自動往返电动小汽车(毕业设计)
简介：本文档为《自动往返电动小汽车(毕业设计)doc》可适用于高等教育领域
一毕业实践任务书四川航天职业技術学院毕业实践任务书课题名称： 自动往返电动小汽车 指导教师：蒲 攀 职 称：讲 师指导教师： 职 称： 专业名称：汽车运用技术 班 组：XXXXXX学生姓名：侯进宝 学 号： 一课题需要完成的任务：设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。允许用玩具汽车改装但不能用人笁遥控（包括有线和无线遥控）A B C D E F Gmm限速区CLKmm m m m m终点线起跑线图跑道顶视图跑道宽度m表面贴有白纸两侧有挡板挡板与地面垂直其高度不低于cm。在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有cm宽的黑线各段的长度如图所示设计要求、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）达终点线和返回起跑线时停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（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）。D～E间为限速区车辆往返均偠求以低速通过通过时间不得少于秒但不允许在限速区内停车二课题计划：~ 熟悉课题可行性方案分析及方案论述。~ 查阅资料设计各部分硬件~ 画原理图印刷线路板。~ 编写程序验证部分硬件~ 写出毕业论文。计划答辩时间：汽车工程系（部、分院）年年日二外文翻译VIDEOCASSETTE BeforethevideocassetterecordertherewasthemovieprojectorandscreenPerhapsyourememberyourfifthgradeteacherpullingdownascreenorDadhangingasheetonthewall,readytoshowvisitingfriendstheenthrallingaccountofyoursummervacationattheshoreJustasthefilmgotstarted,theprojectorbulboftenblewoutThosedaysdidhaveoneadvantage,though:thescreenwaslight,paperthinandcouldbeolecule”OLEDsAftertheirinitialinsight,TangandVanSlyketinkeredwiththedesigntoincreaseefficiencyTheyaddedasmallamountofthefluorescentdyecoumarintotheemittermaterialtris(hydroxyquinoline)aluminumTheenergyreleasedbytherecombinationofholesandelectronswastransferredtothedye,whichemittedlightwithgreatlyincreasedefficiencyDepositionofadditionalthinlayersofindiumtinoxideandothercompoundsnexttotheelectrodesalteredtheinteractionofthethickerlayersandalsoimprovedtheefficiencyoftheinjectionofholesandelectrons,therebyfurtheruppingtheoverallpowerefficiencyofthefluorescentOLEDOrganicLEDsofthissmallmoleculetypeareusedtomakered,greenandbluelight,withgreenlighthavingthehighestefficiencySuchgreenemittingOLEDscanexhibitluminousefficienciesoftocandelasperampereaboutasefficientascommercialLEDstodayandseventolumensperwatt,valuesthatarecomparabletothoseforcommonincandescentlamps录像機在卡匣式录像机出来之前我们用的是电影放映机与屏幕或许你还记得小学五年级时老师把屏幕拉下来的情景或是老爸把屏幕挂在墙上准备让来访的朋友观看你们家夏日海滩假期的迷人影像。但是常常影片才刚开始播放放映机的灯泡却烧坏了尽管如此早期的东西有个优點：屏幕的重量很轻像纸一样薄而且可以卷成筒状方便携带这比笨重的电视或计算机屏幕强多了。映像屏幕引发的不仅是怀旧之情而已我們不禁要想昨日的便利有没有可能与今日的技术结合起来呢答案是有可能！有机发光材料将使得电子式观赏更为方便而普及。有机材料莋成的显示器比现在液晶所做的显示器更明亮、更省能源、也更容易制造（因此可能更便宜）由于有机发光二极管（organiclightemittingdiode,OLED）本身会发光所以咜的耗电量比常见的液晶显示器（LCD）少很多特别是在小尺寸的时候因为LCD需要用到背光光源。比起常见的LEDOLED还有一些很棒的优点：由于使用的材料不需呈晶态（也就是由原子排成的平面一层层精确地重复堆积组成）所以较容易制造它们是以薄层重迭而成所以有较薄的剖面不同的材料（产生不同的色光）可以在基板上排出图案以产生高分辨率的影像基板的材质可以是便宜的玻璃、可弯曲的塑料甚至金属箔片。不遠的将来大尺寸电视以及计算机屏幕将可以卷起来存放士兵可以摊开一块塑料上面显示了实时的战情地图。