【文章內(nèi)容簡介】 控制舵機的脈沖可以使用MCS9S12DG128 +45 的1路PWM產(chǎn)生。單片機中有8路獨立的PWM輸出端口，可以將其中相鄰的2路PWM輸出級聯(lián)成一個 16位PWM輸出。在單片機總線頻率為24MHz的時 1100 1500 1900 脈寬/181。s侯，設(shè)置級聯(lián)PWM周期常數(shù)為60000，對應(yīng)PWM 周期為20ms，ＰＷＭ占空比常數(shù)為4500對應(yīng)－45輸出為1..5ms。改變占空比常數(shù)可以改變輸出脈沖 圖13舵機輸出轉(zhuǎn)角與控制信號 的寬度。 脈寬之間的關(guān)系車模采用大賽組統(tǒng)一提供的SRM102型舵機，工作電源為6V。影響舵機控制特性的一個主要參數(shù)是舵機的響應(yīng)速度即舵機輸出軸 轉(zhuǎn)動 角速度， 這個參數(shù)一般以舵機輸出轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)60176。所需要的時間表示。SRM 176。舵機轉(zhuǎn)動一定角度有時間延遲，時間延遲正比于旋轉(zhuǎn)過的角度，反比于舵機的響應(yīng)速度。通過后面控制策略分析可知，舵機的響應(yīng)速度直接影響模型車通過彎道時的最高速度，提高舵機的響應(yīng)速度是提高模型車平均速度的關(guān)鍵。盡量選擇最大的輸出電壓，可以提高舵機的響應(yīng)速度。大賽規(guī)則不允許采用升壓電路為為舵機提供工作電源。提高舵機控制前輪轉(zhuǎn)向速度的另外一個方法是采用杠桿原理，在舵機的輸出轉(zhuǎn)盤上安裝一個較長的輸出臂，將轉(zhuǎn)向傳動桿連接在輸出臂末端。這樣就可以在舵機輸出較小的轉(zhuǎn)角下，取得較大的前輪轉(zhuǎn)角，從而提高了整個車模轉(zhuǎn)向控制速度。連接方式如圖14所示。 圖 14 舵機輸出結(jié)構(gòu)示意圖 此外，將驅(qū)動舵機脈沖波形的周期從原來的20ms減小到10ms增加舵機控制信號的更新頻率，減少舵機控制環(huán)節(jié)中延時。 電池電壓檢測 蓄電池電壓的大小不僅影響電機轉(zhuǎn)速，同時也對其他電源模塊也有影響。檢測電池電壓不但可以為后面控制策略提供控制參數(shù)，同時也可以在調(diào)試過程中提供電池電壓報警信號。電池電壓可以通過電阻分壓后通過單片機的A/D輸入端口進行測量。 加速度傳感器 加速度傳感器可以測量車模運行穩(wěn)定性、車輪是否打滑以及賽道是否有坡道等信息。通過這些信息可以調(diào)整模型車速度保證運行穩(wěn)定性。選擇在車模上安裝1個或是2個加速度傳感器輔助判斷車模的穩(wěn)定性。 MC9S12DG128單片機介紹 HCS12原理及應(yīng)用PWM模塊介紹 開始介紹該MCU的PWM模塊。PWM 調(diào)制波有 8 個輸出通道，每一個輸出通道都可以獨立的進行輸出。每 一個輸出通道都有一個精確的計數(shù)器（計算脈沖的個數(shù)），一個周期控制寄存器 和兩個可供選擇的時鐘源。每一個 PWM 輸出通道都能調(diào)制出占空比從 0—100% 變化的波形。PWM 的主要特點有：它有 8 個獨立的輸出通道，并且通過編程可控制其輸出波形的周期。每一個輸出通道都有一個精確的計數(shù)器。每一個通道的 PWM 輸出使能都可以由編程來控制。PWM 輸出波形的翻轉(zhuǎn)控制可以通過編程來實現(xiàn)。周期和脈寬可以被雙緩沖。當通道關(guān)閉或 PWM 計數(shù)器為 0 時，改變周期和脈寬才起作用。8 字節(jié)或 16 字節(jié)的通道協(xié)議。有 4 個時鐘源可供選擇（A、SA、B、SB），他們提供了一個寬范圍的時 鐘頻率。通過編程可以實現(xiàn)希望的時鐘周期。具有遇到緊急情況關(guān)閉程序的功能。 每一個通道都可以通過編程實現(xiàn)左對齊輸出還是居中對齊輸出。 HCS12原理及應(yīng)用PWM寄存器說明1 PWM啟動寄存器PWMEPWME 寄存器每一位如圖 1 所示： 復(fù)位默認值：0000 0000B圖 1 PWME 寄存器每一個PWM 的輸出通道都有一個使能位 PWMEx 。它相當于一個開關(guān)，用來啟動和關(guān)閉相應(yīng)通道的 PWM 波形輸出。當任意的 PWMEx 位置 1，則相關(guān)的 PWM 輸出通道就立刻可用。用法： PWME7=1 通道7 可對外輸出波形PWME7=0 通道7 不能對外輸出波形 注意：在通道使能后所輸出的第一個波形可能是不規(guī)則的。當輸出通道工作在串聯(lián)模式時（PWMCTL 寄存器中的 CONxx 置1），那么）使能相應(yīng)的 16 位 PWM 輸出通道是由 PWMEx 的高位控制的，例如 ：設(shè)置 PWMCTL_CON01 = 1,通道0、1級聯(lián)，形成一個16位 PWM 通道，由通道 1 的使能位控制 PWM 的輸出。