自动走迷宫的机器人设计与课程总结报告

1、迷宫机器人设计沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 迷宫机器人设计 系 别 测控技术与仪器系 班级 测本101 学生姓名 韩明健 学号 2010312134 指导教师 祝尚臻 职称 讲师 起止日期：2013年 7 月 15 日起至 2013 年 7 月19日止- 31 - 31 -沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 迷宫机器人设计 系 别 测控技术与仪器系 班级 测控本101 学生姓名 韩明健 学 号 2010312134 指导教师 祝尚臻 职称 讲师 课程设计进行地点： f430 任 务 下 达 时 间： 2013 年 7 月15日起止日期：2013 年 7 月15日起至 2

2、010 年 7 月19日止教研室主任 年 月 日批准设计主要内容及要求1.1 设计目的：1了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。 2初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于实践。 3通过学习，具体掌握智能机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。1.2 基本要求1要求设计一个能走迷宫(迷宫为立体迷宫)的机器人； 2要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。 3要有走迷宫的策略（软件流程图）。1.3 发挥部分可以增加其它的功能。 2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求1基本部分必须完成

3、，发挥部分可任选；2符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；3设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求1参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为a4，所有插图不允许复印。2装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。3 时间进度安排顺序阶段日期计

4、划 完 成 内 容备注12013.7.15讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分22013.7.16检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分32013.7.17检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解原理图绘制及报告书写打分42013.7.18继续修正逻辑图，指导原理图绘制方法，布置答辩打分52013.7.19答辩、写报告打分2013-7-15沈 阳 工 程 学 院迷宫机器人 课程设计成绩评定表系（部）： 测控技术与仪器系 班级： 测本101 学生姓名： 韩明健 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和

5、日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书

6、立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分摘要自动走迷宫的机器人设计主要是实现其行动过程的自动化，主要由电池组，信息采集模块，多路选择开关，信号放大部分，模数转换，单片机主控芯片，电机驱动电路组成。电池组提供整个电路的能量，信息采集模块由反射式红外线传感器（st188）组成，在前进过程中检测周围障碍物（墙壁）与机器人距离。多路选择开关（hcf4051）的功能是对8路的红外线输入信号分时选通。信号放大电路（t

7、l082）是负责对被选通信号电流放大，以达到下级电路要求信号强度。模数转换电路（tlc1549）是对放大级输出的的模拟信号数字化，以便于单片机对机器人精确控制。单片机控制芯片（at89c4051）是整个电路的核心部件，控制其他部分电路和协调整个电路的正常工作。电机驱动电路（l297和l298组成）主要提供比较大的功率，驱动电机能正常前进。以上各个部件的电路正常工作可以实现机器人自动走迷宫的任务。目录课程设计任务书2摘要51方案：应用红外线传感器72：电路设计82.1：红外线信息采集电路82.2：多路开关103：tlc1549模数转换+5v参考电压电路123.1：三极管9051介绍123.2：t

8、l431原理123.3恒压电路的应用134：模数转换电路介绍144.1tlc1549芯片介绍154.2：工作原理155：单片机处理器175.1at89s4051介绍175.2：主要功能特性185.3：封装和引脚功能说明185.4:模式介绍195.5:at89c4051的编程方法195.6：其他单片机的介绍206：l297电路图206.1：l297的说明207：步进电机l298电路图227.1：l298简介227.2：引脚说明237.4：l297和l298的连接驱动电路238：工作方式说明248.1：电路工作原理说明248.2：步进电机模式及状态248.3：+5v电压产生电路248.4：继电器的

