳感器安裝位置請(qǐng)參看圖4.1.4。 紅外傳感器 圖4.1.4 安裝位置圖 圖4.1.5 lm358引腳圖 lm358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源

38、使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。引腳如圖4.1.5。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。工作原理：由中央處理單元管腳輸出100-500hz方波，每當(dāng)處于高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，使紅外發(fā)射二極管發(fā)光。當(dāng)有障礙時(shí)，紅外線被物體反射回來(lái)由接受器接收，并將其還原為電信號(hào)，經(jīng)運(yùn)放反向放大后，再由同向放大器放大輸出，當(dāng)輸出為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)三極管使其導(dǎo)通，此時(shí)指示二極管發(fā)亮，表示接受到反射信號(hào)。 工作使用方法：通過(guò)單片機(jī)程序產(chǎn)生一個(gè)大約100hz的方波（通過(guò)定時(shí)器中斷來(lái)產(chǎn)生），再把信號(hào)連接到傳感器的p27口上，即可以

39、發(fā)射出100hz的紅外線脈沖，用脈沖工作方式目的是在接收上通過(guò)隔直電容把環(huán)境光隔離，減少環(huán)境對(duì)傳感器的干擾。當(dāng)前面有阻擋時(shí)就會(huì)接收到反射回來(lái)的脈沖信號(hào)，通過(guò)放大后在傳感器的p24口上就有100hz的接收信號(hào)，那么單片機(jī)就可以檢測(cè)到前面有障礙物而完成響應(yīng)動(dòng)作。特色設(shè)計(jì)：1. 發(fā)光二級(jí)管端加入可變電阻，用于調(diào)節(jié)發(fā)光二級(jí)管的發(fā)光強(qiáng)度，通過(guò)可調(diào)節(jié)可對(duì)白，灰，棕，磚紅，土黃等顏色障礙物產(chǎn)生反射信號(hào)。2. 在此設(shè)計(jì)中，采用同向放大，發(fā)大倍數(shù)為：。分子r為100k，分母r為4.7k，10k，27k。通過(guò)三位撥盤(pán)來(lái)調(diào)節(jié)lm358的防大倍數(shù)。因此可調(diào)節(jié)測(cè)量的遠(yuǎn)近。3. 在lm358的輸出端增加一個(gè)發(fā)光二級(jí)管，通

40、過(guò)lm358的輸出信號(hào)控制npn三級(jí)管的通斷，來(lái)控制二級(jí)管是否發(fā)光，從而我們可直觀的觀察到是否遇到障礙物。4.2 避障方法4.2.1 前方有障礙物小車(chē)前行，檢測(cè)p2口，如果前方或左前方有障礙物，其避障效果如圖4.2.1，重復(fù)步驟可躲避正前方和左前方障礙物。右前方有障礙物時(shí)，上述圖中步驟將左拐變?yōu)橛肄D(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)相應(yīng)改為左轉(zhuǎn)即可躲避右前方有障礙物。前方或左前方遇障 后退 左拐 后退 右拐 前進(jìn)圖4.2.1 避障效果圖4.2.2 側(cè)面有障礙物小車(chē)前行，檢測(cè)p2口，如果左方有障礙物，其避障效果如圖4.2.2，右方有障礙物時(shí)，將圖中步驟拐的方向改為反方向。僅左長(zhǎng)傳感器有信號(hào)時(shí)，繼續(xù)前行左長(zhǎng)和左短傳感器都有信

41、號(hào)時(shí)，右拐右拐 前行，左長(zhǎng)無(wú)信號(hào) 左拐前行并右拐 越過(guò)障礙 圖4.2.2 側(cè)避障效果4.3 避障程序避左前障礙物程序流程如圖4.3.1。左前有障礙物返回主程序小車(chē)右拐，檢測(cè)i/o口，進(jìn)入switch循環(huán)小車(chē)后退大步，記下步伐無(wú)礙，左拐前行記下的步伐再右拐小車(chē)后退左拐?qǐng)D4.3.1 避左前障礙程序框圖第5章 顯示單元5.1 里程和時(shí)間顯示里程設(shè)計(jì)涉及到霍爾傳感器，它用來(lái)檢測(cè)小車(chē)車(chē)圈上的磁鐵，在小車(chē)車(chē)圈上安裝10片磁鐵，磁鐵于磁鐵間距為17mm。通過(guò)單片機(jī)t1口計(jì)數(shù)器，記錄磁片個(gè)數(shù)。一秒送zlg7289a顯示一次?；魻杺鞲衅鞯姆治鋈缦拢喊磮D5.1.1所示的各種方法設(shè)置磁體，將它們和霍爾開(kāi)關(guān)電路組合起

42、來(lái)可以構(gòu)成各種旋轉(zhuǎn)傳感器?；魻栯娐吠姾?，磁體每經(jīng)過(guò)霍爾電路一次，便輸出一個(gè)電壓脈沖。由此，可對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)物體實(shí)施轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、角度、角速度等物理量的檢測(cè)。(a)徑向磁極(b)軸向磁極(c)遮斷式圖5.1.1 時(shí)間顯示采用定時(shí)器0中斷的方法，定時(shí)器0工作方式1，為16位。付初值后能產(chǎn)生5ms的中斷，累計(jì)20次便為1秒，送led顯示。循環(huán)，到60的時(shí)候秒存儲(chǔ)單元就清零，分單元由0加1。5.2 顯示模塊硬件此設(shè)計(jì)采用的是廣州周立功有限公司研發(fā)的串行接口8 位led數(shù)碼管及64 鍵的鍵盤(pán)智能控制芯片(zlg7289a)。此顯示要求位與位之間掃描時(shí)間不能超過(guò)10ms,同時(shí)要滿足八位一次行掃描時(shí)間不能超過(guò)30m