PWM時鐘選擇寄存器PWMCLKPWMCLK 寄存器每一位如圖3 所示： 復(fù)位默認值：0000 0000B圖2 PWMCLK 寄存器S12的PWM 共有四個時鐘源，每一個 PWM 輸出通道都有兩個時鐘可供選擇（ClockA、ClockSA 或Clock B、ClockSB））。其中0、5 通道可選用ClockA和ClockSA，7 通道可選用ClockB、ClockSB 通道。該寄存器用來實現(xiàn)幾個通道時鐘源的選擇。用法： PCLK0 = 1 通道0（PTP0）的時鐘源設(shè)為ClockSA PCLK2 = 0 通道2（PTP2）的時鐘源設(shè)為ClockB HCS12原理及應(yīng)用PWM寄存器說明2 PWM預(yù)分頻寄存器PWMPRCLKPWMPRCLK 寄存器每一位如圖3 所示： 復(fù)位默認值：0000 0000B圖 3 PWMPRCLK 寄存器PWMPRCLK 寄存器包括ClockA預(yù)分頻和ClockB預(yù)分頻的控制位。ClockA、ClockB的值為總線時鐘的1/2n (0≤n≤7)，具體設(shè)置參照圖4和圖5圖 4 Clock A 預(yù)分頻設(shè)置圖5 Clock B 預(yù)分頻設(shè)置PCKB0~PCKB2 是對ClockB進行預(yù)分頻。PCKA0~PCKA2 是對ClockA進行預(yù)分頻。PWM分頻寄存器PWMSCLA、PWMSCLBPWMSCLA 寄存器每一位如圖 6 所示：圖6 PWMSCLA寄存器Clock SA 是通過對 PWMSCLA 寄存器的設(shè)置來對ClockA 進行分頻而產(chǎn)生的。其計算公式為：Clock SA=Clock A /(2*PWMSCLA)PWMSCLB 寄存器與PWMSCLA 寄存器相似，Clock SB 就是通過對PWMSCLB 寄存器的設(shè)置來對 ClockB 進行分頻而產(chǎn)生的。其計算公式為：Clock SB=Clock B /(2*PWMSCLB) PWM寄存器說明3PWM極性選擇寄存器PWMPOLPWMPOL 寄存器每一位如圖7 所示：該寄存器是0～7通道PWM輸出起始極性控制位，用來設(shè)置PWM輸出的起始電平。 用法：PWMPOL_PPOL0=1 通道 0 在周期開始時輸出為高電平，當計數(shù)器等于占空比寄存器的值時，輸出為低電平。對外輸出波形先是高電平然后再變?yōu)榈碗娖?。PWM波形對齊寄存器PWMCAEPWMCAE 寄存器每一位如圖 8 所示：圖 8 PWMCAE 寄存器PWMCAE 寄存器包含 8 個控制位來對每個 PWM 通道設(shè)置左對齊輸出或中心對齊輸出。用法: PWMCAE_CAE0 = 1 通道0 中心對齊輸出 PWMCAE_CAE7 = 0 通道7 左對齊輸出注意：只有輸出通道被關(guān)閉后才能對其進行設(shè)置，即通道被激活后不能對其進行設(shè)置。 PWM工作原理S12微控制器PWM模塊是由獨立運行的8位脈沖計數(shù)器PWMCNT、兩個比較寄存器PWMPER和PWMDTY組成。左對齊方式在該方式下，脈沖計數(shù)器為循環(huán)遞增計數(shù)，計數(shù)初值為0 。當PWM使能后，計數(shù)器PWMCNT從0開始對時鐘信號遞增計數(shù)，開始一個輸出周期。當計數(shù)值與占空比常數(shù)寄存器PWMDTY相等時，比較器1輸出有效，將觸發(fā)器置位，而PWMCNT繼續(xù)計數(shù)；當計數(shù)值與周期常數(shù)寄存器PWMPER相等時，比較器2輸出有效，將觸發(fā)器復(fù)位，同時PWMCNT也復(fù)位，結(jié)束一個輸出周期。原理參照圖14：圖14 PWM左對齊方式中心對齊方式在該方式下，脈沖計數(shù)器為雙向計數(shù)，計數(shù)初值為0 。當PWM使能后，計數(shù)器PWMCNT從0開始對時鐘信號遞增計數(shù)，開始輸出一個周期。當計數(shù)器與占空比常數(shù)寄存器PWMDTY相等時，比較器1輸出有效，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，而PWMCNT繼續(xù)計數(shù)，當計數(shù)值與周期常數(shù)PWMPER相等時，比較器2輸出有效，此時改變PWMCNT的計數(shù)方向，使其遞解計數(shù)；當PWMCNT再次與PWMDTY相等時，比較器1再一次輸出有效，使觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，而PWMCNT繼續(xù)遞減計數(shù)等待PWMCNT減回至0，完成一個輸出周期。