1、1保密类别 编 号 本 科 毕 业 论 文智能小车院(系)别 （小二号宋体居中）专 业 班 级姓 名 学 号 指导教师 中国传媒大学南广学院2013年 4 月 9 日摘 要随着科技的日益发展，人们对汽车的要求越来越高，在市场的不断需求下，新型的多功能小汽车应用技术越来越成熟，同时也推动着汽车智能化的发展。请填写标准的专业名称 如：广播电视工程请填写规范的班级名称 如：09 广电2智 能 汽 车 与 一 般 所 说 的 自 动 驾 驶 有 所 不 同 ， 它 指 的 是 利 用 多 种 传 感 器 和 智 能公 路 技 术 实 现 的 汽 车 自 动 驾 驶 ， 智 能 车 辆 可 以 识 别
2、周 围 环 境 、 自 动 判 断 、多 功 能 驾 驶 等 集 成 众 多 驾 驶 技 术 的 综 合 系 统 ， 它 把 计 算 机 技 术 、 传 感 器 技术 、 信 息 技 术 、 通 讯 技 术 、 智 能 机 器 识 别 以 及 自 动 化 等 技 术 ， 应 用 了 各 种新 型 的 技 术 。 目 前 ， 智 能 车 辆 主 要 朝 着 安 全 、 舒 适 ， 和 提 供 优 良 的 车 人 、人 车 交 换 系 统 。本次设计的智能循迹小车主要以单片机 89S52 为控制核心，实现自动循迹、避障以及手机遥控。循迹电路采用 4 路红外光电发射对管，并采用 L298 作为电机的
3、驱动芯片，并在四位数码管上显示实时路径，完成循迹功能。当不能循迹时，可以采用手机远程进行遥控。当小车避障传感器检测到车的前方有障碍物时，会自动停止运行，并发出报警声。关键字：循迹小车；89S52；L298；电机驱动ABSTRACTAlong with the development of science and technology, people on the car demand is higher and higher, in the market continued demand, the new type of multi-function car application techn
4、ology is more and more mature, but also promote the 3development of intelligent, the car. Smart cars and general had said to be automatic driving different, it refers to the use of sensor and intelligent road technology of the realization of the automatic car driving, intelligent vehicle is a collec
5、tion of environment planning and decision-making, perception, different functions such as auxiliary driving in an integrated system, it focuses on the computer, using modern sensor, information fusion, communication, artificial intelligence and automatic control technology, is typical of high-tech c
6、omplex.At present the studies of intelligent vehicle is mainly devoted to improve the cars safety, comfort, and provide good car interface.This design intelligent tracing the car on main on the single chip computer 89 S52 as control core, with 4 road electrcal to launch tube, and by using the L298 a
7、s the motor drive chip, and in the four digital tube display real-time path, complete the following mark function.Keywords: tracking car， 89S52，L298，Motor drive目 录一、绪论 4二、硬件电路设计 52.1硬件设计总体框图 52.2 电源电路设计 62.2.1电源电路设计原理 642.2.2 AMS1117-5.0 简介 72.3单片机最小系统 82.3.1控制电路分析 82.3.2单片机最小系统分析 82.3.3 AT89S52单片机简
