【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： ）（通道時鐘周期 1P W M P E R x ???T （ 2） 脈寬左對齊，起始高電平輸出，占空比計算公式： 100%1P W M P E Rx 1P W M D T Y x ????占空比 （ 3） 由于總線時鐘在調(diào)試過程中經(jīng)常會人為地進行調(diào)整，而如果我們每次進行調(diào)整都將再次對每個 PWM 寄存器進行 分頻，預分頻的調(diào)整，以達到預期的輸出周期（舵機 100Hz 左右，電機 10KHz 左右），這樣給調(diào)試帶來了不便，故部分程序編寫進行了相應的處理： 頭文件中進行如下宏定義： 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 //時鐘 A 頻率 ,此值為 Bus_Freq 4 分頻后計算所得值 define CH_B_FREQ 20200000 //時鐘 B 頻率 ,此值為 Bus_Freq 4 分頻后計算所得值 define CH_SA_FREQ 1000000 //時鐘 SA 頻率 define CH_SB_FREQ 4000000 //時鐘 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 //舵機頻率選擇 50～ 200Hz define ServoFreq 80//舵機頻率 100Hz(此處數(shù)值對應舵機頻率） //DC 電機頻率選擇 0～ 25KHz define MotorFreq 20200//DC 電機頻率 20KHz(此處值對應直流電機的工作頻率 ) 9 在 源文件中進行如下處理： void pwm_init(void){ PWMPRCLK = PWM_PRCLK。 //ClockA,B 時鐘總線 =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 PWMPER23 = PWMPER67 = CH_SB_FREQ / MotorFreq。 //寫 PWM23,PWM67 的周期寄存器，提供給直流電機 PWMPOL_PPOL5 = 1。 //極性為正 PWMPOL_PPOL3 = 1。 //極性相反 PWMPOL_PPOL7 = 0。 //極性相反 PWMCAE = 0x00。 //左對齊 PWME_PWME5 = 1。 //使能 PWM45 PWME_PWME3 = 1。 //PWM23 控制電機速度 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）得時鐘 A頻率為 8 000000Hz，因此將 CH_A_FREQ 聲明為 8000000，經(jīng)公式 （ 4） 計算得 CH_SA_DIV = 4。若 Bus_Freq改為 80000000Hz，則 4分頻后時鐘 A頻率 20200000Hz，則將 CH_A_FREQ 聲明為 20200000 10 則通過公式（ 4）計算得 CH_SA_DIV=10。之所以能這樣處理的原因是 PWMSCLA、 PWMSCLB 能夠進行 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） 同時本程序編寫可很方便地對舵機工作頻率進行軟調(diào)： define ServoFreq 100 //表示舵機工作頻率為 100Hz。根據(jù)公式 ： Se r v oF r e qF R E QSACHP WMP E R __45 ? （ 5） 計算得 PWMPER45=10000，而對應舵機的 PWM通道（本設計中舵機用的是 PWM45）的 PWM周期根據(jù)公式（ 2）得： SST )1(1 1010 46 ???? 即對應舵機頻率為 100Hz。同時其占空比可根據(jù)公式（ 3）求取。由于 PWPER45=10000，固PWMDTY45 的值變化范圍為 1～ 10000，即對應的占空比可調(diào)值有 10000 個。實際中因舵機左右轉(zhuǎn)角位置限制使其可變的點數(shù)大概在 600 個左右。同理直流電機可調(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，此部分初始化相對復雜，其范圍也要求較為嚴格，并且直接關系到舵機、直流電機的響應時間和穩(wěn)定性。在實際應用中，如果對應舵機的 PWM 通道的頻率設置過高（高于 200Hz），可以很明顯聽到舵機發(fā)出斷續(xù)聲響。 定時 函數(shù) 初始化 在編程時基本都會用到延時程序，但是延時程序的一大缺點就是造成系統(tǒng)資源嚴重浪費，只要執(zhí)行延時程序，除了中斷函數(shù)的打斷，系統(tǒng)就只能等待，直到延時程序執(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，這樣的延時程序浪費了高性能 MCU的處理能力。所以，本系統(tǒng)利用 XS128芯片 的定時器模塊，設計了一個定時函數(shù)，該定時函數(shù)的主要功能是：在程序中由用戶設定要定時的時間以后，定時開始，同時，系統(tǒng)可以接 11 著執(zhí)行其他的程序，定時時間到了之后，系統(tǒng)進入中斷服務程序，在該中斷服務程序中，用戶可以設置定時結(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。 在定時器函數(shù)中，主要是把 MCCTL寄存器的 MCZI和 MCEN置 1，這樣可實現(xiàn)開定時器 ,中斷使能的功能。在設置寄存器之后，執(zhí)行 MCCNT=time*BUS_CLK，對 MCCNT賦初值，其中 time為要 定時的時間 (us)， MCCNT為一個遞減計數(shù)器。