一、前言：

感谢嘉立创和STC的活动！

感谢嘉立创的50元打样券，50元器件券！

 

在不是训练营且没有照搬现成电路的情况下，本小白果然露馅了，想要利用手头有的有关小车的各种部件，弄一个Ai8051U小车，结果因为课内课程与科研任务忙，再加上11月末才开始，现在小车没有达到所有功能，但是至少可以跑了，我可以设置左右轮的PWM进行简单控制了。后续我将进一步完善它

 

 

二、功能：

本小车含有Ai8051U最小系统（没有外部晶振），4个按钮控制（复位，下载，选择，确认），2个LED（通电，调试），显示模块（OLED），姿态传感器（维特智能的JY61P），通信模块（LORA），电机控制板（tb6612，绿色大板款）

 

目前小车使用串口下载，可以控制小车大致的转速，正反转，预期未来加上编码器读取速度，PID调节，再加上JY61P预期实现转向调节，加上LORA预期实现无线控制

 

三、参考资料：

参考资料如图，这些都是从Ai8051论坛上找的：

 

四、硬件（原理图）：

 

 

 

  1、核心部分电路

 

 

 

• 如上图，电路基本参考Ai8051U的手册，设计的时候是有16Pin的USB进行供电和程序下载，此外也能通过串口进行下载；需要注意USB必须是16Pin，Pin数少了的则只能供电，其实这里串口与0和P3.1的连接最好也加上22R电阻，在下一版的原理图上我会加上

（2）如果使用USB下载，我看根据Ai80851U手册的显示的几种方式，添加了电源开关，复位按键（Ai系列内部有上拉电阻，不需外加），下载按键（KEY_DOWM,这是其中一种下载方式）

（3）手册上电压进入芯片前先经过1个大于10uF的电解电容，再经过一个100nF的普通电容，这里因为我手头略大于10uF的电解电容只剩下47uF的所以我如此设置，此外根据手册，如果使用USB，需要在UCAP脚上加一个100nF电容

上图是本次要用到的PWM和IIC，串口，右侧是从手册上截图的，Ai8051有两组PWM，第一组有高级功能，我暂时用不到高级功能，所以用第二组PWM（PWM5678），最后选择的是PWM7和PWM8的通道0（即P0.5和P0.7）

2、按键电路&LED显示电路

• 这部分很常规
• 值得说明的是因为预期要加上OLED显示的简易菜单，所以需要两个按键，一个进行模式选择，一个进行确认，暂时就不增加返回键了（直接复位返回）
• LED有2个，一个是电源指示灯，通电则亮，还有一个是单片机控制的，可以用作调试，或者声光报警的时候用

3、外接模块（IIC,串口）

• 这里的OLED，JY61P和LORA都是通过54mm排母来外接的模块
• 其中OLED为96寸OLED，使用IIC进行数据传输；JY61P既可以使用串口也可以使用IIC，这里为了简便，使用串口，所以只留了串口的电路；LORA使用串口通信

4、电机驱动电路

• 电机驱动板用的是tb6612（不是小红板，而是大绿板），可以控制两个电机，我是通过tb6612上的排针跟本次设置的PCB上对应的排母相连来控制，原理图和PCB的封装都算异形封装，都是自己测量并绘制的
• tb6612的原理图符号，左侧的3V3和5V可以看作是从tb6612向外输出的电压，因为tb6612是靠12V的电源供电，它自己具备降压电路，这里的3V3和5V都来自于12V的降压，但是这里考虑到之前学长的教导“强弱电分离”所以没从这里取电，但是为了供地，还是增加了一个0Ω电阻的位置，以后若用3V3和5V的话应该会用到
• tb6612的原理图符号，右侧分为两组，下面的AIN1，AIN2，PWMA对应能控制的两个电机的其中一个，其中AIN1 = 1，AIN2 = 0和AIN1 = 0，AIN2 = 1两种情况，电机转向相反（正转和反转是相对的，取决于实际应用场景），二者皆为0或1的情况不考虑；PWMA则是PWM控制引脚；BIN1，BIN2，PWMB是控制另一个电机的，功能同理，不再赘述；这里的STBY相当于使能引脚，高电平有效，若不使能即使给tb6612供电其也不工作
• tb6612的原理图符号，右侧分为两组，上面的ADC和5V一直没用过，这里注意剩下4个引脚E1A,E1B，E2A,E2B容易搞错，这里的AB不再对应两个电机，而是1和2对应两个电机，也就是说E1A,E1B与AIN1，AIN2，PWMA控制同一个电机，E2A,E2B与BIN1，BIN2，PWMB控制另一个电机；E1A,E1B，E2A,E2B中的A和B是A相B相的意思，用于正交编码的读取必须AB相搭配使用，电机如果有编码器，可以通过E1A,E1B，E2A,E2B来读取电机速度，进而通过PID等方式进行闭环控制
• 这次小车的电机是有编码器的，但是原理图和PCB没有启用E1A,E1B，E2A,E2B主要因为时间有限，还没搞懂Ai8051U具体哪个引脚可以直接用编码器模式读取，所以这里没设置，未来可以通过飞线的方式尝试，并体现在下一个设计版本的电路上

 

五、硬件（PCB部分）：

 