8、介 92.4 电机驱动 .102.4.1驱动电路设计 .102.4.2 LM298内部结构 .112.4.3 H桥电机驱动电路 .112.5 循迹电路 .132.5.1 循迹电路设计 .132.5.2光电传感器 ST178简介 .142.5.3 LM339简介 .142.6 数码管显示电路 .152.6.1 实时显示状态 .152.6.1 数码管显示分析 .15三、循迹小车程序设计 .173.1程序设计框图 .173.2 循迹程序设计 .183.2.1 循迹传感器原理及其使用 .183.2.2 循迹程序分析与设计 .183.3 电机驱动程序设计 .21四、系统调试与仿真 .215.3 系统仿真
9、 .235.3.1小车仿真图 .23五、总结： .24参考文献 .25绪 论近现代，随着电子科技的迅猛发展， 人们对技术也提出了更高的要求。汽车的智能化在提高汽车的行驶安全性，操作性等方面都有巨大的优势，在一些特殊的场合下也能满足一些特殊的需要。智能小车系统涉及到自动控制，车辆工程，计算机等多个领域，是未来汽车智能化是一个不可避免的大趋势。5目 前 正 在 研 制 的 新 型 高 性 能 自 动 驾 驶 汽 车 是 智 能 能 汽 车 是 一 种 ， 这 种 汽车 可 以 根 据 周 围 的 环 境 自 动 驾 驶 ， 人 们 只 要 坐 在 车 上 就 行 。 这 种 智 能 汽 车上 装
10、有 和 人 类 似 的 “眼 睛 ”、 “大 脑 ”的 CCD 图 像 传 感 器 、 计 算 机 系 统 和自 动 控 制 系 统 之 类 的 设 备 ， 这 些 设 备 内 部 都 编 有 庞 大 的 计 算 机 程 序 ， 这 些程 序 让 汽 车 具 有 和 人 一 样 的 思 维 ， 可 以 “思 考 ”、 “判 断 ”、 “行 走 ”，并 能 够 自 动 进 行 启 动 、 加 速 、 刹 车 ， 还 能 够 自 动 绕 过 障 碍 物 。 在 周 围 环 境很 复 杂 的 情 况 下 ， 它 的 的 处 理 器 能 随 机 应 变 ， 自 动 选 择 最 佳 驾 驶 方 案 ，
11、让汽 车 能 正 常 、 顺 利 地 行 驶 。 一 般 情 况 下 ， 智 能 汽 车 的 “眼 睛 ”被 安 装 在 汽 车 右 前 方 、 上 下 距 离40cm 处 的 两 台 CCD 传 感 器 ， CCD 传 感 器 内 有 一 个 发 光 设 备 ， 并 可 同 时 发 出两 条 激 光 束 ， 交 在 一 定 距 离 内 ， 障 碍 物 的 图 像 只 有 在 这 个 距 离 范 围 内 才 能被 识 别 。 智 能 汽 车 的 “眼 睛 ”能 识 别 车 体 前 面 4 50M 之 间 的 弧 形 平 面 、 高度 为 10cm 以 上 的 障 碍 物 。 如 果 汽 车 前
12、 方 有 障 碍 物 ， 智 能 汽 车 的 “眼 睛 ” 就 会 向 处 理 器 “大 脑 ”发 出 信 号 ， 处 理 器 “大 脑 ”根 据 信 号 和 周 围 环 境 实际 情 况 判 断 是 否 直 行 、 绕 道 、 减 速 或 紧 急 刹 车 停 车 ， 并 选 择 最 佳 方 案 ， 然后 以 发 送 指 令 的 方 式 ， 命 令 汽 车 的 进 行 停 车 、 后 退 或 减 速 。 小 车 大 赛 以 迅猛 发 展 的 汽 车 电 子 作 为 参 考 背 景 ， 主 要 包 括 控 制 、 识 别 、 传 感 器 、 电 子 、电 气 、 计 算 机 、 机 械 等 多
13、门 技 术 的 应 用 比 赛 。如今车 辆 智 能 化 的 研 究 和 开 发 突 飞 猛 进 ， 通 过 这 些 研 究 可 以 提 高 车 辆 的控 制 与 驾 驶 安 全 性 ， 保 证 车 辆 在 行 驶 的 过 程 中 安 全 、 高 效 。 一 些 智 能 汽 车生 产 厂 家 ， 不 断 研 究 完 善 智 能 化 的 车 辆 控 制 系 统 ， 研 发 人 员 所 做 的 努 力 主要 是 延 伸 扩 展 了 驾 驶 员 的 控 制 、 视 觉 和 感 觉 效 果 ， 能 极 大 地 促 进 道 路 交 通的 安 全 性 。 以 技 术 弥 补 人 为 因 素 的 缺 陷 是
