1.2 各模块方案选择与论证
1.2.1 单片机最小系统的选择
方案一： 单片机选用 89C51。其内部有 4K 字节的 Flash Rom，电路设计简单，价格便宜。
但时钟频率低、运行速度慢，功能不够齐全。
方案二：选用 ARM 单片机为控制核心。频率高、运行速度快、容量大、I/O 口资源丰富，
但价格较高。
方案三：选用 SPCE061A 单片机为控制核心。频率较高、响应快、有 14 个中断源，两个
定时器，7 路 A/D 转换，两路 D/A 转换，并且有丰富的语音资源、电路设计简单、价格便宜。
综合考虑我们选用方案三 。
1.2.2 导航电路方案选择
方案一：用光电传感器采用循迹的方式保证电动车的直线行走。此方案简单可行，但通
用性差，有一定的局限性。
方案二：用红外测距传感器测量跷跷板的两个边缘，当电动车发生偏转时，红外测距传
感器变为检测地面与车体的距离，输出电压会急剧下降，单片机接到信号会及时控制电机的
转动状态做出相应的调整。该方案没有对题目要求做任何限制就能实现其功能，因此本设计
选用方案二。
1.2.3 角度测量电路设计
方案一：使用铅垂线+光折断器。市售的光折断器的尺寸小的在 5mm 左右，也就是说，能
检测到 5mm 的尺寸变化，按照大赛对平衡要求，平衡时平衡夹角Υ正切值为 40/1600=1/40，
也就是说，如果需要达到 5mm 的检测精度，需要使用 200mm 高的铅垂线，如需要更高的精度，
可以通过提高铅垂线的长度来实现。此方案虽然可行，但体积较大，不便于安装。
方案二：采用光电编码器。光电编码器具有精度高、体积小、重量轻、安装方便、抗干
扰强等特点。因此本设计选用方案二。这里采用的是 ZSP3.806 系列的光电编码器。
1.2.4 电机的选择
方案一：采用直流电机做小车的动力。直流电机驱动电路设计简单，易于控制，但是直
流电机惯性大、响应慢、不便于精确控制转速，根据题目要求的精度直流电机部容易实现，
故不宜采用。
方案二：采用步进电机做动力。步进电机精度高、惯性小、响应快便于精确控制转速和
转向，适合该题目的控制，因此本设计采用方案二。
1.2.5 步进电机驱动电路的设计
方案一：使用多个功率放大器件驱动电机
通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大要求，放大后能够得
到较大功率。但是由于使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，由于放
大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较
复杂。
方案二：使用 L298N 芯片驱动电机
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；也可以直接用单片机的 IO 口提供信号；而且电路简单，
使用起来比较方便。 通过比较，使用 L298N 芯片能充分发挥它的功能，能稳定地驱动步进电
机，且价格不高，故我们选用 L298N 驱动电机。
1.2.6 显示电路的选择
方案一：根据题目要求，需要显示的内容只有数字或字母，因此可以选用 LED 数码管显
示。但显示容量有限，且动态扫描需要占用大量单片机时间，无法做到实时显示。
方案二：具有显示容量大、内容丰富、占用单片机口线少、节省单片机时间、功耗低等
