畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能電動(dòng)車控制器設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的智能電動(dòng)車控制器設(shè)計(jì)摘 要隨著市場(chǎng)的發(fā)展，電動(dòng)車的市場(chǎng)日益遞增，實(shí)現(xiàn)并完善電動(dòng)車的智能控制、簡(jiǎn)單操作已經(jīng)成為需求的一部分。運(yùn)用單片機(jī)的硬件電路與軟件相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的加速、減速、測(cè)速等功能，使電動(dòng)車的操縱更智能，更簡(jiǎn)單，更安全，更加適應(yīng)市場(chǎng)的需求。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、89c51、測(cè)速電路1 引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們收入的增多，衣食住行都發(fā)生這明顯的變化。自行車代步的年代已經(jīng)過(guò)去，取而代之的是電動(dòng)車，摩托車甚至是小汽車的普遍。但是相對(duì)而言，小汽車代價(jià)相對(duì)比較高昂，不是一般家庭能夠承擔(dān)得起，摩托車噪音大，事故率高，安全系數(shù)低，也被很多大小城市所禁止。相比前兩者，電動(dòng)車有

2、很大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，體型輕巧、環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)適用，成為眾多人心中的理想的代步工具。市場(chǎng)的強(qiáng)大需求，推動(dòng)了電動(dòng)車的飛速發(fā)展，越來(lái)越智能化。其中以單片機(jī)為核心的智能控制電動(dòng)車將成為目前發(fā)展的一個(gè)方向，引領(lǐng)電動(dòng)時(shí)代的潮流。今天，能源和環(huán)境對(duì)人類的壓力越來(lái)越大，要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲越來(lái)越高。為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)世界各國(guó)的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對(duì)電動(dòng)車開發(fā)的投資力度，加快電動(dòng)車的商品化步伐。 中國(guó)作為電動(dòng)車最大擁有國(guó)，電動(dòng)車的發(fā)展與國(guó)外基本同步。我國(guó)在1992年就把電動(dòng)車的開發(fā)列人國(guó)家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。98年我國(guó)發(fā)展電動(dòng)車以來(lái)產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)，從1998年的5.8萬(wàn)輛發(fā)展到2009年的

3、2369萬(wàn)輛。目前我國(guó)電動(dòng)車的保有量已經(jīng)超過(guò)1.2億臺(tái)，此部分包括了未進(jìn)入統(tǒng)計(jì)的一些小型工廠的銷量。截至目前為止我國(guó)電動(dòng)車出口占全世界出口量的90%，雖然目前電動(dòng)車在能源和行駛里程方面還未能盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，在走過(guò)了漫長(zhǎng)而艱難的發(fā)展歷程之后，電動(dòng)車正面臨著重大的技術(shù)突破，有望成為21世紀(jì)的重要交通工具。 中國(guó)人口眾多，具有世界最龐大的電動(dòng)車市場(chǎng)。目前自行車擁有量為4億多輛，如把10個(gè)自行車換成電動(dòng)自行車，就需4000萬(wàn)輛電動(dòng)自行車以每輛均價(jià)500元計(jì)算，就是60個(gè)億，這是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，有著強(qiáng)大的吸引力。 現(xiàn)代電動(dòng)車是融合了電力、電子、機(jī)械控制、材料科

4、學(xué)以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品。整體的運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性等首先取決于控制系統(tǒng)，而控制系統(tǒng)更多的趨向于單片機(jī)控制。因?yàn)閱纹瑱C(jī)更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)pc機(jī)和其他計(jì)算的總和甚至比人類的數(shù)量還要多。 單片機(jī)除了具備一般微型計(jì)算機(jī)的功能外，為了增

5、強(qiáng)實(shí)時(shí)控制能力，絕大部分單片機(jī)的芯片上還集成有定時(shí)器計(jì)數(shù)器。單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)主要是面向控制的需要，因此，它的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、和io能力等方面均有其獨(dú)特之外，其顯著的特點(diǎn)之一就是非常有效的控制功能，為此，又稱為微控制器mcu。單片機(jī)自誕生以來(lái)，由于其固有的優(yōu)點(diǎn)低成本、小體積、高可靠性、高附加值、通過(guò)更改軟件就可改變控制對(duì)象等，已越來(lái)越成為電子工程師設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)產(chǎn)品的首選器件之一。本次設(shè)計(jì)主要以atm公司的89c51為核心元件，圍繞其外部硬件電路與軟件相結(jié)合的方式來(lái)控制電動(dòng)車的加速、減速、測(cè)速等。2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 整體設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)集成電路，可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)。與其

