智能循跡小車實訓(xùn)報告

1、實訓(xùn)報告課程名稱：單片機實訓(xùn)完成日期：2021年7 月10 0任務(wù)書實訓(xùn)習(xí)題目 ：智能小車的功能設(shè)計與實現(xiàn)實訓(xùn)習(xí)目的：1、穩(wěn)固、 加深和擴大單片機應(yīng)用的知識面， 提高綜合及靈活運用所學(xué)知識解 決工業(yè)控制的能力； 2培養(yǎng)針對課程需要。 鍛煉學(xué)生查閱有關(guān)手冊、 圖標及文獻資料的自學(xué)能力， 提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力；3對課程的方案分析、選擇、比擬、熟悉單片機系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟 硬件設(shè)計的方法、容及步驟。實訓(xùn)習(xí)容：安裝智能小車及相關(guān)功能設(shè)計、調(diào)試實訓(xùn)習(xí)要求 ：1. 本實訓(xùn)要求由一個團隊完成，團隊人員不超過 8 個人。2. 通過所學(xué)知識并利用智能小車、計算機、 keil 軟件、燒寫軟件等

2、完成實訓(xùn) 工程，并擬定實訓(xùn)報告。3. 能正確組裝和調(diào)試智能小車。4. 實訓(xùn)完成后，根據(jù)實訓(xùn)容撰寫實訓(xùn)報告書一份。實訓(xùn)報告應(yīng)包括的主要容參考1 系統(tǒng)硬件組成與工作原理1.1 控制器與最小系統(tǒng)1.2 顯示模塊與按鍵模塊1.3 報警模塊1.4 電機與驅(qū)動模塊的工作原理與接口1.5 循跡模塊的工作原理與接口1.6 避障模塊的工作原理與接口2 功能方案及軟件設(shè)計2.1 功能設(shè)計2.2 軟件設(shè)計 結(jié)合某一賽道、障礙設(shè)置說明程序設(shè)計思路，給出流程圖、程序代碼 3功能調(diào)試與總結(jié)3.1 功能調(diào)試排版要求： 正文小 4宋體；段首縮進 2 字，行間距固定值 18磅。容展開可以按3級標題形式，如：按1、1.1、形式如

3、果需要。每個1級標 題另起一頁， 1 級標題三號黑體居中，題序和標題之間空兩個空格，不加標點， 段前、段后均為 1 行，固定值 22 磅。 2 級標題：四號黑體左起，四號黑體，段 前、段后均為 1 2磅。三級標題：小四號黑體左起，段前、段后均為 6磅。 圖名、表名五號黑體，英文、數(shù)字字體為 Times New Roman 頁邊距：上、下、左 3 厘米，右 2 厘米， A4 紙打印。1 系統(tǒng)硬件組成與工作原理1 . 1 . 1控制器與最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)：要使一塊單片機芯片工作起來最簡陋的接線方式就是單片機的最小系統(tǒng)。下面STC89C52單片機的最小系統(tǒng)注意：不同圭寸裝的單片機引腳位 置不同，下列

4、圖是DIP40封裝。C11011FR110K30PF |ZZIHI30FF 12MHZ12341112131415161718西20P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RSTP0.7RXD/P3.0EAVPPTXD/P3.1PLE/PINT0/PA2PSENINT1/P3.3P27T0/T3.4P2.6T1/P3.5P2.5WR/P3.6P24RD/P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VSSP2.0U1STC89C51393837363534333231302928272625242322

5、2140TC3將一塊單片機芯片接成這樣就能工作了。下面分析一下電路中各個局部的作用：1. 供電電路：40腳接電源+5V, 20腳接地，這樣便完成了單片機的供電。2. 選擇使用部ROM我們下載程序的時候是將程序下載的單片機部的ROM里面存放的，將EA/VPP端接到高電平+5"，就告訴單片機系統(tǒng)我們選擇的是部的ROM這樣單片機工作的時候就會執(zhí)行部 ROM!面的代碼了。如果將EA/VPP 接地，單片機就會執(zhí)行擴展的外部 ROM我們沒有擴展ROM呀，以后在沒有 擴展ROM勺時候我們都將它接高電平就OK3. 復(fù)位電路：復(fù)位電路由電阻 R1和電容C1組成。復(fù)位電路是用以完成單片機 的復(fù)位初始化操

