基于MCS-51单片机智能小车毕业论文(2)

1.绪 论

1.1 课题研究的背景

随着现代科技的飞速发展，单片机已经在各个领域得到越来越广泛的应用。单片机由于体积小，功耗低两个基本特征，在通讯，家电，工业控制，仪器仪表，汽车等产品中都可以看到单片机的身影。单片机技术也随着集成电路技术的进步在近几年飞速的发展，这种发展可以分为两方面：一方面在硬件上单片机内部集成了越来越多的功能部件，如A/D，D/A，PWM，WATCHDOG，LCD驱动，串行口，大容量FLASH存储器等；另一方面在开发手段上从汇编语言向高级C语言过度，计算机仿真调试，IAP，ISP技术的应用使单片机开发周期大大的缩短，为各类产品更新，软件的升级提供了可靠的技术保障。在设计单片机应用系统时，由于历史的原因，目前在国内仍然以8051系列单片机为主 [1]。

作为电子专业的学生，非常有必要通过对实际产品的设计和制作，了解现代IT产品的开发全流程。全面提高机，电，光，算知识的综合应用能力，掌握从系统级，电路级，到芯片级各个层次的设计和实现手段。基于上述原因，我选择此设计课题，在此设计过程中，将会用到多门学科的理论知识，复习和巩固了以前所学的知识，更重要的是培养了发现问题，分析问题，解决问题的能力，还有锻炼了动手能力，是一次很好的实践，对以后的学习和工作也会有所帮助。

1.2 开发的意义

科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，已远远超出了计算机科学的领域。小到玩具、信用卡，大到航天器、机器人，从实现数据采集、过程控制、模糊控制等智能系统到人类的日常生活，到处都离不开单片机,此设计正是单片机的一个典型应用。此设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能.此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的需要。

1.3 课题研究的方案

本选题是用单片机技术开发智能小车,通过对路面的检测能实现自动的前进,左右转弯,后退等基本功能,能够方便的应用于路面的安全巡检.小车的控制单元主要包括传感器及调理电路,步进电机及驱动电路,控制器三个部分.小车的行动离不开传感器通过两个红外光电传感器,根据路面的情况分别输出高低信号,由于传感器检测到的信号比较微弱,通过比较运放将其信号扩大,调理,使其输出兼容TTL电平,以便与控制器接口.控制系统,这里采用AT89C52,控制器按一定的时钟周期对光电检测器的输入信号采样检测,根据光电检测器的状态,判断小车的动作,给步进电机输出正确的控制信号,实现电机的转动.通过定时器中断用汇编语言编程实现对小车的控制,改变定时器的初值控制小车的速度.电机部分，在这里采用的是四相八拍反应式步进电机,实现上只要按一定的时钟周期(不小于1.25ms),往四个控制端循环输出一组固定的控制字即可,因左右论轮的安装是反向的,要前进两个步进电机的转动必须是反向的,这里的方向可以由通电顺序来改变，如左转,左轮停止右轮转动就可以了;反之,右转时,右轮停止左轮转动便是, 要使步进电机停止转动，只要输出其他的固定的控制字即可.步进电机的运行还要一个驱动电路,这里采用ULN2803驱动芯片.最后,由于系统各部分的驱动电压，电流的不同,在电源的设计上,用7805进行转换,满足各个模块的需要.

在软件设计方面,则分为三个模块,即数据采集模块,信号处理模块,控制器控制电机模块.此设计结构简单,采用传统的单片机汇编语言进行编程,通过编译成机器语言,再由通信软件将机器码文件送入单片机联机经KEIL C51仿真调试.多次验证结果的正确性。

2.系统硬件设计

2.1 系统设计原理及框图

基于MCS-51单片机智能小车 控制器设计与实现

本系统的功能是机器小车沿地面黑白轨道完成自动寻迹，即实现左转弯，右转弯，前进，停止，后退的功能。

工作过程是：二个红外光电传感器探测地面情况，由于轨迹为黑色的，不产生反射，其感应信号表现为低电平，通过比较运放后以高电平的形式输出到控制芯片，相反则为低电平，通过比较运放将感应信号放大输出，光电检测放大电路将其状态送入控制器AT89C52，对输入的信号进行相应的判别，并用汇编语言编写程序控制光电传感器的检测间隔，以及小车运动的速度，用驱动芯片ULN2803驱动小车运动，其运动的方向与检测信号有关，控制器根据步进电机类别输出相应的控制字，让小车实现角位移。

其系统框图如图2.1所示：

图2.1 系统结构框

2.2 单片机

2.2.1概念

所谓单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机 [2]。因此单片机早期的含义为单片微型计算机（single chip microcomputer），直接译为单片机，并一直沿用至今。

2.2.2单片机硬件

单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成一台功能独特的、完整的单片微型计算机 [3]。图2.2为单片机的典型结构框图。

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图2.2 单片机的典型结构框图

下面简要介绍各组成部分。

（1）中央处理器

单片机中的中央处理器CPU和通用微处理器基本相同，由运算器和控制器组成，另外增设了“面向控制”的处理功能，如位处理、查表、多种跳转、乘除法运算、状态检测、中断处理等，增强了实时性。

（2）存储器

单片机的存储空间有两种基本结构。一种是普林斯顿结构（Princeton），将程序和数据合用一个存储器空间，即ROM和RAM的地址同在一个空间里分配不同的地址。CPU访问存储器时，一个地址对应惟一的一个存储单元，可以是ROM，也可以是RAM，用同类的访问指令。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛（Harvard）结构。CPU用不同的指令访问不同的存储器空间。由于单片机实际应用中“面向控制”的特点，一般需要较大的程序存储器。目前，包括MCS-51和80C51系列的单片机均采用程序存储器和数据存储器截然分开的哈佛结构。

① 数据存储器（RAM）

在单片机中，用随机存取的存储器（RAM）来存储数据，暂存运行期间的数据、中间结果、缓冲和标志位等，所以称之为数据存储器。一般在单片机内部设置一定容量（64KB～256KB）的RAM，并以高速RAM的形式集成在单片机内，以加快单片机的运行速度。同时，单片机内还把专用的寄存器和通用的寄存器放在同一片内RAM统一编址，以利于运行速度的提高。对于某些应用系统，还可以外部扩展数据存储器。

② 程序存储器（ROM）

单片机的应用中常常将开发调试成功后的应用程序存储在程序存储器中，因为不再改变，所以这种存储器都采用只读存储器ROM的形式。

（3）并行I/O口

单片机为了突出控制的功能，提供了数量多、功能强、使用灵活的并行I/O口。使用上不仅可灵活地选择输入或输出，还可作为系统总线或控制信号线，从而为扩展外部存储器和I/O接口提供了方便。

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（4）串行I/O口

高速的8位单片机都可提供全双工串行I/O口，因而能和某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连接。

（5）定时器/计数器

在实际的应用中，单片机往往需要精 …… 此处隐藏：2662字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……