第12章 单片机应用系统设计举例

a）路路路路路路
b）路测路路
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4．电机驱动电路 ．
U11 PWMP PWMN VCC R29 1K R30 1K 3 19 13 18 20 1 9 10 11 12 IN1 IN2 D2 D1 DNC AGND PGND PGND PGND PGND MC33886 OUT1 OUT1 OUT2 OUT2 DNC V+ V+ V+ Ccp FS 6 7 14 15 8 4 5 16 17 2 VBAT J1 2 1 Header 2
具体程序请参见教材！！！ 具体程序请参见教材！！！
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12.2 基于实时操作系统 基于实时操作系统uC/OS-II的压力测控系统 的压力测控系统
12.2.1 12.2.1 系统要求
系统的具体要求如下： 系统的具体要求如下： 1．压力检测：检测来自压力传感器输出的电压信号（0～5V）。 ．压力检测：检测来自压力传感器输出的电压信号（ ～ ）。
47μF 0.1μF P00 40 P01 39 P02 38 P03 37 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3
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2．人机接口电路 ．
VCC
10Kx4 S1 P00 P01 P02 P03 330x4 1 2 3 4 8 7 6 5 D2 LED2 D1 LED1 VCC R1 1K D5 R2 1K R4 1K +C6 47μF VCC
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2．人机接口的设计选型 为保证小车轻巧灵活，人机接口要简单实用。 为保证小车轻巧灵活，人机接口要简单实用。参数设 定使用拨码开关，状态指示使用发光二极管， 定使用拨码开关，状态指示使用发光二极管，调试时使用 串行口得到有用信息，可以通过ISD51在线查看参数变化， 在线查看参数变化， 串行口得到有用信息，可以通过 在线查看参数变化 也可以将参数发送到串口， 也可以将参数发送到串口，使用串口调试助手或自己编写 的上位机软件进行观察。 的上位机软件进行观察。 3．路径检测和速度测量 ． 路经检测和速度测量均使用光电对管RPR220作为传感 作为传感 路经检测和速度测量均使用光电对管 不同的是，在路径检测中，对接收管的输出进行AD采 器。不同的是，在路径检测中，对接收管的输出进行 采 在速度测量中，将接收管的输出连接到比较器电路， 样；在速度测量中，将接收管的输出连接到比较器电路， 使用比较器的输出进行测量。 使用比较器的输出进行测量。
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第12章 单片机应用系统设计举例 12章
12.1 智能自主循迹小车控制器
12.2 基于实时操作系统的压力测控系统
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12.1 基于 基于STC12C5A60S2的智能自主循迹小车控制器 的智能自主循迹小车控制器
12.1.1 12.1.1 系统要求
U13 IN GND OUT OUT 2 4 C14 47uF
VCC
REG1117-5
C15 0.1uF
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12.1.4 12.1.4 系统软件设计
单片机的检测报警程序采用C语言编写。 单片机的检测报警程序采用 语言编写。 语言编写 单片机的7个 单片机的 个ADC转换通道对小车路径检测的模拟量进 转换通道对小车路径检测的模拟量进 行采样， 行采样，进行二值化和坐标变换后得到小车中心与路径的 偏差， 偏差，然后根据偏差大小对舵机转角和小车速度进行相应 的调整。由于舵机和电机驱动对PWM频率要求差别较大， 的调整。由于舵机和电机驱动对 频率要求差别较大， 频率要求差别较大 驱动电机的PWM由单片机内部 由单片机内部PWM模块产生，而驱动舵 模块产生， 驱动电机的 由单片机内部 模块产生 机的PWM则由定时器 产生。 则由定时器T0产生 机的 则由定时器 产生。
