【正文】 目錄摘要 IV關(guān)鍵字 IVAbstract VKey words V第一章 緒論 1 背景 1 現(xiàn)狀 1 技術(shù)路線 1 本文結(jié)構(gòu) 2第二章 MCU 3 什么是MCU？ 3 MC9S12XS128微控制器 4第三章 開發(fā)環(huán)境 6 CodeWarrior介紹 6 新建工程 7 編寫代碼 7 編譯和仿真 7 調(diào)試程序 7 編程語言 8 規(guī)范化代碼 8第四章 總體設(shè)計 9 硬件設(shè)計 9 軟件設(shè)計 10第五章 軟件設(shè)計 12 系統(tǒng)模塊初始化 12 PLL 12 PIT 13 ADC 14 PWM 15 路面信息采集 16 數(shù)字濾波 17 黑線識別 17 起始線、十字線、窄道和坡道 18 黑線坐標計算 19 PID控制算法 19 無線傳輸 21 23第六章 設(shè)計總結(jié) 25參考文獻 26附錄 27附錄一 27附錄二 27附錄三 28附錄四 28附錄五 29附錄六 30附錄七 34附錄八 35致謝 40基于MC9S12XS128微控制器的智能車軟件設(shè)計與實現(xiàn)摘要2006年，第一屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽在清華大學(xué)舉行，隨著2009年第四屆競賽的成功舉辦，該競賽的影響力越來越大。競賽要求在組委會提供的賽車模型上，使用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的8位或16位微控制器，通過自行增加傳感及驅(qū)動電路，和編寫相應(yīng)控制軟件，制作一個能自主識別道路的賽車，按照規(guī)定路線行駛，以完成時間最短者為勝。因此，在智能車制作中，控制軟件的設(shè)計和編寫是非常關(guān)鍵和重要的技術(shù)。本文主要介紹了，使用S12微控制器為核心和紅外收發(fā)管為傳感器智能車系統(tǒng)的軟件設(shè)計。包括PLL、PWM和ADC等主要模塊的初始化，以及方向和速度的PID控制算法、無線數(shù)據(jù)采集等，還有設(shè)計過程中遇到的一些問題和解決辦法。關(guān)鍵字微控制器，PID，智能車Design and Implementation of Smart Car’s Software Based on MC9S12XS128 MCUAbstractIn 2006, the first Freescale National University Student Smart Car race was held in Tsinghua University, with the fourth race of the 2009 success, the impact of increasing petition. Race car provided by the organizing mittee asked the model, using Freescale Semiconductor39。s 8 or 16bit microcontrollers, through the use additional sensor and drive circuit, The preparation of the corresponding control software, to produce a road car can be independently identified, in accordance with the provisions of routes to plete the shortest time is the winner.Therefore, the smart car production, control software design and preparation is critical and important technology. This paper describes the use of S12 MCU core and the infrared transceiver, intelligent vehicle systems for sensor control software design. Including the PLL, PWM, and ADC and other major module initialization, and the direction and speed of the PID control algorithm, wireless data acquisition, as well as designing some of the problems encountered and solutions.Key wordsMCU，PID，Smart car.第一章 緒論 背景2006年，受教育部高等教育司委托，由教育部高等自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會主辦，第一屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽在清華大學(xué)舉行。該競賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵探索，追求卓越”為指導(dǎo)思想，旨在促進高等學(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的綜合知識運用能力、基本工程實踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能，倡導(dǎo)理論聯(lián)系實際、求真務(wù)實的學(xué)風和團隊協(xié)作的人文精神，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。競賽要求在組委會提供的賽車模型上[1]，使用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的8位或16位微控制器，通過自行增加傳感及驅(qū)動電路，和編寫相應(yīng)控制軟件，制作一個能自主識別道路的賽車，按照規(guī)定路線行駛，以完成時間最短者為勝。 競賽中的賽車模型按道路檢測方式的不同，分為光電組、攝像頭組、電磁組（第五屆）分別進行比賽。 現(xiàn)狀該競賽迄今已成功舉辦了四屆，從第一屆共有25個?。ㄗ灾螀^(qū)）、直轄市59所高校的112支隊伍參賽開始，發(fā)展到第四屆共有來自全國26個省（自治區(qū)）、直轄市的230余所高校的780支隊伍參賽，分華南、西部、東北、華東與華北五大分賽區(qū)進行選拔。說明該競賽在全國高校中的影響力與日俱增，成為續(xù)教育部已舉辦的電子設(shè)計、數(shù)學(xué)建模、機械設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等四大專業(yè)競賽之后的又一重要賽事。 技術(shù)路線 由于賽車是自行在賽道上行駛的，不允許人為操縱，而且賽道布局是比賽時當場揭曉，事先無法對賽車行駛路徑進行預(yù)先設(shè)定，所以只能讓賽車傳感器反饋回的路徑信息，自行在賽道上行駛。