智能小车测速系统
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特性方面：
1.STC89C52RC单片机。
2.8K字节程序存储空间。
3.512字节数据存储空间。
3.内带4K字节EEPROM存储空间。
5.可直接使用串口下载。
6.AT89S52单片机。
7.8K字节程序存储空源自文库。
8.256字节数据存储空间。
9．没有内带EEPROM存储空间。
参数方面：
1. 增强型8051单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051.
内蒙古科技大学
智能仪表综合训练设计说明书
题 目：智能小车测速系统设计
学生姓名：
学 号：
专 业：测控技术与仪器
班 级：2009-1
指导教师：孙采鹰 讲师
摘要
近年来，随着我国经济建设的高速发展，机动车辆拥有量也在急剧增长，交通事故也日益增多，车辆超速成为了越来越严重的问题。而我国生产的汽车、摩托车电机转速测量系统大多使用动圈式模拟测速。这种测量系统存在精度差、过载能力弱等缺点。
10. EA/Vpp：第31个引脚。外部程序存储器读选通信号，低电平有效。
11. XTAL1：第19个引脚。片内晶振电路反相放大器输入端，接CPU内部时钟电路。
12. XTAL2：第18个引脚。片内部晶振电路反相放大器输出端。
2.1.2小车控制板简介
小车控制板如下2-2图所示
2-2图控制板
本控制器采用双层板设计，布局合理，线路精密，，40位单片机卡座可兼容51系统及STC所有系列单片机，采用晶振12M，大电流供电端子设计及优质电源开关及优质复位开关设计，指示灯设计等。
2. 工作电压：5.5V～3.3V（5V 单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）
3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，实际工作 频率可达48MHz
4. 用户应用程序空间为8K字节
5. 片上集成512 字节RAM
6. 通用I/O 口（32个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。
下面根据设计要求，针对各模块需要完成的功能，本着简单、实用、廉价、容易操作、稳定的原则，对各个模块进行充分理论分析和方案论证。
2.1控制核心的选择及其简介
本次设计的小车具有测速、调速以及参数显示的功能。由于需要实现的功能不多，因此用一般的51系列的单片机就可以实现，由此选择了STC89C52RC单片机。该单片机价格便宜、工作稳定、操作方便、功能齐全、性能稳定等优点深受广大单片机爱好者好评。
7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片。
8. 具有EEPROM 功能。
9. 具有看门狗功能。
10. 共有3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。
11.外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
2-3图小车控制板
接口说明
标号1：电源供电端子，6~9V输入，VCC接正极，GND接负极。
标号2：电源供电指示灯。
标号3：电源开关。
7. RST：第9个引脚，功能是复位信号输入端，高电平有效。
8. ALE：第30个引脚。低8位地址锁存信号。
9. PSEN：第29个引脚。外部程序存储器读选通信号，低电平有效。从外部程序存储器取指令时，每个机器周期PSEN信号被激活两次。只有执行外部程序存储器中的指令时，PSEN才有效，而执行其它操作时PSEN无效。
第二章方案论证
智能小车的总体结构如下：智能小车由各零部件组成，零部件主要有智能车底盘一个（直流减速电机1个，电机固定座1个，轮胎41个，有机玻璃板一块），单片机开发板1块，测速套装（模块+100线码盘）1套，BTS7960电机驱动模块1个，7.2V电池1块。本次设计通过光电传感器进行测速、PWM调速模块进行调速、LED数码管进行显示。具体原理是：把100线的光码盘安装在减速电机的转轴上，由于车轮也与减速电机的转轴连接，因此车轮与光码盘是同步的，它们具有相同的角速度。光码盘与光电传感器是配套使用的，光电传感器安装在光码盘的旁边。当电机转动时，光码盘也随之转动。光电传感器输出TTL电平，当光码码盘线数来决定。因此当光码盘转动时，光电传感器就会有脉冲输出。光电传感器脉冲输出端接在单片机的P32口，也就是接到了外部中断0上。通过外部中断服务在单位时间内进行脉冲数的计算。在本次设计中采用定时器T1进行1秒定时。在这1秒钟的时间内把测量到的脉冲数进行处理，转换成速度。调速部分需要硬件和软件结合。BTS7960驱动模块里有两个H型电桥，用来控制减速电机。有1个使能EN，有两个PWM控制端分别为pwm1和pwm2，用来控制电机的正转和反转及电机转速。EN常接高电平，当pwm1为高电平pwm2为低电平时电机正转，pwm1为低电平pwm2为高电平时，电机反转。本次设计的小车使用也很方便，只需打开一个开关按键，小车就跑起来。
为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“基于单片机的智能小车测速设计”一题作为尝试。
这项设计是以采购的小车为基础，采用16位STC89C52RC单片机作为控制核心，逐步实现测速、调速、显示这三大功能。
关于程序下载，本控制板是TTL接口直接引出，下载程序必须接一个TTL转USB的模块连接到电脑的USB口，正常识别串口后，便可以下载。下载时，先选择下载文件，其次点击下载按钮，最后再按开关接通电源便可正常下载，如果发现不能正常下载，首先要检查线路是否接对，其次调一下波特率，正常都能解决。
接口如下2-3图所示
