【正文】 比較難。RTOS 的缺點：需要額為的 ROM/RAM 開銷、CPU 額外負荷以及內(nèi)核的費用。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 30 頁開發(fā)語言采用 HCS12C 語言，語法與標準 C 語言基本相同，支持多種數(shù)據(jù)類型，中斷服務程序用中斷函數(shù)形式來實現(xiàn)，并提供了內(nèi)嵌匯編的功能。 端口分配MC9S12DG128 的片上資源十分豐富，對于本智能車所使用的 112pin 的 DG128 而言，它包含 16 路 A/D,8 路 PWM,8 路 IC/OC,以及豐富的接口協(xié)議，如 IIC、SPI、CAN 等。 當前電路板采用的是 16MHz 的外部晶振，因此外部晶振時鐘為 16MHz；默認設置下，鎖相環(huán)時鐘為 32MHz，總線時鐘為 8MHz，內(nèi)核時鐘為 16MHz。最終，超頻后的總線時鐘為32MHz，具體設置過程為：SYNR=7。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 32 頁 PWM 模塊脈寬調(diào)制模塊有 8 路獨立的可設置周期和占空比的 8 位 PWM 通道，每個通道配有專門的計數(shù)器。PWM 模塊的初始化設置過程為 PWME=0x00。 //SA=A/2/10=400KHZPWMSCLB =16。PWMPER01=4000。PWMPER23=20220。在初始化程序中對外部中斷的捕捉邊沿，并開啟外部中斷 INTCR_IRQE=1。 //channel 0 interrupt DISableTIOS_IOS1=0 。其初始化程序如下：TIOS_IOS0=0。TCTL4_EDG0B=0。TSCR2_PR=5。//ENABLE INPUT CAPTURE INTERRUPTTSCR1_TEN=1。 //ENABLE ATD POWERATD0CTL2_AFFC=1。ATD0CTL3_S2C=0。ATD0CTL4_PRS=0。ATD0CTL5_CA=0。使用時，可以對波特率、數(shù)據(jù)格式（8 位或 9 位）、發(fā)送輸出極性、接收喚醒方式等進行選擇。 // normal operation, 8bit data, no paritySCI0CR2=0x0C。 //CRGINT_RTIE=1。但是由于 S12 單片機A/D 采樣頻率的限制，每行圖像最多只能采集到 8 個點，還要預留部分時間給單片機做圖像信息的處理和控制算法的加載，再綜合路徑識別時對圖像信息精度的要求，最后我們采用的是單場數(shù)據(jù)的隔行采集，分辨率為 40*40。表 二值化方法分析速度 適合情況 類別雙峰法 較快 圖像需要光照均勻，有兩座明顯的雙峰 全局二值化灰度平均 快 圖像需要光照均勻 全局二值化 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 37 頁法OSTU法 較慢 圖像需要光照均勻 全局二值化NiBlack法 非常慢 圖像質(zhì)量要求相對較低 局部二值化通過表的分析結合智能車視頻圖像特點，選用雙峰發(fā)對圖像進行分割。因此可以使用圖像處理算法中較為簡單的邊界提取算法。2 從 strat 開始尋找第二個跳變點，記為 end，則黑線中心位置為 start＋end/2.考慮的算法的可靠和穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用了閾值分割、邊沿檢測和黑線搜索相結合的方法提取黑線。該算法的流程為：1 從最左端的第一個有效數(shù)據(jù)點開始一次向右進行閾值判斷，由于實際黑白賽道邊沿可能會有模糊化，導致閾值并不是簡單的介于相鄰的兩個點之間。 else return ((uchar)((max2+min2)/2(uchar)(Thresholdkp2*(max2min2)/100)))。其算法流程如圖所示 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 36 頁開始讀取數(shù)據(jù)區(qū)圖象采集信息圖像信息濾波圖像分割圖像分割圖象進行錯誤判斷 ， 提出干擾圖像信息進行識別 ， 尋出賽道控制使用 賽道提取算法賽道上的黑線相對于真?zhèn)€賽道較窄且賽道和引導線顏色對比鮮明，可以采二值化或邊沿檢測法對賽道上的引導線進行提取。兩場合起來才構成一幅完整的圖像(稱為一幀)。根據(jù)系統(tǒng)設計，普通 IO 的用途主要有： 撥碼開關 按鍵 裝飾燈 實時中斷本系統(tǒng)通過實時中斷產(chǎn)生了一個 控制周期，對速度進行控制。在本次設計，我們利用其中一個串口 SCI0，通過采用無線串口裝置搭建了調(diào)試平臺，其具體設置如下：SCI0BD=208。ATD0DIEN = 0x00。 // 8 位精度, 1 個時鐘+4 A/D 時鐘周期, ATDClock=[BusClock*]/[PRS+1] 。 // ATD0CTL3 = ATD0CTL3_S1C_MASK。