14、 智 能 车 辆 的 主 要 特 点 ， 即 便 在 很 复杂 的 道 路 情 况 下 ， 智 能 汽 车 也 能 自 动 地 的 控 制 车 辆 绕 开 障 碍 物 ， 按 照 指 定的 路 线 行 驶 。中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与 2003 年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车,南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了 7B.8 军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。吉林大学设计并制造了一辆用 CCD 识别地面铺设的条状路标导航的智能车辆，车辆由图像识别、行驶、转向、制动、避障和其他辅助系统组成
15、。目前，该车可以稳定的跟踪直线、弧线、S 型线等轨迹自动行驶，车速可达 20km/h。在国家科工委和国家 862 计划的资助下，清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室自 1988 年开始研制的 THMR 系列移动机器人取得了很大的6成功。它兼有面向高速公路和一般道路的功能，目前已经能够在校园的非结构化道路环境下，进行道路跟踪和避障自主行驶。可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。因此，对智能小车进行深入细致的研究，不但能加深课堂上学到的理论知识，更能将理论转化为实际运用，为将来打下坚实的基础。二、硬件电路设计2.1 硬件设计总体框图图 2-1 系统设计框
16、图原理框图简介：系统主要采用 89S52 单片机为主控芯片，将循迹模块采得的值进行处理，然后控制 2 个电机，实现左右转与前进后退。并把循迹模块采得的值实时的显示在数码管上，这样便于我们观察循迹的状态，当循迹超过范围时，单片机控制报警电路，发出报警。89S52单片机四位数码管显示循迹模块电机驱动报警+5V 电源+7.2V 电源手机遥控7电源部分给单片机以及各电路供电，本系统电机驱动部分和单片机等数字器件分开供电，单片机等数字器件用+5V 电源，电机用 +7.2V 电源。这样分开供电，避免了电机对单片机等数字芯片及器件的干扰。有利于提高系统的稳定性。2.2 电源电路设计图 2-2 电源电路2.2
17、.1 电源电路设计原理 电源电路我们采用 AMS1117-5.0 进行稳压，7.2V 电源是由两节锂电池串联起来得到的，S1 是开关， D1 主要保护作用，当我们把正负极接反时，电源不会被烧坏。7.2V 的电压经过 AMS1117-5.0 之后，会变为 5V，给单片机等其他的数字电路供电。7.2 则是给电机进行供电，这样分开供电主要是为了最大程序的减小电机在运行的过程中对单片机等数字电路和器件产生的干扰。C1 和 C2 是两个滤波电容，对电路起稳定作用。2.2.2 AMS1117-5.0 简介AMS1117 系 列 稳 压 器 有 可 调 版 与 多 种 固 定 电 压 版 ， 设 计 用 于
18、 提 供 1A 输出 电 流 且 工 作 压 差 可 低 至 1V。 在 最 大 输 出 电 流 时 ， AMS1117 输 出 输 入 之 间的 压 差 最 大 不 超 1.3V， 这 个 压 差 与 负 载 的 电 流 成 正 比 。 AMS1117 的 输 出 电 压 精 度 比 较 高 ， 误 差 电 压 调 控 制 在 1.5%以 内 ， 并 且输 出 电 流 也 可 以 进 行 调 整 ， 为 尽 量 减 少 电 路 超 载 而 造 成 芯 片 损 坏 。 8AMS1117 器 件 引 脚 上 其 他 稳 压 器 兼 容 ， 主 要 有 SOT-223， 8P SOIC， 和TO-
19、252 等 封 装 。 AMS1117 参 数 AMS1117 基 本 参 数 输 出 电 流 (A) 1 输 出电 压 (V) Adj,1.5, 1.8, 2.5, 2.85, 3.3, 5.0, * AMS1117 其 他 特 性 初 始 误 差 (%) 1.5 压 差 (V) 1.3 AMS1117 封 装 类 型 SOT-223 TO-252 SO-8 三 端 口 可 调 节 或 固 定 输 出 电 压 :1.5V, 1.8V, 2.5V, 2.85V, 3.3V 和 5.0V 输 出 电 流 1A 工 作 压 差 低 至1V 线 荷 载 调 节 ： 0.2% Max. 负 载 调 节
