智能小車的自動尋跡實驗
【實驗?zāi)康摹?br>熟悉光敏電阻的性質(zhì)
熟悉ICCAVR 編譯環(huán)境
進(jìn)一步熟悉單片機(jī)各端口的特性和作用
能夠編寫程序，利用光敏電阻的性質(zhì)對小車進(jìn)行控制
【實驗器材】
小車一輛 導(dǎo)線五根 下載線一根
【實驗原理】
（一）光敏電阻
當(dāng)光照射在物體上，物體內(nèi)部的原子釋放出電子并不逸出物體表面，而仍留在內(nèi)部，使
物體的電阻率1/R 發(fā)生變化的效應(yīng)稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻是一種光電導(dǎo)效應(yīng)半導(dǎo)體器
件。由于光敏電阻沒有極性，工作是可加直流偏壓或交流電壓。當(dāng)無光照時，光敏電阻的阻
值（暗電阻）很大，電路中電流很小。當(dāng)它受到一定波長范圍的光照射時，其阻值（亮電阻）
急劇減小，電路中電流迅速增加，用電流表可以測量出電流。
本實驗所采用的光敏電阻是硫化鎘光敏電阻，下圖是硫化鎘光敏電阻的光照特

光敏電阻的檢測
1． 用黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時萬用表的指針基本保持不動，阻值接近無窮
大。此值越大說明光敏電阻性能越好。若此值很小或接近為零，說明光敏電阻已燒穿損
壞，不能再繼續(xù)使用。
2． 用一光源對準(zhǔn)光敏電阻的透光窗口，此時萬用表的指針應(yīng)有較大幅度的擺動，阻值明顯
減小。此值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至無窮大，表明光敏電阻內(nèi)部開
路損壞，也不能再繼續(xù)使用。
3． 將光敏電阻透光窗口對準(zhǔn)入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動，使其間
斷受光，此時萬用表指針應(yīng)隨黑紙片的晃動而左右擺動。如果萬用表指針始終停在某一
位置不隨紙片晃動而擺動，說明光敏電阻的光敏材料已經(jīng)損壞。
（二）Atmega8515的端口特性
由于本實驗主要用到I/O輸入輸出的PA端口，因此主要介紹PA端口的特性。端口
A(PA7..PA0)端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱
的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外
部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。
作為通用數(shù)字I/O使用時，所有AVRI/O端口都具有真正的讀-修改-寫功能。這意味著用
SBI或CBI指令改變某些管腳的方向(或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻)時不會無意地改
變其他管腳的方向(或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻)。輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動能
力，可以輸出或吸收大電流，直接驅(qū)動LED。所有的端口引腳都具有與電壓無關(guān)的上拉電阻。
并有保護(hù)二極管與VCC和地相連。
每個端口都有三個I/O存儲器地址：數(shù)據(jù)寄存器–PORTx、數(shù)據(jù)方向寄存器–DDRx和端
口輸入引腳–PINx。數(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器為讀/寫寄存器，而端口輸入引腳為只讀
寄存器。當(dāng)寄存器SFIOR 的上拉禁止位PUD置位時所有端口的全部引腳的上拉電阻都被禁
止。不論如何配置DDxn，都可以通過讀取PINxn寄存器來獲得引腳電平。PINxn寄存器的各
個位與其前面的鎖存器組成了一個同步器。這樣就可以避免在內(nèi)部時鐘狀態(tài)發(fā)生改變的短
時間范圍內(nèi)由于引腳電平變化而造成的信號不穩(wěn)定。
本實驗主要應(yīng)用PA端口的輸入引腳PINA。因此當(dāng)我們把與光敏電阻的輸出電壓相連的
五個數(shù)據(jù)線連接到PA端口時可以通過讀取寄存器PINAx來獲得光探測裝置輸出的電平，在
AVR中PA端口的反轉(zhuǎn)電壓是2.1V為高電平。即當(dāng)外部輸入電壓高于2.1V時，PINAx讀取的輸
入邏輯電平值為“1” ，當(dāng)外部輸入電壓低于2.1V時，PINAx讀取的輸入邏輯電平值為“0”。
根據(jù)PINA寄存器放置的五個數(shù)據(jù)來判斷小車的走向。
（三）本實驗實現(xiàn)原理
當(dāng)電路接通電源時，由小車主板的穩(wěn)壓電源電路穩(wěn)定輸出5 伏電壓為小車下部的光探測
