有线遥控机器车系统硬件设计（含源程序）

本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455有线遥控机器车系统硬件设计摘要: 随着智能移动机器车技术的不断发展与成熟，遥控机器车的研究的应用价值与市场价值正逐步凸显出来，作为其分支的有线遥控机器车也将迎来它崭新的发展时期。本文采用STC89C52单片机为核心器件，研制 构成有 线遥控机器车的硬件系统。该系 统可利用控制键控制机器车的运行方式并具有液晶显示功能，具有良好的人机界面，操作方便、简单。系统采用直流电机、 专门电机驱动芯片L298N、同相驱动门7407组合电路及可编程定时/计数器8253等 设计了直流电机驱动模块；使用可编程接口芯片8255扩展并行I/O口；选用HD7279驱动的44 键盘并选用12864点阵的 LCD显示模 组组成“ 人机对话”模块， 进行机器车运行状态的实时显示。本系统可实现对遥控机器车运动实时监控， 为车载机器人运动提供一个良好的平台。关键词： 微处理器 PWM调制 液晶显示 有线机器 车本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455The hardware design for wired control machine carAbstract:With Smart Mobile machine vehicle technology continues to evolve and to mature, the application value and market value of the remote control machine car gradually reveal. The wired remote machine car, as a branch of remote control machine car also will welcome a new period of its development.In this paper, STC89C52 microcontroller is used as the core device, developing and constituting the hardware system of a wired remote control machine car. The system can control operating mode of the machine car by using the control key and it has a liquid crystal display function, with a good man-machine interface, easy to operate, convenient and simple. System uses a DC motor, special motor driver chip L298N, combined with the phase drive circuit and the programmable timer / counter 8253 etc. to design the DC motor driver module; system use the programmable interface chip 8255 Scalable Parallel I / O port; HD7279-driven 4 4 keyboard and the production of 128 64 dot matrix LCD display module. Ming form a human-machine dialogue module, which is showing the real-time running machine car. The system can realize real-time remote monitoring for the motion of machine car, providing a good platform for the motion of robot of the board.Keywords: microcontroller, PWM modulation, LCD, wired conrtol machine car本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455目 录第一章 绪论 .11.1 课题的背景及意义 .11.2 国内外发展概况 .11.3 本文的主要研究内容 .2第二章 有线遥控机器车系统的组成及工作原理 .22.1 系统的设计要求与技术指标 .22.2 系统组成 .22.3 系统功能分析 .3第三章 有线遥控机器车系统硬件电路的设计 .43.1 单片机系统设计 .43.1.1 单片机介绍 .43.1.2 时钟电路 .53.1.3 复位电路 .53.2 手柄键盘模块 .63.2.1 键盘方案选择 .63.2.2 手柄按键设计 .83.3 电机驱动模块 .93.3.1 电机选择 .93.3.2 驱动模块选择 .93.3.3 直流电机控制电路 .103.3.4 PWM 发生模块 .123.4 液晶显示模块 .163.4.1 显示模块选择 .163.4.2 液晶显示模块设计 .163.5 并行 I/O 扩展模块 .183.5.1 扩展模块选择 .183.5.2 扩展模块设计 .183.6 数据通讯模块 .203.7 设计总方案 .21第四章 有线遥控机器车系统软件设计 .22本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354554.1 主程序设计 .224.2 软件设计子程序程序框图 .234.2.1 按键控制子程序 .234.2.2 8253 定时器模块子程序 .244.2.3 液晶显示子程序 .254.2.4 电机驱动子程序 .27第五章 有线遥控机器车系统调试 .315.1 硬件调试 .315.1.1 硬件静态调试 .315.1.2 联机调试 .325.2 软件调试 .335.3 整机调试 .33第六章 结论 .346.1 实现功能 .346.2 不完善之处 .346.3 改进意见 .346.4 心得体会 .35参考文献 .36致 谢 .38附录 .39附录 A.1 原理图 .39附录 A.2 PCB 板图 .40本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455第一章 绪论步入 21 世纪，随着电子技术的飞速发展，机器人传感器不断研制、计算机运算速度显著提高和机器人应用领域的进一步扩大，有线遥控机器车技术逐渐地得到完善和发展。有线遥控机器车具有广阔的活动空间，被广泛的应用于工业、农业、医疗、水下、空间、采掘、服务、娱乐、军事等领域，此次设计的课题为有线遥控机器车系统的硬件研究，该系统可支持对机器车运动实施实时控制。1.1 课题的背景及意义随着人工智能、智能控制、信息处理、图象处理、检测与转化等专业技术为一体，跨计算机、自动控制、机械、电子等学科的迅速发展，机器人研究屡次兴起。本课题要完成有线遥控机器车系统的硬件研究，该系统可支持对机器车运动实施实时控制。把人们从繁重的体力劳动和危险的工作环境中解放出来，从而提高了劳动生产率，并带来经济效益。此领域的设计开发研究工作可运用于机器人的搭载平台，对提高机器人的智能化，改善履带式机器人运动手段，促进自动化技术应用领域的拓展都具有重要的作用。据了解，我国制定了以月球为近期目标的空间探测计划。基于可移动机器人技术，不但对于我国在激烈的空间技术和资源竞争中取得有利地位具有关键意义，同时也包括机器人导航控制在内的相关技术有巨大的促进作用。经过拓展和开发后，本产品还具有潜在的市场价值。可以作为采掘、服务、娱乐等的民用开发平台。1.2 国内外发展概况在智能化程度愈来愈高的当今时代，机器人在诸多领域之中的作用更加明显。早在 20 世纪 80 年代初期，国外就开始对于遥控机器车的研究。由于我国起步较晚，而且此项开发涉及机械、电子、计算机、医学等众多领域，所以在实际开发中面临着很多难题。从“七五”开始，我国的凭借遥控机器车作为搭载平台的履带式机器人研究开始起步，经过多年来的发展，已经取得了一定的成绩，且继续向前迈进。目前国际上的移动机器车控制及多传感系统技术可实现机器车的全数字化控制，控制能力可达 21 轴的协调运动控制；基于传感器的控制技术已取得了重大进展。目前重点研究开放式、模块化控制系统，人机界面更加友好，具有良本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455好的语言及图形编辑界面。同时移动机器车的控制器的标准化和网络化以及基于机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为重点研究内容。为进一步提高机器车的智能和适应性，多种传感器的应用是其问题解决的关键。目前视觉传感器、激光传感器等已在机器人中成功应用。下一步的研究热点集中在有效可行的（特别是在非线性及非平稳非正态分布的情形下）多传感器融合算法，以及解决传感系统的实用化问题。随着智能移动机器车技术的不断发展与成熟，遥控机器人的研究的应用价值与市场价值正逐步凸显出来，作为其分支的有线遥控机器车也将迎来它崭新的发展时期。1.3 本文的主要研究内容本系统为有线遥控车的硬件设计，包括手柄键盘、液晶显示、电机驱动。本系统以 STC89C52 单片机为微控制器，利用键盘控制机器车的运行系统。设计中利用 STC89C52 单片机实现了实时的智能控制，有较高的实用价值；此外，采用液晶（LCD）显示和键盘输入实现了“人机对话” ，充分满足了使用者对于产品使用便捷直观的要求。