刘欢电子信息类红外线控小车设1.docx
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刘欢电子信息类红外线控小车设1
毕业设计（论文）
题目：
电子信息红外线控制小车设计
姓名：
刘欢
指导教师：
胡三科
专业：
机械设计与制造
成绩评定表
指导教师评语及评分
电子信息类红外线小车设计
论文评分
指导教师（签名）年月日
评审教师评语及评分
电子信息类红外线小车设计
评审评分
组长（签名）年月日
综合评分
成绩
评定人
签名年月日
毕业论文（设计）任务书
题目
电子信息类红外线小车设计
学生姓名
刘欢
专业
机械设计与制造
层次
专科
学号
指导教师
胡三科
任务书下达时间
概述：
本课题组设计制作了一款具有智能功能的小车，功能强大。
小车具有以下几个功能：
可遥控小车的车速，方向，可按喇叭，小车的状态用LED和数码管显示。
而小车的车速和转的方向则是通过直流控制电机的正转反转和转速来控制，以及PWM的占空比通过转换成二进制显示在数码管上以显示小车的车速。
而本文即是设计了用89C51和74HC138等控制的直流电机实现脉宽调制（PWM）调速系统，硬件电路实现了小车正转，反转，加速，减速的功能，给出了程序流程图程序及仿真结果。
要求阅读或检索的参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）：
[1]陈权昌,李兴富.单片机原理及应用[M].广州:
华南理工大学出版社,2007
[2]吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京:
清华大学出版社,2002
[3]侯玉宝,陈忠平,李成群,等.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真.北京:
电子工业出版社,2008
[4]郝建国,郑燕.单片机在电子电路设计中的应用[M].北京:
清华大学出版社,2006
[5]谢自美.电子线路设计.实验.测试[M].武汉：
华中科技大学出版社,2000
[6]余家春.Protel99SE电路设计实用教程[M].北京：
中国铁道出版社，2003
目录
前言1
1红外遥控小车的任务及要求2
2遥控小车完成设计3
2.1主要芯片介绍3
2.2硬件模块的设计4
2.2.1电源电路的设计4
2.2.2串口电路5
2.2.3晶振电路的设计8
2.2.4复位电路的设计8
2.2.5显示电路的设计9
2.2.6红外收发电路的设计10
2.3软件的设计11
3.系统调试13
结论14
致谢15
参考文献16
摘要
本课题组设计制作了一款具有智能功能的小车，功能强大。
小车具有以下几个功能：
可遥控小车的车速，方向，可按喇叭，小车的状态用LED和数码管显示。
而小车的车速和转的方向则是通过直流控制电机的正转反转和转速来控制，以及PWM的占空比通过转换成二进制显示在数码管上以显示小车的车速。
而本文即是设计了用89C51和74HC138等控制的直流电机实现脉宽调制（PWM）调速系统，硬件电路实现了小车正转，反转，加速，减速的功能，给出了程序流程图程序及仿真结果。
关键词：
单片机89C51脉宽调制直流电机
前言
大学毕业论文是完整大学生活的一部分，是学生毕业前的一个重要的实践教学环节，是成长为一名高级专门技术人才所得到专门实践训练的重要手段。
通过毕业实习可以使学生在毕业前有一定的职业意识、职业素养、职业经验，可以使学生能较深入地了解本专业的生产技术、生产过程和管理知识，进一步加深对所学专业理论知识的理解，进一步熟悉实际电子产品研发的方法与过程，培养学生分析问题、解决问题的能力以及工程实际能力，为实际工作打下良好基础。
（1）巩固、联系、充实、加深、扩大所学知识基础理论和专业知识；
（2）提高运用所学知识来解决实际问题的能力；
（3）初步掌握专业设计工作的流程和方法；
（4）学习体会典型电子产品项目开发团队的角色构成及团队角色协同工作技巧；
（5）学习典型的电子产品开发技术；
（6）学习体验课堂理论知识在实际工程项目中的应用，积累项目实战经验；
（7）感受电子产品研发对学生知识结构、技术技能、综合素质的要求；
（8）加速由学生向员工的身份转变，增强同学的就业能力和信心；
（9）学习体会电子产品企业规范化、专业化、标准化、规模化的电子产品设计、开发流程、典型开发团队中人员角色设置。
1红外遥控小车的任务及要求
具体要求：
（1）可遥控小车的车速、方向、可按喇叭，同时小车的状态用LED灯和数码管显示。
（2）独立查资料，同时订立方案，然后画出原理图及其相应的PCB板，并且相关的程序并进行仿真。
（3）焊接电路板，下载源程序进行调试。
（4）学习体会典型电子产品项目开发团队的角色构成及团队角色协同工作技巧；
（5）学习典型的电子产品开发技术；
（6）学习体验课堂理论知识在实际工程项目中的应用，积累项目实战经验；
