完整版基于单片机的遥控小车的设计毕业设计.docx
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完整版基于单片机的遥控小车的设计毕业设计
滨江学院
毕业论文（设计）
题目基于单片机的遥控小车的设计
院系自动控制系
专业电气工程与自动化
学生姓名王枫
指导教师毛鹏
职称讲师
二Ｏ一五年五月二十五日
1．绪论.5
2．整体设计5
2.1小车方案6
2.2控制方案6
2.3系统组成7
3．单片机遥控小车的硬件介绍8
3.1单片机介绍8
3.2发射模块9
3.2.12262编码器9
3.2.2315M射频发射电路10
3.2.3遥控电路11
3.3接收与主控模块13
3.3.12272译码器13
3.3.2315M超再生接收电路13
3.3.3主控电路14
3.3.4电机与舵机16
3.4总体电路图16
4．软件设计与介绍17
4.1Keil简介17
4.2.电机与舵机的程序设计17
4.2.1PWM脉冲宽度调制与中断系统介绍18
4.2.2电机与舵机具体控制程序介绍20
4.3遥控部分的程序设计22
4.3.1矩阵键盘的介绍及与独立键盘的对比22
4.3.2遥控部分具体程序介绍23
4.4.总程序介绍与总程序流程图26
5．结果展示与分析26
5.1电路焊接调试26
5.2小车功能展示27
6．小结29
参考文献：
30
致谢31
基于单片机的遥控小车设计
南京信息工程大学滨江学院自动控制系，南京210044
摘要：
随着单片机技术的日渐成熟，单片机在各个领域的应用逐渐增多，与此同时，无线控制技术业发展至成熟阶段。
因此，将单片机与无线控制技术相结合，采用51单片机，编码解码器，并采用无线控制的方式来达到对小车的实际控制。
而在本次毕业设计的实际运用中，使用的是89C52单片机，在信号的传输过程中通过2262与2272编码译码其对单纯的电平信号向脉冲进行变化，随后采用315M射频发射电路与接收电路对脉冲信号与正弦波信号进行相互转化，并且通过其进行接收与发送。
对于接收到的信号使用PWM调制从而改变电机转速与舵机的角度。
本设计采用C语言编程，从而通过程序实现对小车的实际控制。
关键词：
2262/2272315M发射接收电路51单片机
Thedesignofcarbybasedonsinglechipmicrocomputerremotecontrol
MajorofElectricalEngineeringandAutomationofCollegeofBinJiangofNanjingUniversityofInformation&Technology，Nanjing210044
Abstract:
With the single-chip technology matures, microcontroller applications in various fieldsgradually increased, at the same time, wireless control technology industry to a mature stage.Therefore, the MCU and wireless control technology, the use of 51 microcontroller, codecs, and the use of wireless controlled way to achieve effective control of the car. In the practical application of this graduation design, the use of the 89C52 microcontroller, the transmission signal coding and decoding through 2262 and 2272 the level of its simple change to the pulse signal, and then use 315M RF transmitter and receiver circuit circuit of the pulse signal and the sine wave signal into each other, and receive and transmit via its. For the received signal using the PWM modulation to change the motor speed and steering angle. The design uses a C language programming, in order to achieve effective control of the car through the program.