6、作的復(fù)位單片機RAh和各個存放器的值的。也就是說，在 單片機還沒工作之前，我們先把存放器的值全部復(fù)位成初始的默認值然后再開始工作，防止執(zhí)行程序的時候發(fā)生錯亂。那復(fù)位電路的工作原理是怎樣的 呢？在單片機沒上電的時候，電容C1兩個極板沒有電荷，在單片機上電的瞬 間，電容C1兩端獲得電壓開始充電，既然 C1要充電那么就必定有電流通過 R1,所以在R1兩端產(chǎn)生了瞬時電壓，這個電壓被加到了單片機的 RST端,單 片機的RST端得到了一個高電平便復(fù)位了。隨著時間的推移，C1充滿電了，再也沒電流通過R1 了，R1兩端便沒有了電壓，單片機的 RST引腳又由高電 平變成了低電平，這時，單片機便開始工作了。值得注

7、意的是，要引起單片機的復(fù)位，加在RST端的高電平必須保持在一定的時間以上連續(xù) 2個機器 周期以上高電平。4. 時鐘電路：時鐘電路由C2 C3和晶振丫1組成。時鐘電路的作用是給單片機 提供時鐘脈沖，只有給單片機提供時鐘脈沖單片機才會執(zhí)行程序。氏.1-22?2 Z'：PZ LPH?ii P1J舅HE肘：Pl IPMTJjDE-N? Fl 4P：4P-LSLJjMIDIM»5ULS>UP訂p：T3>il妙P14P討P3 5P"W7即TX"5QL1 P： 1VU 3»:F' 2ph334 P： 33?S Pt 4S皿叫出J>31

8、7PLJ；HJ1 PL.7W.S 3JPLio exdTa11LI FAU口 E13 1HIPL'13PRr15 TlPJiL5P2A25L7ltFHKiL?PLl22PU uVCZ單片機品扳VCZPOC珂0比iBL氏：o：2D2p:旳DiPDit>404KJ.時n：jDSD-v：cPM込P2-P2BP.2 5P25P2 3鄧PZ2Fl 二刃單片機最小糸統(tǒng)1.2顯示模塊與按鍵模塊顯示模塊學(xué)習(xí)目標 認識數(shù)碼管是什么東西？用 集成電路的應(yīng)用。單個數(shù)碼管原理圖HJ-1G點亮第一個數(shù)碼管，認識一個新的芯片 HJ573AD DP數(shù)碼管分共陰和共| 連接電路圖如下:陽,共陰卩耳JD DP3,

9、 a2 3i-<*Jd> 16SM *20561字符，那么“ E“ F“ DP段都不顯示，其如果需要顯示“ 3他段點亮可以根據(jù)上圖算出需要的8位段碼值:共陰16進制：0x4F共陽16進制：OxBODP本開發(fā)板使用共陰數(shù)碼管DP共陰共陽f 二1cf£一Q9Q9125開發(fā)板數(shù)碼管模塊原理圖 1.3源碼編寫開始寫程序之前認識一下鎖存器74HC573 :顧名思義，就是把輸入端的 數(shù)據(jù)鎖存或送到輸出端，請看下列圖中的U3元件，第11角鎖存端為高電 平的時候，右邊D0-D7的輸入與左邊Q0-Q7的輸出是直通的，就是說，輸入端是 什么電平，輸出端就是什么電平，可以把它當(dāng)作不存在。當(dāng)?shù)?

10、1角為低電平的時候，左右兩端就被斷開了，無論輸入端怎么變化，輸出端都不會變化，當(dāng)?shù)?1角由低電平變?yōu)楦唠娖降囊凰查g，輸入端的數(shù)據(jù)立刻被傳送到輸出端，并且在11 角保持為高電平期間，輸出端數(shù)據(jù)始終與輸入端數(shù)據(jù)相同，如果此時我們再次把 第11角設(shè)置為低電平，那么以后當(dāng)輸入端無論再怎么變化，輸出端都不會變化 而是保持剛剛第11角在下降沿由高電平到低電平跳變之間時輸入端的值， 這樣就到達了鎖存數(shù)據(jù)的目的，這也就是所謂的總線設(shè)計思路，一個8位的數(shù)據(jù) 線加一個鎖存器后就可以擴接多個元件，中選通哪個元件的片選信號，就送數(shù)據(jù)給那個元件。先說這個元件，以后用到別的元件我們再解釋。74HC573 11腳接高電平，

11、鎖存不起作用，相當(dāng)于直通。相應(yīng)的段賦值“1有效。74HC138 A、B、C賦值07,那么輸出端分別是Y0Y7置“ 0，如P2=0, 那么Y0=0 ； P2=6;那么Y6=0 ;即選通第七個數(shù)碼管。程序如下/*容：數(shù)碼管使用動態(tài)掃描顯示，所以可以同時看到數(shù)碼管同時顯示數(shù)字或者 字符，掃描原理可以參#in clude<reg51.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charsbit dula=P2A6;sbit wela=P2A7;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>

