《基于单片机MSP430F149微处理器的坡道行驶小车设计》10000字【论文】

第页基于单片机MSP430F149微处理器的坡道行驶小车设计第一章引言 11.1 课题的来源及研究意义 11.2 国内外小车研究与应用概况 11.3 设计的主要内容和功能 2第二章设计方案 32.1系统构成 32.2设计思路及程序流程图 4第三章硬件电路设计 63.1系统硬件原理图 63.2MSP430概述 63.2.1MSP430引脚 83.2.2MSP430内部原理 93.3电源电路 93.4循迹探测模块 103.5显示屏电路 103.6按键电路 103.7蜂鸣器电路 113.8LED电路模块 113.09复位按键 123.10传感器原理 133.11红外检测电路 143.12路面探测子程序 153.13PID调速程序设计 15第四章软件系统设计 174.1软件主程序架构 174.2oled12864显示 184.3串口通信的流程图 184.4红外对射传感器检测流程图 194.5按键子程序 20第五章测试方案与测试结果 21第六章总结 23参考文献 25附录 26第一章引言课题的来源及研究意义智能小车又称全自动轮式机器人，近年来越来越受到国内外的关注，智能小车可以按照预设的模式在一定的环境下自动行驶，不需要人工干预，目前已广泛应用于线路巡检、科学勘测、安全监测、现代物流等多个方面。但是由于目前国内对其研究还处于起步阶段，因此对于它的相关技术还没有成熟完善的方法可以参考借鉴。随着社会经济的不断发展，科技水平也得到了快速提高。在此背景下，结合全国大学生智能汽车竞赛及科研应用，设计了以MSP430单片机作为核心控制单元的小车系统，通过红外传感器信息采集，采用增量式PID算法对电机进行控制，实现汽车循迹、车速控制和停车功能。国内外小车研究与应用概况随着国内快科技飞速发展，对于这种智能小车的研究也越来越深入，对小车的细节，性能，实用性等等要求也越来越高，小车能够按照人们的意愿想法要求，给予小车的指令做出相应的动作，甚至可以代替人类在恶劣，极端的环境中起到勘察等作用，这就对小车的硬件，软件要求甚高，给予小车的指令必须要准确，万无一失，正是由于小车的这种巨大作用，在国内外，小车热度愈发提高，人们对小车的研究也会越来越深入，智能小车将越来越频繁地出现在人们的日常生活环境中，甚至成为人们生活不可或缺的一部分。而对于小车单片机的选择，将会选择传统的MSP430芯片，MSP430芯片简单微型计算机具有更高的集成度、更低的价格、更强大的功能[1]。设计的主要内容和功能本设计使用的是单片机MSP430F149微处理器[2]，是一种较为可靠的简单微型计算机，MSP430F149将用作本计划中的处理器。完整功能包括爬坡、显示部分、蜂鸣器提示部分和循迹部分。单击按键开始爬坡，小车从起点开始启动时按下按键开始爬坡，红外将使得小车按照轨迹爬坡。各参数显示在OLED12864上，通过按键可以更改参数[3]。以下主要功能是：1.最小系统的布局[4]（1）自动重置和手动重置系统。（2）晶体振荡器和被动晶体振荡器。（3）MCU电源。2.电机驱动模块（1）TB6612FNG模块（2）大电流驱动，爬坡动力足3.按键设置（1）通过按键一键开始爬坡（2）按键更改pid参数等4.红外对管传感器（1）红外探头电路（2）可见光发光二极管和光敏二极管发射－接收电路5.显示（1）OLED12864显示当前的各种信息（2）按键交互更改参数6.蜂鸣器配置（1）到达终点时蜂鸣器进行提示7.硬件功能测试程序（1）调试每个模块的硬件（2）调试整个软件功能。第二章设计方案2.1系统构成基于MSP430的坡道行驶小车的设计从功能开始。首先，循迹是最重要的职能。