20、 ： 0.4% Max. 可 选 SOT-223,TO-252和 SO-8 封 装 AMS1117 应 用 :高 效 线 性 稳 压 器 后 置 稳 压 器 ， 用 于 交 换 式 电 源 5V至 3.3V 线 性 稳 压 器 电 池 充 电 器 有 源 SCSI 终 端 笔 记 本 电 源 管 理 电 池 供电 设 备图 2-3 AMS1117-5.0应用电路92.3 单片机最小系统图 2-4 单片机控制电路2.3.1 控制电路分析本系统主要采用 AT89S52 作为控制核心，P2 口主要接电机驱动和报警电路，P0 口接数码管的段，P1 口高四位接四位数码管的位选，低四位接循迹模块。18、1
21、9 接单片机的晶振，9 脚接复位。C15 起退耦作用，防止电源波动对单片机的影响2.3.2 单片机最小系统分析1.电源1089S52单片机的电压为 4.0V-5.5V。我们采用 AMS1117-5.0稳压进行供电，其中 C15为瓷片电容，主要起退耦作用，以使单片机能稳定工作。2.晶振 晶振结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。本系统主要采用的是 12M晶振，配合 2个 30pF的电容构成晶体振荡电路。3复位为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路首先是进
22、行上电复位，复位电路旁边的 1uF电容在上电瞬间给 RST端一个瞬时的高电平信号，当这个电容上面的电量充满时高电平的信号将回落，即RST端的高电平信号保持的时间是由外部这个充电电容决定的。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器 PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。2.3.3 AT89S52 单片机简介本系统主要采用 AT89C51 单片机，A T89C51 是 一 种 低 功 耗 、 高 性 能CMOS8 位 微 控 制 器 ， 具 有 8K 在 系 统 可 编 程 F
23、lash 存 储 器 。 使 用 Atmel 公司 高 密 度 非 易 失 性 存 储 器 技 术 制 造 ， 与 工 业 80C51 产 品 指 令 和 引 脚 完 全兼 容 。 片 上 Flash 允 许 程 序 存 储 器 在 系 统 可 编 程 ， 亦 适 于 常 规 编 程 器 。 在单 芯 片 上 ， 拥 有 灵 巧 的 8 位 CPU 和 在 系 统 可 编 程 Flash， 使 得 AT89C51为 众 多 嵌 入 式 控 制 应 用 系 统 提 供 高 灵 活 、 有 效 的 解 决 方 案 。 AT89C51 具有 以 下 标 准 功 能 ： 8k 字 节 Flash， 2
24、56 字 节 RAM32 位 I/O 口 线 ， 看 门 狗 定 时 器 ， 2 个 数 据 指 针 ， 三 个 16 位 定 时 器/计 数 器一 个 6 向 量 2 级 中 断 结 构 ， 全 双 工 串 行 口 ， 片 内 晶 振 及 时 钟 电 路 。AT89C51 可 降 至 0Hz 静 态 逻 辑 操 作 ， 支 持 2 种 软 件 可 选 择 节 电 模 式 。空 闲 模 式 下 ， CPU 停 止 工 作 ， 允 许 RAM、 定 时 器 /计 数 器 、 串 口 、 中 断继 续 工 作 。掉 电 保 护 方 式 下 ， RAM 内 容 被 保 存 ， 振 荡 器 被 冻 结
25、 ， 单 片 机 一 切 工 作停 止 ， 直 到 下 一 个 中 断 或 硬 件 复 位 为 止 。P0 口有三个功能1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图 1 中的 D0D7 为数据总线接口） 112、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图 1 中的 A0A7 为地址总线接口） 3、不扩展时，可做一般的 I/O 使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。P1 口只做 I/O 口使用：其内部有上拉电阻。P2 口有两个功能1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用 2、做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻；P3 口有两个功能除了作为 I/O 使用外（其内部有上拉电阻），还有一
