《单片机原理与应用》课设报告模板

1、武汉理工大学华夏学院课程设计报告书课 程 名 称 课程设计总评成绩 学生姓名、学 号 学 生 专 业 班级 指 导 教 师 姓名 课程设计起止日期 一、课程设计项目名称基于单片机的自动循迹小车的设计二、项目设计要求及性能指标设计一个基于单片机控制的自动循迹小车，选用AT89C52单片机作为主控芯片进行设计和实现。具体任务包括项目的可行性分析，硬件电路的设计，系统软件设计，仿真调试，实际测试等。具体要求如下：1. 小车结构为三轮小车，其中两个轮子为驱动轮，一个为万向轮；2. 沿着规定的目标线（通常是黑线或白线）行进，而不偏离轨道；3. 目标线轨道有直道和弯道，可包含90度以上弯道；三、项目设计方

2、案1、系统方案设计（分析项目要求和指标，给出总的设计方案，画出项目设计的方框图，写出设计方案和工作原理。）根据课程设计的要求，系统设计方案如下：以STC89C52单片机作为微控制器，采用RPR220型红外对管组成循迹模块，采用L298电机驱动芯片和两个直流减速电机构成电机驱动模块，以7805稳压管构成电源电路。自动循迹小车系统结构框图如图1所示。STC89C52单片机2个电动机电机驱动模块L2987805稳压电源模块轨迹探测模块 图1 自动循迹小车系统结构框图 循迹就是能够沿着给定的轨迹运行，一般给定的轨迹为在白色地面上黑色轨迹。为了实现这一目的，就需要轨迹检测模块，这相当于小车的眼睛，需要将

3、路面信息返回到大脑中，这大脑就需要有信息处理功能的微处理器来构成，处理的信息需要执行机构来执行，这就需要电机驱动模块，来实现小车的行走功能，而一个完整的系统，还需要有电源模块来提供能量。系统的基本原理：循迹模块将检测到的路面信息传送给微处理器来处理，然后将处理结果送到电机驱动模块执行，达到循迹的目的。2、系统硬件电路设计（给出系统的硬件电路设计，并分析其工作原理。) (1)自动循迹小车硬件设计自动循迹小车的硬件电路主要由稳压电路模块、电机驱动模块、循迹模块、控制模块等组成，循迹小车硬件电路如图2所示。 图2 循迹小车硬件电路(2)单片机模块和电源电路设计单片机模块只需要复位电路和晶振电路就能满

4、足控制要求，其中复位操作完成单片机片内电路的初始化，使单片机从一确定的状态开始运行，当单片机的复位引脚RST出现5ms以上高电平时单片机就完成了复位操作；时钟电路就是在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器构成内部振荡方式，内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多。电源电路由L7805和电容组成，最大输入电压可达35V，最大输出电流为1.5A，输出电压为5V，这里输入用7.2V充电电池组。由于其输出电压为5V，因此作为单片机的稳压电路芯片非常合适，而且价格便宜，其输出可直接给单片机供电。单片机模块和电源电路如图3所示。 图3 单片机模块和电源电路(3)电动机驱动模块电机驱动选用

5、双全桥电机专用驱动芯片L298，可同时驱动2个46V、2A以下的直流减速电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的I/O端口来提供模拟时序信号，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个直流减速电机；input1input4 输入控制电位来控制电机的正反转；Enable 则控制电机停转。电机调速通常用的是PWM调速，即脉宽调制方式驱动，通过改变占空比来改变电动机转速。具体控制方式如下：input1input4接单片机，控制电动机转向，若单片机一I/O口输出PWM信号到使能端Enable A，当Enable A为高电平时电动机则转动，若为低电平则不转动，通过调节PW

6、M波的占空比可以改变Enable A的高低电平时间从而可以改变电动机的转速。电机驱动电路如图4所示。图4电机驱动电路(4) 循迹电路设计循迹小车在铺有约两厘米宽黑纸的路面行驶，可以直接将黑色绝缘胶布粘在白色地面上或白纸上作为小车循迹轨迹。由于黑纸和白色路面对光线的反射系数不同，可以根据接收的反射光的强弱来判断道路黑色轨迹。本设计循迹传感器采用RPR220反射型光电对管，通过红外敏感端对不同颜色的感光能力的不同，可以很容易的辨别白纸上的黑色轨迹。红外发射管发出的红外线照射到黑带时，光线被黑带吸收，红外接收管无法接受到红外线，不导通。当红外发射管发出的光照射到地面时发生漫反射，光反射回来被红外接收

7、管吸收，红外接收管导通。循迹检测电路如图5所示，本设计用4组该检测电路达到精确循迹的目的。当传感器在黑线上时接收管不导通，LM393的3脚电压就为高电平，而2脚电压可以由电位器进行调节，只要电位器不是在最上端，则2脚电压就小于VCC，这样正向端的电压大于反向端电压，那么经过电压比较器比较后，输出高电平，当传感器在白线上时，红外接收管导通，则3脚可视为接地，则正向端电压小于反向端电压，那么经比较器比较后输出低电平。图5循迹检测电路3、系统软件设计（给出系统的软件设计，画出程序流程图，并给出关键部分的程序说明。）（1）系统流程图自动循迹小车系统程序要求对4个光电对管的信号进行检测，然后单片机根据检

