單片機無線遙控船模設(shè)計與制作

1、單片機無線遙控船模設(shè)計與制作第 1 章 緒論1.1 概述隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，近距離無線電通信技術(shù)受到了很多關(guān)注，呈現(xiàn)非常好的發(fā)展勢頭，因為在我們現(xiàn)實生活中存在著如此多這樣的應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)需要不斷地實時傳輸小量的突發(fā)信號，在傳統(tǒng)的無線電通信系統(tǒng)中，短距離的無線通信技術(shù)可以在相對較近距離內(nèi)實現(xiàn)相互之間通信或相關(guān)操作，無線電數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已成為現(xiàn)在通信業(yè)乃至整個信息業(yè)的熱點，被廣泛應(yīng)用于報警、無線遙控、軍事通信、無線局域網(wǎng)等范圍，具有很大的實際應(yīng)用價值。一般情況下，單片機在獲取實時數(shù)據(jù)之后，仍需要將數(shù)據(jù)傳出去，而有線的數(shù)據(jù)傳輸主要依賴于有線的線路。例如采用 CAN 總線、串并行總線等，且有線的

2、線路具有成本非常高，維護不方便等缺點。無線數(shù)據(jù)傳輸是如何發(fā)展起來的呢？它是在有線數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的。而無線數(shù)據(jù)通信時通過接收模塊和發(fā)射模塊進行傳送數(shù)據(jù)的，具有不占空間，成本較低且可靠性高，傳輸過程中的干擾小及維護方便等特點，提高了信息傳輸過程中的可靠性。因此，我們借此單片機課程設(shè)計機會，深深體會無線電的實用價值，初步了解并研究單片機無線遙控原理，從簡單的遙控小車開始，設(shè)計一個完整的遙控系統(tǒng)，以對日后的學(xué)習(xí)研究中做一個很好的基礎(chǔ)與鋪墊。1.2 課題研究背景無線遙控，顧名思義，就是一種用來遠程控制機器的裝置。現(xiàn)代的遙控器，主要是由集成電路電板和用來產(chǎn)生不同訊息的按鈕所組成。時至今日，無線

3、遙控器已經(jīng)在生活中得到了越來越多的應(yīng)用，給人們帶來了極大的便利。而現(xiàn)在無線遙控技術(shù)越來越多的運用在我們的生活當(dāng)中，隨著科技的進步無線遙控器也擴展到了許多種類，簡單來說常見的有 2 種，一種是家電常用的紅外遙控模式（IRRemote Control），另一種是防盜報警設(shè)備、門窗遙控、汽車遙控等等常用的無線電遙控模式（RF Remote Control）11。無線遙控船所講的遙控技術(shù)正是無線遙控模式，無線遙控是無線電遙控，它是利用無線電信號對遠方的各種機構(gòu)進行控制的遙控設(shè)備。這些信號被遠方的接收設(shè)備接收后，可以指令或驅(qū)動其它各種相應(yīng)的機械或者電子設(shè)備，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、開動電機

4、，之后再由這些機械進行需要的操作。作為一種與紅外遙控器相補充的遙控器種類，在車庫門、電動門、道閘遙控控制、防盜報警器、工業(yè)控制以及無線智能家居領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)然我們的無線遙控車也正是運用的這種技術(shù)。在當(dāng)今高速發(fā)展的社會，無線遙控技術(shù)廣泛的運用于我們生活的各個領(lǐng)域，其中包括遙控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)、遙控玩具上的運用。當(dāng)然還有一些更重要的場所還用到了無線遙控技術(shù)，比如所礦業(yè)開采，野外探險等一些復(fù)雜而危險的工作，而這些都離不開我們的無線遙控技術(shù)。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，在企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，對自動化技術(shù)要求不斷加深的情況下，遙控智能控制系統(tǒng)所涉及的自動化產(chǎn)品已經(jīng)是機器人

5、學(xué)中的一個重要分支。無線電遙控控制系統(tǒng)起源于美國，由于政府對無線遙控控制系統(tǒng)研發(fā)的資助以及相關(guān)技術(shù) 的推動作用，日本、美國、德國等工業(yè)大國在智能無線遙控控制技術(shù)上占據(jù)著明顯優(yōu)勢，新崛起的韓國在這方面的研發(fā)也逐漸走向前沿。我國遙控車船的發(fā)展起步比較晚，技術(shù)水平相對落后，目前對遙控車船的研究主要集中在導(dǎo)航路徑識別、圖像識別等領(lǐng)域，對遙控車船的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)研究較少。因此，研究開發(fā)一套能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動轉(zhuǎn)向控制的車船系統(tǒng)對開展遙控車船技術(shù)的研究有著非常重要的意義。由于資金問題，我國對大型遙控車船的研發(fā)和使用都存在很大困難，一般用于軍事領(lǐng)域的偵察，巡邏，戰(zhàn)場運輸，掃雷和導(dǎo)彈發(fā)射等，以及艱苦工作環(huán)境中的偵察

6、采樣，搜集信息工作等等。車體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈活、協(xié)調(diào)工作，以及通訊信息的實時、準(zhǔn)確是遙控車船安全性和可靠性的有力保障，是科研實踐的基礎(chǔ)。1.4 課題主要研究內(nèi)容無線電遙控系統(tǒng)是在控制端把控制指令以某種編碼方式形成易于傳輸?shù)男盘?，通過無線傳輸，在受控端經(jīng)解碼等處理形成相應(yīng)的控制操作。無線電遙控作為新一代的信息傳送方式，具有繞射和穿透特性，只要在有效工作范圍之內(nèi)，無線設(shè)備就可以不受角度，障礙物的限制而自由使用。無線控制方式多種多樣，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需要采用適宜的方式。本次設(shè)計是基于 STC 單片機以及一些外圍電路并且使用的是 NRF24L01 無線收發(fā)模塊來控制小船的前進，轉(zhuǎn)向。第 2 章 系統(tǒng)總體

