智能小车课程设计.doc

智能循迹小车【摘要】 本课题是基于低功耗单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以单片机为系统控制处器；采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。一、实验目的 这次设计智能小车的目的是为了掌握电路设计的方法和技巧。如何将学习到的理论知识运用到实际当中去，怎样能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验 ，加强焊接能力和技巧，完成基本的要求。并能完美的完成这次实训。根据老师给的控制要求，和自己的发挥扩充能力，独立的，大胆的去实践，开拓创新，能够将自己的想法体现到实际电路当中去。二、设计方案该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制。三、各芯片说明W981216BH-6一种髙速度同步动态随机存取存储器(SDRAM), 具有 1M 字(words) *4 层(banks)*16 位(bits)的存储结构组织.传输数据带宽最高达 166M 字/秒(-6)。对SDRAM是否访问是突发导向。在一个页面连续的内存位置可在一个1, 2, 4, 8或整页突发访问时长和行选择组由活动命令。列地址自动生成的SDRAM的内部计数器在突发运作。随机栏也可以通过阅读在每个时钟周期提供其地址。该多组特性使交织在内部银行隐藏预充电时间。通过让一个可编程的模式寄存器，该系统可以改变突发长度，延时周期，交错或连续突发最大限度地发挥其性能。 W981216BH是在理想的主内存高性能应用。特征：1、.3V0.3V电源2、截至143 MHz时钟频率3、2,097,152字4层16 位组织4、自动刷新和自刷新5、CAS 延时：2和36、突发长度：1, 2, 4, 8,和整页7、突发读，写单人模式8、自动预充电和预充电控制9、4K刷新周期/ 64 msTE28F160C3BD70（快闪记忆体）该设备提供高性能异步的包兼容密度读取与16位数据总线。该器件提供三种低功耗节电功能：自动节能待机（APS)，,模式和深度掉电模式，这三个功率节省功耗的功能显着增强灵活性特点：1、柔性Smart Voltage技术 2.7 V 3.6 V读/编程/擦除 2、1.65 V2.5 V或2.7 V3.6 V / O选项 降低整体系统功耗 3、优化架构的代码，数据存储4、柔性块锁定 锁定/解锁任何座，保护上电5、低功耗6、128-bit保护寄存器SN74LVC1G14施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阀值电压，分别称为正向阀值电压和负向阀值电压。这种单一的施密特触发器逆变器是专为1.65-V到5.5-V VCC运作。该器件包含一个SN74LVC1G14逆变器和执行布尔函数Y = A。施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。施密特触发器的应用：1、波形变换：可将三角波、正弦波等变换成矩形波2、脉冲波的整形：数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿出现不够理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲3、脉冲鉴幅：幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。晶振作用：给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。MAX3221MAX3221由一条线驱动器，一条线接收器和一个带有15-kVESD保护的双电荷泵。该器件可满足TIA/EIA-232-F要求，并在一个异步通信控制器和串行端口连接器之间提供接口。电荷泵和四个小型外接电容器可在3V到5.5V电源电压下工作。这些器件在数据信号率达到250 kbit / s和最高的30-V/s 驱动输出回转率时工作。应用：1、电池供电，手持，和便携式设备2、PDAs和掌上PCs3、笔记本，Subnotebooks和笔记本电脑4、数码相机5、移动电话和无线设备RS232 RS-232是现在主流的串行通信接口之一。MAX809R是功能单一的MAX809/MAX810微处理器复位芯片。用于监测微处理器和其它逻辑供应电压系统.它可以在上电、掉电、和节电情况下向微控制器提供复位信号。当电源电压低于预设的门槛电压时，器件会发出复位信号，直到在一段时间内电源电压又恢复到高于门槛电压为止。 MAX809有低电平有效的复位输出，而MAX810有高电平有效的复位输出。典型值是17uA的低电平电流时MAX809/MAX810能理想地用于便携式，电池供电的设备，它们使用3管脚的SOT23封装。应用：嵌入式控制器、电池供电系统、无线通信系统、PDA和手持式设备LED FOR DEBUG（LED调试）LED：发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光CD4066CD4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输。引出端排列与CC4016一致，但具有比较低的导通阻抗。另外，导通阻抗在整个输入信号范围内基本不变。CD4066由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号，开关中的p和n器件在控制信号作用下同时开关。这种结构消除了开关晶体管阀值电压随输入信号的变化，因此在整个工作信号范围内导通阻抗比较低。与单通道开关相比，具有输入信号峰值电压范围等于电源电压以及在输入信号范围内导通阻抗比较稳定等优点。应用：（1）模拟信号开关/多路复用：信号选通、调制器、静噪控制、解调器、 削波器、换向开关（2）数字信号开关/多路复用3、传输门逻辑实现4、模拟到数字及数模转换5、数字控制频率，阻抗，相位和Analog Signal GainVS2576VS2576系列电压调节器是单片集成电路，提供了所有转换开关调节器的有效功能，在极好的线路和负载调解下具有3A的驱动能力。这种器件适合于3.3V，5V，12V，15V的固定电压，和可调的输出形式。只需最少数量的外围器件，调节器就会被使用，内部包含有频率补偿和一个固定频率的振荡器。VS2576系列提供了一个高效的，比较流行的三端线性调节器，他从根根上降低了半导体散热片的尺寸，在许多情况下不需要散热。 现在几个不同的生产商已经生产了由VS2576优化制作的标准的电感器系列，这个特性大大简化了功耗开关模式的设计。其他特性还包括在指定的输入电压和输出负载条件下，保证4%输出电压的误差和10%振荡器频率的误差。