自動往返小車設計改分解

/HefeiUniversity2015年合肥學院電子設計競賽項目報告項目名稱：自動來回小車設計作者姓名：王飛130503301913自動化卓越班朱麗娟130503302413自動化卓越班 陳中海130503303013自動化2班指導老師：完成時間：書目TOC\o"1-3"\h\u摘要： -1-關鍵詞： -1-一、設計任務 -2-二、系統(tǒng)方案論證和分析 -2-2.1主控芯片選擇 -3-2.2電機及驅動模塊 -4-2.3路面黑帶檢測模塊 -4-2.4電源選擇 -4-2.5限制單元模塊 -5-2.6數碼管顯示模塊 -5-三、程序設計 -6-3.1初始化 -6-3.1.1時鐘初始化 -6-3.1.2端口初始化 -7-3.1.3PWM初始化 -8-3.1.4實時中斷初始化 -9-3.1.5周期性定時中斷初始化 -9-四、小結 -10-五、參考書目 -10-附1： -12-附2：儀器設備清單 -13-附3：主函數及中斷服務子函數代碼 -14-摘要：本系統(tǒng)以FreescaleMC9S12XS128MCU為核心限制模塊，附以外圍電路，接受激光管和接收管進行信號檢測和循線運動；通過CodewarriorIDE在線Debug進行調試，實現(xiàn)自動來回小車設計。綜合運用單片機技術、自動限制理論、傳感器檢，使小車自動借助傳感器識別路面環(huán)境以及行駛狀態(tài)，運用單片機的運算和處理實力來實現(xiàn)小車的自動加速、限速、減速、定時、原地轉向倒車、左轉、右轉、顯示行駛時間等限制。關鍵詞：MC9S12XS128MCU，自動限制，電動小車，PWM調速，傳感器一、設計任務設計并制作一個能自動來回于起跑線和終點線間的小汽車，不能用人工遙控（包括有線和無線遙控），其行駛線路滿足所需的要求。跑道寬度0.5米，表面貼有白紙，兩側有擋板，擋板和地面垂直，其高度不低于20厘米。在跑道的B,C,D,E,F,各點處畫有2厘米粗黑線。各段長度如圖所示。要求 分區(qū)限制：如（圖1）所示：圖1跑道示意圖車輛從起跑線動身（動身前，車體不得超過起跑線），到達終點線后停留10秒，然后自動返回起跑線（允許倒車返回）。來回一次的時間應力求最短（從合上汽車電源起先計時）。到達終點線和返回起跑線時，停車位置離起跑線和終點線偏差應最?。ㄒ攒囕v中心點和終點線或起跑線中心線之間距離作為偏差的測量值）D-E間為限速區(qū)，車輛來回均要求低速通過，通過時間不得少于8秒，但不允許在限速區(qū)內停車。二、系統(tǒng)方案論證和分析依據設計任務要求，并且依據我們自己的須要而附加的功能，該系統(tǒng)的總體框圖可分為幾個基本的模塊，框圖如（圖1）所示：、MC9S12XS128MC9S12XS128主控芯片L298電機驅動芯片黑線檢測模塊電源模塊數碼管顯示模塊小車位置調整模塊圖2-1小車系統(tǒng)框圖2.1主控芯片選擇針對此次設計的要求，以性能和熟悉程度為最重要的考慮指標，選擇飛思卡爾公司的16位單片機MC9S12XS128。此MCU功能強大，具有高速I/O口、8路8位PWM輸出通道，16通道AD轉換4路定時通道、時鐘發(fā)生模塊，限制精度高，靈敏度強，適于進行實時過程限制。缺點是價格較貴，引腳眾多且密集，搭建載板難度大。系統(tǒng)電路圖：2.2電機及驅動模塊方案一：接受電阻網絡或數字電位器調整電動機的分壓，從而達到調速的目的。但是電阻絡只能實現(xiàn)有級調速，而數字電阻的元器件價格昂貴。更主要的問題在于一般電動機的電阻較小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且很難實現(xiàn)。方案二：接受繼電器對電動機的開或關進行限制，通過開關的切換對小車的速度進行調整。方案的優(yōu)點是電路較為簡潔，缺點是繼電器的響應時間慢，機械結構易損壞，壽命較短，牢靠性不高。方案三：接受達林頓管TIP4組成的PWM電路。用單片機限制達林頓管使之工作在占空比可調的狀態(tài)，精確調整電機轉速。