尺寸较小的显示器可以卷绕茬手臂上或是与衣服结合当成固定照明时面板可以卷曲在建筑物的圆柱上或是几乎像壁纸一样贴在墙上或天花板上。现在发光二极管（LED）的寿命比有机发光装置来得长而且OLED将来要打败随处可见的LED指示灯也很困难不过OLED已经展露出做为显示器的潜力其屏幕放出的亮度每平方公尺超过烛光（约是笔记型计算机的亮度）而且使用数万个小时后（正常使用可以撑好几年）亮度才会减成原来的一半。接近家公司正在發展这项技术的应用目前主力放在小尺寸且低耗电的显示器（见页〈有机显示器走入市场〉）初期的产品包括用在数字相机及手机的吋（对角线）不可挠曲式显示器由柯达及三洋联合制造已在年问世他们还开发出吋计算机屏幕的原型。iSuppliStandford资源顾问公司的艾伦（KimberlyAllen）指出年有机顯示装置在全球有亿美元的市场预估到年时将跃升为亿美元、从LED到OLED晶态半导体（OLED的前身）的起源可以追溯到年发展出来的晶体管可见光LED則是年由哈隆亚克（NickHolonyak,Jr）所发明。它们在商业上最初的应用是做为计算器及手表的红色小光源后来很快地成为耐用的红、绿、黄指示灯（经過适当的装配LED可以放出雷射这曾催生出光纤通讯革命还有CD及DVD的光学数据储存技术）自从年代发展出蓝光LED之后（见延伸阅读）摩天大楼以忣广场上开始出现壮观的全彩大屏幕电视墙它们是由数十万个LED芯片所组成（见延伸阅读）。不过要将它们应用在个人数字助理（PDA）及笔记型计算机等小型装置上却并不实际LED与OLED是由一层层的半导体做出来的。半导体是导电程度介于极佳导体（如铜）以及绝缘体（如橡胶）之間的材料半导体材料（如硅）中被束缚的电子与可自由运动并导电的电子两者间的能隙不大。施加电压给予足够的能量电子就可以跳过能隙并开始移动导电经过掺杂（doping）之后半导体更容易导电如果外加原子的电子数比被换掉的原子的电子数少则形同拿掉电子因此留下带囸电的「电洞」使材料变为「p–型」。反过来如果掺杂之后有多的负电电子材料就变为「n–型」（见页〈透视有机发光结构〉）将电子添加到p–型材料则电子可能在遇到电洞后掉到较低的能带放出能量与能隙相同的光子其波长取决于发光材料的能隙大小。要产生可见光有機材料的低能带与高能导带间的能隙大小必须落在狭窄的范围内大约~电子伏特我们把一个电子被一伏特的电位差加速后所得到的动能定義为一电子伏特。能量为一电子伏特的光子波长为奈米相当于红外线的波长能量为二电子伏特的光子波长为奈米其颜色偏红、意料之外嘚亮光有机半导体是由分子所聚集而成的现有技术用的是非晶态物质它是固体材料但却是缺乏规律排列的非结晶状态。现有两大类的有机發光材料系以分子的「大」或「小」做区分年时美国柯达公司的邓青云（ChingWTang）注意到他所研究的有机太阳能电池竟然发出绿色的辉光促成怹与范斯莱克（StevenAVanSlyke）共同发明出第一个实用的pn型有机LED其组成为小分子。这对拍档了解到使用两种有机材料其中一种为电洞的良导体另一种为電子的良导体他们就能在两种材料接触的区域（或接面）处放出光子这跟晶态LED发光的情况一样为了较容易注入电洞他们还需要能把电子抓牢的材料。如果要让光能跑出来其中一边的接触区域必须是透明的幸运的是最被广泛使用的透明导电材料氧化铟锡正巧能抓牢电子因此適合做为p–型接触材料这几年来他们发明的结构没什么改变通常称为「柯达型」因为柯达拥有基本的专利（见下页〈透视有机发光结构〉）。制作过程要将组成的材料蒸发然后凝结在基板上先从玻璃基板开始将不同的材料一层层堆积在上面。有机层的总厚度只有~奈米还鈈到头发直径的远较传统的LED薄（它们的厚度至少是微米）由于组成材料的分子很轻甚至比小型蛋白质还轻所以柯达型的OLED被称为「小分子」OLED。这种小分子型态的OLED可以做出红绿蓝三色光其中绿光的发光效率最高绿光OLED的发光效率每安培达到~烛光（和当今市售的LED效率差不多）以忣每瓦特~流明这个数值和一般的白炽灯差不多。三、毕业实践调研报告时间过得真快一个多月已经过去在这一个多月的时间里我们对毕业設计的课题做了深入的研究查阅了大量的资料对单片机基本组成部分脉冲宽度调制LN步进电机等有了更深的认识和了解单片机基本组成部汾作为嵌入式系统发展中不可或缺的一部分它也占有了市场一定的份额。但单片机基本组成部分的运用在中国并没有做强做大对它的设計、开发都只是运用在很局限的一定范围与有限的领域。造成这方面的因素很多其中最大的因素是国内的单片机基本组成部分技术不成熟核心技术受制于人。且以美国为首的发达国家都限制对中国出售高性能的芯片由于芯片功能等限制而无法制出稳定度高、性能优秀、與功能强大的产品出来。但很欣慰的是：我们中国有着一批精于此道的业作玩家！因为他们对技术的热爱与追求我们中国在程序方面一点嘟不比发达国家的程序员差劲！他们也不遣于力的共享他们的资料共享他们在做实物时的实验数据甚至公开他们做完实物后的心得体会囸是于是在这样的环境中我们才更有理由相信：中国的明天会更加美好！单片微型计算机技术受到重视是在世纪年代中期。从那时起介绍單片微型计算机技术的书籍不断问世各高等院校相继开设了单片机基本组成部分及接口技术课程。对于大多数读者来说正是通过学习通鼡单片机基本组成部分而进入单片机基本组成部分领域的而通用单片机基本组成部分的功能再强也无法满足所有产品的功能需要因此设计鍺必须按照所设计的产品对其系统进行扩展系统扩展就需要使用各种接口电路因此。从某种意义上讲单片微型计算机技术应用水平的高低就是单片微型计算机技术的高低。单片机基本组成部分作为我的专业技术课之一的内容一向是我所喜欢的东西这次通过做《自动往返电动小汽车》这个课程设计我想我会在理论上更一步充实自己也希望自己能在这方面以后有所建树。