9、工作原理258.6：机器人构造介绍259：程序流程图- 24 -1：主程序流程图。- 24 -总结- 27 -致谢- 28 -参考文献- 28 -附录- 29 -1：系统电路图- 29 -1方案：应用红外线传感器 单片机处理器（at89s4051）扩展功能多路开关（cd4051）红外线（st188）模数转换器（tlc1549）步进电机电机驱动电路（l297和l298）放大器（tl0820）图3系统设计框图优点：1：利用一种传感器，便于硬件的简化分析处理。 2：能实现机器人位置的随时调整。缺点：红外线传感器的输出电压与距离不成线性，加大了控制难度。2：电路设计 2.1：红外线信息采集电路图4 红

10、外线信息采集电路2.1.1：反射式红外线st188的特点 （1）：采用高功率发射红光二极管和高灵敏度光点晶体管组成。 （2）：检测的距离范围比较广，在4-13mm都可以使用。 （3）：采用非接触检测方式。2.1.2：应用范围： （1）：ic卡电镀表脉冲数据采集。 （2）： 集中抄表系统数据采集。 （3）：传真机纸张检测。 （4）：对障碍物的反映。2.1.3：极限参数 1.4：检测距离于效率关系 图5 极限参数 图6检测距离于效率关系说明：图6中的检测距离为垂直距离。2.1.4光电特性 表1 在测试过程中，一般都是以室温为标准的，因为温度对三极管的工作有很大的影响。所以在正常的工作过程中，不能让

11、其在很高的温度下工作，以免影响传感器的正常特性。 在我们测试电路的应用过程中发现，红外线输出电压与其所反映的距离不是线性关系，而是一个有着一定特性和规律的曲线。在实际应用过程中，为了使其能准确的为我们提供采集的数据，我们对其距离与输出电压的关系做了定量的测量，在测试过程中发现，在一定距离下，它们的输出电压几乎是稳定的维持在一个数值下。如表72.1.5：测量的距离与输出电压的关系图 表7为红外线的反射距离与其输出电压关系图。其中输出电压的值为每一次测量数据的平均值。在图中也可以看出，红外线在1cm的附近反映灵敏度是最高的，也就说在1cm的附近，红外线输出的电压值也是最大的。当随着其与墙面距离的增

12、加，灵敏度明显下降，同时，输出电压值也随之减少。当距离大于11cm后，红外线的输出电压几乎为零。2.2：多路开关图7多路选择开关电路2.2.1cd4051简介图8 cd4051开关 cd4051 引脚功能见图9。cd4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码abc来决定。其真值表见表1。“inh”是禁止端，当 “inh”=1时，各通道均不接通。此外，cd4051还设有另外一个电源端vee，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的 cmos电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰峰值达15v的交流信号。例如，模拟开关的供电

13、电源vdd=5v， vss=0v，当vee=5v时，只要对此模拟开关施加05v的数字控制信号，就可控制幅度范围为5v5v的模拟信号。 cd4051是一个双向性的多路选择开关，在工作过程中，可以有8路的输入，一路的输出，也可以做为一个一路输入，分时选通的8路输出。在8路输入或者做为8路的输出时候，它们的控制端都都是由其地址选通码abc三个输入信号的组成控制的 ，可以达到8个状态。如表2所示。在应用过程中，第7脚（vee）和第8脚(vss)可以同时接地。2.2.2输入与选通地址关系表表22.2.3：信号放大电路 图9 信号放大器电路 、2.2.4tl082介绍 tl082是双输入jfet运算放大器

14、，在我们的电路应用中，我们只应用了它的一路放大器，它在工作的时候，需要有+12v和12v的工作电压。在电路加电过程中，必须保证-12v电压接通，如果没有提供此电压，在5脚将输出一个5.5v到7v左右的一个电压值。图11为它的分装管脚图； 引脚说明：1：为空端 2：反向输入端3：正向输入端 5：正向输入端6：反向输入端图9 tl082结构图3：tlc1549模数转换+5v参考电压电路图11 +5v参考电压电路图3.1：三极管9051介绍 三极管9051是采用基极输入，发射极输出，提共较大的电流，。3.2：tl431原理德州仪器公司（ti）生产的tl431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准

