1、目 錄前言1一設計任務2二設計內容2三MSP430最小系統制作2 1.1.1 MSP430最小系統設計整體框圖2 1.1.2 MSP430最小系統設計原理圖2 1.1.3 MSP430最小系統元件清單3 1.1.4 MSP430最小系統設計PCB圖4 2.1 LCD12864液晶顯示4 2.1.1 LCD12864液晶顯示簡介4 2.1.2 液晶引腳圖54 傳感器模塊電路5 1. 光敏二極管5 1.1光敏二極管簡介5 1.2 光敏二極管檢測5 2. 紅外避障模塊5 2.1紅外避障模塊簡介6 2.2模塊接口說明6 3. TCRT5000尋跡模塊7 3.1尋跡模塊簡介7 3.2應用場合8 3.3模

2、塊原理與應用8 4. 熱敏傳感器9 4.1熱敏傳感器簡介9 4.2 5. 聲音傳感器10 5.1 聲音傳感器工作原理10 5.2 聲音檢測框圖10 6. 步進電機11 6.1步進電機簡介116.2步進電機特點126.3步進電機基本參數13 6.3.1空載啟動頻率14 6.3.2電機的相數14 6.3.3固有步距角15 6.3.4保持轉矩16 6.3.5拍數16 6.3.6定位轉矩16 6.3.7最大靜轉矩17 6.4工作原理187. 角度傳感器20 7.1 ADXL345連接方式21 7.2 I2C總線介紹21 7.3 SPI總線介紹22 7.4 I2C與SPI的區別238. 超聲波傳感器23

3、 8.1 主要參數24 8.2 實物圖24 8.3 工作原理25 8.4 超聲波傳感器測距程序設計259. L298模塊及直流電機驅動26 9.1 L298n電路原理圖26 9.2 電路優化部分26 9.3 直流電機驅動27五設計總結27 前言MSP430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指令集（RISC）結構，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數尋址、4 種目的操作數尋址）、簡潔的 27 條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。MSP430 系列單片機的各系列都集成了較豐富的片內外設。它

4、們分別是看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時器A0（Timer_A0）、定時器A1（Timer_A1）、定時器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅動器、10位/12位ADC、16位- ADC、DMA、I/O端口、基本定時器（Basic Timer）、實時時鐘（RTC）和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設計出A/D 轉換器；16 位定時器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計數、時序發生、PWM等；有的器件更具有可實現異

5、步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現多機通信等應用；具有較多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件 A/D 轉換器有較高的轉換速率，最高可達200kbps ，能夠滿足大多數數據采集應用；能直接驅動液晶多達 160 段；實現兩路的 12 位D/A轉換；硬件I2C串行總線接口實現存儲器串行擴展；以及為了增加數據傳輸速度，而采用的DMA模塊。MSP430 系列單片機的這些片內外設為系統的單片解決方案提供了極大的方便。 傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律

6、變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。1 設計任務單片機最小系統自制及各種傳感器模塊的調試2 設計內容制作MSP430單片機最小系統光敏二極管模塊電路及其調試紅外避障模塊電力路及其調試TCRT5000尋跡模塊電路及其調試熱敏傳感器模塊電路及其調試聲音檢測模塊電路及其調試火焰傳感器模塊及其調試步進電機模塊及其調試L298N模塊及直流電機驅動電路及其調試三.MSP430最小系統制作1.1.1MSP430最小系統設計框圖圖1.1.1 MSP430最小系統設計框圖1.1.2MSP430最小系統設計原理圖圖1.

7、1.2 MSP430最小系統設計原理圖1.1.3 原件清單 晶振 2個 電阻10K 7個 電阻 2K 1個 電位器 10K 1個 電容 22pF 4個 排針 2排 按鍵 6個 開關 1個 LCD接口 1排 發光二極管 1個 MSP430芯片 1個 1.1.4 MSP430最小系統設計PCB圖1.1.4MSP430最小系統設計PCB1.2 LCD12864液晶顯示1.2.1、液晶顯示模塊簡介12864A-1 漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置 8192 個中文漢字（16X16點陣）、128 個字符（8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（GDRAM）。主要技術參數和顯示

8、特性:電源：VDD 3.3V+5V(內置升壓電路，無需負壓)；顯示內容：128 列× 64 行顯示顏色：黃綠顯示角度：6：00 鐘直視LCD 類型：STN與 MCU 接口：8 位或 4 位并行/3 位串行配置 LED 背光多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等1.2.2 液晶引腳圖四傳感器模塊電路1.光敏二極管1.1 光敏二極管簡介光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大