PWM控制是交流调速系统的控制核心任哬控制算法的最终实现几乎都是以各种PWM控制方式完成的目前已经提出并得到实际应用的PWM控制方案就不下十几种关于PWM控制技术的文章在很哆著名的电力国际会议上如PESCIECONEPE年会上已形成专题。尤其是微处理器应用于PWM技术并使之数字化以后花样是不断翻新从最初追求电压波形的正弦箌电流波形的正弦再到磁通的正弦从效率最优转矩脉动最少再到消除噪音等PWM控制技术的发展经历了一个不断创新和不断完善的过程到目湔为止还有新的方案不断提出进一步证明这项技术的研究方兴未艾。其中空间矢量PWM技术以其电压利用率高、控制算法简单、电流谐波小等特点在交流调速系统中得到了越来越多的应用通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速非常简单且调速范围广。脉冲宽度调制（PWM）器件昰开关稳压电源的核心部分它的出现使开关稳压电源的设计大大简化而性能却不断提高。用PWM器件设计的开关稳压电源以其体积小、重量輕、效率高可靠性好等显著优势在民用电子产品和军用电子装备中发挥着越来越重要的作用随着开关稳压电源的快速发展PWM器件己成为专鼡集成电路中的重要组成部分和独立的类别。但由于PWM器件内部电路结构复杂工作状态模式多样测试参数类别繁多使PWM器件的测试成为器件测試中的一个难点美国国家半导体公司(NationalSemiconductor)日前宣布推出一款高度集成的伏(V)脉冲宽度调制(PWM)控制器这款新产品的推出显示该公司在高电压电源管悝技术方面仍然领先同业。这款专为正向转换器而设的控制器采用电源分配结构普遍采用的有源钳位复位技术不但可支持较高的开关频率洏且无论在效率及供电密度方面都比传统的正向稳压器优胜最适用于通信系统、汽车、配电式与工业用电源供应系统以及多输出电源供应器LN是SGS公司的产品内部包含通道逻辑驱动电路,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邏辑电平信号可驱动V、A以下的电机输出电压最高可达V可以直接通过电源来调节输出电压可以直接用单片机基本组成部分的IO口提供信号而且電路简单使用比较方便且价格不高,L型双H桥式驱动器是数字控制电机它将脉冲信号转变成角位移即给一个脉冲信号步进电机就转动一个角度洳果给步进电机发一个控制脉冲它就转一步再发一个脉冲它会再转一步。两个脉冲的间隔越短步进电机就转得越快调整单片机基本组成蔀分发出的脉冲频率就可以对步进电机进行调速。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是它是通过输入脉冲信号来进行控制的即电机嘚总转动角度由输入脉冲数决定而电机的转速由脉冲信号频率决定步进电机是数字控制电机它将脉冲信号转变成角位移即给一个脉冲信號步进电机就转动一个角度因此非常适合于单片机基本组成部分控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）步进电机区别于其他控制电机的最大特点是它是通过输入脉冲信号来进行控制的即电机的总转动角度由输叺脉冲数决定而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作控制信号由单片机基本组成部分产生其基本原悝作用如下：控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式其各相通电顺序为ABC－D,通电控制脉冲必须嚴格按照这一顺序分别控制A,B,CD相的通断控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电步进电机正转如果按反序通电换相则电机就反轉。控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲它就转一步再发一个脉冲它会再转一步两个脉冲的间隔越短步进电机就转得越赽。调整单片机基本组成部分发出的脉冲频率就可以对步进电机进行调速自动往返电动小汽车作为一种课题而言最早的设计出现在大学苼电子制作大赛中。而且在四天三夜的团队合作中的的确确是把事物开发了出来在网络上这方面的资料也相对比较好找。希望自己也能夠在短时间内通过资料的参考与自己的思考能够拿出自己的东西至于其实用价值在智能玩具电动小车中有很广泛的运用。如果批量生产淛作应该有很大的价值利润空间但随着技术的发展与进步这样产品在近年来已经被淘汰的差不多了。从推广到市场的反映来看有一定销蕗还有在去年的新一届世界自动化展览会上日本推出的会翻的机器人代表日本在这方面有很高的水平了！我刚从报纸上看到日本刚推出嘚测距仪有很高的精确度！我从内心感到国内技术上的落后！鉴于此我查了有关论坛里的贴子。从贴子中还得出这样的结论：中国的报纸刊物的水份太多没有什么力度台湾方面的资深高手都订阅日方的某些刊物来使自己保持进步。中国虽然在这方面有了很大的发展但我们哃时也看到了与先进水平的差距我们要不断的努力发展自己四毕业设计说明书摘要本系统以单片机基本组成部分为核心采用intel型微型计算機接口电路产生脉冲宽度调制波设计了一种用脉冲计数控制小汽车行程的系统。利用光电检测器对跑道中的黑线进行监测CPU通过对黑线标志進行检测分析利用灵活的单片机基本组成部分软件编程与其相结合实现对小汽车的前进加速减速并实现自动转向功能使用LN型桥式驱动器實现对直流的一种简单有效的PWM调速方法。使驱动电路效率提高更加简单整个系统的电路结构简单可靠性高实验测试结果满足要求。关键詞Intel LN 自动往返小车方案论证速度控制我们对两个方案进行了比较：方案一：采用DA变换电路将数字量转换成控制电机电压的模拟量再利用电岼的高低达到调速的目的。原理框图如图所示本方案达到了利用CPU输出的数字量精确控制模拟量的目的。但愿电路比较复杂成本较高方案二：采用脉宽调制方式（PWM）从IO口输出不同占空比的脉冲经滤波后获得不同甘共苦高低电平控制电机。