【文章內容簡介】 改 )預分頻器，計數器時鐘頻率的分頻系數為 1～65536之間的任意數值。 3. 4個獨立通道：輸入捕獲、輸出比較、 PWM生成 (邊緣或中間對齊模式 )、單脈沖模式輸出。 4. 使用外部信號控制定時器和定時器互連的同步電路。 5. 如下事件發(fā)生時產生中斷 /DMA：更新：計數器向上溢出 /向下溢出，計數器初始化 (通過軟件或者內部 /外部觸發(fā) )； 觸發(fā)事件 (計數器啟動、停止、初始化或者由內部 /外部觸發(fā)計數 )； 輸入捕獲；輸出比較。 6. 支持針對定位的增量 (正交 )編碼器和霍爾傳感器電路。 7. 觸發(fā)輸入作為外部時鐘或者按周期的電流管理。 對通用定時器 TIMx 功能簡要描述如下 [7]： 時基單元可編程通用定時器的主要部分是一個 16 位計數器和與其相關的自動裝載寄存器。這個計數器可以向上計數 、向下計數或者向上向下雙向計數。此計數器時鐘由預分頻器分頻得到。時基單元包含計數器寄存器 (TIMx_CNT)、預分頻器寄存器 (TIMx_PSC)和自動裝載寄存器 (TIMx_ARR)，它們都可以由軟件讀寫，在計數器運行時仍可以讀寫。預分頻寄存器用于設定計數器的時鐘頻率；自動裝載寄存器 的內容是預先裝載的，其內容被永久的保存在影子寄存器，或每次更新事件 UEA 發(fā)生時傳送到影子寄存器；當計數器達到溢出條件且當 TIMx_CR1寄存器中的 UDIS 位為 0 時，產生更新事件。更新事件也可由軟件產生。 定時器工作模式有計數器模式、輸入捕獲模式、 PWM 輸入模式、強制輸出模式、 PWM 模式等，根據設計要求，定時器應配置成 PWM模式生成不同占空比的 PWM波。以下對 PWM 模式做簡要介紹。 脈沖寬度調制（ PWM）模式可以產生一個由 TIMx_ARR 寄存器確定頻率、由TIMx_CCRx 寄存器確定占空比的信號。在 TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxM 位寫入‘ 110’ (PWM 模式 1)或 ‘ 111’ (PWM 模式 2)，能夠獨立地設置每個 OCx 輸出通道產生一路 PWM。使用 PWM 模式，必須通過設置 TIMx_CCMRx 寄存器的 OCxPE 位使能相應的預裝載寄存器，最后還要設置 TIMx_CR1 寄存器的 ARPE 位， (在向上計畢業(yè)設計（論文） 6 數或中心對稱模式中 )使能自動重裝載的預裝載寄存器。因為僅當發(fā)生一個更新事件的時候，預裝載寄存器才能被傳送到影子寄存器，因此在計數器開始計數之前，必須通過設置 TIMx_EGR 寄存器中的 UG 位來初始化所有的寄存器。 OCx 的極性可 以通過軟件在 TIMx_CCER 寄存器中的 CCxP 位設置，它可以設置為高電平有效或低電平有效。 OCx 的輸出使能通過 (TIMx_CCER 和 TIMx_BDTR 寄存器中 )CCxE、CCxNE、 MOE、 OSSI和 OSSR位的組合控制。在 PWM模式 (模式 1或模式 2)下， TIMx_CNT和 TIMx_CCRx 始終在進行比較，依據計數器的計數方向以確定是否符合TIMx_CCRx≤ TIMx_CNT 或者 TIMx_CNT≤ TIMx_CCRx。 根據 TIMx_CR1 寄存器中 CMS位的狀態(tài)，定時器能夠產生邊沿對齊的 PWM 信號或中央對齊 的 PWM信號 [8]。 PWM 輸出信號的占空比由 TIMx_CRRx 寄存器確定的。其公式為“占空比=(TIMx_CRRx/TIMx_ARR)*100%”，因此，可以通過向 CRR 中填入適當的數來輸出自己所需的頻率和占空比的方波信號，進而實現本設計中調速功能。 小車及其驅動器介紹 小車結構及功能簡介 所謂小車控制實際上就是電機控制，本論文所設計的小車分為電機系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、避障和循跡系統(tǒng)五大結構。 電機系統(tǒng)使用兩個電機（ A和 B），設定正轉、反轉和停止三種狀態(tài)，分別控制左輪和右輪，通過兩 個電機的轉動狀態(tài)切換控制小車的行駛方向，例如前進、后退、左轉、右轉，實現小車的基本運動功能；通過對電機轉速的調節(jié)控制小車的運動速度。根據實際情況，假設兩個電機相對安裝，則表 11 是電機轉動狀態(tài)與小車運動方向的關系表 。 表 11 電機轉動狀態(tài)與小車運動方向關系表 運動狀態(tài) 電機 A（右輪） 電機 B（左輪） 前進 正轉 反轉 后退 反轉 正轉 右轉 停止 正轉 左轉 正轉 停止 畢業(yè)設計（論文） 7 小車的顯示系統(tǒng)，即小車裝有液晶顯示器（ 128 64），初始化由編程設定，小車運動過程中實時顯示小車的運動參數，并可在以后予以擴 展，根據實際運用的需要顯示更多內容。 