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单片机自动清洁机器人设计(电路图+原理图+流程图+源程序) 第2页

更新时间:2010-5-13:  来源:毕业论文
单片机自动清洁机器人设计
图3-2 AT89S51的时钟电路
引脚号 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  (写信号)

P3.7  (读信号)
          图3-3 P3口引脚的特殊功能
● 中断系统允许接受5个独立的中断源,即两个外部中断,两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。
2.3 .外部特性(引脚功能)
AT89S51芯片有40条引脚,双列直插式封装引脚图如2-4所示:● Vcc(40):电源+5V
● Vss(20): 接地
● XTAL1(19)和XTAL2(18):使用内部振荡电路时,用来接石英晶体和电容;使用外部时钟时,用来输入时钟脉冲。
● P0口(39—32):双向I/O口,既可作地址/数据总线口用,也可作普通I/O口用。
● P1口(1—8):准双向通用I/O口。
● P2口(21—28):准双向口,既可作地址总线口输出地址高8位,也可作普通I/O口用。
● P3口(10—17):多用途口,既    图3-4 AT89S51引脚图
可作普通I/O口,也可按每位定义的
第二功能操作。
● ALE/~PROG(30):地址锁存信号输出端。在访问片外丰储器时,若ALE为有效高电平,则P0口输出地址低8位,可以用ALE信号作外部地址锁存信号。公式(2—1)fALE=1/6fOSC ,也可作系统中其它芯片的时钟源。第二功能~PROG是对EPROM编程时的编程脉冲输入端。
● RST/VPD(9):复位信号输入端。AT89S51接能电源后,在时钟电路作用下,该脚上出现两个机器周期以上的高电平,使内部复位。第二功能是VPD,即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障,降低到低电平规定值时,VPD将为RAM提供备用电源,发保证存储在RAM中的信号不丢失。
● ~EA/Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。~EA=0时访问外部ROM 0000H—FFFFH;~EA=1时,地址0000H—0FFFH空间访问内部ROM,地址1000H—FFFFH空间访问外部ROM。
● ~PSEN(29):片外程序存储器选通信号,低电平有效。
单片机最小系统原理图如下图所示:
2.4  电机的选择:
电机的选择极其论证
方案一:采用普通直流电机。直流电机具有过载能力强、无级调速度等一些优良特性。但是对转速不能精确控制,控制精度不高,正反转控制不灵活。
    方案二:采用步进电机;步进电机具有快速的启动能力,如果负荷不超过步进电机所提供的转矩,就能够立即使步进电机启动或反转;另一个显著特点就是转换精度高,转速度容易控制,正反转控制灵活。
 由于本次实训的要求是控制精度不需要太高,还有就是正反转的控制有一定的时间期限,再综合性价比。
通过以上比较及系统的要求可以知道,选用方案一。
电机驱动方案的选择极其论证
     方案一: 采用步进电机驱动芯片L298。可简化电路方便但价格稍贵;
 L298的特点是
1、可实现电机正反转及调速。
2、启动性能好,启动转矩大。 字串6
3、工作电压可达到36V,4A。
4、可同时驱动两台直流电机。
5、适合应用于机器人设计及智能小车的设计中。
调速方式:直流电动机采用PWM信号平滑调速。
 方案二: H 型桥式驱动电路
  直流电机驱动电路使用最广泛的就 是H型全桥式电路,这种驱动电路可以 很方便实现直流电机的四象限运行,分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。 它的基本原理图下图所示。
全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态,S1、S2为一组,S3、S4 为另一组,两组的状态互补,一组导通则 另一组必须关断。当S1、S2导通时,S3、 S4关断,电机两端加正向电压,可以实 现电机的正转或反转制动;当S3、S4导 通时,S1、S2关断,电机两端为反向电 压,电机反转或正转制动。
在小车动作的过程中,我们要不断 地使电机在四个象限之间切换,即在正 转和反转之间切换,也就是在S1、S2导通且S3、S4关断,到S1、S2关断且S3、 S4导通,这两种状态之间转换。在这种 情况下,理论上要求两组控制信号完全 互补,但是,由于实际的开关器件都存在开通和关断时间,绝对的互补控制逻辑 必然导致上下桥臂直通短路,比如在上桥臂关断的过程中,下桥臂导通了。
因此,为了避免直通 短路且保证各个开关管动作之间的协同 性和同步性,两组控制信号在理论上要 求互为倒相的逻辑关系,而实际上却必须相差一个足够的死区时间,这个矫正过程既可以通过硬件实现,即在上下桥 臂的两组控制信号之间增加延时,也可 以通过软件实现(具体方法参看后文)。
   驱动电流不仅可以通过主开关管流通,而且还可以通过续流二极管流通。当电机处于制动状态时,电机便工作在发电状态,转子电流必须通过续流二极管流通,否则电机就会发热,严重时烧毁。
   开关管的选择对驱动电路的影响很大,开关管的选择宜遵循以下原则:
(1)由于驱动电路是功率输出,要求开关管输出功率较大;
(2)开关管的开通和关断时间应尽可能小;
(3)小车使用的电源电压不高,因此开关管的饱和压降应该尽量低。
由于我们比较倾向与电路的简化,再考虑到L298的价格不是太贵,而且L298的驱动性能要比H桥的驱动性能要更加稳定,所以我们决定用方案一。
电机驱动部分的原理图如下所示:

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