第二章 有线遥控机器车系统的组成及工作原理2.1 系统的设计要求与技术指标本次毕业设计所研制系统的设计要求和技术指标：1. 设计 STC89C52 单片机主系统，包括复位电路、时钟电路；2. 有线按键手柄设置，设计液晶显示及键盘电路，完成按键显示功能；3. 机器车的参数设置，设计数据通讯电路；2.2 系统组成根据上文所述的各个功能模块，系统硬件组成分为以下几个部分：控制核心部分、液晶显示部分、键盘输入部分、电机驱动部分和数据通讯部分。系统原理框图如图 2.1 所示。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455微处理器手柄键盘模块数据通讯模块液晶显示模块电机驱动模块PWM 发生模块图 2. 1 系统原理框图单片机系统：包括单片机最小系统及 I/O 口扩展。手柄键盘模块：完成按键控制小车的运行状态的功能。液晶显示模块：完成按键控制显示当前小车运行状态。电机驱动模块：完成左右电机逻辑控制及驱动功能。数据通讯模块：完成与微机的程序跟新功能2.3 系统功能分析根据所研制系统的要求和技术指标，在分析整个系统的组成的基础上，采用了单片机作为系统的控制核心，主要实现两个基本功能，一是对机器车的实时调整其状态；另一个是显示运行状态功能 。在实现第一个功能时，主要模块是通过电机驱动电路和一个与门（74LS08）连接的 L298N 芯片的控制，实现电机的实时调整；其次是键盘输入运行参数，以满足各种需要；另一个模块为通过液晶（LCD）来直观的显示参数设置，提示机运行状态等功能。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455第三章 有线遥控机器车系统硬件电路的设计为了使有线机器车实现易于控制，并希望能够满足以下要求：1.运行稳定，而且易于升级，能够方便的通过软件程序的调整灵活改变转角大小及速度。2 .能够成功地执行各种复杂的任务，能够运行在各种恶劣环境之下运行。根据以上要求设计了这台有线机器车，下面介绍它的体系结构及其组成模块。由于设计过程中各项功能是由几个基本的电路实现的，即电机驱动电路、存手柄键盘电路和液晶显示电路组成。所以在综合考虑了本设计的基本要求及系统各项功能实现情况后，在一些具体模块中提出几个对比参考方案分功能进行讨论，以实现设计的合理化，最小成本化和实用化。3.1 单片机系统设计3.1.1 单片机介绍STC89C52 型单片机其具有 8 位的 CPU，8KBFLASH ROM 程序存储器，256B RAM 数据存储器， 32 根输入输出口线，3 个 16 位的定时器，5 个中断源，2 个中断优先级，这款单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。可以完成所设计的系统的要求，且性价比较高。单片机引脚图见图 3.1。图 3. 1 单片机引脚EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD 11RXD 10IC1STC89C52. .本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354553.1.2 时钟电路时钟电路是计算机的心脏，它是控制着计算机的工作节奏。MCS-52 内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2 分别是反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件就组成震荡器产生时钟送至单片机内部的各个部件。如下图 3.9 所示，片内电路与片外器件构成一个时钟发生电路，CPU 的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率 fosc 非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz12MHz 之间选取，这次毕设用的时钟频率是 11.0592MHz。图 3.9 中 C1、 C2 是反馈电容，其值在 5pF30pF 之间选择，其典型值是 30pF。作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率 f 起微调作用（C1、 C2 大， f 变小） 。如图 3.1 单片机时钟和复位电路图。3.1.3 复位电路系统在启动运行时都要复位，使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这状态开始工作。采用上电复位方式，在 RST 复位端接一个电容 R16 至 Vcc 和一个电容 C6 至 Vss(地 )，就能实现上电自动复位。在上电的瞬间，电容通过电阻充电，就在端出现一定时间的高电平。只要保持RST 引脚为高电平时间足够长，就可使 CPU 复位。