9、大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結時，可以使PN結中產生電子一空穴對，使少數載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。常見的有2CU、2DU等系列。1.2 光敏二極管檢測測量光敏二極管時，先用黑紙或黑布遮住光敏二極管的光信號接收窗口，然后用萬用表的R×1k檔其正、反向電阻。正常時，正向電阻值在1020k之間，反向電阻值為（無窮大）。再去掉黑紙或黑布，使其光信號接收窗口對準光源，正常時正、反向電阻值均會變小，阻值變化越大，說明該光敏二極管的靈敏度越高，光敏二極管工作時加有反向電壓，沒有光照時，其反

10、向電阻很大，只有很微弱的反向飽和電流。當有光照時，就會產生很大的反向電流（亮電流），光照越強，該亮電流就越大。2.紅外避障模塊2.1 紅外避障模塊簡介該傳感器模塊對環境光線適應能力強，其具有一對紅外線發射與接收管，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經過比較器電路處理之后，綠色指示燈會亮起，同時信號輸出接口輸出數字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調節檢測距離，有效距離范圍280cm，工作電壓為3.3V-5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調節、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點，可以廣泛應用于機器人避障、避障小車、流水線計數及

11、黑白線循跡等眾多場合。2.2 模塊接口說明（3線制）、VCC 外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機和3.3v單片機相連） 、GND 外接GND、OUT 小板數字量輸出接口（0和1）3. TCRT5000尋跡模塊3.1循跡模塊簡介TCRT5000光電傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器設計的一款紅外反射式光電開關。傳感器采用高發射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號經施密特電路整形，穩定可靠。3.2應用場合：電度表脈沖數據采樣傳真機碎紙機紙張檢測障礙檢測黑白線檢測3.3模塊原理和應用 圖 2.3.3 TCRT5000傳感器模塊電路原理圖傳感器的紅外發射二極管不斷

12、發射紅外線，當發射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來但強度不夠大時，光敏三極管一直處于關斷狀態，此時模塊的輸出端為低電平，指示二極管一直處于熄滅狀態；被檢測物體出現在檢測范圍內時，紅外線被反射回來且強度足夠大，光敏三極管飽和，此時模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點亮。4.熱敏傳感器4.1 熱敏傳感器簡介N結電阻在不同溫度下有差別的.根據這個阻值的變化就可以測量環境溫度的變化. N型半導體 在硅或鍺等本征半導體材料中摻入微量的磷、銻、砷等五價元素，就變成了以電子導電為主的半導體，即N型半導體。 P型半導體 在硅或鍺等本征半導體材料中摻入微量的硼、銦、鎵或鋁等三價元素，就就成了以空穴導電為主的

13、半導體，即P型半導體。 緊密相連的P型半導體和N型半導體之間會形成一個空間電荷區稱PN結。PN結具有單向導電性,二極管就是利用PN結的這個特性做成的。 PN結的結電阻結電容等參數都是隨溫度變化的，可以利用這種變化制作溫度傳感器，即熱敏傳感器。4.25. 聲音檢測模塊5.1聲音傳感器的工作原理傳感器內置一個對聲音敏感的電容式駐極體話筒。聲波使話筒內的駐極體薄膜振動，導致電容的變化，而產生與之對應變化的微小電壓。這一電壓隨后被轉化成 0-5V 的電壓，經過 A/D轉換被數據采集器接受，并傳送給計算機。聲音傳感器的作用相當于一個話筒（麥克風）。它用來接收聲波，顯示聲音的振動圖象。但不能對噪聲的強度進

14、行測量。5.2 聲音檢測框圖6. 步進電機步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。6.1步進電機的簡介 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按

15、設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。我們可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時我們也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。 在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步 距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。 從原理上講，步進電機是一種低速同步電動機。 6.2 步進電機的特點 1. 一般步進電機的精度為步進角的3-5%，角位移與輸入脈沖數嚴格成正比，

16、沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。 2. 步進電機外表不允許較高的溫度，步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130 度以上，有的甚至高達攝氏200 度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90 度完全正常。 3. 步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降，當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。 4. 步進電機自身的噪聲和振動較大，帶慣性負載的能力較差。 5.