本次设计主要解决问题是如何实现所要求的三大功能，最后完成硬件实物的组装，并编制相关程序，使其实现功能的融合，做出具有预先要求功能的实物。
1.2设计思路
本次设计的硬件框图如1-1图所示
1-1图
这次的智能仪表综合训练是基于单片机的智能小车测速系统，这次设计所使用的测速传感器为光电测速传感器，在单位时间内计算脉冲的次数，然后再进行转换和处理即得到所测量的速度。通过PWM调速模块结合软件进行调速。通过Keil进行软件编程、编译、链接、调试以及用Proteus画图进行仿真，编出能够满足要求的程序。最后用STC-ISP V38A.exe把生成的16进制的文件下载到单片机即可。
2.1.1 STC89C52RC单片机简介
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、非常有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
3. P00~P17：作为I/O口使用时，P0口是漏极开路双向口，向口锁存器写入1时，I/O口引脚悬空，是高阻输入引脚；在读写外部存储器时，P0口作为低8位地址/数据总线。
4. P10~P17：内部带有弱上拉的准双向口I/O口，作为输入引脚使用前，先向P1口锁存器写入1，使P1口引脚上拉至高电平。P10,P11口除了作为一般I/O口使用外，还具有第二输入/输出功能。T2（P10）——定时器T2的计数输入端或定时器T2的时钟输出端。T2EX（P11）——定时器T2的外部触发输入端。
无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是在国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。
作为机械行业的代表产品——汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整体（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点：二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。
5. P20~P27：内部带有弱上拉的准双向I/O口，作输入引脚使用前，先向P2口锁存器写入1，使P2口引脚上拉至高电平。在读写外部存储器时，P2口输出高8位地址信号A15~A8。
6. P30~P37：内部带有弱上拉的准双向I/O口，作输入引脚使用前，先和向P3口锁在器写入1，使P2口引脚上拉至高电平。P3口除了可作为一般的I/O口使用外，还具有第二输入/输出功能。RXD（P30）——串行数据接收（输入）端。TXD（P31）——串行数据发送（输出）端。INT0（P32）——外部中为0输入端。INT1（P33）——外部中断1输入端。T0（P34）——定时/计数T0的外部输入端。T1（P35）——定时/计数T1的外部输入端。WR（P36）——外部数据存储器写选通信号，低电平有效。RD（P37）——外部数据存储器读选通信号，低电平有效。
12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。
13. 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。
14. PDIP封装。
引脚说明
单片机STC89C52如下1-1图所示
2-1图单片机
1. Vss：第20个引脚，功能是电源地。
2. Vcc：第40个引脚，功能是电源引脚。正常操作、空闲、掉电以及对OTPROM、Flash ROM编程或校验进的工作电压。一般为2.7~6.0V（89C5X、89C5XX2电源电压一般为5.0V）。
本次的智能仪表综合训练的主要任务是设计一个智能小车，要求实现小车能够直走、通过光电传感器进行测速、通过PWM电路模块进行调速以及通过LCD1602液晶模块进行脉冲、速度、PWM的占空比三个参数的显示。控制板的设计以8位的STC89C52单片机为控制核心，驱动板则以L289N驱动芯片为核心，应用光电传感器和LCD液晶模块，成功的实现了小车的测速、调速和显示功能这三大功能。课题完成了光电传感器、单片机、控制板、驱动板选择，采购接口电路的设计和连接以传感器和电路的安装位置和方式的安排，并完成了整个硬件的安装工作。除此之外，还对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成了软件和硬件的融合，基本实现了智能小车要求实现的预期的功能。
单片机接口与电源和GND采用三位一排方式排列，有效解决了常用三位引线传感器电源输入的问题，预留有串口无线模块接口排座、超声波接口、LCD1602和LCD12864液晶接口（亮度可分别通过两个滑动变阻器调节）及TTL程序下载接口等。
关于供电，外接电源6~9V，本控制板采用AMS-1117-5.0稳压之后给单片机供电，使单片机工作更加稳定。
关键词：智能小车；光电传感器；驱动芯片；LCD液晶模块；单片机
第一章绪论
1.1问题的提出
当今世界，科学技术日新月异。传感器技术和自动控制正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田发明的机器人，其仿人双足行走已经做得十分的逼真了，而且还具有一定的学习能力，据说这机器人的智商已达到了6岁儿童的水平。
1.STC89C52RC单片机。
2.8K字节程序存储空间。
3.512字节数据存储空间。
3.内带4K字节EEPROM存储空间。
5.可直接使用串口下载。
6.AT89S52单片机。
7.8K字节程序存储空源自文库。
8.256字节数据存储空间。
9．没有内带EEPROM存储空间。
参数方面：
1. 增强型8051单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051.