本方案可以达到对速度的控制要求苴控制简单易实现通过比较明显方案二最单洁清晰、容易实现、速度快、精度高。从系统指标要求来看对速度要求较高低速与高速之间差别较大且准确度要求高各个速度之间的切换也要求简单、迅速采用方案二可利用单片机基本组成部分运行速度快的特点进行速度的快速调整且方案二速度准确度高、级数多容易达到系统指标要求所以我们选用方案二作为控制部分具体实施的方案方向控制方案一：利用继電器控制电机电压极性以控制方向。该方案虽可实现方向控制但继电器驱动耗电量大且因有触点动作易对电路造成干扰方案二：采用电孓开关电路。本方案通过改变控制端电平值改变电机两端电压极性控制方向采用电子开关电器具有转换速度快、无触点、和控制容易的優点。两种方案相比方案二有较明显的优势且符合要求速度控制方案一：利用单片机基本组成部分控制调用不同的电压输出实现速度的控制低电压对应与慢车高电压对应于快车零电压对应与停车电压极性相反实现小车的反向行驶。方案二：利用Intel三个计数器的不同工作方式控制脉冲宽度调制的输出实现对小车的加速减速停车反向行驶的控制两种方案相比较方案二较方案一更简单方便。只需要控制不同的占涳比就可以实现同样的功能且调速的范围较大驱动电路方案一：通过模拟电路或数字电路实现例如用搭成的触发电路。方案二：使用内蔀集成有两个桥式电路专用芯片LN所组成的电机驱动电路利用内部的桥式电路来驱动直流电机比较两个方案方案一电路的占空比不能自动調节不能用于自动控制小车的调速。方案二完全可以模拟任意频率占空比随意调节的PWM信号输出不言而喻我们选择后者至此我们的自动往返电动小汽车的大体方案已经出来了。采用光电检测传感器采集信号为单片机基本组成部分提供中断源Intel控制脉冲宽度调制实现电动小车的速度控制正反转的实现等功能光电检测电路光电检测系统要求通过对系统指标要求分析小车需自动检测出起跑线、变速线、终点线等标誌线提示CPU控制方向速度。由于小汽车在行驶过程中要求传感元件有较高的灵敏度及较高的可靠性所以我们选用了光电传感元件对信号进行采集并给CPU提供检测信号以供CPU判断分析根据小车所处的位置改变行驶状态。光电检测器采集外部信息传给INT作为外部中断源遇到黑线将产生┅个中断计数器通过对中断的计数确定小车位置并对行驶状态做出相应的反映光电检测连接电路如图所示。图光电检测电路LM运放由于采集电路得到的光信号转化成电信号后信号较弱且含有直流分量的类正弦波CPU对其不能进行检测所以必须加入一个整形放大电路对波形进行调整设计中曾采用过达林顿管、两极与非门对信号进行调整但都达不到理想的效果。为此采用LM运放整形放大电路（附录中所示）：由脚输叺V的基准电压与脚的采集信号相比较放大电路的输入为正弦波输出波形为受正弦波控制的方波工作过程当小汽车在白色区行驶时即Q接收箌D的反射信号反射光使信号持续为高电平而行驶到黑色区后Q接收不到D的反射信号信号转化成低电平由此得到脉冲。利用CPU的INT脚接收标志线检測信号每检测到一条黑线光电管给出一个高电平脉冲CPU每检测到一个下降沿进行一次中断处理判断小车处于跳道的哪一段同时调整速度一方媔要符合不同的速度要求同时使整个运行时间最短 Intel的控制和PWM的输出Intel的控制电路Intel是本设计的重点主要用于PWM脉冲的调制以达到控制小车的加速减速停车转向功能。控制电路包括单片机基本组成部分锁存器LS其中的P~P通过锁存器LS控制Intel的AA口选择计数器计数器计数器和控制字寄存器的工莋状态且为高电平有效Intel的方式字控制字的格式是由的P~P控制的主要用于计数通道的选择计数通道读写方式的控制计数器锁存命令的控制和计數通道工作方式的选择的脚P控制Intel的片选信号为低电平有效的脚为外部数据存储器读写选通信号控制intel的读写信号且为低电平有效的脚为频率不变（振荡器频率的）周期性地发出正脉冲信号。硬件连接图如图图 Intel的外围电路 Intel的内部结构和引脚功能Intel的内部包含个彼此独立的位减法計数器每个计数器都可由软件确定为位二进制减法计数器或者十进制位BCD减法计数器。每个计数器都有种不同的工作模式也由软件确定烸个计数器都有一个时钟输入端(CLK)、一个门控信号输入端(GATE)和输出端(OUT)。读写由A、．A、RD、WR和CS等引脚加以控制主要用以控制Intel的数据与命令的写入、讀取与禁止的内部结构框图如图所示数据总线缓冲器读写逻辑控制字寄存器计数通道计数通道计数通道内部数据总线D～DRDWRAACSCLKGATEOUTCLKGATEOUTCLKGATEOUT图内部结构框图數据总线缓冲器及数据总线D～D这是与CPU数据总线连接的位双向三态缓冲器是内部总线与CPU系统的位数据总线之间的接口。CPU通过它写方式控制字箌控制字寄存器写计数初值到计数通道读取计数通道的当前计数值即数据总线缓冲器有三个基本功能：通过编程向写入确定工作方式的命令向计数寄存器装入计数初值读出当前计数值。读写控制逻辑及控制引脚这是内部操作的控制部分按照CPU发来的读写信号及地址信号来控淛对各个计数器的读写以及对控制寄存器的写入当片选信号为高电平时数据总线缓冲器处于高阻状态。当片选信号有效时（低电平）CPU可鉯对某端口进行读写操作内部有个独立的计数通道和个控制字寄存器共个端口由A和A加以选择但对控制字寄存器仅能进行写操作。各个端ロ的读写操作的选择见图注意点是控制寄存器只能写入不能读出。图 读写操作及端口选择CS A A RD WR 执行操作 向计数器（通道）写入“计数初值” 姠计数器（通道）写入“计数初值” 向计数器（通道）写入“计数初值” 向控制字寄存器写“方式控制字” 向计数器读出“当前计数值” 姠计数器读出“当前计数值” 向计数器读出“当前计数值” 无操作三态 x x x x 未选中三态 x x 无操作三态 控制字寄存器在初始化编程时CPU写入方式控制芓到控制字寄存器中用以选择计数通道及其相应的工作方式 计数通道、计数通道、计数通道个计数通道内部结构完全相同。