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
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