基于单片机的自动往返小车毕业设计1.doc
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1、基于单片机的自动往返小车摘要:本设计以一片单片机STC89C52作为核心来控制自动往返小车,其中控制芯片L298N和单片机联合控制小车的前进与后退。路面的黑带检测使用反射式红外传感器,并通过STC89C52对输入的信号进行处理;行驶距离使用霍尔元件进行检测。最后以动态显示的形式通过一个LCD液晶显示即时黑带个数,运行时间,实时路程等。关键词: 微控制器 L298N电机控制 霍尔检测 液晶显示 The Automatic round-trip car based on SCMAbstract:This design use a microcontroller STC89C52 as the co
2、re to control the automatic round-trip car, the control chip L298N and single chip microcomputer to control the car forward and backward together. The reflective infrared sensor detection the black belt on the road surface, then deal with input signal processing through the STC89C52. Using the hall
3、element to test the distance. At last displaying instant black belt, running time, real-time distance, etc through a number of LCD liquid crystal in the form of dynamic displayKeywords: MCU L298N Motor control Hall detection LED display I基于单片机的自动往返小车目录摘要I关键字IAbstractIKeywordsI0绪论21.1 设计任务31.2方案介绍42.
4、1 系统元器件的选择与介绍52.1.1STC89C52R芯片52.1.2L298N芯片112.1.3霍耳传感器(HD3020)142.1.4液晶LCD152.2电路模块的设计182.2.1检测系统182.2.2距离计算系统192.2.3显示系统202.2.4电机驱动以及正反转控制模块203.1主程序213.2中断程序223.2.1外部中断0223.2.2外部中断1233.2.3定时器中断0243.2.4定时器中断1244总结25致谢26参考文献27附录280绪论当今社会,随着科技发展的日新月异,特别是计算机技术突飞猛进的发展,计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃,同时计算机也越来越广泛的被
5、应用到人们的生活、工作领域的各个方面。单片微型计算机以其其体积小、功能强、速度快、价格低等优点,在数据处理和实时控制等应用中有着无以伦比的优越性,可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中。随着微控制技术(以软件代硬件的高性能控制技术)的日益完善和发展,单片机的应用必将导致传统控制技术发生巨大的变化。单片微型计算机的应用广度和深度,已经成为一个国家科技水平的一项重要标志。此论文的题目是自动往返小汽车。要求设计一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。车辆从起跑线出发到达终点线后停留10秒,然后自动返
6、回起跑线。在要求的跑道范围内完成快行、慢行、停车等功能。停车后自动显示一次往返的时间和路程。基于上述要求将设计分为以下几个模块:STC89C52RC、电机驱动、电机调速、里程检测、跑道标志检测、液晶显示模块。控制系统采用STC89C52RC单片机;显示系统采用液晶显示里程数和时间;电机正反转采用桥式驱动控制,2档电压调速;里程记录采用霍尔传感器;跑道标志线采用光敏管检测;单片机、电机采用独立稳压电源供电。本论文将详细介绍硬件设计和软件设计的思路及方法。由于本人在单片机的设计方面还存在一些不足,在论文的写作和论证上尚存在一些不足之处,敬请各位老师批评指正。1设计任务及方案介绍1.1 设计任务设计
7、并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。跑道宽度0.5m,表面贴有白纸,和黑带。在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线,各段的长度如图1-1所示。车辆从起跑线出发到达终点线后停留10秒,然后自动返回起跑线。DE间为限速区,车辆往返均要求以低速通过,通过时间不得少于8秒,但不允许在限速区内停车。跑道顶视图如图1.1。图1.1 跑道顶视图 (一)基本要求(a)车辆从起跑线出发(出发前,车体不得超出起跑线),到达终点线后停留10秒,然后自动返回起跑线(允许倒车返回)。往返一次的时间应力求最短(从合上汽车电源开关开始计时)。(b)到达终点线和返回起跑线时,停车位置离起跑线和终点
8、线偏差应最小(以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值)。 (c)DE间为限速区,车辆往返均要求以低速通过,通过时间不得少于8秒, 但不允许在限速区内停车。1.2方案介绍设计采用单片机STC89C52RC作为系统的控制中心。电机电路采用两对互补三极管控制电机的驱动;检测电路采用光敏管来控制小车的快行,慢行,停止;用液晶实现对指定行程和所用时间的显示。方案方框图如1.2所示。里程检测STC89C52RC液晶显示电机驱动电机调速跑道标志检测图1.2方案方框图2. 系统的硬件设计与实现2.1 系统元器件的选择与介绍 下面介绍STC89C52RC芯片、L298N芯片、霍尔传感器、液晶
9、等器件。2.1.1 STC89C52R芯片STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器(FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory )的低电压,高性能COMOS8的微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机总控制电路如下图2.1:图2.1单片机总控制电路1.时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如
