激光定位隨動系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、精品一種一維激光定位隨動系統(tǒng)第一章 引言31概述3方案目的及意義3國內(nèi)外現(xiàn)狀3方案創(chuàng)新點(diǎn)32技術(shù)報(bào)告內(nèi)容安排4第二章設(shè)計(jì)思路及方案論證5主要設(shè)計(jì)思路5控制算法方案論證5光學(xué)方案論證7光學(xué)方案簡介7具體參數(shù)分析8硬件設(shè)計(jì)方案論證11第三章機(jī)械結(jié)構(gòu)簡介及調(diào)整123.1 定位靶系統(tǒng)組成與安裝12光學(xué)系統(tǒng)組成與安裝12運(yùn)動伺服系統(tǒng)組成與安裝12第四章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)13電源管理模塊13單片機(jī)最小系統(tǒng)14激光器模塊16激光頭的根本原理16激光發(fā)射管的相關(guān)參數(shù)164.3.3 相關(guān)電路17光電傳感器模塊18伺服電機(jī)模塊18第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21模塊設(shè)計(jì)21系統(tǒng)時(shí)鐘模塊21普通I/O模塊22中斷模塊22PWM

2、模塊23位置傳感器信號采集及模式識別24運(yùn)動系統(tǒng)控制24第六章系統(tǒng)開發(fā)與調(diào)試25調(diào)試256.2 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)25第七章總結(jié)26參考文獻(xiàn)27附錄I源程序29附錄II原理圖30第一章 引言1概述方案目的及意義本方案利用激光準(zhǔn)直性好、光強(qiáng)度高等特點(diǎn)，研制出一種高速、精確且易于安裝的一維定位隨動系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激光實(shí)時(shí)對準(zhǔn)移動中的標(biāo)靶。其可應(yīng)用于勘探、測量、追蹤、識別等各生產(chǎn)生活領(lǐng)域，具有較廣泛的應(yīng)用前景。國內(nèi)外現(xiàn)狀目前,世界上先進(jìn)的大尺寸測量技術(shù)主要有激光跟蹤測量、數(shù)字掃描攝影、激光經(jīng)緯儀、多關(guān)節(jié)測量機(jī)器手、三坐標(biāo)測量機(jī)、雙頻激光干預(yù)等。其中，激光跟蹤測量技術(shù)是在“光靶運(yùn)動光束跟蹤理論根底上開展起來的

3、，利用激光干預(yù)測長、精密測角及光靶跟蹤技術(shù)，可對任意點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測量，精度高、速度快、范圍大、通用性強(qiáng)，特別適合于大尺寸工件的現(xiàn)場測量，在大型設(shè)備的制造安裝過程中得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的“光靶運(yùn)動光束跟蹤式激光跟蹤測量技術(shù)的工作原理是：手持測量光靶與被測量對象接觸，測量激光束始終跟蹤瞄準(zhǔn)測量光靶，精確測量被測點(diǎn)的空間位置。但其存在以下四個(gè)問題：1不能直接應(yīng)用被測對象的數(shù)字模型，對其進(jìn)行自動高效測量、；2對大型被測對象，人工布點(diǎn)及測量過程繁雜，測量效率低；3人工操作測量造成被測對象幾何形變，嚴(yán)重影響測量精度；4對大型薄壁結(jié)構(gòu)，測量過程困難，甚至無法進(jìn)行。如何解決以上問題，是當(dāng)前激光跟蹤

4、測量技術(shù)領(lǐng)域的焦點(diǎn)。方案創(chuàng)新點(diǎn)本系統(tǒng)光路采用半透半反鏡及全反射膜，以取代普通光學(xué)系統(tǒng)中透鏡組，可提高定位的精度，降低安裝調(diào)試難度。目標(biāo)靶被安放在相對固定的環(huán)形導(dǎo)軌上，其外表覆有薄的全反射膜，使反射傳遞給系統(tǒng)光敏傳感器的激光信號具有足夠的強(qiáng)度。采用控制能力較強(qiáng)的飛思卡爾16位單片機(jī)，增強(qiáng)實(shí)時(shí)控制能力。機(jī)械結(jié)構(gòu)也相對簡單，安裝調(diào)節(jié)都比擬方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。本系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景，適應(yīng)不同的精度要求，可加以擴(kuò)充，如依靠兩套傳感器實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)定位跟蹤、通過擴(kuò)充及改變傳感器排布可實(shí)現(xiàn)3維追蹤等。在適宜的工藝條件下，該系統(tǒng)可以適應(yīng)絕大多數(shù)環(huán)境，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。2技術(shù)報(bào)告內(nèi)容安排本文分五個(gè)局部對本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制

