紅外遙控賽車軟件算法設(shè)計畢業(yè)論文

1、目目 錄錄 1 1 引引 言言.2 2 1.1 紅外遙控技術(shù)背景 .2 2 2 總體設(shè)計方案總體設(shè)計方案.4 4 2.1 方案：紅外遙控控制小車 .4 3 3 necupd6121gnecupd6121g 紅外遙控系統(tǒng)紅外遙控系統(tǒng) .5 5 3.1 necupd6121g.5 3.2 簡單發(fā)射電路 .5 3.3 發(fā)射編碼及信號波形 .6 4 4 at89s52at89s52 單片機單片機 .1111 4.1 at89s52 單片機 .11 5 5 l298nl298n 驅(qū)動模塊驅(qū)動模塊 .1616 5.15.11 l298n 驅(qū)動模塊說明.16 5.2 l298 芯片驅(qū)動參數(shù).16 5.3 功

2、能簡圖 .16 6 6 遙控賽車系統(tǒng)框圖及電路設(shè)計遙控賽車系統(tǒng)框圖及電路設(shè)計.1919 6.1 系統(tǒng)框圖及電路設(shè)計 .19 7 7 紅外遙控賽車程序設(shè)計紅外遙控賽車程序設(shè)計 .2020 7.1 紅外信號解碼設(shè)計框圖 .20 7.2 紅外接收軟件設(shè)計 .22 結(jié)結(jié) 束束 語語.2424 參考文獻參考文獻.2525 附錄一：電路原理圖附錄一：電路原理圖.2626 附錄二：賽車實物圖附錄二：賽車實物圖.2727 附錄三：程附錄三：程序序清單清單.2828 紅外遙控賽車軟件算法設(shè)計 摘要摘要: :通過對設(shè)計要求的認(rèn)真分析和研究，拿出了幾種可行方案，最終選定一個最佳方案。 該方案是采用先進的單片機技術(shù)實

3、現(xiàn)遙控，采用模塊化設(shè)計，主要分為兩個模塊：紅外遙控 模塊和 l298 電機驅(qū)動模塊。紅外發(fā)射模塊中通過 upd6121g 紅外遙控器發(fā)射管對單片機發(fā)射 信號，紅外接收模塊中的單片機受紅外接收管接收的信號控制。文章詳細(xì)的討論了實現(xiàn)上述 紅外遙控過程其工作原理和軟件設(shè)計。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：遙控器 紅外發(fā)射 紅外接收 單片機 1 引 言 1.1 紅外遙控技術(shù)背景 紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低， 成本低，易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用 到計算機系統(tǒng)中。 60 年代初，一些發(fā)達國家開始研究民用產(chǎn)品的遙控技術(shù)，單由于受

4、當(dāng)時技術(shù)條件限制， 遙控技術(shù)發(fā)展很緩慢，70 年代末，隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展，遙控技術(shù)得 到快速發(fā)展。在遙控方式上大體經(jīng)理了從有線到無限的超聲波，從振動子到紅外線，再到使 用總線的微機紅外遙控這樣幾個階段。無論采用何種方式，準(zhǔn)確無誤傳輸新信號，最終達到 滿意的控制效果是非常重要的。最初的無線遙控裝置采用的是電磁波傳輸信號，由于電磁波 容易產(chǎn)生干擾，也易受干擾，因此逐漸采用超聲波和紅外線媒介來傳輸信號。與紅外線相比， 超聲傳感器頻帶窄，所能攜帶的信息量少，易受干擾而引起誤動作。較為理想的是光控方式， 逐漸采用紅外線的遙控方式取代了超聲波遙控方式，出現(xiàn)了紅外線多功能遙控器，成為當(dāng)今

5、時代的主流。 由于紅外線在頻譜上居于可見光之外，所以抗干擾性強，具有光波的直線傳播特性，不 易產(chǎn)生相互間的干擾，是很好的信息傳輸媒體。信息可以直接對紅外光進行調(diào)制傳輸，例如， 信息直接調(diào)制紅外光的強弱進行傳輸，也可以用紅外線產(chǎn)生一定頻率的載波，再用信息對載 波進調(diào)制，接收端再去掉載波，取到信息。從信息的可靠傳輸說，后一種方法更好，這就是 我們今天看到的大多數(shù)紅外遙控所采用的方法。由于紅外線的波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長， 因此在采用紅外遙控方式時，不會干擾其他電器的正常工作，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。 紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路 由紅外接收二極管

