【文章內(nèi)容簡介】 CNTX 清 0，也就是說 PWMCNTX 不能被置 0以外 的數(shù)值， 圖 PWM 波 產(chǎn)生 的過程。 8 圖 PWM周期： ）（通道時(shí)鐘周期 1P W M P E R x ???T （ 2） 脈寬左對(duì)齊，起始高電平輸出，占空比計(jì)算公式： 100%1P W M P E Rx 1P W M D T Y x ????占空比 （ 3） 由于總線時(shí)鐘在調(diào)試過程中經(jīng)常會(huì)人為地進(jìn)行調(diào)整，而如果我們每次進(jìn)行調(diào)整都將再次對(duì)每個(gè) PWM 寄存器進(jìn)行 分頻，預(yù)分頻的調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期的輸出周期（舵機(jī) 100Hz 左右，電機(jī) 10KHz 左右），這樣給調(diào)試帶來了不便，故部分程序編寫進(jìn)行了相應(yīng)的處理： 頭文件中進(jìn)行如下宏定義： define Bus_Freq 80000000 //總線頻率 80MHz define PWM_PRCLK 0X22 //CH_A = CH_B = BUS_FREQ/4 define CH_A_FREQ 20200000 //時(shí)鐘 A 頻率 ,此值為 Bus_Freq 4 分頻后計(jì)算所得值 define CH_B_FREQ 20200000 //時(shí)鐘 B 頻率 ,此值為 Bus_Freq 4 分頻后計(jì)算所得值 define CH_SA_FREQ 1000000 //時(shí)鐘 SA 頻率 define CH_SB_FREQ 4000000 //時(shí)鐘 SB 頻率 define CH_SA_DIV CH_A_FREQ/(CH_SA_FREQ*2) //CH_SA_DIV = 4 define CH_SB_DIV CH_B_FREQ/(CH_SB_FREQ*2) //CH_SB_DIV = 1 //舵機(jī)頻率選擇 50～ 200Hz define ServoFreq 80//舵機(jī)頻率 100Hz(此處數(shù)值對(duì)應(yīng)舵機(jī)頻率） //DC 電機(jī)頻率選擇 0～ 25KHz define MotorFreq 20200//DC 電機(jī)頻率 20KHz(此處值對(duì)應(yīng)直流電機(jī)的工作頻率 ) 9 在 源文件中進(jìn)行如下處理： void pwm_init(void){ PWMPRCLK = PWM_PRCLK。 //ClockA,B 時(shí)鐘總線 =總線頻 /4=20MHz PWMSCLA = CH_SA_DIV。 //CH_SA_FREQ = CH_A_FREQ/CH_SA_DIV/2 PWMSCLB = CH_SB_DIV。 //ClockSA=ClockSB=8MHz/(2*4)=1MHz PWMCTL_CON45 = 1。 //組合 PWM45 PWMCTL_CON67 = 1。 //組合 PWM67 PWMCTL_CON23 = 1。 //組合 PWM23 PWMCLK_PCLK5 = 1。 //PWM5 使用 SA PWMCLK_PCLK3 = 1。 //PWM3 使用 SB PWMCLK_PCLK7 = 1。 //PWM7 使用 SB PWMPER45 = CH_SA_FREQ / ServoFreq。 //寫 PWM45 的周期寄存器，提供給舵機(jī) PWMPER23 = PWMPER67 = CH_SB_FREQ / MotorFreq。 //寫 PWM23,PWM67 的周期寄存器，提供給直流電機(jī) PWMPOL_PPOL5 = 1。 //極性為正 PWMPOL_PPOL3 = 1。 //極性相反 PWMPOL_PPOL7 = 0。 //極性相反 PWMCAE = 0x00。 //左對(duì)齊 PWME_PWME5 = 1。 //使能 PWM45 PWME_PWME3 = 1。 //PWM23 控制電機(jī)速度 PWME_PWME7 = 0。 } 經(jīng)過以上處理后，如果總線頻率 Bus_Freq 改變的話，我只要簡單計(jì)算新的 Bus_Freq經(jīng) PWM_PRCLK (此處為 4分頻 )分頻后的頻率，并將 CH_A_FREQ 聲明為新值，其它不作改變。