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 34 頁ATD0CTL3_S1C=1。另外單次轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換結果類型、轉(zhuǎn)換完成是否產(chǎn)生中斷、轉(zhuǎn)換序列長度等都是可以自行設置的。ICOVW_NOVW0=1。TSCR1_TFFCA=0。INTPUT 1。 TCTL4_EDG1B=0。 // external IRQ enable 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 33 頁 ECT 模塊ECT 模塊能實現(xiàn)輸入捕捉和輸出波形產(chǎn)生兩大功能，首先，本系統(tǒng)采用 ECT 的輸入捕捉功能捕捉行同步脈沖，完成數(shù)據(jù)點的采集。PWME=0B10101010。PWMPER67=4000。 //輸出左對齊PWMPOL =0b10101010。//bbaabbaa 4:sa 3sb 0:SA,2:SBPWMPRCLK=0x00。通過配置寄存器可設置PWM 的使能與否、每個通道的工作脈沖極性、每個通道輸出的對齊方式、時鐘源以及使用方式。while(!(CRGFLG amp?？偩€時鐘用作片上外圍設備的同步，而內(nèi)核時鐘則用作 CPU 的同步，它決定了指令執(zhí)行的速度。據(jù)系統(tǒng)實際需求，對各個模塊進行了初始化配置，通過對相應數(shù)據(jù)寄存器或狀態(tài)寄存器的讀寫，實現(xiàn)相應的功能。程序結構清晰、可移植性好。這是因為智能車控系統(tǒng)相比來說是一個比較小的系統(tǒng)，且ＭＣ９Ｓ１２芯片資源有限，如用ＲＴＯＳ則需要而外的芯片資源消耗，所以選擇了第一種結構。RTOS 優(yōu)點：應用程序的設計和開發(fā)變得容易，不需要大的改動就可以增加新的功能。中斷服務處理異步事件，這部分看成前臺程序。它提供的 ESD 保護在各種狀態(tài)都發(fā)揮作用，無論是正常工作期間，還是上電，掉電過程。如果要從根本上解決問題，必須在電路中采用某種形式的 ESD保護措施，以防止帶靜電的物體直接或間接碰到系統(tǒng) I/O 口線。而且，有研究結果表明，因 ESD（靜電釋放）引起的電子器件或系統(tǒng)失效占總失效的比率大約為 10%30%。因此為復位開關加上一個去抖動電路顯得很有必要。實際開關都有一定大小的電阻，通常稱之為接觸電阻，阻值隨時間、開關次數(shù)的增加而變大。圖 模型小車坐標系示意圖為了準確識別坡道和窄賽道，我們采用了加速度傳感器 MMA7620Q。；供電電壓/消耗功率：9V 20mA； 速度傳感器由于我們在東北預賽中考慮到智能車在實際速度控制中對反應車速的控制信號波形要求不是太高，因此在滿足比賽要求的基礎上盡量簡化電路，使用自制的光電編碼器來測速。在華北區(qū)預賽中，我們看到有不少隊采用了數(shù)字攝像頭的方案，本著嚴謹?shù)膽B(tài)度，我們在預賽之后選用了OV7620 進行實驗，對數(shù)字攝像頭的可行性進行論證。目前市面上常見的攝像頭主要有 CMOS 和CCD 兩種，上屆比賽我們采用的是 CCD 攝像頭。在電壓上升和下降期間,為了保證系統(tǒng)的可靠性,可在兩個低端 MOS 管的門極各接一個下拉電阻以確保電橋保持關斷,但高端 MOS 管不能接下拉電阻,因為電荷泵不能為其提供必要的電流。可調(diào)電阻R1 用于調(diào)節(jié) TD340 的模擬電壓輸入值,進而輸出可調(diào) PWM 信號,同時給 MOSFET 的門極施加開關驅(qū)動信號并通過調(diào)節(jié)占空比的大小來調(diào)節(jié)直流電機 M 的轉(zhuǎn)速。當加上一個足夠的門信號電壓時,功率 MOSFET 的通路電阻小于常規(guī)二極管；而在沒有門信號電壓的情況下,它具有常規(guī)二極管的反向特性。該系統(tǒng)由信號輸入電路、TD340 和 H 橋電路組成。其中速度由 PWM 來控制, 當然, 也可以接受外部的 PWM 信號。該器件內(nèi)集成有可驅(qū)動 N 溝道高邊功率 MOS 管的電荷泵和內(nèi)部 PWM 發(fā)生器, 可進行速度和方向控制而且功耗很低,同時具有過壓( 20V) 、欠壓( 6. 2V) 保護功能, 以及反向電源有源保護功能。電機反轉(zhuǎn)時道理相同。由于直流電機是一個感性負載,當 MOS 關斷時,電機中的電流不能立即降到零,所以必須給這個電流提供一條釋放通路,否則將產(chǎn)生高壓破壞器件。圖 所示為可逆的 PWM 變換器主電路的H 型結構形式。第三代電機驅(qū)動板為一個由分立元件制作的直流電動機可逆雙極型橋式驅(qū)動器，其功率元件由四支 N 溝道功率 MOSFET 管組成，額定工作電流可以輕易達到 70A 以上，相對與 MC33886 能提供的最大 6A 的電流來說，大大提高了電動機的工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 集成電路也可以工作在 40V 通過降低規(guī)定的定額值。