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智能循跡小車(chē) 【摘要】 本課題是基于低功耗單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，小車(chē)完成的主要功能是能夠自主識(shí)別黑色引導(dǎo)線(xiàn)并根據(jù)黑線(xiàn)走向?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)定的尋線(xiàn)行駛。小車(chē)系統(tǒng)以單片機(jī)為系統(tǒng)控制處器；采用紅外傳感獲取賽道的信息，來(lái)對(duì)小車(chē)的方向和速度進(jìn)行控制。此外，對(duì)整個(gè)控制軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和程序的編制以及程序的調(diào)試，并最終完成軟件和硬件的融合，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的預(yù)期功能。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 這次設(shè)計(jì)智能小車(chē)的目的是為了掌握電路設(shè)計(jì)的方法和技巧。如何將學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中去，怎樣能夠活學(xué)活用，深入的了解電子元器件的使用方法，了解各種元器件的基本用途和方法，能夠靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障，學(xué)會(huì)獨(dú)立設(shè)計(jì)電路，積累更多的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) ，加強(qiáng)焊接能力和技巧，完成基本的要求。并能完美的完成這次實(shí)訓(xùn)。 根據(jù)老師給的控制要求，和自己的發(fā)揮擴(kuò)充能力，獨(dú)立的，大膽的去實(shí)踐，開(kāi)拓創(chuàng)新，能夠?qū)⒆约旱南敕w現(xiàn)到實(shí)際電路當(dāng)中去。 二、設(shè)計(jì)方案 該智能車(chē)采用紅外傳感器對(duì)賽道進(jìn)行道路檢測(cè)，單片機(jī)根據(jù)采集到的信號(hào)的不同狀態(tài)判斷小車(chē)當(dāng)前狀態(tài)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)出控制命令，控制電機(jī)的工作狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)姿態(tài)的控制。 三、各芯片說(shuō)明 W981216BH-6 一種髙速度同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM), 具有 1M 字(words) *4 層(banks)*16 位(bits)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)組織.傳輸數(shù)據(jù)帶寬最高達(dá) 166M 字/秒(-6)。 對(duì)SDRAM是否訪(fǎng)問(wèn)是突發(fā)導(dǎo)向。在一個(gè)頁(yè)面連續(xù)的內(nèi)存位置可在一個(gè)1, 2, 4, 8或整頁(yè)突發(fā)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)長(zhǎng)和行選擇組由活動(dòng)命令。列地址自動(dòng)生成的SDRAM的內(nèi)部計(jì)數(shù)器在突發(fā)運(yùn)作。隨機(jī)欄也可以通過(guò)閱讀在每個(gè)時(shí)鐘周期提供其地址。該多組特性使交織在內(nèi)部銀行隱藏預(yù)充電時(shí)間。通過(guò)讓一個(gè)可編程的模式寄存器，該系統(tǒng)可以改變突發(fā)長(zhǎng)度，延時(shí)周期，交錯(cuò)或連續(xù)突發(fā)最大限度地發(fā)揮其性能。 W981216BH是在理想的主內(nèi)存高性能應(yīng)用。 