7、設(shè)計2.1 系統(tǒng)功能模塊劃分按照設(shè)計要求，系統(tǒng)可以分為以下幾個基本功能模塊：電源模塊、無線發(fā)射模塊、鍵盤模塊、無線接收模塊、電機驅(qū)動模塊和舵機模塊。系統(tǒng)原理圖見附錄1 所示。由于無線電應(yīng)用廣泛，所以選取設(shè)計比較方便，程序處理也較簡單，并且在遙控方面能夠滿足要求且觀察到現(xiàn)象的遙控小船系統(tǒng)，本次設(shè)計的無線遙控小船，采用以 STC 單片機作為小船的遙控控制核心，檢測開關(guān)狀態(tài)，并通過串口傳輸至無線發(fā)送模塊 NRF24L01；以 STC 單片機為作為小船的接收和驅(qū)動輸出核心,它根據(jù)無線模塊 NRF24L01 接收到的狀態(tài)信號判斷其開關(guān)狀態(tài)，然后控制直流電機正反轉(zhuǎn)，即小船的快速前進和緩慢前進；采用無線遙控

8、模塊NRF24L01作為無線傳輸?shù)耐ㄓ嵐ぞ撸ㄟ^串口和單片機連接；采用 H 橋格式作為直流電機的驅(qū)動電路12。根據(jù)設(shè)計思路，初步分析完成本設(shè)計需要的以下幾個模塊：系統(tǒng)接收發(fā)射原理圖如圖 2-1 和圖 2-2 所示:圖 2-1 無線遙控部分系統(tǒng)原理圖圖 2-2 無線接收部分系統(tǒng)原理圖2.2 主要模塊硬件設(shè)計方案本節(jié)主要討論無線模塊和驅(qū)動模塊的選取，因為無線模塊的選取直接影響了軟件編寫的難易程度和硬件圖的焊接，驅(qū)動模塊決定了電機的停轉(zhuǎn)。電源模塊以及按鍵模塊將在后面章節(jié)具體討論，2.2.1 無線模塊方案設(shè)計無線模塊作為整個系統(tǒng)的核心模塊，對系統(tǒng)穩(wěn)定性能具有決定性的作用，因此，為了保證系統(tǒng)能夠正常運行

9、，對以下兩種方案，進行對比，選擇其一。方案一：無線電模塊采用 PT2262/PT2272。PT2262/PT2272 是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，PT2262/PT2272 最多可有12 位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳 (懸空 ,接高電平 , 接低電平 ), 最多可有 6 位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼 17 腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。當(dāng)解碼芯片 PT2272 接收到信號后，其地址碼需要兩次比較核對，當(dāng)核對完后，VT 腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。如果無線發(fā)送端一直按住有效按鍵，編碼芯片同樣也會不斷

10、地發(fā)射。方案二：無線收發(fā)一體數(shù)傳模塊 NRF24L01 在業(yè)界居領(lǐng)先水平，該芯片性能優(yōu)異。由于它的所需外圍元件非常少，這正是它的顯著優(yōu)點，因而在硬件上設(shè)計非常方便。該模塊在內(nèi)部高度集成了高頻接收、高頻發(fā)射、FSK 調(diào)制解調(diào)、PLL 合成、功率放大、參量放大、頻道切換等功能，因而就目前來說，該芯片是集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。該模塊采用的 FSK 調(diào)制解調(diào)方式，抗干擾能力較強，其外圍元件少、工作頻率穩(wěn)定可靠、便于設(shè)計生產(chǎn)且功耗極低，正是這些優(yōu)異特性，便攜及手持產(chǎn)品的設(shè)計對于該模塊較為青睞。另外，由于它采用了高靈敏度、低發(fā)射功率設(shè)計，從而完全滿足無線管制的要求，并且不需要使用許可證，是目前低功率無線

11、數(shù)傳的理想選擇。2.2.2 驅(qū)動模塊方案設(shè)計驅(qū)動電路所要完成任務(wù)就是根據(jù)有效信號，能夠獨自完成直流電動機的驅(qū)動問題，無需軟件設(shè)計。因此，驅(qū)動電路使用比較常用的H 橋驅(qū)動電路，其具體原理見章節(jié) 3.4 所示。下面對此有兩種方案：方案一：應(yīng)用獨立元件，進行畫圖，制版，焊接；方案二：應(yīng)用高度集成芯片 L298，它含有兩個 H 橋電路。2.2.3 主要模塊各方案對比選擇無線模塊：NRF24L01 無線模塊不但能夠發(fā)射，且能夠接收，實現(xiàn)一機多用的功能。它可以直接和單片機串口相連接，能獨自實現(xiàn)信號的編碼和解碼，不必像 PT2262/PT2272 需要編程對信號進行解碼，對于軟件設(shè)計，相對簡單了許多。另外，

12、PT2262/PT2272 只能接四個遙控鍵，若需要功能較多的話，它無法滿足。最后，和單片機的硬件連接方面，NRF24L01 模塊也較為簡單。基于以上幾個方面的原因，無線電模塊采用 NRF24L01。驅(qū)動電路：用 L298 芯片，電路簡單，且只需一個芯片就足夠，給編程都帶來了很大方便。但是容易弄混引腳，使芯片短路燒毀芯片。單獨元件焊接電路板時，首先該方案花費較少，節(jié)省資源。其次所需原件容易買到，而且電路圖比較簡單因此，進行對比，驅(qū)動電路應(yīng)用單獨元件焊接。主要模塊硬件應(yīng)用方案如下：該系統(tǒng)由處理單元，發(fā)射模塊，接收模塊，外接電路等構(gòu)成。當(dāng)使用相應(yīng)按鍵使發(fā)射模塊的發(fā)出信號時，接收模塊對應(yīng)電機設(shè)備就會

13、執(zhí)行相應(yīng)的操作，以遙控船的行駛方向來顯示相應(yīng)按鍵的狀態(tài)。發(fā)射和接收裝置：發(fā)射和接收單元選用了 NRF24L01 無線電模塊。NRF24L01無線傳輸模塊是一種低功耗、超小型、高速率的無線收發(fā)數(shù)字傳輸模塊。433MHz開放ISM 頻段免許可證使用。最高工作速率50kbps，高效GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合。125 頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要。 內(nèi)置硬件CRC 檢錯和點對多點通信地址控制。低功耗1.9 - 3.6V 工作，待機模式下狀態(tài)僅為2.5uA。收發(fā)模式切換時間 小于650us 等10。處理單元：發(fā)射與接收部分，遙控板的按鍵，電機的驅(qū)動，舵機控制，使用選擇兼容性比