要使賽車快速穩(wěn)定的完成比賽，必須對其行駛過程的方向和速度進行控制[2]，所以，要控制賽車的行駛方向和速度，就只能依據(jù)車身上各種傳感器的反饋信息，來計算舵機和電機的控制量大小。這就要涉及到各種各樣的控制方法，比較常見的有比例積分微分控制（PID）、模糊控制（FUZZY）等方式。其中PID控制以實現(xiàn)方法簡單和控制過程穩(wěn)定可靠，而應(yīng)用范圍最廣，所以本文決定采用PID來作為小車方向和速度的控制算法。 本文結(jié)構(gòu)本文主要是基于MC9S12XS128對智能車軟件部分進行設(shè)計和開發(fā)。第一章：緒論（本章闡述了智能車競賽的背景和現(xiàn)狀，還有設(shè)計的大概思路。）第二章：MCU（介紹了MCU的基本知識，以及MC9S12XS128的特點和資源。）第三章：開發(fā)環(huán)境（介紹了IDE開發(fā)環(huán)境，以及CodeWarrior的基本使用方法。）第四章：總體設(shè)計（介紹了智能車系統(tǒng)設(shè)計的各個模塊和具體實現(xiàn)方法。） 第五章：軟件設(shè)計（介紹了各模塊的初始化，以及小車的控制算法的設(shè)計。） 第六章：設(shè)計總結(jié)（總結(jié)了設(shè)計的總體結(jié)果和過程中遇到的一些問題和不足。）第二章 MCU 什么是MCU？ MCU(Micro Control Unit)中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計算機(Single Chip Microputer)或者單片機，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。 MCU按其存儲器類型可分為無片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對于無片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用（典型芯片為8031）。帶片內(nèi)ROM型的芯片又分為片內(nèi)EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內(nèi)掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內(nèi)FLASH型（典型芯片為89C51）等類型，一些公司還推出帶有片內(nèi)一次性可編程ROM（One Time Programming，OTP)的芯片（典型芯片為97C51)。MASKROM的MCU價格便宜，但程序在出廠時已經(jīng)固化，適合程序固定不變的應(yīng)用場合；FALSHROM的MCU程序可以反復(fù)擦寫，靈活性很強，但價格較高，適合對價格不敏感的應(yīng)用場合或做開發(fā)用途；OTPROM的MCU價格介于前兩者之間，同時又擁有一次性可編程能力，適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應(yīng)用場合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產(chǎn)的電子產(chǎn)品。 　　微控制器在經(jīng)過這幾年不斷地研究、發(fā)展，歷經(jīng)4位，8位，到現(xiàn)在的16位及32位，甚至64位。產(chǎn)品的成熟度，以及投入廠商之多，應(yīng)用范圍之廣，真可謂之空前。目前在國外大廠因開發(fā)較早、產(chǎn)品線廣，所以技術(shù)領(lǐng)先，而本土廠商則以多功能為產(chǎn)品導(dǎo)向取勝。但不可諱言的，本土廠商的價格戰(zhàn)是對外商造成威脅的關(guān)鍵因素。 　　由于制程的改進，8位MCU與4位MCU價差相去無幾，8位已漸成為市場主流；目前4位MCU大部份應(yīng)用在計算器、車用儀表、車用防盜裝置、呼叫器、無線電話、CD播放器、LCD驅(qū)動控制器、LCD游戲機、兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計、溫濕度計、遙控器及傻瓜相機等；8位MCU大部份應(yīng)用在電表、馬達控制器、電動玩具機、變頻式冷氣機、呼叫器、傳真機、來電辨識器（CallerID）、電話錄音機、CRT顯示器、鍵盤及USB等；16位MCU大部份應(yīng)用在行動電話、數(shù)字相機及攝錄放影機等；32位MCU大部份應(yīng)用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN電話、激光打印機與彩色傳真機；64位MCU大部份應(yīng)用在高階工作站、多媒體互動系統(tǒng)、高級電視游樂器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及高級終端機等。 MC9S12XS128微控制器MC9S12X系列[3]是HCS12系列的增強型產(chǎn)品，基于S12 CPU內(nèi)核，可達到25MHz的HCS12的25倍的性能。S12X系列增加了172條額外指令，可以執(zhí)行32位計算（共有280條指令），總線頻率最高可達40MHz，并且具備完全的CAN功能，改進了中斷處理能力。S12X系列的CPU以復(fù)雜指令集CISC架構(gòu)，集成了中斷控制器，有豐富的尋址方式。中斷有7個優(yōu)先級，并且內(nèi)核支持優(yōu)先級的調(diào)度，最多可有117個中斷源，S12X可訪問最多8MB的全部存儲空間。S12X系列最大的特點，是增加了一個平行處理的外圍協(xié)處理器XGATE模塊。該模塊是一個可編程的16位RISC核心，其設(shè)計運行頻率可高達100MHz，是一個智能的、可編程的直接內(nèi)存存儲（DMA）模塊，可以進行中斷處理、通信和數(shù)據(jù)預(yù)處理，通過提供處圍模塊、RAM和I/O端口之間的高速數(shù)據(jù)處理與傳輸，卸載CPU的任務(wù)，提高單片機的數(shù)據(jù)處理能力。S12XS系列保留了S12X CPU，去掉了另一個CPU——XGATE，保留了先進的技術(shù)，簡化了操作，是S12X系列的經(jīng)濟型產(chǎn)品，目前有三種型號：XS25XS128和XS64，三者除了在內(nèi)存方面有些差異，其余資源基本相同。下面先簡單地介紹下XS128的常用內(nèi)部資源模塊，： XS128內(nèi)部資源1. 內(nèi)存。它擁有128KB Flash、8K RAM和8K DataFlash。2. 通信和I/O。它擁有一個MSCAN模塊，兼容CAN A、B；一個串行外設(shè)接口（SPI）模塊；兩個支持LIN的串行通信接口（SCI）；高達91個通用輸入/輸出（GPIO）引腳。3. 定時器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它擁有一個ADC模塊，提供8/10/12位分辨率，可復(fù)用為16個模擬輸入通道；8通道8位，或4通道16位脈寬調(diào)制器（PWM）；定時器（TIM），提供8通道16位輸入捕捉或輸出比較功能；PIT模塊，提供4通道軟件中斷精確定時；RTI模塊，提供基于晶振源頻率的定時。第三章 開發(fā)環(huán)境CodeWarrior Development Studio（開發(fā)工作室）是完整的用于編程應(yīng)用中硬件bringup的集成開發(fā)環(huán)