【正文】 始化； (2) 將整個程序分為每 5ms 為一個周期循環(huán)執(zhí)行，其中 5ms 中分為每 1ms 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 中執(zhí) 行不同的任務(wù)； (3) 在一個周期中的 1ms 為對編碼器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)以及對陀螺儀和加速度計(jì)的模擬量進(jìn)行采集； (4) 在一個周期中的 2ms 為對采集的角度進(jìn)行融合并進(jìn)行直立控制； (5) 在一個周期中的 3ms 為對速度進(jìn)行閉環(huán)控制； (6) 在一個周期中的 4ms 為采集 CCD128 個像素點(diǎn)的數(shù)值； (7) 在一個周期中的 5ms 為對車模的方向進(jìn)行控制。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心。單片機(jī) 112 引腳的 MC9S12XS128MAA，本單片機(jī)處理的速度較快，能夠很好地完成系統(tǒng)各個模塊的運(yùn)算。故單片機(jī)的最小系統(tǒng)版使用 MC9S12XS128MAA 做核心。 MC9S12XS128 性能概述 MC9S12XS128 是 16位單片機(jī)，由 16 位中央處理單元（ CPU12X）、 128KB 程序Flash(Plash)、 8KB RAM、 8KB 數(shù)據(jù) Flash(Dlash)組成片內(nèi)存儲器。主要功能模塊包括： 內(nèi)部存儲器、 內(nèi)部 PLL 鎖相環(huán)模塊、 2 個異步串口通訊 、 SCI 1個串行外設(shè)接口 、 SPI 和 MSCAN 模塊 。 1 個 8通道輸入 /輸出比較定時器模塊 TIM 周期中斷定時器模塊 PIT 16 通道 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ADC 1 個 8通道脈沖寬度調(diào)制模塊 、 PWM 輸入 /輸出數(shù)字 I/O 口。 /輸出數(shù)字 I/O口 MC9S12XS 系列具有豐富的輸入 /輸出端口資源，同時集成了多種功能模塊，端口包括 PORTA、 PORTB、 PORTE、 PORTK、 PORTT、 PORTS、 PORTM、 PORTP、 PORTH、PORTJ 和 PORTAD 共 11個端口。端口引腳大多為復(fù)用口，往往具有多重功能，所有端口都具有通用 I/O 口功能。 PORTA、 PORTB、 PORTK 為通用 I/O 口 、 PORTE中的 IRO 和 XIRQ 引腳可作為外部中斷輸入、 PORTT 集成了 TIM 模塊功能、 PORTS集成了 SCI 和 SPI 模塊功能 、 PORTM 集成了 CAN 總線模塊 、 PORTP 集成了 PWM模塊功能、 PORTH、 PORTJ 可作為外部中斷輸入口 、 PORTAD 集成了 ATD 模塊功能 。在 MC9S12XS128 單片機(jī)中有些特殊功能可定義為多個引腳，如 PWM、 SCI1 模塊。對于這些具有相同功能的引腳定義，由端口 T 路徑寄存器 PTTRR 和模塊路徑寄存器 MODDR 確定。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 通用 I/O 通過配置相應(yīng)寄存器位，可以設(shè)置為輸入 /輸出端口、驅(qū)動能力、內(nèi)置上拉 /下拉電阻使用、中斷輸入方式等多種功能。 為通用 I/O 口 , 共 8 個 ,作為通用數(shù)字 I/O 口使用 ,未集成特殊功 能 .主要配置寄存器有：數(shù)據(jù)寄存器 PORTA、數(shù)據(jù)方向寄存 DDRA、上拉電阻控制寄存器 PUCR 和驅(qū)動控制寄存器 RDR。 為通用數(shù)字 I/O 口 , 共 8 個。其使用與 PORTA 基本一樣。主要配置寄存器有：數(shù)據(jù)寄存器 PORTB、數(shù)據(jù)方向寄存 DDRB。上拉電阻控制寄存器 PUCR 和驅(qū)動控制寄存器 RDR 與 PORTA 、 PORTB、 PORTE、 PORTK 共用。 可作為通用數(shù)字 I/O 口使用 , 80 封裝也有共 8 個引腳。其使用與PORTA 基本一樣。但是 PORTE 中集成了外部中斷輸入功能，其 PE0/XIRQ 和 PE1/IRO 引腳可作為外部中斷輸入。并且這兩位只能作為輸入口使用。主要配置寄存器有：數(shù)據(jù)寄存器 PORTE、數(shù)據(jù)方向寄存 DDRE。 為通用數(shù)字 I/O 口。但從前表可以看出 112 封裝單片機(jī) PORTK 口有 7 個， 80 封裝和 64 封裝沒有 PORTK 口。其使用與 PORTA 基本一樣。 主要配置寄存器有：數(shù)據(jù)寄存器 PORTK、數(shù)據(jù)方向寄存 DDRK。 5. PORTH： PORTH 可作為通用數(shù)字 I/O 口使用 , 也集成了外部中斷輸入功能。但 80 封裝沒有 PORTH 口，在此不作詳細(xì)描述。 