在下坡时需要保持一定距离才能避免追尾和碰撞等事故发生；其次，转弯也非常关键。小车必须沿着斜坡上的黑线行驶。这个特性使用红外激光对射传感器来检测是否沿着黑线[5]。与传统的单片机系统一样,配置数据库OLED12864屏,用于显示,可以显示各种数据.单击按键设置起跑时间。当到达终点时，蜂鸣器将发出提示。结束后可以使用复位按键对数据进行清除。同时，将使用晶振进行时间刷新，对于单片微系统来说，最重要的是时钟信号。通过数据访问、选择和比较，使功能正确。价格合适的微处理器msp430f149和红外对射传感器[6]、蜂鸣器、OLED12864屏幕、电机驱动以及按键[7]，构成本设计的硬件系统。以下是小车的系统部分：该系统功能将分为三个部分：爬坡、循迹和复位。这台单芯片微型计算机使用MSP430微型计算机作为CPU，检测部分红外对射传感器。单片机能够控制OLED12864显示器显示，从而便于更改当前各项参数。用于指定LED灯和蜂鸣器提示车辆到达终点。该系统设计使用单芯片微处理器的模块化分布。模块被编写在各个文件之中最后在主函数调用。如果要添加或删除函数[8]，只需增加或减少模块，而无需更改整个结构。这种结构对于创建一个扩展模块非常重要。图2.1是整体工作原理图：图2.1工作原理图2.2设计思路及程序流程图图2.2程序流程图第三章硬件电路设计3.1系统硬件原理图图3.1系统硬件原理图3.2MSP430概述MSP430单片机是一种16位的\t"/item/MSP430%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"单片机，具有\t"/item/MSP430%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"精简指令集（RISC）的一种混合信号的处理器，有丰富的寻址方式（7个源操作数寻址，4个项目程序地址），简单简洁的27内核指令，可以自行设置晶振频率；大量的寄存器和片内数据存储器可以参与各种操作；以及高效的查表处理指令。此外，在软件编程过程中还具有良好的可移植性和可扩展性。最后，本文提出了一个基于Linux平台的高性能嵌入式系统的设计方案。这些特性确保了高效率源程序的开发。运算速度快：MSP430单片机通过25MHz晶体驱动,实现了40ns的指令周期.其内部集成了许多功能单元，例如：时钟模块、存储器、定时器以及中断服务等，这些功能单元都是由不同型号的集成电路构成。16位数据宽度可以与多功能硬件乘法器配对，使一些数字信号处理算法（如FFT）成为可能。超低功耗：MSP430的功耗极低，主要原因如下：MSP430的电源电压为1.8-3.6V。因此，当单片机在1MHz时，芯片上的电流至少达到165μA，而RAM保持模式的最低功耗仅为0.1μA。此外，单片机还具有独特的时钟设计。MSP430单片机上有三种不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环时钟系统和DCO数字振荡器钟系统。在MSP430中，只能使用一种晶体振荡器，如DT-26ORDT-38，以及两种晶体振荡器。时钟的CPU和各种功能是由系统的时钟系统产生的.其中，基本时钟系统为整个系统提供唯一时间基准，而锁频环则用于保证频率同步。此外,DSP内部还集成了许多功能电路来完成上述任务，如定时器、计数器等。这些时钟可以在系统指令的控制下打开和关闭，从而控制整个单片机的功耗。由于系统在运行时打开的模块不同，也就是说，在不同的工作模式下，单片机的功耗会有很大的不同。其中,DCO数字振荡器可以实现高精度时钟信号输出，并且其性能要比其他两种时钟精度高很多。此外,MSP430F149还支持各种中断服务，包括数据存储等功能。