26、些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。 有内部 EPROM 的单片机芯片（例如 8751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的， 即：编程脉冲：30 脚（ALE/PROG） 编程电压（25V）：31 脚（EA/Vpp） 接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池，这个电池是干什么用的呢？这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第 9 脚（即 RST/VPD）引入，以保护内部RAM 中的信息不会丢失。 （注：这些引脚的功能应用，除 9 脚的第二功能外，在“新动力 2004
27、 版”学习套件中都有应用到。）上拉电阻在介绍这四个 I/O 口时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一个什么东东呢？他起什么作用呢？都说了是电阻那当然就是一个电阻啦，当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果 P0口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。ALE/PROG 地址锁存控制信号在系统扩展时，ALE 用于控制把 P0 口的输出低 8 位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。（在后面关于扩展的课程中我们就会看到8051 扩展 EEPROM 电路，在图中 ALE 与 74LS373 锁存器的 G 相连接，当CPU 对外部
28、进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即 P0 口输出。ALE 有可能是高电平也有可能是低电平，当 ALE 是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE 信号负跳变（即由正变负）将 P0 口上低 8 位地址信号12送入锁存器。当 ALE 是低电平时， P0 口上的内容和锁存器输出一致。关于锁存器的内容，我们稍后也会介绍。 在没有访问外部存储器期间，ALE 以 1/6 振荡周期频率输出（即 6 分频），当访问外部存储器以 1/12 振荡周期输出（12 分频）。从这里我们可以看到，当系统没有进行扩展时 ALE 会以 1/6 振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使
29、用。PORG 为编程脉冲的输入端在第五课 单片机的内部结构及其组成中，我们已知道，在 8051 单片机内部有一个 4KB 或 8KB 的程序存储器（ROM），ROM 的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好的程序存入进这个 ROM 中的呢？实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是 PROG。 PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部 ROM 时 PSEN 低电平有效，以实现外部 ROM 单元的读操作。 1、内部 ROM 读取时，PSEN 不动作； 2、外部 ROM 读取时，在每个机器周期会动作两次； 3、外部 RAM 读取时，两个 PSEN 脉冲被
30、跳过不会输出； 4、外接 ROM 时，与 ROM 的 OE 脚相接。 参见图 2（8051 扩展 2KB EEPROM 电路，在图中 PSEN 与扩展 ROM的 OE 脚相接） EA/VPP 访问和序存储器控制信号 1、接高电平时： CPU 读取内部程序存储器（ROM ） 扩展外部 ROM：当读取内部程序存储器超过 0FFFH（8051）1FFFH（8052 ）时自动读取外部 ROM。 2、接低电平时：CPU 读取外部程序存储器（ROM）。 在前面的学习中我们已知道，8031 单片机内部是没有 ROM 的，那么在应用 8031 单片机时，这个脚是一直接低电平的。132.4 电机驱动图 2-5
31、电机驱动2.4.1 驱动电路设计电机驱动采用 L298 作为主要的驱动芯片，L298N 驱动芯片是由 SGS 公司的产品，比较常见的 15 脚 Multiwatt 封装，内部有 4 通道逻辑驱动电路。利用 LM298 及其外部辅助电路和电机构成驱动电路。单片机 IO 口接LM298 的六个输入控制端 IN1,IN2,IN3,IN4 以及 PWM2 和 PWM2，L298 的两个输出端 MOTO1，MOTO2 分别接两个电机。D3-D9 主要是保护电路，保护LM298 烧坏，因为当系统断电时，LM298 停止工作，但是电机由于惯性还会继续运动，此时电机相当于一个发电机，向外部电源发电。这个电压如
