電子工程基礎(chǔ)講座智能車及光尋跡原理

電子工程基礎(chǔ)講座智能車與光尋跡原理1講座內(nèi)容1智能車尋跡簡(jiǎn)介①介紹賽道；②介紹小車(小車硬件組成)2光尋跡原理①光尋跡原理；②光尋跡電路實(shí)現(xiàn)；351的AD轉(zhuǎn)換①51的AD寄存器；②AD轉(zhuǎn)換實(shí)例（用LED管顯示）4小車程序小車程序運(yùn)行內(nèi)容5路況分析程序2一.智能車尋跡簡(jiǎn)介1.賽道與小車尋跡前進(jìn)3一.智能車尋跡簡(jiǎn)介2.小車硬件組成2.小車硬件組成小車車模4FreescaleA型車模FreescaleB型車模FreescaleC型車模FreescaleD型車模一.智能車尋跡簡(jiǎn)介2.小車硬件組成小車車模5一.智能車尋跡簡(jiǎn)介2.小車硬件組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)控制路徑檢測(cè)速度檢測(cè)小車電路MCU6二.光尋跡1.光尋跡原理①光源選擇----------主動(dòng)光源、被動(dòng)光源②光譜選擇----------可見光、紅外光③光性質(zhì)選擇----------普通光、激光②分類：①反射式檢測(cè)原理紅外發(fā)射管、紅外接收二極管、紅外接收三極管紅外反射式光電管③紅外光電管類型72.工作電路二.光尋跡紅外發(fā)光管的正向?qū)▔航导s1V、額定工作電流100mA。我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，常設(shè)定其(I1)最大工作電流≤50mA?！嘀冯娮?(Vcc

-VD1)/Imax為了提高路徑檢測(cè)穩(wěn)定性和靈敏度?？稍诎l(fā)光支路再是增串一只發(fā)光二級(jí)管D2。此時(shí)支路電阻應(yīng)為多大？VCC+-UoMCUAD紅外尋跡工作電路(2)發(fā)光電路：光電轉(zhuǎn)換電路：T1是一只光敏三級(jí)管。在接收到前方射入的紅外光時(shí)便產(chǎn)生電流I2，I2隨接收的光強(qiáng)度而變；I2流過W2，便產(chǎn)生隨射入光強(qiáng)度而變的電壓降U0。I2vcc+-+-uoMCUAD紅外尋跡工作電路(1)R1W1W2D1+-UoT1I1D28三.51單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換1.STC12C5A60S2系列單片機(jī)性能與特點(diǎn)STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的新一代8051單片機(jī)。指令代碼與8051完全兼容；I/O口分布與8051類似；與8051相比具有以下特點(diǎn)：1.增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，2.工作電壓：有5.5V-3.5V（5V單片機(jī)）也有3.6V-2.2V（3V單片機(jī)）3.工作頻率范圍：0～35MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420MHz4.用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)......5.片上集成1280字節(jié)RAM6.通用I/O口可設(shè)置成四種模式：弱上拉、強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉、僅為輸入/高阻、開漏7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)9.看門狗10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）11.外部掉電檢測(cè)電路:在P4.6口有一個(gè)低壓門檻比較器12.時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為±5%到±10%以內(nèi))13.共4個(gè)16位定時(shí)器14.3個(gè)時(shí)鐘輸出口15.外部中斷I/O口7路16.PWM(2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）

17.A/D轉(zhuǎn)換,10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬次)9三.51單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換2.STC12C5A60S2單片機(jī)的AD模塊STC12C5A60S2單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖10三.51單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換2.STC12C5A60S2單片機(jī)的AD模塊單片機(jī)內(nèi)資源的狀態(tài)控制方法------設(shè)置相關(guān)的寄存器與A/D轉(zhuǎn)換相關(guān)的寄存器:符號(hào)功能描述復(fù)位值P1ASF功能選擇寄存器00000000BADC_CONTR控制寄存器00000000BADC_RES結(jié)果寄存器高位00000000BADC_RESL結(jié)果寄存器低位00000000BAUXR1輔助控制寄存器00000000BIE中斷控制寄存器00000000BIP中斷優(yōu)先權(quán)選擇低位00000000BIPH中斷優(yōu)先權(quán)選擇高位00000000B11三.51單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換與A/D轉(zhuǎn)換相關(guān)的寄存器:符號(hào)功能描述位地址與其符號(hào)MSB

LSB復(fù)位值P1ASF功能選擇寄存器P17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASF0x00ADC_CONTR控制寄存器ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_START

CHS2CHS1CHS00x00ADC_RES結(jié)果寄存器高位0x00ADC_RESL結(jié)果寄存器低位0x00AUXR1輔助控制寄存器PCA_P4SPI_P4S2_P4GF2ADRJDPS0x00IE中斷控制寄存器

EA

ELVDEADCESET1EX1ET0EX00x00IP中斷優(yōu)先權(quán)選擇低位PPCA

PLVDPADCPSPT1PX1PT0PX00x00IPH中斷優(yōu)先權(quán)選擇高位PPCAH

PLVDHPADCHPSHPT1H

PX1H

PT0HPX0H12三.51單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換1.功能選擇寄存器 P1ASFP17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASF上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的P1口可繼續(xù)作為I/O口使用(建議只作為輸入)。需作為A/D使用的口需先將P1ASF特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置為‘1’，將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功能2.控制寄存器 ADC_CONTRADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0ADC電源控制位模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位模擬輸入通道選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制位13三.51單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換3.A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES、ADC_RESL