所需高电平时间的长短与Vcc 上升时间和振荡器起振时间有关。10MHz 时，约 1us；1MHz 时，约10us。若 Vcc 上升时间小于 20us，那么从上电时间算起，只要保持 RST 引脚在高电平停留时间不小于 20us 即可。图 3.9 中 R16=51K，C6=22F，若频率为 12MHz，可以保证可靠的上电复位。如果频率降低，可以适当加大电容C6。本系统中，虽然选择了手动系统复位，但其设计方法是一致的。如图 3.1单片机时钟和复位电路图图 3.2 单片机复位电路图本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455图 3.3 单片机时钟电路图3.2 手柄键盘模块3.2.1 键盘方案选择根据设计要求以及实际产品的情况，在键盘输入方面至少需要 44=16 个按键才能满足产品需求。这包括了上下左右 4 个方向键、一个复位键，基于如上考虑，本系统在键盘输入电路设计过程中设计了两种方案：方案一：矩阵式键盘设计在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如 P1 口）就可以构成 44=16 个按键，在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。矩阵式键盘设计采用了行扫描法，这是一种最常用的按键识别方法，其编程接收键值过程如下。1. 判断键盘中有无键按下 将全部行线 Y0-Y3 置低电平，然后检测列的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键于低电平线与 4 根行线相交叉的 4 个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中，无键按下。2. 判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。3. 消除键抖动。当检测到有键按下后，延时一段时间再做下一步的检测判断。当确定确实有键按下时，得到闭合键的行值和列值，然后可采用计算法或查表法将闭合键的行值和列值转换成所定义的键值。而且，为保证键每闭合一次 CPU 仅作一次处理，必须消除键释放时的抖动。方案二：采用 HD7279 芯片驱动的键盘电路本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455HD7279 是一片具有串行接口的，可同时驱动并连接 64 键的键盘矩阵的智能显示驱动芯片。HD7279 内部含有译码器，可直接接受 BCD 码或 16 进制码，并同时具有两种译码方式。HD7279A 内部含有译码器，可直接接受 BCD 码或 16 进制码，并同时具有 2 种译码方式。此外，HD7279A 还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等，并且具有片选信号，可方便地实现多于 8 位的显示或多于 64 键的键盘接口。图 3.4 为 HD7279 的芯片引脚图。比较上述两种设计方案：直接采用矩阵键盘，需要占用 STC89C52 的 8 个I/O 口， I/O 中是单片机宝贵的资源，方案一的编程比较复杂（需要键盘的消抖动） ，软件调试也较困难。HD7279A 芯片大大简化系统电路。HD7279A 只需要 4 根线（ CS、CLK、 DATA、KEY）与 STC89C52 相连，仅仅使用单片机的 P1.0P1.3 口，大大节省了 CPU 的端口资源，即可实现键盘接口功能。由于 HD7279A 内部含有去抖动电路，软件编程时不需要键盘的消抖动程序，而且 HD7279A 的控制指令也使得软件编程更简单。选用 HD7279A 芯片作为驱动接键盘矩阵。扫描键盘时，如果有键按下，直接通过读键盘数据指令即可在LED 上显示键入的键值，而不需要通过 STC89C52 口线来控制键盘输入值。单片机接收键入的键值以控制履带式机器人系统工作状态。综合考虑了这两种电路的设计优劣、芯片成本以及单片机资源利用情况，选用方案二 HD7279 作为驱动芯片的键盘 电路。VDD1VDD2NC3VSS4NC5CS6CLK7DATA8KEY9SG10SF11SE12SD13SC14 SB 15SA 16DP 17DIG0 18DIG1 19DIG2 20DIG3 21DIG4 22DIG5 23DIG6 24DIG7 25CLKO 26RC 27REAET 287279U17279. .本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455图 3.4 HD7279 的芯片引脚图3.2.2 手柄按键设计HD7279A 能与 LED 直接简单的联接。HD7279A 的 DIG0DIG7 分别为 8 个LED 管的位驱动输出端。SASG 分别为 LED 数码管的 A 段G 段的输出端。