特征： 1、.3V0.3V電源 2、截至143 MHz時(shí)鐘頻率 3、2,097,152字4層16 位組織 4、自動(dòng)刷新和自刷新 5、CAS 延時(shí)：2和3 6、突發(fā)長(zhǎng)度：1, 2, 4, 8,和整頁(yè) 7、突發(fā)讀，寫(xiě)單人模式 8、自動(dòng)預(yù)充電和預(yù)充電控制 9、4K刷新周期/ 64 ms TE28F160C3BD70（快閃記憶體） 該設(shè)備提供高性能異步的包兼容密度讀取與16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)。 該器件提供三種低功耗節(jié)電功能：自動(dòng)節(jié)能待機(jī)（APS)，,模式和深度掉電模式，這三個(gè)功率節(jié)省功耗的功能顯著增強(qiáng)靈活性 特點(diǎn)：1、柔性Smart Voltage技術(shù) 2.7 V– 3.6 V讀/編程/擦除 2、1.65 V–2.5 V或2.7 V–3.6 V / O選項(xiàng) 降低整體系統(tǒng)功耗 3、優(yōu)化架構(gòu)的代碼，數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 4、柔性塊鎖定 鎖定/解鎖任何座，保護(hù)上電 5、低功耗 6、128-bit保護(hù)寄存器 SN74LVC1G14 施密特觸發(fā)器是一種特殊的門(mén)電路，與普通的門(mén)電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個(gè)閥值電壓，分別稱(chēng)為正向閥值電壓和負(fù)向閥值電壓。這種單一的施密特觸發(fā)器逆變器是專(zhuān)為1.65-V到5.5-V VCC運(yùn)作。該器件包含一個(gè)SN74LVC1G14逆變器和執(zhí)行布爾函數(shù)Y = A。 施密特觸發(fā)器也有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持；對(duì)于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號(hào)，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只要幅度大于vt+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用： 1、波形變換：可將三角波、正弦波等變換成矩形波 2、脈沖波的整形：數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖在傳輸中經(jīng)常發(fā)生波形畸變，出現(xiàn)上升沿和下降沿出現(xiàn)不夠理想的情況，可用施密特觸發(fā)器整形后，獲得較理想的矩形脈沖 3、脈沖鑒幅：幅度不同、不規(guī)則的脈沖信號(hào)時(shí)加到施密特觸發(fā)器的輸入端時(shí)，能選擇幅度大于欲設(shè)值的脈沖信號(hào)進(jìn)行輸出。 晶振作用：給單片機(jī)正常工作提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。 MAX3221 MAX3221由一條線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，一條線(xiàn)接收器和一個(gè)帶有15-kVESD保護(hù)的雙電荷泵。該器件可滿(mǎn)足TIA/EIA-232-F要求，并在一個(gè)異步通信控制器和串行端口連接器之間提供接口。電荷泵和四個(gè)小型外接電容器可在3V到5.5V電源電壓下工作。這些器件在數(shù)據(jù)信號(hào)率達(dá)到250 kbit / s和最高的30-V/s 驅(qū)動(dòng)輸出回轉(zhuǎn)率時(shí)工作。 應(yīng)用： 1、電池供電，手持，和便攜式設(shè)備 2、PDAs和掌上PCs 3、筆記本，Subnotebooks和筆記本電腦 4、數(shù)碼相機(jī) 5、移動(dòng)電話(huà)和無(wú)線(xiàn)設(shè)備 RS232 RS-232是現(xiàn)在主流的串行通信接口之一。 MAX809R 是功能單一的MAX809/MAX810微處理器復(fù)位芯片。用于監(jiān)測(cè)微處理器和其它邏輯供應(yīng)電壓系統(tǒng).它可以在上電、掉電、和節(jié)電情況下向微控制器提供復(fù)位信號(hào)。當(dāng)電源電壓低于預(yù)設(shè)的門(mén)檻電壓時(shí)，器件會(huì)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，直到在一段時(shí)間內(nèi)電源電壓又恢復(fù)到高于門(mén)檻電壓為止。 MAX809有低電平有效的復(fù)位輸出，而MAX810有高電平有效的復(fù)位輸出。