電子信息類紅外線控小車設計論文

電子信息類紅外線控小車設計論文

　　論文關鍵字：單片機89C51 脈寬調制 直流電機 LED顯示

　　論文摘要：本課題組設計制作了一款具有智能功能的小車，功能強大。小車具有以下幾個功能：可遙控小車的車速，方向，可按喇叭，小車的狀態用LED和數碼管顯示。 而小車的車速和轉的方向則是通過直流控制電機的正轉反轉和轉速來控制，以及PWM的占空比通過轉換成二進制顯示在數碼管上以顯示小車的車速。而本文即是設計了用89C51和74HC138等控制的直流電機實現脈寬調制（PWM）調速系統，硬件電路實現了小車正轉，反轉，加速，減速的功能，給出了程序流程圖程序及仿真結果。

　　1目的及意義

　　大學畢業實習是完整大學生活的一部分，是本科學生畢業前的一個重要的實踐教學環節，是成長為一名高級專門技術人才所得到專門實踐訓練的重要手段。通過畢業實習可以使學生在畢業前有一定的職業意識、職業素養、職業經驗，可以使學生能較深入地了解本專業的生產技術、生產過程和知識，進一步加深對所學專業理論知識的理解，進一步熟悉實際產品研發的方法與過程，培養學生分析問題、解決問題的能力以及工程實際能力，為實際工作打下良好基礎。

　　（1）鞏固、聯系、充實、加深、擴大所學知識基礎理論和專業知識；

　�。�2）提高運用所學知識來解決實際問題的能力；

　�。�3）初步掌握專業設計工作的流程和方法；

　�。�4）學習體會典型電子產品項目開發團隊的角色構成及團隊角色協同工作技巧；

　�。�5）學習典型的電子產品開發技術；

　�。�6）學習體驗課堂理論知識在實際工程項目中的應用，積累項目實戰經驗；

　�。�7）感受電子產品研發對學生知識結構、技術技能、綜合素質的要求；

　�。�8）加速由學生向員工的身份轉變，增強同學的就業能力和信心；

　�。�9）學習體會電子產品企業規范化、專業化、標準化、規�；�的電子產品設計、開發流程、典型開發團隊中人員角色設置。

　　2實習任務及要求

　　實習題目：紅外遙控小車

　　實習具體要求：

　　(1) 可遙控小車的車速、方向、可按喇叭，同時小車的狀態用LED燈和數碼管顯示。

　　(2) 獨立查資料，同時訂立方案，然后畫出原理圖及其相應的PCB板，并且相關的程序并進行仿真。

　　(3) 焊接電路板，下載源程序進行調試。

　　3實習時間及地點

　　實習時間：2010年3月2日～2010年3月19日（3周）

　　實習地點：西華大學電氣信息學院專業實驗中心

　　4實習情況及完成情況

　　4.1主要芯片介紹

　　MCS—51系列單片機及其特點            

　�。�1）可靠性高：

　　因為芯片是按測控要求設計的，故抗干擾的能力優于PC機。系統軟件（如：程序指令，常數，表格）固化在ROM中，不易受到破壞。許多信號的通道均在一個芯片內，故運作時系統穩定可靠。

　�。�2）便于擴展：

　　片內具有正常運行所必需的部件，片外有很多供擴展用的（總線，并行和串行的輸入/輸出）管腳，很容易組成一定規模的系統。

　　（3）控制功能

　　具有豐富的控制指令：如：條件分支轉移指令，I/O口的操作指令，未處理指令。

　�。�4） 使用性好

　　體積小，功耗低，價格便宜，易于產品化。

　　單片機的發展簡介

　�。�1）第一階段（1971年到1978年），以MCS-48系列為代表，稱4位單片機。在片內：CPU有四位或8位，ROM有4KB或8KB,RAM有64B或128B,只有并行接口，無串行接口，只有一個8位的定時/計數器，中斷源只有兩個。在片外，尋址范圍只有4K,芯片引腳只有40個。

