遥控小车控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

遥控小车控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

时钟 /机器周期和 12 时钟 /机器周期可以 任意选择，指 5 令代码完全兼容传统 8051。 （ 2）工作电压： ～ （ 5V单片机） /～ （ 3V单片机）。 （ 3）工作频率范围： 0～ 40MHz，相当于普通 8051 的 0～ 80MHz，实际工作频率可达 48MHz。 （ 4）用户应用程序空间为 8K 字节。 （ 5）片上集成 512 字节 RAM。 （ 6） 通用 I/O 口（ 32 个），复位后为： P0/P1/P2/P3 是准双向口 /弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 （ 7） ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（ RxD/,TxD/）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。 （ 8） 具有 EEPROM 功能。 （ 9）具有看门狗功能。 （ 10） 共 3个 16位定时器 /计数器。 即定时器 T0、 T T2。 （ 11）外部中断 4路，下降沿中断或低电平触发电路， Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。 （ 12） 通用异步串行口（ UART），还可用定时器软件实现多个 UART。 （ 13）工作温度范围： 40～ +85℃（工业级） /0～ 75℃（商业 级）。 （ 14） PDIP 封装。 图 3 STC89C52RC 单片机引脚图 6 时钟电路设计 时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。 在 STC89C52RC 单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 片的外部， XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，再利用芯片内不得振荡电路形成反馈电路，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。 时钟电路产生的振荡脉冲经过单片机内部的触发器进行二分频以后，才成为单片机的时钟脉冲信号。 一般的 ，电容 C1和 C2 取 30pF 左右，晶体的振荡频率范围是 0~24MHz。 晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行的速度也就快。 STC89C52RC 单片机在通常应用情况下，使用的振荡频率为 6MHz 或 12MHz。 时钟信号可以有两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式。 一般情况下，单片机时钟输入均采用内部时钟方式，外接一个振荡电路，本系统采用内部时钟方式，其电路如图 4 所示。 图 4 时钟振荡电路 复位电路设计 复位是单片机的一个很重要的操作方式。 但是，单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能产生复位信号，实现复位操作。 复位操作有上电复位和按键复位。 （ 1）上电复位： STC89 系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚 RST 上连接一个电容到 VCC，再连接一个电阻到 GND，由此形成一个 RC 充放电回路保证单片机在上电时 RST 脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值 为 10K 和 10uF。 7 （ 2）按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、 RST 也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。 本系统采用按键复位方式，其电路如图 5所示。 图 5 复位电路 稳压电路设计 考虑到本设计使用的直流电机的工作电压为 +12V，而单片机的工作电压为 +5V，因此，要为电源设计一个电路 +12V电压中分出一个 +5V电压提供单片机工作。 这样就使得不仅可以单片机正常工作探究决定基于一个稳压管来设计电源电路。 用 78/79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路使用起来可靠、方便而且价格便宜。 最后决定选用 7805 稳压管来设计一个稳压电路，其电路如图 6 所示。 图 6 7805 稳压电路 8 红外发射端设计 红外发射端主要由单片机最小系统、独立式键盘电路、红外发射电路组成。 独立式键盘电路设计 独立式键盘是指直接用 I/O 线构成的单个按键电路，每个独立式按键占有一根 I/O 口线，每根 I/O 口线上的按键的工作状态不会影响其他 I/O 口线的工作状态，主要特点是结构简单，易于设计。 本设计的独立式键盘由 8 个独立按键组成，每个按键对应一个独立的操作，即每 个按键控制小车的一个状态，其电路如图 7所示。 当键 K1被按下时，对应的操作为“左转”，小车左转、左转灯亮；当键 K2 被按下时，对应的操作为“前进”，小车前进；当键 K3被按下时，对应的操作为“后退”，小车后退；当键 K4被按下时，对应的操作为“右转”，小车右转；当键 K5 被按下时，对应的操作为“停止”，小车停止；当键 K6 被按下时，对应的操作为“加速”，小车加速；当键 K7 被按下时，对应的操作为“减速”，小车减速； 当键 K8被按下时，对应的操作为“前灯”，小车前灯亮。 图 7 独立式键盘电路 红外发射电路设计 根据红外发射管本身的物理特性，必须要有载波信号与即将发射的信号相“与”，然后将相“与”后的信号送发射管，才能进行红外信号的发射传送，而在频率为 38KHz 的载波信号下，发射管的性能最好，发射距离最远，所以在硬件设计上，本设计采用 38KHz的晶振产生载波信号，与发射信号进行逻辑“与”运算后，通过三极管的功率驱动到红外 发光二极管上。 红外发送电路单片机发送控制电路和红外发送管驱动输出电路组成，当单片机 9 口输出为“ 0”时，发射管不发光，当单片机 口输出为“ 1”时，红外发送管发出38KHz 调制红外线。 其电路如图 8所示。 图 8 红外发射电路 红外接收端设计 红外接收端主要由单片机最小系统、红外接收电路、电机驱动电 路及指示灯电路组成。 红外接收芯片介绍 SM0038（实物图如图 9 所示）是一个小型的红外遥控接收器件电路内置 P/N 二极管和前置放大器，采用可红外滤波的环氧树能材料封装。 SM0038 的解调输出信号可以直接由微处理器解码，本电路的主要特点是可靠性好，不易受环境干扰，并可以防止非控制信号的输出脉冲出现。 