• 先展示一张隐藏了铺铜的正面的PCB以来看走线情况
• 因为时间紧急，本次画PCB的时候没有像以往那样尽可能压缩PCB大小且尝试尽可能正面走线，所以这次PCB直接是10*10的尺寸
• 可以看出整体布局还是偏中心位置放芯片，芯片和核心部分的电路偏下部，各种模块偏上部，4个按钮在下部依次排开，USB下载相关放到右边，串口下载相关放到左边；tb6612之所以在图中是偏左放，是因为实际安装时只有这样才能露出它的开关键
• 可以看出对于OLED,JY61P和LORA，我都在VCC端口放了100nF电容，本小白不知道这样有无必要，有无作用，但为了保险还是放了

从上图看出仍然避免了底层有过多走线

上图是最终PCB正面的情况（加了铺铜），可以看出有添加为了避免GND断联的过孔，以及一些去掉锐角GND的“禁止区域”

上图是背面铺铜情况，我发现我正面GND与铜皮连接的地方拓宽了，但是背面没有拓宽

六、软件：

• 目前软件写到第5个工程，其中第1、2、4个工程正常，第2、5个仍然有报错
• 代码是参考官方的Ai8051U实验箱的代码写的，参考第1和第25个工程（参见“三、参考资料”那张图）
• 我发现Ai8051U实验箱的代码把主要功能放在了c里，而上图我正好第3、5个工程尝试分文件，比如工程3的oled.c和工程5的pwm.c以及motor.c，结果正好这两个工程有我暂时没找出原因的报错，我不知道这其中有无关联

下面大致讲一下第4个工程“04-tb6612-BigGreen”，因为时间有限，只解释部分内容：

这个工程能大致通过改变PWM波的占空比开环控制两个轮子电机的速度

上图宏定义部分，只有绿框框柱的部分是我新增的内容，其余是从官方实验箱代码中截取的部分

上图绿色部分是新增的，其余是从官方实验箱代码中截取的部分，LED_Flag用于控制LED翻转，testCount用于在定时器中断服务函数中计数；蓝色箭头指的地方，可以看出PWM的周期值我改成100，而PWM7_Flag和PWM7_Flag是官方实验箱代码中用于呼吸灯操作的，在本工程中没用到

上图中的代码是官方实验箱代码每一个工程都会有的，其中绿色框那里4种IO口模式的配置的注释是我根据手册说明搬运到这里来的；蓝色箭头指的那两个，我发现AIN1，AIN2，BIN1，BIN2设置成准双向口和推挽输出都可以控制

（1）上图中代码是官方实验箱代码中搬的，除了蓝色箭头指向的两个PWM的占空比值之外都没变化，只是把不用的PWM5和PWM6砍去了；

（2）这里PWM7_Duty和PWM8_Duty的值是重点，因为前面将PWM的周期设置为了100，所以这里PWM7_Duty和PWM8_Duty的取值理论上是1~100，我发现Duty的取值越靠近100，轮子转速越慢，越靠近0，轮子转速越快，因此推测这里的占空比是反的，或者说是低电平的占比而不是高电平的占比

• 上图是定时器0的中断服务函数，原有的官方呼吸灯的代码我都删除了，现在里面的代码都是自己写的，下面分成5个部分解释，如蓝框所示
• 第1部分：因为中断服务函数每1ms进入一次，所以我设置testCount变量，每当计数到2000的时候进行下方操作，意味着每隔2s进行一次操作
• 第2部分：这部分代码的用意是让LED闪烁，一个周期是亮2s，灭2s
• 第3部分：这部分的情况要结合刚才PWM7_Duty和PWM8_Duty的初始值，分别是80和20，因为PWM的周期是100，所以这两句的代码作用是每隔2s，两个轮子的速度交换一次，比如这2s是左轮快右轮慢，下一个2s是左轮慢右轮快
• 第4部分：这里有两个Motor_Control,因为我发现之前的Duty疑似是低电平的占空比，值越大电机速度越慢，所以想要用100减去它们，这样结合函数内部的操作，可以让Duty与速度成正比，但目前不知道为什么，速度和Duty还是反着的
• 第5部分：每次操作后testCount要置0

上图Motor_Control是一个经典的函数，它一次封装了两个电机轮子的PWM设置以及转动极性设置，它预期的功能是一个函数就能控制两个电机，分别进行PWM设置，而且可以通过设置负数的PWM来表示电机反向转动（虽然实际设置的时候PWM只能为正数，但是这里给函数输入负值它就理解为电机反向转动），理想很丰满，现实很骨感，目前因为为止原因，当PWM给负值时，轮子不动而不是反向

这两个函数是工程自带的，不做赘述

七、器件介绍（图片）：

 

八、过程中的问题解决：

【问题1】刚开始焊接唯一一个贴片元件，16脚USB，但是因为我没有焊膏和热风枪，所以用电烙铁焊得一塌糊涂，所以只好换一个板子

【解决】还好预留了串口下载，于是使用串口供电和下载，USB和相关的5.1kR和22R就先不焊接了

 

【问题2】将Ai8051U放到芯片座的时候有1个引脚压弯了，濒临折断

【解决】分配引脚的时候避开它

 

【问题3】发现复位按键没法复位，下载按键没法下载

【解决】还好有开关，开关可以替代复位和下载

 

【问题4】第3个工程和第5个工程有报错

【解决】有待解决