电子信息专业实验报告
课 程 电子信息系统综合设计实验MCU部分 实验题目 智能机器小车设计 实验总分 学生姓名 学 号 学生姓名 学 号 学生姓名 学 号 实验时间 地 点 分组
电子信息学院专业实验中心
目录 一、摘要 二、题目要求
三、软硬件设计方案
四、各部分电路的作用及电路工作原理分析 五、系统调试与实验结果 六、实验结果 七、拓展功能 八、参考资料 九、附录
一、摘要
摘要:智能循迹小车主要由单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成，小车具有自主寻迹的功能。本次设计我们采用STC89C52单片机作为控制芯片，传感器模块采用红外光电对管和比较器实现，能够识别黑白两色路面，电机模块由L293D芯片和两个减速直流电机构成，组成了智能车的动力系统，电源采用7.2V的直流电池，经过系统组装，从而实现了小车的自动循迹的功能。 关键词 智能小车 STC89C52单片机 L293D芯片 红外光对管
二、题目要求
“智能寻迹机器小车设计”，要求采用MCS-51单片机为控制芯片，设计出一个能够识别并沿着以白底为道路色，宽度5mm左右的黑色胶带制作的不规则的封闭曲线为引导轨迹行进的智能寻迹机器小车。
三、软硬件设计方案
1、硬件部分
可分为四个模块：单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块。 1.1、单片机模块
单片机模块为小车运行的核心部件，起控制小车的所有运行状态的作用。本次小车的设计我们小组采用的是ATMEL公司的STC89C52RC单片机。STC89C52RC是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k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。其程序和数据存储是分开的。 STC89C52RC单片机介绍：
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上图为STC89C52RC引脚图。 STC89C52RC引脚功能说明 ： VCC（40引脚）：电源电压 VSS（20引脚）：接地
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。 P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。 RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
30引脚：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚也用作编程输入脉冲。
29引脚：外部程序存储器选通信号，当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期
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被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。
31引脚：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令， 必须接GND。 XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。
1.2 传感器模块
我们小组使用光电传感器来采集路面信息。使用红外光电对管，其结构简明，实现方便，成本低廉，没有复杂的图像处理工作，因此反应灵敏，响应时间少。但也存在不足，它能获取的信息是不完全的，容易受很多扰动（如背景光源，高度等）的影响，抗干扰能力较差。但本次实验要求精度并不是太高，出于成本和设计复杂度方面考虑，我们决定采用红外对管来完成传感器模块。
图中仅以一对光电管示例
1.3 电机控制模块
我们本次实验采用的是直流减速电机电机，其转过的角度可以精确定位，可实现小车行进过程的精确定位，驱动部分我们则采用的是采用专用芯片L293D作为电机驱动芯片其操作方便，稳定性好，性能优良。一片L293D就可以分别控制两个步进电机工作。
1.4 电源模块
电源模块的作用是给整个系统稳定供电以保持其正常工作，包括7.2V的电源以及转5V部分，其中7.2V的是给步进电机和其驱动供电，5V的用来驱动单片机及其他芯片。 硬件各个部分的连接图如下：
2、软件部分
2.1程序流程图
本系统采用的是STC89C52单片机，再根据硬件连接，通过相应的软件来完成对信号的采集和数据的
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分析，再控制小车的运行状态，以下为主程序流程图：
2.2程序设计思路
2.2.1寻迹模块程序
通过传感器获得路面信息然后反馈给单片机，再通过单片机来实现相应的功能。 2.2.2电机驱动模块程序
控制两个直流电机，实现前进、后退、前左转、前右转、停车等功能。
四、各部分电路的作用及电路工作原理分析
1、电机驱动模块 1.1、电机工作原理
本次我们的小车动力部分采用的是直流减速电机，又叫齿轮减速电机，是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。这大大提高了，直流电机在自动化行业中的使用率。减速电机是指减速机和电机（马达）的集成体。这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等。使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。
减速机部分： 主要有齿轮，轴承，蜗轮，蜗杆等。 电机部分：定子：主磁极+换向极+机座+电刷装置 转子：电枢铁心+电枢绕组+换向器+转轴 直流电机工作原理：
直流电机是智能车行进的动力部件，它的转动是通过给它加载直流电压来实现的，下面介绍它的工作原理。
i f 5 图、电磁力方向左手定则判定图