6、他控制系統(tǒng)相比，單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：（1） 由于現(xiàn)在單片機(jī)的價(jià)格相對(duì)都比較低，而且外圍電路的元器件價(jià)格也不高，所以整體設(shè)計(jì)起來(lái)，成本比較低。（2） 可以對(duì)外部存儲(chǔ)容量根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)可以相對(duì)比較靈活。（3） 由于現(xiàn)存有許多已經(jīng)設(shè)計(jì)很完善的子程序，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中可以直接調(diào)用，減少較大工作量。綜上所述，決定運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)，詳見下圖圖1： 單片機(jī)控制模塊電動(dòng)機(jī)模塊速度顯示模塊測(cè)速模塊 圖1 結(jié)構(gòu)框圖 本次設(shè)計(jì)主要是分為兩大部分：一部分是電機(jī)控制部分，另一部分是測(cè)速部分。首先，介紹一下電機(jī)控制部分，電機(jī)控制部分控制步驟：變動(dòng)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)的處理電動(dòng)的狀態(tài)。數(shù)據(jù)輸入主要是通過(guò)數(shù)字電路或是模擬電

7、路的方法改變某一個(gè)量（電流、電壓、電阻）的變化，然后將這種變化輸送給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存、分析、處理，最終將以數(shù)字量的形式輸出，輸出電路根據(jù)數(shù)字信號(hào)的變化，再將變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康男问?，輸送給電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度、轉(zhuǎn)向的改變。接著，測(cè)速部分控制步驟：速度的采集數(shù)據(jù)的處理速度的顯示。速度的采集主要是通過(guò)s/t來(lái)獲得，s代表路程，t代表時(shí)間，通過(guò)額定的時(shí)間所行的路程，不過(guò)數(shù)據(jù)的采集主要采集s、時(shí)間t，而數(shù)據(jù)的處理則有單片機(jī)完成。單片機(jī)取兩個(gè)量的商，并對(duì)小數(shù)部分進(jìn)行處理，將一個(gè)整型的數(shù)據(jù)類型輸送給顯示器，顯示根據(jù)單片機(jī)的指令進(jìn)行顯示。上圖就是整個(gè)設(shè)計(jì)的模塊圖，不難看出，在整個(gè)設(shè)計(jì)模塊中

8、，最為核心的就是數(shù)據(jù)的處理，其實(shí)就是單片機(jī)。無(wú)論輸入量是什么類型，單片機(jī)都要根據(jù)輸出量來(lái)進(jìn)行分析、處理，從而實(shí)現(xiàn)其各個(gè)功能。 2.2 單片機(jī)說(shuō)明單片機(jī)系統(tǒng)中，起到控制和樞紐作用的單片機(jī)模塊無(wú)疑是其中最重要的部分。本設(shè)計(jì)中采用的是atmel 公司的帶8kb flash的8位微控制器at89c51作為單片機(jī)芯片，它完全與mcs-51系列單片機(jī)兼容（從指令集到引腳）。芯片采用40腳雙列直插式封裝，32個(gè)i/o口，芯片工作電壓為3.8-5.5v，工作溫度為0-70度，工作頻率可達(dá)到30mhz。它是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8kb在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器，使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技

9、術(shù)制造。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 下面來(lái)介紹一下89c51單片機(jī)最小系統(tǒng)（如圖2），單片機(jī)最小系統(tǒng)指的是能單獨(dú)運(yùn)行的最簡(jiǎn)系統(tǒng)，一般只是包括5v電源、復(fù)位電路和晶振電路。電源就不多介紹了，具體介紹一下復(fù)位電路和晶振電路。復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位電路包含兩種，上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。所謂上電復(fù)位，即當(dāng)單片機(jī)加電時(shí)由相關(guān)電路產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，從而使單片機(jī)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位指的是用戶根據(jù)需要使用按鍵等方式驅(qū)動(dòng)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位的一種電路。 stc單片機(jī)可以不使用復(fù)位電路，但是為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，一般要求至少要加上電復(fù)位電路。復(fù)位電路的構(gòu)成方法有很多，比如