電路提供電源使二極管發(fā)光，當(dāng)路面是白色時，二極管發(fā)出的光大部分被反射，光敏電阻就
接收到比較強的光照射，阻值變小，流過光敏電阻的電流變大。由于電阻的分壓作用，使得
光敏電阻的輸出電壓較小，約為1.5V 左右。當(dāng)路面是黑色時，由于黑色對光有吸收作用，
使得二極管發(fā)出的光大部分被吸收，只有小部分被反射，光敏電阻接收到的光照就比較小，
阻值變大，流過光敏電阻的電流變小，光敏電阻的輸出電壓變大,約為2.5V 左右。共有五個
光敏電阻也就是有五個數(shù)據(jù)輸出。這五個信號通過數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的PA 口相連，最左邊的
電阻連接PA 口的最低位PA0,依次類推,一直連到PA4 口。
【實驗步驟】
（1） 連接好電路，把導(dǎo)線，下載線連接好，打開電源
（2） 進(jìn)入ICCAVR 編譯環(huán)境，編寫并調(diào)試程序直至沒有錯誤，編譯環(huán)境簡介請參見
附錄一
（3） 下載，燒錄進(jìn)單片機(jī)，看實驗結(jié)果
（4） 反復(fù)修改調(diào)試程序，逐漸增強其功能
（5） 寫好實驗報告，實驗心得體會
【實驗電路】
小車的硬件連接圖

小車輪子的驅(qū)動詳見實驗一
【程序示例】
由于在實驗中黑線的寬度不同，尋跡中所用到的光敏電阻的部位也不同。下面程序的
例子是黑線的寬度只能覆蓋一個光敏電阻時對小車的驅(qū)動程序
#include
#include //定義t 為中間變量
unsigned char t;
//******************系統(tǒng)自動生成的初始化程序**********************
void port_init(void)
{
PORTA = 0x00;
DDRA = 0x00;
PORTB = 0x00;
DDRB = 0x00;
PORTC = 0x00;
DDRC = 0x00;
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
PORTE = 0x00;
DDRE = 0x04;
}
//call this routine to initialize all peripherals
void init_devices(void)
{
//stop errant interrupts until set up
CLI(); //disable all interrupts
port_init();
MCUCR = 0x00;
EMCUCR = 0x00;
GICR = 0x00;
TIMSK = 0x00;
SEI(); //re-enable interrupts
//all peripherals are now initialized
}
//****************小車前進(jìn)的子程序*********************
void runforth(void)
{
PORTE=0x04;
PORTD=0x70;
}
//*****************小車左轉(zhuǎn)的子程序*********************
void zuozhuan(void)
{
PORTE=0x00;
PORTD=0X70;
}
//****************小車右轉(zhuǎn)的子程序*********************
void youzhuan(void)
{
PORTE=0x04;
PORTD=0x50;
}
//***************小車停止不動的子程序****************
void stop(void)
{
PORTE=0x00;
PORTD=0x00;
}
//****************主程序***************************
void main(void)
{
while(1)//設(shè)置一個死循環(huán)，不斷讀取PA口的輸入邏輯電平
{
init_devices();//調(diào)用初始化函數(shù)
t=PINA&0x1f; //屏蔽掉PA口的高三位數(shù)據(jù)位
if(t==0x00)
{stop();}
else
{
switch(t)
{ case 0x01:zuozhuan();break;
case 0x07:zuozhuan();break;
case 0x02:zuozhuan();break;
case 0x03:zuozhuan();break;
case 0x04:runforth();break;
case 0x0e:runforth();break;
case 0x06:zuozhuan();break;
case 0x08:youzhuan();break;
case 0x10:youzhuan();break;
case 0x0c:youzhuan();break;
case 0x18:youzhuan();break;
case 0x1c:youzhuan();break;
}
}
}
}