14、較好和性能穩(wěn)定的STC11F02E 足夠完成任務(wù)了。直流電機的驅(qū)動：讓直流電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的 H 橋電路。通過改變兩對大功率 PNP、NPN 三極管的導(dǎo)通，控制流入直流動電機里的電流方向。以實現(xiàn)直流電動機的正反轉(zhuǎn)。2.3 模塊軟件設(shè)計簡介Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編

15、譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國 Keil Software 公司出品的 Keil C51，是51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點，Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之 高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。C

16、51 工具包的整體結(jié)構(gòu)中，Vision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和for Dos 的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可以由 LIB51 軟件生成，也可以生成絕對目標(biāo)文件。絕對目標(biāo)文件由 OH51 軟件部分轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的機械碼 HEX 文件，可由仿真器直接對板子進行調(diào)試。STC 系列單片機下載程序使用的是宏晶科技自行開發(fā)的 STC 單片 機ISP下載編程軟件。本論文程序調(diào)試過程中，使用

17、的是 STC-ISP-v3.1 版。ISP 工具的功能主要是將由 PC 機串接來的 8 位并行數(shù)據(jù)與單片機的 串行數(shù)據(jù)進行相互轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn) PC 機與單片機的 RXD 及 TXD 口通訊。 當(dāng)用戶將不管是匯編語言還是C 語言編寫的程序經(jīng)軟件檢查語法無誤并生成機械代碼時后，就可以將程序生成的機械代碼下載到 單片機內(nèi)部的 Flash 中。用戶可以使用調(diào)試軟件的對話界面，在程序中設(shè)置斷點，在單片機中，可以同時設(shè)置 3 個硬件斷點，它是經(jīng)過串口的傳輸，由芯片中的幾組斷點條件寄存器實現(xiàn)的。用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機對話界面，檢查或修改 Flash 芯片 內(nèi)的各種存儲器、寄存器的數(shù)據(jù)。軟件在一個智能系

18、統(tǒng)中扮演著舉足輕重的作用，軟件設(shè)計的好壞直接關(guān)系著整個系統(tǒng)的性能。所以從軟件的設(shè)計方面一定要精心細致。在學(xué)習(xí)單片機之前，我們學(xué)習(xí)對單片機的編程語言主要是匯編語言和 C 語言。雖然匯編語言作為我們學(xué)習(xí)單片機的最基本的語言，簡單易懂，而且較之C語言，單片機執(zhí)行速度較快；但是本人對匯編不太熟悉。而 C 語言作為高級語言，在邏輯上不易出錯，而且我比較說對 C 語言比較熟悉。所以，綜合考慮我選擇用 C 語言進行軟件設(shè)計。本設(shè)計采用 keil 軟件的匯編語言來完成系統(tǒng)的編程工作。目前流行的 51 系列單片機開發(fā)軟件是德國 Keil 公司推出的 Keil C51 軟件，它是一個基于 32 位Windows

19、環(huán)境的應(yīng)用程序，支持 C 語言和匯編語言編程。Keil 提供包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整軟件。第 3 章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計硬件及電路的設(shè)計主要包括船體設(shè)計、單片機系統(tǒng)及無線電發(fā)射電路、無線電接收電路和電機驅(qū)動電路三部分。STC 單片機可通過串行通信和無線電發(fā)射模塊進行連接，P3 口作為 I/O 口對開關(guān)狀態(tài)進行掃描，并通過串口把數(shù)據(jù)送至無線發(fā)射模塊。STC 單片機也是通過其串行通信與無線接收模塊進行連接，當(dāng)無線發(fā)射模塊發(fā)射的數(shù)據(jù)被接收模塊接收，然后 STC 單片機根據(jù)相應(yīng)的控制信號進行動作。電機驅(qū)動采用讓直流電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的 H 橋電路。3.1

20、 遙控船體設(shè)計遙控船體原本方案是買現(xiàn)成的玩具船，但是考慮到空間，吃水量的問題，最終選擇自己制作，制作材料為塑料船型外殼，拼接材料為熱熔膠。船體制作的圖紙是以網(wǎng)上船模圖紙為基礎(chǔ)，然后自我設(shè)計的，這樣既提高了動手能力，也保證了船體其他部件能夠有足夠的空間。3.2 單片機的選擇STC15F2K60S2 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。STC15F2K60S2 系列單片機中包含中央處理器 (CPU)CPU)、程序存儲器 (Flash)、數(shù)據(jù)存儲器(SRAM)、定時器、I/O 口、高速 A/D 轉(zhuǎn)換、看門狗、UART 高速異步串行通信口 1/串行通信口 2，CCP/PWM/PCA，1 組高速同步串行

21、端口 SPI，片內(nèi)高度 R/C時鐘及高可靠復(fù)位等模塊。STC15F2K60S2 系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上是一個片上系統(tǒng)(SysTem Chip 或 SysTem onChip,簡寫為 STC,這是宏晶科技 STC 名稱的由來)。與 MCS-51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容60k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作：0HZ24MHZ三級加密程序存儲器256×8 字節(jié)內(nèi)部 RAM38 個可編程 I/O 口線3 個16 位定時/計數(shù)器8 個中斷源可編程串行UART 通道低功耗空閑和掉電模式圖 3-1 STC 單片機引腳圖3.

