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智能循跡小車 【摘要】 本課題是基于低功耗單片機的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)，小車完成的主要功能是能夠自主識別黑色引導(dǎo)線并根據(jù)黑線走向?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)定的尋線行駛。小車系統(tǒng)以單片機為系統(tǒng)控制處器；采用紅外傳感獲取賽道的信息，來對小車的方向和速度進(jìn)行控制。此外，對整個控制軟件進(jìn)行設(shè)計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，實現(xiàn)小車的預(yù)期功能。 一、實驗?zāi)康? 這次設(shè)計智能小車的目的是為了掌握電路設(shè)計的方法和技巧。如何將學(xué)習(xí)到的理論知識運用到實際當(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)會獨立設(shè)計電路，積累更多的設(shè)計經(jīng)驗 ，加強焊接能力和技巧，完成基本的要求。并能完美的完成這次實訓(xùn)。 根據(jù)老師給的控制要求，和自己的發(fā)揮擴充能力，獨立的，大膽的去實踐，開拓創(chuàng)新，能夠?qū)⒆约旱南敕w現(xiàn)到實際電路當(dāng)中去。 二、設(shè)計方案 該智能車采用紅外傳感器對賽道進(jìn)行道路檢測，單片機根據(jù)采集到的信號的不同狀態(tài)判斷小車當(dāng)前狀態(tài)，通過電機驅(qū)動芯片發(fā)出控制命令，控制電機的工作狀態(tài)以實現(xiàn)對小車姿態(tài)的控制。 三、各芯片說明 W981216BH-6 一種髙速度同步動態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM), 具有 1M 字(words) *4 層(banks)*16 位(bits)的存儲結(jié)構(gòu)組織.傳輸數(shù)據(jù)帶寬最高達(dá) 166M 字/秒(-6)。 對SDRAM是否訪問是突發(fā)導(dǎo)向。在一個頁面連續(xù)的內(nèi)存位置可在一個1, 2, 4, 8或整頁突發(fā)訪問時長和行選擇組由活動命令。列地址自動生成的SDRAM的內(nèi)部計數(shù)器在突發(fā)運作。隨機欄也可以通過閱讀在每個時鐘周期提供其地址。該多組特性使交織在內(nèi)部銀行隱藏預(yù)充電時間。通過讓一個可編程的模式寄存器，該系統(tǒng)可以改變突發(fā)長度，延時周期，交錯或連續(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時鐘頻率 3、2,097,152字4層16 位組織 4、自動刷新和自刷新 5、CAS 延時：2和3 6、突發(fā)長度：1, 2, 4, 8,和整頁 7、突發(fā)讀，寫單人模式 8、自動預(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。 該器件提供三種低功耗節(jié)電功能：自動節(jié)能待機（APS)，,模式和深度掉電模式，這三個功率節(jié)省功耗的功能顯著增強靈活性 特點：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 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 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)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閥值電壓，分別稱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)器逆變器是專為1.65-V到5.5-V VCC運作。該器件包含一個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)由輸入信號電位維持；對于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，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)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于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。 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)則的脈沖信號時加到施密特觸發(fā)器的輸入端時，能選擇幅度大于欲設(shè)值的脈沖信號進(jìn)行輸出。 晶振作用：給單片機正常工作提供穩(wěn)定的時鐘信號。 MAX3221 MAX3221由一條線驅(qū)動器，一條線接收器和一個帶有15-kVESD保護(hù)的雙電荷泵。該器件可滿足TIA/EIA-232-F要求，并在一個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)信號率達(dá)到250 kbit / s和最高的30-V/s 驅(qū)動輸出回轉(zhuǎn)率時工作。 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 5、移動電話和無線設(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。當(dāng)電源電壓低于預(yù)設(shè)的門檻電壓時，器件會發(fā)出復(fù)位信號，直到在一段時間內(nèi)電源電壓又恢復(fù)到高于門檻電壓為止。 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)、無線通信系統(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是四雙向模擬開關(guān)，主要用作模擬或數(shù)字信號的多路傳輸。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)通阻抗在整個輸入信號范圍內(nèi)基本不變。CD4066由四個相互獨立的雙向開關(guān)組成，每個開關(guān)有一個控制信號，開關(guān)中的p和n器件在控制信號作用下同時開關(guān)。這種結(jié)構(gòu)消除了開關(guān)晶體管閥值電壓隨輸入信號的變化，因此在整個工作信號范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗比較低。與單通道開關(guān)相比，具有輸入信號峰值電壓范圍等于電源電壓以及在輸入信號范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗比較穩(wěn)定等優(yōu)點。 