（7）感受电子产品研发对学生知识结构、技术技能、综合素质的要求；
（8）加速由学生向员工的身份转变，增强同学的就业能力和信心；
（9）学习体会电子产品企业规范化、专业化、标准化、规模化的电子产品设计、开发流程、典型开发团队中人员角色设置
2遥控小车完成设计
2.1主要芯片介绍
MCS—51系列单片机及其特点：
（1）可靠性高
因为芯片是按工业测控环境要求设计的，故抗干扰的能力优于PC机。
系统软件（如：
程序指令，常数，表格）固化在ROM中，不易受病毒破坏。
许多信号的通道均在一个芯片内，故运作时系统稳定可靠。
（2）便于扩展
片内具有计算机正常运行所必需的部件，片外有很多供扩展用的（总线，并行和串行的输入/输出）管脚，很容易组成一定规模的计算机应用系统。
（3）控制功能
具有丰富的控制指令：
如：
条件分支转移指令，I/O口的逻辑操作指令，未处理指令。
（4）使用性好
体积小，功耗低，价格便宜，易于产品化。
单片机的发展历史简介：
（1）第一阶段（1971年到1978年），以MCS-48系列为代表，称4位单片机。
在片内：
CPU有四位或8位，ROM有4KB或8KB,RAM有64B或128B,只有并行接口，无串行接口，只有一个8位的定时/计数器，中断源只有两个。
在片外，寻址范围只有4K,芯片引脚只有40个。
（2）第2阶段（1978年到1983年），以MCS-51系列为代表的成为8为单片机：
在片内：
CPU有8位，ROM有4KB或8KB,RAM有256B或128B,只有并行接口，有串/并行接口，有2个或3个16位的定时/计数器，中断源有5个至7个。
在片外：
寻址范围有64KB，芯片引脚有40个。
（3）第3阶段（1983以后），以MCS-96系列为代表，称16位单片机。
在片内：
CPU有16位，ROM有8KB,RAM有232B,有串/并行接口，有4个16位的定时器，中断源有8个，增加了D/A和A/D转换电路。
在片外：
寻址范围有64KB，芯片引脚有48个或68个。
以上MCS-51系列以及优良的性价比，在我过得到了广泛的应用。
2.2硬件模块的设计
在本次的设计中，我们涉及的硬件模块主要包括电源电路、串口电路、晶振电路、复位电路、显示电路以及红外收发电路组成。
整体的组成框图如图2.1所示：
RMAT
图2—1硬件组成框图
2.2.1电源电路的设计
这次的设计我们选择用USB接口供电的电路图，是因为用USB接口供电比较方便，并且在此次的设计中，USB仅作供电用，不参与与PC机的数据传输。
在电路设计中，用LED灯来显示电路是否通电，用一个开关制电源的通与断。
电源电路如图2.2所示：
图2—2电源电路
2.2.2串口电路
RS-232C是美国电气工业协会推广使用的一种串行通信总路线标准，是DCE（数据通信设备，如微机）和DTE（数据终端设备，如CRT）间传输串行数据的接口总线。
RS-232C最大传输距离为15m，最高传输速率约20kbps，信号的逻辑0电平为+3V～+15V。
逻辑1电平为-3V～-15V。
RS-232信号线和DB-9引脚关系如表2.1所示。
表2—1RS-232管脚功能表
符号
名称
引脚
DCD
RXD
TXD
DTR
GND
DSR
RTS
CTS
RI
接收信号载波检测
数据接收线
数据发送线
DTE装置数据就绪
公共地
DCE装置就绪
请求发送
清除发送
振铃指示
1
2
3
4
5
6
7
8
9
该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。
由于电脑串口rs232电平是-10v+10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0+5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。
该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-VTTL/CMOS电平。
每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
MAX232是电荷泵芯片，可以完成两路TTL/RS-232电平的转换，它的的9、10、11、12引脚是TTL电平端，用来连接单片机的
在设计中，若要使单片机和上位机进行通信，则必须要考虑接口电路。
由于单片机通过串口发送出来的是TTL逻辑电平（0V和5V），而计算机RS-232总线上输入、输出数据和控制信号为+12V左右的电压，单片机要和PC的上位机通信就必须是电平一致，所以发送部分关键的部分是电平转换和串口发送，电平转换可以用模拟器件进行转换，但是为了方便起见，本次设计采用的是集成芯片，一个芯片加上它的外围电路即可完成电平的转换的工作。
结构简单、方便容易，精确度高。
本次所采用的是MAX232，我们要对其外围电路进行设计。