15、源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从vref（2.5v）到36v范围内的任何值（如图12）。该器件的典型动态阻抗为0.2，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。 右图是该器件的符号。3个引脚分别为：阴极（cathode）、阳极（anode）和参考端（ref）。tl431的具体功能可以用如图13的功能模块示意。 图12 tl431结构图图12中vi是一个内部的2.5v基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当ref端（同相端）的电压非常接近vi（2.5v）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而随着ref端电压的微小

16、变化，通过三极管 图13 的电流将从1到100ma变化。当然，该图绝不是tl431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用tl431的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的，本文的一些分析也将基于此模块而展开。 3.3恒压电路的应用图图14 tl431应用二前面提到tl431的内部含有一个2.5v的基准电压，所以当在ref端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图15所示的电路，当r1和r2的阻值确定时，两者对vo的分压引入反馈，若v o增大，反馈量增大，tl431的分流也就增加，从而又导致vo下 降。显见，这个深

17、度的负反馈电路必然在vi等于基准电压处稳定，此时vo=(1+r1/r2)vref。选择不同的r1和r2的值可以得到从2.5v到36v范围内的任意电压输出，特别地，当r1=r2时，vo=5v。需要注意的是，在选择电阻时必须保证tl431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 ma 。图图15 tl431应用三 图16 tl431应用一 在图14的电路中，可以得到精密的5v电压，它可以作为我们的参考基准电压。 tl431也可以应用于开关电源电路和恒流电路中。在过去的普通开关电源设计中，通常采用将输出电压经过误差放大后直接反馈到输入端的模式。这种电压控制的模式在某些应用中也能较好地发挥作用，但随

18、着技术的发展，当今世界的电源制造业大多已采用一种有类似拓扑结构的方案。此类结构的开关电源有以下特点：输出经过tl431(可控分流基准)反馈并将误差放大，tl431的沉流端驱动一个光耦的发光部分，而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压，用来调整一个电流模式的pwm控制器的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。上图是一个实用的4w开关型5v直流稳压电源的电路。该电路采用了此种拓扑结构并同时使用了topswitch技术。图中c1、l1、c8和c9构成emi滤波器，br1和c2对输入交流电压整流滤波，d1和d2用于消除因变压器漏感引起的尖峰电压，u1是一个内置mosfet的电流模式pwm控

19、制器芯片，它接受反馈并控制整个电路的工作。d3、c3是次极整流滤波电路，l2和c4组成低通滤波以降低输出纹波电压。r2和r3是输出取样电阻，两者对输出的分压通过tl431的ref端来控制该器件从阴极到阳极的分流。这个电流又是直接驱动光耦u2的发光部分的。那么当输出电压有变大趋势时，vref随之增大导致流过tl431的电流增大，于是光耦发光加强，感光端得到出电压随改变而回落。事实上，上面讲述的过程在极短的时间内就会达到平衡，平衡时vref=2.5v，又有r2=r3，所以输出为稳定的5v。这里要注意的是，不再能通过简单地改变取样电阻r2、r3的值来改变输出电压，因为在开关电源中每个元件的参数对整个

20、电路工作状态的影响都会很大。按图中所示参数时，电路可在90vac264vac（50/60hz）输入范围内，输出+5v，精度优于3%，出功率为4w，最大输出电流可达0.8a，典型变换效率为70%。由前面的例子我们可以看到，器件作为分流反馈后，ref端的电压始终稳定在2.5v，那么接在ref端和地间电阻中流过的电流就应是恒定的。利用这个特点，可以将tl431应用很多流电路中。是一个实用的精密恒流源电路。原理很简单，不再赘述。但值注意的是，tl431的温度系数为30ppm/，所以输出恒流的温度特性要比普通镜像恒流源或恒流二极管好得多，因而在应用中无需附加温度补偿电路。下面就介绍一个用该器件为传感器电