6、、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 電信號，再送后置放大器。 發(fā)射電路驅(qū)動電路 調(diào)制電路 編碼電路 圖 1 紅外發(fā)射框圖 發(fā)射器一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射電路等幾 部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編 碼信號對載波進行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定的指令 編碼信號。 指令鍵 圖 2 紅外接收框圖 接收器一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動電路、執(zhí)行電路 (機構(gòu))等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號接收下來，并進行放 大

7、后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號解調(diào)出來，即還原為編碼信號。指令譯 碼器將編碼指令信號進行譯碼，最后由驅(qū)動電路來驅(qū)動執(zhí)行電路實現(xiàn)各種指令的操作控制。 1.2 單片機 單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（microcontroller unit），常 用英文字母的縮寫 mcu 表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有 cpu 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 cpu 集成在一個芯片 中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 以單片機為核心的控制系統(tǒng)，因為其實時控制功能強，可靠性高，實用性強，應(yīng)用

8、范圍 廣等優(yōu)點，得到了極為廣泛的應(yīng)用。隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們 追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中紅外遙控就是一個典型的例子， 但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需 要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。因此了解單片機知識， 掌握單片機的應(yīng)用技術(shù)具有重大的意義。它的理論性和實踐性都很強，我們在理論課學(xué)習(xí)中 主要學(xué)習(xí)單片機的基本構(gòu)造，各部分的工作原理以及指令系統(tǒng)，然而，光是理論的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不夠的，最重要的是把理論和實踐相結(jié)合。 所以此次實習(xí)，通過設(shè)計一個基于 at89s52 單片機的遙

9、控器設(shè)計，以增進對單片機電路 的感性認(rèn)識，加深對理論方面的理解和鞏固，了解和掌握軟硬件設(shè)計過程、方法及實現(xiàn)，增 強自己的動手和實踐能力，為以后在工作和學(xué)習(xí)中，設(shè)計和實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。 2 總體設(shè)計方案 根據(jù)任務(wù)書的要求，利用無線發(fā)射無線接收遠(yuǎn)程控制單片機從而控制小車運行，可以擬 定以下方案。 2.12.1 方案：紅外遙控方案：紅外遙控控制小車控制小車 在不需要多電路的應(yīng)用場合，可以使用由常規(guī)集成電路組成的單通道紅外遙控電路。這 種遙控電路不需要使用昂貴的專用編譯碼器，因此成本低。以 nec 的 upd6121g 遙控器為例 小巧便攜成本低廉且功耗小，一顆銀鋅紐扣電池可使用半年之久。故實

10、用性強。 紅外發(fā)射部分 產(chǎn)生震蕩頻率紅外發(fā)射 圖 3 紅外發(fā)射框圖 可以直接產(chǎn)生一個控制功能的震蕩電路頻率，再通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。由 sm0038 紅外接收芯片進行解碼輸出 ttl 電平信號，單片機接收到紅外指令根據(jù)程序控制 l298n 電機驅(qū)動模塊進而控制小車運行。 紅外接收部分 圖 4 紅外接收框圖 紅外接收 l298 驅(qū)動 單片機 調(diào)制解調(diào) 小車運行 3 necupd6121g 紅外遙控系統(tǒng) 3.1 necupd6121g 日本電氣股份有限公司（日文：日本電気株式會社，英文：nec corporation，nippon electric company, limited 的簡稱）

11、簡稱日本電氣或日電或 nec，是一家跨國信息技術(shù)公 司，總部位于日本東京港區(qū)。nec 為商業(yè)企業(yè)、通信服務(wù)以及政府提供信息技術(shù)（it）和網(wǎng) 絡(luò)產(chǎn)品。它的經(jīng)營范圍主要分成三個部分：it 解決方案、網(wǎng)絡(luò)解決方案和電子設(shè)備。 采用 upd6121g 編碼協(xié)議的紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于 紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后， 在錄音機、音響設(shè)備、空凋機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè) 設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有 效地隔離電氣干擾。 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和

12、接收兩大部分組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進行 控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、led 紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換 放大器、解調(diào)、解碼電路，如圖 5 所示。 發(fā)射端 接收端 圖 5 紅外遙控系統(tǒng)框圖 3.2 簡單發(fā)射電路 紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無線電或 x 射線。人眼可見的光波是 380nm- 780nm，發(fā)射波長為 780nm-1mm 的長射線稱為紅外線.盡管肉眼看不到這種光線，但利用紅外 線發(fā)送和接收裝置卻可以發(fā)送和接收紅外線信號，實施紅外線通訊。利用紅外線通訊無需連 線，只需將兩設(shè)備的紅外線裝置對正即可傳輸數(shù)據(jù)。紅外線通訊方向性很強，適用于近距離 的