10、專用復(fù)位芯片、看門狗等，但是這些電路相對(duì)較為復(fù)雜，本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路使用的是較為簡(jiǎn)單的阻容復(fù)位電路。 由c3和r5構(gòu)成一個(gè)上電復(fù)位電路,。當(dāng)單片機(jī)上電時(shí)，因?yàn)殡娙輧啥穗妷翰荒芡蛔?，所以在單片機(jī)的rst引腳產(chǎn)生一個(gè)高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位，隨著電容c3充電時(shí)間延長(zhǎng)，電容充電電路逐漸下降，rst引腳的電壓也隨著下降。當(dāng)電壓下降到一定程度時(shí)，rst引腳的電壓已經(jīng)不足以使單片機(jī)復(fù)位，單片機(jī)從而進(jìn)入到正常的工作狀態(tài)。 手動(dòng)復(fù)位電路使用的按鍵復(fù)位電路，當(dāng)用戶單擊sw1時(shí)，rst引腳出現(xiàn)一個(gè)高電平信號(hào)，強(qiáng)制驅(qū)使單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)用戶放開sw1時(shí)，rst引腳恢復(fù)為低電平，單片機(jī)開始正常運(yùn)行。注意：當(dāng)用戶單擊sw

11、1時(shí),由c3、r6和sw1構(gòu)成一個(gè)環(huán)路，c3在改回路上進(jìn)行放電，所以r6不可缺少；如果缺少r6或者r6阻值太小，將可能會(huì)造成c3損壞。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位的方法。震蕩電路：作用給單片機(jī)提供一個(gè)合適的工作頻率信號(hào)。一般而言，單片機(jī)的震蕩信號(hào)產(chǎn)生由兩種方法：?jiǎn)味蓑?qū)動(dòng)和雙端驅(qū)動(dòng)。單端驅(qū)動(dòng)即時(shí)使用一個(gè)外部的穩(wěn)定時(shí)鐘信號(hào)直接輸入給單片機(jī)，該方法要求外部存在一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，一般由有源晶體振蕩器或者是其他ic產(chǎn)生。單端驅(qū)動(dòng)目前已經(jīng)很少使用，只有在嚴(yán)格要求系統(tǒng)同步的一些系統(tǒng)才會(huì)出現(xiàn)。 所謂雙端驅(qū)動(dòng)就是說(shuō)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)源晶體振蕩器來(lái)構(gòu)成振蕩電路。本設(shè)計(jì)使用的就是雙端方式，在單片機(jī)18和19號(hào)兩個(gè)振蕩信號(hào)輸入

12、引腳間接入一個(gè)頻率為11.0592mhz的無(wú)源晶體振蕩器構(gòu)成一個(gè)振蕩電路。對(duì)于這種無(wú)源晶體振蕩器而言，其兩端一般要加入負(fù)載電容進(jìn)行頻率的微調(diào)，對(duì)于11.0592mhz晶體振蕩器而言，一般使用2030pf的瓷片電容即可，此次是采用30pf的電容。為了保證單片機(jī)的運(yùn)行，還有一些外圍電路也需要注意：尤其要注意ea引腳，當(dāng)程序在單片機(jī)內(nèi)部時(shí)，ea一定要連接到高電路，本設(shè)計(jì)電路ea腳已被拉高。 單片機(jī)的內(nèi)部單元的作用： 1：并行i/o接口：?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片內(nèi)有一項(xiàng)主要功能就是并行i/o口。51系列共有4個(gè)8位的并行i/o口，分別記作p0、p1、p2、p3每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。實(shí)際

13、上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問(wèn)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低八位地址和數(shù)據(jù)由p0口分時(shí)傳送，高八位地址由p2口傳送。2：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（timer/counter）是單片機(jī)中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡(jiǎn)單，使用它對(duì)減輕cpu的負(fù)擔(dān)和簡(jiǎn)化外圍電路都大有好處。 c51系列包含有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器分別稱為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1；在c51部分產(chǎn)品中，還包含有一個(gè)用做看門狗的8位定時(shí)器。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加1計(jì)數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加1功能。在單片機(jī)的定時(shí)器t0或t1中，有一個(gè)定時(shí)器發(fā)生由0到1的跳變

14、時(shí)，計(jì)數(shù)器增1，即為計(jì)數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對(duì)機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到定時(shí)，這就是定時(shí)功能。在單片機(jī)中，定時(shí)功能和計(jì)數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行的。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時(shí)器0、定時(shí)器1、定時(shí)器方式寄存器tmod和定時(shí)器控制寄存器tcon組成。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加1，直至計(jì)滿溢出。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因?yàn)閏51系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩脈沖組成，所以，計(jì)數(shù)頻率fc=fosc/12。 當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自輸入引腳t