系统有多种功耗模式，一种是活动模式，五种是低功耗模式（LPM0到LPM4）。在实时时钟模式，MCU可以消耗2.5μA，而在RAM保持模式下，最低功耗仅为0.1μA。片内资源丰富：MSP430系列单片机的各种系列都具有极为丰富的片内资源。如\t"/item/MSP430%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"看门狗电路（WDT）、\t"/item/MSP430%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"模拟比较器、定时器A0（Timer_A0）与定时器A1（Timer_A1）、\t"/item/MSP430%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"实时时钟（\t"/item/MSP430%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"RTC）和USB控制器等若干外围模块的不同组合。由于单片机工作室极易受到外界电磁场的干扰，造成各种数据混乱，所以看门狗系统可以检测单片机运行状态，并且能够在单片机失控产生混乱时及时使单片机复位，减小损失；模拟比较器是模拟电压与一标准值比较，有定时器，使其在一定范围内保持数值不变。可以设计模数A/D转换器；16位定时器中最主要的是TACTL，它决定Timer_A的时钟信号和工作方式，并具有捕捉/比较功能。因此在电路设计时必须加以重视；其特点是：电路结构简单、易于集成；功耗低、成本低、可靠性好；对内部元件要求不高。可以捕捉/比较寄存器；它可以用于事件计数、时序发生、PWM等，还具有异步、同步、多址串行通信接口在多机通信的应用。例如，P0、P1和P2端口，这些端口可接收来自外部升边或下降沿的中断输入；10/12位的硬件A/D转换器具有很高的转换速率，最多200kbps，可满足大多数数据采集应用；最多160段液晶直接驱动；12位D/A跨两个通道转换；通过硬件I2C串行总线接口进行串行扩展；以及DMA模块，以提高数据传输速度。这些MSP430系列单片机的片内外设为该系统的单片解决方案提供了极大的便利。此外，MSP430系列单片机中断源更多，可随意嵌套，使用灵活方便。本文通过实验证明了在不同工作模式下采用中断方式启动设备的可行性和优越性。与传统方法相比，本设计具有很好的可靠性；同时还可实现对硬件电路的优化配置。当系统处于低功耗时，只需5μs即可中断唤醒。具有便捷高效的开发环境MSP430系列有三种设备，OTP、FLASH型和ROM型，它们有不同的开发手段。其中,OTP型和FLASH型用硬件描述语言开发软件；而ROM型则是利用专用集成电路（ASIC）来完成设计任务的。对于OTP型和ROM型设备，在使用仿真器成功开发后，芯片可以烧毁、写入或隐藏；而对于FLASH型设备，由于其JTAG调试接口，芯片是一个非常便利的开发和调试的环境。此外，Flash还具有可电擦写内存，因此，开发Flash的方法是将程序下载到FLASH中，并通过设备中的软件控制程序进行运行，JTAG接口可读取芯片内的信息，供设计者进行调试。这种方法只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不是仿真器和编程器。最后对所设计的系统做了测试，结果表明该系统能满足实际应用的要求；并已将此技术运用于实际项目中去。开发语言是汇编语言和C语言。