Keywords:
2262/2272315MLaunchreceivingcircuit51Singlechipmicrocomputer
1.绪论
对于本次遥控小车的设计，虽然在各种技术上面来说，在当今世界的各个领域基本都已什么成熟。
而个人觉得，在这次设计中有两个比较关键的部分，一个是无线遥控部分，另一个是驱动部分。
无线遥控的运用领域十分广泛，从日常家用电器，玩具，车辆的电子锁，以及军事上都有很多的运用。
就其的技术而言，可以说已经相当成熟，但是它的前景依旧非常可观，可以在日后的发展中力求传输距离与抗干扰性的双赢，同时也可以向无线遥控模块的小型化发展，这样在工业上可以促使设备的小型化，提高空间的利用率，甚至可以将多个控制模块集中在一个之上，如此只需要一个遥控便可操控真个工厂，或者家里的所有的家电，促进智能化的发展。
当然随着技术的发展，成本也将会随之下降，更有助于普及。
然而对于驱动部分而言，驱动可谓是一个设备的核心。
车辆，飞机，舰船，玩具等等都拥有它们的发动机，马达。
但是如果我们将驱动发动机运行的驱动装置去除，而仅仅给其装上发动机，那么显而易见的是，车辆也不会动起来。
很多低成本的遥控玩具都是使用集成电路作为驱动，而类似飞机，汽车，都是使用更加智能化的微信处理器，因为这些设备的线路复杂，功能繁多，它们需要智能的驱动来使其可以准确无误的运转起来。
同样，这也是一个成熟但依旧前景广阔的技术。
它的未来也可以像小型化，轻便化，低成本化的方向发展。
就像本设计所使用的单片机一样，它本身就是一个微型处理器，虽然它不是电机，但是去可以使用编程使电机运转，是电机的心脏。
本毕业设计题目来自于一个车辆测距小组作为其中一个部分二单立为一个毕业设计课题，由前车搭在防追尾预警系统保持匀速行驶，而后车才用变速的方式由迅速开始加速从而缩短与前车的距离，进而出发预警系统的工作。
随后由加速开始减速逐渐与前车拉开距离，后保持匀速行驶，使得预警系统在测得达到安全距离后停止工作。
简单来说后车的重点为通过对速度的控制从而对两车之间的距离进行控制。
现将其中的后车单独作为本次毕业设计的课题，因而作为本次设计的遥控小车所需达到的要求参照原先的课题中的后车要求。
遥控小车预计所能达到的效果如下所示；
（1）整个小车的设计与控制操作都基于单片机。
（2）小车通过无线遥控控制。
（3）在小车的运行过程中可通过遥控进行三档变速。
（4）在运行中可以通过控制自由转向。
2．整体设计
本节中将对在准备设计时所考虑到的几种方案进行列举阐述以及简单的对比，并在接下来的响应章节中进行具体的分析。
2.1小车方案
在小车的整体方案的选定中，因题目已定基于单片机，所以筛选的重点主要在于单片机的选用，以及电源的搭配。
由于对于在刻板上自行画制电路的方法比较陌生，且考虑到在实际画电路的过程中可能存在的错误，和其他需要重新返工重画的可能性，所以在电路板的选择上所有预计的方案都使用洞洞板，方便拆卸焊接以及更改。
方案一：
使用51单片机对主电路进行控制，单片机同时控制舵机与电机，用一个电源控制舵机与电机，并且同时为单片机的工作模块供电，保证整个电路的运转。
所有元器件使用洞洞板安装焊接。
方案二：
在方案一的基础上，采用两个不同电压的电源，分别对驱动模块和单片机进行供电。
从而使得单片机工作模块和电机，舵机可以达到更好的工作状态。
方案三：
同样是在方案一的基础上进行的改进，对于舵机与电机进行分开控制，各自采用一个单片机。
从而使得对于舵机与电机可以更精确的控制。
综合上诉三个方案，方案一实则为原始方案，而另外两个方案则为其的两个不同的改进方式。
经过对比和出于实际的考虑，选择方案二的设计方式。
相比于方案一，方案二采用两个电源分别供电的方式可以有效的解决单片机与电机所需电压不同的问题，在保证电机与舵机的电压的同时也不会烧坏单片机。
相比之下方案三使用两个单片机分别控制舵机与电机并非必须，可以对一个单片机烧录程序同时控制舵机与电机。
而且单从接线与电源的角度上来说，两个单片机所出现的对电源的要求更大，就算不采用多电源供电也会增加一些不必要的并联接线。
所以选择方案二作为小车车体的整体设计思路。
2.2控制方案
在控制方案的选定中，因为已定使用无线控制，所以方案的筛选重点表现在对于几种常见的无线控制方式的选择。
方案一：
采用红外遥控，其由发射模块与接收模块两部分所组成。
其发射模块包括矩阵键盘，编码器，红外发射器等其他元件。
而接受模块的主要有解码器，放大电路，调制解调器等。
方案二：
采用市场上最常见的无线电遥控，与红外遥控相同，其同样是由发射和接收两大模块组成。