如： Bus_Freq 開始為 32020000 經(jīng) 4 分頻 （ PWM_PRCLK=0x22）得時(shí)鐘 A頻率為 8 000000Hz，因此將 CH_A_FREQ 聲明為 8000000，經(jīng)公式 （ 4） 計(jì)算得 CH_SA_DIV = 4。若 Bus_Freq改為 80000000Hz，則 4分頻后時(shí)鐘 A頻率 20200000Hz，則將 CH_A_FREQ 聲明為 20200000 10 則通過公式（ 4）計(jì)算得 CH_SA_DIV=10。之所以能這樣處理的原因是 PWMSCLA、 PWMSCLB 能夠進(jìn)行 1*2， 2*2 直到 255*2 的連續(xù)分頻，這樣 CH_SA_DIV 可為 2～ 512 中任意一個(gè)偶數(shù)，而根據(jù)公式（ 4） 處理恰好可得到 2～ 512 中的偶數(shù)之一。 2__ ____ ?? F R E QSACH F R E QACHD IVSACH （ 4） 同時(shí)本程序編寫可很方便地對(duì)舵機(jī)工作頻率進(jìn)行軟調(diào)： define ServoFreq 100 //表示舵機(jī)工作頻率為 100Hz。根據(jù)公式 ： Se r v oF r e qF R E QSACHP WMP E R __45 ? （ 5） 計(jì)算得 PWMPER45=10000，而對(duì)應(yīng)舵機(jī)的 PWM通道（本設(shè)計(jì)中舵機(jī)用的是 PWM45）的 PWM周期根據(jù)公式（ 2）得： SST )1(1 1010 46 ???? 即對(duì)應(yīng)舵機(jī)頻率為 100Hz。同時(shí)其占空比可根據(jù)公式（ 3）求取。由于 PWPER45=10000，固PWMDTY45 的值變化范圍為 1～ 10000，即對(duì)應(yīng)的占空比可調(diào)值有 10000 個(gè)。實(shí)際中因舵機(jī)左右轉(zhuǎn)角位置限制使其可變的點(diǎn)數(shù)大概在 600 個(gè)左右。同理直流電機(jī)可調(diào)范圍根據(jù)公式（ 6）可得 PWMPER23=200；即： 100%*201P W M D T Y 231P W M P E R23 1P W M D T Y 23 ????占空比 所以 PWMDTY23 變化范圍為 0～ 201。 整體來說，此部分初始化相對(duì)復(fù)雜，其范圍也要求較為嚴(yán)格，并且直接關(guān)系到舵機(jī)、直流電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，如果對(duì)應(yīng)舵機(jī)的 PWM 通道的頻率設(shè)置過高（高于 200Hz），可以很明顯聽到舵機(jī)發(fā)出斷續(xù)聲響。 定時(shí) 函數(shù) 初始化 在編程時(shí)基本都會(huì)用到延時(shí)程序，但是延時(shí)程序的一大缺點(diǎn)就是造成系統(tǒng)資源嚴(yán)重浪費(fèi)，只要執(zhí)行延時(shí)程序，除了中斷函數(shù)的打斷，系統(tǒng)就只能等待，直到延時(shí)程序執(zhí)行完畢，系統(tǒng)才能繼續(xù)執(zhí)行，從程序的并行處理的角度來說，這樣的延時(shí)程序浪費(fèi)了高性能 MCU的處理能力。所以，本系統(tǒng)利用 XS128芯片 的定時(shí)器模塊，設(shè)計(jì)了一個(gè)定時(shí)函數(shù)，該定時(shí)函數(shù)的主要功能是：在程序中由用戶設(shè)定要定時(shí)的時(shí)間以后，定時(shí)開始，同時(shí)，系統(tǒng)可以接 11 著執(zhí)行其他的程序，定時(shí)時(shí)間到了之后，系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在該中斷服務(wù)程序中，用戶可以設(shè)置定時(shí)結(jié)束后想要完成的功能。這樣，從程序的并行處理來說，本系統(tǒng)充分利用了系統(tǒng)資源，提高了系統(tǒng)執(zhí)行的效率。 