【正文】 9S12XS128 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(shuō)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。 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。 LM1117 提供電流限制和熱保護(hù)。 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(dòng)電流小，內(nèi)阻大所致。 根據(jù)以上各個(gè)方案我們選擇方案四作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案。 本小車車模是雙電機(jī)結(jié)構(gòu)，因此我們用的驅(qū)動(dòng)板共用 4 片 BTS7970，兩兩組成了一個(gè) H 橋，共兩個(gè)驅(qū)動(dòng)橋，分別驅(qū)動(dòng)左右電機(jī)。場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型元件，柵極通過(guò)的電流幾乎為“零“。加速力可以是個(gè) 常量 ，比如 g，也可以是 變量 。 比如使用 Z 軸方向上的加速度信號(hào)。積和重量都非常的小，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)電壓、功耗低可以測(cè)量包含旋轉(zhuǎn)的各種運(yùn)動(dòng)，供電電壓河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 — 。 由于 A、 B兩相相差 90 度，可通過(guò)比較 A相在前還是 B 相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。缺點(diǎn)：道路參數(shù)檢測(cè)精度低、道路參數(shù)檢測(cè)種類少、傳感器的個(gè)數(shù)較多、檢測(cè)距離前瞻較短、耗電量較大。它由光敏去陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點(diǎn)是處理信息速度快，外圍電路簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。因此，同一參數(shù)（曝光時(shí)間、鏡頭光圈）難以適應(yīng)各種環(huán)境，在光線較弱環(huán)境下的參數(shù)在強(qiáng)光下會(huì)出現(xiàn)輸出飽和，在較強(qiáng)光線下調(diào)節(jié)好的參數(shù)在弱光下輸出電壓過(guò)低，甚至處于截止?fàn)顟B(tài)?？刂浦芷诓桓哂? 20ms 就意味著曝光時(shí)間不能超過(guò) 20ms。其實(shí)暗電壓完全不影響上層軟件提取賽道黑線，我們可以把這個(gè)暗電壓當(dāng)做信號(hào)中的直流分量，將采集的每個(gè)像素點(diǎn)的電壓減去暗電壓就可以了。測(cè)速信號(hào)利用一片 CD4520 計(jì)數(shù)器芯片，將編碼器脈沖累加，單片機(jī)通過(guò)一組 8 位 I/O 口定時(shí)讀取 CD4520 內(nèi)累計(jì)的數(shù)據(jù)，讀取后將 CD4520 清零，河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 準(zhǔn)備下次計(jì)數(shù)。選擇時(shí)鐘源為外部晶振 OSCCLK，在 PLL程序執(zhí)行前，內(nèi)部總線頻率為 OSCCLK/2。 第五、打開 PLL，即 PLLCTL_PLLON=1。 //turn on PLL SYNR =0xc0 | 0x07。CLKSEL_PLLSEL =1。 voidAD_CCD_Init(void) { ATD0DIEN=0X00。//禁止數(shù)字輸入 ATD0CTL0=0X02。因?yàn)榭偩€周期是已知的，即可以通過(guò)計(jì)數(shù)器自減實(shí)現(xiàn)定時(shí)。設(shè)定值范圍 065535 5)、 PIT Multiplex Register(PITMUX) 該寄存器對(duì)定時(shí)器通道的 8 位時(shí)基進(jìn)行選擇。 可以通過(guò)查詢?cè)撐粊?lái)判斷定時(shí)是否完成。 //定時(shí)器中斷通道 0 中斷使能 PITCFLMT_PITE=1。 TDRE=1，說(shuō)明數(shù)據(jù)已經(jīng)移至移位寄存器中，可以向數(shù)據(jù)寄存器中寫入新的數(shù)據(jù)； RDRF=1，說(shuō)明可以接收數(shù)據(jù)了。還要注意 XS128 只有 7 個(gè)通道，分別為 PWM0 PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM7。 即由通道 1 5 3 7 的寄存器控制。 //通道 2， 3NO 級(jí)聯(lián) PWMCTL_CON45=1。 //對(duì)總線時(shí)鐘頻率不進(jìn)行預(yù)分頻 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 PWMCLK_PCLK1=1。 //right P PWMPER23=3200。 //PWM 使能 } SPI 初始化程序 若要和 SPI 芯片通信，發(fā)送之前要使片選管腳輸出低電平，發(fā)送結(jié)束后片選回歸高電平。 PWMDTY67=0。 //67 通道選擇 SB 為時(shí)鐘源 PWMPER01=3200。 //極性選擇高電平 PWMPOL_PPOL7=1。 // 禁止 PWM 輸出 PWMCTL_CON01=1。 用到的寄存器為 PWMPOL 。 PWM 初始化程序 PWM 是 PulseWidth Modulator 的英文縮寫，即脈沖寬度可調(diào)。 SCICR2 主要用于設(shè)置是否使能相關(guān)中斷請(qǐng)求以及是否使能接收和發(fā)送，復(fù)位時(shí)所有的位都為 0，即禁止所有中斷，連接收（ ）和發(fā)送（ ）本身也是禁止的，所以在 SCI 初始化時(shí)一般向 SCICR2 寫入 0x0C，即禁止中斷，只使能發(fā)送和接收。 PITLD0=10001。 7)、 PIT TimeOut Flag Register(PITTF) 該寄存器為溢出標(biāo)志位，當(dāng)某一通道的 8 位計(jì)數(shù)器和 16 位計(jì)數(shù)器遞減到 0時(shí)，該位置一。設(shè)定值為 0 到 255 范圍。//0011 0000 禁止特殊通道， AD 連續(xù)轉(zhuǎn)換，通道 0 開始 } PIT 轉(zhuǎn)化程序 S12PIT 是一個(gè)模數(shù)遞減計(jì)數(shù)器。//0000 0011 采樣時(shí)間為 4 個(gè) AD 時(shí)鐘周期 PRS=3， ATDClock=8MHz 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 ATD0CTL5=0X20。N 位 A/D 轉(zhuǎn)換器能區(qū)分的輸入電壓的最小值為滿量程的 2 的 N 次方分之一。 while(!(CRGFLG_LOCK==1))。 void PLL_Init(void) //PLLCLK=2*OSCCLK*(SYNR+1)/(REFDV+1) { //BUS CLOCK=64M 總線是 64M 的； CLKSEL=0X00。 第四、根據(jù)想要的時(shí)鐘頻率設(shè)置 SYNR 和 REFDV 以及 POSTDIV（可以不管）三個(gè)寄存器。這就得用到鎖相環(huán)了。 CR 線為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。由于增加了運(yùn)放，白天環(huán)境下的采樣率可以調(diào)節(jié)到更高，甚至可以達(dá)到 100Hz。但是曝光時(shí)間不能無(wú)限增 大的，因?yàn)樵龃笃毓鈺r(shí)間勢(shì)必降低采樣率（每秒采樣次數(shù)）采樣率低控制周期就長(zhǎng)，智能車反應(yīng)就慢。本系統(tǒng)要求對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度較快，而且精度要求較高，所以本系統(tǒng)采用 TSL1401 線性 CCD 來(lái)采集路面信息。所河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 需相數(shù)由 CCD 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，結(jié)構(gòu)相異的 CCD 可滿足不同場(chǎng)合的使用要求。所以，路徑檢測(cè)的好壞直接關(guān)系到最終性能的優(yōu)劣。 速度檢測(cè)模塊 電機(jī)速度傳感器使用歐姆龍編碼器。體它利用了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的物體會(huì)受到科里奧利力的原理，在器件中利用壓電陶瓷做成振動(dòng)單元。本次設(shè)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 計(jì)中只需要知道小車與豎直方向的夾角 所以選用單軸傾角測(cè)量。 加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備。每組有一個(gè)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。 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。 缺點(diǎn)：電路復(fù)雜。 優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。通過(guò) 2 個(gè)外部電阻可實(shí)現(xiàn) ~ 輸出電壓范圍。