发射模块主要组成部分为编码器，振荡电路，按键。
而接受模块主要为解码器放大电路等。
方案三：
采用较为热门的超声波遥控，顾名思义超声波控制是将超声波作为载体来传输信号，其用途广泛，比如在原设计题目中的防追尾预警系统就是采用超声波来测定前车与后车的距离。
综合上诉三种方案，相比于方案二红外遥控的结构更为复杂，而且考虑到类似电视遥控对不准而换不了台的问题，对于遥控小车这样控制时小车通常出于运动的状态会出现对不准问题，在调试阶段对于是线路问题还是因为仅仅是没对准的问题的判定会有一定影响，而且对于红外线所学的并不多不易上手。
与方案二相比方案三所采用的超声波控制，并不像无线电遥控模块那样在市场上十分普遍，虽然超声波的遥控系统会具有功耗更低，抗干扰能力更强的优势特点，但其不像已经普及的无线遥控那样价格低廉，并且无线电遥控的传输距离、抗干扰能力等，对于控制一个小车已是搓搓有余。
并且考虑到原先作为防追尾系统的大课题，不排除会一起演示的可能，预警系统采用超声波定位的原理，所以也不排除会对其有影响的可能。
所以方案二作为小车遥控部分的设计思路。
2.3系统组成
根据前面选定的方案，总体设计思路如图1所示，整个遥控小车系统有遥控电路与主控电路两大部分组成。
由遥控部分中发射模块将信号指令发射出去，当接收模块接收到信号处理之后传递给主控电路中的51单片机，单片机则根据接收到的信号，通过程序将指令交给电机与舵机执行，从而达到预计的效果。
另外体现出双电源控制，电源1专门为单片机供电保证其工作，而电源2为电机与舵机供电，使得其可以达到最佳的工作电压，同时也不会影响到单片机的工作。
图1总体设计思路
3．单片机遥控小车的硬件介绍
在此节当中将全面介绍遥控小车的硬件部分。
本节按照车体的实际组成划分，将小车分成遥控部分以及车体部分，及在遥控部分中重点介绍发射模块，而在车体部分介绍与发射模块响应的接收模块，主控电路以及电机与舵机。
同时也会简单介绍单片机，展示总电路图。
其设计原理流程图如图2所示。
图2遥控小车设计流程图
3.1单片机介绍
单片机是将中央处理器，定时器，存储器以及输入输出接口与一身的微型计算机。
相对于其他处理器而言，单片机体积小成本低是它最独特的有点，但是因为其体积小也带来了例如存储量小，功能低等不足，导致老旧的单片机已经无法适应当今技术发展所带来的需求。
不可否认，由于单片机在近几年内的迅猛发展，新型单片机相对于老旧单片机已经在功能，速度，可靠性上有了很大的飞跃，以及成本的降低，当然也改变了老旧单片机不能反复烧写的弊端，使得单片机在工业领域，交通运输，能源供给，电气，甚至是军事领域都有很大的用武之地。
单片机作为控制部分其拥有体积小成本低等优势，从而在很大程度上会带动产品甚至是一个领域向小型化，多功能化的方向发展。
所以单片机在科技发展的今天依旧有很大的潜力有待发掘。
由于52单片机是51单片机的升级改进后的产物，相对于51单片机其具有更好的性能，所以本次设计在元器件选用的时候，确定使用STC89C52RC作为核心控制芯片。
与51单片机相比，52单片机额外多拥有一个定时器，并且52的RAM存取存储器比51多出128字节，其存储空间为256字节，同样52的ROM自读存储器为8KB为51的一倍。
由于52单片机多了一个定时器，使得在串行通信中可设置更高的比特率，且外接晶振可以高达33MHz也高出51单片机。
同样也应为52单片机已得到普及，且价格与51相当，所以将52单片机作为本次设计所使用的单片机。
STC89C52RC作为STC公司生产的高性能低功耗，且具有8K在系统可编程Flash存储器的CMOS8位微控制器。
虽然STC89C52说使用的内核为MCS-51，但是通过对其进行了改进使得89C52拥有了新的功能。
89C52单片机引脚图如图3所示。
（1）对8051单片机进行了增强，52单片机可以执行与51相同的指令代码。
（2）5V工作电压的单片机其所能保持运行的电压为3.3到5.5V之间。
（3）其工作频率的范围为：
0～40MHz，但在实际工作中可以达到最高48MHz。
（4）8K字节在系统可编程Flash存储器。
（5）512字节存取存储器。
（6）拥有32个通用I/O口。
（7）不需要专门的编程器，可以直接下载程序。
（8）具有EEPROM功能
（9）拥有3个定时器/计数器。
分别为T0、T1、T2。
（10）4个外部中断。
（11）可实现多个通用异步串行口（UART）。
图389C52引脚图
3.2发射模块
这里列出的发射模块就是小车的遥控部分。
小车的遥控部分主要由矩阵键盘，P2262编码器以及一个315M射频发射电路，外加一个5V的电源组成。