應(yīng)用： （1）模擬信號開關(guān)/多路復(fù)用：信號選通、調(diào)制器、靜噪控制、解調(diào)器、 削波器、換向開關(guān) （2）數(shù)字信號開關(guān)/多路復(fù)用3、傳輸門邏輯實現(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)換開關(guān)調(diào)節(jié)器的有效功能，在極好的線路和負(fù)載調(diào)解下具有3A的驅(qū)動能力。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)器就會被使用，內(nèi)部包含有頻率補償和一個固定頻率的振蕩器。 VS2576系列提供了一個高效的，比較流行的三端線性調(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，這個特性大大簡化了功耗開關(guān)模式的設(shè)計。 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： 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，對于高壓系列為40V到60V 5、僅僅需要四個外圍器件 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：總功耗：1、最大. 1.3 W；2、工作電壓范圍：標(biāo)稱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P89LPC938是一種單芯片微控制器，低成本封裝，基于一個高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行在2到4個時鐘周期的指令，六倍標(biāo)準(zhǔn)80C51器件。許多系統(tǒng)級的功能已被納入P89LPC938，從而減少元件數(shù)量，電路板空間。 主要特點： 1、256-byte RAM數(shù)據(jù)存儲器和輔助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振蕩器時不需要外部振蕩器的操作組件。該RC振蕩器選項可選，并?ne可調(diào) 4、 8-input復(fù)10-bit的A / D轉(zhuǎn)換器.兩個可選擇的模擬比較器輸入和參考源 功能： 1、一個高性能80C51 CPU提供111 ns指令周期222 ns所有除乘法和除法指令時，在18 MHz。執(zhí)行，這是六倍的標(biāo)準(zhǔn)80C51性能運行在相同的時鐘頻率.較低的時鐘頻率相同的性能結(jié)果，降低功耗EMI。 2、串行Flash ICP允許簡單的生產(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程序存儲器的編程.這允許改變代碼在程序運行。 5、看門狗有獨立的片內(nèi)振蕩器，無需外部元件?？撮T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、高效率線性穩(wěn)壓器 2、用于開關(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，AMS1117器件的壓差保證最大不超過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%的誤差以內(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： 高效率線性穩(wěn)壓器、用于開關(guān)電源的后穩(wěn)壓器、5V到3.3V線性穩(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關(guān)二極管，開關(guān)比較迅速，廣泛用于信號頻率較高的電路進(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處理器。 HEADER 5 X 2 5 X2的接插件，用于接線。 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。一般微機電路正常工作需要供電電源為5V5%，即4.75～5.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。 單片機復(fù)位電路主要有四種類型：（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）看門狗型復(fù)位電路。 復(fù)位電路工作原理：VCC上電時，C充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位；幾個毫秒后，C充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機進(jìn)入工作狀態(tài)。 DS1232LPS 該DS1232LP/LPS芯片低功耗MicroMonitor監(jiān)視微處理器三個重要條件：電源供應(yīng)器，軟件執(zhí)行和外部過騎. 引腳說明： PBRST–按鍵復(fù)位輸入 TD–延時設(shè)置 TOL–選擇5%或10% V CC檢測 GND–地面 RST–復(fù)位輸出（高） RST–復(fù)位輸出（低電平有效，開漏） 意法半導(dǎo)體–選通輸入 VCC–+5伏電源 SKP1：揚聲器 PDIUSBP11AD PDIUSBP11A是一個通用的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/線路驅(qū)動器與三態(tài)輸出 特征： 1、非反相輸出 2、輸出能力：總線 驅(qū)動器 3、ICC類別：MSI 4、 實驗小結(jié) 計算機的發(fā)展日新月異，其技術(shù)也突飛猛進(jìn)，嵌入式系統(tǒng)是近年來發(fā)展很快的計算機方面的學(xué)科方向，并迅速滲透到控制、自動化、儀器儀表等學(xué)科。 根據(jù)本次課程設(shè)計要求，我們系統(tǒng)地閱讀了大量的資料，并認(rèn)真分析了設(shè)計課題的需求，還系統(tǒng)學(xué)習(xí)了ARM系列單片機的工作原理及其使用方法，并獨自設(shè)計智能小車的整個項目。 雖然條件艱苦，但經(jīng)過不懈鉆研和努力，研究所有所需的元器件，并系統(tǒng)的進(jìn)行了多項試驗，最終做出了整個小車的硬件系統(tǒng)，然后結(jié)合課題任務(wù)和小車硬件進(jìn)行了程序的編制，本系統(tǒng)能夠基本滿足設(shè)計要求，能夠較快較平穩(wěn)的使小車沿引導(dǎo)線行駛，但由于經(jīng)驗?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)。 通過本次課程設(shè)計，不僅是對我們課本所學(xué)知識的考查，更是對我的自學(xué)能力和收集資料能力以及動手能力的考驗。本次課程設(shè)計使我們對一個項目的整體設(shè)計有了初步認(rèn)識，還認(rèn)識了幾種傳感器，并能獨立設(shè)計出其接口電路，極大的鍛煉了我們的思考和分析問題的能力，并對嵌入式系統(tǒng)有了一個更深的認(rèn)識。 總之，在課程設(shè)計的過程中，無論是對于學(xué)習(xí)方法還是理論知識，我們都有了新的認(rèn)識，受益匪淺，這將激勵我們在今后再接再厲，不斷完善自己的理論知識，提高實踐運作能力。