21、桥提供恒定偏流的电路，这是一个已连成桥路的压传感器的前级处理电路。vref/r2的值应设为电桥工作所必要的恒定电流，该电流值通常会由传感器制造商提供。流经tl431阴极的电流由r1和电源电压vs决定，在应用中通常让它等于桥路电流，但一定要注意大于1ma。 由于tl431非常易于实现恒压或恒流，而且有很好的温度稳定性，因此很适合于仪表电路、传感器电路等设计应用。4：模数转换电路介绍图 17 模数转换电路4.1tlc1549芯片介绍 tlc1549是美国德州仪器公司生产的10位模数转换器。它采用cmos工艺，具有内在的采样和保持， 采用差分基准电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，总不可

22、调整误差达到1lsb ma（4.8mv）等特点。5.2tlc1549的工作温度范围内（自然通风）极限参数如下： 电源电压范围： -0.56.5v 输入电压范围： -0.3vcc+0.3v 输出电压范围： -0.3vcc+0.3v 正基准电压： vcc+0.1v 负基准电压： -0.1v 峰值输入电流（任何输入端）： 20ma 峰值总输入电流（所有输入端）： 30ma 工作温度范围（自然通风）：tlc1549c 070 tlc1549i -4080 tlc1549m -65125 4.2：工作原理在芯片选择（cs）无效情况下，i/o clock 最初被禁止且data out处于高阻状态。当串行接

23、口把cs拉至有效时，转换时序开始允许i/o clock 工作并使data out 脱离高阻状态。串行接口然后把i/o clock 序列提供给i/o clock 并从data out 接收前次转换结果。i/o clock 从主机串行接口接收长度在10和16个时钟之间的输入序列。开始10个i/o 时钟提供采样模拟输入的控制时序。 在cs的下降沿，前次转换的msb出现在dataout端。10位数据通过data out 被发送到主机串行接口。为了开始转换，最少需要10个时钟脉冲。如果i/o clock 传送大于10个时钟长度，那么在的10个时钟的下降沿，内部逻辑把data out拉至低电平以确保其余位

24、的值为零。在正常进行的转换周期内，规定时间内cs端高电平至低电平的跳变可终止该周期，器件返回初始状态（输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果）。由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防止cs被拉至低电平。时序图如图。图18 tlc1549时序图4.3：电压与转换图 图19 模数转换对照表说明：（1）：在tlc1549工作的时候，如果大于电压电源，芯片将不能工作。2) 此曲线基于下列假设：vref+和vref-已被调整以便从数字0至1跳变的电压为0.0024v，满度跳变电压为4.908v。1lsb=4.8mv。3)：满度值是指其额定中点值具有最高的绝对值的那级台阶。零度值是指其额定中点

25、值等于零的那级台阶。 5：单片机处理器图20 单片机处理器5.1at89s4051介绍 at89c4051是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，功能强大的at89c4051可为您提供许多高性价比的应用场合。 at89c4051虽然是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个外部双向输入/输出（i/o）端口，其中p1是一个完整的8位双向i/o口，同

26、时内含两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器(p1.0,p1.1为同相或反箱输入端)，片内时钟电路。 同时at89c4051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有ram、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内ram将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。5.2：主要功能特性： 兼容mcs51指令系统 4k可反复擦写(1000次）flash rom 15个双向i/o口 6个中断源 2个16位可编程定时/计数器 2.7-6.v的宽工作电压范围 时钟频

27、率0-24mhz 128x8bit内部ram 2个外部中断源 2个串行中断 可直接驱动led 2级可编程程序加密位 低功耗睡眠功能 内置一个模拟比较放大器 可编程uarl通道 软件设置睡眠和唤醒功能 5.3：封装和引脚功能说明at89c4051采用的是双列直插式封装。4k的flash闪速存储器。15个i/o口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，内置一个精密比较器，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c4051可以降至0hez的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止cpu的工作，但允许ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