13、無線傳輸。完整的紅外遙控器電路主要由：集成發(fā)射芯片、晶體振蕩器、紅外線發(fā)射管、 推動晶體三極管、導(dǎo)電橡膠等組成，如圖 6 所示。 圖 6 最簡單的紅外發(fā)射接收電路 3.3 發(fā)射編碼及信號波形 遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，這里我們以運用比較廣泛， 解碼比較容易的一類來加以說明，現(xiàn)以日本 nec 的 upd6121g 組成發(fā)射電路為例說明編碼原 理。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具 有以下特征： 采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為 0.565ms、間隔 0.56ms、周期為 1.125ms 的組合表 示二進制的“0” ；以脈寬為 0.

14、565ms、間隔 1.685ms、周期為 2.25ms 的組合表示二進制的 “1” ，如圖 7 所示。 圖 7 遙控碼的 0 和 1 波形圖 上述“0”和“1”組成的 32 位二進制碼經(jīng) 38khz 的載頻進行二次調(diào)制以提高發(fā)射效 率，達到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。 upd6121g 產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的 32 位二進制碼組，其中前 16 位為用戶識別碼， 能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識別碼固定為十六進 制 01h；后 16 位為 8 位操作碼（功能碼）及其反碼，如圖 8 所示。 紅外信號有方向性要對準(zhǔn)紅外信號有方向性

15、要對準(zhǔn) 才能接收，接收到信號后才能接收，接收到信號后 vout 輸出高電平，否則輸出低電平輸出高電平，否則輸出低電平 缺點：缺點：1 1 抗干擾性差抗干擾性差 2 2 傳輸距離短傳輸距離短 3 3 傳輸信息量少傳輸信息量少 解決方法：解決方法：1、加載波、加載波 2、使用專用編碼芯片、使用專用編碼芯片 圖 8 遙控信號發(fā)射編碼 遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種 32 位二進制碼，周期約為 108ms。一組碼 本身的持續(xù)時間隨它包含的二進制“0”和“1”的個數(shù)不同而不同，大約在 58.576.5ms 之間，圖 9 為發(fā)射波形圖。 圖 9 一幀完整波形圖 當(dāng)按鍵按下超過 36ms，振蕩器使芯

16、片激活，如圖 06 所示將發(fā)射一組 108ms 的編碼脈沖,這 108ms 發(fā)射代碼由一個起始碼（9ms）,一個結(jié)果碼（4.5ms）,低 8 位地址碼（9ms18ms）高 8 位地址碼（9ms18ms）,8 位數(shù)據(jù)碼（9ms18ms）和這 8 位數(shù)據(jù)的反碼（9ms18ms）組成。 圖 10 紅外編碼圖 如果鍵按下超過 108ms 仍未松開時，如圖 07 所示每隔 108ms 輸出一幀 9ms 載波+2.25ms 關(guān)斷+0.56ms 載波的信號，直至釋放接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）代碼格式，這種連發(fā)代 碼常用于電視遙控器長按連續(xù)增加音量等功能。 圖 11 長按按鍵的紅外波形圖 注：代碼寬度算法：

17、 16 位地址碼的最短寬度：1.1216=18ms 16 位地址碼的最長寬度：2.24ms16=36ms 易知 8 位數(shù)據(jù)代碼及其 8 位反代碼的寬度和不變：（1.12ms+2.24ms）8=27ms 32 位 代碼的寬度為（18ms+27ms）(36ms+27ms) 1 解碼的關(guān)鍵是如何識別“0”和“1” ，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0” 、 “1”均以 0.56ms 的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同， “0”為 0.56ms,“1”為 1.68ms,所以 必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和“1” 。如果從 0.56ms 低電平過后，開始延時，0.56ms 以后，若讀到的電平為低，說明該位