17、 由步進電機與驅動電路組成的開環數控系統，既非常簡單、廉價，又非常的可靠。同時，它也可以與角度反饋環節組成高性能的閉環數控系統。 6. 步進電機的動態響應快，易于啟停，正反轉及變速。 7. 速度可在相當寬的范圍內平滑調節，低速下仍能保證獲得大轉矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅動負載。 8. 步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 9. 步進電機存在振蕩和失步現象，必須對控制系統和機械負載采取相應的措施。 10. 步進電機低速時可以正常運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。 步進電動機以其顯著的特點，在數字化制造時代發揮著重大的用途。伴隨著不同的數

18、字化技術的發展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。 6.3步進電機的基本參數6.3.1.空載啟動頻率即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。6.3.2.電機的相數 產生不同對N、S極磁場的激磁線圈對數 ,即電機內部的線圈組數，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8&#

19、176;、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器，則相數將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數，就可以改變步距角。目前應用最廣泛的是兩相和四相，四相電機一般用作兩相，五相的成本較高。6.3.3.固有步距角 對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用表示。=360度/（轉子齒數J*運行拍數），以常規二、四相，轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為 =360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為 =360度/（5

20、0*8）=0.9度（俗稱半步）。這個步距角稱為電機固有步距角，電機出廠時給出了一個步距角的值 ,它不一定是電機實際工作時的真正步距角，, 真正的步距角和驅動器有關。現在的步進電機都有細分的驅動器，細分數決定步距角,例如兩相的步進電機驅動器為5細分步距角為1.8°/5=0.36° 6.3.4.保持轉矩是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。比如，當人們說5N.M的步進電機，

21、在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為5N.m的步進電機。 6.3.5.拍數 完成一個磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀態用n表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 6.3.6.定位轉矩電機在不通電狀態下，電機轉子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的），由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有定位轉矩。6.3.7.最大靜轉矩電機在額定靜態電作用下（通電），電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩，即定子鎖住轉子的力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸

22、）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進電機。雖然靜轉矩與電磁激磁安匝數成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發熱及機械噪音。6.4工作原理 圖2.1 四相步進電機示意圖 如圖2.1所示，步進電機分為轉子和定子兩部分： 定子：由硅鋼片疊成的，定子上有8大磁極，每2個相對的磁極（，S）組

23、成一對，共有4對。定子齒有四個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。 2.轉子：由軟磁材料制成，其外表面也均勻地分布著小齒,與定子上的小齒相同，并且小齒的大小相同，間距相同。如圖2.1所示，開始時，開關sb接通電源，sa、sc、sd斷開，b相磁極和轉子0、3號齒對齊，同時，轉子的1、4號齒就和c、d相繞組磁極產生錯齒，2、5號齒就和d、a相繞組磁極產生錯齒。當開關sc接通電源，sb、sa、sd斷開時，由于c相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動，1、4號齒和c相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和a、b相繞組產生錯齒，2、5號齒就和a、d相繞組磁極產生錯齒。依次類推，a、b、

24、c、d四相繞組輪流供電，則轉子會沿著a、b、c、d方向轉動。四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖2.2.a、b、c所示： a. 單四拍 b. 雙四拍 c八拍圖2.2步進電機工作時序波形圖 3.5 對齒和錯齒 圖2.3步進電機轉子展開圖 反應式步進電機的動力來源于電磁力，只有電機存在錯齒現象才能轉動。在電磁力的作用下，轉子被推動到最大磁導率的位置，定子

25、小齒與轉子小齒對齊的位置，并處于平衡狀態，如圖2.3 中的A 相位置，這種現象被稱為對齒。而對于三相步進電機來說，當某一相得磁極處于最大磁導位置時，另外兩相必須處于非最大磁導位置，即定子和轉子不對齊位置，這種現象被稱為錯齒。7.角度傳感器7.1 ADXL345連接方式圖7.1.1 SPI模式連接 圖7.1.2 I2C模式連接7.2 I2C總線介紹7.2.1 I2C總線特點I2C總線最主要的優點是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數量，降低了互聯成本。總線的長度可高達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件

26、。I2C總線的另一個優點是，它支持多主控 (multimastering)， 其中任何能夠進行發送和接收的設備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何時間點上只能有一個主控。 7.2.2 I2C總線工作原理I2C總線是由數據線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，可發送和接收數據。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率 100kbps。各種被控制電路均并聯在這條總線上，但就像電話機一樣只有撥通各自的號碼才能工作，所以每個電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發送器（或接收器），這

27、取決于它所要完成的功能。CPU發出的控制信號分為地址碼和控制 量兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調整的類別（如對比度、亮度等）及需要調整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關。I2C總線在傳送數據過程中共有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結束信號和應答信號。開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數據。結束信號：SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。應答信號：接收數據的IC在接收到8bit數據后，向發送數據的IC發出特定的低電平脈沖，表示已收到數據。CPU向受控單元發出一個信