DP为小数点的驱动输出端。HD7279A 片内具有驱动电路，它可以直接驱动 1 英寸及以下的 LED 数码管，使外围电路变得简单可靠。A-G 和 DP 为显示数据，分别对应 7 段 LED 数码管的各段。当对应的数据位为1时，该段点亮，为0时则不亮。此指令灵活，通过造字形表，可以显示用户所需的字符。造字形码，它是通过 LED 的八段顺序来造字：DP、a、b、c、d、e、f、g。当对应的数据位为1时，则亮。如显示0 ，八段的 a、b、c、d、e、F 亮，则显示码就是01111110B（7EH） 。同理 1、2、3、4、5、6、7、8、9 对应的显示码为30H、6DH、79H、33H、5BH、5FH、70H、7FH、7BH。由于它本身有些特殊的控制指令，使得只要通过软件送命令，就可以得到很好的效果。如：88H 指令，它是闪烁指令。将 88H 发给 7279，那么送数据1就是要数码管不闪，为0就闪。这样可以达到更人性化的效果，当改变哪个数码管的值时，就用闪烁指令使这个数码管闪烁起来。设计的 HD7279A 手柄按键模块，如图 3.5 所示。图 3. 5 HD7279A 驱动手柄按键电路图VDD1 VDD2NC3 VSS4NC5 CS6CLK7 DATA8KEY9 SG10SF11 SE12SD13 SC14 SB 15SA 16DP17DIG0 18DIG1 19DIG220DIG3 21DIG4 22DIG523DIG6 24DIG7 25CLKO26RC 27REAET 287279U17279VCCR15200R14200R17 10KR18 10KR9200R10200R11200R16200R1R2R3R4C115pfR19 1.5KVCCR13200R12200R5R6R7R8100K x 8S0S1S2S3S4S5S6S7S8SW-PBS9S10S11S12S13S14S15abfcgde1234567 8 9 10e d comc dpg fa b comS8 abf cgde1234567 8 9 10e d comc dpg fa b comS7 abf cgde1234567 8 9 10e d comc dpg fa b comS6 abf cgde1234567 8 9 10e d comc dpg fa b comS5 abf cgde1234567 8 9 10e d comc dpg fa b comS4 abf cgde1234567 8 9 10e d comc dpg fa b comS3 abf cgde1234567 8 9 10e d comc dpg fa b comS2 abf cgde1234567 8 9 10e d comc dpg fa b comS1R1910KR2010K本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354553.3 电机驱动模块3.3.1 电机选择对于本系统来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。综合考虑了一下两种方案。方案 1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，放弃了此方案。方案 2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力。所选用的直流电机减速比为 1：74，减速后电机的转速为 100r/min。的车轮直径为 6cm，因此小车的最大速度可以达到：V=2rn =2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能够较好的满足系统的要求，因此选择了此方案。3.3.2 驱动模块选择从系统控制要求分析，在电机驱动模块中，有两种方案：方案一、利用硅功率管和控制电路设计电机驱动电路在本系统中，就采用了此方案。硅功率管选用开关模式系列 NPN 型的硅功率管，常用于高压，高速功率电机驱动电路。但此方案要根据电源电压，负载的不同，具体设计。图 3.6 硅功率管组成的电机驱动电路方案二、使用专门电机驱动芯片 L298N 来驱动直流电机。L298N 是 SGS本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455公司的产品，内部包含 4 通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，它内含二个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL 逻辑电平信号，可驱动 46V、2A 以下的电机。其电流驱动能力可受电源电压影响，利用光耦隔离。控制电路部分选用同相驱动门 7407 和数字逻辑控制用 74LS08，作接收标准 TTL 逻辑电平信号的控制电路。