18、為“0” ，反之則為“1” ，為了可靠起見，延時必須比 0.56ms 長些，但又不能超過 1.12ms,否則如果該位為“0” ，讀到的已是下一位的高電平， 因此?。?.12ms+0.56ms）/2=0.84ms 最為可靠，一般取 0.84ms 左右均可。 2 根據(jù)碼的格式，應(yīng)該等待 9ms 的起始碼和 4.5ms 的結(jié)果碼完成后才能讀碼。 3.4 紅外接收解碼系統(tǒng) 紅外接收電路一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身， 并輸出可以讓單片機識別的 ttl 信號，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計 工作。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭 sm0038，外觀及紅外接

19、收電路如圖 08 所示。 sm0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度 高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達 35m。它能與 ttl、coms 電路兼容。 sm0038 為直立側(cè)面收光型。三個管腳分別是地、5 v 電源、解調(diào)信號輸出端。 圖 12 sm0038 引腳圖和原理圖 sm0038 接收紅外信號頻率為 38 khz,周期約 26 s，同時能對信號進行放大、檢波、 整形，得到 ttl 電平的編碼信號。ttl 電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二 進制規(guī)定，+5v 等價于邏輯“1” ，0v 等價于邏輯“0” ，這被稱做 ttl

20、（晶體管-晶體管邏輯 電平）信號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。經(jīng)過 sm0038 調(diào)解后的波形由 out 輸入單片機的 p33 口，單片機識別后得到 ttl 電平的編碼信號， 對其信號進行解碼翻譯，以脈寬為 0.565ms、間隔 0.56ms、周期為 1.125ms 的組合表示二 進制的“0” ；以脈寬為 0.565ms、間隔 1.685ms、周期為 2.25ms 的組合表示二進制的“1” 。 這樣就得出了一連串的數(shù)據(jù)，再根據(jù)編碼程序?qū)?shù)據(jù)賦予的含義，就可以完整的接收和翻譯 出所要實現(xiàn)的功能，如圖 13 所示。 a sm0038 b 圖 13 一幀 sm0038

21、 調(diào)解后的波形 4 at89s52 單片機 4.1 at89s52 單片機 本次設(shè)計所使用的單片機是atmel公司的at89s52芯片，at89s52是一種低功耗、高性能 cmos8位微控制器，具有8k 在系統(tǒng)可編程flash存儲器。使用atmel 公司高密度非易失性存 儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng) 可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使 得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52具有以下標(biāo) 準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，3

22、2位i/o 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。at89s52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許 ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被 凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 at89s52 的引腳圖如圖 14 所示： 圖 14 at89s52 引腳圖 at89s52 單片機引腳注釋： vccvcc : 電源 gndgnd: 地 p0p0 口口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸

23、出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電 平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也 被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時，p0口 也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 p1p1 口口：p1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p2p2 口口：p2 口是一個具有內(nèi)部

24、上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問外 部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movx dptr）時，p2 口送出高 八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，p2口也接 收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3p3 口口：p3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位

25、雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p3口亦作 為at89s52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，p3口也接收一 些控制信號。 rstrst: 復(fù)位輸入。晶振工作時，rst腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗 計時完成后，rst 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位 可以使此功能無效。disrto默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ale/

26、progale/prog：地址鎖存控制信號（ale）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸 出脈沖。在flash編程時，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下，ale 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時 鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ale脈沖將會跳過。如果需要， 通過將地址為8eh的sfr的第0位置“1”，ale操作將無效。這一位置“1”，ale 僅在執(zhí)行 movx 或movc指令時有效。否則，ale 將被微弱拉高。這個ale 使能標(biāo)志位（地址為8eh的 sfr的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 psenpse

27、n:外部程序存儲器選通信號（psen）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) at89s52從外 部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，psen在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器 時，psen將不被激活。ea/vpp:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000h 到ffffh的外 部程序存儲器讀取指令，ea必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc。在flash編 程期間，ea也接收12伏vpp電壓。 xtal1xtal1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 xtal2xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。 4.2 時鐘電路 單片機的時鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成，其振蕩電路

28、由反相器以及并聯(lián)外接的石 英晶體和電容組成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖。分頻電路用于把振蕩脈沖分頻，以的到所需要的時 鐘信號。 圖 15 晶振電路 振蕩電路如圖 11 所示：其輸入端為引腳 xtal1，輸出端為引腳 xtal2。通過這兩個引腳 在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容，石英晶體為一感性原件，與電容構(gòu)成振蕩回路， 為片內(nèi)放大器提供正反饋和振蕩的相移條件，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。振蕩器的頻 率主要取決于晶體的振蕩頻率, 一般晶體可在 1.212 mhz 之間任選, 電容 c1、 c2 可在 530 pf 之間選擇, 電容的大小對振蕩頻率有微小的影響, 可起頻率微調(diào)作用。 振蕩脈沖經(jīng)二分頻后