15、0（p3.4）和t1（p3.5）的外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。在每個(gè)機(jī)器周期的s5p2期間采樣引腳輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1，后一個(gè)機(jī)器周期采樣值為0，則計(jì)數(shù)器加1。新的計(jì)數(shù)值是在檢測(cè)到輸入引腳電平發(fā)生1到0的負(fù)跳變后，于下一個(gè)機(jī)器周期的s3p1期間裝入計(jì)數(shù)器中的，可見，檢測(cè)一個(gè)由1到0的負(fù)跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，所以最高檢測(cè)頻率為振蕩頻率的1/24。計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比沒(méi)有特別的限制，但必須保證輸入信號(hào)的高電平與低電平的持續(xù)時(shí)間在一個(gè)機(jī)器周期以上。3：振蕩器：xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩

16、均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。當(dāng)輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，而對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4：芯片擦除：整個(gè)perom陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍

17、結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。5：中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的重要組成部分。實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。 c51系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有4個(gè)，分別為中斷源寄存器tcon和scon、中斷允許控制寄存器ie和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器ip；中斷源有5個(gè)，分別為外部中斷0請(qǐng)求int0、外部中斷1請(qǐng)求int1、定時(shí)器0溢出中斷請(qǐng)求tf0、定時(shí)器1溢出中斷請(qǐng)求tf1和串行中斷請(qǐng)求r1或t1。5個(gè)中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器ip和順序查詢邏輯電路共同決定，5個(gè)中斷源分別對(duì)應(yīng)5個(gè)固定的中斷入口地址。

18、中斷的特點(diǎn)是分時(shí)操作，實(shí)時(shí)處理和故障處理。單片機(jī)中斷系統(tǒng)用處較多，本設(shè)計(jì)中也有涉及，下面詳細(xì)的介紹一下89c51中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類型。（1） 外部中斷源：at89c51有int0和int1兩條外部中斷請(qǐng)求輸入線,用于輸入兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào),并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來(lái)輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。at89c51究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式,可由用戶對(duì)定時(shí)器控制寄存器tcon中it0和it1位狀態(tài)的設(shè)定來(lái)選取。at89c51在每個(gè)機(jī)器周期的s5p2時(shí)對(duì)int0、線上中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行一次檢測(cè),檢測(cè)方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若at89c51設(shè)定為電平觸發(fā)方式(it0=0或

19、it1=0),則cpu檢測(cè)到int0、int1上低電平時(shí)就可認(rèn)定其上中斷請(qǐng)求有效;若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式(it0=1或it1=1),則cpu需要兩次檢測(cè)int0、int1線上電平方能確定其上中斷請(qǐng)求是否有效,即前一次檢測(cè)為高電平和后一次檢測(cè)為低電平時(shí)中斷請(qǐng)求才有效。（2） 定時(shí)器溢出中斷源：定時(shí)器溢出中斷由at89c51內(nèi)部定時(shí)器分的中斷源產(chǎn)生,故它們屬于內(nèi)部中斷。at89c51內(nèi)部有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,受內(nèi)部定時(shí)脈沖(主脈沖經(jīng)12分頻后)或t0/t1引腳上輸入的外部定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器t0/t1在定時(shí)脈沖作用下從全“1”變成全“0”時(shí)可以自動(dòng)向cpu提出溢出中斷請(qǐng)求,以表明定時(shí)器t0或t

20、1的定時(shí)時(shí)間已到。（3） 串行口中斷源：串行口中斷由at89c51內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生,也是一種內(nèi)部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接收中斷兩種。在串行口進(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時(shí),每當(dāng)串行口發(fā)送/接收完一組串行數(shù)據(jù)時(shí)串行口電路自動(dòng)使串行口控制寄存器scon中的ri或ti中斷標(biāo)志位置位，并自動(dòng)向cpu發(fā)出串行口中斷請(qǐng)求,cpu響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對(duì)scon中ri和ti中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請(qǐng)求還是發(fā)送中斷請(qǐng)求。（4） 中斷標(biāo)志：at89c51在s5p2時(shí)檢測(cè)(或接收)外部(內(nèi)部)中斷源發(fā)

21、來(lái)的中斷請(qǐng)求信號(hào)后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位,然后便在下個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)這些中斷標(biāo)志位狀態(tài),以決定是否響應(yīng)該中斷。3 分電路設(shè)計(jì)與論證 3.1 電動(dòng)機(jī)模塊 3.1.1 方案選擇 方案一：采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用由多個(gè)三極管組成的電路，pwm是利用數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量。pwm 具有很強(qiáng)的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。模擬控制電路有以下缺陷:模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。而在用了pwm技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實(shí)現(xiàn)了用數(shù)字方式來(lái)控制模擬信號(hào)，可以大幅度降低成本和功耗。在單片機(jī)控制下，使之工作在