22、2.1 STC 單片機 引腳功能介紹1. 增強型 8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，速度比普通8051快8-12倍2. 工作電壓： STC15F2K60S2 系列工作電壓：5.5V - 3.8V（5V 單片機） STC15L2K60S2 系列工作電壓：3.6V - 2.4V（3V 單片機）3. 8K/16K/24K/32K/40K/48K/56K/60K/61K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上4. 片內(nèi)大容量內(nèi)大容量2048字節(jié)的的SRAM5. 大容量片內(nèi)EEPROM，擦寫次數(shù)10萬次以上6. ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程，無需編程器，無需仿真器7. 共

23、8通道10位高速ADC，速度可達30萬次/秒，3路PWM還可當(dāng)3路D/A使用8. 共3通道捕獲/比較單元(CCP/PWM/PCA) -也可用來再實現(xiàn)3個定時器或3個外部中斷(支持上升沿/下降沿中斷)或3路D/A9. 內(nèi)部高可靠復(fù)位，ISP編程時8級復(fù)位門檻電壓可選，可徹底省掉外部復(fù)位電路10.內(nèi)部高 度R/C時鐘(±0.3%)，±1%溫飄(-40+85)，常溫下溫飄±0.6%(-20+65)，內(nèi)部時鐘從 5MHz35MHz可選 (5.5296MHz / 11.0592MHz /22.1184MHz / 33.1776MHz)11.工作頻率范圍：5MHz 35MHz

24、，相當(dāng)于普通8051的60MHz420MHz12.兩組高速異步串行通信端口(可同時使用)，可在5組管腳之間進行切換，分時復(fù)用可當(dāng) 5組 串口使用： 串口 1(RxD/P3.0, TxD/P3.1) 可以切換到(RxD_2/P3.6, TxD_2/P3.7), 還可以切換到(RxD_3/P1.6, TxD_3/P1.7)； 串口2(RxD2/P1.0, TxD2/P1.1)可以切換到(RxD2_2/P4.6, TxD2_2/P4.7)13. 一組高速異步串行通信端口SPI，如果I/O口不夠用，可外接74HC595(參考價0.21元)來擴 展I/O口，并可多芯片級聯(lián)擴展幾十個I/O口。14. 低功

25、耗設(shè)計：低速模式，空閑模式，掉電模式/停機模式.15. 可將掉電模式/停機模式喚醒的定時器：有內(nèi)部低功耗掉電喚醒專用定時器。 16. 可將掉電模式/停機模式喚醒的資源有：INT0/P3.2, INT1/P3.3(INT0/INT1上升沿下降沿 中斷均可 ), INT2 /P3.6, INT3/P3.7, INT4/P3.0(INT2 /INT3 /INT4 僅可下降沿中斷)；管腳CCP0/CCP1/CCP2；管腳RxD/RxD2；管腳T0/T1/T2(下降沿，不產(chǎn)生中斷，前提是在進入掉電模式/停機模式前相應(yīng)的定時器中斷已經(jīng)被允許)；內(nèi)部低功耗掉電喚醒專用定時器. 17. 共6個定時器/計數(shù)器，

26、3個16位可重裝載定時器/計數(shù)器(T0/T1/T2，其中T0/T1兼容普通 8051的定時器/計數(shù)器)，并均可獨立實現(xiàn)對外可編程時鐘輸出(3通道)，3路CCP/PWM/PCA還可再實現(xiàn)3個定時器 18. 定時器/計數(shù)器T2，也可實現(xiàn)1個16位重裝載定時器/計數(shù)器,T2也可產(chǎn)生時鐘輸出T2CLKO 19. 可編程時鐘輸出功能(對內(nèi)部系統(tǒng)時鐘或?qū)ν獠抗苣_的時鐘輸入進行時鐘分頻輸出 ) ：由于 STC15系列 5V 單片機 I/O口的對外輸出速度最快不超過13.5MHz，所以5V單片機的對外可編程時鐘輸出速度最快也不超過13.5MHz.； 而3.3V單片機I/O口的對外輸出速度最快不超過8MHz，故

27、3.3V單片機的對外可編程時鐘輸出速度最快也不超過8MHz. T0在P3.5/T0CLKO進行可編程輸出時鐘 (對內(nèi)部系統(tǒng)時鐘或?qū)ν獠抗苣_T0/P3.4的時鐘輸入進行可編程時鐘分頻輸出)； T1在P3.4/T1CLKO進行可編程輸出時鐘 (對內(nèi)部系統(tǒng)時鐘或?qū)ν獠抗苣_T1/P3.5的時鐘輸入進行可編程時鐘分頻輸出)； T2在P3.0/T2CLKO進行可編程輸出時鐘 (對內(nèi)部系統(tǒng)時鐘或?qū)ν獠抗苣_T2/P3.1的時鐘輸入進行可編程時鐘分頻輸出)；以上3個定時器/計數(shù)器均可165536級分頻輸出。 主 時 鐘 在 P5.4/MCLKO 對 外 輸 出 時 鐘 ， 并 可 如 下 分 頻MCLK/1,M

28、CLK/2,MCLK/4./1, MCLK/2, MCLK/4.主時鐘可以是內(nèi)部R/C時鐘，也可是外部輸入的時鐘或外部晶體振蕩產(chǎn)生的時鐘。MCLK是指主時鐘頻率，MCLKO是指主時 鐘輸 出。 STC15 系列 8-pin 單 片機 ( 如STC15F104W系 列) 的主時 鐘在MCLKO/P3.4口輸出主時鐘， STC15系列 16-pin及其以上單片機 (如STC15W4K60S4系列和STC15F2K60S2系列等)的主時鐘均在MCLKO/P5.4口輸出主時鐘。20. 硬件看門狗看門狗(WDT)21. 先進的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令22. 封裝：LQFP

29、-44(12x12mm), SOP-32(此系列現(xiàn)未生產(chǎn)SOP-32的封裝，建議選擇LQFP-32封 裝), LQFP-32(9x9mm), SOP-28, SKDIP-28, PDIP-40(此系列現(xiàn)未生產(chǎn)PLCC-44的封裝，建議選擇LQFP-44封裝).23. 全部175小時高溫烘烤，高品質(zhì)制造保證24. 開發(fā)環(huán)境：在 KeilCKeil C 開發(fā)環(huán)境中，選擇 Intel 8052 編譯，頭文件包含<reg51.h>即可引腳定義V SS ：地。 V CC ：電源，提供掉電、空閑、正常工作電壓；通用I/O口（42/38/30/26/38/30/26個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口，復(fù)位

30、后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，強推挽強推挽推挽 /強上拉，僅為輸入/高阻，開漏 每個I/O口驅(qū)動能力均可達到 20mA，但40-pin及40-pin以上單片機的整個芯片電流最大不要超過120mA，16-pin及以上/32-pin及以下單片機的整個芯片電流最大不要超過90mA.3.2.2單片機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)就是讓單片機能正常工作并發(fā)揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51 系列單片機來說， 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括： 單片機、時鐘電路、復(fù)位電路、輸入/ 輸出設(shè)備等如圖3-2 所示4。圖 3