29、作為系統(tǒng)的時鐘信號，時鐘信號經(jīng)過三分頻產(chǎn)生 ale 信號，ale 信 號用于控制把 p0 口的低 8 位地址送入鎖存器鎖起來，以實現(xiàn)低地址和數(shù)據(jù)的分時傳送，ale 還可作為外部時鐘或外部脈沖使用。時鐘信號經(jīng)六分頻得到機器周期信號。 4.3 中斷系統(tǒng) a 中斷的概念 當(dāng) cpu 與外設(shè)交換信息時，由于外設(shè)的速度比較慢，若用查詢的方式，則 cpu 就要浪費 很多時間去等待外設(shè)。這樣就存在一個快速的 cpu 與慢速的外設(shè)之間的矛盾。為了解決這個 問題，就發(fā)展了中斷的概念。 cpu 正在處理某一程序時，發(fā)生了另一突發(fā)事件請求 cpu 迅速去處理(中斷發(fā)生)；cpu 暫時停止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)到需要處理的中

30、斷源的服務(wù)程序的入口(中斷響應(yīng))，一般在入口處 執(zhí)行一跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)去處理中斷事件(中斷服務(wù))；待 cpu 將中斷事件處理完畢后，再回到原來 程序被中斷的地方繼續(xù)處理執(zhí)行程序(中斷返回)，這一處理過程稱為中斷。 51 單片機的中斷系統(tǒng)提供 5 個中斷源：外部中斷 0 和外部中斷 1，定時/計數(shù)器(t0)和 (t1)的溢出中斷，串行接口的接收和發(fā)送中斷。本程序中只用到了外部中斷 1。 b 中斷控制 1 中斷允許寄存器 ie(a8h) cpu 對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器(ie)控制的。 ie 各位的定義如表 1 所示： 表 1 中斷允許寄存器 ie： 位地 址 0a

31、fh0aeh0adh0ach0abh0aah0a9h0a8h 位符 號 ea/eset1ex1et0ex0 ea中斷允許總控制位 ea0中斷總禁止，禁止所有中斷 ea1中斷總允許，總允許后中斷的禁止或允許由各中斷源的中斷允許控制位設(shè)置。 ex0 和 ex1外部中斷允許控制位 ex0（ex1）0禁止外部中斷 et0 和 et1定時器/計數(shù)器中斷允許控制位 et0（et1）0禁止定時器/計數(shù)器中斷 et0（et1）1允許定時器/計數(shù)器中斷 es串行中斷允許控制位 es=0禁止串行中斷 es=1允許串行中斷 2 中斷優(yōu)先級控制寄存器（ip） 各中斷的優(yōu)先級通過中斷優(yōu)先級控制寄存器 ip 來設(shè)定，其未

32、定義及位地址如表 2 所示： 表 2 中斷優(yōu)先級控制寄存器： 位地址 0 bfh 0be h 0bd h 0bc h 0bb h 0ba h 0b9 h 0b8 h 位符號 /pspt1px1pt0px0 px0外部中斷 0 優(yōu)先級設(shè)定位； pt0定時中斷 0 優(yōu)先級設(shè)定位； px1外部中斷 1 優(yōu)先級設(shè)定位； pt1定時中斷 1 優(yōu)先級設(shè)定位； ps串行中斷優(yōu)先級設(shè)定位。 3 定時器控制寄存器（tcon） 該寄存器用于保存外部中斷請求以及定時器的計數(shù)溢出。進行字節(jié)操作時，寄存器地址 為 88h。按位操作時，各位的地址為 88h8fh。寄存器的內(nèi)容及位地址表示如表 3 所示： 表 3 定時器控

33、制寄存器： 位地址 8fh 8eh 8dh 8ch 8bh 8ah 89h 88h 位符號 tf1 tr1 tf0 tr0 ie1 it1 ie0 it0 ie0 和 ie1外中斷請求標(biāo)志位。當(dāng) cpu 采樣到 int0（或 int1）端出現(xiàn)有效中斷請 求時，ie0（ie1）位由硬件置“1”。 當(dāng)中斷響應(yīng)完成轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時，由硬件把 ie0（或 ie1）清零。 tr0 和 tr1定時器運行控制位： tr0 （tr1 ）0定時器/計數(shù)器不工作 tr0 （tr1 ）1定時器/計數(shù)器開始工作 tf0 和 tf1計數(shù)溢出標(biāo)志位。當(dāng)計數(shù)器產(chǎn)生計數(shù)溢出時，相應(yīng)的溢出標(biāo)位 硬件置“1”。 并自動產(chǎn)生定時