22、占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精準(zhǔn)地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這個(gè)電路由于管子工作的飽和截止模式下，效率很高，電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很強(qiáng)。 方案二：采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技

23、術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?。步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)， 沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。結(jié)論：方案一與方案二相比，方案一pwm對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有如下優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定精度等指標(biāo)比較好;電樞電流的脈動(dòng)量小，容易連續(xù)，而且

24、可以不必外加濾波電抗也可以平穩(wěn)工作;系統(tǒng)的調(diào)速范圍寬;使用元件少、線路簡(jiǎn)單。故而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇方案一。 3.1.2 直流電動(dòng)機(jī)電路論證 圖3 直流電動(dòng)機(jī)電路 設(shè)計(jì)電路如圖3所示，采用pwm脈沖寬度調(diào)制，pwm是對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼。通過(guò)計(jì)數(shù)器，使方波的占空比被調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。pwm控制技術(shù)原理以結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，為理論基礎(chǔ)，對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替所需要的波形。一般情況下，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬有兩種方法，一種方法是采用模擬電路中的

25、調(diào)制方法，另一種方法是使用脈沖計(jì)數(shù)法。對(duì)于一般電機(jī)控制，采用第一種方法在控制電壓變化時(shí)濾波的實(shí)現(xiàn)存在較大的困難，這主要是因?yàn)闉V波頻率較低、濾波精度要求高和濾波電路的參數(shù)不易調(diào)整，而脈沖計(jì)數(shù)法相對(duì)來(lái)說(shuō)，比較的容易控制，對(duì)外部信號(hào)要求也不高。因此，本設(shè)計(jì)采用由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的脈沖計(jì)數(shù)法。 由直流電機(jī)的電壓平衡方程式： 其中i為電機(jī)線圈電流，r為線圈電阻，e為電機(jī)的反電勢(shì)。 e = c*,式中，c為電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)，為一常量；為線圈磁通；為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。于是將e代入電壓平衡方程式中，可得： u = c*+ ir 經(jīng)過(guò)移項(xiàng)之后就可得出角速度和電壓的關(guān)系式： 從上式可以看出，改變外接電壓u,電機(jī)回路電阻r

26、, 磁通，可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。本實(shí)驗(yàn)所用直流電機(jī)為永磁式, 磁通不可改變,而改變電機(jī)回路電阻r來(lái)調(diào)速的方式,相對(duì)比較的麻煩,所以本設(shè)計(jì)采用改變外接電壓u的調(diào)速方式。電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)原理：當(dāng)dir端輸入為高電平時(shí)，q7和q3導(dǎo)通，q1與q5關(guān)斷，此時(shí)圖中電動(dòng)機(jī)上端為低電平，當(dāng)pwm端輸入低電平時(shí)，q4與q8關(guān)斷，q2和q6導(dǎo)通，電流從q2流向q3，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，而pwm端輸入高電平時(shí)，q4和q8導(dǎo)通，q2和q6關(guān)斷，沒(méi)有電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)；當(dāng)dir端輸入低電平時(shí)，q7和q3關(guān)斷，q1和q5導(dǎo)通，當(dāng)pwm端為高電平時(shí)，q4和q8導(dǎo)通，q2和q6關(guān)斷，電流從q1流向q4，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，若pwm端為低電平，則q8和q

27、2關(guān)斷，沒(méi)有電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)。 3.2 控制模塊 3.2.1 方案選擇 方案一：一個(gè)adc0831串行逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，a/d轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號(hào)。但在a/d轉(zhuǎn)換前，輸入到a/d轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。逐次逼近式a/d是比較常見的一種a/d轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。逐次逼近法的a/d轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、d/a轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過(guò)

28、程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入d/a轉(zhuǎn)換器，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為 vo，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量vi進(jìn)行比較，若vo<vi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送d/a轉(zhuǎn)換器，輸出的 vo再與vi比較，若vo<vi，該位1被保留，否則被清除。重復(fù)此過(guò)程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。 其中非cs為片選信號(hào)輸入端，vin（+）和vin（-）為差分輸入端，vref為參考電壓輸入端，gnd為接地端，v