内蒙古科技大学
智能仪表综合训练设计说明书
题 目：智能小车测速系统设计
学生姓名：
学 号：
专 业：测控技术与仪器
班 级：2009-1
指导教师：孙采鹰 讲师
摘要
近年来，随着我国经济建设的高速发展，机动车辆拥有量也在急剧增长，交通事故也日益增多，车辆超速成为了越来越严重的问题。而我国生产的汽车、摩托车电机转速测量系统大多使用动圈式模拟测速。这种测量系统存在精度差、过载能力弱等缺点。
10. EA/Vpp：第31个引脚。外部程序存储器读选通信号，低电平有效。
11. XTAL1：第19个引脚。片内晶振电路反相放大器输入端，接CPU内部时钟电路。
12. XTAL2：第18个引脚。片内部晶振电路反相放大器输出端。
2.1.2小车控制板简介
小车控制板如下2-2图所示
2-2图控制板
本控制器采用双层板设计，布局合理，线路精密，，40位单片机卡座可兼容51系统及STC所有系列单片机，采用晶振12M，大电流供电端子设计及优质电源开关及优质复位开关设计，指示灯设计等。
2. 工作电压：5.5V～3.3V（5V 单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）
3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，实际工作 频率可达48MHz
4. 用户应用程序空间为8K字节
5. 片上集成512 字节RAM
6. 通用I/O 口（32个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。
下面根据设计要求，针对各模块需要完成的功能，本着简单、实用、廉价、容易操作、稳定的原则，对各个模块进行充分理论分析和方案论证。
2.1控制核心的选择及其简介
本次设计的小车具有测速、调速以及参数显示的功能。由于需要实现的功能不多，因此用一般的51系列的单片机就可以实现，由此选择了STC89C52RC单片机。该单片机价格便宜、工作稳定、操作方便、功能齐全、性能稳定等优点深受广大单片机爱好者好评。
7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片。
8. 具有EEPROM 功能。
9. 具有看门狗功能。
10. 共有3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。
11.外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
2-3图小车控制板
接口说明
标号1：电源供电端子，6~9V输入，VCC接正极，GND接负极。
标号2：电源供电指示灯。
标号3：电源开关。
7. RST：第9个引脚，功能是复位信号输入端，高电平有效。
8. ALE：第30个引脚。低8位地址锁存信号。
9. PSEN：第29个引脚。外部程序存储器读选通信号，低电平有效。从外部程序存储器取指令时，每个机器周期PSEN信号被激活两次。只有执行外部程序存储器中的指令时，PSEN才有效，而执行其它操作时PSEN无效。
第二章方案论证
智能小车的总体结构如下：智能小车由各零部件组成，零部件主要有智能车底盘一个（直流减速电机1个，电机固定座1个，轮胎41个，有机玻璃板一块），单片机开发板1块，测速套装（模块+100线码盘）1套，BTS7960电机驱动模块1个，7.2V电池1块。本次设计通过光电传感器进行测速、PWM调速模块进行调速、LED数码管进行显示。具体原理是：把100线的光码盘安装在减速电机的转轴上，由于车轮也与减速电机的转轴连接，因此车轮与光码盘是同步的，它们具有相同的角速度。光码盘与光电传感器是配套使用的，光电传感器安装在光码盘的旁边。当电机转动时，光码盘也随之转动。光电传感器输出TTL电平，当光码码盘线数来决定。因此当光码盘转动时，光电传感器就会有脉冲输出。光电传感器脉冲输出端接在单片机的P32口，也就是接到了外部中断0上。通过外部中断服务在单位时间内进行脉冲数的计算。在本次设计中采用定时器T1进行1秒定时。在这1秒钟的时间内把测量到的脉冲数进行处理，转换成速度。调速部分需要硬件和软件结合。BTS7960驱动模块里有两个H型电桥，用来控制减速电机。有1个使能EN，有两个PWM控制端分别为pwm1和pwm2，用来控制电机的正转和反转及电机转速。EN常接高电平，当pwm1为高电平pwm2为低电平时电机正转，pwm1为低电平pwm2为高电平时，电机反转。本次设计的小车使用也很方便，只需打开一个开关按键，小车就跑起来。
为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“基于单片机的智能小车测速设计”一题作为尝试。
这项设计是以采购的小车为基础，采用16位STC89C52RC单片机作为控制核心，逐步实现测速、调速、显示这三大功能。
关于程序下载，本控制板是TTL接口直接引出，下载程序必须接一个TTL转USB的模块连接到电脑的USB口，正常识别串口后，便可以下载。下载时，先选择下载文件，其次点击下载按钮，最后再按开关接通电源便可正常下载，如果发现不能正常下载，首先要检查线路是否接对，其次调一下波特率，正常都能解决。
接口如下2-3图所示
本次设计主要解决问题是如何实现所要求的三大功能，最后完成硬件实物的组装，并编制相关程序，使其实现功能的融合，做出具有预先要求功能的实物。