12、0;x-)for(y=110;y>0;y-);void main (void) /每一個C語言程序有且只有一個主函數(shù)，while(1) /循環(huán)條件永遠為真，以下程序一直執(zhí)行下去。dula=1;P0=0x5b; /顯示一個 2dula=0;wela=1;P0=0xfe; /顯示一位數(shù)碼管？可以自己修改顯示位數(shù)wela=0;delay(1); 多個數(shù)碼管同時顯示上一節(jié)單個數(shù)碼管顯示， 實際使用中單個數(shù)碼管往往不能滿足要求， 這就需 要多個數(shù)碼管組合使用，單個數(shù)碼管一般用靜態(tài)顯示，占用 IO 口線較多，如果 使用普通的靜態(tài)顯示，單片機的 IO 口是不夠用的。所以就需要使用動態(tài)掃描。通過程序讓任

13、意一位數(shù)碼管顯示任意一種字符，這樣我們可以以時間為軸， 循環(huán)顯示每個數(shù)碼管需要的數(shù)值， 當(dāng)循環(huán)顯示的時間比擬小時， 眼睛就不能分辨 出閃爍，而是看到一個靜態(tài)的數(shù)值顯示， 可以通過下載“數(shù)碼管動態(tài)掃描 和“數(shù) 碼管動態(tài)掃描演示 ，就可以深入了解這個原理， 以后使用的數(shù)碼管顯示的局部 都是基于這個原理的。1.4 總結(jié) 數(shù)碼管是最常用的顯示輸出模塊，可以顯示溫度，時間，步進電機轉(zhuǎn)速等， 數(shù)碼管里面簡單一點說是集成了 8 個發(fā)光管， 由點變成線， 由7 條線 1 個點組成 1 個數(shù)碼管， 發(fā)光管我們會寫程序控制它了， 這個數(shù)碼管一定難不到我們， 原理 方法是一樣的，這次不是單片機 IO 口直接驅(qū)動的，

14、是加了 573 還有138 共同來 控制數(shù)碼管的點亮，主要是為了節(jié)省單片機10 口，一口多用，一個8位10 口實 現(xiàn)多功能控制。1.5.1 學(xué)習(xí)目標 獨立按鍵是區(qū)別于矩陣鍵盤的一種按鍵方式， 主要是按鍵直接連接到 I0 口，另外一端連接VCC或者GND 一般情況連接到GND地)，也就是按鍵按下的時候， I0 口的電平被強制拉低，即0,而通過I0輸入檢測該端口電平就可以判斷按鍵 是否按下。1.5.2 硬件電路1.6原理圖觸點存在抖動現(xiàn)象說明由于按鍵本身都存在不同的機械抖動， 單片機屬于高速檢測器件，可以很容易檢 測出抖動，但抖動并不是我們需要的，容易造成誤操作，所以正常使用過程中需 要添加去抖動

15、程序，主要用于跳過抖動，防止造成干擾。開發(fā)板獨立按鍵模塊原理圖wr-O OS5K1 r-c"S7ssRSS11廠旌撫產(chǎn)廠gESE牛廠狂匹門廠旌匹于iS13邑S14S15S16P3 1RD.INTILCDEN1.7源碼編寫?yīng)毩存I軟件操作簡單，主要檢測按鍵連接的10 口是否為“ 0，為“ 0表 示按鍵按下。用以下語句：Sbit KEY1 = P3A0;If！ KEY1/添加按鍵按下時需要執(zhí)行的操作實際使用中按鍵有固定的機械抖動，根據(jù)不同按鍵抖動時間不同，一般 4-15mS， 根據(jù)這個特點，需要延時躲避抖動，由于按下和釋放都會存著抖動，實際使用程 序需要進行2次去抖。具體程序如下：#in

16、 elude <reg52.h>sbit BY仁卩3八4; /定義按鍵的輸入端S2鍵unsigned char count; /按鍵計數(shù)，每按一下，count加 1un sig ned char temp;unsigned char a,b;void delay10ms(void) /延時程序 unsigned char i,j;for(i=20;i>0;i-)for(j=248;j>0;j-);key() /按鍵判斷程序if(BY1=0) / 判斷是否按下鍵盤delay10ms(); /延時 ,軟件去干擾 if(BY1=0) / 確認按鍵按下count+; /按鍵計數(shù)