34、中斷請求。 5 l298n 驅(qū)動模塊 5.15.11 l298n 驅(qū)動模塊說明 l298 是 sgs 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳 multiwatt 封裝的 l298n，內(nèi)部同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，可以直接驅(qū)動兩路 3-30v 直流電機， 并提供了 5v 輸出接口，可以給 5v 單片機電路系統(tǒng)供電,支持 3.3vmcu 控制，可以方便的控 制直流電機速度和方向，也可以控制 2 相步進電機如圖 16 所示。 圖 12 圖 16 l298 控制電路 5.2 l298 芯片驅(qū)動參數(shù) 1.驅(qū)動芯片：全新原裝 l298n 雙 h 橋驅(qū)動芯片 2.驅(qū)動部分端子供

35、電范圍 vms：5v30 v 3.驅(qū)動部分峰值電流 io：2 a 4.邏輯部分端子供電范圍 vss：3.3-5.5 v 5.邏輯部分工作電流范圍:047 ma 6.控制信號輸入電壓范圍：高電平 4.5-5.5v 低電平 0 v 7.最大功耗：20 w 8.存儲溫度：25130 9.驅(qū)動板尺寸:55 mm*49mm*33mm 10.驅(qū)動板重量：46 g 11.其他功能：控制方向指示燈、電源指示，電流檢測，邏輯部分板內(nèi)取電接口。 5.3 功能簡圖 模塊提供 4 輸入或者 6 輸入單片機信號，用跳線帽靈活選擇，支持 pwm 調(diào)速，支持 3.3v 單片機，板載上拉電阻，完美解決 51 單片機 io 口

36、驅(qū)動能力不夠的問題。 模塊接線方法：in1-in4 接單片機， ena,enb 可以用跳線帽選擇直接接高電平或者用單 片機控制，in1-in4 提供 4 個跳線帽選擇是否接上 10k 的上拉電阻，out1-out2 接直流電機 1，out3-out4 接電機 2，vcc，gnd 分別接電池盒正負(fù)極，當(dāng) vcc 電壓大于 6v 時，+5 為輸出， 可以方便給 5v 的單片機供電，當(dāng) vcc 電壓小于 6v 時，需拔掉 5v_en 跳線帽，外部給+5 提 供一個 5v 電壓保證 298n 芯片的正常工作。 vcc:理論上可以最高輸入 46v，但是理論上 l298n 芯片的最高功率只有 25w，在

37、50v 最 高工作電壓時，電流不應(yīng)超過 0.5a，實際模塊上有 7805 芯片給單片機提供 5v，7805 的正 向工作電壓不應(yīng)超過 28v，所以模塊 vcc 理論最大工作電壓不應(yīng)超過 28v，實際建議不應(yīng)該 超過 24v，在 24v 工作電壓下，單個電機的電流不應(yīng)超過 1a，2 個電機同時使用單個電機的 電流不應(yīng)超過 0.5 a; vcc 輸入多少 v，完全取決于電機的額定電壓，out 的高電平電壓等于 vcc，低電平電壓 等于 0v，本公司的減速電機額定電壓一般 6v，建議 vcc 用 6v 的電源，履帶車額定電壓為 5-9v，建議 7.2v 供電。 gnd:接地，這個要注意的是，如果和單

38、片機板以及其他系統(tǒng)連一起的時候，整個系統(tǒng)的 gnd 要連一起，如果不連一起，電壓就沒有一個參考電平，無法進行正?？刂啤?+5：5v 輸出，模塊板載 7805，可以方便給單片機以及其他需要 5v 的系統(tǒng)供電，前提是 vcc 接大于 6v 電壓的時候，+5 端才有 5v 輸出，如果 vcc 小于 6v，需要拔掉 5v_en 跳線帽， +5 端輸入一個 3.3v-5v 的電壓，因為 l298n 邏輯部分需要供電。 in1-in4：接單片機 io 口，高低電平分別對應(yīng) out1-out4 的高低電平; out1-out4:out1、out2 接電機 1，out3、out4 接電機 2，out1 和 o