3.2.1MSP430引脚这个微型处理器有64颗引脚。处理器的引脚连接外围设备，例如屏幕、按键和传感器，并创建通信通道。通过引脚，微处理器可以使用外围设备，例如传感器、继电器等。单片机的引脚数量是有限的,如何发挥整个芯片的性能是一大问题。目前，可以改进引脚的体积和设计，使用两个或更多引脚的，扩展MCU的功能[9]。图3.2是一台简单的微型计算机MSP430的引脚[10]示意图，引脚示意图对此进行了详细说明。总的来说MSP430具有如下优势：1、经济:16位MSP430微控制器（MCU）经济实惠。2.功耗:MSP430单片机可作为低功耗\o"嵌入式系统"嵌入式设备使用，其静态电流可小于1微安。MSP430系列单片机的

\o"中央处理器"CPU

的最高频率为25MHz，但也可以降低频率以降低功耗。MSP430了六种不同的低功耗模式，可以禁用不想要的时钟和CPU。这些模式都是根据系统中的硬件结构来确定的，并不会对软件和程序造成影响。因此,MSP430只需使用一种简单的指令就能完成所有功能。而且无需额外增加成本。另外，MSP430可以在1微秒内被唤醒，这使得它在睡眠模式下可以持续更长的时间，并平均功耗最小化。3.外设:内部\o"振荡器"振荡器、\o"定时器"定时器、\o"脉冲宽度调变"PWM、\o"看门狗计时器"看门狗、\o"UART"UART、\o"SPI"SPI、\o"I²C"I²C、10/12/14/16/24位

\o"类比数位转换器"ADC，以及掉电复位电路等，外设非常齐全。4.功能:MSP430系列单片机使用矢量中断支持十几个中断源，可随意嵌套。在该系列中,M是个非常重要的数字量，它对整个系统起着至关重要的作用。如果M设置不合理会影响整个系统的工作性能和可靠性。本文介绍一种新方法。用中断请求唤CPU只需要6us，只要编程得当，可以降低系统功耗。图3.2MSP430单片机封装引脚图3.2.2MSP430内部原理简单MSP430的内部集合相对复杂[11]。如果这只是一个微处理器，那么这个过程的简单集合已经编译好了。包括时钟芯片、时区、ROM、闪存、RAM闪存、48个I/O端口、串行通信[12]和CPU。图3.3是单片机内部资源图：图3.3单片机内部资源图3.3电源电路优化方案使用12V聚合物锂电池驱动两个电机驱动（L298N），并将12V电源细分为降压模块上的减压机（LM2596S），将降压模块的输出电压调整为5V。然后使用降压模块降下来的电压给单片机、8路红外、OLED等供电。经过反复测试，这样的供电系统没有任何问题。图3.4电源电路3.4循迹探测模块采用集成式红外探头和一体化间歇式光电开关检测器，集成度程度高，工作性能可靠。该装置具有检测速度快、精度高、抗干扰能力强等特点。探头的灵敏度可以通过调整探头上的旋钮来控制。这种探头还可以有效地防止来自普通光源（如日光灯的干扰）。3.5显示屏电路OLED屏幕作为一种新型的显示技术，其自身可以发光，亮度，对比度高，功耗低，在当下备受追捧。而在我们正常的显示调整参数过程中，我们越来越多的使用这种屏幕。我们使用的一般是分辨率为128×64，屏幕尺寸为0.96寸。由于其较小的尺寸和比较高的分辨率，让它有着很好的显示效果和便携性。这个屏幕的像素矩阵的划分是比较特殊的,整个屏幕水平方向划分为8个page,垂直方向则是按像素划分为128column.每个column包含8个像素,通过一个十六进制数(其实就是一个字节,8个bit)来控制,每个bit控制一个像素。即储存寄存器每个存储点的0/1控制（映射）一个像素点的亮/灭。图3.5LCD1602液晶显示电路图3.6按键电路单片机的按键电路与四个转换平行的电路。关键检测的重点是高电平和低电平的检测。可以将按键函数写入不同的延时函数，以提高识别精度。点击按键设置开始跑步测速。键1是开始爬坡，键2是进入调参，键3是增大值，键4是减小值。图3.6为按键控制电路原理图：图3.6按键控制电路3.7蜂鸣器电路当小车到达终点时，蜂鸣器将发出一声提示音并且将成绩显示在屏幕上面。