方案四：接受L298N來限制電機的正轉和反轉來實現(xiàn)小車的前進和后退。加上單片機的程序PWM，實現(xiàn)整車的加速和減速，精確小車的速度?；谏鲜隼碚摲治觯瑪M選擇方案四。2.3路面黑帶檢測模塊黑帶檢測的原理是：紅外光線照射到路面并反射，由于黑帶和白紙的系數不同，可依據接的紅外線的強弱推斷是否到達黑帶。方案一：可見光發(fā)光二極管和光敏二極管組成的放射—接收電路。這種方案的缺點在于其他環(huán)境光源會對光敏二極管的工作產生很大的干擾，一旦外界光亮條件變更，很可能造成誤判和漏判；雖然產生超高亮發(fā)光二極管可以降低確定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。方案二:反射式的紅外放射—接收器。由于接受紅外管代替一般可見光管，可以降低環(huán)境干擾。基于上述理論分析，擬選擇方案二。2.4電源選擇方案一：全部器件接受電源供電，這樣供電電路比較簡潔；但是由于電動機啟動瞬時電流很大，會造成電壓不穩(wěn)，干擾嚴峻，缺點特別明顯。方案二：雙電源供電，將電動機驅動電源和單片機以及周邊電路電源完全隔離，這樣做雖然不如單電源便利靈敏，但可以將電動機驅動所造成的干擾徹底消退，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；谏鲜隼碚摲治?，擬選擇方案二。2.5限制單元模塊方案一：接受純數字電路該方案外部檢測接受光電轉換，系統(tǒng)限制部分接受數字電路譯碼對小車電動機兩端電壓調整，來限制小車的運行。時間和行程用加法器進行計數。此系統(tǒng)的設計將會使電路過于困難，調試時須要變更硬件電路，機動性差。方案二：用單片機限制用光電檢測不同的信號，并經單片機對其處理，傳送給L298信號，使其限制電機的正轉和反轉，協(xié)作PWM程序限制，來實現(xiàn)加速減速和剎車。通過單片機內部定數器/計數器進行定時、計數，在用單片機串行輸入/輸出口進行顯示限制。此方案電路成熟、工作穩(wěn)定、簡潔實現(xiàn)限制。為能更好的實現(xiàn)題目的各種設計要求，所以我們選用其次種方案。用單片機進行限制。其工作框圖如下：2.6數碼管顯示模塊顯示電路：程序設計程序流程圖初始化顯示函數初始化顯示函數實時中斷請求方向限制速度限制3.1初始化時鐘初始化voidClock_Init(void)//設定fBUS=40MHZ{CLKSEL_PLLSEL=0;//關閉內部鎖相環(huán)時鐘，進行相關設置SYNR=0X49;//VCOFRQ[7:6];SYNDIV[5:0]SYNR寄存器構成，高位至低位fOSC為外部晶振頻率16MHZ//fVCO(壓控振蕩器時鐘頻率)=2*fOSC*(SYNDIV+1)/(REFDIV+1)//VCOCLKFrequencyRangesVCOFRQ[7:6]壓控振蕩器時鐘頻率范圍選擇//32MHz<=fVCO<=48MHz00//48MHz<fVCO<=80MHz01//Reserved10//80MHz<fVCO<=120MHz11 REFDV=0X83;//REFFRQ[7:6];REFDIV[5:0]REFDV寄存器構成高位至低位//fREF=fOSC/(REFDIV+1)參考電壓公式//REFCLKFrequencyRangesREFFRQ[7:6]參考電壓頻率范圍選擇//1MHz<=fREF<=2MHz00//2MHz<fREF<=6MHz01//6MHz<fREF<=12MHz10//fREF>12MHz11POSTDIV=0X00;//POSTDIV[4:0],只有低五位可用//fPLL(內部鎖相環(huán)時鐘頻率)=fVCO/(2×POSTDIV)//IfPOSTDIV=$00thenfPLLisidenticaltofVCO(dividebyone)//fBUS(總線頻率即系統(tǒng)時鐘頻率)=fPLL/2while(CRGFLG_LOCK==0);//等