电子工程毕业论文范文

1、 长春理工大学光电信息学院毕业设计 编号 本科生毕业设计光电循迹车 Photoelectric Tracking Car学 生 姓 名孙道震专 业电子信息工程学 号0931142指 导 教 师王春民分 院电子工程分院2013年 6 月 摘 要 激光传感器是新型测量仪表，已广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等各方面，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。本系统以AVR单片机为控制核心，采用电机专用驱动芯片L298驱动两个直流电机，通过激光传感器件来采集信息，并将数据信息送入

2、主控单元ATmega16单片机，处理数据后完成相应的操作，实现了智能小车在无人控制状态下智能光电检测、循光功能。关键词 ATmega16 激光传感器 直流电机 循光功能 ABSTRACT The laser sensor is a new type of measuring instrument, has been widely used in all aspects of production, national defense, medical and non electrical measurement, it is can realize the non-contact distanc

3、e measurement, fast speed, high precision, large measuring range, the light resistance, electrical interference etc. ATmega16 is based on low power AVR RISC structure of the 8 bit CMOS microcontroller. This system takes the AVR single chip as the control core, the motor drive chip L298 drive two DC

4、motors, laser sensors to collect information through, and the data is sent to the main control unit of ATmega16 microcontroller, data processing after the completion of the corresponding operation, realizes the intelligent car control state in the absence of intelligent photoelectric detection, thro

5、ugh the optical function.Keywords ATmega16 Laser Sensor DC Motor Function of Light 目 录 绪 论1第一章 发展状况及意义2 1.1 发状展况21.1.1 传感器的全球发展现状21.1.2 研究意义31.2 国内外发展状况31.2.1 激光的应用31.2.2 市场前景4第二章 方案设计与论证42.1 光电发射器42.2 控制系统52.3检测系统62.4接收与传输62.5 电机驱动系统7第三章 硬件设计83.1 控制系统的硬件构造83.1.1 ATmega16单片机简介83.1.2 ATmega16 引脚功能83.

6、1.3 ATmega16 内核93.1.4最小应用系统设计93.2 激光触发与接收103.2.1 激光发射103.2.2 激光接收113.3 电机驱动113.3.1 L298介绍113.3.2 驱动电路133.3直流电机143.4通道设计153.4.1前向通道153.4.2后向通道设计16第四章 软件设计17 4.1软件流程17结 论27致 谢28参 考 文 献291 绪 论 激光是20世纪60年代出现的最重大的科学技术成就之一。它发展迅速，已广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等各方面。激光具有3个重要特性: 高方向性、高单色性、高亮度。 激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。激光传感器

7、由发射管、接收管、调制管、大透镜等组成。 激光传感器工作时先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。发射部份由一个振荡管发出180KHz频率的振荡波后，经三极管放大，激光管发光；接收部份由一个相匹配180KHz的接收管接收返回的光强，经过电容滤波后直接接入单片机的PA口，检测返回电压的高低。由于激光传感器使用了调制处理，接收管只能接受相同频率的反射光，因而可以有效防止可见光对反射激光的影响。 智能电动小车，将测量光电数据传送至单片机进行处理，由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。 1 第一章

8、发展状况及意义 1.1 发展状况 1.1.1 传感器的全球发展现状 调查显示，2011年全球传感器市场容量为600亿美元，预计2013年全球传感器市场可达800亿美元以上。东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。真尚有公司等世界高端传感器制造商开始进入中国大陆，并且设立了技术开发部门。 1.1.2 研究意义 就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景。 利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量，还可

9、用于探伤和大气污染物的监测等。 1.2 国内外发展状况 1.2.1 激光的应用激光测长【1】：精密测量长度是精密机械制造工业和光学加工工业的关键技术之一。现代长度计量多是利用光波的干涉现象来进行的，其精度主要取决于光的单色性的好坏。激光是最理想的光源，它比以往最好的单色光源（氪-86灯）还纯10万倍。因此激光测长的量程大、精度高。若用氦氖气体激光器，则最大可测几十公里。一般测量数米之内的长度，其精度可达0.1微米。激光测距【2】：它的原理与无线电雷达相同，将激光对准目标发射出去后，测量它的往返时间，再乘以光速即得到往返距离。由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于测远距离、判定目

10、标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度等都是很关键的，因此激光测距仪日益受到重视。在激光测距仪基础上发展起来的激光雷达不仅能测距，而且还可以测目标方位、运运速度和加速度等，已成功地用于人造卫星的测距和跟踪，例如采用红宝石激光器的激光雷达，测距范围为5002000公里,误差仅几米。目前常采用红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化镓激光器作为激光测距仪的光源。激光测振：它基于多普勒原理测量物体的振动速度。多普勒原理是指：若波源或接收波的观察者相对于传播波的媒质而运动，那么观察者所测到的频率不仅取决于波源发出的振动频率而且还取决于波源或观察者的运动速度的大小和方向。所测频率与波源的频