5、作進(jìn)行說明。第二章是對設(shè)計(jì)的一個(gè)簡單的說明，主要內(nèi)容是對設(shè)計(jì)的一個(gè)技術(shù)概述。第三局部是對機(jī)械及光學(xué)設(shè)計(jì)的說明。第四局部主要介紹系統(tǒng)傳感器的設(shè)計(jì)安裝，系統(tǒng)電路板的固定和安裝以及硬件電路的設(shè)計(jì)原理、創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)過程等。第五局部是對系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)局部的說明，主要內(nèi)容是隨動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要用到的控制理論、算法說明及代碼設(shè)計(jì)介紹等。第六局部是對開發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過程等所做的一些說明，以及模型車一些主要技術(shù)參數(shù)的說明。第二章設(shè)計(jì)思路及方案論證主要設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)制作的主要思路是利用激光組對目標(biāo)靶的偏離狀態(tài)進(jìn)行識別，并將信息采集到MC9S12XS128單片機(jī)中，在MC9S12XS128單片機(jī)中利用一定的控

6、制算法來控制伺服系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以消除光源對目標(biāo)靶的偏差，使激光組始終對準(zhǔn)目標(biāo)靶，到達(dá)隨動定位的目的。系統(tǒng)整體分為傳感器光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)、硬件電路系統(tǒng)。其中由傳感器光學(xué)系統(tǒng)為傳感器提供穩(wěn)定的成像信號；機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)為激光器及傳感器提供平滑、精確的轉(zhuǎn)動，使其能始終對準(zhǔn)目標(biāo)靶；硬件電路系統(tǒng)為單片機(jī)、激光器以及激光傳感器等提供電源、進(jìn)行信號傳遞以及信號處理。我們構(gòu)造如下模型：在平面圓環(huán)上設(shè)置有一目標(biāo)靶，其可繞圓環(huán)自由轉(zhuǎn)動，且靶面面對圓心；從圓心附近發(fā)出的假設(shè)干光線束照射到靶面上，經(jīng)靶面反射后的信號光線束通過傳感器接收后送入單片機(jī)；將經(jīng)運(yùn)算得到的偏移方向信號傳至伺服舵機(jī)使其轉(zhuǎn)動以到達(dá)消除偏差的作用

7、，從而使光線束始終對準(zhǔn)靶面。其示意圖如下：【尚未完成】控制算法方案論證標(biāo)靶的示意圖如下列圖所示：標(biāo)靶上，反光區(qū)由全反射材料構(gòu)成，能將入射光以原先的角度反射回去，且保持光強(qiáng)不減弱；吸收區(qū)由吸光材料構(gòu)成，可吸收絕大局部入射光，無反射信號。假設(shè)我們將反射光信號通過光學(xué)傳感器接收，便可通過電平信號得知光束照射區(qū)域是否為反光區(qū)，以此作為信號識別的根底。我們將兩束垂直排布的激光束分別照在標(biāo)靶的上部和下部，這樣就構(gòu)成了一組能對標(biāo)靶偏移方向進(jìn)行識別的信號組。偏移有以下幾種狀態(tài)： (1)、假設(shè)標(biāo)靶無偏移，那么兩束光都能經(jīng)反射進(jìn)入光電傳感器，此時(shí)不進(jìn)行修正；(2)、假設(shè)標(biāo)靶向左偏移，那么下部激光束移入吸收區(qū)，此時(shí)

8、僅上部激光束信號能夠被接受到，此時(shí)將傳感器向左轉(zhuǎn)動，便可修正方向直到進(jìn)入無偏移的狀態(tài)；(3)、假設(shè)標(biāo)靶向右偏移，那么上部激光束移入吸收區(qū)，僅下部的光信號能被接受，傳感器可向右移動以糾正偏差。對于兩個(gè)傳感器都沒有接收到信號的狀態(tài)，我們認(rèn)為這是異常信號，控制程序不會啟動。狀態(tài)圖如下：傳感器上傳感器下偏移狀態(tài)控制11無偏移/10標(biāo)靶左偏向左轉(zhuǎn)動01標(biāo)靶右偏向右轉(zhuǎn)動00/光學(xué)方案論證光學(xué)方案簡介我們設(shè)計(jì)如下光學(xué)結(jié)構(gòu)：圖2-3-1 光學(xué)結(jié)構(gòu)50%分光板以與半徑成45夾角安放，激光發(fā)射器沿徑向安裝用以發(fā)射激光束，激光束經(jīng)分光板折射后假設(shè)照射到圓周上安裝有全反射膜的標(biāo)靶，那么光束沿入射路徑返回，再經(jīng)分光板反