8、测到的信号做出相应的控制，从而控制电动机的转速和转向，达到自动循迹的目的。具体程序流程图如图6所示。图6程序流程图（2）主要功能程序说明/ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第 一 部 分 S t a r t * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *sbit IN1=P10; / 以 下 是电机驱 动 芯 片 L 2 9 8 管 脚 位 声 明 sbit RPR3=P16; / 此 处 是 传 感 器 R P R 2 2 0 管 脚 位 声 明 / * * *

9、 * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第 一 部 分 E n d * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第 二 部 分 子 函 数 定 义 S t a r t * * * * * * * * * * * */*延时函数 */ void delay(uint k) uint x,y; for(x=0;x<k;x+) for(y=0;y<2000;y+);/*循迹功能函数 */ while(n%2=0

10、) if(A=1) break; if(A=0&&bz1=1&&(RPR4=0&&RPR3=0&&RPR1=0&&RPR2=0)|(RPR1=1&&RPR2=1&&RPR3=1&&RPR4=1)|(RPR1=1&&RPR2=1&&RPR3=0&&RPR4=0)/ 未 检 测 到 黑 线 ， 小 车 继 续 前 进 if(A=0&&bz1=1&&RPR1=1&&RPR2=0&

11、amp;&RPR3=0&&RPR4=0) / 仅 左 轮 检 测 到 黑 线 ， 小 车 向 左 转 弯 if(A=0&&bz1=1&&RPR1=0&&RPR2=1&&RPR3=0&&RPR4=0) / 仅 右 轮 检 测 到 黑 线 ， 小 车 向 右 转 弯 未检测到障碍物 if(A=0&&bz1=1&&RPR4=1&&RPR3=0&&RPR1=0&&RPR2=0) / 右轮最外围检测到黑线 向右大转弯 未检

12、测到障碍物 if(A=0&&bz1=1&&RPR4=0&&RPR3=1&&RPR1=1&&RPR2=0|(RPR1=1&&RPR2=1&&RPR3=0&&RPR4=1) / 右轮大转弯 左轮后退 90°转弯 未检测到障碍物 if(A=0&&bz1=1&&RPR4=1&&RPR3=0&&RPR1=0&&RPR2=1|(RPR1=1&&RPR2=1&&

13、RPR3=1&&RPR4=0)/ 左轮大转弯90° if(A=0&&bz1=1&&RPR4=0&&RPR3=1&&RPR1=0&&RPR2=0) /左轮最外围检测到黑线 左轮大转弯 未检测到障碍物 四、项目设计结果分析（写出整个调试经过和现象，并分析产生不正确结果的原因和处理方法；给出仿真电路运行效果图，实物电路运行效果图。） （1）系统调试先设计好电路图，利用keilC51软件和Proteus软件进行模拟仿真，仿真成功后开始自己的焊接组装调试过程，首先将4节干电池直接接在电动机的两端，试

14、验电动机是否能转动，发现转速很慢，然后查看焊接好的电机驱动电路是否工作正常，然后开始焊接循迹模块，先接一个RPR220型光电对管，测其在黑线和白线上的输出电压，实验发现确实在黑线上输出高电平，在白线上输出低电平，然后与单片机相连，将编译好的程序下载到单片机中，在用黑色绝缘胶布和寝室白色地板构成的轨迹上进行实践测试，经过反复的实践和更正程序，终于循迹小车做成功了，可以非常准确的沿着黑线循迹，能够非常流畅的转90°弯和正确的经过十字路口，也能走圆弧型轨迹和转大于90°的弯。在循迹小车工作正常的基础上，又扩展了避障功能和遥控功能，能够让小车在遥控避障和循迹避障两种功能间进行切换。

15、主要测试的内容有：电机驱动模块工作是否正常；循迹模块是否工作正常；扩展功能是否达到要求等等。小车实际运行图如图7所示。图7小车运行图（2）总结本论文从整体的角度，对自动循迹小车系统进行分析和研究，同时做到重点的突出。论文循迹小车整体系统入手，着重介绍了由L298电机驱动芯片组成的电机驱动模块以及由RPR220型光电对管组成的循迹模块以及扩展模块。该自动循迹小车具有自动循迹、遥控、避障等功能，能够沿着任意的轨迹行驶。再设计这个系统时也遇到了许多问题和困难，例如电源问题，在干电池带不动以后我专门去了电子元器件市场去买个经济实惠的电源，最终还是在网上买了个充电电池组，再设计的过程中肯定会出现意想不到的事情，有时一个小小的问题，都要花费大量的时间和精力，需要不断地试验，才能达到最好的效果。该系统设计已经完成，并且做出了实物，实际测试证明系统已能达到设计要求。通过对系统的软硬件设计和调试过程，积累了不少实际经验，开拓了思维，为今后在这方面的工作打下了较为坚实的基础。本文还有很多不足之处，将在以后的学习和实践中不断完善。五、参考文摘（相关文摘不少于3篇，记录每篇文献的作者姓名.文献名称.文献发行城市：文献出版社，出版年；）1秦志强，彭建盛，谭立新编著.AVR