原理參照圖6:圖15 中心對齊方式周期計算方法左對齊方式：輸出周期 = 通道周期 PWMPERx中心對齊方式：輸出周期 = 通道周期 PWMPERx 2脈寬計算方法左對齊方式：占空比 = [ (PWMPERx PWMDTYx) / PWMPERx ] 100%中心對齊方式：占空比 = [ PWMDTYx / PWMPERx ] 100% 飛思卡爾核心板XS128_112 系統(tǒng)板使用說明歡迎使用智能車制作網(wǎng)站推出的 XS128_112 系統(tǒng)板，請在使用前仔細閱讀以下內(nèi)容：1. S1用來確定 BDM 接口定義模式，焊接 51 歐電阻至板上標識的圓點處 BDM 接口為清華定義，否則為飛思卡爾定義。2. S2用來連接 LM1881 與單片機 AD0 引腳，焊接 0 歐電阻或直接用焊錫連接該處單片機AD0 引腳將與 LM1881 視頻輸入引腳連接，這樣在 AD0 引腳輸入模擬視頻信號，單片機即可對視頻信號進行采集同時板載 LM1881 進行視頻信號分離。3. S3用來連接 LM1881 奇偶場輸出引腳與單片機的 PA0，焊接 0 歐電阻或直接用焊錫連接該處 LM1881 奇偶場輸出引腳將與單片機 PORTA0 連接，此時設(shè)定 PA0 為輸入端，即可完成對視頻信號奇偶場的識別。4. MODESET單片機運行模式設(shè)置，默認情況下焊接 3 個 電阻至此則為單片運行模式，若需要更改單片機的運行模式，可將此處電阻焊下，通過對引腳 PE4,PE5,PE6,PE7 輸入對應(yīng)高低電平則可更改運行模式。 2．系統(tǒng)板引腳圖第3節(jié) 智能小車的設(shè)計步驟智能小車的設(shè)計主要分為以下幾個步驟： ①掌握開發(fā)工具的基本使用方法 ②小車的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 ③小車的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計 ④小車的驅(qū)動電路設(shè)計 ⑤算法設(shè)計 ⑥軟件設(shè)計 ⑦系統(tǒng)整體調(diào)試階段⑧相關(guān)技術(shù)參數(shù) 第二章 智能汽車的設(shè)計與實現(xiàn)第1節(jié) 開發(fā)工具介紹與使用方法 CodeWarrior for HCS12 簡介 Metrowerks 公司提供的 CodeWarrior for HCS12 教學(xué)用版本，它是面向以 HC12 或 S12 為 CPU 的單片機嵌入式應(yīng)用開發(fā)的軟件包，包括集成開發(fā)環(huán)境 IDE、處理專家?guī)欤酒抡?、C 交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及BDM 調(diào)試器。如同多數(shù)軟件開發(fā)商一樣，Metrowerks 公司提供 CodeWarrior的教學(xué)版本（Special Edition），使用教學(xué)版本對成的代碼有一定的限制，不能超過 12KB，對工程包含的文件數(shù)目限制在了 30 個以內(nèi)[3]。雖然存在著這些限制，但是對于我們這次的智能車系統(tǒng)的開發(fā)已經(jīng)是足夠了。關(guān)于CodeWarrior for HCS12 的詳細使用說明，請參閱 freescale 網(wǎng)站上的技術(shù)手冊（）。 BDM 開發(fā)工具 后臺調(diào)試模式（Background Debug Mode）是當代單片機普遍采用的調(diào)試方式之一，在 BDM 模式下主要可以實現(xiàn)一下 3 個方面的功能[3]： 首先是應(yīng)用程序的下載與在線更新。在 BDM 模式下，可以對 Flash 做寫入和擦除操作，故可以在產(chǎn)品出廠前即將應(yīng)用程序下載的產(chǎn)品當中去，也可以在產(chǎn)品出廠后更應(yīng)用程序。BDM 模式的另一功能是做單片機內(nèi)部資源的配置與修復(fù)，程序的加密處理等。一些 MCU 的內(nèi)部寄存器只能在 BDM 模式下操作，特別是一些單片機內(nèi)部詞源配置的寄存器。 BDM 的第三個功能室做應(yīng)用程序的動態(tài)調(diào)試。S12 系列單片機的 BDM調(diào)試模式有這種功能。和多時現(xiàn)代單片機一向，S12 單片機 CPU 內(nèi)部使用了 4 級流水線結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得 CPU 的讀取指令，解釋指令，執(zhí)行指令等操作看起來好像是并行的。S12 單片機是 16 位單片機，每次讀操作可以讀入 2 條指令，對于下一個度指令周期來說，就可能是一個空周期。BDM模式