9、射被光敏電阻到。圖中D1為激光器到分光板的距離，D2為分光板到傳感器的距離；我們可以通過計(jì)算得到符合實(shí)際需求的尺寸參數(shù)。具體參數(shù)分析1、光強(qiáng)由于采用50%分光板，假設(shè)激光器發(fā)射光強(qiáng)為E，那么經(jīng)過此系統(tǒng)后，光電傳感器接受到的光強(qiáng)為2、誤差來源分析在本系統(tǒng)中，誤差來源主要有三種形式：激光頭偏轉(zhuǎn)誤差，激光頭偏移誤差以及分光板偏轉(zhuǎn)誤差。這三種誤差均會導(dǎo)致激光接收器件的靈敏度產(chǎn)生變化，因此需要格外注意。圖2-3-2 激光頭偏轉(zhuǎn)誤差激光頭偏轉(zhuǎn)誤差由激光頭在安裝過程中由于角度定位不精確造成，會導(dǎo)致最終的光線在偏離傳感器的同時(shí)造成光束傾斜，使接收的光線強(qiáng)度減弱計(jì)算過程省略。為防止此類誤差，應(yīng)在改善機(jī)械設(shè)計(jì)方案

10、的同時(shí)提高加工精度。圖2-3-3 激光頭偏移誤差激光頭偏移誤差由激光頭支座安裝孔在加工過程中由于定位不精確造成的誤差，會導(dǎo)致最終的光線在徑向產(chǎn)生一定的平移，影響光電傳感器的安裝及檢測信號強(qiáng)度。圖2-3-4 分光板偏轉(zhuǎn)誤差分光板偏轉(zhuǎn)誤差由分光板支座在加工及裝配過程中的誤差引起，會導(dǎo)致從分光板上反射的光線沿其他方向射出，其中=2。 硬件設(shè)計(jì)方案論證【尚未完成】第三章機(jī)械結(jié)構(gòu)簡介及調(diào)整3.1 定位靶系統(tǒng)組成與安裝【尚未完成】光學(xué)系統(tǒng)組成與安裝【尚未完成】運(yùn)動伺服系統(tǒng)組成與安裝【尚未完成】第四章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)電源管理模塊電源管理模塊單片機(jī)激光器激光傳感器伺服電機(jī)電源用于給系統(tǒng)各局部供電。本系統(tǒng)主供電

11、采用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄電池。由于電池的輸出電壓會有擾動，而且電機(jī)的功率改變會導(dǎo)致電源電壓輸出產(chǎn)生突變，因此需要給各電源進(jìn)行穩(wěn)壓。單片機(jī)和邏輯電路需要5V電壓，轉(zhuǎn)向舵機(jī)模塊需要6V電壓，因此要重點(diǎn)考慮各供電模塊之間的影響。整體電路框圖如圖4-1所示：圖4-1-1 系統(tǒng)整體電路框圖最常見的電源管理芯片是78L05，價(jià)格低廉，電路成熟，但是考慮到78L05的高電壓差，所以電源管理系統(tǒng)中采用了低壓降的電壓調(diào)節(jié)器LM2940來產(chǎn)生5V電壓。本電路中，我們所使用的穩(wěn)壓器為LM2940，其不僅外接電路簡單，而且?guī)ж?fù)載能力也比擬強(qiáng)。在需要6V電壓的傳感器供電電路中，我們采用LM2940的3

12、腳串聯(lián)一個(gè)二極管來提高電壓，是電壓到達(dá)6V。LM2940的輸出電流為1A，在輸出為1A的情況下，其典型的壓降只有0.5V。電源電路如圖4-2：圖4-1-2 電源管理模塊電路4.2單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析根據(jù)控制算法作出決策，驅(qū)動伺服電機(jī)對激光組和傳感器的朝向進(jìn)行控制。由于本系統(tǒng)所進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理量并不大，所以對單片機(jī)實(shí)時(shí)性要求不高。采用飛思卡爾公司的十六位MC9S12XS128單片機(jī)可以較好地實(shí)現(xiàn)要求，它是HCS12系列的增強(qiáng)型產(chǎn)品，基于S12 CPU內(nèi)核，可到達(dá)25MHz的HCS12 的25倍的性能。S12X系類增加了172條額外指令，可以執(zhí)行32位運(yùn)