待內部鎖相環(huán)時鐘頻率達到穩(wěn)定，即CRGFLG_LOCK==1CLKSEL_PLLSEL=1;//使能內部鎖相環(huán)時鐘，自定義系統(tǒng)時鐘頻率設定完畢}3.1.2端口初始化voidPORT_Init(void){DDRA=0XFF;PORTA=0XFF;DDRB=0XFF;PORTB_PB4=1;PORTB_PB5=1;PORTB_PB6=1;PORTB_PB7=1;DDRS=0B11111000;PTS_PTS3=1;//BUZZERPTS_PTS4=1;//ZHIXINGLEDPTS_PTS5=1;PTS_PTS6=1;//JIGUANGHUIDUPTS_PTS7=1;//CHUANGANHUIDU}3.1.3PWM初始化voidPWM_Init(void)//單通道輸出{PWME=0X00;//關閉通道進行設置PWMPRCLK=0X02;//分頻總線時鐘//低位PCKA[0:2]高位PCKB[0:2]//此處4分頻PWMSCLA=2;//選擇比例因子分頻A時鐘CLOCKSA=CLOCKA/(2*PWMSCLA)PWMSCLB=5;//選擇比例因子分頻B時鐘CLOCKSB=CLOCKB/(2*PWMSCLB)PWMCTL=0X00;//選擇是否級聯(lián)0不級聯(lián)1級聯(lián)PWMCLK=0X03;//選擇各個通道時鐘0原時鐘1S時鐘PWMPOL=0Xf7;//選擇初始極性0低電平1高電平PWMCAE=0X00;//選擇對齊方式0左對齊1中心對齊PWMPER0=200;//輸出兩路5kHZ的PWM波PWMDTY0=L;//初始化時全速前進120慢速150中速PWMPER1=200;//PWMDTY1=R;PWMPER2=222;PWMDTY2=56;PWMPER3=222;PWMDTY3=56;PWME=0X0f;//使能輸出通道此處輸出5kHZ}3.1.4實時中斷初始化voidRTI_Init(void)//實時中斷初始化函數設置中斷時間為1ms{RTICTL=0X83;//超時周期設置//第七位RTDECRTDEC=1十進制；RTDEC=0二進制//第0到第6位位RTR[0:6]//RTR[3:0]位一組，RTR[6:4]為一組//兩組加權相乘，確定分頻數//時鐘源為fOSC=16MHZ//詳細對應關系見XS128英文數據手冊P244-P246CRGINT_RTIE=1;//使能RTI實時中斷}3.1.5周期性定時中斷初始化voidPIT_Init(void)//周期性定時中斷模塊初始化函數{PITCFLMT=0X00;//關閉PIT模塊，進行相關設置PITCE_PCE0=0;PITCE_PCE1=1;PITMUX=0X00;//選取微定時基準時鐘0PITMTLD0=199;//裝載微定時基準時鐘0的計數初始值PITLD0=49999;//裝載16位定時通道0計數初始值PITLD1=49999;//定時器1用于10秒停車計時PITINTE=0X07;//使能16位定時通道超時中斷PITCFLMT=0X80;//使能PIT模塊超時周期=(PITMTLD+1)*(PITLD+1)/fBUS//此處為0.25s//時鐘源來自總線時鐘}四、小結歷時四天的電子設計競賽設計報告已經完成。經過自己不斷的搜尋努力以及同學、學長學姐們的耐性指導和熱忱幫助，本設計已經基本完成。在這段時間里，學長學姐、同學嚴謹的治學看法和熱忱的工作作風令我特別欽佩，他們的指導使我受益非淺。同時校圖書館的開放也為我的設計供應了大量的實習資料。通過這次設計競賽設計，使我深刻地相識到學好專業(yè)學問的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了高校的學習成果。雖然在這次設計中對于學問的運用和連接還不夠嫻熟，但是我將在以后的工作和學習中接著努力、不斷完善。這段時間的設計是對過去所學學問的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為我今后的發(fā)展打下了良好的基礎。