39、ut2 有電壓差即一個 為高一個為低電機才轉(zhuǎn)； ena：out1-out2 的使能端，高電平有效，低電平禁止,跳線帽接上默認(rèn) ena 為高電平， 一般不用管，如果需要 pwm 調(diào)速，就需要拔掉跳線帽，ena 接單片機 io 口； enb：out3-out4 的使能端，高電平有效，跳線帽接上默認(rèn) ena 為高電平，一般不用管， 如果需要 pwm 調(diào)速，就需要拔掉跳線帽，enb 接單片機 io 口； r1-r4：跳線帽接上，in1-in4 端加了 10k 的上拉電阻，跳線帽拔掉，無上拉電阻； out1，out2 和 out3，out4 之間可分別接電動機 5，7，10，12 腳接輸入控制電平，控

40、制電機的正反轉(zhuǎn)。ena，enb 接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。表 1 是 l298n 功能邏輯圖。 由表 1 可知 ena 為低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當(dāng) ena 為高電平，輸入電平為一 高一低，電機正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停。下圖為 l298n 控制邏 輯表 表 4 l298n 控制邏輯表： eaeain1in1in2in2 停止0 xx 正轉(zhuǎn)110 反轉(zhuǎn)101 剎停111 停止100 6 遙控賽車系統(tǒng)框圖及電路設(shè)計 6.1 系統(tǒng)框圖及電路設(shè)計 遙控接收單元由單片機最小系統(tǒng)和紅外接收器、控制對象電路等組成，接收控制器由一 個 at89s52 芯片作為控制中心,

41、與接收電路和各自的控制電路共同構(gòu)成。其中接收電路使用 一體化紅外接收頭 sm0038, sm0038 工作頻率為 38 khz,能對收到遙控信號進行放大、檢波、 整形、解調(diào),得到 ttl 電平的編碼信號,再送給單片機,經(jīng)單片機解碼并執(zhí)行相關(guān)控制程序 圖 18 紅外遙控賽車系統(tǒng)框圖 at89s52 單片機 電源 控制對象 紅外接收器 復(fù)位電路 l298n 驅(qū)動 晶振電路 圖 19 遙控賽車控制電路圖 7 紅外遙控賽車程序設(shè)計 7.1 紅外信號解碼設(shè)計框圖 程序開始是對單片機進行初始化設(shè)置，循環(huán)掃描判斷是否有鍵按下，對 sm0038 所發(fā)出 的 ttl 電平進行解碼，遙控信號解碼程序流程圖如圖 2

42、0 所示。 圖 20 程序框圖 no no no no no no no 如果為高電平表示信號沒來繼續(xù)等 待，高電位是紅外接收頭的電平 避開引導(dǎo)碼高電平 如果為低電平表示 還在引導(dǎo)碼高電平 如果為高電平表示還在引導(dǎo)碼 9ms 高電平結(jié)束，45ms 低電平 避開引導(dǎo)碼的低電平，直接檢測用戶碼與數(shù)據(jù)碼。 等待第一位 ir 高電平信號，如果為低表示還在 0 或 1 信號 0.56ms 高電平上，如果為高表 示 0 或 1 的高電平信號來臨， （即發(fā)射源的 0 或 1 的間隔低電平到來， ）解碼的關(guān)鍵是如何識別 “0”和“1” ，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0” 、 “1”均以 0.56ms 的低電平開始

43、，不同的是高 電平的寬度不同， “0”為 0.56ms,“1”為 1.68ms,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和 “1” 。如果從 0.56ms 低電平過后，開始延時， 0.56ms 以后，若讀到 的電平為低，說明該位為 “0” ，反之則為“1” ，為了可靠起見，延時必 須比 0.56ms 長些，但又不能超過 1.12ms,否則如 果該位為“0” ，讀到的已 是下一位的高電平， 因此?。?.12ms+0.56ms）/2=0.84ms 最為可靠， 一般取 0.88ms 左右均可。 將一組完整 的 8 個信號 接收完畢 將一組完整的 32 個信號接收完畢 接收的用戶碼與設(shè)定的用戶碼正反碼相比較