还包括外围关闭电路，典型值为50uA备用电流。输出转换还包括在出错条件下，环路电流限制和出于芯片保护热敏关闭电路。主要特点：1、3.3V，5V，12V，15V的固定电压和可调节的输出形式2、可调节形式输出电压的范围在1.23V到37V之间（对于高压系列为57V），误差范围4%3、保证3A的输出电流4、输入电压范围，对于高压系列为40V到60V5、仅仅需要四个外围器件6、内部振荡器为52kHz的固定频率7、TTL关断电路能力，低功耗等待模式8、高效C39：稳压器二极管特点：总功耗：1、最大. 1.3 W；2、工作电压范围：标称3.3 V到75 V (E24范围）IN5822：3.0安培垒肖特基整流器RED：交流线路频率分频器P89LPC938FDH（微控制器（MCU）8-bit微控制器，带有加速two-clock 80C51核心8 kb的3 V byte-erasable闪光10-bit A/D转换器该P89LPC938是一种单芯片微控制器，低成本封装，基于一个高性能的处理器结构，指令执行在2到4个时钟周期的指令，六倍标准80C51器件。许多系统级的功能已被纳入P89LPC938，从而减少元件数量，电路板空间。主要特点：1、256-byte RAM数据存储器和辅助512-byte片上RAM2、CCU提供PWM,输入捕捉，输出比较功能3、准确度的内部RC振荡器时不需要外部振荡器的操作组件。该RC振荡器选项可选，并ne可调4、 8-input复10-bit的A / D转换器.两个可选择的模拟比较器输入和参考源功能：1、一个高性能80C51 CPU提供111 ns指令周期222 ns所有除乘法和除法指令时，在18 MHz。执行，这是六倍的标准80C51性能运行在相同的时钟频率.较低的时钟频率相同的性能结果，降低功耗EMI。2、串行Flash ICP允许简单的生产与商用EPROM编码程序员。闪光安全 bits防止读数敏感的应用程序。3、串行Flash ISP允许编码，而该设备是安装在最终应用。4、在应用中的Flash程序存储器的编程.这允许改变代码在程序运行。5、看门狗有独立的片内振荡器，无需外部元件。看门狗预分频器有8种选择AMS1084-3.3可调和固定的电压调节器AMS1084系列旨在提供5A输出电流和操作到1V input-to-output差距。该装置的漏失电压为保证在最大输出的最大1.5V当前，减少在低负载电流。片上微调调节参考电压1%.电流限制也修剪，超负荷的压力下最小同时在条件稳压器和电源电路。该AMS1084设备的引脚与老式三端稳压器兼容，并在3铅TO-220 包装，3提供和2铅TO-263（塑胶DD)和TO-252 (D PAK) 包装。特征：1、三端可调或固定1.5V, 2.5V, 2.85V, 3.0V, 3.3V, 3.5V和5.0V2、电流输出5A3、操作低至1V 漏失4、线路调整：0.015%5、负载调整率：0.1%6、TO-220, TO-263和TO-252封装应用：1、高效率线性稳压器2、用于开关电源的后稳压器3、微处理器供应4、电池充电器5、恒流稳压器6、笔记本电脑/个人电脑耗材AMS1117_2.5AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。 AMS1117的片上微调把基准电压调整到1.5%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。 AMS1117器件引脚上兼容其他三端SCSI稳压器，提供适用贴片安装的SOT-223，8引脚SOIC，和TO-252(DPAK)塑料封装。应用：高效率线性稳压器、用于开关电源的后稳压器、5V到3.3V线性稳压器、电池充电器、积极SCSI终结者、笔记本电脑的电源管理、电池供电的仪器IN4148是一种小型的高速开关二极管，开关比较迅速，广泛用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离,以及通讯、电脑板、电视机电路及工业控制电路中CORE 双核芯片，即在一枚芯片上封装入两个处理器。HEADER 5 X 25 X2的接插件，用于接线。复位电路复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。单片机复位电路主要有四种类型：（1）微分型复位电路；（2）积分型复位电路；（3）比较器型复位电路；（4）看门狗型复位电路。复位电路工作原理：VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。DS1232LPS该DS1232LP/LPS芯片低功耗MicroMonitor监视微处理器三个重要条件：电源供应器，软件执行和外部过骑.引脚说明：PBRST按键复位输入TD延时设置TOL选择5%或10% V CC检测GND地面RST复位输出（高）RST复位输出（低电平有效，开漏）意法半导体选通输入VCC+5伏电源SKP1：扬声器PDIUSBP11ADPDIUSBP11A是一个通用的USB收发器芯片。USB接口主要用于传输数据。74HCT541为八进制非反相缓冲器/线路驱动器与三态输出特征：1、非反相输出2、输出能力：总线 驱动器3、ICC类别：MSI4、 实验小结 计算机的发展日新月异，其技术也突飞猛进，嵌入式系统是近年来发展很快的计算机方面的学科方向，并迅速渗透到控制、自动化、仪器仪表等学科。 根据本次课程设计要求，我们系统地阅读了大量的资料，并认真分析了设计课题的需求，还系统学习了ARM系列单片机的工作原理及其使用方法，并独自设计智能小车的整个项目。虽然条件艰苦，但经过不懈钻研和努力，研究所有所需的元器件，并系统的进行了多项试验，最终做出了整个小车的硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件进行了程序的编制，本系统能够基本满足设计要求，能够较快较平稳的使小车沿引导线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方，有待于进一步的完善与改进。通过本次课程设计，不仅是对我们课本所学知识的考查，更是对我的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次课程设计使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，还认识了几种传感器，并能独立设计出其接口电路，极大的锻炼了我们的思考和分析问题的能力，并对嵌入式系统有了一个更深的认识。总之，在课程设计的过程中，无论是对于学习方法还是理论知识，我们都有了新的认识，受益匪浅，这将激励我们在今后再接再厉，不断完善自己的理论知识，提高实践运作能力。