在定時(shí)器函數(shù)中，主要是把 MCCTL寄存器的 MCZI和 MCEN置 1，這樣可實(shí)現(xiàn)開定時(shí)器 ,中斷使能的功能。在設(shè)置寄存器之后，執(zhí)行 MCCNT=time*BUS_CLK，對(duì) MCCNT賦初值，其中 time為要 定時(shí)的時(shí)間 (us)， MCCNT為一個(gè)遞減計(jì)數(shù)器。寫 MCCNT會(huì)自動(dòng)清中斷標(biāo)志。 在定時(shí)結(jié)束后，即 MCCNT從初始值遞減為 0時(shí)，進(jìn)入其對(duì)應(yīng)中斷函數(shù) MDC_ISR()。 在 MDC_ISR()中斷函數(shù)中，先清標(biāo)志位 (MCFLG_MCZF=1)，再執(zhí)行定時(shí)后想要實(shí)現(xiàn)的功能，本系統(tǒng)中， ATD0CTL2 |= ATD0CTL2_ASCIE_MASK。 —— 開啟 ATD中斷使能 ATD0CTL5 = (ATD0CTL5_DJM_MASK|ATD0CTL5_SCAN_MASK)。 —— DJM位置 1是左對(duì)齊轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)， SCAN位置 1是使能 ATD持續(xù)轉(zhuǎn)換。 如上所示，在中斷服務(wù)程序中，用戶設(shè)置的功能是開啟 ATD0、 ATD1中斷使能，這樣一旦中斷的中斷觸發(fā)脈沖到來，對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序就可以被執(zhí)行了，進(jìn)而完成 ATD0或 ATD1中斷服務(wù)程序的功能。 第四章 信號(hào)采集與處理 本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)通過攝像頭采集圖像后對(duì)采集到的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理再據(jù)此判斷引導(dǎo)線（黑線）的位置及其變化趨勢，從而 運(yùn)用相應(yīng)的控制算法 對(duì)轉(zhuǎn)向和速度進(jìn)行控制 。由此可見信號(hào)采集和處理部分的重要性。而 對(duì)于攝像頭智能車來說，信號(hào)的采集與處理 又是較為復(fù)雜的一個(gè)部分 ， 本章內(nèi)容是設(shè)計(jì)中的 一個(gè)難點(diǎn)部分。 本 知識(shí) 本設(shè)計(jì)中在對(duì)信號(hào)采集與處理方案具體介紹前先論述傳感器及圖像信號(hào)的基本知識(shí)。這些內(nèi)容也是之后信號(hào)采集與處理方案分析的關(guān)鍵。 攝像頭 工作原理 在“飛思卡爾”智能汽車競賽中，根據(jù)信號(hào)提取方案的不同可以分成攝像頭組、光電組、電磁組等不同類型的智能車。本設(shè)計(jì)中所采用的是攝像頭組的方案，因此，圖像信號(hào)的提取是以 CCD攝像頭為基礎(chǔ)的。 12 攝像頭主要由鏡頭，圖像傳感芯片和外圍電路構(gòu)成。圖像傳感芯片又是其最重要的部分，攝像頭的指標(biāo)取決于圖像傳感芯片的指標(biāo)；該芯片要配以合 適的外圍電路才能工作，將它們制作在一塊電路板上，再配上鏡頭、外殼、引線和接頭，這就構(gòu)成了通常所見的攝像頭。 攝像頭通常引出三個(gè)端子，分別為電源端，地端和視頻信號(hào)端 （有的攝像頭還有一個(gè)音頻信號(hào)端） 。其中電源使用 12V 供電，視頻信號(hào)輸出為模擬信號(hào)，可以直接使用普通電視的視頻輸入端口輸入并顯示出來。 攝像頭的主要工作原理 介紹如下：傳感器 按 照 一定的分辨率，以隔行掃描的方式逐點(diǎn)掃描，當(dāng)掃描到某點(diǎn)時(shí)，就通過圖像傳感芯片將該點(diǎn)處圖像的灰度轉(zhuǎn)換成與灰度成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的電 壓 值，然后將此電壓值通過視頻信號(hào)端輸出。 這就像我們看 書一樣，我們會(huì)一行一行的看。然后，看完一頁 再 跳到下一頁。所不同的是，攝像頭是隔行掃描的，所以它會(huì)有奇場和偶場之分。 