基于C51單片機(jī)的遙控小車設(shè)計(jì)與制版

1、熟悉用Proteus繪制原理圖的過程；

2、利用Proteus進(jìn)行電路仿真

3、熟悉PCB制版的過程；

4、學(xué)會封裝的制作；

5、學(xué)會自動、手動布局、布線；

二、設(shè)計(jì)思路

此次試驗(yàn)采用基于C51單片機(jī)的遙控小車的設(shè)計(jì)。以 89C51 單片機(jī)為控制核心，采用 L298N 對小車電機(jī)的控制，利用以 PT2262/PT2272 芯片為模塊的無線遙控裝置，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

整個系統(tǒng)的構(gòu)成是由兩部分組成。 一部分是硬件系統(tǒng)， 一 部分是軟件系統(tǒng)（見附錄1）。

硬件方案確定如下：在現(xiàn)有電動車模型的基礎(chǔ)上，加裝無線控制模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊，實(shí)現(xiàn)對電動車的無線遙控，并將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所接收到檢測的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的控制。

三、單片機(jī)簡介

1、89c51硬件結(jié)構(gòu)

89C51（引腳圖如圖一）是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

1.1、存儲器

89C51 片內(nèi)有 ROM（程序存儲器，只能讀）和 RAM（數(shù)據(jù)存儲器，可讀可寫） 兩類， 他們有各自獨(dú)立的存儲地址空間， 與一般微機(jī)的存儲器配置方式很不相同。

1、程序存儲器（ROM） 存放程序，一些原始數(shù)據(jù)和表格。89C51 及 8751 的片內(nèi)程序存儲器容量為 4KB，地址從 0000H 開始，用于存放程序和表格常數(shù)。

2、數(shù)據(jù)存儲器（RAM） 存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)---運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果、欲顯示的數(shù)據(jù)等。

3. 特殊功能寄存器 89C51 單片機(jī)內(nèi)部還有 SP，DPTR，PCON，…，IE，IP 等特殊功能寄存器，它 們也同 128 字節(jié) RAM 在一個隊(duì)列編址，地址為 80H~FFH。在這 128 字節(jié) RAM 單元 中有 21 個特殊功能寄存器（SFR） ，在這些特殊功能寄存器中還包括 P0~P3 口鎖存器。

1.2、I/O接口

四個8位并行I/O接口 P0-P3。每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。它們都是雙向端口，每個端口有8條I/O 線，均可輸入/輸出。P0-P3 口四個鎖 存器同 RAM 統(tǒng)一編址，可以把 I/O 口當(dāng)作一般特殊功能寄存器來尋址。一個全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O 口。用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。
1.3、定時器/計(jì)數(shù)器
89c51有兩個定時器/計(jì)數(shù)器，每個定時器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式， 用以對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。
1.4、五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)
1.INT0——外部中斷0 請求，低電平有效。通過P3.2引腳輸入。

2.INT1——外部中斷1請求低電平有效。通過P3.3引腳輸入。

3.T0——定時器/計(jì)數(shù)器0溢出中斷請求。

4.T1——定時器/計(jì)數(shù)器1溢出中斷請求。

5.TX/RX——串行口中斷請求。當(dāng)串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收時，便請求中斷。
1.5、振蕩器及定時電路
石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率 24MHZ。89C51單片機(jī)片內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容（2個30pF左右），其頻率范圍為1.2MHz-12MHz。以上各個部分通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線相連接。

1.6、復(fù)位電路

單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機(jī)器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。

圖二

手動按鈕（圖二）復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平，一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。

1.7、單片機(jī)最小系統(tǒng)：

單片機(jī)最小系統(tǒng)（圖三）是由復(fù)位電路和晶振電路組成的，它是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)工作的最小系統(tǒng)。

圖三

2、系統(tǒng)運(yùn)動控制部分設(shè)計(jì)

2.1、電機(jī)選型
電機(jī)種類繁多，本設(shè)計(jì)采用比較常見的兩種電機(jī)進(jìn)行比較。

1、直流電動機(jī)是依靠直流工作電壓運(yùn)行的電動機(jī)，直流電動機(jī)具有調(diào)速性能好、 起動容易、能夠載重起動等優(yōu)點(diǎn)，所以目前直流電動機(jī)的應(yīng)用仍然很廣泛，尤其 在可控硅直流電源出現(xiàn)以后。