28、掉电方式保存ram中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。6.4功能说明：vcc：电源工作电压。+5vgnd：接地端。p1口：p1口是一组8位双向i/o口，p1.2p1.7提供内部上拉电阻,p1.0和p1.1内部没有上拉电阻,主要是考虑它们分别是内部精密比较器的统乡输入端(ani0)和反向输入端(ain1),如果需要应在外部接上拉电阻.p1口输出缓冲器可吸收20ma电流并可以直接驱动led.当p1口引脚写入”1”时可作输入端,当引脚p1.2-p1.7用做输入并且被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而输出电流(i1l). p1口还在flash闪速编程及沉痛工序校验时接

29、受代码数据.p3口:p3口的p3.0p3.5,p3.7是带有内部上拉电阻的7个双向i/o口.p3.6没有引出,它作为一个通用i/o口但不可访问,但可以作为固定输入片内比较器的输出信号.p3口缓冲器可以吸收20ma电流.当p3口写入1时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口,还有更重要的第二功能,如表3所示:表 3引 脚功 能 特 性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(定时/计数器0外部输入)p3.5t1(定时/计数器1外部输入)p3口还接受一些用于flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号.r

30、st:复位输入.rst引脚一旦变成两个机器周期以上高电平,所有的i/o口都将复位到”1”(高电平)状态,当振荡器正在工作时,持续两个机器周以上的高电平便可以完成复位,每个机器周期为12振荡时钟周期. xtal1:振荡器反向放大器及内部时钟发生器的输入端. xtal2:振荡器反向放大器的输出端.振荡器特性:xtal1和xtal2为片内振荡器的反向放大器的输入和输出端,如下图所示.可采用石英晶体组成时钟振荡器,如需从外部输入时钟驱动at89c4051,时钟信号从xtal1输入,xtal2应悬空.由于输入到内部电路是经过一个2分频触发器,所以输入的外部时钟信号无需特殊要求,但它必须符合电平的最大和最

31、小值及时序规范.5.4:模式介绍 5.4.1:空闲模式 在空闲模式下,cpu 保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态,这种方式由软件产生.此时,片内ram和所有特殊功能寄存器的内容保持不变.空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止. p1.0和p1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为”0”,或者在使用上拉电阻的情况下设置为”1”.5.4.2:掉电模式在掉电模式下,振荡器停止工作,进入掉电模式的指令是最后一条别执行的指令,片内ram和特殊功能寄存器的内容终止掉电模式前被冻结.推出掉电模式的唯一方法是硬件复位.复位后将重新定义全部忐忑书功能寄存器但不改变ram中的内容,在vcc恢复到正

32、常工作电平前,复位无效,且必须保持一定时间以使振荡器重新启动并稳定工作.p1.0和p1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为”0”,或者在使用上拉电阻的情况下设置为”1”.5.5:at89c4051的编程方法: 1:上电次序 在vcc和gnd 引脚之间加上电源.设置rst和xatl1为gnd 电平. 2:置rst引脚为高电平,置p3.2引脚为高电平. 3:对引脚p3.3,p3.4,p3.5,p3.7按下表正确组成加社会逻辑高h”或”l”电平即可对perom进行变成操作.编程和校验方法如下; 4:在0000h地址单元对p1.0-p1.7输入数据代码字节. 5:置rst端为+12v,激活编程.6

33、:使p3.2跳变一次来编程perom阵列中的一字节或者加密位,写字节周期是自身定时的,一般需时1.2ms. 7:当校验已编程的数据,使rst从+12v降低到逻辑电平”h”,置p3.3p3.7引脚到正确的电平即可从p1口读取数据.8:对下一地址单元编程字节,使xtal1引脚正脉冲跳变一次使地址计数器加一,在p1口输入新的数据字节. 9:重复5和8,可对整个2k字节阵列全部编程,直到目标文件结束.10:下电次序: 置xtal1为低”l”电平. 置rst为”l”电平. 置空所有其它i/o引脚.关闭vcc电源.at89c4051 flash闪速编程方式如下:5.6：其他单片机的介绍at89c51等其他