兩路獨立輸入控制兩個半橋的推拉輸出電路的輸出，兩個無效輸入使 H橋產(chǎn)生三態(tài)輸出(呈現(xiàn)高阻抗)。圖 LM1881 信號時序圖 電機驅(qū)動電路第一代驅(qū)動電路采用一片組委會提供的 MC33886 驅(qū)動電機。圖 視頻同步分離電路 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁其中，引腳 2 為視頻信號輸入端，引腳 1 為行同步信號輸出端（如圖 中的b）。由 1881 及其外圍電路構成的攝像頭采樣電路如圖 所示。第一，直接通過單片機 AD 進行提取。攝像頭視頻信號中除了包含圖像信號之外，還包括了行同步信號、行消隱信號、場同步信號、場消隱信號以及槽脈沖信號、前均衡脈沖、后均衡脈沖等。分辨率實際上就是每場行同步脈沖數(shù)，這是因為行同步脈沖數(shù)越多，則對每場圖像掃描的行數(shù)也越多。場同步脈沖標志著新的一場的到來，不過，場消隱區(qū)恰好跨在上一場的結尾和下一場的開始部分，得等場消隱區(qū)過去，下一場的視頻信號才真正到來。當掃描完一行，視頻信號端就輸出一個低于最低視頻信號電壓的電平（如 ），并保持一段時間。電源接的電壓要視具體的單板而定，目前一般有兩種規(guī)格，69V 或912V。圖像傳感芯片是其最重要的部分，但該芯片要配以合適的外圍電路才能工作。圖 PWM 占空比對舵機的控制視頻采集模塊由攝像頭、1881 視頻信號分離芯片以及 S12 的 AD 模塊構成。舵機的控制信號（PWM 信號）由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁舵機的工作電壓為 46V,在舵機穩(wěn)定工作的前提下，電壓越高舵機的響應速度越高。與前兩種穩(wěn)壓器件相比，TPS7350 具有更低的工作壓降和更小的靜態(tài)工作電流，可以使電池獲得相對更長的使用時間。DC/DC 是開關型穩(wěn)壓電路，它的優(yōu)點是電路結構簡單，對電源的高頻干擾有較強的抑制作用、效率高，輸入電壓的范圍寬，輸出電壓，電流的紋波值較小。電路原理圖如圖 所示圖 TPS7333 電源穩(wěn)壓電路由于整個系統(tǒng)中+5V 電路功耗較小，為了降低電源紋波，我們首先使用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，另外，后輪驅(qū)動電機工作時，電池電壓壓降較大，為提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，必須使用低壓降電源穩(wěn)壓芯片，常用的低壓降串聯(lián)穩(wěn)壓芯片主要有 LM29LM1117 等等。如圖 圖 最小體統(tǒng) 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 主板主板上裝有組成本系統(tǒng)的主要電路，它包括如下部件：電源穩(wěn)壓電路、視頻同步分離電路、攝像頭接口、舵機接口、電機驅(qū)動電路、測速接口、電源接口、單片機最小系統(tǒng)板插座、跳線、指示燈、開關等。其他部分還包括電源濾波電路、時鐘電路、復位電路、串行通訊接口、BDM 接口。另外，咳可用于傳輸車身及底盤電子系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)。MCU 外設S12 外設部分包括：A/D 轉(zhuǎn)換器（ATD0、ATD1），增強型定時捕捉模塊（ECT）,串行接口 SPI、I2C。（10）I2C 總線：兼容 I2C 總線標準；多主 I2C 總線模塊。（6）3 個 1Mbps 的 CAN 總線模塊，兼容 A/B：5 個接受緩沖器，3 個發(fā)送緩沖器；4 個獨立的中斷通道，分別是發(fā)送中斷、接受中斷、錯誤中斷和喚醒中斷；低通濾波器喚醒功能。（2）CGR 時鐘和復位發(fā)生器：鎖相環(huán)（PLL）；看門狗（COP watchdog）；實時中斷（RTI）；時鐘監(jiān)視器（CM）。MC9S12DG128 微控制器采用增強型 16 位 S12 CPU,片內(nèi)總線時鐘頻率最高可25MHz；片內(nèi)資源包括 8KB RAM、128KB FLASH、2KB EEPROM。 以 S12 為核心的單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)板使用 MC9S12DG128 單片機，80 引腳封裝。我們在對電路進行詳細、徹底地分析后，對電路進行了大量簡化，并合理設計元件排列和電路走線，使本系統(tǒng)硬件電路部分輕量化指標都達到了設計要求。可靠性是系統(tǒng)設計的第一要求，我們對電路設計的所有環(huán)節(jié)都進行了電磁兼容性設計，做好各部分的接地、屏蔽、濾波等工作，將高速數(shù)字電路與模擬電路分開，使本