28、號后，等待受控單元發出一個應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實際情況作出是否繼續傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為受控單元出現故障。目前有很多半導體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監控芯片等也提供I2C接口。3 總線基本操作I2C規程運用主/從雙向通訊。器件發送數據到總線上，則定義為發送器，器件接收數據則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發送狀態。總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產生串行時

29、鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。SDA線上的數據狀態僅在SCL為低 電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態的改變被用來表示起始和停止條件。3.1 控制字節在起始條件之后，必須是器件的控制字節，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應為1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當為1時為讀操作，為0時為寫操作3.2 寫操作寫操作分為字節寫和頁面寫兩種操作，對于頁面寫根據芯片的一次裝載的字節不同有所不同。關于頁面寫的地址、應答和數據傳送的時序3.3 讀操作讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的

30、時序圖。應當注意的是：最后一個讀操作的第9個時鐘周期不是“不關心”。為了結束讀操作，主機必須在第9個周期間發出停止條件或者在第9個時鐘周期內保持SDA為高電平、然后發出停止條件。 7.2.1 位傳輸由于連接到I2C 總線的器件有不同種類的工藝（CMOS、NMOS、PMOS、雙極性），邏輯0（低）和邏輯1（高）的電平不是固定的，它由電源VCC的相關電平決定，每傳輸一個數據位就產生一個時鐘脈沖。數據有效在傳輸數據的時候，SDA線必須在時鐘的高電平周期保持穩定，SDA的高或低電平狀態只有在SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變。圖7.2.1I2C位傳輸數據有效性起始停止SCL 線是高電平時，SDA

31、線從高電平向低電平切換，這個情況表示起始條件；SCL 線是高電平時，SDA 線由低電平向高電平切換，這個情況表示停止條件。起始和停止條件一般由主機產生，總線在起始條件后被認為處于忙的狀態，在停止條件的某段時間后總線被認為再次處于空閑狀態。圖7.1.2起始和停止條件如果產生重復起始條件而不產生停止條件，總線會一直處于忙的狀態，此時的起始條件（S）和重復起始條件（Sr） 在功能上是一樣的。7.2.2數據傳輸字節格式發送到SDA 線上的每個字節必須為8 位，每次傳輸可以發送的字節數量不受限制。每個字節后必須跟一個響應位。首先傳輸的是數據的最高位（MSB），如果從機要完成一些其他功能后（例如一個內部中

32、斷服務程序）才能接收或發送下一個完整的數據字節，可以使時鐘線SCL 保持低電平，迫使主機進入等待狀態，當從機準備好接收下一個數據字節并釋放時鐘線SCL 后數據傳輸繼續。應答響應數據傳輸必須帶響應，相關的響應時鐘脈沖由主機產生。在響應的時鐘脈沖期間發送器釋放SDA 線（高）。在響應的時鐘脈沖期間，接收器必須將SDA 線拉低，使它在這個時鐘脈沖的高電平期間保持穩定的低電平。通常被尋址的接收器在接收到的每個字節后，除了用CBUS 地址開頭的數圖7.2.1I2C總線數據傳輸和應答據，必須產生一個響應。當從機不能響應從機地址時（例如它正在執行一些實時函數不能接收或發送），從機必須使數據線保持高電平，主機

33、然后產生一個停止條件終止傳輸或者產生重復起始條件開始新的傳輸。如果從機接收器響應了從機地址，但是在傳輸了一段時間后不能接收更多數據字節，主機必須再一次終止傳輸。這個情況用從機在第一個字節后沒有產生響應來表示。從機使數據線保持高電平，主機產生一個停止或重復起始條件。如果傳輸中有主機接收器，它必須通過在從機發出的最后一個字節時不產生一個響應，向從機發送器通知數據結束。從機發送器必須釋放數據線，允許主機產生一個停止或重復起始條件。時鐘同步所有主機在SCL線上產生它們自己的時鐘來傳輸I2C總線上的報文。數據只在時鐘的高電平周期有效，因此需要一個確定的時鐘進行逐位仲裁。時鐘同步通過線與連接I2C 接口到

34、SCL 線來執行。這就是說SCL 線的高到低切換會使器件開始數它們的低電平周期，而且一旦器件的時鐘變低電平，它會使SCL 線保持這種狀態直到到達時鐘的高電平。但是如果另一個時鐘仍處于低電平周期，這個時鐘的低到高切換不會改變SCL 線的狀態。因此SCL 線被有最長低電平周期的器件保持低電平。此時低電平周期短的器件會進入高電平的等待狀態。當所有有關的器件數完了它們的低電平周期后，時鐘線被釋放并變成高電平。之后，器件時鐘和SCL線的狀態沒有差別，而且所有器件會開始數它們的高電平周期。首先完成高電平周期的器件會再次將SCL線拉低。這樣產生的同步SCL 時鐘的低電平周期由低電平時鐘周期最長的器件決定，而