31、-2 單片機最小系統(tǒng)框圖電路詳解依據(jù)上文的內(nèi)容，設(shè)計 51 系列單片機最小系統(tǒng)見圖 3-3 所示。圖 3-3 51 系列單片機最小系統(tǒng)3.3 無線電遙控模塊的設(shè)計遙控模塊采用無線遙控方式，因為采用紅外遙控控制距離比較有限，一般在幾米之內(nèi)，且有障礙物時，會嚴(yán)重影響控制效果。另外，NRF24L01 與單片機接口電路簡單。鑒于本設(shè)計要求，所以綜合考慮之下采用無線遙控較為合適。本設(shè)計中要求能用無線遙控器控制小船的前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等功能。3.3.1 無線模塊 NRF905 引腳說明NRF24L01 引腳及說明如圖 3-4 及表 3-1 所示，其分別介紹了引腳的排列及各引腳的功能。圖 3-4 NRF

32、24L01 引腳結(jié)構(gòu)圖表 3-1 NRF24L01 引腳說明表管腳 名稱 管腳功能 說明 管腳 名稱 管腳功能 說明1 VCC 電源 電源+3.33.6V DC 8 DR 數(shù)字輸出 接收或發(fā)射數(shù)據(jù)完成2 TX_EN 數(shù)字輸入 TX_EN= 1 TX 模式 9 MISO SPI 接口 SPI 輸出TX_EN= 0 RX 模式3 TRX_CE 數(shù)字輸入 使能芯片發(fā)射或接收 10 MOSI SPI 接口 SPI 輸入4 PWR_UP 數(shù)字輸入 芯片上電 11 SCK SPI 時鐘 SPI 時鐘5 uCLK 時鐘輸出 本模塊該腳廢棄不用，向 12 CSN SPI 使能 SPI 使能后兼容6 CD 數(shù)字

33、輸出 載波檢測 13 GND 地 接地7 AM 數(shù)字輸出 地址匹配 14 GND 地 接地3.3.2 NRF24L01 與單片機硬件接口電路NRF905 與單片機硬件接口電路如下圖所示:圖 3-5 NRF24L01 與單片機接口電路圖3.3.3 選擇無線電遙控原因無線電遙控器與紅外遙控器的區(qū)別，紅外遙控和無線遙控是對不同的載波來說的，紅外遙控器是用紅外線來傳送控制信號的，它的特點是不能有阻擋、有方向性、距離一般不超過 10 米，然而不受電磁干擾，紅外遙控器在近距離無障礙應(yīng)用較為廣泛，如電視機遙控器；無線電遙控器采用無線電波來傳送控制信號，它具有無方向性、距離遠（可達數(shù)十米，甚至數(shù)公里）、可以不

34、“面對面”控制的特點，但是容易受電磁干擾。在需要無方向性控制領(lǐng)域或者遠距離穿透，比如工業(yè)控制等等，使用無線電遙控器比較容易解決。綜合以上原因，選擇無線電遙控，而非紅外遙控2。3.3.4 無線電遙控分類及原理我們常用的無線電遙控系統(tǒng)一般由發(fā)射和接收兩個部分組成。無線電發(fā)射部分一般分為兩種類型，即發(fā)射模塊與遙控器。對于使用方式的不同，可將之分為遙控模塊和遙控器。首先，遙控器可以充當(dāng)一個整體來使用，只需將接線頭接到外面即可；而當(dāng)需要無線模塊作為一個元件使用時，則需要根據(jù)其引腳定義進行應(yīng)用，之所以使用無線模塊，其優(yōu)勢在于可以和應(yīng)用電路完美的連接、體積孝價格低，主要是物盡其用，但是使用者必須真正懂得電路

35、原理，否則無法正確使用。接收部分一般來說也分為兩種類型，即超外差與超再生接收方式，超再生解調(diào)電路也稱超再生檢波電路，它實際上是工作在間歇振蕩狀態(tài)下的再生檢波電路。超外差式解調(diào)電路與超外差收音機基本相同，它是設(shè)置一本機振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號，與接收到的載頻信號混頻后，得到中頻信號，經(jīng)中頻放大和檢波，解調(diào)出數(shù)據(jù)信號。由于載頻頻率是固定的，所以其電路要比收音機簡單一些。超外差式的接收器穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力也相對較好；超再生式的接收器體積孝價格便宜。無線電遙控常用的載波頻率為 315mHz 或者 433mHz，遙控器使用的是國家規(guī)定的開放頻段，在這一頻段內(nèi)，發(fā)射功率小于 10mW、覆蓋范圍小于 1

36、00m 或不超過本單位范圍的，可以不必經(jīng)過“無線電管理委員會”審批而自由使用。我國的開放頻段規(guī)定為 315mHz，而歐美等國家規(guī)定為 433mHz，所以出口到上述國家的產(chǎn)品應(yīng)使用 433mHz 的遙控器。無線電遙控常用的編碼方式有兩種類型，即固定碼與滾動碼兩種，滾動碼是固定碼的升級換代產(chǎn)品，目前凡有保密性要求的場合，都使用滾動編碼方式。滾動碼編碼方式有如下優(yōu)點：保密型強，每次發(fā)射后自動更換編碼，別人不能用“偵碼器”獲得地址碼；l 編碼容量大，地址碼數(shù)量大于 10 萬組，使用中“重碼”的概率極小；l 對碼容易，滾動碼具有學(xué)習(xí)存儲功能，不需動用烙鐵，可以在用戶現(xiàn)場對碼。l 誤碼小，由于編碼上的優(yōu)勢

37、，使得接收器在沒有收到本機碼時的誤動作幾乎為 0。固定碼的編碼容量僅為 6561 個，重碼概率極大，其編碼值可以通過焊點連接方式被看出，或是在使用現(xiàn)場用“偵碼器”來獲取，所以不具有保密性，主要應(yīng)用于保密性要求較低的場合，因為其價格較低所以也得到了大量的應(yīng)用。無線電遙控就是利用電磁波在遠距離上，按照人們的意志實現(xiàn)對物體對象的無線操縱和控制，這種無線控制的方式就叫做無線電遙控。無線電遙控技術(shù)起源于無線電通訊技術(shù)，最初的構(gòu)想是無線電電報技術(shù)的建立，真空電子管的發(fā)明使得無線電技術(shù)的應(yīng)用和普及很快應(yīng)用在民用和軍用等各個領(lǐng)域。后來隨著晶體管的發(fā)明和集成電路的誕生，無線電遙控技術(shù)達到了更加完善的程度，現(xiàn)如今