6. PORTT 、 PORTS 、 PORTM 、 PORTP 、 PORTH 、PORTJ：此 6 個端口的寄存器名稱和功能基本上是一樣的。主要配置寄存器有：數(shù)據(jù)寄存器 PTx、輸入寄存器 PTIx、數(shù)據(jù)方向寄存 DDRx、驅(qū)動控制寄存器 RDRx、上拉 /下拉使能寄存器 PERx 和上拉 /下拉選擇寄存器 PPSx 共 6 個寄存器。因 PORTP 、 PORTH 、 PORTJ 三個端口具有外部中斷功能，增加了中斷使能寄存器 PIEx 和中斷標(biāo)志寄存器 PIFx 兩個寄存器。 MC9S12XS128 單片機(jī)的電源引腳匯總參見下 表 引腳名稱 額定電壓 描述 VDDR 外部電源，為內(nèi)部調(diào)壓器河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 VSSR 0 供電 VDDX VDDX2 外部電源和地，為 I/O 口供電 VSSX VSSX1 0 / VDDA VDDA A/D 轉(zhuǎn)換器工作電源和地，為內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器提供參考電源，允許單獨(dú)為 A/D 提供工作電壓 VSSA 0 VRH A/D 轉(zhuǎn)換器參考電源和地 VRL 0 VDD 內(nèi)部電源和地，由內(nèi)部調(diào)節(jié)器為內(nèi)核供電 VSS VSS VSS3 0 VDDF 內(nèi)部電源和地，由內(nèi)部調(diào)節(jié)器為內(nèi)部 NVM 供電 VDDPLL 為鎖相環(huán)（ PLL）提供工作電源和地，由內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生。允許單獨(dú)為 PLL 提供工作電壓 VSSPLL 0 電源模塊 要求智能車只能使用 NiCd 電池供電，而整個系統(tǒng)中電源還需要為其他模塊供電，而其他模塊所需要的電壓不全是 電壓，所以需要對 固定的電池電源進(jìn)行處理得到為其他模塊供電的電壓。而且整個系統(tǒng)中電能的質(zhì)量對于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及整體功能的實(shí)現(xiàn)非常重要，因此電源模塊的構(gòu)建非常重要。 本系統(tǒng)各個模塊所需要的供電電壓為 、 5V、 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 5V 電源的實(shí)現(xiàn) 5V 電源實(shí)現(xiàn)需要穩(wěn)壓芯片，一般情況下經(jīng)常采用三端穩(wěn)壓芯片。對電源的質(zhì)量要求不太高的場合經(jīng)常使用 LM7805，用 LM7805穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生 5V電壓，優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，電壓輸出紋波小，電壓的質(zhì)量較高但是其缺點(diǎn)是功耗大、效率低。對于驅(qū)動電機(jī)的電路不太實(shí)用。 單片機(jī)自身的功耗小、但是對電源的要求高，經(jīng)過對比使用 LM2940 低壓差線性穩(wěn)壓芯片， LM2940 輸出電流為 1A 而且輸出電壓的紋波較小、輸出功率大。 Vin VoutGNDLM2940104+100uF+100uF 1047..2V 穩(wěn)壓 5V 電路原理圖 穩(wěn)壓 5V 電路原理圖 系統(tǒng)中還需要有 的電源，所以需要利用已有的電壓生成。 + 電源需要用 LM1117 芯片實(shí)現(xiàn)。 LM1117 是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。其壓差在 輸出負(fù)載電流為 800mA 時為 。它與國家半導(dǎo)體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)器件 LM317 有相同的管腳排列。 LM1117 有可調(diào)電壓的版本。通過 2 個外部電阻可實(shí)現(xiàn) ~ 輸出電壓范圍。另外還有 5 個固定電壓輸出 、 、 和 5V 的型號。 LM1117 提供電流限制和熱保護(hù)。電路包含 1 個齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在177。 1%以內(nèi)。具體電源模塊原理圖如圖所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 +100uF104+100uF104123P?Header 3H穩(wěn)壓 電路原理圖 穩(wěn)壓 電路原理圖 電機(jī)的驅(qū)動可以使用專用的電機(jī)驅(qū)動芯片、達(dá)林頓管驅(qū)動、場效應(yīng)管驅(qū)動。 方案一：單獨(dú)使用一片 33886 驅(qū)動能力強(qiáng)，有過流保護(hù)功能，狀態(tài)監(jiān)測功能，通過 PWM 調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。