寫 MCCNT會自動清中斷標志。 在定時結(jié)束后，即 MCCNT從初始值遞減為 0時，進入其對應中斷函數(shù) MDC_ISR()。 在 MDC_ISR()中斷函數(shù)中，先清標志位 (MCFLG_MCZF=1)，再執(zhí)行定時后想要實現(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，在中斷服務程序中，用戶設置的功能是開啟 ATD0、 ATD1中斷使能，這樣一旦中斷的中斷觸發(fā)脈沖到來，對應的中斷服務程序就可以被執(zhí)行了，進而完成 ATD0或 ATD1中斷服務程序的功能。 第四章 信號采集與處理 本設計的控制系統(tǒng)通過攝像頭采集圖像后對采集到的圖像進行數(shù)據(jù)處理再據(jù)此判斷引導線（黑線）的位置及其變化趨勢，從而 運用相應的控制算法 對轉(zhuǎn)向和速度進行控制 。由此可見信號采集和處理部分的重要性。而 對于攝像頭智能車來說，信號的采集與處理 又是較為復雜的一個部分 ， 本章內(nèi)容是設計中的 一個難點部分。 本 知識 本設計中在對信號采集與處理方案具體介紹前先論述傳感器及圖像信號的基本知識。這些內(nèi)容也是之后信號采集與處理方案分析的關鍵。 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。本設計中所采用的是攝像頭組的方案，因此，圖像信號的提取是以 CCD攝像頭為基礎的。 12 攝像頭主要由鏡頭，圖像傳感芯片和外圍電路構成。圖像傳感芯片又是其最重要的部分，攝像頭的指標取決于圖像傳感芯片的指標；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，這就構成了通常所見的攝像頭。 攝像頭通常引出三個端子，分別為電源端，地端和視頻信號端 （有的攝像頭還有一個音頻信號端） 。其中電源使用 12V 供電，視頻信號輸出為模擬信號，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掃描，當掃描到某點時，就通過圖像傳感芯片將該點處圖像的灰度轉(zhuǎn)換成與灰度成一一對應關系的電 壓 值，然后將此電壓值通過視頻信號端輸出。 這就像我們看 書一樣，我們會一行一行的看。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，所以它會有奇場和偶場之分。 本設計所采用的 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， 奇場時只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場時則只掃描偶數(shù)行。 故每秒掃描 50場圖像?？梢?，每場信號持續(xù)時間為 20ms。 每場又有 310線（行），故每行的掃描時間大約為 64us。 攝像頭圖像信號 簡介 攝像頭 圖像信號 的 組成如圖 所示。 本部分內(nèi)容上海交通大學的技術報告的說明非常詳細，在此簡述如下： 當 攝像頭 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，這樣 在 每行圖像對應的電壓信號之后會有一個電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標志。然后，跳過一行（因為攝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，接著就會出現(xiàn)一段場消隱區(qū)。此區(qū)中有若干個復合消隱脈沖（簡稱消隱脈沖），在這些消隱脈沖中，有個脈沖它遠寬于（即持續(xù)時間長于）其他的消隱脈沖，該消隱脈沖又稱為場同步脈沖，它是掃描換場的標志。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(jié)尾部分和下一場的開始部分 ， 要 等場消隱區(qū)過去，下一場的視頻信號才真正到來。 13 圖 圖像信號組成 攝像頭有兩個重要的指標：分辨率和有效像素。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。事實上，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”，其中前一個數(shù)值表示單行視頻信號的精細程度，即行分辨能力；后一個數(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，對本設計所述的一些算法影響較大。 關于攝像頭的選擇方 法，根據(jù)參賽經(jīng)驗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，所以本設計中采用黑白攝像頭，相較使用同等分辨率的彩色攝像頭而言，這樣可減少單片機采樣攝像頭輸出視頻信號的負擔，同時，在軟件編寫方面也會方便很多。 關于 CCD和 CMOS攝像頭的選擇，根據(jù)實際經(jīng)驗我認為 CCD攝像頭在動態(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。也就是說如果運動速度較快，用前者的效果要好于后者。基于設計要求達到的速度已經(jīng)不滿足于低速巡線行駛，而要追 求盡可能高的速度，本設計最終選擇了 CCD攝像頭。另外，根據(jù)經(jīng)驗，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。 對于 攝像頭線數(shù) 的選擇 ， 大量實驗顯示 線數(shù)不能太高，因為單片機的處理速度有限，線數(shù)越高， 盡管可提高縱向分辨能力，卻會減少單