其作用就是为小车发出用以完成设计要求的指定。
3.2.1P2262编码器
首先PT2262与PT2272是由CMOS工艺制造的功耗低而且价格又相当低廉的一种编码解码电路，2262是由地址码，数据码，同步码所组成的一个完整的码字所发出的编码信号。
PT2262的引脚图如图4所示。
如图所标注，2262的1到8号引脚与10到13号引脚为其地址管脚，芯片的数据输入端，当输入端一个值为“1”则意味着有编码发出，其内部进行下拉操作。
而17与18号引脚为电源的正负端口。
14号引脚名为TE，是用于进行对编码发射的启动端口，且当且只当在端口状态为低电平的时候才会有效。
而15与16端口分别为震荡电阻的输入与输出端，而振荡频率则是由与15号引脚所接的电阻所决定的。
2262的从输出端为17号引脚，而且在此端口没有任何信号输出的情况下，端口的会一直保持低电平的状态。
2262编码器的电源电压应保持在-0.3到15V之间，因为使用的电源为9V的电源，为了将电源控制在5V，所以在在矩阵键盘与端口9之间接了四个10K欧姆的电阻。
同时还应该注意的是2262与2272的地址端口必须对应否则2272将无法对2262的编码进行译码处理。
而且2262在每次发射的时候至少发射4组字码所以矩阵键盘需要连接在2262的D0，D1，D2，D3,四个数据输入端上。
同时又因为，2262的编码格式是通过宽度不同的脉冲宽度来表示的，当输入为“0”时2262编码器会通过发出两个窄的脉冲来表示，而当输入信号为“1”时则会利用两个宽度宽的脉冲表示，同样当输入为空时就会发出一宽一窄两个脉冲。
也是正因如此，315M射频发射才能正确的根据脉冲宽度发出正确的正弦波。
图42262编码器引脚图
3.2.2315M射频发射电路
315M射频发射电路实质为振荡器，其主要作用就是当2262编码器的编码端口的状态为“1”的时候，震荡电路将其状态所替换成的两个宽脉冲化为正弦波然后发射出去由接收装置接收。
对于这样将脉冲化为正弦波的调制方式称为OOK调制，也为110%调制深度的AM调制。
选用其作为本次设计所使用的发射模块的原因为，其适用范围，灵敏度要求不高的场合，如灯控设备，电子蜡烛和儿童玩具等。
无信号输入则无输出，有信号时，输出信号不反相，调试成本低且方便。
且拥有相应的315M超再生接受模块。
其电路图如图5所示。
在此电路中，使用了两个电容C3，C6，两个电阻R1与R2，以及一个电感L。
这里将对R1,R2,C3,C6，L的作用做简单的介绍。
先从电容C6说起，由于选用的这个电容的容量很小，所以很明了的是这个电容在这里的作用并不是作为高频信号的交流旁路所存在，它的再电路中的是只作用为配合电阻R2使用，与电阻R2组合从而达到对高频信号的移相网络。
同时由于如果要保证声表振荡器的稳定工作，那么就必须先保证电容C6的大小可以使得移相网络的相位保持平衡状态，否则声表将仅仅作为一个反向电阻而存在。
在这一个组合当中电阻R2的另一个作用是为直流工作点提供稳定电流的反馈电阻。
那么很显然，另一对起到组合作用的为电感与两个电容。
他们所组成的选频网络的主要作用就是抑制高次谐波。
与此同时也可以是输出的幅度提高，而剩下的最后一个电阻R1，它作为电路中的偏置电阻的同时，它也起到了对于电路之中的低频与高平之间的阻隔的作用。
保证了系统的稳定运行
图5振荡器（315M射频发射模块）电路图
3.2.3遥控电路
在遥控电路中，除了用于发射信号的振荡器之外，最重要的就是一2262编码器为核心与矩阵键盘组成的遥控部分。
先将矩阵键盘的按键输出端分别接到2262编码器的0至3号数据管教上，并在每个按键按键与数据端口的连接线线上分别添加一个二极管，用于反向隔离防止高电平的逆行，例如：
按下“慢速”按钮之后，经过定义使D0成为高电频，如果不接二极管反向隔离，则与其相连的其他也成高电频，从而导致遥控部分从根本上失灵。
其按键总共设置7个，分别为：
慢速，中速，匀速，快速，停止，左转，右转。
其控制方式为将所有按键所在的矩阵键盘的4个输出口分别其接于数据脚D3，D2，D1，D0四个管脚上经过对每一个按键进行定义，使得每一个按键按下后都会对4个数据端口产生不同的电平组合从而下达指令。
其数据脚的电位组合所对应的按键效果如表1所示。
按键的实质效果通过电平的不同而表现出来，经过导线将这些用电平方式描述的指令传输给编码器。
经过编码器的编码，将不同的指令更具高低电平的位置转化成宽度不同的脉冲组合，之后再传送给315M射频发射模块。
在振荡器之中通过110%调制深度的AM调制之后，根据不同宽度的脉冲位子转成不同位置的正弦波信号发送出去。