利用电机驱动芯片 L298N 可简化电路设计，且易于调试，能够更好的满足设计要求。图 3.7 L298N 组成的电机驱动电路3.3.3 直流电机控制电路L298N 是SGS 公司的产品, 内部包含4 通道逻辑驱动电路, 是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL 逻辑电平信号, 可驱动46V、2A 以下的电机。L298 可驱动2 个电机, OUT1、OUT2 和OUT3、OUT4 之间分别接2 个电动机。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。L298 的逻辑功能如表1 所列。L8253 输出二组PWM波, 每一组PWM波用来控制一个电机的速度, 另外二个I/O口可以控制电机的正反转, 控制方法与控制电路都比较简单。即8255扩展的PA0、PA1 控制第一个电机的方向, 输入的PWM1 控制第一个电机的速度; PA2、PA3 控制第二个电机的方向, 输入的PWM2 控制第二个电机的速度。由于电机在正常工作时对电源的干扰很大, 只用一组电源时会影响单片机的正常工作, 所以选用双电源供电。一组5V 电源给单片机和控制电路供本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455EN A(B) IN1(3) IN2 (4) 电机运行情况 1 1 0 正转 1 0 1 反转 1 1 1 快速停止0 X X 停止 电, 另外一组5V、9V 电源给L298N 的+VSS、+VS供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开,以免影响控制部分电源的品质。但是在本次设计中输入电流电压都比较小，采用的小车为直流电机驱动电压为5V且不可长时间导通，考虑到以上情况故去除光耦隔离。在本系统中，驱动 2 个直流电机，即为小车的左右两组轮子提供动力。在设计的电路中， OUTl、OUT2 和 OUT3、OUT4 之间分别接 2 个电动机。IN1、IN2、IN3、IN4 接输入控制电平，现让其接控制电机的正反转，ENA、 ENB 接控制使能端，控制电机的停转。L298N 逻辑功能如表 3.1 所列：表 3. 1 逻辑功能表由表3.1逻辑功能表可知，对于每一个所控制的直流电机，它都有四个状态可以实现，即电机的正转、反转、快速停止和停止。利用它的急停功能可以防止下坡行驶时因为其本身所具有的惯性而冲，这为系统的实现提供了可靠保证。 其中低功耗的74LS08构成电机驱动逻辑功能，低功耗的7407连接三极管（NPN）组成驱动级，当PA0(A2)为高电平,PA1(A3)为低电平时电机正转；当PA0(A2)为低电平,PA1(A3)为高电平时电机反转；当PA0(A2) PA1(A3)都为高电平时或PA0(A2)与PA1(A3)相同且PA1(A3)与P10(12)相同时电机快速停止。74LS08构成的电机驱动电路逻辑功能如表3.2所列：表 3. 2 电机驱动逻辑功能表P10(12) P11(13) 电机运行情况1 0 正转0 1 反转1 1 快速停止本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455图 3.8 直流电机驱动电路3.3.4 PWM 发生模块由于本系统运行模式需要完成左右转向，需要电机调速。直流电机驱动电路主要用来控制电机的转速与转向。通过脉宽调制（PWM）可以控制电机的电枢电压，从而实现对电动机转速的控制。PWM（脉冲宽度调制）控制，通常配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大，它的原理就是直流斩波原理。在一个周期内的导通时间为 t，周期为 T，则电机两端的平均电压为： U=Vcc（t/ T）= Vcc ，其中，=t/T 称为占空比，波形如图 3.3 PWM 波占空比示意图所示。电机的速度与占空比成比例，占空比越大，电机转得越快，当占空比 1 时，电机转速最大。该部分可选用可编程定时计数器 8253 芯片。实现 PWM 调速。也节省微控制器的资源及不增加软件负担，其引脚图如图 3.10 8253 引脚图。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354558253 引脚说明：VCC 5V 电源；GND 地线；OUTi 定时计数器 i 输出线，(i=0 、1、2)；CLKi 定时计数器 i 时钟输入线，(i=0 、1、2) ；GATEi 定时计数器 i 门控输入线，(i=0、1、2)；D07 三态双向数据线，与单片机数据总路线相连；CS 片选信号线，低电平有效；WR 写入信号线，低电平有效；RD 读出信号线，低电平有效；A0、 A1 地址线，用来选通 8253 内部的各个定时计数器。图 3.9 PWM 波占空比示意图图 3. 