11、率之差称为多普勒频移。这种测振仪在测量时由光学部分将物体的振动转换为相应的多普勒频移,并由光检测器将此频移转换为电信号,再由电路部分作适当处理后送往多普勒信号处理器将多普勒频移信号变换为与振动速度相对应的电信号，最后记录于磁带。这种测振仪采用波长为6328埃的氦氖激光器，用声光调制器进行光频调制，用石英晶体振荡器【3】加功率放大电路作为声光调制器的驱动源，用光电倍增管进行光电检测，用频率跟踪器来处理多普勒信号。它的优点是使用方便，不需要固定参考系,不影响物体本身的振动,测量频率范围宽、精度高、动态范围大。缺点是测量过程受其他杂散光的影响较大。激光测速：它也是基多普勒原理的一种激光测速方法,用得

12、较多的是激光多普勒流速计,它可以测量风洞气流速度、火箭燃料流速、飞行器喷射气流流速、大气风速和化学反应中粒子的大小及汇聚速度等。 1.2.2 市场前景 一些传感器【4】市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于光电传感器、无线传感器、传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，无线传感器在2007-2010年复合年增长率超过25%。全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延

13、伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。在高端技术传感器领域，真尚有等国际传感器巨头也已经进入国内市场，并直接在中国设立技术研发部。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如光电传感器、无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。 第二章 方案设计与论证 2.1 光电发射器光电测量技术是以光电子学为基础，以光电子器件为主体，利用光电传感器将被测量的量转换成光通量，再转换成电量并综合利用信息传送和处理技术，完成测量的一门新兴的技术。，其中激光传感器就是光电测量技术的一个重要应用。激光传感器【5】简单介绍及其优点。激光传感器

14、是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器工作时先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。激光接收管只能接收160KHZ至200KHZ左右频率的光，也就是说一般可见光中的大部分色光都不能被接收到。那么只要将激光的发射频率调制到160KHZ至200KHZ内就能被激光接收管接收到了如图2-1。 图 2-1光电调制管 2.2 控制系统 ATmega1内核【6】具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至1

15、0 倍的数据吞吐率。ATmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。 工作于空闲模式时CPU 停止工作，而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；停电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外

16、都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声； Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作如图2-1。激光检测 右边 左边 中间单片机驱动电机左转90右转90 右转 直行 左转 图 2-1流程图 2.3检测系统检测系统主要实现光电检测，即利用光电传感器对电动车的行车状态进行测量。光线跟

17、踪，采用光敏三极管接收激光发出的光线，当感受到光线照射时，其c-e间的阻值下降，检测电路输出高电平，经整形后送单片机控制。此套光电传感器固定在底盘前沿。正常行驶时，激光被接收管接收，输出高电平信号，传感器输出高电平信号后送单片机处理，判断执行哪一种预先编制的程序来控制车的行驶状态。前进时，驱动轮直流电机正转,由单片机控制进行调速,通过软件改变通电时长实现调速，最后经反接制动实现停车。 2.4接收与传输本系统共设计五个激光接收传感器如图2-2，分别放置在电动车车头的正前方及左、右两个方向，用来控制电动车的行走方向，当五个接收器都未受到光照时单片机控制直行；当左侧接收器受到光照时，单片机控制转向电

18、机向左转；当右侧接收器受到光照时，单片机控制转向电机向右转；当正前方接收器都受到光照时，单片机控制直行；正前方接收器控制行进角度不要偏离直行，用以及时校对。行车方向检测电路采用激光接收触发原理配置了一对激光发射、接收传感器。该电路包括一个红外发光二极管、一个红外光敏三极管及其上拉电阻。1号脚接了一个下拉电阻，一般为可调电阻，用于调整调制频率，1号脚同时也是调制信号输出端；2号脚接+5V，3号脚悬空。 图 2-2接收管 2.5 电机驱动系统直流电动机的调速【7】方法有三种：（1）调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求

19、在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。aI变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。（2）改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。fI变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。（3）改变电枢回路电阻R。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速

20、性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大，在额定转速以上作小范围的升速。对于要求在一定范围内无级平滑调速。 第三章 硬件设计 3.1 控制系统的硬件构造 3.1.1 ATmega16单片机简介 ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。如图3.1由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。 本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以