32、果直接加到 L298 的输出端就可能引起 LM298 烧坏。所以，必须在这个上面加上 8 个快恢复二极管，把电机断电时所发的电能吸收掉，这样就可以保护 LM298 不被烧坏。2.4.2 LM298 内部结构14图 2-6 L298 内部结构从内部结构图可知，用三极管组成 H 型平衡桥，驱动功率大，驱动能力强。同时 H 型 PWM 电路工作在晶体管的饱和状态与截止状态，具有非常高的效率。2.4.3 H 桥电机驱动电路图 2-7 中所示这是一个非常常用的电机驱动控制电路。因为它的形状和字母 H 非常相似，因此叫作“H 桥驱动电路”。4 个三极管组成这个电机驱动电路。如图所示，电机驱动电路 H 桥式
33、通常包括 4 个三极管和一个电机。导通对角线上的一对三极管，则电机运转。判断不同三极管对的导通与否，然后判断电流的流向，根据电流的流向控制电机的转向。15图 2-7 H 桥结构图对角线上的一对三极管导通则电机运转。例如，如图 2-7 所示，如果 Q1 管和 Q4 管导同时通时，电流就从三极管 Q1 从左至右如黑线所示流过电机，这样电机就正转了。在图中箭头所示的为电流流过的方向，这时电流将驱动电机正向转动。图 2-8 H 桥控制电机正转图 2-9 所示为三极管 Q2 和 Q3 导通时电流的流向，电流将从右至左逆时针方向流过电机。当三极管 Q2 和 Q3 导通时，电流将从右至左流过电机驱动电机沿逆
34、时针方向转动。16图 2-9 H 桥控制电机反转2.5 循迹电路图 2-10 循迹电路2.5.1 循迹电路设计循迹电路采用单光束反射取样式光电传感器 ST178，发射管发出红外线光，当遇到黑色物体时，红外光不能被反射回来，所以接收管不能接收到发射管发17出的红外光，因而不能导通，所以 LM339 的同相输入端是高电平，而反相输入端的电压比同相输入端要低，所以 LM339 的输出端此时为高电平。当遇到白色物体时，发射管发出的红外光可以经过物体反射到接收管，此时接收管导通，运放的同相输入端从高电平被拉成低电平，而反相输入端由于接有电阻，电压比同相输入端要高，从而出现了反相端电压高于同相端电压的情况
35、，所以 LM339 的输出端此时为低电平。当运放的输出端为高电平时，此时 LED 不亮，表示检测到的是黑线，当运放的输出端为低电平时，此时 LED 亮，表示检测到的是白线。根据 LED 灯的指示，我们可以知道循迹电路有没有正常工作。2.5.2 光电传感器 ST178 简介ST178 是单光束反射取样式光电传感器，它采用高发射功率红外发射二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调范围为 4mm-10mm，正向电流为50mA，耗散功率为 75mW。其内部原理图如下：图 2-11 单光束反射取样式光电传感器2.5.3 LM339 简介图 2-12 LM339 功能引脚配置LM339 芯片内部集成四
36、个单独的集成运算放大器，此集成运算放大器的特点是：1）信号源的内阻限制较宽；2）电源电压范围宽，单电源为 2-36V，双电源电压为1V- 18V；3）失调电压小，典型值为 2mV；4）共模范围很大，为 0（Ucc-1.5V）Vo；185）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339 集成块采用 C-14 型封装，外型及管脚排列如图。由于 LM339 使用灵活，应用广泛，所以世界上各大 IC 生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如 IR2339、ANI339、SF339 等，它们的参数基本一致，可互换使用。 M339 的输出端相当于一只不接集电极电阻的
37、晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选 3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 LM339 可构成 单限比较器、 迟滞比较器 、双限比较器（窗口比较器） 、振荡器等。 LM339 还可以组成高压数字逻辑门电路，并可直接与TTL、 CMOS 电路接口。2.6 数码管显示电路图 2-13 数码管显示电路2.6.1 实时显示状态显示电路为四位数码管，用来显示实时的循迹状态。通过数码管上的显示，我们可以清楚的判断小车是否正常工作，以及工作
