基于單片機的一種小型避障機器人的設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 時鐘由定時器 T2 溢出脈沖提高，當 TCLK的值為 0 時，發送脈沖由定時器 T1 的溢出脈沖提高。 RCLK 接收時鐘允許。在 RCLK 的值為 1時，串口的接收時鐘由定時器 T2 的溢出脈沖提供，在 RCLK的值為 0 時，接收脈沖由定時器 T1 的溢出脈沖提供。 EXF2 定時器 T2 外部標志位。在 EXEN2 的值為 1時，還要在脈沖由正變負時作用 于定時器 T2 的接收端引腳上或者有捕獲或重裝載出現的時候，這時 EXF2 會置位，并開始申請中斷。這個時候如果允許定時器 T2 中斷，那么 CPU 就會響應中斷，定時器 T2 的中斷程序運行，只能用軟件對 EXF2 清除。當 DCEN=1 時， EXF2 不能激活中斷。 TF2 定時器 T2 溢出標志位。當定時器 T2溢出時，硬件使其置位，只能用軟件對其清零；在 RCLK的值為 1 時，或者 TCLK 的值為 1 時，定時器 T2溢出，不對 TF2 置位 [10]。 當模式 是捕獲時， 2 個選項由 EXEN2 設置， EXEN2 的值為 0 時 , T2 用作 16 位計數器或定時器，至于是定時器還是計數器由 T2CON 中的 C/T2 位決定，當 TF2 置位時溢出， TF2 還能產生中斷，該功能由定時器 2 的中斷使能位決定。 EXEN2=1 時，同上，但外部輸入 T2EX 從“ 1”跳變到“ 0”時， RCAP2L 捕獲 TL2 的當前值，而 RACP2H 捕獲 TH2 的當前值。此外， T2EX 的由正變負能使 EXF2置位， EXF2 產生中斷，該功能由定時器 2 的中斷使能位決定。中斷服務程序可以確定引起中斷的事件，具體確定方法是查詢 TF2 和 EXF2 來確定。在捕獲模式中，千萬不能重新裝載 TH2 和 TL2的值，在 T2EX 有捕獲時間時，計數器仍按 T2EX 的由正變負計數，或者在六時鐘模式時，按晶振頻率的六分之一計數，在十二時鐘模式時，按晶振頻率的一半計數。 在 16 位的自動重裝模式中，定時器 /計數器的選擇可以由 C/T2 來決定，遞增或者遞減由其編寫的程序控制。遞減計數使能位 DCEN決定計數的方向， T2MOD寄存器包含遞減計數使能位 DCEN[4]。在 DCEN 為“ 0”時，向上計數是定時器 2 的默認設置；在 DCEN 為“ 1”時，遞增計數還是遞減計數由 T2 中的 T2EX 來決定 。在 DCEN 為“ 0”時， T2 自動遞增計數。在這種模式中， EXEN2 位的設置決定地址。當 EXEN2 為“ 0”時， TF2 置位前溢出， T2 遞增計數到 0FFFFH 的地址，然后定時器2 把 RCAP2H 的 8 位數值與 RCAP2L 的 8 位的數值重新裝載。可以通過軟件設置 RCAP2H 和 RCAP2L的值。 大連海洋大學畢業設計（論文） 第三章 硬件電路的設計 12 伺服電機的 介紹 電動機的作用是將電能轉換為機械能， 電動機根據 使用電源不同分為直流電動機和交流電動機兩種，在本次設計的電機選擇上 我們就有步進電機和直流電機兩種， 我們選擇的是直流伺服電機（ servo motor ），伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是 一種 間接變速裝置。伺服電機可的優點就是可以控制速度，精確度也非常準確 ， 可以把電壓信號轉換成電機的轉矩與轉速來控制驅動。伺服電機轉子轉速在 輸入信號控制 下快速反應，在自動控制系統中，用作執行原件，且具有 時間常數小、 可控性強， 線性度高等優點 ，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。 本次設計使用的直流伺服電機特點 [11]： 、動作快 、 反應快、過載能力大、調速范圍寬 , 波動小，運行平穩 ,高效率 （選配）構成直流伺服等優點 ，頻率可調 伺服電機的信號控制 電機轉速為零的控制信號時序圖 的控制脈沖序列使電機順時針全速旋轉 大連海洋大學畢業設計（論文） 第三章 硬件電路的設計 13 的控制脈沖序列使電機順時針全速旋轉 如今電子市場上模數轉換的芯片有很多，但芯片功能、模數轉換速度、模數轉換精確度的高低都不相同，但是對用戶來講，無論什么芯片，都肯定要包括轉換啟動信號輸入口、模擬信號輸入口、數字信號輸出口、轉換結束信號 輸出端這幾部分。