21、通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区。在更新应用Flash存储区时引导Flash区的程序继续运行，实现了RWW 操作。 通过将8 位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内， ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。 3.1.2 ATmega16 引脚功能 VCC 电源正 GND 电源地 端口A(PA7.PA0) 端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出

22、和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。本系统将A端口作为输入信号端口，与激光接收器端口相连接。 端口C(PC7.PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口C 也可以用做其他不

23、同的特殊功能。本系统将端口C作为电机驱动的信号输入端。 RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见P36Table 15。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。 XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。 XTAL2 反向振荡放大器的输出端。 AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接如图3-1。 图 3-1ATmega16单片机 3.1.3 ATmega16 内核 为了获得最高的性能以及并行性， AVR 采用了Harvard 结构，具有独立的数据和程序总

24、线。程序存储器里的指令通过一级流水线运行。 快速访问寄存器文件包括32 个8 位通用工作寄存器，访问时间为一个时钟周期。从而实现了单时钟周期的ALU 操作。ALU支持寄存器之间以及寄存器和常数之间的算术和逻辑运算。程序流程通过有/ 无条件的跳转指令和调用指令来控制，从而直接寻址整个地址空间。大多数指令长度为16 位，亦即每个程序存储器地址都包含一条16 位或32 位的指令。在中断和调用子程序时返回地址的程序计数器(PC) 保存于堆栈之中。这个指针位于I/O 空间，可以进行读写访问。数据SRAM 可以通过5 种不同的寻址模式进行访问。AVR 存储器空间为线性的平面结构。AVR有一个灵活的中断模块

25、。控制寄存器位于I/O空间。状态寄存器里有全局中断使能位。每个中断在中断向量表里都有独立的中断向量。各个中断的优先级与其在中断向量表的位置有关，中断向量地址越低，优先级越高。 3.1.4最小应用系统设计80C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用80C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图3-2 80C51单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。 图 3-2最小系统 3.2 激光触发与接收3.2.1 激光发射常用的激光二极管有两种:PIN光电二极管【8】。它在收到光功率产生光电流

26、时，会带来量子噪声。雪崩光电二极管。它能够提供内部放大,比PIN光电二极管的传输距离远，但量子噪声更大。为了获得良好的信噪比，光检测器件后面须连接低噪声预放大器和主放大器。 半导体激光二极管的常用参数有。波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有650nm、670nm、780nm、810nm、980nm等。阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流。 发射部分电路如图3-3。电源电压5v（稳压），NPN中功率三极管，集电极

27、接正电源，发射极对地，用一只22欧姆左右的电阻接在调制管与基极之间。 图 3-3发射部分3.2.2 激光接收 激光接收管在管子上加一反向电压时，有光时电流就增大，无光时几乎无电流通过。用一个电阻分压，电流的变化则可转换为电压的变化，如果接电阻在二极管负极端，有光时电压下降输出低电平；如果电阻接在二极管正极端，有光时电压上升输出高电平如图3-4。 图 3-4接收部分 3.3 电机驱动 3.3.1 L298介绍 L298N为15个管角的单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动图3-5。 图 3-5L298 电源电压，驱动部分：本驱动器可适应较宽电压范围可在1036之间选择。一般来说较高的额定电压有

28、利于提高电机在高转速扭矩，但却会加大驱动板的功率损耗和温升【9】。 前置部分：可在9-12之间选择。前置部分约消耗0.25电流，在功率电源输入超过12时不可将前置电源并接于功率电源。输出电流选择：本驱动器最大电流值为2/相，为配合不同电机使用，调整精密可调电阻以达到最佳电流匹配如表3-1。 表3-1 电压参数参数符号测试环境最小值典型值最大值单位驱动电源电压Vs持续工作时2.5一46V逻辑电源电压Vss一4.557V输入低电平电压ViL一-0.3一1.5V输入高电平电压ViH一2.3一VssV使能端低电平电压Ven=L一-0.3一1.5V使能端高电平电压Ven=H一2.3一VssV检测电压1，

29、15脚Vsen一-1一2V 输入信号：本驱动器并口输入信号使用共阴接线方式，+5VTTL电平驱动。脉冲信号输入：该信号被驱动器解释为一个有效脉冲，并驱动电机运行一步，为确保脉冲信号可靠响应，本驱动器最高信号响应频率为70KHZ，过高的输入频率将可能得不到正确响应。方向信号输入：该端信号的高低电平控制电机的两个转向，控制电机转向时应确保方向信号领先脉冲信号建立，可避免驱动器对脉冲的错误响应。当电感线圈通电后再断电时，绕组两端会产生一个比电源电压高N倍，极性与电源电压相反的反向电压，这就是自感电动势。这个反向电压就会加在L298的功率开关器件上，将L298的功率开关器件击穿烧坏，所以要建立一个泄放