38、我們所知道導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航天飛機等高科技技術(shù)都是利用無線電遙控技術(shù)的結(jié)晶。它已經(jīng)不再是軍事領(lǐng)域唯一成員，在我們的日常生活中，可以說是已經(jīng)離不了無線電遙控，如：報警、遙控監(jiān)視、遙控玩具、遙控電視等等。遙控器，它是用來操控我們的模型的，如車?；蛘叽！Ｊ紫冗b控指令通過機殼外部的控制開關(guān)或者按鈕，經(jīng)過內(nèi)部電路的調(diào)制、編碼；其次，由于它外部有一個長長的天線，信號通過高頻信號放大電路，從而經(jīng)過天線將電磁波發(fā)射出去。 目前比較常用的模型遙控發(fā)射機有三種類型：一種是便攜桿式遙控發(fā)射機；一種是盒式按鍵手持用的小型遙控發(fā)射機；另一種是手持槍式遙控發(fā)射機。前一種多為開關(guān)式模擬電路的遙控系統(tǒng)，為一般普通的玩具遙控車模

39、、船模或航模使用，電路的設(shè)計和制作比較簡單，動作的指令都為“開”和“關(guān)”兩種，雖然通道的數(shù)量可以很多，遙控的性能和距離較低。而發(fā)射機為桿式和槍式兩種通常為比例式的無線電遙控器，在動態(tài)仿真模型中是當(dāng)今最為流行的遙控操作系統(tǒng)，由于這兩種在調(diào)制、編碼和電路的組成等方式的不同，其性價比有很大的差異，所以在價格上也不同。 比例遙控桿式發(fā)射機一般有兩個操縱桿，左邊的桿主要用來控制小車的速度和剎車（前進或后退），右邊的桿控制小車的方向（左或者右）。槍式發(fā)射機用一個轉(zhuǎn)輪（方向盤）和一個類似手槍扳機的操縱桿來分別控制方向和速度。除了這些基本功能之外，一些較高級發(fā)射機還運用了先進的電腦技術(shù)，增加了許多附加的功能，

40、如儲存多種模型車、船的調(diào)整數(shù)據(jù)，一機多用；有計時、計圈功能，方便練習(xí)和比賽；有大型液晶顯示屏幕，可顯示工作狀態(tài)和各種功能。發(fā)射機基本上是由操縱器、編碼電路、開關(guān)電路、高頻電路所組成。操縱器與可變電位器電路連接，而可變電位器又與信號發(fā)生電路和編碼器電路連接，編碼器所產(chǎn)生的信號通過開關(guān)電路搭載在高頻無線電發(fā)射器上由天線發(fā)送出去,這個過程有點像用火車運載貨物 ,操縱者相當(dāng)于貨運調(diào)度員 ,動作指令信號相當(dāng)于貨物，而高頻無線電波相當(dāng)于火車，把“貨物”搬上“火車”的這個過程稱為調(diào)制，將信號調(diào)制為 AM 稱調(diào)幅，而將信號調(diào)制為 FM 則稱調(diào)頻。至于說在遙控器中標(biāo)明 PPM 和 PCM，只是編碼調(diào)制的方式不同

41、，PPM 為脈位調(diào)制，而 PCM則為脈寬調(diào)制，前者是在發(fā)射時將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而接收時再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，經(jīng)放大電路驅(qū)動執(zhí)行機械動作。而 PCM 則不同，它是一種純數(shù)字信號輸出的形式，所以信號還原好，受到的外界干擾也小，并且電路的設(shè)計和調(diào)試也相對簡單。3.3.5 影響無線電遙控距離因素影響無線電遙控距離的因素主要有如下幾點：1.發(fā)射功率：發(fā)射功率大則距離遠，但耗電大，容易產(chǎn)生干擾；2.接收靈敏度：接收器的接收靈敏度提高，遙控距離增大，但容易受干擾造成誤動或失控；3.天線：采用直線型天線，并且相互平行，遙控距離遠，但占據(jù)空間大，在使用中把天線拉長、拉直可增加遙控距離；4.高度：天

42、線越高，遙控距離越遠，但受客觀條件限制；5.阻擋：目前使用的無線遙控器使用國家規(guī)定的 UHF 頻段，其傳播特性和光近似，直線傳播，繞射較小，發(fā)射器和接收器之間如有墻壁阻擋將大大打折遙控距離，如果是鋼筋混泥土的墻壁，由于導(dǎo)體對電波的吸收作用，影響更甚6。3.4 電機及驅(qū)動模塊3.4.1 電機的選擇對于無線遙控小船來說，其驅(qū)動螺旋槳的驅(qū)動電機和撒料電機的選擇是十分重要。表 3-2 電機選擇方案比較方案 起停和正反轉(zhuǎn) 其他特點方案一 步進電機 快速起停，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈 負荷不超過動態(tài)轉(zhuǎn)矩值啟動活 或反轉(zhuǎn)靈敏價格昂貴方案二 直流電機 無極快速起、制動和反轉(zhuǎn) 體積小，重量輕，轉(zhuǎn)配簡單，使用方便，性價比

43、高綜上所述，我們選擇了方案二。3.4.2 驅(qū)動電路及原理驅(qū)動電路的選擇方案一：使用直流電機，加上適當(dāng)減速比的減速器。直流電機具有良好的調(diào)速性能，控制起來也比較簡單。直流電機只要通上直流電就可連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)電壓的大小就可以改變電機的轉(zhuǎn)速。直流電機的驅(qū)動電路實際上就是一個功率放大器。常用的驅(qū)動方式是 PWM 方式，即脈沖寬度調(diào)制方式。PWM 的理論基礎(chǔ)是：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在電機電驅(qū)上的脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)其脈沖寬度。電機是一個慣性環(huán)節(jié)，它的電驅(qū)電流和轉(zhuǎn)速均不能突變，很高的頻率的 PWM 加在電機上，效果相當(dāng)于施加一個恒定電壓的直流電，如圖所示。電壓可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。圖 3-