電機(jī)驅(qū)動芯片 MC33886，內(nèi)部具有過流保護(hù)電路，剎車效應(yīng)好，接口簡單易用，雖然能夠提供比較大的驅(qū)動電流，但對于小車驟然加速時所需的電流還是不夠的，發(fā)熱量也比較大。 優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用電路簡單，實(shí)現(xiàn)方便。缺點(diǎn)：芯片驅(qū)動電流小，內(nèi)阻大，可能存在發(fā)熱嚴(yán)重的問題，不好加散熱片。 方案二：采用兩片或者四片 MC33886 并聯(lián) 幾片并聯(lián)的，但芯片很熱，不好加散熱片，但歸根結(jié)蒂還是芯片驅(qū)動電流小，內(nèi)阻大所致。也可以采用兩片 MC33886 并聯(lián)，但容易出現(xiàn)一個發(fā)燙另一個不發(fā)燙的情況。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 優(yōu)點(diǎn)：可以增大驅(qū)動能力，減少單片機(jī)發(fā)熱量。缺點(diǎn)：存在均流不佳的問題，有礙提高整個裝置的輸出，甚至造成器件和裝置的損害。 方案三： 33886 + 場效應(yīng)管驅(qū)動 采用 MC33886 或其他驅(qū)動芯片與場效應(yīng)管設(shè)計(jì)驅(qū)動。優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動電流理論上能達(dá)到 74A，解決了 33886 的散熱問題， 充分發(fā)揮 33886 的性能，場效應(yīng)管也不用加散熱片，使小車發(fā)揮更好的加速性能。 缺點(diǎn)：電路復(fù)雜。 方案四： H橋驅(qū)動 半橋集成芯片 BTS7960 可以達(dá)到 63A 的電流，而且內(nèi)阻較小，效率非常高，其中邏輯電路已經(jīng)集成其中，使得驅(qū)動控制十分簡單。 根據(jù)以上各個方案我們選擇方案四作為電機(jī)的驅(qū)動方案。 BTS7970 應(yīng)用非常簡單，只需要向芯片第 2 引腳輸入 PWM 波就能控制。當(dāng)系統(tǒng)中只需要單向控制時，只需要讓電機(jī)一端接地，另一端接 BTS7970 第4 引腳它是一款針對電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用的完全集成的大電流半橋芯片。它是 NovalithICTM 系列的成員之一，它的一個封裝中集成了一個 P 通道場效應(yīng)管在上橋臂和一個 N 通道場效應(yīng)管在下橋臂以及一個控制集成電路， P 型管在柵極為低電平時導(dǎo)通， N 型管在柵極為高電平時導(dǎo)通。由于集成在內(nèi)驅(qū)動集成電路具有邏輯電平輸入，與微控制器的連接變得非常簡單，且該驅(qū)動集成電路還具有電流檢測診斷、轉(zhuǎn)換率調(diào)整、死區(qū)時間生成以及過熱、過壓、欠壓、過流和短路保護(hù)。 BTS7970 在較小的電路板空間占用的情況下為大電流保護(hù)的 PWM 電機(jī)驅(qū)動提供了一種成本優(yōu)化的解決方案。 如果需要電機(jī)雙向旋轉(zhuǎn)控制，則需要另一片 BTS7970 共同組成全橋。為了能獲得更大的輸出電流，該驅(qū)動模塊使用 4片 BTS7970 組成了一個全橋。 本小車車模是雙電機(jī)結(jié)構(gòu)，因此我們用的驅(qū)動板共用 4 片 BTS7970，兩兩組成了一個 H 橋，共兩個驅(qū)動橋，分別驅(qū)動左右電機(jī)。此芯片開關(guān)頻率可以達(dá)到 25kHZ，可以很好地解決電機(jī)噪聲大和發(fā)熱的問題、同時驅(qū)動能力有了明顯的提高，相應(yīng)速度快。 但是，電機(jī)變速時會使電源電壓下降 10%左右，控制器等其他電路容易產(chǎn)生掉電危險，從而使整個電路系統(tǒng)癱瘓。為了避免意外的發(fā)生在驅(qū)動芯片與單片機(jī)系統(tǒng)之間增加了隔離保護(hù)芯片 74LS244。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 74LS244 是單向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器集成 8 路三態(tài)門，主要用于三態(tài)輸出，作為地址驅(qū)動器、時鐘驅(qū)動器、總線驅(qū)動器和定時發(fā)送器。高電平輸出電流15mA 低電平輸出電流 24mA。每組有一個控制端 G 由控制端的高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開。 1A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1181Y2161Y3141Y4122Y192Y272Y352Y431G12G1974LS24456784321*AMS111756784321*AMS111756784321*AMS11175678432