29、cc為電源電壓輸入端，do為a/d轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)輸出端，clk為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。首先，將adc0831的時(shí)鐘線拉低，再將片選段非cs置低電平，啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)化。接下來(lái)在第一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的下降沿到來(lái)時(shí)，adc0831的數(shù)據(jù)輸出端被拉低，準(zhǔn)備輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。從時(shí)鐘信號(hào)的第2個(gè)下降沿到來(lái)開始，adc0831開始輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，直到第9個(gè)下降沿為止，共8位，輸出順序?yàn)閺淖罡呶坏阶畹臀弧７桨付和ㄟ^(guò)數(shù)字電路的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，組合邏輯電路，它由最基本的邏輯門電路組合而成。其輸出值只與當(dāng)時(shí)的輸入值有關(guān)，即輸出惟一地由當(dāng)時(shí)的輸入值決定。電路沒(méi)有記憶功能，輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變化。通過(guò)74hc244輸入開關(guān)量

30、數(shù)據(jù)來(lái)控制小直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)輸入分別連接74hc244的2a2，2a4,輸出兩端通過(guò)兩個(gè)74hc32連接直流電動(dòng)機(jī)電源。小直流電動(dòng)機(jī)的原理是：轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由電壓來(lái)控制的，電壓為正則正轉(zhuǎn)，為負(fù)則反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度大小則是由輸出脈沖的占空比來(lái)控制的，正向占空比越大則轉(zhuǎn)速就越快，反向轉(zhuǎn)則占空比越小就轉(zhuǎn)速越快。結(jié)論：通過(guò)方案一與方案二的比較，方案一相對(duì)而言，其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率時(shí)價(jià)格便宜，將模擬量輸送給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，使數(shù)字量的的更加的精準(zhǔn)，操作起來(lái)直接，方便，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)整更穩(wěn)定，故而選擇方案一。 3.2.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路論證 圖4 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路如圖4所

31、示，實(shí)際上電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制主要運(yùn)用了一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換器即a/d轉(zhuǎn)換器或簡(jiǎn)稱adc。通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)： 其中v為待轉(zhuǎn)換的電壓,而vref為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓,n為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度,通常用這個(gè)位數(shù)的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號(hào)的位

32、數(shù)越多,表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號(hào)的能力越強(qiáng),轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。 為將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號(hào)，a/d轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過(guò)采樣、保持、量化及編碼4個(gè)過(guò)程。在實(shí)際電路中,有些過(guò)程是合并進(jìn)行的,如采樣和保持,量化和編碼在轉(zhuǎn)換過(guò)程中是同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。本次設(shè)計(jì)主要以adc0831控制的a/d轉(zhuǎn)換電路，其中電位器作為adc0831的模擬量輸入，最大輸入電壓及參考電壓均為5v，數(shù)字量輸出范圍為0<dout<255。首先，單片機(jī)的pwm端輸出高電平，再延時(shí)一段時(shí)間，延時(shí)常數(shù)為255-dout。在輸出低電平，延時(shí)常數(shù)為dout，這樣，通過(guò)改變模擬量輸出電壓的大小，

33、就可以改變單片機(jī)pwm輸出的占空比，改變輸入電流的大小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。單片機(jī)的p3.3口接一單刀雙擲開關(guān)，當(dāng)開關(guān)輸入高電平時(shí)，單片機(jī)的dir端輸出高電平，控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；開關(guān)輸入低電平時(shí)，單片機(jī)的dir端輸出低電平，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 3.3 測(cè)速模塊 3.3.1 方案選擇方案一：紅外傳感器，紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。一個(gè)熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過(guò)紅外線輻射出來(lái)的。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線就越多，輻射的能量就越強(qiáng)。而且，紅外線被物體吸收?？梢燥@著的轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?紅外輻射和所有的電磁波一樣，是一波的形式在空間直線傳播的。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路

34、，。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。本設(shè)計(jì)的紅外傳感器是光電檢測(cè)元件，主要通過(guò)兩個(gè)紅外探測(cè)器的圓弧距離和通過(guò)這段圓弧所需的時(shí)間相除就可得出速度。通過(guò)圓弧所需的則正好是連續(xù)兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔，也就是連續(xù)兩次中斷的時(shí)間間隔。方案二：霍爾開關(guān)元器件來(lái)測(cè)量小車的速度，霍爾效應(yīng)是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。當(dāng)電流通過(guò)金屬箔片時(shí)，若在

35、垂直于電流的方向施加磁場(chǎng)，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測(cè)量出磁場(chǎng)就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。若把霍爾元件置于電場(chǎng)強(qiáng)度為e、磁場(chǎng)強(qiáng)度為h的電磁場(chǎng)中，則在該元件中將產(chǎn)生電流i，元件上同時(shí)產(chǎn)生的霍爾電位差與電場(chǎng)強(qiáng)度e成正比，如果再測(cè)出該電磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，則電磁場(chǎng)的功率密度瞬時(shí)值p可由p=eh確定。本設(shè)計(jì)具體實(shí)現(xiàn)方法：把霍爾器件a44e安裝在固定軸上，在輪子上裝小磁鐵；小車輪子運(yùn)動(dòng)就會(huì)帶動(dòng)小磁鐵轉(zhuǎn)；當(dāng)霍爾