44、 接收的數(shù)據(jù)碼與設(shè)定的數(shù)據(jù)碼正反碼相比較 7.2 紅外接收軟件設(shè)計 /=中斷讀取紅外鍵值程序= voidint0(void) interrupt 2 unsigned char j,k,n=0; irdelay(15); if (irin=1) return; /確認(rèn) ir 信號出現(xiàn) while (!irin) /等 ir 變?yōu)楦唠娖?，跳過導(dǎo) 9ms 的前低電平信號。 irdelay(1); for (j=0;j4;j+) /收集四組數(shù)據(jù) for (k=0;k=30) return; /0.14ms 計數(shù)過長自動離開。 /高電平計數(shù)完畢 ircomj=ircomj 1; /數(shù)據(jù)最高位補“0”

45、if (n=8) ircomj = ircomj | 0 x80; /數(shù)據(jù)最高位補“1” n=0; 結(jié)結(jié) 束束 語語 這是一個磨練意志的過程。從課題的選擇開始，到硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計，這其中經(jīng)歷 了很多困難，但是更重要的是在這個過程中我得到了很大的鍛煉。一方面通過 s52 單片機等 一些器件的設(shè)計讓我學(xué)習(xí)和掌握了單片機技術(shù)的基礎(chǔ)知識和技術(shù)要點，也使以前學(xué)的很多知 識都得到了運用；另一方面在用 protel 99 se 軟件畫電路圖,這個過程中讓我掌握了計算機 輔助的設(shè)計技術(shù)。當(dāng)然，這是一個需要不斷的嘗試，不斷的校核，不斷的修改，最后完成一 個合理的設(shè)計的過程。需要的是細(xì)心和耐心。在很大程度上培

46、養(yǎng)了我拼搏的工作精神。使我 受益匪淺，更加明確了自己專業(yè)的方向。這次時間是短暫的，但這我想我們學(xué)到的應(yīng)該不僅 僅是專業(yè)技術(shù)等表面上的東西，更深一層的是對人生的感悟，對未來的想法，年輕人的桀驁 不馴在此時已經(jīng)不在有意義，取而代之的是理性的思維。我們應(yīng)該具備什么樣的能力，我們 適合什么樣的人生，我們應(yīng)該在怎樣的崗位上實現(xiàn)自己的人生價值。 實習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力 的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程，通過課程設(shè)計我們能夠比較系 統(tǒng)的了解理論知識，把理論和實踐相結(jié)合，并且用到生活當(dāng)中。在做設(shè)計的過程中總會出現(xiàn) 各種問題，在這種情況下

47、我們都會努力尋求最佳路徑解決問題，無形間提高了我們的動手， 動腦能力，并且同學(xué)之間還能相互探討問題，研究解決方案，增進大家的團隊意識。 實習(xí)是短暫的，影響卻是長遠(yuǎn)的。通過實習(xí)讓我體會了團隊合作的益處，在團隊中一起 發(fā)現(xiàn)問題、討論問題，共同進步、共同提高。硬件實習(xí)主要是我們理論知識的延伸，它的目 的主要是要在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題，并且自己要能找到解決問題的方案，形成一種獨立的意識。 我們還能從設(shè)計中檢驗我們所學(xué)的理論知識到底有多少，鞏固我們已經(jīng)學(xué)會的，不斷學(xué)習(xí)我 們所遺漏的新知識，把所學(xué)的知識學(xué)的更加扎實。 在本文的撰寫過程中，導(dǎo)師夏雨果給予了悉心的指導(dǎo)和關(guān)心，使我克服了眾多困難終于 完成了畢業(yè)設(shè)計的

48、撰寫工作。導(dǎo)師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度及敬業(yè)精神，給我留下 了深刻的印象，并將在我今后的人生道路上產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，在此論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)?致以崇高的敬意和衷心的感謝！再一次感謝所有關(guān)心我、幫助我的人！ 參考文獻參考文獻 【1】 呂國泰，白朋友主編。電子技術(shù)（第 3 版） 。高等教育出版社出版社。2010 年 1 月。 【2】 杜剛主編，王啟寧、戎華洪、張東霞等編著。電路設(shè)計與制板protel99se 應(yīng)用教程， 清華大學(xué)出版社，2009 年 6 月。 【3】 賴萬欽，嚴(yán)桂蘭編著。c 語言程序設(shè)計基礎(chǔ)。夏門大學(xué)出版社，2006 年 7 月。 【4】 李春彪編著。電路電工基礎(chǔ)與實訓(xùn)（第 2 版） 。北京大學(xué)出版社，2008.8 月。 【5】 單承贛，單玉峰，姚磊等編著。射頻識別（rfid）原理與應(yīng)用。電子工業(yè)