　　（2）第2階段（1978年到1983年），以MCS-51系列為代表的成為8為單片機：在片內：CPU有8位，ROM有4KB或8KB,RAM有256B或128B,只有并行接口，有串/并行接口，有2個或3個16位的定時/計數器，中斷源有5個至7個。在片外：尋址范圍有64KB，芯片引腳有40個。

　�。�3）第3階段（1983以后），以MCS-96系列為代表，稱16位單片機。在片內：CPU有16位，ROM有8KB,RAM有232B,有串/并行接口，有4個16位的定時器，中斷源有8個，增加了D/A和A/D轉換電路。在片外：尋址范圍有64KB，芯片引腳有48個或68個。

　　以上MCS-51系列以及優良的性價比，在我過得到了廣泛的應用。

　　4.2硬件模塊的設計

　　在本次的設計中，我們涉及的硬件模塊主要包括電源電路、串口電路、晶振電路、復位電路、顯示電路以及紅外收發電路組成。整體的組成框圖如圖4.1所示：

　　SHAPE  \* MERGEFORMAT

　　圖4.1 硬件組成框圖

　　4.2.1電源電路的設計

　　這次的設計我們選擇用USB接口供電的電路圖，是因為用USB接口供電比較方便，并且在此次的設計中，USB僅作供電用，不參與與PC機的數據傳輸。

　　在電路設計中，用LED燈來顯示電路是否通電，用一個開關制電源的通與斷。電源電路如圖4.2所示：

　　圖4.2 電源電路

　　4.2.2串口電路

　　RS-232C是美國電氣協會推廣使用的一種串行總路線標準，是DCE(數據通信設備，如微機)和DTE(數據終端設備，如CRT)間傳輸串行數據的接口總線。RS-232C最大傳輸距離為15m，最高傳輸速率約20kbps，信號的0電平為+3V～+15V。邏輯1電平為-3V～-15V。RS-232信號線和DB-9引腳關系如表4.1所示。

　　表4.1 RS-232管腳功能表

　　該產品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標準的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v，而一般的單片機應用系統的信號電壓是ttl電平0 +5v,max232就是用來進行電平轉換的,該器件包含2驅動器、2接收器和一個電壓發生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉換成5-V TTL/CMOS電平。每一個發送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA-232-F電平。MAX232是電荷泵芯片，可以完成兩路TTL/RS-232電平的轉換，它的的9、10、11、12引腳是TTL電平端，用來連接單片機的。

　　在設計中，若要使單片機和上位機進行，則必須要考慮接口電路。由于單片機通過串口發送出來的是TTL電平（0V和5V），而RS-232總線上輸入、輸出數據和控制信號為+12V左右的電壓，單片機要和PC的上位機通信就必須是電平一致，所以發送部分關鍵的部分是電平轉換和串口發送，電平轉換可以用模擬器件進行轉換，但是為了方便起見，本次設計采用的是集成芯片，一個芯片加上它的外圍電路即可完成電平的轉換的工作。結構簡單、方便容易，精確度高。本次所采用的是MAX232，我們要對其外圍電路進行設計。

　　MAX232是標準的串口通信接口，對于一般的雙向通訊，只需要使用串行輸入口RXD(第3腳)、串行輸出TXD(第2腳)和地線（第7腳）。該電路主要將TTL電平轉換為RS232電平注意：單片機的晶振選11.0592MHz，主要是讓其串口通信的初試化波特率時可更接近9600。MAX232邏輯電平的規定如表4.2，  其電路如圖4.3所示。

　　表4.2 邏輯電平表

　　圖4.3 串行通訊電路

　　4.2.3晶振電路的設計

　　晶體震蕩電路是為單片機提供穩定的11.0592MHZ的頻率。其電路圖如圖4.4所示：

　　圖4.4晶振電路

　　4.2.4復位電路的設計

　　復位電路可以在單片機不正常工作時，讓其復位，使其跳出錯誤的循環，重新開始進行新的運行。本次設計采用了如圖4.5的設計。

　　圖4.5 復位電路

　　4.2.5顯示電路的設計

　　此次設計我們要用到數碼管顯示電路和LED燈的顯示電路用以顯示小車狀態。數碼管顯示電路采用74LS138譯碼器來選擇控制數碼管的顯示，通過PNP三極管對輸出信號進行放大來驅動數碼管的顯示。數碼管采用共陽極，顯示數據信息通過P2口傳輸給數碼管，這樣就能完成數碼管對小車狀態的顯示功能，其電路圖如圖4.6所示：