至此遥控电路的所有任务皆以完成。
在遥控电路上的红色发光二极管，则是对是否有信号发出进行提示，方便后期的调试和故障的排查。
整个遥控电路的电路图如图6所示。
表1引脚电位及其相应状态
Ｄ3
Ｄ2
Ｄ1
Ｄ0
0
0
0
1
慢速
0
0
1
0
中速
0
0
1
1
左转
0
1
0
0
快速
0
1
0
1
右转
1
0
0
0
停止
1
0
0
1
中速匀速
图6遥控电路
3.3接收与主控模块
所谓的接收与主控模块为小车用于执行指令的主控电路，它的组成包括STC89C52RC单片机，ULN2003驱动芯片，稳压芯片，单片机电源开关，晶振，两个独立电源，315M超再生接收模块，以及一个舵机两个电机。
3.3.1P2272译码器
PT2272译码器为2262编码器所配对的响应的信号处理芯片。
其引脚图如图7所示。
如2262一样，2272的1到8号与10到13号为地址管脚，其中1到8号宽口如上文所提及的需要与2262的1到8号端口相对应，当然一但不对应2272便无法对2262的编码进行解码处理。
口与2262完全对应的时候，管脚才能输出与2262的数据端相对应的高低电平。
14管脚作为2272的输入端，其作用为接收发射模块所发出的信号。
而第17号管脚的作用为对解码是否有效做出确认，因为输出端在无信号输出的时候是保持低电平的状态，所以当其确认解码有效之后，其电平就会变成高电平状态，但是只瞬时状态，之后又会恢复低电平。
图72272解码器
由于2272的工作电压最小值为2V最大值为15V，且又因为与2272在同一电路上的52单片机的工作电流为5V，所以便将单片机，2272使用同一电源供电。
因为真个小车需要通过单片机来控制，而2272又属于主控本分，其作用在于将接收到的指令传递给单片机进行进一步的处理，所以将2272的数据管脚接至单片机的出入端中，从而完成2272编码器的工作。
3.3.2315M超再生接收电路
本次设计选用的接收模块为315M超再生接收模块，是315M射频发射模块的配套模块。
它是根据超再生原理而研发的而一种无线接收的集成芯片。
这次设计所使用的315M接收电路是一个集成电路，在这个元件的集成电路中包括了为了保证能准确接收信号，降低误差的前置低噪放大器；可以对所接受信号进行转换的超再生振荡器，熄灭信号发生器以及包络检波解调器等电路。
芯片工作在315MHz/433MHz的ISM（Industrial,ScientificandMedical）频段，采用OOK（OnOffKeying）调制方式。
芯片根据所采用的输入数据再直接输出数据的设计思路，从而将接收到的RF信号经过解调处理之后，输出CMOS电平数据信号。
此芯片在理论上的工作电压应为4.5到5.5V之间，当5V时芯片将消耗的电流预计为4mA，显而易见其典型灵敏度优于-90dBm。
最大数据速率为10Kbit/s，工作温度范围-40°C至+85°C，提供SOP8封装。
由于此模块为直接购买的现成接收模块，对并不能完整阐述此模块内各个元器件的链接用处与意义所在二深感惭愧，所以在这里展示其提供的电路图，其电路图如图8所示。
同时也因为此模块的工作电压与所使用的单片的工作电压相一致，所以此模块与单片机一道使用同一个的供电电源，以做到在使用少量的电源来保证更多电子元件的使用，这样不但可以减少成本也能降低设计的难度，减少不必要的多余导线的链接。
315M超再生接收电路在整个电路之中的作用为将射频发射模块所发射的正弦波信号接收之后，转化成与正弦波相对应的不同宽度的脉冲，随后再将其发送给2272解码器进行解码。
至此此模块所需要承担的工作已完成。
图8接收模块电路原理图
3.3.3主控电路
主控模块整体由单片机，2272译码器，315M超再生接受模块以及电机和舵机组成，其整体电路如[图8]所示。
在这部分将对2272译码器，单片机以及其他部件进行简单的介绍。
首先，2272作为与2262编码器所配对的译码器而言，与上文介绍的一样二者的1到8号脚必须相配对，且状态保持一致，才能发挥其作用。
如前文所诉，接收模块接收到的正弦波信号转化为不同宽度的脉冲后，将其传至译码器，译码器则将所收到的信号状态转化成电位输出给单片机，经过单片机依据程序设定将命令分别传送给电机与舵机，从而确实实现对其控制的操作。
将2272译码器的17号端口接一个发光二极管，由于此端口的状态为电平常低，只有在解码确认有效之后才会出现瞬态的高电平状态，于是在这里接一个二极管可以很直观的
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