由于自身水平有限，設計中確定存在很多不足之處，敬請各位老師指責指正。五、參考書目《《模擬電子技術》，高祥瑞著，電子工業(yè)出版社；《數字電子技術》，高祥瑞著，電子工業(yè)出版社；《單片機自學筆記》，范紅剛等著，北京航空航天高校出版社；《C程序設計》，譚浩強著，清華高校出版社；《C語言開發(fā)技術詳解》，戴建華等編著，電子工業(yè)出版社；《單片機的C語言》，姜志海、趙艷雷編著，電子工業(yè)出版社；《單片機原理及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》張陽等著，電子工業(yè)出版社附1：元件數量MC9S12XS128單片機最小系統(tǒng)板1塊LM7805穩(wěn)壓芯片1片萬用板3塊連接線若干直流電機2個車輪及固定支架2套L298N芯片1塊16V充電電池1個激光管及接收管3套四位數碼管1個支架若干滾輪輪1個74LS1381片排針若干電阻若干電容若干排線若干按鈕開關1個附2：儀器設備清單數字萬用表；電焊工具；電鉆。附3：主函數及中斷服務子函數代碼voidinterrupt7RTI_ISR(void)//中斷編號為7{if(PTS_PTS2==1)//ALWAYSHIGH{cishu=cishu+1;PTS_PTS6=0;PTS_PTS3=0;if(count==3){if(cishu>200){count=count+1;//start=0;PTS_PTS6=1;PTS_PTS3=1;PWMDTY0=L;PWMDTY1=R;while(PTS_PTS2==1);cishu=0;}}else{if(cishu>79){count=count+1;//start=0;PTS_PTS6=1;PTS_PTS3=1;if(count==6){count=0;for(delay=0;delay<50000;delay++){for(del=0;del<10;del++);}CRGINT_RTIE=0;PITCE_PCE0=1;PWMDTY0=0;PWMDTY1=0;loop=loop+1;if(loop==2){PITCE_PCE1=0;}}else{if(count==3){PWMDTY0=L1;PWMDTY1=R1;}else{if(count==5){PWMDTY0=LMID;PWMDTY1=RMID;}else{PWMDTY0=L;PWMDTY1=R;}}}while(PTS_PTS2==1);cishu=0;}}}else{cishu=0;}if(PTS_PTS0==0){PORTB_PB0=0;PORTB_PB1=1;PORTB_PB2=0;PORTB_PB3=0;PTS_PTS4=0;}else{PTS_PTS4=1;}if(PTS_PTS1==0){PORTB_PB0=0;PORTB_PB1=0;PORTB_PB2=0;PORTB_PB3=1;PTS_PTS5=0;}else{PTS_PTS5=1;}((PTS_PTS0==1)&&(PTS_PTS1==1)){PORTB_PB0=0;PORTB_PB1=1;PORTB_PB2=0;PORTB_PB3=1;}CRGFLG_RTIF=1;//中斷標記位寫1清零}voidinterrupt66PIT0_ISR(void){i=i+1;if(i==4){time=time+1;//計數1秒i=0;if(time==10){time=0;PWMDTY0=L;PWMDTY1=R;PORTB_PB0=0;PORTB_PB1=1;PORTB_PB2=0;PORTB_PB3=1;for(delay=0;delay<10000;delay++){for(del=0;del<400;del++);}if(PTS_PTS0==0){PORTB_PB0=0;PORTB_PB1=1;PORTB_PB2=1;PORTB_PB3=0;}else{PORTB_PB0=1;PORTB_PB1=0;