毕业设计说明书（论文）
智能玩具车系统设计
摘要：本文主要以单片机为控制核心，完成无线遥控，红外线对管的自动寻迹，红外线自动避障和语音控制等模块设计。通过调试检测各模块，得到正确的信号输出，通过单片机的控制，将各模块有效整合在一起，达到智能控制目标。 关键词：51单片机 红外线传感器 语音控制 玩具小车。
1引言
随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本文设计的智能玩具小车应该能够实时显示时间、速度、测距、避障功能、准确定位停车。
根据题目的要求，本设计的设计思路如下：在现有玩具车的基础上，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后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。 2总体方案设计
2.1方案一：采用AT89C51单片机作为整机的控制单元
以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电传感器、金属探测传感器、超声波传感器组成不同的检测电路，实现小车在行驶中自动寻迹、障碍物报警、测量里程等问题。并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动小车的智能化控制。
在本系统中，先将信号传送到单片机系统进行处理，使小车沿轨道自主行走；电感式接近开关电路代替传感器探测障碍物，并发出声光信息进行提示；通过霍尔元件测量小车行驶里程；采用H型脉冲宽度调制（PWM）全桥式驱动电路控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯；采用LCD1602实时显示小车行驶的时间。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能，能满足系统的要求。
此方案如图1所示：
图1方案一原理图
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2.2 方案二：采用类数字电路来组成电动小车的控制系统
采用数字电路对外围探测轨迹信号，检测信号，避障报警信号，寻找源信号分部进行处理。但对输入输出都是模拟量的小装置，如果采用数字化方案，则要先用A/D转换器将模拟量转换为数字量，经过数字电路处理后，再经D/A转换器将数字量转换为模拟量。这样必然带来高成本、电路复杂等缺点。因此，本方案灵活性不高，效率低，不利于电动小车智能化的扩展。同时，对各路信号处理也比较困难。
比较以上两种方案的优缺点，方案一简洁、灵活、可扩展性好，能达到设计要求，因此本设计采用方案一来实现。 3分电路设计与论证
硬件设计是整个系统设计的基础，只有在系统硬件设计可行，稳定，可靠的前提下，其他设计方案才得以继续。系统硬件设计包括单片机（主控），旋转编码器（速度检测），SD卡（大量数据存储），无线抄表（数据是我无线收发），直流电机，电源等组成。
本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。其主要任务是在小车行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，来控制小车行走，同时将相关数据送显示单元动态显示。
AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有8k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。
AT89C51的主要特性：
与MCS-51产品指令系统完全兼容 4K字节可重檫写Flash闪速存储器 1000次檫写周期
全静态操作：0Hz--24MHz 三级加密程序存储器 128x8字节内部RAM 32个可编程I/O口线 2个16位定时/计数器 6个中断源
可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式
3.1单片机最小系统电路设计
单片机是小车的控制中心，单片机最小系统的合理设计是小车平稳运行的前提，所谓最小系统，就是能够保证单片机运行的最精简的硬件设计，AT89C51可构成单片机最小应
用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于8K，四个I/O口全部提供给用户。可用12V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽（2.7V~6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz～24MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。AT89C51芯
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片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图2 AT89C51
AT80C51的最小系统还应特别注意第31脚（如图）应拉高，31脚EA脚为内外存储器的选择脚，由于我们只用内部存储器，因此需要将此脚连至高电平，这一点非常重要，很多人的单片机无法工作也往往是由于疏忽这一点引起。另外还有一点要引起注意的是P0口，与其他几组I/O口不同，P0口没有内部上拉电阻，因此如果驱动LED等外部器件时可以在P0口加上10K的排阻，而实际结果也证明加外部上拉电阻的方式有助于增强端口的驱动能力。
AT89C51的各个管脚说明：
VCC：正电源输入端。电压范围为+4.5V～+5.5V。
GND：地。
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX） ，具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉
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高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送 1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。P3口亦作为AT89S52特殊功能（即第二功能）使用。
引脚名称 第二功能 P3.0 RXD 串行输入 P3.1 TXD 串行输出 P3.2 外部中断0 P3.3 外部中断1
P3.4 T0 定时器0外部输入 P3.5 T1 定时器1外部输入 P3.6 外部数据存储器写选通 P3.7 外部数据存储器读选通
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器
（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。
AT89C51采集系统包括以下几个部分：
单片机的基本电路。此部分电路主要是单片机最小系统的最基本的电路之一，也是本系统的核心电路，其余电路都是以该部分电路展开的，它负责整个系统数据的处理和协调工作。
单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和控制操作，中央处理器(CPU)主要包括控制器和运算器。
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1）运算器
运算器主要用来实现算术，逻辑运算和位操作，其中 包括算术运算和逻辑运算单元ALU，和累加器ACC，B寄存器程序状态字PWS和控制器。
2）控制器
控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内部组成单元进行工作的部件，控制器主要包括程序计数器PC，PC增量器，指令寄存器，指令译码器，定时及控制逻辑电路等。其功能是控制指令的读入，译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制，在AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址，复位时PC内容为0000H，说明程序应从存储器0000H单元开始执行。
3）外围接口电路
CPU与外部设备的信息交换都要通过接口电路来进行，这主要是为了解决CPU的高速处理能力和外部设备低速运行之间的速度匹配的问题，并可以有效的提高CPU的工作效率，同时也提高了CPU的对外的驱动能力。输出接口电路具有锁存器和驱动器，输入接口电路具有三态门的控制，成为接口电路的基本特征，AT9C51单片机的外围电路主要包括：4个可编程并行I/O口，1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器及中端系统等，由于受集成度的限制，片内存储器和外围接口电路的规模及数量受到一定的限制，为了适应外部更复杂的控制功能，单片机具有较强的控制功能，可以很方便地扩展外部寄存器ROM,RAM和I/O等位处理器
单片机主要用于控制，需要有较强的位处理能力，因此为处理器是它的必要组成部分，常把处理器称为布尔处理器。位处理器以状态寄存器中的进位标志位C为累加位，可进行置位、复位、取反、等于“0”转移、等于“1”转移且清“0”以及C与可寻址位之间的传送、逻辑与或等位操作。位处理操作也是通过运算器来实现的。
4)存储器
单片机内部的存储器分为程序存储器，标准型AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速写存储器FLASH MEMORY,程序和擦除完全是电器的实现，编程和擦写速度快，可以使用通过的编程器脱机编程，也可在线编程。FLASH的应用成为AT89系列单片机的显著的特点之一，在单片机中，用随机存储器RAM来程序运行之间的工作变量和数据，所以又称为数据存储器。一定容量的RAM集成在单片机内，提高可单片机的运行速度，也降低了功耗。
5）串行口
AT89C51单片机是由一个全双工的串行接口，以实现单片机和其他数据设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，即可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。
6）中断控制系统
AT89C51的中断功能较强，以满足控制应用的需要。80c51共有5哥中断源，既有中断2个，定时/计时中断2个，串行口中断1个，全部中断分为高级和低级共两个优先级别。
3.1.1晶振电路
单片机要想工作要有一个外部的时钟源，这个时钟源由外部晶振产生，就能构成自激振荡电路。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。电容器主要起频率微调作用，电容值可选取适当值时可以使震荡电路产生谐振。
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