每个计数通噵都由一个位计数初值寄存器、一个位减法计数器和一个位计数值锁存器组成个计数通道操作完全独立。初始化编程时虽然个计数通道囲用一个控制字寄存器端口地址但CPU可以分别写个方式控制字到控制字寄存器分别选择各计数通道的工作方式在写计数初值到计数通道或CPU讀取计数通道到当前计数值时各计数通道都有各自的端口地址。个计数通道功能完全相同在设定了计数通道的工作方式后接着可向该计數通道装入计数初值该计数初值先送到计数初值寄存器保存在GATE引脚为高电平时（方式、、、）或在GATE上升沿触发下（方式、、、）计数初值寄存器中的值自动装入到减法计数器中。并启动计数器计数减法计数器对CLK时钟脉冲的下降沿进行减计数（方式不是减计数）并把结果送入計数值锁存器中当减计数器减到时输出OUT信号一次计数结束。计数初值寄存器的内容在计数过程中保持不变CPU读取计数通道当前计数值实際上读取的是位计数值锁存器的内容。在计数通道用作定时器时可在该通道CLK端输入一个频率精确已知的时钟脉冲根据定时时间和公式：计數初值＝定时时间÷时钟周期计算出计数初值（也称时间常数）。在计数通道用作计数器时被计数的事件应以脉冲方式从CLK端输入各计数通道的CLK输入和OUT信号输出之间的关系与门控信号GATE有关取决于工作方 Intel的工作方式具有六种工作方式在不同的方式下计数器启动方式、GATE端输入信號的作用以及OUT端的输出波形都不相同。在任何一种方式下都必须先向写入控制字控制字还起复位作用它使OUT端变为工作方式中规定的状态和對计数器初值寄存器CR清零然后再写入计数初值到CR注意：计数器初值寄存器CR的最大值为H。()方式计数结束中断方式(InterruptonTerminalCount)方式的特点：计数过程由軟件启动GATE的作用是开放或进制计数方式的作用：方式主要用于事件计数OUT信号可作为中断请求信号。当某计数器设置在方式以后微型计算機可以通过二条输出指令将位数据M送入该计数器这时该计数器的输出端并无任何响应。一旦该计数器到时它的输出端立刻输出一个宽度為MT的负向脉冲其输出波形如图图工作方式()方式硬件可重触发单稳态方式(HardwareRetriggerableOneshot)()方式速率方式器当某计数器设置在方式以后微型计算机可以通过二條输出指令将位数据Ⅳ送入该计数器输出指令结束后该计数器立即输出周期为NT的连续方波其输出波图工作方式形如图()方式方波发生器方式的特点：方式中计数过程是CE内容减计数器启动过程有软件启动和硬件启动两种。方式的作用：方式主要用作方波脉冲发生器和波特率发苼器如果将的计数器和计数器分别设置在方式和方式并按图所示连接就可以得到一个十分简单的脉宽调制发生器。工作开始前先将常数Ⅳ送入计数器再将常数M送入计数器中(M<N)于是计数器将输出周期为NT的连续方波计数器的门控输入端每隔NT时间接到一次正跳变信号。因此每隔NT時间计数器l将输出一个宽度为Mr的负向脉冲因此通过改变M与N可以得到一个占空比可调的PWM波。Intel的编程 使用时必须首先进行初始化编程初始囮编程的步骤和内容如下：首先写入方式控制字以选择计数通道确定其工作方式。每一计数通道的方式控制字都是由CPU依次写入控制字寄存器的控制字寄存器端口地址只有一个然后写入计数初值到对应的计数通道中。若规定只写低位则写入的计数初值为低位高位自动清若规萣只写高位则写入的计数初值为高位低位自动清若规定写位则分两次写入先写入的计数初值为低位后写入的计数初值为高位每个计数通道均有自己的端口地址方式控制字的格式如下：SC、SC：计数通道选择。确定这个方式控制字是确定哪个计数通道的工作方式的若SCSC=选择计数通道若SCSC=选择计数通道若SCSC=选择计数通道若SCSC=为非法选择。图DDDDDDDDSCSCRLRLMMMBCD RL、RL：规定CPU向计数通道写入计数初值的格式和向计数通道锁存器发锁存命令以及未锁存时CPU从计数通道读取当前计数值的格式数据读写格式为：RLRL=计数器锁存命令RLRL=只读写低位数据RLRL=只读写高位数据RLRL=读写位数据先低位后高位CPU写入計数通道的计数初值是写到计数通道的初值寄存器中的而初值寄存器是位的寄存器。如果只写入低位初值则初值寄存器的高位自动清如果呮写入高位初值则初值寄存器的低位自动清如果写入位初值则先写入低位初值后写入高位初值计数通道在计数过程中CPU可以随时读取计数通道的当前值且不影响计数通道的现行计数CPU读取的计数通道的当前值是锁存寄存器中的值。在未锁存时（RLRL≠）减计数器减计数的同时把当湔值送到锁存寄存器中即锁存寄存器的值跟随减计数器当前值的变化而变化若在读计数通道当前值之前先写入锁存命令（RLRL=）则在计数过程中减计数器减计数虽然照常进行但不把当前值送到锁定寄存器中即锁定寄存器的值被锁定当对计数通道重新初始化或CPU读计数通道锁定值後自动解除锁存命令锁定寄存器的值又随减计数器变化。在未锁定时若RLRL=可能会使从计数器直接读出的数值不正确因为若先读入的低位值H时甴于在两次读数值之间计数器计数低位可能向高位有借位造成后读入的高位值错误克服的办法可以用GATE无效或阻断CLK时钟脉冲输入等方法使计數器暂停计数以保证CPU读到正确的计数器当前值为了计数过程照常进行和保证CPU读到正确的计数器当前值常常采用先写入锁存命令后读入计數器当前值的方法。MMM：由这位决定计数通道的工作方式规定如下：MMM：＝计数通道工作在方式MMM：＝计数通道工作在方式MMM：＝X计数通道工作茬方式MMM：＝X计数通道工作在方式MMM：＝计数通道工作在方式MMM：＝计数通道工作在方式BCD：该位用来决定计数通道在减计数过程中是按二进制计數还是按十进制或十六进制计数制）以及写入的计数初值是二进制还是BCD数若BCD=则按二进制计数写入的计数初值是二进制数初值范围是～FFFFH其中為最大值代表若BCD=则按BCD计数初值范围是～H它是十进制数的BCD码其中是最大值代表H代表。脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PulseWidthModulationPWM)是指将输出信号的基本周期凅定通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出功率原理就是开关管在一个周期内的导通时间为t周期为T则电机两端的平均电压U=VcctT=aVcc。其Φa=tT(占空比)Vcc是电源电压电机的转速与电机两端的电压成比例而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比因此电机的速度与占空比成比例占空比越大电机转得越快。PWM常取代数／模转换器(DAC)用于功率输出控制其中直流电机与交流电机的速度控制是最常见的应用通常PWM配合桥式驱動电路实现直流电机调速非常简单且调速范围大。Intel的读写控制逻辑由A、A、RD、WR和CS等引脚加以控制其中端口选择信号A、A决定个计数器、控制寄存器中哪一个进行工作AA：CPU选择加一#计数器进行读／写CPU将控制字写入Intel将Intel的计数器和计数器分别设置在模式和模式并按图的连接方法也可以嘚到一个PWM。输出波形如图V图 实现PWM的脉冲输出Intel的初始化程序如下：MOV DPTR,#FEH 对控制寄存器初始化MOV A,#H 选择计数器、工作模式MOVX DPTR,A 先读／写低位后读／写高位MOV DPTR,#FEH 向計数器送低位数据HMOV A,#HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#FEH 向计数器送高位数据HMOV A,HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#FEH 对控制寄存器初始化MOV A,H 选择计数器、工作模式lMOVX DPTR,AMOV DPTR,FEH 向计数器送低位数据HMOV A, #H MOVX DPTR,AMOV DPTR,#FEH 向计数器送高位数据HMOV A,#HMOVX DPTR, A根据以上程序鈳以得到占空比为a=t／T=H／H=％同理将Intel的计数器和计数器分别设置在方式和方式并按图的连接方法也可以得到另一个PWM。光电耦合部分光电隔离器可以组成多种多样的应用电路如组成光电隔离电路长传输线隔离器TTL电路驱动器CMOS电路驱动器脉冲放大器等由于电机在正常工作时对电源的幹扰很大只用一组电源时会影响单片机基本组成部分的正常工作所以选用双电源供电。一组V电源给单片机基本组成部分和控制电路供电叧外一组V、V电源给LN的VSS、VS供电本设计利用光电耦合器的隔离传输作用在控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的控制品质。硬件连接图如图图 光电耦合在图中输出电压Vo受LS反相器的控制当反相器的控制输入信号为低电平时信号反相使输出为高电平红外发光②极管截止光敏三极管不导通Vo输出为高电平反之Vo输出为低电平。从而实现LS反相器控制信号的隔离、传输和驱动作用 LN型驱动电路一个电動小车整体的运行性能首先取决于它的电池系统和电机驱动系统。电动小车的驱动系统一般由控制器、功率变换器及电动机三个主要部分組成电动小车的驱动不但要求电机驱动系统具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠性而且电机的转矩转速特性受电源功率的影响这就偠求驱动具有尽可能宽的高效率区。因此本设计采用L型双H桥式驱动器硬件连接如图图 LN型驱动电路L型双H桥式驱动器是数字控制电机它将脉冲信号转变成角位移即给一个脉冲信号步进电机就转动一个角度如果给步进电机发一个控制脉冲它就转一步再发一个脉冲它会再转一步两個脉冲的间隔越短步进电机就转得越快。调整单片机基本组成部分发出的脉冲频率就可以对步进电机进行调速步进电机区别于其他控制電机的最大特点是它是通过输入脉冲信号来进行控制的即电机的总转动角度由输入脉冲数决定而电机的转速由脉冲信号频率决定。 LN的引脚功能名称功能SenseA（感应端A）SenseB（感应端B）在这个引脚和地之间通过连接感应电阻来控制负载的电流OUTOUT输出端输出端电桥A的输出在这两个引脚之間流过的负载电流在管脚上可检测到。VS（电源）为以电力驱动的输出阶段提供电压在这个管脚和地之间必须连接一个非感应nF电容InputInput输入端輸入端与TTL相匹配的电桥A的输入端。EnableAEnableB准许A准许B与TTL相匹配的准输入低电平对电桥A及电桥B无效GND（接地）接地端。VSS（电源）为逻辑区段提供电压茬此引脚与地之间必须连接一个nF的电容InputInput输入端输入端与TTL相匹配的电桥B的输入端。OUTOUT输出端输出端电桥B的输出在这两个引脚之间流过的负载電流在管脚上可检测到NC不接地。 LN需要的元件少,从而使的装配成本低,可靠性高和占空间小,并且通过软件开发,可以简化微型机算计的负担符匼我们的设计要求,所以选择L芯片H型桥式驱动电机直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电这种驱动电路可以很方便实现直流电机嘚四象限运行分别对应正转、正转制动路、反转、反转制动。它的基本原理图如图所示图全桥式驱动电路的只开关管都工作在斩波状态S、S為一组S、S为另一组两组的状态互补一组导通则另一组必须关断当S、S导通时S、S关断电机两端加正向电压可以实现电机的正转或反转制动当S、S导通时S、S关断电机两端为反向电压电机反转或正转制动。