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1、. . . . .课 程 设 计 报 告课程名称 嵌入式系统原理与设计 课题名称 红外遥控小车 专 业 通信工程 班 级 通信1301班 学 号 201303020131 姓 名 * 指导老师 胡瑛 乔汇东 2016 年 1 月 6 日 . 专业学习资料 .目 录1.系统总体设计11.1功能说明11.2任务分配情况11.3系统工作流程22.硬件设计22.1 MSP430F5438A芯片简介22.2 红外接收模块32.2.1红外接收介绍32.2.2 红外接收管实物图32.2.3 红外接收与单片机接口电路32.3 电机驱动模块42.3.1 电机驱动芯片介绍42.3.2电机驱动芯片实物图42.3.3
2、电机驱动与单片机接口电路42.4超声波测距模块52.4.1 HC-SR04芯片简介52.4.2 HC-SR04芯片实物图52.4.3 HC-SR04与单片机接口电路53.软件设计63.1 系统总体设计63.1.1 系统流程图63.2 红外遥控模块73.3 小车驱动模块83.3.1 小车实现前进、后退、左转、右转功能83.3.2 加减速模块83.4 超声波测距模块93.5 开发板的中断104.实验结果104.1 系统整体实物图104.2实现过程115.缺陷与调试115.1调试过程115.2程序的缺陷126.实验心得127.附录16 . 专业学习资料 .1. 系统总体设计1.1功能说明 本次课设要
3、求的功能是用户通过红外遥控器能控制小车的前进、后退、左转、右转、停止、加速、减速、避障功能。故根据要求设计的系统的总体框架如图1所示：红外遥控MSP430F5438A单片机L239D电机驱动HC-SR04超声波测距避障红外接收图1 系统总体框架图1、单片机最小系统要求系统设计使用MSP430F5438A单片机作为系统的核心控制器。2、红外遥控首先使用WD6122红外遥控芯片控制小车，通过按键来控制小车的运作。3、红外接收使用VS1838B红外接收器接收红外控制信号。4、电机驱动采用L293D芯片，可以直接驱动直流电机，并提供了5V输出接口，可以给单片机电路系统供电，H型桥式电路保证了简单的实现
4、转速和方向控制。5、超声波测距避障通过HC-SR04超声波测距，监视测量发射脉冲和接收脉冲的时间差，计算超声波和物体之间的距离，并在适当的距离内采取避障。1.2任务分配情况项目制作共5人，分别是：夏银苹，谢稳桩，王兆然，刘子铭，曾逸。任务分配情况如表1所示：表1 任务分配情况夏银苹红外遥控谢稳桩超声波测距避障王兆然PWM波的产生刘子铭小车运作曾逸小车运作1.3系统工作流程整个电路系统分为遥控、驱动、运作、避障四个主要组成部分。首先按键发射信号，由红外接收管接收到控制信号，将接收信号进行解码，其结果送入单片机，输出相应的信号给驱动芯片，驱动电机转动，从而控制整个小车的运作，与此同时，超声波模块检
5、测前方是否有障碍物，并将搜集到的信息实时送到主控芯片，及时避开障碍。2. 硬件设计此次课设课题中硬件部分的选取与设计主要包含以下模块：MSP430F5438A单片机，VS1838B红外接收器，L293D电机驱动模块，HC-SR04超声波测距，若干个杜邦线。2.1 MSP430F5438A芯片简介MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单
6、片机”解决方案。BW-DK5438开发板采用了MSP430F54xx系列单片机片中的最高型号MSP430F5438，采用LQFP100封装，配备256KB FLASH存储器、16K RAM存储器和87个通用I/O引脚，8个型通用串行接口，支持UART/LIN/IrDA/SPI，16通道12位ADC，3个16位通用定时器，资源充足，性能强大；板上为用户设计了丰富的外设接口。MSP430F5438A单片机实物图如图2所示。图2 MSP430F5438A单片机实物图2.2 红外接收模块2.2.1红外接收介绍 红外接收电路一体化的红外接收头VS1838B将遥控信号的接收、放大、解调、整形集于一身，不需
7、要任何外接器件就输出可以让单片机识别的TTL 信号，接收距离可达35m，接收红外信号频率为38 kHz。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器，通过解调电路进行解调，还原出发射端的信号波形，输出的高低电平和发射端反相。该模块使用红外接收头HS38B，有三个引脚，包括电源端，接地端和信号输出端。有红外编码信号发射时，经红外接头处理后，输出为检波整形后的方波信号，并直接提供给单片机。2.2.2 红外接收管实物图 图 3 红外接收管实物图2.2.3 红外接收与单片机接口电路图4 红外接收电路接口图 红外接收头的VCC与电源相连，GND接地，输出端与单片机的P1.3 相连。2.3 电机驱动