典型值是17uA的低電平電流時(shí)MAX809/MAX810能理想地用于便攜式，電池供電的設(shè)備，它們使用3管腳的SOT23封裝。 應(yīng)用：嵌入式控制器、電池供電系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、PDA和手持式設(shè)備 LED FOR DEBUG（LED調(diào)試） LED：發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光 CD4066 CD4066是四雙向模擬開(kāi)關(guān)，主要用作模擬或數(shù)字信號(hào)的多路傳輸。引出端排列與CC4016一致，但具有比較低的導(dǎo)通阻抗。另外，導(dǎo)通阻抗在整個(gè)輸入信號(hào)范圍內(nèi)基本不變。CD4066由四個(gè)相互獨(dú)立的雙向開(kāi)關(guān)組成，每個(gè)開(kāi)關(guān)有一個(gè)控制信號(hào)，開(kāi)關(guān)中的p和n器件在控制信號(hào)作用下同時(shí)開(kāi)關(guān)。這種結(jié)構(gòu)消除了開(kāi)關(guān)晶體管閥值電壓隨輸入信號(hào)的變化，因此在整個(gè)工作信號(hào)范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗比較低。與單通道開(kāi)關(guān)相比，具有輸入信號(hào)峰值電壓范圍等于電源電壓以及在輸入信號(hào)范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗比較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 應(yīng)用： （1）模擬信號(hào)開(kāi)關(guān)/多路復(fù)用：信號(hào)選通、調(diào)制器、靜噪控制、解調(diào)器、 削波器、換向開(kāi)關(guān) （2）數(shù)字信號(hào)開(kāi)關(guān)/多路復(fù)用3、傳輸門(mén)邏輯實(shí)現(xiàn)4、模擬到數(shù)字及數(shù)模轉(zhuǎn)換5、數(shù)字控制頻率，阻抗，相位和Analog Signal Gain VS2576 VS2576系列電壓調(diào)節(jié)器是單片集成電路，提供了所有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的有效功能，在極好的線(xiàn)路和負(fù)載調(diào)解下具有3A的驅(qū)動(dòng)能力。這種器件適合于3.3V，5V，12V，15V的固定電壓，和可調(diào)的輸出形式。 只需最少數(shù)量的外圍器件，調(diào)節(jié)器就會(huì)被使用，內(nèi)部包含有頻率補(bǔ)償和一個(gè)固定頻率的振蕩器。 VS2576系列提供了一個(gè)高效的，比較流行的三端線(xiàn)性調(diào)節(jié)器，他從根根上降低了半導(dǎo)體散熱片的尺寸，在許多情況下不需要散熱。 現(xiàn)在幾個(gè)不同的生產(chǎn)商已經(jīng)生產(chǎn)了由VS2576優(yōu)化制作的標(biāo)準(zhǔn)的電感器系列，這個(gè)特性大大簡(jiǎn)化了功耗開(kāi)關(guān)模式的設(shè)計(jì)。 其他特性還包括在指定的輸入電壓和輸出負(fù)載條件下，保證4%輸出電壓的誤差和10%振蕩器頻率的誤差。還包括外圍關(guān)閉電路，典型值為50uA備用電流。輸出轉(zhuǎn)換還包括在出錯(cuò)條件下，環(huán)路電流限制和出于芯片保護(hù)熱敏關(guān)閉電路。 主要特點(diǎn)： 1、3.3V，5V，12V，15V的固定電壓和可調(diào)節(jié)的輸出形式 2、可調(diào)節(jié)形式輸出電壓的范圍在1.23V到37V之間（對(duì)于高壓系列為57V），誤差范圍4% 3、保證3A的輸出電流 4、輸入電壓范圍，對(duì)于高壓系列為40V到60V 5、僅僅需要四個(gè)外圍器件 6、內(nèi)部振蕩器為52kHz的固定頻率 7、TTL關(guān)斷電路能力，低功耗等待模式 8、高效 C39：穩(wěn)壓器二極管 特點(diǎn)：總功耗：1、最大. 1.3 W；2、工作電壓范圍：標(biāo)稱(chēng)3.3 V到75 V (E24范圍） IN5822：3.0安培壘肖特基整流器 RED：交流線(xiàn)路頻率分頻器 P89LPC938FDH（微控制器（MCU）） 8-bit微控制器，帶有加速two-clock 80C51核心8 kb的3 V byte-erasable閃光10-bit A/D轉(zhuǎn)換器 該P(yáng)89LPC938是一種單芯片微控制器，低成本封裝，基于一個(gè)高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行在2到4個(gè)時(shí)鐘周期的指令，六倍標(biāo)準(zhǔn)80C51器件。