38、的状态。当小车某一路检测19到黑线时，在数码管上对应的位上输出 1，当小车某一路检测到白线时，在数码管对应的位上输出 0。例如当小车第 2、3 路传感器检测到黑线，其他两路检测到白线时，数码管上显示 0110 。2.6.1 数码管显示分析在实际的单片机系统中，往往需要多位显示。动态显示应用非常广泛是一种最常见的多位显示方法，。用数码管显示测得的数据，数码管有 8段而每段必需占用一个单片机的 IO口，所以一位数码管必须占个单片机 IO口，本次设计采用 4位数码管，则需要32个 I/O 口，而 89C52单片机的 I/O 口只有 32个。动态显示能够很好的解决数码管占用单片机 IO口过多的问题。所
39、有数码管的段选全部连接在一起，如何能显示不同的内容呢？动态显示的原理是多位数码管，交替来进行显示，利用人的视觉暂留效果使人看到好像有多个数码管同时显示。在编程时，要用单片机控制段选和位选，所谓的位选是选中其中一个数码管，然后利用单片机输出段码，需要显示的数字就能显示在这位数码管上了，延时一段时间后，再选中另一个数码管，再输出对应的段码，高速交替。在动态显示程序中，各个位的延时时间长短是非常重要的，如果延时时间长，则会出现闪烁现象；如果延时时间太短，则会出现显示发暗且有重影。静态驱动就是给单独每一个 LED 供电。这样每个 LED 都有足够的电流，亮度也相应的比较高。动态扫描驱动就是把本来供给一
40、个 LED 灯的电流，同时分给了 N 个灯，所以它的亮度会有所降低。当然在同时供给两个 led 灯电流时不是平均的分配电流，而是 led 间扫描期间电流不断地交替，扫描的频率依据单片机的速度决定，也就是说各位的数码管上的电流在扫描频率内是供个其中一个 led，在下一个扫描频率内是供给了另一个 led。由上面的分析可以得到限流电阻 R 的值1LEDUIN若我们想让这个 4 位数码管的每段工作时的电流为 8mA.Uled 为正常工作时的电压取 1.7V。则我们可以得出限流电阻的取值为51.7=03.1250084R所以我们选取 100 欧的限流电阻。这样每个 LED 工作时的电流约为 8mA.在保
41、证 LED 能亮的同时不会被烧坏。20根据上面的计算可得每位数码的电流为 64mA,8550的集电极电流最大可达1.5A，完全满足设计要求。由于单片机最大的拉电流一般约为 2-5mA,所以必须串一个 1K的限流电阻，此处的三极管相当于开关作用，控制各位数码管的开关。2.7 手机遥控电路图 2-14 手机遥控电路手机遥控采用的是 HT9170 双音多频解码芯片，该芯片可以将手机发出的DTMF（双音多频信号）转化为 D0-D3 四个信号输出。用 D0-D3 表示不同的高低电平值，从而解码相应的 DTMF 信号。然后用解码出来的 DTMF 信号与单片机进行通信。双音多频 DTMF（Dual Tone
42、 Multi Frequency），双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含 4 个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF 信号有 16 个编码。利用 DTMF 信令可选择呼叫相应的对讲机。CCITT 规定每秒最多按 10 个键，即每个键时隙最短为 100MS，其中音频实际持续时间至少为 45MS，不大于 55MS，时隙的其他时间内保持静默，因此按键产生双音频信号时，相继的两个信号间隔一段时间；解码器利用这个时间识别出双音频信号，并转换成对应的数字信息，而且要识别出间隙信息。因此21流程包含音频任务和静默任务，前者是产生双音频采样值，后者产生静默样值
43、，每个任务结束时，要重置定时器和下一个任务。其中静默任务还要加上一个任务：从数字缓冲区取出数字并解包。解包就是将数字映射为对应的行列音频特性，装载指针指向振荡器特征表对应的正确位置。两个任务轮流执行。由CCITT（国际电报电话咨询委员会）的规定，数字之间必须有适当长度的静音，因此编码器有两个任务，其一是音频信号任务，产生双音样本，其二是静音任务，产生静音样本。每个任务结束后，启动下一个任务前（音频信号任务或静音任务），都必须复位决定其持续时间的定时器变量。在静音任务结束后，DSP 从数字缓存中调出下一个数字，判决该数字。信号所对应的行频和列频信号，并根据不同频率确定其初始化参数。双音多频的拨号