如图3.6所示，一部分是1K电阻，另一部分是PNP三极管，最后一部分是蜂鸣器。使用PNP三极管来拉高蜂鸣器电平使开始报警。单片机的引脚输出电流非常小，因此需要使用三极管充当开关给蜂鸣器低电平。蜂鸣器电路如图3.7所示，蜂鸣器一端连接三极管的引脚，另一端接地。三极管采用PNP三极管，其主要功能是放大电流和电平特性，因为单片机电路的电路非常小，无法提供蜂鸣器所需的电流，经过三极管放大驱动电流后，电流放大200倍[13]，驱动蜂鸣器报警。同时三极管的电阻起到限流的作用，因为单片机上电后引脚默认为高电平，所以为了防止三极管导通，只有我们想让三极管进行操作的时候才会给蜂鸣器一个低电平这样蜂鸣器才会进行报警。图3.7蜂鸣器报警电路3.8LED电路模块LED的工作是有方向性的，只有当正极接到LED阳极，负极接到LED阴极的时候才能工作，反接LED是不能正常工作的。LED阳极串联一个电阻，然后连接电源VCC（高电平），而阴极则连接到单片机I/O口。当LED亮起来时,LED两端产生电压差。在单片机与灯座之间加上一电位器，使两者间产生一定幅度的相位差。这样单片机通过检测这个相位差来控制驱动电路。如果你想点亮一个LED，给相应的单片机I/O口赋一个较低的级别。图3.8LED报警指示灯电路图3.09复位按键为了保证所设计的电路系统工作可靠，必须在电路中添加复位电路，将电路恢复到初始状态。类似于我们使用的电脑，一旦我们电脑死机或发生其他问题，我们会利用重启按钮重启我们的电脑。复位电路也是如此，一旦按下复位复位电路按键，系统就会恢复到初始状态。复位电路的一般组成是电容和电阻组合形式，少部分会用到三极管。当电源电压VCC低于上下掉电复位电路上电门槛电压时，所有逻辑电路均复位。本文通过对VCC进行分析并设计出一种基于AT89C51单片机的低功耗延时控制电路。当VCC恢复到正常电压时，单片机延迟了32768只时钟，正常的操作/掉电复位结束。涉及的单片机系统在运行过程中，有时难免会遇到需要软件复位的情况。有些古老的单片机在硬件上可能不支持软件复位功能，所以我们就需要去模拟软件复位的过程。比较常用的方法是跳转到程序的入口地址，利用汇编LJMP、JMP等跳转语句跳到程序的初始入口。但是现在常用的一些单片机(MSP432、STM32等)在硬件上都支持软件复位，配置专门的寄存器就可以实现复位功能。这可以通过电容充电到外部复位电路来实现，只要Vcc的功率不超过1ms，就可以达到自动复位，也就是连接电源来系统复位初始化。当复位时,VCC被压到最低电压（5V）.如果复位过程中发生错误，则会导致程序中断，从而使单片机无法正常工作。该方法分为手动和自动两种方式。手动复位：按复位按钮，复位脚达到VCC的高电平，单片机复位后，按钮松开，系统复位完毕。3.10传感器原理红外激光对射传感器工作原理：图3.9显示了金属封装的近红外激光对射传感器（NIRE）组成的外部结构图，它包括一个近红外线激光发射管、一个光电池以及一个转换电路（如图）。红外线激光发射管也称红外激光发射二极管，它是可以将电能直接转换成近红外激光并能辐射出去的发光器件，其原理与普通发光二极管相近[3]。图3.9所示为红外激光发射管，红外激光发射管在外部系统电路控制下打开直流电源时，直接向对面的光电池发射红外激光束，根据光伏效应原理，光电池的光电动势高于自然光的输出。当光电池两端有一定电流时，光电池两端的电位差会发生变化，从而导致发射管工作于不同状态。如果红外激光发射管电源被切断，那么发射管就不会发出红外光，当自然光光照强度较低时，比如晚上，光电池两端的电压就几乎为零。图3.9外部结构图自然光光照强度会因季节、天气、照射的角度、室内或外等因素的改变而不同。