30、通道，将绕组自感电动势所产生的高压和电流释放，以保护功率开关器件。 D1、D6，D2、D5两组的作用分别为：A电机正转时，OUT1为正，OUT2为地，电流从OUT1经A绕组流向OUT2。当切断电流，电机停转时A电机绕组的感生电压使OUT2为正，OUT1为负(就象一组电池)，这时接在正端(OUT2)的D2会正向导通；而接在负端(OUT1)的D5也导通将负端接地。为感生电流提供泄放通道向C1、C2充电。这时，C1、C2作为储能器件将自感电流吸收储存。 反转时与正转相反，当电机反转后断电时D1和D6起作用。 电路中的二极管在为L298提供保护同时，也为感生电流向电源电路充电提供通道。C1、C2不但是

31、滤波电容，也是储能器件如图3-6。 图 3-6 驱动电机 3.3.2 驱动电路设计用L298N来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载。内部包含4通道逻辑驱动电路【10】，其额定工作电流为 1 A，最大可达 1.5 A，Vss 电压最小 4.5 V，最大可达 36 V；Vs 电压最大值也是 36 V。L298N可直接对电机进行控制，无须隔离电路，可以驱动双电机。根据L298N芯片的特点，把IOA4IOA7作为输出口，分别与L298N的IN1IN4相接，其VS、VSS分别接+12 V、+5 V电源，其输出口OUT1OUT2接转向电机，OUT3OUT4接驱动电机，根据设计要求，结合所编好的程序

32、，根据所发语音命令，接收信号，从而控制转向电机和驱动电机如图3-7。 图 3-7驱动系统 3.3直流电机 主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。 直流电机铁心一般用0.5mm1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上，由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生

33、磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端

34、的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。 直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势， 靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋

35、转起来。 3.4通道设计 3.4.1前向通道 单片机用与测控系统时，总要有与被测对象相联系的前向通道。因此，前向通道设计与被测对象的状态、特征、所处环境密切相关。在前向通道设计时要考虑到传感器或敏感元件选择、通道结构、信号调节、电源配置、抗干扰设计等。在通道电路设计中还涉及到模拟电路诸多问题。 当将单片机用作测控系统时，系统中总要有被测信号输入通道，有计算机拾取必要的输入信息。作为测试系统，对被测对象拾取必要的原始参量信号是系统的核心任务，对控制系统来说，对被控对象状态的测试以及对控制条件的监测也是不可缺少的环节。 对被测对象状态的测试一般都离不开传感器或敏感元件，这是因为被测对象的状态参数常

36、常是一些非电物理量，如温度、压力、载荷、位移等，而计算机是一个数字电路系统。因此，在前向通道中，传感器、敏感元件及其相关电路占有重要地位。对被测对象的信号的拾取其主要任务就是最忠实地反映被测对象的真实状态，它包括实时性与测量精度。同时使这些测量信号能满足计算机输入接口的电平要求。因此，单片机应用系统中的前向通道体现了被测对象与系统相互联系的信号输入通道，原始参数输入通道。由于在该通道中主要是传感器与传感器有关的信号调节、变换电路,故也可称为传感器接口通道。 在单片机应用系统中，对信号输入、传感、变换应作广义理解，例如开关量的检测及信号输入，在单片机的各种应用系统中有着广泛的应用。最简单的开关量

37、输入通道就是一个具有TTL电平的状态开关，如水银温度触点、温度晶闸管、时间继电器、限位开关等。故只要反映外界状态的信号输入通道都可称为前向通道。并不是所有单片机应用系统都有前向通道，例如时序控制系统，只根据系统内部的时间序列来控制外部的运行状态；分布式测控系统中的智能控制总站完成上级主计算机与现场测、控子站计算机之间的指令、数据传送。这些应用系统没有被测对象，故不需要前向通道。 3.4.2后向通道设计 在工业控制系统中，单片机总要对控制对象实现操作，因此，在这样的系统中，总要有后向通道。后向通道是计算机实现控制运算处理后，对控制对象的输出通道接口。 根据单片机的输出和控制对象实现控制信号的要求

38、，后向通道具有以下特点： 1.小信号输出、大功率控制。根据目前单片机输出功率的限制，不能输出控制对象所要求的功率信号。 2.是一个输出通道。输出伺服驱动系统控制信号，而伺服驱动系统中的状态反馈信号通常是作为检测信号输入前向通道。3.接近控制对象，环境恶劣。控制对象多为大功率伺服驱动机构，电磁、机械干扰较为严重。但后向通道是一个输出通道，而且输出电平较高，不易受到直接损害。但这些干扰易从系统的前向通道窜入。 第四章 软件设计 4.1软件流程 初始化 执行直行子程序 直行信号 Y N 执行转向子程序 转向信号 Y N 转向90度信号 执行90度子程序 Y N 检测停车信号 N Y 执行停车子程序