17、加 1 if(count=8) / 計8次重新計數(shù)cou nt=O; 將 cou nt清零while(BY1=0);按鍵鎖定，每按一次count只加1.move() /廣告燈向左移動移動函數(shù)a=temp<<count;b=temp>>(8-count);P1=a|b;main()count=0; /初始華參數(shù)設(shè)置temp=0xfe;P1=0xff;P1=temp;while(1) /永遠循環(huán) ,掃描判斷按鍵是否按下key(); /調(diào)用按鍵識別函數(shù)move(); /調(diào)用廣告燈移動函數(shù)/ 如果有干擾請加去抖程序/ 紅外接收頭局部用黑色物質(zhì)遮光， 防止干擾按鍵， 因為紅外接收

18、和按鍵使用同 一個端口1.3報警模塊一、蜂鳴器介紹蜂鳴器有兩種：一種是有源蜂鳴器，只要給它加上恒定的電壓，就能發(fā)聲，另一 種是無源蜂鳴器，必須給它加上一定頻率的方波或正弦波才能發(fā)聲，一般實驗板配的是無源蜂鳴器，HJ-1G開發(fā)板也不例外，由于驅(qū)動蜂鳴器電流要求比擬大， 所以我們使用8550三極管來放大驅(qū)動，電路如下：FM 10 口為P2.3圖2蜂鳴器外形圖注意：喇叭和蜂鳴器不同，如果蜂鳴器直接加5V電源那么發(fā)出固定頻率的聲音。掉電后會消失。喇叭不同，加5V電壓后是不發(fā)聲的，但是器件處于最大功耗狀態(tài)，會有非常大的熱功耗。長時間會燒毀喇叭。所以使 用的時候要注意，如果不是專門針對它操作，請斷開它的輸

19、入信號端 子，防止誤操作導(dǎo)致意外損壞。二、蜂鳴器編程實例具體編程時我們間隔一段時間將BZ線置反，就能輸出一個固定頻率的方波，讓 蜂鳴器響起來。大家可能會問，給蜂鳴器多少頻率的方波呢？首先這個頻率必須在音頻圍，也就是20Hz到20KHZ之間，但是20Hz到20KHZ的頻率送給蜂鳴器后，只有 某一點的頻率是最響的，這個頻率稱為蜂鳴器的諧振頻率， 離它越遠，蜂鳴器發(fā)出的 聲音越輕。1G/3G開發(fā)板配的蜂鳴器的諧振頻率是2KHZ，其半周期是250us這樣我們就確 定了 BZ 口線每延時250us就要變反。下面是一個蜂鳴器發(fā)聲的實例程序：/*以下程序為FM程序，晶振頻率為11.0592MHz*/#in

20、clude<reg52.h>sbit SPK=P2A3;/定義蜂鳴器端口void delay(unsigned intt)延時while(-c nt);mai n()un sig ned int i;while(1)for(i=0;iv200;i+)喇叭發(fā)聲的時間循環(huán)，改變大小可以改變發(fā)聲時間長短delay(80);參數(shù)決定發(fā)聲的頻率，估算值SPK=!SPK;SPK=1; 喇叭停止工作，間歇的時間，可更改delay(20000);1.4電機與驅(qū)動模塊的工作原理與接口電機驅(qū)動原理圖.u I.J4 J S電機驅(qū)動接口圖1.4.1 電機驅(qū)動模塊采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電

21、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 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直流電機。1.5 循跡模塊的工作原理與接口1.6 避

22、障模塊的工作原理與接口2 功能方案及軟件設(shè)計2.1 功能設(shè)計本次功能設(shè)計為智能小車循跡加避障， 循跡指尋黑線走， 避障指遇到障礙物小車 會自動避開， 尋找無障礙路線走下去； 以及小車快速前進走直線后慢速后退走直 線功能。2.2 軟件設(shè)計程序設(shè)計要求賽道一：小車循跡黑線， 在桌子上用黑線畫出一個橢圓賽道， 小車將沿著黑線做 循跡運動；中間會設(shè)置障礙物，看小車能否自動避障。2.2.4 程序代碼#include<AT89X52.H>義#include<HJ-4WD_PWM.H> 數(shù)#ifndef _LED_H_#define _LED_H_/包含 51 單片機頭文件，部有各種

23、存放器定/包含 HL-1 藍牙智能小車驅(qū)動 IO 口定義等函/定義小車驅(qū)動模塊輸入 IO 口sbit IN仁 P1A2;sbit IN2=PM3;sbit IN3=P1A6;sbit IN4=P1A7;sbit EN1=P1A4;sbit EN2=P1A5;/* 蜂鳴器接線定義 */sbit BUZZ=P2A3;#define Left_1_led#define Right_1_ledP3_3 /左傳感器循跡P3_2 /右傳感器循跡#define Left_2_ledP3_5 /左傳感器避障#define Right_2_ledP3_4 /右傳感器避障#define Right_moto_pw

24、mP1_4 /PWM 信號端#define Left_moto_go#define Left_moto_back#define Left_moto_Stop#define Right_moto_go#define Right_moto_back #define Right_moto_StopP1_4=0;/右邊電機停轉(zhuǎn)P1_2=0,P1_3=1;P1_2=1,P1_3=0; P1_5=0; P1_6=1,P1_7=0;P1_6=0,P1_7=1;/左電機向前走/左邊電機向后轉(zhuǎn)/左邊電機停轉(zhuǎn)/右邊電機向前走 /右邊電機向后走unsigned char pwm_val_left =0;/變量定義u

25、nsigned char push_val_left =0;/ 左電機占空比 N/20 unsigned char pwm_val_right =0;unsigned char push_val_right=0;/ 右電機占空比 N/20 bit Right_moto_stop=1;bit Left_moto_stop =1;unsigned int time=0;/*/延時函數(shù)void delay(unsigned int k) unsigned int x,y; for(x=0;x<k;x+) for(y=0;y<2000;y+);/*/前速前進 void run(void)

26、push_val_left=6; /速度調(diào)節(jié)變量 0-20。 0 最小， 20 最大 push_val_right=6;Left_moto_go ; /左電機往前走Right_moto_go ; / 右電機往前走51 智能小車視頻教程/后退函數(shù) 如果看不明白，請看慧凈電子 void backrun(void)push_val_left=6;/速度調(diào)節(jié)變量 0-20。0最小， 20 最大push_val_right=6;Left_moto_back; /左電機往后走Right_moto_back; /右電機往后走 /左轉(zhuǎn)void leftrun(void)push_val_left=5; pus

27、h_val_right=5; Right_moto_go ; / 右電機往前走 Left_moto_back; / 左電機往后走/右轉(zhuǎn)void rightrun(void) push_val_left=5; push_val_right=5; Left_moto_go ; /左電機往前走 Right_moto_back ; /右電機往后走*/*/PWM 調(diào) 制 電 機 轉(zhuǎn) 速*/左電機調(diào)速*/*/*調(diào)節(jié) push_val_left 的值改變電機轉(zhuǎn)速 ,占空比 void pwm_out_left_moto(void)if(Left_moto_stop) if(pwm_val_left<=p

28、ush_val_left) Left_moto_pwm=1;/ Left_moto_pwm1=1;else Left_moto_pwm=0;/ Left_moto_pwm1=0;if(pwm_val_left>=20)pwm_val_left=0;elseLeft_moto_pwm=0;/ Left_moto_pwm1=0;/*/* 右電機調(diào)速void pwm_out_right_moto(void)if(Right_moto_stop)if(pwm_val_right<=push_val_right)Right_moto_pwm=1;/ Right_moto_pwm1=1;els

29、eRight_moto_pwm=0;/ Right_moto_pwm1=0;if(pwm_val_right>=20)pwm_val_right=0;elseRight_moto_pwm=0;/ Right_moto_pwm1=0;/*/*TIMER0 中斷效勞子函數(shù)產(chǎn)生 PWM 信號 */ void timer0()interrupt 1 using 2TH0=0XFc;TL0=0X18; time+;/1Ms 定時pwm_val_left+; pwm_val_right+; pwm_out_left_moto(); pwm_out_right_moto();/* */#endif /

30、主函數(shù)void main(void)unsigned char i;P1=0X00; /關(guān)電車電機 /本實驗學(xué)習(xí)的按鍵啟動知識 B: for(i=0;i<50;i+) / 判斷 K4 是否按下 delay(1); /1ms判斷50次，如果其中有一次被判斷到 K4沒按下，便 重新檢測if(P3_7!=0)當(dāng)K4按下時，啟動小車前進，如有不明，請看慧凈51單片機視頻教程goto B; /跳轉(zhuǎn)到標號B，重新檢測 /本實驗學(xué)習(xí)的知識蜂鳴器，注意要在 HJ-4WD 頭文件里定義 IO 口BUZZ=0; /50 次檢測 K4 確認是按下之后，蜂鳴器發(fā)出 “滴 聲響，然 后啟動小車。delay(50);BUZZ=1;響50ms后關(guān)閉蜂鳴器TMOD=0X01;/1ms