44、6 脈沖寬度調(diào)節(jié)可以用一個驅(qū)動電源以脈沖控制電流的方向控制電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。電機驅(qū)動電路如下圖 3-7 所示3圖 3-7 電動機驅(qū)動電路方案二：使用步進電機，步進電機具有良好的控制性能，當(dāng)給步進電機輸入一個電脈沖信號時，步進電機的輸出軸就轉(zhuǎn)動一個角度，因此可以實現(xiàn)精確的位置控制。與直流電機不同，要使步進電機連續(xù)的轉(zhuǎn)動，需要連續(xù)不斷的輸入點脈沖信號，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定，而且其轉(zhuǎn)動不受電壓波動和負載變化的影響，也不受溫度、氣壓等環(huán)境因素的影響，僅與控制脈沖有關(guān)。但步進電機的驅(qū)動相對較復(fù)雜，要由控制器和功率放大器組成。這兩種方案都能達到很好的控制效果，鑒于此處實驗不要求十分精確，使用直

45、流電機足以滿足題目所需精度，因此選擇方案二。如圖 3-8 所示，此圖為一個典型的直流電機控制電路。之所以該電路得名于“H 橋驅(qū)動電路”，是因為它的形狀酷似字母 H。如圖 3-8 所示，我們可以認為電機就是 H 中的橫杠，而 4 個三極管組成 H 的 4 條垂直腿。正如下圖所畫，H橋式電機驅(qū)動電路包括一個電機和 4 個三極管。若想要讓電機運轉(zhuǎn)，對角線上的一對三極管必須導(dǎo)通。當(dāng)不同的三極管對導(dǎo)通情況不同時，電流方向也會不同，可能會從左至右，也可能從右至左流過電機，這樣就控制了電機的旋轉(zhuǎn)方向7。圖3-8 H 橋驅(qū)動電路若要使電機啟動運轉(zhuǎn)，則使對角線上的一對三極管必須導(dǎo)通。比如，如圖3-9 所示，要使

46、電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右流過電機，那么必須是 Q1 和Q4 三極管同時導(dǎo)通。這樣，電流先從正極經(jīng)過三極管 Q1，然后再經(jīng) Q4 回到電源負極，這樣才能使直流電機正向旋轉(zhuǎn)，正如圖中電流箭頭所示，此時 Q1 和Q4 導(dǎo)通，電機正向旋轉(zhuǎn)。圖3-9 H 橋驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動圖 3-10 所示為另一種情況，當(dāng)三極管 Q2 和 Q3 同時導(dǎo)通時，電流從正極開始，流經(jīng) Q2，再經(jīng)過直流電機，最后到達 Q3，這樣直流電機的電流從右至左，從而驅(qū)動電機逆時針旋轉(zhuǎn)，在小船上表現(xiàn)為左右旋轉(zhuǎn)。圖中箭頭方向為電流流經(jīng)電機方向。圖 3-10 H 橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動正如上面所述，直流電機導(dǎo)通，必須使處于對角線的兩

47、個三極管同時導(dǎo)通，也就是說不能使同側(cè)的兩個三極管同時導(dǎo)通，比如三極管 Q1 和 Q2 同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極，三極管肯能會被燒壞，因此，為了保證 H 橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通，需要采取一些措施。3.5 電源模塊當(dāng)無線遙控模塊使用時，電源只需給 STC 單片機和無線模塊 NRF24L01 供電，故耗電功率相對較低。另外，無線遙控模塊需要 3.3V 和單片機所需電壓是5V，所以直接選用 5v 干電池供電。無線模塊的降壓電路選用 LM1117 芯片所構(gòu)成的電路。無線接收電路電源需要完成以下任務(wù)：首先，電源必須能給 STC 單片機和無線模塊 NRF24L01 供

48、電，且供電電壓分別為 5V 于 3.3V，其次，電源必須能夠給兩個直流電機供電，也就意味著電源必須有較大的容量，因為直流電機消耗功率相對較大。若用 5V 干電池供電，電池會很快消耗完，因此電源必須有大容量，且能夠充電。最后，由于無線電模塊NRF905 對于電源有較高要求，需要電壓穩(wěn)定。并且船體空間較小，綜合考慮選擇了一個 8V 的充電電池為電源，選擇了以LM7805 先使 8V 降到 5V 然后再用 LM117 芯片電路降到 3.3V，這樣就可達到所有部件都可供電8。但是有可能導(dǎo)致電壓不穩(wěn)。圖 3-11 8V 轉(zhuǎn) 5v 電路圖 3-12 5v 轉(zhuǎn) 3.3v 電路3.6 鍵盤模塊鍵盤模塊需要實現(xiàn)

49、控制小船的方向及前進問題，故發(fā)射按鍵個數(shù)定為 3 個。每個按鍵共接一個 10K 的排阻作為上拉電阻，并與單片機 I/O 端口相連接，另一端接地。當(dāng)按鍵不作用時，每個按鍵均為高電平，作用時，對應(yīng)按鍵變?yōu)榈碗娖健? 個按鈕分別接到 P3.2、P3.3、P3.4。通過對端口不斷的掃描，判斷對應(yīng)按鍵是否按下。如有鍵閉合，則去除鍵抖動，判斷鍵號并轉(zhuǎn)入對應(yīng)的鍵處理。如果沒有按鍵按下，單片機重新掃描端口。圖 3-13 按鍵電路3.7 舵機的選型及原理舵機也叫伺服電機，最早用于船舶上實現(xiàn)其轉(zhuǎn)向功能，由于可以通過程序連續(xù)控制其轉(zhuǎn)角，因而被廣泛應(yīng)用智能車船以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向以及機器人各類關(guān)節(jié)運動中舵機是轉(zhuǎn)向的控制機構(gòu)，具

50、有體積小、力矩大、外部機械設(shè)計簡單、穩(wěn)定性高等特點，無論是在硬件設(shè)計還是軟件設(shè)計，舵機設(shè)計是控制部分重要的組成部分。3.7.1 舵機工作原理控制電路板接受來自信號線的控制信號，控制電機轉(zhuǎn)動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機轉(zhuǎn)動的方向和速度，從而達到目標(biāo)停止。其工作流程為：控制信號控制電路板電機轉(zhuǎn)動齒輪組減速舵盤轉(zhuǎn)動位置反饋電位計控制電路板反饋。圖 3-14 舵機驅(qū)動電路舵機的控制信號周期為 20MS 的脈寬調(diào)制（PWM）信號，其