比如在初夏晴天室内条件下实验，随光电池放置的角度不同，图3.9中所示的光电池，经实测两端电压在0.2V～0.3V左右变化；若在室外实验，实测两端电压在0.45V～0.52V左右变化。若红外激光发射管电源接通，在夜晚（自然光照度极弱），发射管发射近红外激光照射到光电池上，测得的光电池的双端电压约为0.5V[5]。当被测目标距离光电池较近时（小于1m），其光电转换效率将受到很大影响，因此需要对测量结果进行校正处理。本文提出了一种基于光信号相位延迟补偿技术的测量方法。根据上述原理，只要人或物体通过红外激光区，并且将红外激光线隔离开来，光伏电池的光电池输出电压就会降低，通过对光电池电压电压变化的分析和检测，就可以确定运动人或物体是否经过红外激光传感器。如图3.10所示。图3.10线性运动的物体隔断红外激光示意图双红外激光对射传感器识别人和物运动方向：如图3.11所示，当两个红外激光对射传感器相互间隔一定距离L并列平行布置时，就构成了双红外激光对射传感器。距离L可根据物体线性运动的速度大小来决定，一般L可取20mm。本设计将使用单红外激光检测跑步速度。图3.11双红外激光对射传感器示意图3.11红外检测电路图3.12为红外线发射管驱动电路图。该电路中单根红外管的驱动电流选值约为20毫安.由于NPN型三极管驱动电流小于20mA，所以在电路中增加了一个P-mos管，以提高驱动能力。需要对R18和R29的电阻值进行匹配，如果这两个电阻不匹配，会导致驱动脉冲波形毛刺增加，导致二极管二极管导通能力下降，导电性导频导通时间增加。R18最大限度地降低了电路功耗，无论是R18还是R29，都选择了10k的欧米茄电阻。红外线发射管驱动不稳定，将导致接收判断不良，根据实验结果设置驱动电路。另外，在工作时产生大量热量容易使芯片过热而失效。因此，为了提高系统稳定性，必须对驱动信号进行保护处理。图3.12红外发射电路图红外线接收二极管的内部电路在传输后对微弱脉冲信号进行放大和滤波，输出可被单片机识别的方波脉冲信号。这种类型的红外线接收管的波长范围约为850nm至1050纳米，红外线发射管的波长约875nm。当红外线接收管被阻挡在视野之外时，周围的屏障反射红外线发射管发出的红外线信号。这时，红外接收管中的弱信号将调整到自动增益控制最大值，并产生方波波形，从而干扰红外线接收管。由于外界环境光线太暗，红外光无法穿透，所以不可能探测到目标物。这时，如果有异物进入，就会发生杂波干扰。杂波干扰主要由噪声引起。杂波干扰源包括：（1）发射端；（2）接收端，（3）接收机。其中，发送端与接收器都位于同一个平面上，并且相互之间具有一定距离。干扰使采集到的信号复杂化，需要对杂波干扰进行滤波处理。为了抑制杂波，需要进行降噪处理。本文采用了基于自适应滤波器（AdaptiveFilter）的方法。该滤波器能自动跟踪不同频段上的干扰源，具有良好的性能。通过分析和示波器观测，发现杂波频率大于1kHz，有源有源滤波电路红外线接收管的输出端，可以对1kHz以上的杂波进行滤波。产生的波形为红外线接收管两种状态的信号，无信道，无干扰，易于识别。特征编写算法可以用来确定一个物体是否通过红外线接收管间的通道。图3.13红外收电路图3.12路面探测子程序在这个小车运行轨迹模型中，轨迹上有黑线标记，小车可以通过从汽车前部向下的两个红外传感器探测出黑线来确定自己的位置。并且将此信息传送给控制器。控制器根据收到的数据对其进行分析处理并发出相应信号，然后由驱动轮带动小车移动。如果小车的两个红外探测器都能探测到黑线，小车就会进入加速或限速区域，后轮的驱动电机就会改变速度，如果只有一个探测器探测到黑线，就意味着小车的一侧将要出界，而前轮的转向就会被调整来控制汽车的方向，程序流程图如图所示。