44、键盘是 44 的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如1相当于697 和 1209 赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。与单音编码不同，DTMF 信号是采用 8 中取 2 的方式，从高低两个音组中各取一个音频复合而成来代表 0-9 十个号码和其他功能码，再加上这 8 个音频信号的各频率同不存在谐波关系，大大减少了虚假信号灯干扰，因而 DTMF 信号工作可靠性特别是抗干扰能力很强。图 2-15 HT9170 解码输出表在编码时将击键或数字信息转换成双音信号并发送，解码时在收到的DTMF 信号中检测击键或数字信息的存
45、在性。一个 DTMF 信号由两个频率的音频信号叠加构成。这两个音频信号的频率来自两组预分配的频率组：行频组或列频组。每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。22DTMF 信号即双音频信号，最先用于程控电话交换系统来代替号盘脉冲信号，主叫用户摘机按键拨号后，电话号码所对应的 DTMF 信号通过电话线传到程控交换机中的 DTMF 接受电路，交换机中的微机识别被叫电话号码后，接通主被叫用户实现双方通话。DTMF 信号还用于自动控制系统，如果把 DTMF 的发送电路用于主控系统，接收电路用于被控系统，就可以方便地组成有线或无线通信系统，其通道数视需要而定，16 通道以内每通道只需编一位号码即可，若
46、需要更多通道，则可像电话号码编号一样编为两位或两位以上的号码。电话机中通常有 16 个按键，其中有 10 个数字键 09 和 6 个功能键*、#、A、B、C 、D 。由于按照组合原理，一般应有 8 种不同的单音频信号。因此可采用的频率也有 8 种，故称之为多频，又因它采用分别从高低频中任意抽出 1 种进行组合来进行编码，所以又称之为“8 中取 2”的编码技术。根据CCITT 的建议，国际上采用的多种频率为697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz 、1477Hz 和 1633Hz 等 8 种。用这 8 种频率可形成 16 种不同的组合，从而代表 16 种不同的数
47、字或功能键三、循迹小车程序设计3.1 程序设计框图开始初始化读取各传感器电平判断小车是否偏离23图 3-1 程序设计框图3.1.1 keil 简介Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行 Keil 软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系统。如果你使用 C
48、 语言编程，那么Keil 几乎就是你的不二之选，即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil 公司是一家业界领先的微控制器（MCU）软件开发工具的独立供应商。Keil 公司由两家私人公司联合运营，分别是德国慕尼黑的 Keil Elektronik GmbH和美国德克萨斯的 Keil Software Inc。Keil 公司制造和销售种类广泛的开发工具，包括 ANSI C 编译器、宏汇编程序、调试器、连接器、库管理器、固件和实时操作系统核心（real-time kernel）。有超过 10 万名微控制器开发人员在使用这种得到业界认
49、可的解决方案。其 Keil C51 编译器自 1988 年引入市场以来成为事实上的行业标准，并支持超过 500 种 8051 变种。Keil 公司在 2007 年被 ARM 公司收购。其两家公司分别更名为 ARM Germany GmbH 和 ARM Inc。Keil 公司首席执行官 Reinhard Keil 表示：“作为ARM Connected Community 中的一员，Keil 和 ARM 保持着长期的良好关系。左偏 直行 右偏右转调整 继续保持 左转调整数码管显示24通过这次收购，我们将能更好地向高速发展的 32 位微控制器市场提供完整的解决方案，同时继续在 uVision 环境下支持我们的 8051 和 C16x 编译器。”C51 工具包的整体结构，uVision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境(IDE ），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 C51 及 C51 编译器编译生成目标文件（.OBJ）。目标文件可由 LIB51 创建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件 (.ABS）。ABS 文