43、s。連接如圖5.2.1。圖5.2.1 led顯示5.2.1 zlg7289a介紹zlg7289a是串行接口8位led數(shù)碼管及64鍵鍵盤(pán)智能控制芯片。zlg7289a是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立led）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣，單片即可完成led顯示鍵盤(pán)接口的全部功能。zlg7289a內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受bcd碼或16進(jìn)制碼，此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。zlg7289a具有片選信號(hào)，可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤(pán)接口。電特性(vcc=5.0v,fosc=16mhz,=25)如

44、表5.2.1。典型應(yīng)用：儀器儀表，工業(yè)控制器，條形顯示器，控制面板特點(diǎn)：l 串行接口，無(wú)需外圍元件可直接驅(qū)ledl 各位獨(dú)立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性l （循環(huán)左移）/（循環(huán)）右移指令l 具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立ledl 64鍵鍵盤(pán)控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路表5.2.1 電特性符號(hào)參數(shù)測(cè)試條件最小典型最大單位vcc電源電壓4.55.05.5vicc工作電流不接led35maicc工作電流led全亮, =10ma60100ma邏輯輸入高電平2.05.5v邏輯輸入低電平00.8v按鍵響應(yīng)時(shí)間含去抖動(dòng)時(shí)間101840mskey引腳輸出電流7makey引腳吸入電流10mat1從cs下降沿至clk

45、脈沖時(shí)間2550250ust2傳送指令時(shí)clk脈沖寬度58250ust3字節(jié)傳送中clk脈沖時(shí)間間隔58250ust4指令與數(shù)據(jù)時(shí)間間隔1525250ust5讀鍵盤(pán)指令中指令與輸出數(shù)據(jù)時(shí)間間隔1525250ust6輸出鍵盤(pán)數(shù)據(jù)建立時(shí)間58-ust7讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)時(shí)clk脈沖寬度58250ust8讀鍵盤(pán)數(shù)據(jù)完成后data轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)時(shí)間5us表5.2.2 zlg7289a引腳功能說(shuō)明引腳名稱說(shuō)明1，2正電源3，5nc懸空4接地6片選輸入端，此引腳為低電平時(shí)，可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)7clk同步時(shí)鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效8data串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端

46、，當(dāng)芯片接收指令時(shí)，此引腳為輸入端；當(dāng)讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳在讀指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆?按鍵有效輸出端，平時(shí)為高電平，當(dāng)檢測(cè)到有效按鍵時(shí)，此引腳變?yōu)榈碗娖?0-16sg-sa段g-段a驅(qū)動(dòng)輸出17dp小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出18-25dig0-dig7數(shù)字0-數(shù)字7驅(qū)動(dòng)輸出26osc2振蕩器輸出端27osc1振蕩器輸入端28復(fù)位端5.2.2 zlg7289a串行接口zlg7289a 采用串行方式與微處理器通訊，串行數(shù)據(jù)從data引腳送入芯片并由clk端同步。當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶骴ata 引腳上的數(shù)據(jù)在clk 引腳的上升沿被寫(xiě)入zlg7289a 的緩沖寄存器。zlg7289a的指令結(jié)構(gòu)有三種

47、類型：1.不帶數(shù)據(jù)的純指令指令的寬度為8個(gè)bit ，即微處理器需發(fā)送8個(gè)clk脈沖。2.帶有數(shù)據(jù)的指令寬度為16個(gè)bit，即微處理器需發(fā)送16個(gè)clk脈沖。3.讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令寬度為16個(gè)bit，前8個(gè)為微處理器發(fā)送到zlg7289a 的指令，后8個(gè)bit為zlg7289a 返回的鍵盤(pán)代碼。執(zhí)行此指令時(shí)zlg7289a 的data 端在第9個(gè)clk 脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)，并與第16個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài)，等待接收下一個(gè)指令。串行接口的時(shí)序如下圖：圖5.2.2 純指令時(shí)序圖（單字節(jié)命令） 圖 5.2.3 帶數(shù)據(jù)指令時(shí)序圖（命令字在前，輸入數(shù)據(jù)在后）圖 5.2.4 讀鍵盤(pán)指令時(shí)序圖（命令

48、字在前，鍵值在后）5.2.3 zlg7289a控制指令zlg7289a 的控制指令分為二大類純指令和帶有數(shù)據(jù)的指令。5.2.3.1 純指令1.復(fù)位清除指令d7d6d5d4d3d2d1d010100100當(dāng)zlg7289a 收到該指令后，將所有的顯示清除，所有設(shè)置的字符消隱閃爍等屬性也被一起清除，執(zhí)行該指令后芯片所處的狀態(tài)與系統(tǒng)上電后所處的狀態(tài)一樣。2. 測(cè)試指令d7d6d5d4d3d2d1d010111111待添加的隱藏文字內(nèi)容2該指令使所有的led 全部點(diǎn)亮，并處于閃爍狀態(tài)主要用于測(cè)試。3. 左移指令d7d6d5d4d3d2d1d010100001使所有的顯示自右向左從第1 位向第8 位移動(dòng)一位，包括處于消隱狀態(tài)的顯示位。但對(duì)各位所設(shè)置的消隱及閃爍屬性不變。移動(dòng)后最右邊一位為空無(wú)顯示。例如原顯示為：1 2 3 4 5 6 7 8，其中第2 位2 和第4 位4 為閃爍顯示執(zhí)行了左移指令后顯示變?yōu)椋? 3 4 5 6 7 8，第二位3 和第四位5 為閃爍顯示。4. 右移指令d7d6d5d4d3