2、步進(jìn)電動機(jī) 步進(jìn)電動機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超 載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。步進(jìn)電 動機(jī)主要應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域，由于步進(jìn)電動機(jī)不需要 A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以一直被認(rèn)為是最理想的數(shù)控機(jī)床執(zhí)行元件。

綜合本設(shè)計(jì)的要求，采用價格較便宜的直流電動機(jī)。
2.2、L298N驅(qū)動電機(jī)
恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動芯片L298N，引腳如圖四。L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路。

可以方便的 驅(qū)動兩個直流電機(jī)，或一個兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N 芯片可以驅(qū)動兩個二相電機(jī)，也可以驅(qū)動一個四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸 出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。 L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號 VSS，VSS 可接 4．5～7 V 電壓。4 腳 VS 接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46 V。輸出電流可達(dá)2．5 A，可驅(qū)動電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機(jī)，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4之間可分別接電動機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機(jī)。5，7，10，12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ena、enb接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。圖五是 L298N 功能邏輯圖。

圖五

3、無線收發(fā)模塊PT2262/PT2272

設(shè)計(jì)采用輔助模塊，由于無線電的設(shè)計(jì)涉及的學(xué)科知識面比較廣，調(diào)頻比 較困難。故此本設(shè)計(jì)直接應(yīng)用市場上的成品無線電模塊，本設(shè)計(jì)采用的是市面上常見的 PT2262/2272 無線模塊如圖六。 PT2262/2272 是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價位通 用編解碼電路（目前也有國產(chǎn)的代用產(chǎn)品產(chǎn)品如 SC***,HS***等） ，PT2262/2272 最多可有 12 位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供 531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。 編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片 PT2272 接收到信號后其地址碼經(jīng)過兩次比較核對

圖六

后，VT 腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時，PT2262 不接通電源， 其 17 腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時， PT2262 得電工作，其17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，17 腳為高電平期間 315MHz 當(dāng) 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，17 腳為低平期間 315MHz 的高頻發(fā)當(dāng)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262 的17 腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK 調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。

本設(shè)計(jì)采用四路的PT2262/PT2272集成模塊，接收模塊PT2272的輸出端接到C51單片機(jī)的P3.0---P3.3口作為對單片機(jī)的控制信號，來選擇四個不同的動作。

4、總原理圖：

根據(jù)以上分析連接完電路原理仿真圖如圖七：

圖七

三、軟件部分

見附錄1

四、PCB制作

4.1、導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)表到ARSE

原理圖制作完成后點(diǎn)擊ARES圖標(biāo)進(jìn)入PCB繪制界面，由于電源沒有封裝，會出現(xiàn)提示選擇封裝界面，這里用一個兩插口的CNN-SIL2代替，點(diǎn)擊確定。

選擇當(dāng)前層為BoardEdge,點(diǎn)擊2D框體模式，在工作區(qū)內(nèi)點(diǎn)擊不放拉出一個方框區(qū)域。

4.2、設(shè)置制版規(guī)則

根據(jù)題目要求本設(shè)計(jì)使用單層板，選擇系統(tǒng)，設(shè)置使用層板，把對號全部取消。

4.3、布局

手動布局，點(diǎn)擊元件不放拉到適合的區(qū)域松手，依次把元件放到理想的地方，注意把電源的插口放在偏外的區(qū)域以便使用的方便。

4.4、布線

布局完成后點(diǎn)擊自動布線，選擇確定，完成自動布線，檢查一下不要出現(xiàn)有

直角的導(dǎo)線（參考布線規(guī)則）。

4.5、完成PCB制作

完成后的設(shè)計(jì)如下圖：

五、結(jié)束語

本設(shè)計(jì)中，芯片的選擇都是靠以前積累的經(jīng)驗(yàn)以及查閱資料，原理圖也容易成功，并且仿真也進(jìn)行的很順利，但是由于使用Proteus對原理圖進(jìn)行PCB制版的過程還不是很熟練，所以在制版上花費(fèi)了大量時間，不過遇到的困難在及時地詢問老師、同學(xué)后都一一排除，總之此次訓(xùn)練是自己對于制版的過程更加的熟悉。