36、器件a44e感應(yīng)到小磁鐵時(shí)，就會(huì)輸出一個(gè)脈沖；單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)脈沖的個(gè)數(shù)，再根據(jù)小車車輪的半徑算出小車的速度。結(jié)論：方案一與方案二相比，霍爾開關(guān)對(duì)路況要求較高，而且是機(jī)械元器件，容易損壞，而紅外傳感相紅外線敏感的光敏電阻和pn結(jié)型光生伏特效應(yīng)器件，它們能在低溫下工作，靈敏度高，響應(yīng)速度快，故而選擇方案一。 3.3.2 測(cè)速電路論證 圖5 測(cè)速電路如圖5，紅外傳感器是用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化，將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平； r11限制發(fā)射二極管的電流。發(fā)射管的電流大則發(fā)射功率大，但不能超過(guò)它的極限電流，它的極限輸入正向電流為50ma。從

37、圖中可以看出，若被檢測(cè)物表面為白色，發(fā)射光全部反射，光電三極管導(dǎo)通，經(jīng)反相后輸出高電平“1”；反之，則輸出為低電平“0”。lm339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：失調(diào)電壓小，典型值為2mv；電源電壓范圍寬，單電源為2-36v，雙電源電壓為±1v-±18v；對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；共模范圍很大，為ucc（0-1.5v）vo；差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；輸出端電位可靈活方便地選用。本次設(shè)計(jì)就是利用了其中一個(gè)電壓比較器，本電路組成的是一個(gè)基本單限比較器，輸入信號(hào)是引腳6，即待比較電壓，它加到反相輸入端，在同相輸入端接一個(gè)參考電壓（門

38、限電平）是引腳7。當(dāng)輸入電壓u7>u6時(shí)，輸出為高電平uoh。經(jīng)過(guò)lm339的處理將其轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖，然后將脈沖數(shù)據(jù)交單片機(jī)處理，單片機(jī)計(jì)算一定時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，由計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣戎挡⑺蛿?shù)碼管顯示速度。當(dāng)紅外發(fā)射、接收管都正常工作時(shí)，lm339的負(fù)輸入端6為低電平，輸出端1為高電平；當(dāng)紅外接收管被外物擋住是，紅外接收管不工作，lm339的負(fù)輸入端6為高電平，輸出端1為低電平，單片機(jī)程序設(shè)置為外部中斷下降沿觸發(fā)有效，實(shí)現(xiàn)了中斷觸發(fā)功能。 3.4 顯示模塊 3.4.1 模塊選擇方案一：led顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機(jī)的應(yīng)用上也是被廣泛運(yùn)用的。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某

39、些字母，使用led數(shù)碼管是一種較好的選擇。led數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行。led數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，常用的led數(shù)碼管有7段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種。共陰極led顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽(yáng)極led顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起，通常此共陽(yáng)極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮

40、，相應(yīng)的段被顯示。 采用三個(gè)8段共陽(yáng)極的led數(shù)碼管，顯示方式為動(dòng)態(tài)（掃描）顯示的方式。其中a、b、c、d分別連接p0.0、p0.1、p0.2、p0.3。動(dòng)態(tài)掃描有以下特點(diǎn)：第一，能顯著降低顯示器的功耗，這對(duì)于采用電池供電的便攜式數(shù)字儀表尤為重要；第二，能大大減少顯示器的外部引線，給印制板的設(shè)計(jì)和安裝帶來(lái)方便；第三，能采用bcd碼多路輸出的方式，不僅使譯碼、驅(qū)動(dòng)電路大為簡(jiǎn)化，還可以與微機(jī)相連；第四，只要位掃描信號(hào)頻率足夠高，由于人眼的“視覺暫留”現(xiàn)象，就觀察不到閃爍現(xiàn)象。方案二：顯示部分采用是1602字符液晶模塊，字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式lcd，液

41、晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，帶中文字庫(kù)的128x64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ascii字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一