8、模块2.3.1 电机驱动芯片介绍本 L293D 驱动模块，采用ST公司原装全新的L293D芯片，采用SMT工艺稳定性高，采用高质量铝电解电容，使电路稳定工作。可以直接驱动4路3-16V直流电机，并提供了5V输出接口（输入最低只要6V），可以给5V单片机电路系统供电（低纹波系数）,支持3.3V MCUARM控制，可以方便的控制直流电机速度和方向，也可以控制2相步进电机，5线4相步进电机。是智能小车必备利器。主要参数如下：控制信号输入电压范围（IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8）：低电平：0.3VVin1.5V；高电平：2.3VVinVss使能信号输入电压范围（EN1
9、EN2 EN3 EN4）：低电平：0.3Vin1.5V；高电平：2.3VVinVssL293D是专门的电机驱动芯片，工作电压5V，驱动电压输入可达36V，输出电 流正负600ma，4个控制端，4个输出端，原理图如图5。图5 驱动芯片原理图其中A为输出控制端，Y为输出控制端，1A即控制1Y，以此类推。1，2EN 3，4EN需要短接，芯片最大工作电压不得超过7V。如图6所示。图6 驱动芯片封装图Vcc1接工作电压，5V，Vcc2接电机的驱动电源，这个电压要比5V高，我用的是12V蓄电池，把12的正极接到Vcc2，芯片、单片机、蓄电池电源共地的，电机是12V，单片机控制部分是5V，正极是完全独立的，
10、GND都必须接在一起。2.3.2电机驱动芯片实物图图7 电机驱动芯片实物图2.3.3电机驱动与单片机接口电路图8 电机驱动与单片机的接口电路单片机与电机驱动的连接IN1接P7.0、IN2接P7.1、IN3接P7.2、IN4接P7.3、IN5接P7.4、IN6接P7.5、IN7接P7.6、IN8接P7.7。EN1、EN2以及EN3、EN4分别在芯片上使用跳线连接并接在单片机的P4.1、P4.2引脚上,另输出端的OUT14分别对应14号电机。2.3.4 H桥电路原理图9中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H
11、中的横杠。H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。图9 H桥驱动电路图要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经 Q4回到电源负极，驱动电机按特定方向转动。另一对三极管Q2和Q3导通，电流将从右至左流过电机。当Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动。2.4超声波测距模块2.4.1 HC-SR04芯片简介在此次课程设计实验中我们超声波测距避障所用到的是HC-S
12、R04。HC-SR04超声波测距模块可提供 2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。主要参数：工作电压DC为5 V；工作电流为15mA；工作频率为40kHz；最远射程为4m最近射程为2cm；测量角度为15度；输入触发信号为10uS的TTL脉冲；输出回响信号为输出TTL电平信号，与射程成比例。 2.4.2 HC-SR04芯片实物图图10 HC-SR04芯片实物图2.4.3 HC-SR04与单片机接口电路图11 HC-SR04与单片机接口电路输入端口为P2.2，输出端口为P2.13. 软件设计3.1 系统总体设计开始判断是否有红外输
13、入判断有无障碍无操作判断按键启动或停止前进倒退左转右转加速减速发送测距脉冲NY2846减速键加速键5躲避障碍YN整个电路系统分为遥控、驱动、运作、避障四个主要组成部分。主控单元是小车的核心部分，它所要完成的任务是：处理输入信号，启动和停止小车，控制电机转速，完成距离检测，做出避障判断等。首先利用红外接收管对路面信号进行检测，然后将检测结果送入主芯片，输出相应的信号给驱动芯片，驱动电机转动，从而控制整个小车的运动，与此同时，超声波模块检测前方是否有障碍物，并将搜集到的信息实时送到主控芯片，及时避开障碍。根据不同路段的控制要求，单片机系统主要由电机调速和换向子程序，加减速子程序，红外遥控子程序，测距避障子程序。3.1.1 系统流程图图 12 系统流程图 首先进行各模块初始化，系统判断进入哪一个程序里面，调用子程序，完成各模块的功能。3.2 红外遥控模块 相关代码：Init_IRUART(void) 设置红外接收端口change(void) 表示取出按键的值Decode(void)解码函数Timer0_A1(void)定时器A中断处理1、定时器A设置为捕获功能，当接收到红外信号进入中断，解码的方法有