　　圖4.6 數碼管顯示電路

　　此次電路設計的顯示小車狀態的電路還有LED顯示電路，LED顯示電路采用74HC573鎖存器將P0口傳來的數據用以控制LED燈的亮滅，其電路圖如圖4.7所示：

　　圖4.7 LED顯示電路

　　4.2.6紅外收發電路的設計

　　該模塊使用一體化紅外接收頭，其電路如圖4.8所示。瓷片電容為去耦電容，DOUT即是解調信號的輸出端，直接與單片機的P3.7口相連。有紅外編碼信號發射時，輸出為檢波整形后的方波信號，并直接提供給單片機。

　　圖4.8 紅外收發電路

　　4.3軟件的設計

　　要對然間進行設計，首先我們應該考慮到紅外接收的波形，在熟悉了紅外接收的波形的基礎上，才好更進一步的對然間進行設計。圖4.9是這次設計所用的遙控板的紅外接收信號的波形圖：

　　SHAPE  \* MERGEFORMAT

　　圖4.9 紅外接收波形圖

　　在搞清楚了紅外接收波形的原理以后，下面我們就可以開始設計本設計的程序了，圖4.10是本次設計的軟件流程圖：

　　該流程圖設計了P3.7口是否接收到低電平的判斷程序,解碼程序,遙控執行程序等主要的軟件模塊。

　　SHAPE  \* MERGEFORMAT

　　圖4.10 軟件流程圖

　　4.4系統調試

　　系統調試包括硬件調試和軟件調試兩部分。

　　4.4.1硬件調試

　　在完成了電路板的焊接之后,我們首先要做的是硬件的調試。我們將電路板通過USB接上電源后，電源的顯示燈亮了，這表示此電路板已通上電了，把電源處的開關按下之后，指示燈熄滅，這表示此時可以通過電源處的開關來給電路板供電。

　　然后分別按下與單片機相連的八個開關，對應的LED燈也都亮了，除了第四個燈沒亮之外。因此我么就用萬用表分別挨著側了一下與這個LED相關的器件，發現是LED接反了，將其接正了之后，此LED就能正常顯示了。由于這個電路比較簡單，在加上我們焊接板子的時候比較仔細，因此在硬件調試的時候沒有發現電路板有什么大的錯誤。

　　4.4.2軟件調試

　　Keil C是重要的軟件仿真軟件，對軟件的編寫有著重要的作用。

　　Keil C51 Vision2集成開發是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH開發的基于80C51內核的微處理器軟件開發平臺，內嵌多種符合當前標準的開發工具，可以完成從工程建立到、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發流程尤其是C編譯工具在產生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發大型項目時非常理想。Keil C51集成開發環境的主要功能有以下幾點：

　　Vision2 for Windows：是一個集成開發環境，它將項目管理、源代碼編輯和程序調試等組合在一個功能強大的環境中；

　　C51國際際準化C交叉編譯器：從C源代碼產生可重定位的目標模塊；

　　A51宏匯編器：從80C51匯編源代碼產生可重定位的目標模塊；

　　BL51鏈接器/定位器：組合由C51和A51產生的可重定位的目標模塊，生成絕對目標模塊；

　　LIB51庫管理器：從目標模塊生成連接器可以使用的庫文件；

　　OH51目標文件至HEX格式的轉換器，從絕對目標模塊生成Intel Hex文件；

　　RTX-51實時操作系統：簡化了復雜的實時應用軟件項目的設計。

　　這個工具套件是為專業軟件開發人員設計的，但任何層次的編程人員都可以使用，并獲得80C51單片機的絕大部分應用。

　　Keil Software提供了一流的80C51系列開發工具軟件，下面描述每個套件及其內容：

　�、臥K51專業開發套件。PK51專業開發套件提供了所有工具，適合專業開發人員建立和調試80C51系列微控制器的復雜嵌入式應用程序。專業開發套件可針對80C51及其所有派生系列進行配置使用。