ADC_RES4.輔助控制寄存器 AUXR1PCA_P4SPI_P4AS2_P4GF2ADRJDPS當(dāng)ADRJ=0時(shí)，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位存放在ADC_RES中，ADC_RESL的低2位存放轉(zhuǎn)換結(jié)果的低2位。當(dāng)ADRJ=1時(shí)，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高2位存放在ADC_RES的低2位中，低8位存放在ADC_RESL中。ADC_RESLADC_RES和ADC_RESL寄存器用于保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果14三.51單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換3.實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的程序#include<reg52.h>//包含頭文件，包含特殊功能寄存器的定義unsignedcharAD_Data[3];unsignedcharG_Black[2];charG_RunState;/*DeclareSFRassociatedwiththeADC*/sfrADC_CONTR=0xBC;//ADCcontrolregistersfrADC_RES=0xBD;//ADChight8-bitresultregistersfrADC_LOW2=0xBE;//ADClow2-bitresultregistersfrP1ASF=0x9D;//P1secondaryfunctioncontrolregister/*DefineADCoperationconstforADC_CONTR*/#defineADC_POWER 0x80//ADCpowercontrolbit#defineADC_FLAG 0x10//ADCcompleteflag#defineADC_START 0x08//ADCstartcontrolbit#defineADC_SPEEDLL0x00//540clocks#defineADC_SPEEDL 0x20//360clocks#defineADC_SPEEDH 0x40//180clocks#defineADC_SPEEDHH0x60//90clocks/*---------------------InitialADCsfr----------------------*/voidInitADC(){P1ASF=0xff;//Open8channelsADCfunctionADC_RES=0;//ClearpreviousresultADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL;Delay(2);//ADCpower-onanddelay}/*-----------------------DataGather---------------------*/voidDataGather(){unsignedchari;for(i=0;i<3;i++){AD_Data[i]=GetADCResult(i);}}/*-------------------------主程序-------------------------*/

voidmain(){InitADC();while(1){DataGather();P2=AD_Data[0]^0xff;}}/*------------Softwaredelayfunction-----------------*/voidDelay(unsignedintn){unsignedintx;while(n--){x=5000;while(x--);}}/*-------------------GetADCresult---------------------*/unsignedcharGetADCResult(unsignedcharch){ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ch|ADC_START;while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG));

ADC_CONTR&=~ADC_FLAG;//CloseADCreturnADC_RES;//ReturnADCresult}15四.小車程序運(yùn)行設(shè)計(jì)1.小車運(yùn)行控制程序應(yīng)包含的內(nèi)容運(yùn)行數(shù)據(jù)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)分析運(yùn)行控制開始初始化控制量輸出------包含硬件資源初始狀態(tài)設(shè)置、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)初始形態(tài)的確立等。------包括行車偏離路徑相關(guān)量、行車速度等采集------分析行車狀況。包括行車路徑偏離狀況、行車速度與理想速度之差等------根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制策略與分析得到的行車狀況數(shù)據(jù)形成控制數(shù)據(jù)，控制小車運(yùn)行。------將前面算出的控制數(shù)據(jù)輸出，控制片外對(duì)象動(dòng)作。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖(1)16四.小車程序運(yùn)行設(shè)計(jì)1.小車運(yùn)行控制程序應(yīng)包含的內(nèi)容運(yùn)行數(shù)據(jù)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)分析運(yùn)行控制開始控制量輸出返回鍵入查詢開始初始化數(shù)據(jù)顯示主函數(shù)中斷服務(wù)函數(shù)系統(tǒng)運(yùn)行流程圖(2)17四.小車程序運(yùn)行設(shè)計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)分析運(yùn)行控制開始初始化控制量輸出系統(tǒng)運(yùn)行流程圖(1)voidmain()voidInitADC()voidDataGather()2.簡(jiǎn)易光尋跡小車程序設(shè)計(jì)實(shí)例/*--------------------主程序-----------------------*/voidmain(){

InitADC();//InitADCsfr

while(1)

{

DataGather();

DataAnalysis();ContrCaculat();

ContrOutput();}}18四.小車程序運(yùn)行設(shè)計(jì)#include<reg52.h>//包含頭文件，包含特殊功能寄存器的定義unsignedcharAD_Data[3];unsignedcharG_Black[2];charG_RunState;/*DeclareSFRassociatedwiththeADC*/sfrADC_CONTR=0xBC;//ADCcontrolregistersfrADC_RES=0xBD;//ADChight8-bitresultregistersfrADC_LOW2=0xBE;//ADClow2-bitresultregistersfrP1ASF=0x9D;//P1secondaryfunctioncontrolregister/*DefineADCoperationconstforADC_CONTR*/#defineADC_POWER 0x80//ADCpowercontrolbit#defineADC_FLAG 0x10//ADCcompleteflag#defineADC_START 0x08//ADCstartcontrolbit#defineADC_SPEEDLL0x00//540clocks#defineADC_SPEEDL 0x20//360clocks#defineADC_SPEEDH 0x40//180clocks#defineADC_SPEEDHH0x60//90clocks/*------------Softwaredelayfunction---------------*/voidDelay(unsignedintn){unsignedintx;while(n--){x=5000;while(x--);}}/*-------------------GetADCresult---------------------*/unsignedcharGetADCResult(unsignedcharch){ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ch|ADC_START;while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG));

ADC_CONTR&=~ADC_FLAG;returnADC_RES;}/*---------------------InitialADCsfr----------------------*/voidInitADC(){P1ASF=0xff;//Open8channelsADCfuncti