内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
图2.2 1602模型图
2.3 本章小结
本章主要论述了课题的总体思路和各个模块的选型方案，以及在选型过程中会遇到的问题。这些问题有些可以通过查阅资料解决，有些必须要通过实践才能得出结论。当遇到两个方案都适用的时候此时应该从节约成本的角度出发，尽可能的减少成本。小车核心控制器的选型以及测距传感器的选型是本次课题的关键点，其关乎着本次课题的成功与否，因此在核心控制器以及测距传感器的选型上应该做出充分的论证。
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第三章 硬件电路设计
上文主要论述了小车的设计的整体思路和各个模块的选型，关于小车的硬件电路也做了简单的介绍。小车的硬件电路并不复杂，主要包括供电电路，驱动电路和LED显示电路。下文会逐一对各个部分的硬件及电路进行详细的论述。
3.1 STC15单片机简介
本次课题采用的STC15W4K系类单片机是STC公司生产的推出的新一代单时钟周期/机器周期（1T）的单片机。其代码完全兼容传统的51单片机，在Keil C的开发环境中，选择Intel 8052 编译，头文件包含
（1）增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通的8051快8-12倍。 （2）不需要外部晶振和外部复位电路这是其最大的优势和特点，还可对外输出时钟和低电平复位信号。
（3）封装比传统的51小，本次课设用的15其封装为QFN32(5m*5m)，将其引脚由排针引出来后也比传统单片小的多。 3.1.1 引脚说明
本次课题用到的引脚功能及其用法如表3.1所示：
表3.1STC15部分引脚说明
引脚 PO.0-PO.7
功能 数据总线接
口
P1.6-P1.7
晶振接口/普通IO口
其他IO口 与传统51差
别不大
其中3.03.1可做下载器
的接口
下载器可用RS232或者USB
转TTL
外接
与LCD的D0-D7口相接
备注
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图3.1STC15单片机引脚图
3.1.2 特别管脚说明
STC15系列单片机的所有I/0口上电复位后均为准双向口/弱上拉模式,但是由于P1.7和P1.6口还可以分别作外部品体或时钟电路的引脚XTAL1和XTAL2,所以P1. 7/XTAL1和P1.6/XTAL2上电复位后的模式不一定就是准双向口/弱上拉模式[27]。当P1.7和P1.6口作为外部晶体或时钟电路的引脚XTAL1和XTAL2使用时, P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2上电复位后的模式是高阻输入.每次上电复位时,单片机对P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2的工作模式按如下步骤进行设置:
1.首先,单片机短时间(十个时钟)内会将P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2设置成高阻输入[27]。
2.然后,单片机会白动判断上一次用户ISP烧录程序时是将P1.7/XTAL1和P1. 6/XTAL2设置成普通I/0口还是XTAL1/XTAL2。
3.如果上一次用户ISP烧录程序时是将P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2设置成普通I/0口,则单片机会将P1.7/XTAL和P1.6/XTAL2上电复位后的模式设置成准双向口/弱上拉。 4.如果上一次用户ISP编程时是将P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2设置成XTAL1/XTAL2,则.単片机会将P1.7/XTAL1和P1.6/XTAL2.上电复位后的模式设置成高[27]。 3.1.3 中断说明
STC15w4K32s4系列単片机提供了21个中断请求源它们分别是:外部中断0(INT0)、定时器0中断、外部中断1(INT1)、定时器1中断、中口1中断、 A/D转换中断、低压检测(LVD)中断、CCP/PWM/PCA中断、中口2中断、 SPI中断、外部中断2(INT2)、外部中断3(NT3)、定时器2中断、外部中断4(NT4)、中口3中断、串口4中断定时器3中断、
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定时器4中断、比较器中断、 PWM中断及PWM异常检测中断,除外部中断2(INT2)、外部中断3(INT3)、定时器2中断、串口3中断、串口4中断、定时器3中断、定时器4中断及比救器中断固定是最低优先级中断外,其它的中断都具有2个中断优先级[28]。
3.2 时钟电路和复位电路
在传统的51单片机中，需要加入时钟电路和复位电路，这两个电路组成了单片机
的最小系统。在15单片机中因其内部含有时钟电路和复位电路，所以本次课题就不加入时钟电路和复位电路。
3.3电源电路部分
本次课题所采用的是电池盒供电，电池盒中有6节1.5V的干电池，在满电状态下能为小车提供9V的电压，下面具体分析一下小车的供电电路，供电电路如图3.2所示。电源模块由一个电源插孔，一个六角自锁开关和一块7805稳压芯片组成。当开光按后，电路接通，的电源指示灯被点亮，9V的电压经过7805稳压后变成5V。驱动L298N的工具电压为9V电压，单片机、LCD、超声波传感器等的供电使用的是5V电压，这也是图中出现两个输出电压的原因，这是前期调试用到的电路图，到后期小车成型后巧妙的运用了L298N中的稳压芯片获取5V电压，因此只需要输入9V电压即可。
图3.2小车电源电路图
3.4超声波传感器
超声波传感器是小车的核心传感器，本次课题采用的传感器为HC-SR04超声波测距模块。主要技术参数如表3.2所示：
表3.2超声波技术参数表
电气参数
HC-SR04超声波模块
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内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 工作电压 工作电流 工作频率 最远射程 最近射程 测量角度 输入触发信号 输出触发信号
DC 5V 15mA 40kHz 4m 2cm 15度
10us的TTL脉冲
输出TTL电平信号，与射程成 比例
规格尺寸
45*20*15mm
3.4.1 超声波测距的物理性质
超声波是频率大于2万Hz的机械振动在弹性介质中传播而形成的一种机械波[]。它具有能量大、穿透力强且在异动界面易产生反射、折射及波形转换等特点，超声波测距的物理基础如下：
（1）障碍物引发超声场的变化（反射和折射），测距正是利用反射这一点。 （2）传感器能采集到超声场的变化。 3.4.2 超声波测距的原理
超声波测距的原理正是基于其物理基础，当超声波模块产生超声波后，单片机的计时器开始计时。超声波在遇到障碍物后会被反射，超声波模块接收到反射波后，单片机的计时器停止计时。根据收发超声波所产生的时间差，便可计算出超声波模块与障碍物的距离。超声波模块在接收超声波时存在能量转化，当超声波接收到反射波后，声信号转换为电信号，从而使单片机的停止计时。设超声波的声速为v，时间差为t0则超声波的测距公式如式3.1：
S=v×t0/2 式（3.1）
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