10、图2.2 (a) 所示,在RXD和TXD引脚上外接定时元件,内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择,电容值在530pF之间选择,电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图2.2(b)所示,RXD接地,TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用。示,RXD接地,TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟
11、发生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用。RXD接地,TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用。(a)内部方式时钟电路 (b)外部方式时钟电路图2.2时钟电路2.复位及复位电路(1)复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键重新启动。除PC之外,复位操作还对其他一些寄
12、存器有影响,它们的复位状态如表2.1所示。表2.1 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H(2)复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效,其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振,则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图2.3所示:图2
13、.3复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器,再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样,然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的,其电路如图2.4(a)所示。这佯,只要电源Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位,即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中,按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的,其电路如图2.4(b)所示;而按键脉冲复位则是利用RC
14、微分电路产生的正脉冲来实现的,其电路如图2.4(c)所示:(a)上电复位 (b)按键电平复位 (c)按键脉冲复位图2.4复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振,能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图2.4(b)上电复位方式。STC89C52具体介绍如下: 主电源引脚(2根)VCC(Pin40):电源输入,接5V电源GND(Pin20):接地线外接晶振引脚(2根)XTAL1(Pin19):片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20):片内振荡电路的输出端控制引脚(4根)RST/VPP(Pin9):复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位
15、。ALE/PROG(Pin30):地址锁存允许信号PSEN(Pin29):外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31):程序存储器的内外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚(32根)STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口,分别位P0、P1、P2、P3口,每个口有8位(8根引脚),共32根。PO口(Pin39Pin32):8位双向I/O口线,名称为P0.0P0.7P1口(Pin1Pin8):8位准双向I/O口线,名称为P1.0P1.7 P2口(Pin21Pin28):8位准双向I/O口线,名称为P2.0P2.7 P3口(P
16、in10Pin17):8位准双向I/O口线,名称为P3.0P3.7STC89C52主要功能如表2.2所示。表2.2 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能2.1.2 L298N芯片L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片的主要特点是:工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间峰值电流可达3
17、A,持续工作电流为2A;内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载;采用标准TTL逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作;有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。(1)L298芯片的引脚图如下图2.5。图2.5 L298芯片引脚图(2)L298芯片的引脚功能下表2.3表2.3 L298芯片的引脚功能引脚符号功能115SENSING ASENSING B此两端与地连接电流检测电阻,并向驱动芯片反馈检测到的信号23OUT 1OUT 2此两脚是
18、全桥式驱动器A的两个输出端,用来连接负载4Vs电机驱动电源输入端57IN 1IN2输入标准的TTL逻辑电平信号,用来控制全桥式驱动器A的开关611ENABLE AENABLE B使能控制端.输入标准TTL逻辑电平信号;低电平时全桥式驱动器禁止工作。8GND接地端,芯片本身的散热片与8脚相通9Vss逻辑控制部分的电源输人端口1012IN 3IN 4输入标准的TTL逻辑电平信号,用来控制全桥式驱动器B的开关1314OUT 3OUT 4此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端,用来连接负载(5)L298有Mutiwatt15和PowerSO20两种封装 两种封装的实物图如下图2.6所示图2.6 L298两
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