MAX232是标准的串口通信接口，对于一般的双向通讯，只需要使用串行输入口RXD（第3脚）、串行输出TXD（第2脚）和地线（第7脚）。
该电路主要将TTL电平转换为RS232电平注意：
单片机的晶振选11.0592MHz，主要是让其串口通信的初试化波特率时可更接近9600。
MAX232逻辑电平的规定如表2.2， 其电路如图2.3所示
表2—2逻辑电平表
逻辑值
电平幅值（V）
0
+3~+15
1
-3~-15
图2—3串行通讯电路
2.2.3晶振电路的设计
晶体震荡电路是为单片机提供稳定的11.0592MHZ的频率。
其电路图如图2.4所示：
图2—4晶振电路图
2.2.4复位电路的设计
复位电路可以在单片机不正常工作时，让其复位，使其跳出错误的循环，重新开始进行新的运行。
本次设计采用了如图2.5的设计。
图2—5复位电路
2.2.5显示电路的设计
此次设计我们要用到数码管显示电路和LED灯的显示电路用以显示小车状态。
数码管显示电路采用74LS138译码器来选择控制数码管的显示，通过PNP三极管对输出信号进行放大来驱动数码管的显示。
数码管采用共阳极，显示数据信息通过P2口传输给数码管，这样就能完成数码管对小车状态的显示功能，其电路图如图2.6所示：
图2—6数码显示电路和LED电路图
此次电路设计的显示小车状态的电路还有LED显示电路，LED显示电路采用74HC573锁存器将P0口传来的数据用以控制LED灯的亮灭，其电路图如图2.7所示：
图2—7LED显示电路
2.2.6红外收发电路的设计
该模块使用一体化红外接收头，其电路如图2.8所示。
瓷片电容为去耦电容，DOUT即是解调信号的输出端，直接与单片机的P3.7口相连。
有红外编码信号发射时，输出为检波整形后的方波信号，并直接提供给单片机。
图2—8红外收发电路
2.3软件的设计
要对然间进行设计，首先我们应该考虑到红外接收的波形，在熟悉了红外接收的波形的基础上，才好更进一步的对然间进行设计。
图2.9是这次设计所用的遥控板的红外接收信号的波形图：
图2—9红外接收波形图
在搞清楚了红外接收波形的原理以后，下面我们就可以开始设计本设计的程序了，图2.10是本次设计的软件流程图：
该流程图设计了P3.7口是否接收到低电平的判断程序,解码程序,遥控执行程序等主要的软件模块。
T
图2—10软件流程图
3系统调试
在完成了电路板的焊接之后,我们首先要做的是硬件的调试。
我们将电路板通过USB接上电源后，电源的显示灯亮了，这表示此电路板已通上电了，把电源处的开关按下之后，指示灯熄灭，这表示此时可以通过电源处的开关来给电路板供电。
然后分别按下与单片机相连的八个开关，对应的LED灯也都亮了，除了第四个灯没亮之外。
因此我么就用万用表分别挨着侧了一下与这个LED相关的器件，发现是LED接反了，将其接正了之后，此LED就能正常显示了。
由于这个电路比较简单，在加上我们焊接板子的时候比较仔细，因此在硬件调试的时候没有发现电路板有什么大的错误。
结论
通过三周的努力我设计出了红外遥控小车的设计、制作和调试的任务。
虽然没有真正的小车实物，但我们用了数码管和LED灯来代替了小车的状态，通过遥控板对其进行了控制。
在设计的过程中用到了单片机，用到了Protel99se。
在Protel的界面中找到单片机芯片，画出电源电路，复位电路，晶体振荡电路，LED接口电路连线后实现PCB的转换。
做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。
致谢
该论文是在导师程老师指导下完成的。
导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。
在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
本论文的顺利完成我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。
参考文献
[1]陈权昌,李兴富.单片机原理及应用[M].广州:
华南理工大学出版社,2007
[2]吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京:
清华大学出版社,2002
[3]侯玉宝,陈忠平,李成群,等.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真.北京:
电子工业出版社,2008
[4]郝建国,郑燕.单片机在电子电路设计中的应用[M].北京:
清华大学出版社,2006
[5]谢自美.电子线路设计.实验.测试[M].武汉：
华中科技大学出版社,2000
[6]余家春.Protel99SE电路设计实用教程[M].北京：
中国铁道出版社，2003
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