許多系統(tǒng)級(jí)的功能已被納入P89LPC938，從而減少元件數(shù)量，電路板空間。 主要特點(diǎn)： 1、256-byte RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和輔助512-byte片上RAM 2、CCU提供PWM,輸入捕捉，輸出比較功能 3、準(zhǔn)確度的內(nèi)部RC振蕩器時(shí)不需要外部振蕩器的操作組件。該RC振蕩器選項(xiàng)可選，并?ne可調(diào) 4、 8-input復(fù)10-bit的A / D轉(zhuǎn)換器.兩個(gè)可選擇的模擬比較器輸入和參考源 功能： 1、一個(gè)高性能80C51 CPU提供111 ns指令周期222 ns所有除乘法和除法指令時(shí)，在18 MHz。執(zhí)行，這是六倍的標(biāo)準(zhǔn)80C51性能運(yùn)行在相同的時(shí)鐘頻率.較低的時(shí)鐘頻率相同的性能結(jié)果，降低功耗EMI。 2、串行Flash ICP允許簡(jiǎn)單的生產(chǎn)與商用EPROM編碼程序員。閃光安全 bits防止讀數(shù)敏感的應(yīng)用程序。 3、串行Flash ISP允許編碼，而該設(shè)備是安裝在最終應(yīng)用。 4、在應(yīng)用中的Flash程序存儲(chǔ)器的編程.這允許改變代碼在程序運(yùn)行。 5、看門(mén)狗有獨(dú)立的片內(nèi)振蕩器，無(wú)需外部元件。看門(mén)狗預(yù)分頻器有8種選擇 AMS1084-3.3 可調(diào)和固定的電壓調(diào)節(jié)器AMS1084系列旨在提供5A輸出電流和操作到1V input-to-output差距。該裝置的漏失電壓為保證在最大輸出的最大1.5V當(dāng)前，減少在低負(fù)載電流。片上微調(diào)調(diào)節(jié)參考電壓1%.電流限制也修剪，超負(fù)荷的壓力下最小同時(shí)在條件穩(wěn)壓器和電源電路。 該AMS1084設(shè)備的引腳與老式三端穩(wěn)壓器兼容，并在3鉛TO-220 包裝，3提供和2鉛TO-263（塑膠DD)和TO-252 (D PAK) 包裝。 特征： 1、三端可調(diào)或固定1.5V, 2.5V, 2.85V, 3.0V, 3.3V, 3.5V和5.0V 2、電流輸出5A 3、操作低至1V 漏失 4、線(xiàn)路調(diào)整：0.015% 5、負(fù)載調(diào)整率：0.1% 6、TO-220, TO-263和TO-252封裝 應(yīng)用： 1、高效率線(xiàn)性穩(wěn)壓器 2、用于開(kāi)關(guān)電源的后穩(wěn)壓器 3、微處理器供應(yīng) 4、電池充電器 5、恒流穩(wěn)壓器 6、筆記本電腦/個(gè)人電腦耗材 AMS1117_2.5 AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時(shí)，AMS1117器件的壓差保證最大不超過(guò)1.3V，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。 　　AMS1117的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到1.5%的誤差以?xún)?nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。 AMS1117器件引腳上兼容其他三端SCSI穩(wěn)壓器，提供適用貼片安裝的SOT-223，8引腳SOIC，和TO-252(DPAK)塑料封裝。 應(yīng)用： 高效率線(xiàn)性穩(wěn)壓器、用于開(kāi)關(guān)電源的后穩(wěn)壓器、5V到3.3V線(xiàn)性穩(wěn)壓器、電池充電器、積極SCSI終結(jié)者、筆記本電腦的電源管理、電池供電的儀器 IN4148是一種小型的高速開(kāi)關(guān)二極管，開(kāi)關(guān)比較迅速，廣泛用于信號(hào)頻率較高的電路進(jìn)行單向?qū)ǜ綦x,以及通訊、電腦板、電視機(jī)電路及工業(yè)控制電路中 CORE 雙核芯片，即在一枚芯片上封裝入兩個(gè)處理器。 HEADER 5 X 2 5 X2的接插件，用于接線(xiàn)。 