它的主要特点是内置光电检测器和前置放大器，内置 PCM 频率滤波器，内置防电场干扰设计，输出电平与 TLL 和 CMOS 兼容，输出低电平有效，低功率消耗，不受环境光源干扰，可以连续进行数据发送 1200bit/s，输入脉冲串长度 =10 周期 /脉冲串。 SM0038 红外接收头作为红外接收电路的核心部门，是一种一体化红外接收头。 红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中成为一体化红外接收头。 内部电路包括红外监测二极管、放大器、限副器、带通滤波器、积分电路、比较器等。 红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平而不论红外发射器和接收器的距离远近。 交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30KHz 到 60KHz 的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出 发射端的信号波形。 注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。 10 红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。 根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。 红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在 22uf 以上。 有的厂家建议在供电脚和电源之间接入 330 欧电阻，进一步降低电源干扰。 图 9 SM0038 红外接收头 SM0038 电路内置带通滤波器、积分器和自动增益控制电路，以抑制各种干扰和噪声，避免产生不希望的非控制脉冲信号输出。 数据信号和干扰信号的区别体现在载波频率、脉冲长度、工作周期上。 数据信号应满足以下条件： （ 1）载波频率应尽量接近带通滤波器中心频率； （ 2）脉冲长度应有 300us 以上； （ 3）对于脉冲长度在 300us~ 的脉冲，脉冲间隙应不小于 400us； （ 4）对于脉冲长度在 以上的脉冲，脉冲间隙应在脉冲长度的 倍以上； （ 5）每秒钟最多可接受 1000 个短脉冲信号。 红外接收电路设计 红外接收电路专门采用集成电路 SM0038， SM0038 有三个引脚，一个接电源一个接地，另外一个接信号端，它集光电转换，解调和放大于一体。 当收到 38KHz 调制红外线时， SM0038 输出为“ 0”，平时输出为“ 1”。 信号脚接到 脚上，当 SM0038 收到第一个红外脉冲时，触发 INT0 产生中断，使单片机退出低功耗状态，进入工作状态，同时使计数器 0和定时器 1开始工作。 其电路如图 10 所示。 电机驱动芯片介绍 无刷直流电机一般是小型的电机，采用 L298N（实物图如图 11 所示）驱动，它一般可以同时驱动两电机，如果担心驱动不够就可以采用两个 L298N。 其内部原理是采用 H 11 桥式差动放大。 L298N 是 SGS 公司的产品，内部包含 4通道逻辑驱动电路。 是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL 逻辑电平信号，可驱动 46V、 2A 以下的电机。 图 10 SM0038 接收电路 图 11 L298N 驱动芯片 电机驱动电路设计 L298N 可驱动 2个电机， OUTl、 OUT2 和 OUT OUT4之间分别接 2个电动机。 12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转， ENA、 ENB 接控制使能端，控制电机的停转。 STC89C52RC 输出二组 PWM 波 PWM 波用来控制一个电机的速度。 另外二个 I/O 口可以控制电机的正反转，控制方法与控制电路都比较简单。 即 、 控制第一个电机的方向，输入的 PWMl 控制第一个电机的速度； 、 控制第二个电机的方向，输入的 PWM2 控制第二个电机的速度。 由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，只用一组电源时会影响单片机的正常工作。 所以选用双电源供电。 一组 5V电源给单片机和控制电路供电，另外一组 5V、 12V电源给 L298N 的 +VCC、 +VS 供电。 在控 12 制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开，以免影响控制部分电源的品质。 其电路如图 12所示。 指示灯电路设计 小车的指示灯设计思想来源于实际生活。 现实中，马路上的汽车左转或右转时，都被要求要开左转灯或右转灯以示意其行为。 本设计的指示灯电路由四个 LED 等组成。 当小车左转时，代表小车左转灯的一个红色 LED 灯亮，直到小车进入除左转外的其他状态，左转灯灭。 当小车右转转时，代表小车右转灯的另一个红色 LED 灯亮，直到小车进入除右转外的其他状态，右转灯灭。 无论小车在任何一个状态，可通过操作控制 小车代表小车前灯的两个黄色 LED 灯的亮灭。 其电路如图 13所示。 图 12 L298N 驱动电路 图 13 指示灯电路 13 软件设计 本设计的软件部分由红外发射端程序和红外接收端程序两个部分组成。 红外发射端程序主要由主程序、键盘扫描子程序、红外编码子程序组成，红外接收端程序主要由主程序、红外解码子程序、小车控制子程序组成。 红外编码介绍 当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。 这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为 、间隔 、周期为 的组合表示二制的“ 0”；以脉宽为 、间隔 、周期为 的组合表示二进制的“ 1”，其波形如图 14所示。 图 14 遥控码的“ 0”和“ 1” 上述“ 0”和“ 1”组成的 32 位二进制码经 38KHz 的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。 然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，SM0038 所发射的一帧码含有一个引导码， 16 位的用户编码和 8 位的键数据码、键数据码的反码也同时被传送。 引导码由一个 9ms 的载波波形和 的关断时间构成，它作为随后发射的码的引导，这样当接收系统是由微处理器构成的时候，能更有效地处理码的接收与检测及其它各项控制之间的时序关系。 编码采脉冲位置调制方式（ PPM）。 利用脉冲之间的时间间隔来区分“ 0”和“ 1”。 每次 8 位的码被传送之后，它们的反码也被传送，减少了系统的误码率。 引导码之后，是连续的 32 位二进制码组，其中前 16 位为用户识别码，能区。