小車的控制系統(tǒng)為按鍵開關式的鍵盤，設定小車啟動 /停止、自由行走模式 /循跡模式、加速 /減速六種狀態(tài)，最初都賦以高電平，當按鍵被按下時，即觸發(fā)低電平，使小車按相應狀態(tài)運動。 小車避障系統(tǒng)，即在自由行走模式下通過觸角傳感器對障礙物檢測，使小車實現自動避障功能。 小車循跡系統(tǒng)，即在循跡模式下通過紅外探測器對黑跡不斷進行檢測，自動識別路線，使小車按指定的路線行駛。 電機驅動電路簡介 電機驅動電路采用 L298 芯片控制，其內部原理圖如圖 。 L298 是恒壓恒流雙 H 橋集成 電機芯片，可同時控制兩個電機，且輸出電流可達到 2A。直流電機驅動電路使用最廣泛的就是 H型全橋式電路，這種驅動電路可以很方便實現直流電機的四象限運行，分別對應正轉、正轉制動、反轉、反轉制動。 圖 L298內部原理圖 全橋式驅動電路的 4 只開關管都工作在斬波狀態(tài)，如圖 所示， S S2為一組， S S4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補，一組導通則另一組必須關斷。當S S2 導通時， S S4 關斷，電機兩端加正向電壓，可以實現電機的正轉或反轉制動；當 S S4 導通時， S S2 關斷，電機兩端為反向電 壓，電機反轉或正轉制動。 S2 S3 S4 S1 畢業(yè)設計（論文） 8 在小車動作的過程中，我們要不斷地使電機在四個象限之間切換，即在正轉和反轉之間切換，也就是在 S S2 導通且 S S4 關斷，到 S S2 關斷且 SS4 導通，這兩種狀態(tài)之間轉換。在這種情況下，理論上要求兩組控制信號完全互補，但是，由于實際的開關器件都存在開通和關斷時間，絕對的互補控制邏輯必然導致上下橋臂直通短路，比如在上橋臂關斷的過程中，下橋臂導通了。這個過程可用圖 。 圖 因此，為了避免直通短路且保證各個開關管動作之間的協(xié)同性和同步性，兩組控制信號在 理論上要求互為倒相的邏輯關系，而實際上卻必須相差一個足夠的死區(qū)時間，這個矯正過程既可以通過硬件實現，即在上下橋臂的兩組控制信號之間增加延時，也可以通過軟件實現。 對于 PWM（脈沖寬度調制）控制，通常配合橋式驅動電路實現直流電機調速，非常簡單，且調速范圍大，它的原理就是直流斬波原理。若 S S4 關斷， SS2 受 PWM 控制，假設高電平導通，忽略開關管損耗，則在一個周期內的導通時間為 t，周期為 T，則電機兩端的平均電壓為： U=Vcc*t/ T=α *Vcc ，其中 α =t/T稱為占空比， Vcc 為電源電壓（電源電壓減 去兩個開關管的飽和壓降） [9]。 PWM的占空比 α 決定輸出到直流電機電樞電壓的平均電壓，進而決定了直流電機的轉速。 L298 的 EN A（第 6引腳）、 EN B（第 11 引腳）分別與兩路 PWM 波輸出端相連，控制電機是否轉動。 IN1IN4 兩對 I/O 輸入，控制電機轉動方向。 SENSE A、SENSE B 為電流反饋引腳。 Vss 電壓最小為 ，最大可達 36V； Vs 電壓最大值也是 36V。但經過實驗， Vs電壓應該比 Vss 電壓高，否則有時會出現失控現象。 畢業(yè)設計（論文） 9 第 2 章 小車控制系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)功能實現及需求分析 本設 計采用 STM32F103 芯片作為控制器來實現對小車電機、液晶顯示模塊、外置鍵盤、傳感器探測等外設的控制是一個合理的解決方案。 STM32F103 具有豐富的外設接口、實時性強等優(yōu)點，采用模塊化設計，滿足實際需要及擴展；用液晶顯示模塊可以實時顯示小車的工作狀態(tài)，比如顯示小車是處在自由行走模式還是在循跡模式等；利用鍵盤的外部輸入實現對小車行走模式的選擇和速度的步進調節(jié)；利用傳感器檢測外界信息，實現小車簡單的避障和循跡功能?；谠O計功能需求，本設計采用的是低電平觸發(fā)的按鍵開關式 鍵盤，這樣可以合理地利用硬件資源，操作簡 便，并且編程靈活。 本論文設計的小車控制系統(tǒng)框圖如圖 所示。 圖 電機控制系統(tǒng)框圖 由系統(tǒng)框圖可看出，小車整個控制系統(tǒng)設計主要包括電機驅動、液晶顯示、鍵盤擴展電路、觸角傳感電路、紅外收發(fā)檢測電路等模塊。整個系統(tǒng)的硬件電路設計原理圖見附錄，下面分別介紹各部分模塊的設計。 畢業(yè)設計（論文） 10 主要電路設計 STM32F103 及