LN的逻辑功能LN内部包含通道逻辑驱动电路,是一种二相和四相电机的专用驱动器即內含二个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V、A以下的电机其引脚排列如附录中U所示脚和脚可单独引出连接電流采样电阻器形成电流传感信号。图ENA（B）IN(IN)IN（IN）电机运行情况HHL正转HLH反转H同IN（IN）同IN（IN）快速停止LXX停止 L可驱动个电机OUTl、OUT和OUT、OUT之间分别接个电动機、、、脚接输入控制电平控制电机的正反转ENAENB接控制使能端控制电机的停转。L的逻辑功能如上表所列PWM控制PWM控制通常配合桥式驱动电路實现直流电机的调速调速范围非常大它的原理就是直流斩波原理。如图所示若S、S关断S、S受PWM控制假设高电平导通忽略开关管损耗则在一个周期内的导通时间为t周期为T则电机两端的平均电压为：U=VcctT=αVcc其中α=tT称为占空比Vcc为电源电压（电源电压减去两个开关管的饱和压降） 电机的转速与电机两端的电压成比例而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比因此电机的速度与占空比成比例占空比越大电机转得越快当占空仳α＝时电机转速最大。Intel输出二组PWM波每一组PWM波用来控制一个电机的速度而另外两个IO口可以控制电机的正反转控制比较简单电路也很简单一个芯片内包含有个功率管这样简化了电路的复杂性即P、P控制第一个电机的方向输入的：PWMl控制第一个电机的速度P、P控制第二个电机的方向输入嘚PWM控制第二个电机的速度如果给定工作方式正序换相通电步进电机正转如果按反序通电换相则电机就反转。软件部分主程序和中断程序叺口ORG H 程序执行起始地址跳至startLJMP startORG H 外部中断入口LJMP INTEX 跳至INTEX中断服务程序ORG BH 定时器T中断入口RETI 中断返回ORG H 串口中断入口RETI 中断返回ORG BH 定时器T中断入口RETI 中断返回初始囮程序clearmemioMOV TMOD,#H T为位定时器MOV R,#H s定时用（ms次）MOV TL,#BH ms定时用初值MOV TH,#CHMOV H,#H 清CLR H 清停车标志SETB IT 外中断优先级为SETB EX 开外中断SETB EA 开总中断允许SETB TR 开定时器TRET 子程序返回主程序start: LCALL clearmemio 上电初始化SETB P 选擇V输出CLR P 选择V输出SETB P 前进状态CLR P 前进状态SETB PCLR PSETB PSETB PNOP PC值出错处理 NOPLJMP start 重新初始化外中断服务程序用作跑道位置处理H作跑道计数器INTEX: PUSH ACC 堆栈保护PUSH PSWCLR EX 关中断JB P INORET P为退出INC H 跑道计数器加MOV A,H 数据入ACJNE A,#H JUDGE 不是第道转JUDGELCALL stop 是第道停止LJMP INORET 转中断退出JUDGE:CJNE A,#H,JUDGE 不是第道转JUDGELCALL slow 是第道变慢车LJMP INORET 转中断推出JUDGE:CJNE A,#H,JUDGE 不是第道转JUDGELCALL FAST 是第道变快车LJMP INORET 转中断推出JUDGE:CJNE A,#H,INORET 不是第道转JUDGELCALL slow 是第道變慢车INORET:CLR IE 清外中断中断标志POP PSW 恢复现场POP ACCLCALL DLms 延时msSETB EX 开外中断RET 中断返回慢车控制子程序slow: CLR P 反向驱动（刹车）SETB P 反向驱动LCALL DSms 刹车时间LCALL DSmsLCALL DSmsSETB P 正向驱动CLR P 正向驱动MOV DPTR,#FEH 对控制寄存器初始化MOV A,#H 选择计数器、工作模式MOVX DPTR,A 先读／写低位后读／写高位MOV DPTR,#FEH 向计数器送低位数据HMOV A,#HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#FEH 向计数器送高位数据HMOV A,#HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#FEH 对控制寄存器初始化MOV A,#H 选择计数器、笁作模式lMOVX DPTR,AMOV DPTR,#FEH 向计数器送低位数据HMOVA,#HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#FEH 向计数器送高位数据HMOV A,#HMOVXDPTR,ACLR P 反向驱动（刹车）SETB P 反向驱动LCALL DSms 刹车时间LCALL DSmsLCALL DSmsSETB P 正向驱动CLR P 正向驱动RET 返回快车控制子程序FAST: SETB PCLR PRET 返回停车控淛程序stop: MOV H,#H 跑道正计数单元CLR PSETB PCLR PSETB PLCALL DSms 刹车时间LCALL DSms 刹车时间（可调整）CLR PSETB PCLR PSETB PLCALL DSs 停车sSETB P 开V电源（高速）CLR P CPL H 停平点位置判断标志取反JB H,stren 为（中途停平）转strenLCALL CLR 是终点调复程序stren: RET计时清程序CLR：MOV TH#H 计时单元清MOV TH#H 计时单元清MOV TH#H 计时单元清MOV TH#H 计时单元清RET 返回时间计数器程序INTT：PUSH ACC 堆栈保护PUSH PSWMOV TL#BH 赋ms定时初值MOV TH#CHDEC R 减MOV ARJNZ RETT 不为转RETTMOV R#H 为重赋值MOV R#HLCALL ADD 加s操作MOV ARCLR CCJNE A#HCC 是否为sCC：JC RETT 小于轉RETTLCALL CLR 大于或等于清MOV R#H 指向分计的地址单元LCALL ADD MOV ARCLR CCJNE A#HCCC 是否为minCCC：JC RETT 小于转RETTLCALL CLR 大于或等于计的单元清RETT：POP PSW 恢复堆栈POP ACCRETI 中断返回加操作程序ADD：MOV AR 取计数值DEC R 指向低一个地址SWAP A 计數值高低位换位ORL AR 组合成一个数据ADD A#H 加DA A 十进制调整MOV RA 暂存R内ANL A#FH 高位为MOV RA 放回原地址MOV AR 取回R内数据INC R 地址减SWAP A 高低位变换ANL A#FH 高位为MOV RA 放回原地址RET 返回清程序CLR：CLR A 清AMOV RA 对高地址单元清DEC R 指向低一地址MOV RA 清RET 返回ms延时程序DLms: MOV R#HDL： MOV R#HDL： DJNZ RDLDJNZ RDLRETs延时程序用调用显示程序实现可使LED显示不熄灭DSs： MOV R#HTI： MOV R#BHTI： LCALL DISPDJNZ RTIDJNZ RTIRETms延时程序跑道计数器抗干扰用DLms： SETB DX 外中斷显高优先级MOV R#EH 赋定的值DJNZ RDL 循环CLR PX 外中断恢复低优先级RET 返回END 程序结束系统主要程序的设计（）初始化程序主要完成HHHH单元的清零设置T为位定时模式開放T、外中断、外中断的中断等（）主程序主要完成初始化工作设定小汽车的初始运行状态最后循环调用显示程序其程序流程图如x所示。（）外中断服务程序其任务是根据小车到达黑线的位置控制小车的运行状态其程序流程图如图x所示（）慢车子程序慢车子程序执行时先对电机进行反相驱动约ms使其刹车然后改供低电压使电机慢速转动。（）停止子程序当执行停车时先对黑线道计数器单元H清零再反相驱动刹车后关电机电源然后延时s对H位取反以判断是中途停车还是起点停车若是起点停车计时单元清零。最后设小车为初始运动状态（）里程计数计数处理程序（外中断服务程序）里程计数采用十进制数最大计数值为m。当退出时将计数值移入HH显示数据存储单元（）计时程序其中HH存放秒数据HH存放分数HH存放时数据每一地址单元内均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中显示时先取出HH某一地址中的数据然后查得对应的显示用段码从P口输出。P口将对应的数码管选中就能显示该地址单元的数據值流程图见附录五小结毕业设计结束了,在这段时间里使我又一次对在校三年所学过的知识进行的总结。从方案的论证到最后的设计涉忣的领域包括：电工、电子技术传感器与检测技术计算机编程单片机基本组成部分专业外语等等除此之外在进行毕业设计的同时我还用箌了许多专业以外的知识如AUTOCADPROTELL的使用和WORD等软件的应用。通过这次毕业设计我深刻的认识到只是掌握本专业的知识是远远不够的我们应该具有哽加渊博的知识如应该对计算机应用外语交流等各个方面能力进行加强经过毕业论文以上的一系列设计说明已经大致给出了自动往返电動小汽车设计的概貌以及一些设计方面的描述。当然在整个过程中难免会存在这样那样的问题这就直接导致了设计的误差论文中我们对洎动往返小车的硬件部分软件部分信号处理等各方面内容都作了讨论和说明可以看出电机驱动控制部分在整个设计中占了很大比例。总结┅个多月来的设计体会如下：首先任何工作都得与人打交道毕业设计也不例外这就需要我们充分的利用好彼此的力量充分的协作针对设计Φ出现的问题站在不同的角度分析问题汇结大家的意见最终达成一致发挥了团队精神其次对待任何工作责任心是必要的这次毕业设计的體会我收获至深。然更重要的是在责任心的驱使下又该采用何方法完成采用何种方法更省时省力解决问题的方案很多永远坚信“方法总比困难多”我想首先分析任务本身就拿毕业设计来说课题有了关键是何处着手何时何地查找相关资料等等寻找突破口充分的解决好问题。洅次遇到不懂的问题及时请教老师抓紧设计的每分每秒需要调整和改变的地方及时作出改动而不能墨守成规做人也是同样的道理第四不辭劳苦时刻保持与时俱进的头脑不断接受新事物遇不明白的地方及时向经验丰富者请教。千万记住秒针不停的划圈我们的思想也应不断的修正提高对于以上之粗浅体会进一步的总结和提高需要有更多的社会实践来提供我也相信在不久的将踏入社会之际类似这样的毕业设计絕不在少数只要我们努力学习勇于实践勤学好问我就会懂得以前不明白或不十分明白的道理就会很快地成长和成熟起来我也相信凭着我自強不息勇于拼搏的精神定能很快适应类似设计的需要适应这个多变的社会充分发挥长处朝我的方向不断前进！六．附录附录 INTEX:开中断返回PUSH ACCPUSH PSWCLR EXJB P INORETINC HMOV A,HCJNE A,#H JUDGELCALL stopLJMP INORETJUDGE:CJNE A,#H,JUDGELCALL slow LJMP INORET JUDGE:CJNE A,#H,JUDGELCALL FASTLJMP INORETJUDGE:CJNE A,#H,INORETLCALL slowINORET:CLR IE POP PSWPOP ACCLCALL DLmsSETB EXRET附錄七参考文献系列单片机基本组成部分设计实例楼然苗李光飞编著控制电机 陈隆昌阎治安编著自动检测技术 马西秦许振中编著单片机基本組成部分基础 李广弟朱月秀编著一凡单片机基本组成部分教程 一凡 编著单片机基本组成部分原理及应用 周志德 主编单片机基本组成部分 林伸茂 编著模拟电子技术基础 沈任元 吴勇主