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12.1.2 12.1.2 需求分析 1．单片机选型 进行单片机选型时， 进行单片机选型时，应尽量了解较多种类单片机的性能 指标和包含的资源。根据系统的要求，选用合适的单片机。 指标和包含的资源。根据系统的要求，选用合适的单片机。 目前许多单片机具有较高的集成度，因此， 目前许多单片机具有较高的集成度，因此，如果有模拟量检 测的要求时，应尽量选择带有A/D转换模块的单片机。并且， A/D转换模块的单片机 测的要求时，应尽量选择带有A/D转换模块的单片机。并且， 应该注意所设计系统的应用场合，选择适当的芯片等级（ 应该注意所设计系统的应用场合，选择适当的芯片等级（军 用级、工业级和商用级）。 用级、工业级和商用级）。 STC12C5A60S2单片机片内集成了 通道 位高速模数 单片机片内集成了8通道 单片机片内集成了 通道10位高速模数 转换器， 通道 通道PWM，具有较多的通用 和片上外设（定 和片上外设（ 转换器，2通道 ，具有较多的通用I/O和片上外设 时器、 因此， 时器、UART等），因此，在本系统的设计中，可以采用 等），因此 在本系统的设计中， STC12C5A60S2作为系统的检测与控制中心。 作为系统的检测与控制中心。 作为系统的检测与控制中心
设计智能自主循迹小车控制器，具体要求如下： 设计智能自主循迹小车控制器，具体要求如下： （1）路径检测 ） 能够检测白色底板上的2.5cm宽的黑色引导线，并可得出小车中心线与 能够检测白色底板上的 宽的黑色引导线， 宽的黑色引导线 黑色引导线的偏差。 黑色引导线的偏差。 （2）速度测量 ） 能够测量小车的实时速度，并将测得的速度用于反馈， 能够测量小车的实时速度，并将测得的速度用于反馈，实现速度闭环控 制。 （3）舵机 ） 用于根据路径情况控制前轮转向幅度。 用于根据路径情况控制前轮转向幅度。 （4）驱动电机 ） 驱动电机用于驱动后轮转动，为小车提供前进动力。 驱动电机用于驱动后轮转动，为小车提供前进动力。 （5）小车根据白色底板上的黑色引导线实现智能自主循迹，要求在不脱 ）小车根据白色底板上的黑色引导线实现智能自主循迹， 离引导线的前提下速度尽可能快。 离引导线的前提下速度尽可能快。
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C2
47pFVCC + C4 C3
P1.0/ADC0 P1.1/ADC1 P1.2/ADC2 P1.3/ADC3 P1.4/ADC4 P1.5/ADC5 P1.6/ADC6 RXD/P3.0 TXD/P3.1 P4.7/RST INT0/P3.2
AIN1 AIN2 AIN3 47 AIN4 2 AIN5 3 AIN6 6 RXD 8 TXD 5 9 IC0 R3 1K
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2．工程变换：即将ADC转换结果再转换为压力大小（仅保留整数部分）。 ．工程变换：即将 转换结果再转换为压力大小（ 转换结果再转换为压力大小 仅保留整数部分）。 3．键盘：用于设置压力的报警值和当前时间。 ．键盘：用于设置压力的报警值和当前时间。 4．数码LED显示：用于显示压力报警值的上限和下限，并显示当前压力 ．数码 显示： 显示 用于显示压力报警值的上限和下限， 压力值在0～ 之间 之间。 值。压力值在 ～100之间。 5．当前压力值超过报警值时，通过蜂鸣器报警，并控制电机执行相应的 ．当前压力值超过报警值时，通过蜂鸣器报警， 动作。压力值低于下限时，合上控制电机正转的继电器，控制电机正转， 动作。压力值低于下限时，合上控制电机正转的继电器，控制电机正转，压力 升高，压力值升高到正常范围后，打开正转继电器，电机停转； 升高，压力值升高到正常范围后，打开正转继电器，电机停转；压力值高于上 限时，合上控制电机反转的继电器，控制电机反转，压力值下降到正常范围后， 限时，合上控制电机反转的继电器，控制电机反转，压力值下降到正常范围后， 打开反转继电器，电机停转。没有超过报警值时，继电器都打开，电机不转。 打开反转继电器，电机停转。没有超过报警值时，继电器都打开，电机不转。 6．上位机监控软件设计：通过计算机显示当前的压力值以及报警值。 ．上位机监控软件设计：通过计算机显示当前的压力值以及报警值。