13、算，總線頻率可到達(dá)40MHz，并具備完全的CAN功能，改良了中斷處理能力。主要特性：S12X CPU， 最高總線速度40MHz；64KB、128KB和256KB閃存選項(xiàng)，均帶有錯(cuò)誤校正功能ECC；帶有ECC的、4KB至8KB DataFlash，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或程序存儲；可配置8 、10或12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，轉(zhuǎn)換時(shí)間3s；支持控制區(qū)域網(wǎng)CAN、本地互聯(lián)網(wǎng)LIN和串行外設(shè)接口SPI協(xié)議模塊；帶有16-位計(jì)數(shù)器的、8-通道定時(shí)器；出色的EMC，及運(yùn)行和停止省電模式；以MC9S12XS128為核心的單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)局部：時(shí)鐘電路、電源電路、復(fù)位電路、BDM接口。其中各個(gè)局部

14、的功能如下： (1)、時(shí)鐘電路給單片機(jī)提供一個(gè)外接的16MHz的石英晶振。 (2)、電源電路主要是給單片機(jī)提供5V電源。 (3)、復(fù)位電路在電壓到達(dá)正常值時(shí)給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號。(4)、BDM接口讓用戶可以通過BDM頭向單片機(jī)下載和調(diào)試程序。本系統(tǒng)采用最小系統(tǒng)板如圖4-2所示：圖4-2 9S12XS128開發(fā)板板上有構(gòu)成最小系統(tǒng)必要的復(fù)位電路、晶體振蕩器及時(shí)鐘電路，串行接口的RS-232 驅(qū)動電路，+5V電源插座。單片機(jī)中已經(jīng)寫入了開發(fā)的監(jiān)控程序。單片機(jī)的大局部I/O端口都通過兩個(gè)32芯插頭引出。4.3激光器模塊激光頭是本系統(tǒng)傳感器信號的發(fā)生器，是為控制提供信息的來源，處于設(shè)計(jì)的核心地位。激光

15、傳感器的優(yōu)點(diǎn)是前瞻距離遠(yuǎn)，抗干擾性強(qiáng)，可調(diào)制發(fā)射激光，反射效果好。激光頭的根本原理激光的根本結(jié)構(gòu)：垂直于PN結(jié)面的一對平行平面構(gòu)成法布里珀羅諧振腔，它們可以 是半導(dǎo)體晶體的解理面，也可以是經(jīng)過拋光的平面。其余兩側(cè)面那么相對粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。半導(dǎo)體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復(fù)合。當(dāng)半導(dǎo)體的PN結(jié)加有正向電壓時(shí)，會削弱PN結(jié)勢壘，迫使電子從N區(qū)經(jīng)PN結(jié)注入P區(qū)，空穴從P區(qū)經(jīng)過PN結(jié)注入N區(qū)，這些注入PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴將會發(fā)生復(fù)合，從而發(fā)射出波長為的光子，其公式如下： = hc/Eg (1)式中：h普朗克常數(shù)； c光速； Eg半導(dǎo)體的禁帶寬度。上述由于電子與空穴的

16、自發(fā)復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導(dǎo)體時(shí)，一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子空穴對附近，就能鼓勵二者復(fù)合，產(chǎn)生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，那么會形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射，造成選頻諧振正反應(yīng)，或者說對某一頻率具有增益。當(dāng)增益大于吸收損耗時(shí)，就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光激光。激光發(fā)射管的相關(guān)參數(shù)1波長：即激光管工作波長，目前可作光電開關(guān)用的激光管波長有635nm、650nm、670nm、690nm、