其中模擬信號輸入口包括雙極性和單極性的，數字信號輸出口還包括串行口和并行口。除了這基本的幾部分，不同類型的芯片可能還會有控制信號端。至于選擇哪種模數芯片，要根據自身的需要和技術參數，一般情況下還需了解模數芯片的其他兩個特性： （ 1）數字信號輸出端是否有可控的三態輸出。數字信號輸出端有可控三態輸出的模數轉換芯片，單片機的數據總線可以與模數轉換芯片的輸出端直接相連，模數轉換完成以后，選通三態門，此操作由讀數信號 RD 來完成，最后把轉換的數據送到總線。如果數字信號輸出端沒有可控三態輸出。這種芯片有 兩種情況，一種是芯片內部本身就沒有輸出三態門，另一種是雖然芯片有三態門，但是模數芯片外部不可控。數字信號輸出端沒有可控三態輸出的模數芯片不能將數據輸出線與單片機的數據總線直接相連，這種芯片通過 I/O 接口才能與單片機進行信息交換。 （ 2）要看模數芯片啟動轉換時控制方式是電平控制式還是脈沖控制式。如果模數轉換芯片啟動轉換是脈沖控制式的，需要一個脈沖信號，但這個脈沖信號要符合芯片要求，把這個脈沖施加在啟動轉換引腳上，模數轉換就能啟動并且自動完成。通常情況下，能與單片機配合使用的芯片，單片機的 I/O 端口寫脈沖都能 滿足模數轉換芯片對啟動脈沖的要求。如果模數轉換芯片啟動轉換是電平控制式的，這就需要一個規定的電平作為啟動信號，并且在轉換過程中該電平保持恒定。如果轉換中途撤消或者改變規定的電平，模數轉換芯片就會停止模數轉換，那么得到的結果很可能是錯誤的。所以，一定要用可編程并行 I/O 接口芯片的一位或者 D 觸發器來鎖存這個規定的電平，從而保持該電平保持恒定。 ADC 0809 芯片的主要技術參數和特性 本設計選擇的芯片是 ADC0809 。 ADC 0809 轉換精度為 7 位，它是 CMOS 元器件， ADC0809 的ADC 部分 是 8 位的，而且是逐次逼近型的，除此之外， ADC 0809 還擁有通道尋址邏輯和模擬多路開關，它們也都是 8 通道的。因此完全可以把 ADC 0809 當作一個簡單的數據采集系統。可以直接把 8 個單端的模擬信號輸入 ADC 0809 進行分時 A/D 轉換，這種方法普遍應用于過程控制、巡大連海洋大學畢業設計（論文） 第三章 硬件電路的設計 14 回多點檢測和運動控制。 ADC 0809 的分辨率為 8 位，還具有可控的三態輸出緩存器。芯片的外接電源為額定電壓 +5V。 ADC 0809 模擬輸入電壓的范圍分為單極性和雙極性兩種，單極性時為 0～ 5V；雙極性時為固定的177。 5V,177。 10V，這種情況需要一 定的外接電路。 ADC 0809 的模數轉換時間由芯片的時鐘頻率所決定。使用 ADC 0809 芯片時不需要調節它的滿刻度和零點。 ADC 0809 啟動模數轉換時控制方式是脈沖式的，而且是正脈沖，脈沖的上升沿能把所有的內部寄存器都清零，脈沖的下降沿則控制 A/D轉換的開始 [12]。 ADC 0809 芯片各引腳功能簡介 ADC 0809 的內部結構和外部引腳分布分別如圖 8 和圖 9 所示。內部結構和工作原理可以通過下圖看出，不需要再重新贅述一番。 圖 8 ADC0809 芯片的內部結構 圖 9 ADC0809 芯片的外部引腳分布 大連海洋大學畢業設計（論文） 第三章 硬件電路的設計 15 ADC 0809 芯片的各引腳功能介紹如下： （ 1） IN0～ IN7：這是 8 路模擬量輸入端，其中的任意一路的選擇都是通過 ADDA、 ADDB、 ADDC這 3 根地址譯碼線的置零和置一來決定的。 （ 2） D7～ D0：模數轉換結束后的數字量輸出端，這 8 位數字量輸出端排列順序是 D0 是最低位，從 D0D7 依次升高， D7 是最高位。因為這八個引腳是三態可控輸出，所以可以與單片機的數據線直接連接。 （ 3） ALE：地址鎖存允許信號，當該引腳是高電平或上升沿時有效。