有害气体声光报警器和机器人行走控制电路正文.docx

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有害气体声光报警器和机器人行走控制电路正文

小型智能控制系统设计

机器人行走控制电路

1设计总体方案

1.1设计思路

用单片机作主控芯片，用数字键盘作为输入部分，控制时间的输入，同时用七段数码管显示（用七段显示译码器驱动显示）。

直流电机用单片机控制，同时用H桥电路作为电机的正反转控制电路。

单片机程序部分根据以上思路编写。

1.2总体方框图

键盘输入电路

单片机

电机控制电路

显示电路

图1-1：

机器人行走控制原理方框图

1.3完整原理图

用protues软件绘制成如下系统原理图（图1-2）

图1-2整体原理图

2设计原理分析

2.1单片机外围电路

说明：

图3-1是单片机外围基本电路。

只有具备这些基本外围电路，单片机才能正常工作（注意：

其中单片机电源，接地端被隐藏）

外围基本电路有时钟产生电路（本电路用内部产生方式），复位电路（本电路带有手动复位，便于控制单片机的复位。

图2-1：

单片机外围电路

2.2电机控制电路

图2-2：

电机控制电路

工作原理说明：

芯片L298是恒压恒流桥式2A驱动芯片，内部是由两块H桥电路封装而成。

IN1,IN2,ENA是一部分，IN2,IN3,ENB是一部分，其中ENA，ENB是使能控制端。

表一：

L298功能模块

ENA

IN1

IN2

运转状态

0

任意

任意

停止

1

1

0

正转

1

0

1

反转

1

1

1

制停

1

0

0

停止

由表一L298功能模块可以看出电机的工作状况，由单片机控制IN1,IN2的输入，从而很好的控制电机的正转反转，达到设计目的。

恒压恒流桥式2A驱动芯片L298的具体介绍见5.1节。

2.3开关输入及控制电路

图2-3：

键盘输入及控制电路

原理说明：

改变ws1-ws5的开合，形成高低电平，通关单片机识别从而改变其正反转的时间。

Sw5为程序控制键，sw6为进退时间控制按键。

2.4显示控制电路

图2-4：

显示控制电路

原理说明：

七段显示译码器74LS47为输出低电平有效，用以驱动共阳极显示器，它把由ABCD输入的二进制译码后，显示在数码管上，直观的显示了时间。

2.5整体工作原理说明

当开关有开合时，使ＡＢＣＤ输出相应的二进制，此二进制输入单片机，单片机“记住“输入的数据，再由程序控制，输出并显示在数码管上：

同时控制电机的正转，反转时间，实现整个电路的正常运行。

运行中，可以打开程序控制键，按下复位按键，即可重新调节正反转的时间。

3程序

3.1程序设计思路

图4-1程序设计思路

3.2整体程序及说明

#include"reg51.h"

sbitin1=P3^5;

sbitin2=P3^6;

sbitda=P3^0;

sbitkts=P3^1;//跳出'显示'程序控制端

sbitkqbh=P3^2;//显示控制端

chara[2]={0};

voiddelay1s（void）//1秒延时程序

{unsignedchari,j,k;

for（k=100;k>0;k--）

for（j=20;j>0;j--）

for（i=248;i>0;i--）;

}

voidmain（）

{while

（1）

{if（da==1）

if（kqbh==1）

{a[0]=P0;P1=a[0];}//存储‘前进’显示时间于a[0]中

else

{a[1]=P0;P2=a[1];}//存储'后退'显示时间于a[1]中

if（kts==0）break;

}

while

（1）

{in1=1;

in2=0;

for（;P1>0;P1--）//'前进'显示程序

{delay1s（）;}

delay1s（）;

P1=a[0];

in1=0;

in2=1;

for（;P2>0;P2--）//'后退'显示程序

{delay1s（）;}

delay1s（）;

P2=a[1];

}

}

4主要器件说明

4.1驱动芯片L298N

L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。

可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。

L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。

4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。

输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。

1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。

L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。

5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。

EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。

表1是L298N功能逻辑图。

　　In3，In4的逻辑图与表1相同。

由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。

同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。

4.2AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高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。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

5.2.1主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

4.2.2管脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

4.2.3振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

4.2.4芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

结束语

经过一年的模电，数电的学习以及个人单片机自学，掌握了一些理论知识，却缺少必须的动手机会，只有个别的实验有机会进行，但是有过于模式化，难以完全的锻炼我们的自主学习和实践的能力。

同时把理论转化为实践是必须的，我们必须为自己寻找一些机会，而非只是纸上谈兵。

课程设计就为我们提供了这样一个宝贵的机会。

课设过程中，我努力的独立思考同时查阅借鉴资料，完成相关题目，学习到很多平时只是做题难以触及的知识和技能，不仅极大的增强了我的兴趣同时还大大提高了我的学术研究水平。

课设期间，遇到问题，独立解决或同学在一起讨论，形成合作精神，受益匪浅，并在不长的时间内学会了简单运用多种软件如protues,PCB制作。

衷心希望以后能有跟多的机会参加课程设计等相关时间学习，努力提高我的实战水平。

成为一个合格优秀的工科本科生。

致谢

首先感谢龚老师在此期间对我的指导和帮助，其次感谢我的各位同学，我在他们身上学习到很多，没有老师和各位组员以及所有同学的帮助，这项课程设计必定难以完成。

参考文献

1）《新编电子电路大全》第1、2、3、4卷中国计量出版社组编

2）《传感器及其应用电路》何希才编著电子工业出版社

3）《电力电子变流技术》黄俊王兆安编机械工业出版社

4）《集成电路速查手册》王新贤主编山东科学技术出版社

5）《集成电路速查大全》尹雪飞陈克安编西安电子科技大学出版社

附录

机器人设计所用器件

名称

规格型号

位号

数量

单片机

AT89C51

U1

一片

电机驱动芯片

L298

U2

一片

反相器　　

无

U4

一片

译码器

74LS47

U5，U7

两片

数码管

无

HT,QJ

两片

Button

无

无

1个

SWITCH

无

KTS,KQBH

6个

石英晶体

无

X1

一个

电容

33p

C1,C2

两个

10u

X1（电解电容）

一个

1n

C3

一个

电阻

10k

R7，R8

两个

1k

R1-R6

六个

本科生课程设计成绩评定表

姓名

周墨寒

性别

男

专业、班级

电气0901班

课程设计题目：

小型智能控制系统设计

课程设计答辩或质疑记录：

30、三态门输出的三种状态分别为：

高电平、低电平和高阻态。

60、在一张电路图上标示有R1210，C2410。

你能判断出这个电阻的阻值和电容的容量吗？

答；R12可以，阻值为10欧姆。

C24不行。

成绩评定依据：

设计方案和内容

（30分）

制作与调试

（30分）

说明书内容和

规范程度

（20分）

答辩

（10分）

考勤

（10分）

总分

（100分）

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

2011年7月日