本設(shè)計(jì)所采用的 攝像頭每秒掃描 25幀 圖像，每 幀 又分奇、偶兩場，先奇場后偶場， 奇場時(shí)只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場時(shí)則只掃描偶數(shù)行。 故每秒掃描 50場圖像?？梢姡繄鲂盘?hào)持續(xù)時(shí)間為 20ms。 每場又有 310線（行），故每行的掃描時(shí)間大約為 64us。 攝像頭圖像信號(hào) 簡介 攝像頭 圖像信號(hào) 的 組成如圖 所示。 本部分內(nèi)容上海交通大學(xué)的技術(shù)報(bào)告的說明非常詳細(xì)，在此簡述如下： 當(dāng) 攝像頭 掃描完一行，視頻信號(hào)端 就輸出一 個(gè) 低于最低視頻信號(hào)電壓的電平，這樣 在 每行圖像對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)之后會(huì)有一個(gè)電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標(biāo)志。然后，跳過一行（因?yàn)閿z像頭是隔行掃描的方式），開始掃描新的一行，如此下去，直到掃描完該場的視頻信號(hào)，接著就會(huì)出現(xiàn)一段場消隱區(qū)。此區(qū)中有若干個(gè)復(fù)合消隱脈沖（簡稱消隱脈沖），在這些消隱脈沖中，有個(gè)脈沖它遠(yuǎn)寬于（即持續(xù)時(shí)間長于）其他的消隱脈沖，該消隱脈沖又稱為場同步脈沖，它是掃描換場的標(biāo)志。場同步脈沖標(biāo)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(jié)尾部分和下一場的開始部分 ， 要 等場消隱區(qū)過去，下一場的視頻信號(hào)才真正到來。 13 圖 圖像信號(hào)組成 攝像頭有兩個(gè)重要的指標(biāo)：分辨率和有效像素。分辨率實(shí)際上就是每場行同步脈沖數(shù)，這是因?yàn)樾型矫}沖數(shù)越多，則對(duì)每場圖像掃描的行數(shù)也越多。事實(shí)上，分辨率反映的是攝像頭的縱向分辨能力。有效像素常寫成兩數(shù)相乘的形式，如“ 320 240”，其中前一個(gè)數(shù)值表示單行視頻信號(hào)的精細(xì)程度，即行分辨能力；后一個(gè)數(shù)值為分辨率，因而有效像素=行分辨能力 分辨率。 攝像頭 的 選擇 攝像頭的性能，對(duì)本設(shè)計(jì)所述的一些算法影響較大。 關(guān)于攝像頭的選擇方 法，根據(jù)參賽經(jīng)驗(yàn)并參考其他說法總結(jié)如下： 攝像頭分黑白的和彩色的這兩種，為達(dá)到尋線目的，只需提取探測畫面的灰度信息，而并不使用色彩信息，所以本設(shè)計(jì)中采用黑白攝像頭，相較使用同等分辨率的彩色攝像頭而言，這樣可減少單片機(jī)采樣攝像頭輸出視頻信號(hào)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)，在軟件編寫方面也會(huì)方便很多。 關(guān)于 CCD和 CMOS攝像頭的選擇，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)我認(rèn)為 CCD攝像頭在動(dòng)態(tài)性能上面要優(yōu)于后者，但在穩(wěn)定性能方面不如 CMOS攝像頭。也就是說如果運(yùn)動(dòng)速度較快，用前者的效果要好于后者?；谠O(shè)計(jì)要求達(dá)到的速度已經(jīng)不滿足于低速巡線行駛，而要追 求盡可能高的速度，本設(shè)計(jì)最終選擇了 CCD攝像頭。另外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在市場上能買到的攝像頭參數(shù)中的輸入電流要盡量 選擇 大一點(diǎn)。 對(duì)于 攝像頭線數(shù) 的選擇 ， 大量實(shí)驗(yàn)顯示 線數(shù)不能太高，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的處理速度有限，線數(shù)越高， 盡管可提高縱向分辨能力，卻會(huì)減少單