图3.14路面探测程序流程图3.13PID调速程序设计PID控制车速技术已经在经典控制理论中非常完善，这种技术十分成熟可靠，而且相比于两位式控制，控制小车速度的精度大大提高，如今，由于软件系统的灵活性变得越来越强，PID控制也得到了修正且变得更加精准，用计算机算法代替PID调节器，从而能够实现数字PID控制，使得对于小车的速度控制变得更加完善，PID控制图如图所示。图3.15PID控制图因为本设计中才用的是单片机，只能处理数字信号，随意要将模拟PID转换成数字PID，下图是模拟PID的参数离散化。图3.16模拟PID参数离散图数字PID算法可分为位置式算法和增量式算法两种形式，其中增量式算法优于位置式算法，因此采用增量式PID来控制小车。增量式PID控制原理如图：图3.17增量式PID控制原理增量型PID算法流程图如图所示：图3.18增量型PID算法程序流程图第四章软件系统设计4.1软件主程序架构硬件和调试完成后，应针对单片机和设备传感器执行应用程序编写。首先，应该对各个模块进行初始化。首先编程主函数，然后按照传感器的顺序编程各模块。初始化每个硬件。初始步骤是：系统初始化，红外传感器和电机驱动开始工作，按下按键电路小车开始爬坡，如开始，红外传感器开始纠正小车路线跟随黑线，到达终点时，蜂鸣器发出提示整个流程将显示在图4.1中。图4.1系统流程图4.2oled12864显示本方案使用的屏幕的像素矩阵的划分是比较特殊的,整个屏幕水平方向划分为8个page,垂直方向则是按像素划分为128column.每个column包含8个像素,通过一个十六进制数(其实就是一个字节,8个bit)来控制,每个bit控制一个像素。即储存寄存器每个存储点的0/1控制（映射）一个像素点的亮/灭。4.3串口通信流程图通用同步异步收发器是一种串行通信设备，可以灵活地与外部设备全双工数据交换。与USART有区别，有UART，它切断了基于USART的同步通信功能，只是异步通信。同步和异步的简单区别在于是否需要外部时钟输出来查看通信，我们通常使用的串口通信基本上是UART。串口通信通常以帧帧格式传输数据，即一帧接一帧，每帧包含起始信号、数据信息、停止和可能校验信息。而UART不具备上述条件，所以不能作为串口通信的一种方式。本文介绍了UART系统设计及实现方法。该方案具有良好的扩展性和灵活性。适合于各种不同的场合。USART工业标准标准NRZNRZ异步串行数据格式的外部设备的要求，并使用能够提供多个比特率的十进制波特率生成器，使其更广泛地使用。USART支持同步单向通信和半双工单线通信；它还支持局域互连网络LIN、智能卡协议和lrDA（红外线数据协会）SIRENDEC规范。USART使用DMA支持高速数据通信。图4.2串口初始化流程图4.4红外对射传感器检测流程图控制软件要保证红外线对射管的一对一工作，对信号的采集处理，对信号的采集算法程序，完成对目标是否阻塞红外线对射管的判断，即红外线接收管是否有通道。脉冲数可由单片机内部计数器测量，该计数器可记录物体阻塞红外红外线接收管时间脉冲个数。正如图4.3所示，第一个红外线接收管的输出状态需要不断地确定。当确定一个物体是模糊的时，会标记位置1，然后单片机开始读取其他接收管的状态。同时，定时器被激活，下一对接收管管的红外对被阻塞，以停止计时。当两个红外线对射管同时到达时，处理单元比较这两个红外线对，并将它们发送到中断模式。当红外线对不符合设置的条件时，该单元立即关闭，否则，工作继续进行。在中断服务端中设置断点检测电路，当断点处发生故障后，会立即发出警报，提示工作人员及时处理问题，避免影响系统正常运行。（3）硬件设计与实现。红外线发射管按顺序发射红外线，处理装置按顺序读出红外光接收管状态。它可以防止由于鸟类或人类无意中掩盖而造成的误判现象。如果计数结