42、顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。它能同時(shí)顯示16*2（16字2行）即32個(gè)字符，1602液晶模塊的控制器采用的是hd44780。 結(jié)論：方案一與方案二相比，方案二的顯示雖功能強(qiáng)大，但外圍電路較多，本設(shè)計(jì)要求不高，而且方案一比較的經(jīng)濟(jì)，實(shí)用，控制簡(jiǎn)單，故而選擇方案一。 3.4.2 顯示電路論證 圖6 顯示電路電路圖6所示，利用單片機(jī)的p0、p1口，p0口分別控制數(shù)碼管的位選碼，而p1口則控制段選碼，采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方法，動(dòng)態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點(diǎn)亮每位顯示器（稱為

43、掃描），即每個(gè)數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個(gè)數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對(duì)位選選中的數(shù)碼管有效。對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過(guò)調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則顯示器的公共端只需一個(gè)8位i/o口進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口（稱為段碼輸出）。 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描的方案很多，在數(shù)字電路中大致可分成兩種：第一種方案是間接控制法，即把位選通信號(hào)加至譯碼驅(qū)動(dòng)器的消隱控制端，間接地控制led顯示器的亮滅。該方案是對(duì)靜態(tài)顯示的改進(jìn)，主要起到降低顯示功耗

44、的作用，而且對(duì)電路的要求比較的復(fù)雜。第二種方案是直接驅(qū)動(dòng)法，它是利用位選通信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)各位led顯示器，起到簡(jiǎn)化電路的方法，但功耗相對(duì)提高。由于本設(shè)計(jì)中的電路是簡(jiǎn)單電路，整體功耗并不高，為了簡(jiǎn)化電路，簡(jiǎn)單操作，所以設(shè)計(jì)中運(yùn)用的直接驅(qū)動(dòng)的方法，這樣能使編程更加的簡(jiǎn)單，有利于程序的編寫。4 軟件設(shè)計(jì) 4.1系統(tǒng)主程序流程圖 主程序首先判斷輸入電壓的狀態(tài)，實(shí)際也是電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的一個(gè)開關(guān)，隨著輸入電壓的改變，轉(zhuǎn)速改變。一旦有電壓的輸入，就立即判斷電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過(guò)開關(guān)也可以改變狀態(tài)，與此同時(shí)，測(cè)速系統(tǒng)啟動(dòng)，輸出相應(yīng)速度值。 開始 中斷初始化 開啟中斷adc輸入數(shù)據(jù) sw? 1 0 調(diào)用反轉(zhuǎn)函數(shù)調(diào)用正轉(zhuǎn)

45、函數(shù) 反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)測(cè)速 中斷標(biāo)志位 小于2 標(biāo)志位清零 等于2計(jì)算、輸出速度顯示結(jié)束 4.2 各子程序流程圖 4.2.1 電動(dòng)機(jī)控制流程圖 開始 初始化，設(shè)置常量啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換器，讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，存入開關(guān)位置1？dir位置1，正轉(zhuǎn)dir位置0，反轉(zhuǎn)pwm位置1pwm位置0以ad_tmp為延時(shí)常數(shù)，調(diào)用延時(shí)程序以ad_tmp為延時(shí)常數(shù)，調(diào)用延時(shí)程序pwm位置1pwm位置0以255-ad_tmp為延時(shí)常數(shù)，調(diào)用延時(shí)程序以255-ad_tmp為延時(shí)常數(shù)，調(diào)用延時(shí)程序 4.2.2 測(cè)速顯示流程圖 開始中斷初始化判斷是否到中斷次數(shù)？否是計(jì)算速度，讀取數(shù)值分別選擇位選碼，動(dòng)態(tài)輸出顯示碼完全顯示速度值 中斷次數(shù)清

46、零 4.3 程序 #include<reg51.h> #include<intrins.h> #define uchar unsigned char #define unit unsigned int unsigned char led=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90； unsigned char k=100；/相鄰兩個(gè)紅外線探測(cè)器之間的圓弧長(zhǎng)度，這里預(yù)設(shè)為100mm unsigned int t0_num = 0；/t0 定時(shí)器中斷次數(shù)計(jì)算 unsigned int speed；/用來(lái)存儲(chǔ)計(jì)算出速度，單位為km/h unsigned char int0_flag = 0；/int0的中斷標(biāo)志位 unsigned char t0_max = 65000；/定時(shí)器t0的最大中斷次數(shù)，防止當(dāng)車輪不轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)據(jù)溢出 sbit cs=p20； sbit clk=p24； sbit d0=p25； sbit pwm=p37； sbit sw=p33； sbit dir=p36； sbit acc0=acc0； uchar ad_tmp,time； /* 延時(shí)函數(shù) * void delay(uchar ms) int i； while (ms-) for(i=0；i<3