10 8253 引脚图D08 OUT0 10D17 GATE0 11D26 CLK0 9D35D44 D53D62 OUT1 13D71 GATE1 14CLK1 15CS21RD22 WR23OUT2 17A019 GATE2 16A120 CLK2 18U38253.tUT本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455与 PWM 有关的工作模式是模式 1 和模式 2。(1) 模式1当某计数器设置在模式1 以后, 微型计算机可以通过二条输出指令将16 位数据M 送入该计数器。这时该计数器的输出端并无任何响应。一旦该计数器的门控输入端脉冲上升沿到时, 它的输出端立刻输出一个宽度为M的负向脉冲。图 3.11 工作模式 1(2) 模式2当某计数器设置在模式2 以后, 微型计算机可以通过二条输出指令将16 位数据N 送入该计数器。输出指令结束后, 该计数器立即输出周期为N的连续方波。图 3.12 工作模式 2如果将8253 的计数器0 和计数器1、计数器0 和计数器2 分别设置在模式2 和模式1并按图3.8方式连接, 就可以得到两个十分简单的脉宽调制发生器。工作开始前, 先将常数N 送入计数器0, 再将常数M送入计数器1 中 (MN) , 于是计数器0 将输出周期为N的连续方波。计数器1 的门控输入端每隔N时间接到一次正跳变信号。因此, 每隔N时间计数器1 将输出一个宽度为M的负向脉冲。因此, 通过改变M与N可以得到一个占空比可调的PWM波。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455图 3.13 脉宽调制发生器依照以上方式如图3.14方式连接8253各管脚，可组成2个脉宽调制发生器。其中ALE(18脚)作基准时钟输入，可选用单片机的地址锁存输出端， CLK0、CLK1（9脚、15脚）可直接与ALE(18脚)相连。OUT1输出PWM1，OUT2输出PWM2。图 3.14 PWM 调速电路部分本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354553.4 液晶显示模块3.4.1 显示模块选择方案一：数码管（LED ）显示。数码管具有体积小，操作简单等特点，数码管显示亮度高，远程观测也比较醒目。但是可以显示的图形有限，无法达到设计要求。方案二：液晶显示屏（LCD）显示。液晶显示屏具有轻便而又有较大可视面积，耗电量低，分辨率高，抗干扰能力强等优点。放置于手柄按键上搭配使用可以更好的显示小车运行状态，故采用市场较常见的12864点阵的LCD显示模组。3.4.2 液晶显示模块设计本次设计采用市场较常见的北京铭正同创科技有限公司生产的12864点阵的LCD显示模组，型号为MzLH04-12864。MzLH04-12864为一块12864点阵的LCD显示模组，模组自带两种字号的汉字库（包含一、二级汉字库）以及两种字号的ASCII码西文字库；并且自带基本绘图功能，包括画点、画直线、矩形、圆形等；此外该模块特色的地方就是还自带有直接数字显示。模组为串行SPI接口，接口简单、操作方便；与各种MCU均可进行方便简单的接口操作。1. 128 64 点阵FSTN ； 2. 串行SPI接口方式（仅写入）； 3. 自带1212点和1616点汉字库（包含一级和二级汉字库）； 4. 自带610、816点ASCII码西文字库（96个字符）； 5. 自带基本绘图GUI功能（绘点、直线、矩形、矩形框、实心圆形、圆形框）； 6. 自带整型数显示功能，直接输入整；7. 带有背光控制指令，只需一条指令便可控制背光亮度等级（0127）。型数显示，而无需作变换； 本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455表3. 3 模块接口引脚说明序号 接口引脚名 说明1 VCC LCD供电2 CS 片选3 SDA 数据输入线4 NC 空脚5 SCK SPI时钟线(2MHZ的速度)6 RES 模块复位线（低电平复位）7 GND LCD接地图3. 2液晶显示电路图图本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354553.5 并行 I/O 扩展模块3.5.1 扩展模块选择基于系统的外设较多，也利于扩展。考虑扩展并行 I/O 口。方案有两种。方案一、采用 8155 接口芯片，其内部有 256 字节的静态 RAM，两个并行8 位口，一个并行的 6 位口，以及一个 14 位的定时、计数器是常用的接口芯片之一。方案二、8255A 芯片能够扩展三个 8 位 I/O 口，有三处工作方式，使用起来灵活方便 ，通用性强，可作为单片机与多种外围设备的中间接口电路。由于实时钟芯片已有数据存储功能，电机驱动控制中采用了 8253 的 16 位定时计数器，比较可选择此方案