17、780nm、810nm、860nm、980nm等。2閾值電流Ith ：即激光管開始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對一般小功率激光管而言，其值約在數(shù)十毫安，具有應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至10mA以下。3工作電流Iop ：即激光管到達(dá)額定輸出功率時(shí)的驅(qū)動電流，此值對于設(shè)計(jì)調(diào)試激光驅(qū)動電路較重要。4垂直發(fā)散角：激光發(fā)射管的發(fā)光帶在垂直PN結(jié)方向張開的角度，一般在1540左右。5水平發(fā)散角：激光發(fā)射管的發(fā)光帶在與PN結(jié)平行方向所張開的角度，一般在6 10左右。6監(jiān)控電流Im ：即激光管在額定輸出功率時(shí)，在PIN管上流過的電流。4.3.3 相關(guān)電路本系統(tǒng)需采集兩個(gè)離散點(diǎn)的光強(qiáng)度信號，共使用兩路激光發(fā)射

18、管。為簡化激光傳感器的控制，防止傳感器之間互相干擾，激光發(fā)射采用分時(shí)發(fā)光的策略，同一時(shí)間只有一只激光管發(fā)光，因而最大限度地防止傳感器之間的互相干擾。使用單片機(jī)的兩路輸出口分別進(jìn)行輸出控制，控制信號經(jīng)三極管進(jìn)行電流放大后使激光發(fā)射管工作。其參考電路圖如下：圖4-3-3激光發(fā)射管電路圖4.4光電傳感器模塊光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運(yùn)動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。本系統(tǒng)采用光敏

19、電阻對反射的激光信號進(jìn)行收集，假設(shè)有激光照射到光敏電阻，那么其阻值變小，導(dǎo)致其分壓變小，這樣可使輸出電壓增大。表示在V-t圖上為一上升沿。反之假設(shè)激光移出，光敏電阻電阻值迅速增大，輸出電平降低，表示在V-t圖上為一下降沿。為保證光信號接收的質(zhì)量，對光敏電阻采集到的信號做一次放大。采用LM324集成運(yùn)放進(jìn)行同相比例運(yùn)算，其放大增益可調(diào)。經(jīng)運(yùn)放放大以后的電平信號再經(jīng)LM339比擬器與參考電平進(jìn)行比擬，可將模擬信號轉(zhuǎn)化為0V及5V的TTL上下電平信號送入單片機(jī)內(nèi)處理。其參考電路圖如下：圖4-4光電傳感器模塊電路圖4.5伺服電機(jī)模塊舵機(jī)就是集成了直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等，并封裝在一個(gè)便于安裝的外

20、殼里的伺服單元。能夠利用簡單的輸入信號比擬精確的轉(zhuǎn)動給定角度的電機(jī)系統(tǒng)。舵機(jī)安裝了一個(gè)電位器或其它角度傳感器檢測輸出軸轉(zhuǎn)動角度，控制板根據(jù)電位器的信息能比擬精確的控制和保持輸出軸的角度。這樣的直流電機(jī)控制方式叫閉環(huán)控制，所以舵機(jī)更準(zhǔn)確的說是伺服馬達(dá)，英文servo。舵機(jī)的主體結(jié)構(gòu)如下列圖所示，主要有幾個(gè)局部：外殼、減速齒輪組、電機(jī)、電位器、控制電路。簡單的工作原理是控制電路接收信號源的控制信號，并驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動；齒輪組將電機(jī)的速度成大倍數(shù)縮小，并將電機(jī)的輸出扭矩放大響應(yīng)倍數(shù)，然后輸出；電位器和齒輪組的末級一起轉(zhuǎn)動，測量舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動角度；電路板檢測并根據(jù)電位器判斷舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度，然后控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動到目標(biāo)

21、角度或保持在目標(biāo)角度。圖4-5-1舵機(jī)的結(jié)構(gòu)舵機(jī)是一個(gè)微型的伺服控制系統(tǒng)，具體的控制原理可以用下列圖表示：圖4-5-2舵機(jī)的工作原理工作原理是控制電路接收信號源的控制脈沖，并驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動；齒輪組將電機(jī)的速度成大倍數(shù)縮小，并將電機(jī)的輸出扭矩放大響應(yīng)倍數(shù)，然后輸出；電位器和齒輪組的末級一起轉(zhuǎn)動，測量舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動角度；電路板檢測并根據(jù)電位器判斷舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度，然后控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動到目標(biāo)角度或保持在目標(biāo)角度。本系統(tǒng)采用一路16位PWM波形輸出作為舵機(jī)控制信號，將舵機(jī)信號線直接與單片機(jī)輸出相連即可。第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)鐘模塊單片機(jī)是一片超大規(guī)模集成電路，要讓單片機(jī)工作，要供應(yīng)電源、時(shí)鐘，要有能和人溝