復(fù)位電路 復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V5%，即4.75～5.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開(kāi)始正常工作。 單片機(jī)復(fù)位電路主要有四種類(lèi)型：（1）微分型復(fù)位電路；（2）積分型復(fù)位電路；（3）比較器型復(fù)位電路；（4）看門(mén)狗型復(fù)位電路。 復(fù)位電路工作原理：VCC上電時(shí)，C充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，C充滿(mǎn)，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。 DS1232LPS 該DS1232LP/LPS芯片低功耗MicroMonitor監(jiān)視微處理器三個(gè)重要條件：電源供應(yīng)器，軟件執(zhí)行和外部過(guò)騎. 引腳說(shuō)明： PBRST–按鍵復(fù)位輸入 TD–延時(shí)設(shè)置 TOL–選擇5%或10% V CC檢測(cè) GND–地面 RST–復(fù)位輸出（高） RST–復(fù)位輸出（低電平有效，開(kāi)漏） 意法半導(dǎo)體–選通輸入 VCC–+5伏電源 SKP1：揚(yáng)聲器 PDIUSBP11AD PDIUSBP11A是一個(gè)通用的USB收發(fā)器芯片。 USB接口主要用于傳輸數(shù)據(jù)。 74HCT541 為八進(jìn)制非反相緩沖器/線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器與三態(tài)輸出 特征： 1、非反相輸出 2、輸出能力：總線(xiàn) 驅(qū)動(dòng)器 3、ICC類(lèi)別：MSI 4、 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異，其技術(shù)也突飛猛進(jìn)，嵌入式系統(tǒng)是近年來(lái)發(fā)展很快的計(jì)算機(jī)方面的學(xué)科方向，并迅速滲透到控制、自動(dòng)化、儀器儀表等學(xué)科。 根據(jù)本次課程設(shè)計(jì)要求，我們系統(tǒng)地閱讀了大量的資料，并認(rèn)真分析了設(shè)計(jì)課題的需求，還系統(tǒng)學(xué)習(xí)了ARM系列單片機(jī)的工作原理及其使用方法，并獨(dú)自設(shè)計(jì)智能小車(chē)的整個(gè)項(xiàng)目。 雖然條件艱苦，但經(jīng)過(guò)不懈鉆研和努力，研究所有所需的元器件，并系統(tǒng)的進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，最終做出了整個(gè)小車(chē)的硬件系統(tǒng)，然后結(jié)合課題任務(wù)和小車(chē)硬件進(jìn)行了程序的編制，本系統(tǒng)能夠基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，能夠較快較平穩(wěn)的使小車(chē)沿引導(dǎo)線(xiàn)行駛，但由于經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰τ邢?，該系統(tǒng)還存在著許多不盡人意的地方，有待于進(jìn)一步的完善與改進(jìn)。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)我們課本所學(xué)知識(shí)的考查，更是對(duì)我的自學(xué)能力和收集資料能力以及動(dòng)手能力的考驗(yàn)。本次課程設(shè)計(jì)使我們對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)有了初步認(rèn)識(shí)，還認(rèn)識(shí)了幾種傳感器，并能獨(dú)立設(shè)計(jì)出其接口電路，極大的鍛煉了我們的思考和分析問(wèn)題的能力，并對(duì)嵌入式系統(tǒng)有了一個(gè)更深的認(rèn)識(shí)。 總之，在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，無(wú)論是對(duì)于學(xué)習(xí)方法還是理論知識(shí)，我們都有了新的認(rèn)識(shí)，受益匪淺，這將激勵(lì)我們?cè)诮窈笤俳釉賲?，不斷完善自己的理論知識(shí)，提高實(shí)踐運(yùn)作能力。