對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電路不太實(shí)用。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(dòng)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(gè)寄存器。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 , 共 8 個(gè)。 1 個(gè) 8通道輸入 /輸出比較定時(shí)器模塊 TIM 周期中斷定時(shí)器模塊 PIT 16 通道 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ADC 1 個(gè) 8通道脈沖寬度調(diào)制模塊 、 PWM 輸入 /輸出數(shù)字 I/O 口。 （ 6）陸經(jīng)檢測(cè)模塊通過(guò)線性 CCD 采集信號(hào)經(jīng)放大電路后檢測(cè)路徑的狀況。本系統(tǒng)還要求小車能夠沿著固定的路線運(yùn)動(dòng)，這就要求小車 具有檢測(cè)路徑的功能，利用 CCD 輸出的電壓采用二值化提取黑線。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 賽車的性能主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件和軟件三大部分決定，機(jī)械結(jié)構(gòu)是自平衡小車能夠運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，軟件和硬件是小車能夠?qū)崿F(xiàn)功能的重要部分。 4） 20xx 年，河南科技大學(xué)研制的平衡雙輪電動(dòng)機(jī)樣機(jī)，其控制器是 C8051F020單片機(jī)，選取陀螺儀和傾角傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)角速率和傾角，通過(guò)控制算法得到的河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 電壓信號(hào)經(jīng) D/A 然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 我國(guó)在兩輪自平衡小車的研究方面也做出了很大的貢獻(xiàn)，同時(shí)也取得了很大的成就。其運(yùn)動(dòng)特性類似蕩秋千，總是自然的向鉛直的平衡位置回歸。以下分別介紹國(guó)內(nèi)外一些主要的兩輪自平衡機(jī)器人 。兩輪自平衡小車也是移動(dòng)機(jī)器人的一種。 本系統(tǒng) 以 MC9S12XS128MAA 單片機(jī)為核心，其中還包括傾角檢測(cè)模塊、速度檢測(cè)模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、路徑檢測(cè)模塊、撥碼盤組成。本智能車可以沿著特殊的路徑進(jìn)行智力的行走。 功率小，使電池能長(zhǎng)時(shí)間的供電，節(jié)省資源。它由車架上方所附的重物模擬實(shí)際車中的駕駛者。但其平衡表現(xiàn)很出色，獲得了第一屆年度 Robolymipics39。 2）哈爾濱工業(yè)大學(xué)也有類似的雙輪直立自平衡機(jī)器人，該系統(tǒng)采用 DSP 作為控制核心。 通過(guò)上邊對(duì)國(guó)內(nèi)外對(duì)兩輪自平衡小車研究的表述可知，一般兩輪自平衡小車研究基礎(chǔ)大多是倒立擺模型，而且研究最多的是有質(zhì)心的小車，通過(guò)質(zhì)心可以更好的控制小車的直立。要求小車能夠直立的行走。 硬件方面的總體設(shè)計(jì) (1) 主控使用 112 引腳的 MC9S12XS128 芯片，因?yàn)槠湟_ IO 多，可以控制的外圍較多的外圍設(shè)備； （ 2）整個(gè)系統(tǒng)由 、 3V、 5V 三種直流電供電。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)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(gè)系統(tǒng)的核心。 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 。上拉電阻控制寄存器 PUCR 和驅(qū)動(dòng)控制寄存器 RDR 與 PORTA 、 PORTB、 PORTE、 PORTK 共用。其使用與 PORTA 基本一樣。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(gè)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(duì) 固定的電池電源進(jìn)行處理得到為其他模塊供電的電壓。 + 電源需要用 LM1117 芯片實(shí)現(xiàn)。電