34、单片机，都有很多的i/o口，和at89c4051想比较，也是有很多的优势和其他单片机所不能取代的特点。但是由于在我们此次的设计中，我们需要单片机提供的i/o口很少，没有必要选择一个i/o比较多的微处理器。另外，at89c4051的4k flash也满足我们的需求。在使用at89c4051的单片机，要特别注意有些口线没有内置的上拉电阻，在将其作为输出口时比部加上拉电阻才能达到我们需要的驱动能力。6：l297电路图图22 l297电路图6.1：l297的说明l297是一种环分集成芯片，它可以产生四相驱动信号，用于计算的两相双极和四相单极驱动步进电机，该电路可以构成四相八拍和四相四拍的方式驱动步进电

35、机。芯片内的pwm 斩波器允许在开关模式下控制步进电机绕组电流。该器件的特性是只需要时钟、方向和模式输入信号。相位是由内部产生的。因此,可减轻微处理机和程序设计的负担。此芯片是具有20 个引出脚的双列直插式塑胶封装的器件。6.1.1：l297的封装l297是双列直插式封装。如图所示图23 l297封装图6.1.2：l297的管脚功能说明 第一脚：同步信号输入端，因为由两个输入使能端和四个输出口，所以需要同步信号。第二脚：是和gnd相连。图25封装图第三脚：当该信号有效时，l297的输出端的初始状态为abcd=0101。该信号有效时，二极管将会导通。第四脚：信号a的输出端口。第五脚：该电路的参考

36、电压输入端，作为我们信号比较器的基准电压。第六脚：信号b的输出端口。 第七脚：信号c的输出端口。第八脚：信号a和信号b的输出使能信号。 第九脚：信号d的输出端口。第十脚：芯片选通或工作的使能信号输入端口。第十一脚：低电平的时候，作用于5脚8脚高电平时，对abcd的输出有作用 。第十二脚：+5v的电源。第十三脚：信号c和d的输出电流控制端，调节它可以对输出电流做一限定。第十四脚：信号a和b的输出电流控制端，调节它可以对输出电流做一限定。第十五脚：参考电压，它的大小决定了电流的大小。第十六脚：它是一个rc网络，它决定了l297的频率为f=1/0.69rc。第十七脚：当为高电平的为正向转动，低电平反

37、向转动，是步进电机转向控制端。第十八脚：是l297的时钟信号输入端，保证了l297的正常工作。第十九脚：当为高电平的时候，为半步方式，为低电平的时候为全步方式。第二十脚：复位信号输入端，当为低电平的时候，它将输出的状态恢复到abcd=0101。7：步进电机l298电路图图25 l298电路图 7.1：l298简介 l298 芯片是一种高压、大电流双全桥式驱动器,其设计是为接受标准ttl 逻辑电平信号和驱动电感负载,例如继电器、圆筒形线圈、直流电动机和步进电动机。具有两抑制输入来使器件不受输入信号影响。每桥的三级管的射极是连接在一起的,相应外接线端可用来连接外设传感电阻。l298 芯片是具有15

38、 个引出脚的多瓦数直插式封装的集成芯片。8.2：l298的结构和封装 l298采用15脚的multivatt塑料封装，通过三热片可以用螺钉固定在散热器上，如图所示。内部包括两个h桥的高电压大电流全桥式驱动器a和b（每个全桥由4只npn型三极管构成）；逻辑电路供电稳压器；逻辑控制电路等。7.2：引脚说明表4编号名称功 能 描 述1电流传感器a在该引脚和地之间接小电阻可用来检测电流2输出引脚1内置驱动器a的输出端1，接至电机a3输出引脚2内置驱动器a的输出端2，接至电机a4电源电机供电输入端5输入引脚1内置驱动器a的逻辑控制输入端16使能端a内置驱动器a的使能端7输入引脚2内置驱动器a的逻辑控制输

