基于C51单片机的遥控小车设计与制版

1、熟悉用Proteus绘制原理图的过程；

2、利用Proteus进行电路仿真

3、熟悉PCB制版的过程；

4、学会封装的制作；

5、学会自动、手动布局、布线；

二、设计思路

此次试验采用基于C51单片机的遥控小车的设计。以 89C51 单片机为控制核心，采用 L298N 对小车电机的控制，利用以 PT2262/PT2272 芯片为模块的无线遥控装置，实现小车的前进、后退、左转、右转。

整个系统的构成是由两部分组成。 一部分是硬件系统， 一 部分是软件系统（见附录1）。

硬件方案确定如下：在现有电动车模型的基础上，加装无线控制模块，电机驱动模块，实现对电动车的无线遥控，并将数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所接收到检测的数据实现对电动车的控制。

三、单片机简介

1、89c51硬件结构

89C51（引脚图如图一）是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

1.1、存储器

89C51 片内有 ROM（程序存储器，只能读）和 RAM（数据存储器，可读可写） 两类， 他们有各自独立的存储地址空间， 与一般微机的存储器配置方式很不相同。

1、程序存储器（ROM） 存放程序，一些原始数据和表格。89C51 及 8751 的片内程序存储器容量为 4KB，地址从 0000H 开始，用于存放程序和表格常数。

2、数据存储器（RAM） 存放可以读/写的数据---运算的中间结果、最终结果、欲显示的数据等。

3. 特殊功能寄存器 89C51 单片机内部还有 SP，DPTR，PCON，…，IE，IP 等特殊功能寄存器，它 们也同 128 字节 RAM 在一个队列编址，地址为 80H~FFH。在这 128 字节 RAM 单元 中有 21 个特殊功能寄存器（SFR） ，在这些特殊功能寄存器中还包括 P0~P3 口锁存器。

1.2、I/O接口

四个8位并行I/O接口 P0-P3。每个口既可以用作输入，也可以用作输出。它们都是双向端口，每个端口有8条I/O 线，均可输入/输出。P0-P3 口四个锁 存器同 RAM 统一编址，可以把 I/O 口当作一般特殊功能寄存器来寻址。一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O 口。用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信。
1.3、定时器/计数器
89c51有两个定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式， 用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。
1.4、五个中断源的中断控制系统
1.INT0——外部中断0 请求，低电平有效。通过P3.2引脚输入。

2.INT1——外部中断1请求低电平有效。通过P3.3引脚输入。

3.T0——定时器/计数器0溢出中断请求。

4.T1——定时器/计数器1溢出中断请求。

5.TX/RX——串行口中断请求。当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。
1.5、振荡器及定时电路
石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率 24MHZ。89C51单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为1.2MHz-12MHz。以上各个部分通过内部数据总线相连接。

1.6、复位电路

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。

图二

手动按钮（图二）复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平，一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

1.7、单片机最小系统：

单片机最小系统（图三）是由复位电路和晶振电路组成的，它是单片机实现工作的最小系统。

图三

2、系统运动控制部分设计

2.1、电机选型
电机种类繁多，本设计采用比较常见的两种电机进行比较。

1、直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机，直流电动机具有调速性能好、 起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，尤其 在可控硅直流电源出现以后。

2、步进电动机 步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超 载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。步进电 动机主要应用在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要 A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。

综合本设计的要求，采用价格较便宜的直流电动机。
2.2、L298N驱动电机
恒压恒流桥式 2A 驱动芯片L298N，引脚如图四。L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15 脚Multiwatt 封装的 L298N，内部同样包含 4 通道逻辑驱动电路。

可以方便的 驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N 芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达 50V，可以直接通过电源来调节输 出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。 L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS，VSS 可接 4．5～7 V 电压。4 脚 VS 接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转。ena、enb接控制使能端，控制电机的停转。图五是 L298N 功能逻辑图。

图五

3、无线收发模块PT2262/PT2272

设计采用辅助模块，由于无线电的设计涉及的学科知识面比较广，调频比 较困难。故此本设计直接应用市场上的成品无线电模块，本设计采用的是市面上常见的 PT2262/2272 无线模块如图六。 PT2262/2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通 用编解码电路（目前也有国产的代用产品产品如 SC***,HS***等） ，PT2262/2272 最多可有 12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供 531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。 编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片 PT2272 接收到信号后其地址码经过两次比较核对

图六

后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源， 其 17 脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时， PT2262 得电工作，其17脚输出经调制的串行数据信号，17 脚为高电平期间 315MHz 当 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，17 脚为低平期间 315MHz 的高频发当射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100％的调幅。

本设计采用四路的PT2262/PT2272集成模块，接收模块PT2272的输出端接到C51单片机的P3.0---P3.3口作为对单片机的控制信号，来选择四个不同的动作。

4、总原理图：

根据以上分析连接完电路原理仿真图如图七：

图七

三、软件部分

见附录1

四、PCB制作

4.1、导出网络表到ARSE

原理图制作完成后点击ARES图标进入PCB绘制界面，由于电源没有封装，会出现提示选择封装界面，这里用一个两插口的CNN-SIL2代替，点击确定。

选择当前层为BoardEdge,点击2D框体模式，在工作区内点击不放拉出一个方框区域。

4.2、设置制版规则

根据题目要求本设计使用单层板，选择系统，设置使用层板，把对号全部取消。

4.3、布局

手动布局，点击元件不放拉到适合的区域松手，依次把元件放到理想的地方，注意把电源的插口放在偏外的区域以便使用的方便。

4.4、布线

布局完成后点击自动布线，选择确定，完成自动布线，检查一下不要出现有

直角的导线（参考布线规则）。

4.5、完成PCB制作

完成后的设计如下图：

五、结束语

本设计中，芯片的选择都是靠以前积累的经验以及查阅资料，原理图也容易成功，并且仿真也进行的很顺利，但是由于使用Proteus对原理图进行PCB制版的过程还不是很熟练，所以在制版上花费了大量时间，不过遇到的困难在及时地询问老师、同学后都一一排除，总之此次训练是自己对于制版的过程更加的熟悉。