　　⑵DK51開發套件。DK51開發套件是PK51的精簡版，它不包括RTX51 Tiny實時操作系統。開發套件可針對80C51及其所以派生系列進行配置使用。

　�、荂A51編譯器套件。如果開發者只需要一個C編譯器而不需要調試系統，則CA51編譯器套件就是最好的選擇。CA51編譯器套件只包含Vision2 IDE集成開發環境，CA51不提供Vision2調試器的功能。這個套件包括了要建立嵌入式應用的所有工具軟件，可針對80C51及其所有派生系列進行配置使用。

　�、華51匯編器套件。A51匯編器套件包括一個匯編器和創建嵌入式應用所需要的所有工具。它可針對80C51及其所有派生系列進行配置使用。

　�、蒖TX51實時操作系統（FR51）。RTX51實時操作系統是80C51系列微控制器的一個實時內核。RTX51 Full提供RTX51 Tiny的所以功能和一些擴展功能，并且包括CAN協議接口子程序。

　　一下是用KEIL C 運行本實驗程序的結果如圖4.11所示：

　　圖4.11 軟件調試圖

　　將用KEILC仿真程序所生成的HEX文件通過串行下載到單片機上之后，通過遙控板的控制，就可以實現此次設計的功能：按方向鍵的時候，相應的LED亮，按檔位鍵的時候，數碼管分別顯示1、2、3，同時led還要閃爍。

　　5產品的功能及指標參數

　　本次實習產品是紅外遙控小車，小車的功能：

　　(1)顯示小車的方向，車速，分別用LED燈和數碼管顯示了其狀態；

　　(2)當遙控板按下方向鍵時，相應的LED燈會亮，以此表示小車的前行方向；

　　(3)當按下遙控板的檔位鍵時，數碼管會分別顯示相應的車速1、2、3，同時伴隨著LED燈的閃爍，以此表示小車在變速。

　　6與體會

　　通過三周的努力我們設計出了紅外遙控小車的設計、制作和調試的任務。雖然沒有真正的小車實物，但我們用了數碼管和LED燈來代替了小車的狀態，通過遙控板對其進行了控制。

　　在設計的過程中用到了單片機，用到了Protel 99se。在Protel的界面中找到單片機芯片，畫出電源電路，復位電路，晶體振蕩電路，LED接口電路連線后實現PCB的轉換。做課程設計是為了讓我們對平時學習的理論知識與實際操作相結合，在理論和實驗教學基礎上進一步鞏固已學基本理論及應用知識并加以綜合提高，學會將知識應用于實際的方法，提高分析和解決問題的能力。在做課程設計的過程中，我深深地感受到了自己所學到知識的有限，明白了只學好課本上的知識是不夠的，要通過和互聯網等各種渠道來擴充自己的知識。同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，只有在充分的分工合作中才可以事半功倍做到最好，所以必須發揚團結協作的精神。

　　此次任務中主要做了下面幾點較突出的工作：

　�。�1）通過查閱大量的相關資料，詳細了解了紅外遙控系統的原理，明確了研究目標。

　�。�2）通過本次畢業實習進一步加深了對專業軟件的了解，并能夠靈活運用Protel 99se。

　�。�3）通過此次畢業實習重新復習并進一步學習了單片機；熟練掌握了WORD軟件的使用。

　　同時此次實習中也存在很多的問題，特別是軟件方面對程序的編寫還比薄弱，編寫出的程序還不能完全實現預期的目標。通過這次設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。有了這次的設計經驗，相信在以后的學習設計實踐過程中，我們可以做到更好。

【電子信息類紅外線控小車設計論文】相關文章：

電子信息類課程教學的論文12-08

電子信息類人才培養方案論文11-20

電子信息類實踐教學改革思路論文11-16

電子信息工程-畢業論文設計(4)03-15

電子信息工程-畢業論文設計(3)03-15

創新設計電子信息產品智能制造創論文05-03

碩士設計類畢業論文開題報告03-08

關于電子信息工程的論文01-01

電子信息工程論文模板11-29