51、中脈沖寬度從0.5-2.5MS,相對應(yīng)的舵盤位置為 0180 度，呈線性變化。也就是說，給他提供一定的脈寬，它的輸出軸就會保持一定對應(yīng)角度上，無論外界轉(zhuǎn)矩怎么改變，直到給它提供一個另外寬度的脈沖信號，它才會改變輸出角度到新的對應(yīng)位置上。舵機內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為 20MS，寬度 1.5MS 的基準(zhǔn)信號，有一個比出較器，將外加信號與基準(zhǔn)信號相比較，判斷出方向和大小，從而生產(chǎn)電機的轉(zhuǎn)動信號。由此可見，舵機是一種位置伺服驅(qū)動器，轉(zhuǎn)動范圍不能超過180 度，適用于那些需要不斷變化并可以保持的驅(qū)動器中，比如說機器人的關(guān)節(jié)、飛機的舵面等。圖 3-15 舵機輸出轉(zhuǎn)角與輸入脈沖的關(guān)系3.7.2 舵機使

52、用中應(yīng)注意的事項1.常用舵機的額定工作電壓為 6V，可以使用 LM1117等芯片提供 6V 的電壓，如果為了簡化硬件上的設(shè)計直接使用 5V 的供電影響也不是很大，但最好和單片機進行分開供電，否則會造成單片機無法正常工作。2.一般來說可以將來信號線連接至單片機的任意引腳，對于 51 單片機需通過定時器模塊出 PWM 才能進行控制。但是如果連接像飛思卡爾之類的芯片，由于飛思卡爾內(nèi)部帶有 PWM 模塊，可以直接輸出 PWM 信號，此時應(yīng)將信號線連于專用的 PWM 輸出引腳上。第 4 章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1 軟件設(shè)計需要完成任務(wù)由上章節(jié)對系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計我們可以清楚知道，電機的驅(qū)動都由硬件單獨可以完

53、成。所以，系統(tǒng)軟件所要完成的任務(wù)包括五個部分：一、鍵盤掃描程序；二、無線電發(fā)射程序，當(dāng)單片機掃描鍵盤有鍵按下時，需要單片機串口給NRF24L01 無線模塊發(fā)送有效數(shù)據(jù)；三、無線電接受程序，當(dāng)有效數(shù)據(jù)接受時，需要 NRF24L01 無線模塊給單片機發(fā)送數(shù)據(jù)。四、電機驅(qū)動程序，根據(jù)接收到的有效信號來控制電機的前進，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)；五、控制單片機的 PWM 輸出值，來控制舵機的擺動角度5。程序見附錄 2所示。4.2 系統(tǒng)軟件主要程序的設(shè)計4.2.1 發(fā)射部分控制程序設(shè)計遙控部分有單片機和鍵盤模塊組成，單片機對按鍵端口掃描，然后判斷是否是有效信息，若是則通過串口給無線模塊進行發(fā)射。程序流程圖如圖 4-1

54、所示。圖 4-1 無線發(fā)射部分程序流程圖4.2.2 接收部分控制程序設(shè)計被控部分主要由單片機、驅(qū)動芯片、無線接收模塊和直流電機組成，無線電接收信息，單片機分析數(shù)據(jù)，然后調(diào)用子程序，從而控制直流電機動作。程序流程圖如下圖 4-2 所示。圖 4-2 無線接收部分程序流程圖第 5 章系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試可以分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試，當(dāng)然軟件調(diào)試的前提是必須硬件沒有問題，即硬件調(diào)試成功。5.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。具體步驟及測試結(jié)果如下：1.檢查電源與地線是否全部連接上，用萬用表對照電路原理圖測試各導(dǎo)線是否完全連接，測試結(jié)果所有連接線都已連接好。2.檢查所有有極性的元

55、器件是否安裝正確，并改正發(fā)現(xiàn)的問題。3.嘗試下載程序，看能否把程序下載到單片機里面，并解決遇到的問題。硬件調(diào)試時，遇到了幾個問題，在老師幫助下都得到了解決，問題如下：1.當(dāng)程序通過燒錄器寫入單片機時，單片機沒有按照預(yù)定設(shè)計工作，后經(jīng)過老師提醒，用示波器檢測晶的震蕩電路是否正確。開始檢測時，晶振沒有產(chǎn)生鋸齒波形，后來給震蕩電路換了一個電容，才產(chǎn)生了鋸齒波形。2.檢測無線傳輸模塊傳輸數(shù)據(jù)時，編寫了一個簡單程序，但是無線模塊不能正常工作，后用萬能表檢測出無線傳輸模塊引腳電平，發(fā)現(xiàn)一個引腳不對，沒有接地，從而連接了一個跳線。5.2 軟件調(diào)試在系統(tǒng)調(diào)試中，軟件調(diào)試占主要地位。軟件調(diào)試需要使用了仿真器，示

56、波器，和萬能表。其具體步驟如下：1.由于開始無法確定發(fā)射程序是否正確，因此可使發(fā)射程序先簡單點兒，讓程序控制使無線模塊一直發(fā)射 00H,FFH,0EH(任意一個十六進制數(shù))，用 Keil 軟件將編寫的程序打開，進行編譯，調(diào)試，然后生成后綴為 HEX 文件，之后通過stc-isp 系列的燒錄器把該文件寫入發(fā)射板單片機中。2.當(dāng)把無線發(fā)射程序?qū)懭雴纹瑱C后，接上電源，用示波器檢測無線模塊 DO引腳，如果看到示波器中顯示不同占空比的高低電平時，說明程序正確。否則，程序不正確。3.確定發(fā)射程序正確后，用仿真器接到無線接收板上，作為其控制單片機。應(yīng)用仿真器進行程序調(diào)試，是給我?guī)砹撕艽蟮姆奖恪．?dāng)接入仿真器后，把編好的程序用 Keil 軟件打開，然后進行仿真測試。程序控制無線電模塊