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12.1.3 12.1.3 系统硬件设计
1．CPU基本单元电路 CPU基本单元电路
C1 15 16 47pF PWMP 7 11.0592MHz PWMN 14 SteerPWM 42 LED1 LED2 19 20 41 17 STC12C5A60S2 XTAL2 XTAL1 PWM1/P4.3 P3.7 P4.2 P2.0 P2.1 VCC GND 43 44 45 46 AIN0
SW-DIP4
a）拨拨拨拨
b）运运运路运运运
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3．路径检测与测速电路 ．
VCC VCC VCC C7 R5 200 R6 10K AIN0 1 4 U2 RPR220 2 3 2 3 2 3 1 4 U8 RPR220 U9 RPR220 ...... 1 4 11 R23 200 R24 10K AIN6 VCC VCC R25 200 R26 10K R27 10K 0.01uF 4 2 3 A U10A 1 LM324 R28 10K IC0
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4．电机和舵机的驱动控制 ． 车速控制单元采用RS-380SH型直流电机对小车速度进 型直流电机对小车速度进 车速控制单元采用 行闭环控制。电机驱动电路采用Freescale公司的 公司的MC33886 行闭环控制。电机驱动电路采用 公司的 集成H-桥芯片 采用Futaba S3010型舵机，该舵机不用专 桥芯片。 型舵机， 集成 桥芯片。采用 型舵机 门的驱动电路，可直接用1路 控制。 门的驱动电路，可直接用 路PWM控制。 控制 5．电源电路选型 ． 由于小车采用镍镉蓄电池供电，应选择高效率、低压 由于小车采用镍镉蓄电池供电，应选择高效率、 差的稳压芯片。电池电压7.2伏 电机直接采用电池电压， 差的稳压芯片。电池电压 伏，电机直接采用电池电压， 舵机采用6伏电压 单片机及其外围电路需要5伏电压 伏电压， 伏电压。 舵机采用 伏电压，单片机及其外围电路需要 伏电压。在 选用常见的REG1117-5（输出 ）和REG1117-ADJ 此，选用常见的 （输出5V） 输出可调）线性稳压芯片。 （输出可调）线性稳压芯片。
C8 47pF R31 1.3K
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5．电源电路 ．
VBAT 3 1 U12 IN ADJ OUT OUT 2 4 R32 120 10uF R31 1K C10 10uF C11 0.1uF +6V
REG1117-ADJ C9
VBAT 3 1 C12 100uF C13 0.1uF
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12.2.2 12.2.2 需求分析 1．单片机选型 STC12C5A60S2单片机片内集成了 通道 位 单片机片内集成了8通道 单片机片内集成了 通道10位 高速模数转换器，并且，具有较多的通用I/O和片 高速模数转换器，并且，具有较多的通用 和片 上外设（定时器、 在本系统的设计中， 上外设（定时器、UART等）。在本系统的设计中， 等）。在本系统的设计中 选用STC12C5A60S2作为系统的检测与控制中心。 作为系统的检测与控制中心。 选用 作为系统的检测与控制中心 2．程序框架选择 ． 由于STC12C5A60S2单片机资源比较丰富，可 单片机资源比较丰富， 由于 单片机资源比较丰富 以在不用外扩资源的情况下嵌入uC/OS-II操作系统。 操作系统。 以在不用外扩资源的情况下嵌入 操作系统 嵌入操作系统的好处是可以大大简化程序的设计， 嵌入操作系统的好处是可以大大简化程序的设计， 因此，这里舍弃了传统的前后台程序设计方法， 因此，这里舍弃了传统的前后台程序设计方法，采 用了嵌入式操作系统uC/OS-II。 用了嵌入式操作系统 。