22、通的接口。這些是構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)的根本輔助硬件。讓系統(tǒng)能工作，軟件上要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，對單片機(jī)內(nèi)部的各控制存放器進(jìn)行配置，來滿足系統(tǒng)的功能要求。系統(tǒng)初始化的過程就是建立單片機(jī)運(yùn)行環(huán)境的過程，具體完成：1.選擇工作模式工作模式通過軟件和硬件結(jié)合的方式選定為普通單片工作模式，即不使用MEBI接口連接外設(shè)。2.資源映射對內(nèi)部地址資源的分配采用普通單片工作模式初始化時(shí)默認(rèn)的配置，0000到0400為存放器地址空間，0400到07FF為EEPROM地址空間，2000到3FFF為內(nèi)部RAM地址空間，4000到7FFF為一塊固定的Flash EEPROM地址空間，8000到BFFF為頁面Flash EE

23、PROM地址空間，C000到FFFF為一塊固定的Flash EEPROM地址空間，其中FF00到FFFF為中斷向量地址空間。3.配置時(shí)鐘設(shè)置單片機(jī)內(nèi)部的總線頻率為24MHz，CPU單元工作頻率是總線頻率的2倍為48MHz。時(shí)鐘的初始化要通過對幾個(gè)存放器的讀寫來實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)框圖見圖。其中REFDV，SYNR與外部晶振頻率OSCCLK、鎖相環(huán)時(shí)鐘頻率PLLCLK關(guān)系為： 圖5-1中的判斷作用是使鎖相環(huán)穩(wěn)定后選擇鎖相環(huán)時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘。圖5-1 時(shí)鐘初始化框圖實(shí)際使用的外部晶振為16MHz，因此選擇SYNR為2，REFDV為1，就可以使時(shí)鐘頻率到達(dá)24MHz，接近上限頻率25MHz。普通I/O模塊M

24、C9SDG128的所有I/O口通過端口復(fù)用，可以實(shí)現(xiàn)諸多功能，在賽車的設(shè)計(jì)中我們將撥碼開關(guān)引入單片機(jī)的I/O口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)。中斷模塊通過設(shè)置存放器，可以設(shè)定好中斷觸發(fā)方式，清中斷標(biāo)志方式，定時(shí)方式和溢出中斷方式等等。設(shè)置好后，只要開中斷，等待管腳上或者是的中斷觸發(fā)，即可進(jìn)入中斷效勞程序。單片機(jī)中斷形式豐富，圖5-1-3列出了其中一局部的中斷向量地址。圖5-1-3 局部中斷向量地址列表要使用對應(yīng)中斷時(shí)，除了設(shè)置好中斷的各種方式和開中斷，最后還需要將中斷向量地址和相應(yīng)的中斷效勞程序?qū)?yīng)起來。比方圖5-1-4所示：圖5-1-4中斷向量表PWM模塊PWMPulse Width Modulat

25、e即脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制是一種可以用程序來控制波形占空比、周期、相位的方法。它在電機(jī)驅(qū)動、D/A變換等場合具有廣泛應(yīng)用。MC9S12芯片的PWM脈寬調(diào)制模塊有8 路獨(dú)立的可設(shè)置周期和占空比的8 位PWM 通道，每個(gè)通道配有專門的計(jì)數(shù)器。該模塊有4 個(gè)時(shí)鐘源，能分別控制8 路信號。通過配置存放器可設(shè)置PWM 的使能與否、每個(gè)通道的工作脈沖極性、每個(gè)通道輸出的對齊方式、時(shí)鐘源以及使用方式八個(gè)8 位通道還是四個(gè)16 位通道。在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，我們將PWM0、PWM1 兩路8 位通道合并為一個(gè)16 位通道來控制舵機(jī)，由于轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)需要的PWM波的頻率只有50HZ，而8位的PWM通道最小只能到達(dá)200HZ，所以只有采用16位的PWM通道，選擇通道0和通道1組成16位的PWM通道。選擇時(shí)鐘A，頻率為總線頻率的1/16，而總線頻率為24MHZ，這樣算下來16位PWM通道的頻率為1.5MHZ。而我們需要的PWM波的頻率只有50HZ，PWM通道周期存放器的初值為：1500000/50=30000，占空比在5%-10%之間，那么PWM通道占空比存放器初值范圍是15003000。速度控制所需要的PWM波的頻率是20KHZ，所以我采用8位的PWM通道來