1.2设计思路
本次设计的硬件框图如1-1图所示
1-1图
这次的智能仪表综合训练是基于单片机的智能小车测速系统，这次设计所使用的测速传感器为光电测速传感器，在单位时间内计算脉冲的次数，然后再进行转换和处理即得到所测量的速度。通过PWM调速模块结合软件进行调速。通过Keil进行软件编程、编译、链接、调试以及用Proteus画图进行仿真，编出能够满足要求的程序。最后用STC-ISP V38A.exe把生成的16进制的文件下载到单片机即可。
2.1.1 STC89C52RC单片机简介
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、非常有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
3. P00~P17：作为I/O口使用时，P0口是漏极开路双向口，向口锁存器写入1时，I/O口引脚悬空，是高阻输入引脚；在读写外部存储器时，P0口作为低8位地址/数据总线。
4. P10~P17：内部带有弱上拉的准双向口I/O口，作为输入引脚使用前，先向P1口锁存器写入1，使P1口引脚上拉至高电平。P10,P11口除了作为一般I/O口使用外，还具有第二输入/输出功能。T2（P10）——定时器T2的计数输入端或定时器T2的时钟输出端。T2EX（P11）——定时器T2的外部触发输入端。
无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是在国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。
作为机械行业的代表产品——汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整体（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点：二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。
5. P20~P27：内部带有弱上拉的准双向I/O口，作输入引脚使用前，先向P2口锁存器写入1，使P2口引脚上拉至高电平。在读写外部存储器时，P2口输出高8位地址信号A15~A8。
6. P30~P37：内部带有弱上拉的准双向I/O口，作输入引脚使用前，先和向P3口锁在器写入1，使P2口引脚上拉至高电平。P3口除了可作为一般的I/O口使用外，还具有第二输入/输出功能。RXD（P30）——串行数据接收（输入）端。TXD（P31）——串行数据发送（输出）端。INT0（P32）——外部中为0输入端。INT1（P33）——外部中断1输入端。T0（P34）——定时/计数T0的外部输入端。T1（P35）——定时/计数T1的外部输入端。WR（P36）——外部数据存储器写选通信号，低电平有效。RD（P37）——外部数据存储器读选通信号，低电平有效。
12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。
13. 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。
14. PDIP封装。
引脚说明
单片机STC89C52如下1-1图所示
2-1图单片机
1. Vss：第20个引脚，功能是电源地。
2. Vcc：第40个引脚，功能是电源引脚。正常操作、空闲、掉电以及对OTPROM、Flash ROM编程或校验进的工作电压。一般为2.7~6.0V（89C5X、89C5XX2电源电压一般为5.0V）。
本次的智能仪表综合训练的主要任务是设计一个智能小车，要求实现小车能够直走、通过光电传感器进行测速、通过PWM电路模块进行调速以及通过LCD1602液晶模块进行脉冲、速度、PWM的占空比三个参数的显示。控制板的设计以8位的STC89C52单片机为控制核心，驱动板则以L289N驱动芯片为核心，应用光电传感器和LCD液晶模块，成功的实现了小车的测速、调速和显示功能这三大功能。课题完成了光电传感器、单片机、控制板、驱动板选择，采购接口电路的设计和连接以传感器和电路的安装位置和方式的安排，并完成了整个硬件的安装工作。除此之外，还对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成了软件和硬件的融合，基本实现了智能小车要求实现的预期的功能。
单片机接口与电源和GND采用三位一排方式排列，有效解决了常用三位引线传感器电源输入的问题，预留有串口无线模块接口排座、超声波接口、LCD1602和LCD12864液晶接口（亮度可分别通过两个滑动变阻器调节）及TTL程序下载接口等。
关于供电，外接电源6~9V，本控制板采用AMS-1117-5.0稳压之后给单片机供电，使单片机工作更加稳定。
关键词：智能小车；光电传感器；驱动芯片；LCD液晶模块；单片机
第一章绪论
1.1问题的提出
当今世界，科学技术日新月异。传感器技术和自动控制正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田发明的机器人，其仿人双足行走已经做得十分的逼真了，而且还具有一定的学习能力，据说这机器人的智商已达到了6岁儿童的水平。