35、高電平周期由高電平時鐘周期最短的器件決定。7.3 SPI總線介紹SPI接口的全稱是"Serial Peripheral Interface",意為串行外圍接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應用在EEPROM, FLASH,實時時鐘,AD轉換器,還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進行同步串行數據傳輸,在主器件的移位脈沖下,數據按位傳輸,高位在前,低位在后,為全雙工通信,數據傳輸速度總體來說比I2C總線要快,速度可達到幾Mbps。SPI接口是以主從方式工作的,這種模式通常有一個主器件和一

36、個或多個從器件,其接口包括以下四種信號：（1）MOSI 主器件數據輸出,從器件數據輸入（2）MISO 主器件數據輸入,從器件數據輸出（3）SCLK 時鐘信號,由主器件產生（4）/SS 從器件使能信號,由主器件控制 在點對點的通信中,SPI接口不需要進行尋址操作,且為全雙工通信,顯得簡單高效。在多個從器件的系統中,每個從器件需要獨立的使能信號,硬件上比I2C系統要稍微復雜一些。SPI接口在內部硬件實際上是兩個簡單的移位寄存器,傳輸的數據為8位,在主器件產生的從器件使能信號和移位脈沖下,按位傳輸,高位在前,低位在后。如下圖所示,在SCLK的下降沿上數據改變,同時一位數據被存入移位寄存器。 最后,S

37、PI接口的一個缺點：沒有指定的流控制,沒有應答機制確認是否接收到數據。7.4 SPI與I2C的區別：I2C的數據輸入輸出用的是一根線，SPI則分別為datain和dataout。所以，采用I2C時cpu的端口占用少，SPI多一根。但是由于I2C的數據線是雙向的，所以隔離比較復雜，SPI則比較容易。所以系統內部通信可用I2C，若要與外部通信則最好用SPI（可一提高抗干擾能力）。I2C和SPI都能用于低速器件的通信,而SPI的數據傳輸速率高于I2C。此外，SPI具有一個內在地址功能，不需要設計一個額外的寄存器來測試地址，從而減少軟件和硬件的設計開銷。8.超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研

38、制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面圖8.1.1超聲波傳感器測距整體框圖8.1 主要術參數：        1：使用電壓：DC5V   

39、      2：靜態電流：小于2mA       3：電平輸出：高5V            4：電平輸出：底0V        5：感應角度：不大于15度        6：探測距離：2cm-450cm  &

40、#160;         7:高精度：可達0.3cm 圖8.2超聲波實物圖 VCC、trig（控制端）、  echo（接收端）、 GND8.3使用方法：一個控制口發一個10US以上的高電平,就可以在接收口等待高電平輸出.一有輸出就可以開定時器計時,當此口變為低電平時就可以讀定時器的值,此時就為此次測距的時間,方可算出距離.如此不斷的周期測,就可以達到你移動測量的值了 8.4模塊工作原理： (1)采用IO觸發測距，給至少10us的高電平信號;    

41、60; (2)模塊自動發送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回； (3)有信號返回，通過IO輸出一高電平，高電平持續的時間就是          超聲波從發射到返回的時間測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S)/2; 圖8.4超聲波時序圖8.5 超聲波測距程序設計圖8.5超聲波測距程序流程圖9. L298N與直流電機圖9.1.1 L298N 實物圖9.1 電路原理圖圖9.1.2 L298N電路原理圖9.2、電路優化部分9.2.1 光耦隔離器件iso7220在實際應用中，由于存在由弱電到強電的連接，l298n的四個輸入in1in4都必須采用光耦隔離或者其他有效隔離方式。在這里我們選取光耦產品iso7220。iso7220是ti公司生產的雙通道數字隔離器。為便于pcb布局，iso7220所提供的通道都面向一個方向（如圖2所示）。其有一個被二氧化硅隔離層隔開的邏輯輸入緩存器和邏輯輸出緩存器。與隔離電源配合使用，其能夠阻止高壓，隔絕接地，并防止來自數據總線或其他電路的噪聲電流進入本地接地或者破壞敏感電路。根據傳輸速率其分為1、25和150mbit/s三種不同型號。它主要應用