39、4.2 主程序设计 主程序清单如下：#include<iom16v.h>#include<macros.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint g,str;/定义全局变量，以便端口扫描uchar tur=0,tur01=0,flag=0,flag0=0,final;/*延时子程序*/void delay_ms(unsigned int n) /毫秒级延时unsigned int i,j; for(i=1;i<n;i+) for(j=1;j<1142;j+); void delay_

40、us(unsigned int n) /微秒级延时 unsigned int i,j; for(i=1;i<n;i+) for(j=1;j<2;j+); void kuaipwm(uint a)/PWM初始化及PWM调速 TCCR1A=0X63;/快速PWM模式的选定设置 TCCR1B=0X1C;/256分频 OCR1A=312;/快速PWM的TOP值 OCR1B=a;/匹配寄存器，可随意调节占空比void go_ahead(void)/直行 kuaipwm(300);/初始占空比设置 PORTC|=0b00001010;/正向直行 PORTC&=0b11111010; f

41、lag=1;void turn_left(void)/左转 /delay_ms(1);/ kuaipwm(300);/占空比 PORTC=0b00001000;/电机左转 flag=0;/代表向左 void turn_right(void)/右转 /delay_ms(1);/ kuaipwm(300);/占空比 PORTC=0b00000010;/电机右转 flag=2;void turn_right90t(void)/右转90 kuaipwm(300);/占空比 PORTC=0b00000010;/电机右转 delay_ms(1100); flag=2;void turn_left90t(v

42、oid)/左转90 kuaipwm(300);/占空比 PORTC=0b00001000;/电机左转 delay_ms(1100); flag=0;void turn_stop(void)/停止 /delay_ms(1);/ kuaipwm(300);/占空比 PORTC=0b00000000;/电机停转void init_IO(void)/PC0/1-左侧电机，PC2/3-右侧电机 DDRC|=0b00001111;/ DDRD|=BIT(4)|BIT(5);/pwm初始化 void firtly_setted(void)/ if(str<4000)/如果4秒寻不到黑迹， go_ahe

43、ad(); delay_us(100); else if(4000<=str<4050) turn_left(); delay_us(100); else if(4050<=str<8050) go_ahead(); delay_us(100); else if(8050<=str<8100) turn_left(); delay_us(100);else if(8100<=str<12100) go_ahead(); delay_us(100);else if(12100<=str<12150) turn_left(); delay

44、_us(100);else if(12150<=str<16150) go_ahead(); delay_us(100);else if(16150<=str<16200) turn_left(); delay_us(100);else str=0; void main(void) delay_ms(30); init_IO();/初始化IO口 DDRA&=0b11100000;/pa4-pa0输入 pa4-pa0对应对管和小灯从右到左（面向小车的前进方向） PORTA|=0b00011111;/上拉输入 while(1) g=PINA; g=g; g&

45、=0b00011111; if(g!=0) final=0; switch(g) case 0b00011111:if(tur=0) tur01+;/黑点个数 str+;/初始寻迹过程控制变量 firtly_setted(); if(tur01>4)tur=1;str=0;tur01=0; else go_ahead();delay_ms(100);break;/无激光照射，灯全亮，执行直行子函数case 0b00011010:if(tur=0) tur01+; str+;/初始寻迹过程控制变量。 firtly_setted(); if(tur01>4)tur=1;str=0;tu

46、r01=0;/tur01待改 else turn_right90t();go_ahead();delay_ms(100);break;/右一右三寻到光，执行右转90度子函数case 0b00011100:if(tur=0)/一般是final=1的时候出现 tur01+; str+;/初始寻迹过程控制变量。 firtly_setted(); if(tur01>4)tur=1;str=0;tur01=0; else turn_right90t();go_ahead();delay_ms(100);break;/右一右二寻到光，执行右转90度子函数 case 0b00011110:if(tur=0)/一般是final=1的时候出现 tur01+; str+;/初始寻迹过程控制变量。 firtly_setted(); if(tur01>4)tur=1;str=0;tur01=0; else turn_right90t();go_ahead();delay_ms(100);break;/右一寻到光，执行右转90度子函数 case 0b00010110:if(tur=0)/一般是final=1的时候出现 tur01+; str+;/初始寻迹过程控制变量。 firtl