當地址鎖存允許信號引腳是高電平或上升沿時，芯片會鎖存 ADDC、 ADDB、 ADDA 這三位地址信號，模擬通道與譯碼選通對應。在使用該引腳時，地址鎖存允許信號通常情況下和 START 信號連接，這樣可以鎖存啟動 A/D轉換和鎖存通道地址。 （ 4） ADDC、 ADDB、 ADDA：模擬信號通道選擇的地址信號，從 ADDA 到 ADDC 位數依次升高。地址信號和選中的通道一一對應，即 ADDC、 ADDB、 ADDA 都為零時，對應的被選擇的通道是 IN0，ADDC、 ADDB、 ADDA 分別為 0、 0、 1 時，被選擇的通道是 IN1， ADDC、 ADDB、 ADDA 分別為 0、 0時，被選擇的通道是 IN2， ADDC、 ADDB、 ADDA 分別為 0、 1 時，被選擇的通道是 IN3， ADDC、ADDB、 ADDA 分別為 0、 0 時，被選擇的通道是 IN4， ADDC、 ADDB、 ADDA 分別為 0、 1 時，被選擇的通道是 IN5， ADDC、 ADDB、 ADDA 分別為 0 時，被選擇的通道是 IN6， ADDC、 ADDB、ADDA 分別為 1 時，被選擇的通道是 IN7 。 （ 5） OE：輸出允許信號，該引腳是正脈沖或 者上升沿時有效。當輸出允許信號引腳是高電平的時候，表示模數轉換結束；當輸出允許信號引腳是低電平的時候，表示模數轉換正在進行。在單片機發出輸出允許信號的時候， ADC 0809 打開輸出三態門，數據總線把轉換結果讀走。當是中斷工作方式的時候，輸出允許信號引腳可以向 CPU 申請中斷。 （ 6） START：模數轉換啟動信號，該引腳是正脈沖或者上升沿時有效。模數轉換啟動信號引腳上的正脈沖或脈沖上升沿能促使逐次逼近寄存器置零，模數轉換啟動信號引腳上脈沖的下降沿促使開始模數轉換。如果芯片正在進行模數轉換過程中，又有新的啟動脈沖 到該引腳，那么原來的模數轉換進程就會中斷，開始重新從頭轉換。 （ 7） VREF+、 VREF：正參考電壓輸入端和負參考電壓輸入端，用作逐次逼近的基準，為片內 DAC 電阻網絡提供一個基準電壓。當輸入是單極性的時候， VREF+通常情況下為 +5V， VREF通常情況下為 0V；當輸入為雙極性的時候， VREF+接正極性的參考電壓， VREF接負極性的參考電壓。 （ 8） EOC：轉換結束信號，該引腳是正脈沖或者上升沿時有效。在模數轉換進程中時，轉換結束信號引腳的信號是低電平，否則，轉換結束信號引腳的信號就是高電平。轉換結 束信號引腳的信號可以向 CPU 發送中斷請求信號， CPU 也可以查詢轉換結束信號引腳的狀態信號。當不斷采樣模擬信號和模數轉換時，轉換結束信號引腳能當作啟動信號，和 START 端接在一起，但是需要外加電路第一次啟動。 ADC0809 芯片的工作時序如圖 10 所示： 大連海洋大學畢業設計（論文） 第三章 硬件電路的設計 16 圖 10 ADC0809 芯片的工作時序 在通道選擇地址有效時， ALE（地址鎖存允許信號）一旦有信號，就立即鎖存地址，與地址鎖存允許信號同時出現轉換啟動信號，有時候是地址鎖存允許信號之后是轉換啟動信號。而 START（ A/D 轉換啟動信號）的上升沿會促使逐次逼 近寄存器復位，在這個上升沿之后 8 個時鐘周期加上 2μ s 的時間內， EOC（轉換結束信號）的信號會變成低電平，表明 A/D 轉換正在進行中， A/D轉換結束后，轉換結束信號再變高電平。單片機接收到轉換結束信號的高電平信號后，會立即送出 OE（輸出允許信號）信號，打開輸出三態門，進而讀取 A/D 轉換結果。選擇模擬輸入通道和A/D 轉換開始操作是可以相互獨立的兩個部分，但是 ADC 0809 允許選擇模擬輸入通道和啟動模數轉換結合起來，所以，通常情況下，把它們結合起來完成。這樣做的好處是可以用一條指令既啟動轉換又能選擇模擬通道。在與 單片機接口時，有兩種方法選擇輸入通道，一種通過數據總線選擇，另一種是通過地址總線選擇 [13]。 如果要用 EOC 信號去向 CPU 請求中斷，要特別留心啟動信號后 2μ s+8 個時鐘周期的時間內才是 EOC 信號電平的變低。所以，最好的方法是利用 EOC 的上升沿產生中斷請求。 串口通信 簡介 串口通信的概念