39、入端28逻辑地逻辑地9逻辑电源端逻辑控制电路的电源输入端10输入引脚3内置驱动器b的逻辑控制输入端111使能端b内置驱动器b的使能端12输入引脚4内置驱动器b的逻辑控制输入端213输出引脚3内置驱动器b的输出端1，接至电机b14输出引脚4内置驱动器a的输出端2，接至电机b15电流传感器b在该引脚和地之间接小电阻可用来检测电流7.3l298的控制逻辑表5输 入 信 号电机运动方式使能端a/b输入引脚1/3输入引脚2/4110前进101后退111停车100紧急停车0xx自由转动7.4：l297和l298的连接驱动电路8：工作方式说明 当采用两片l297通过l298分别驱动步进电机的两绕组，切通过两

40、个d/a转换器改变每绕组对应的verf时，即组成步进惦记细分驱动电路。l298和l297驱动接线原理如图所示。p1口的口线连接到l297的相应的控制端，通过软件的合理编排，到达控制电机按预期方向转动的目的。8.1：电路工作原理说明 在走完迷宫后，我们判断红外线的状态在由单片机的p3.1输出信号，让三极管导通。连接在三极管集电极的继电器也会在控制信号来临后工作。在继电器工作的一定时间内，太可以使连接在它的输出端的直流电机工作，从而是画笔脱落到地面。在这个动作完成后，根据机器人前进时候后所保存的数据，再次驱动步进电机，让它画出走迷宫时候的路线图。此外，l297的1端为同步端口，它可以连到另外一组l

41、297和 l98的驱动电路的同步端口，用以使两组驱动器同步工作，到达同时驱动多台电机的效果。 步进电机的工作电压可以在5v到36伏的范围内正常工作。在我们的设计中，采用12v的工作电压。其他芯片的5v芯片由它稳压得到。8.2：步进电机模式及状态在上面的程序中，步进电机的转速可以由延时程序来实现，只要改变它的参数，就可以理想的前进速度。步进电机的转动力度可以调节电路中的w1和w2，在调节时候，可以改变闭合回路中电流，回路中电流的大小决定了步进电机的前进力量。8.3：+5v电压产生电路 图12的电路中，+12v的电路由电池组提供，并且可以提供到达2.4a的工作电流，完全可以满足步进电机的正常工作。

42、8.4：继电器的工作原理fp-rly-422具有4个用于切换通用信号及负载的单刀双掷继电器。 fp-rly-422模块安装在通用接线座上，可安装现场i/o布线所需的螺丝或弹簧端子。 接线座也可通过网络模块为总线模块提供电源，同时可控制fp-rly-422模块和网络模块并提示二者之间的通信状态。 4个机电继电器 隔离的输入-输出（2,500 vrms绝缘击穿电压） 非锁存单刀双掷继电器 在250 vac或35 vdc下最高可切换3 a电流-40到70c 操作温度范围 8.6：机器人构造介绍机器人是由三个轮子，一快底座板，两层线路板组成。后面装备的有步进电机，整个机器人在前进过程中的动力都是由这两个电机提供。前面的轮子只是起支撑作用。机器人在转弯的时候，利用步进电机的精密步进特性来实现，所以前面的轮子要求与地面的摩擦系数尽量小，从而可以减少后面驱动电机的负担。两快线路板采用排线进行数据信息和控制信号的传输。反射式红外线信息采集线路板位于中间层。前面有一个红外线传感器，也就是线路板中的u4单元，右上角和右小角的红外线分别是u2和u1单元，左上角和左下角的红外线分别是u5和u3单元。最顶层是驱动电路和单片机控制线路板，在该层线路板的右上角有一个开关，是电源开关，靠线路板右侧中央处有一个红色的电源指示灯，若将电源接通，指示灯亮，则表示