【正文】 OS 管的電荷泵和內(nèi)部ＰＷＭ發(fā)生器，可進行速度和方向控制而且功耗很低，同時具有過壓（ 20V）、欠壓（ ）保護功能，以及反向電源有源保護功能。 TD340 內(nèi)含可調(diào)的頻率開關(guān)（ 0~25KHZ）及待機 模式，且集成有看門狗和復位電路。除此之外， TD340 芯片還具有Ｈ橋直流電機部分和微控制器之間的必要接口。直流電機的速度和方向可由外界輸入給 TD340 的信號來控制。其中速度由 PWM 來控制，當然 也可以接受外部的ＰＷＭ信號。當 TD340 的 CF 端通過電容接地時， 0~5V 的模擬輸入即可產(chǎn)生 PWM 輸出。實際上，當 CF 端直接接地時，輸入TD340 的數(shù)字信號就可直接產(chǎn)生 PWM 信號。 上圖中的 MOSFET 管采用 IRF3205。 IRF3205 的優(yōu)點是開關(guān)速度快，通路電阻低和電壓門信號低，適合于大電流和低電壓運行。當加上一個足 夠的門信號電壓時，功率MOSFET 的通路電阻小于常規(guī)二極管 而在沒有門信號電壓的情況下，它具有常規(guī)二極管的反向特性。每個 MOSFET 并聯(lián)一個穩(wěn)壓管，使得任何一個通路導通時直流電機兩端電壓恒定。 速度檢測模塊 測速原理：速度傳感模塊采用光電傳感器加法蘭盤的方式實現(xiàn)。把具有 20 個齒的法蘭盤安裝在小車后輪軸，隨電機驅(qū)動后軸轉(zhuǎn)動使法蘭盤隨之等速度轉(zhuǎn)動。利用紅外透射 東北大學秦皇島分校畢業(yè) 設計（論文） 第 24 頁 式傳感器檢測到的通斷脈沖個數(shù)就能測量出小車后輪轉(zhuǎn)速，再結(jié)合已知輪胎直徑（ 5cm）就能計算出小車的行駛速度，達到測速的目的。 小車后輪旋轉(zhuǎn)帶動光碼盤 旋轉(zhuǎn)，當紅外發(fā)射管發(fā)射出的紅外光遇到法蘭盤的齒的時候，紅外光被遮擋，至紅外接收管接收不到發(fā)射管發(fā)射的紅外光，光電開關(guān)處于斷開狀態(tài)；而當紅外光遇到間隙的時候 ，接收管便可接受到紅外光線，紅外接收管處于導通狀態(tài)。這樣，紅外接收 管輸出間隔的高低電平。將此信號再通過 CD40106 進行整形，送入單片機中，便可實現(xiàn)對車速的檢測。 速度檢測原理圖如圖 。 3211311144567 891012CD40106cesuVDD_other10kR6IOC1R161201243U6 圖 速度檢測原理圖 假設 n 為后軸的轉(zhuǎn)速（單位為 r/s） 。N 為一個采樣周期 T 內(nèi) ECT 模塊記錄的脈沖的個數(shù)； P 為法蘭盤的齒數(shù)； T 為采樣周期 (單位為 s)。 則： N=T*n*P 因此小車后輪的轉(zhuǎn)速為： n=N/(P*T) 那么，小車的瞬時速度為： V=*n*D 這樣，就完成了對小車速度的測量。 東北大學秦皇島分校畢業(yè) 設計（論文） 第 25 頁 路徑識別模塊 本系統(tǒng) 采用 12 個 HIR383 設計的單排一字型排列方式。 在設計檢測電路 PCB 板的時候，考慮到小車重心應盡量靠近小車后軸，這樣不但可以防止小車前傾、穩(wěn)定性下降、轉(zhuǎn)彎不穩(wěn)的狀況，同時，也可以提高小車的動力性能。所以將檢測電路的 PCB 板盡量簡化，并設計接口電路，使得檢測電路與小車的控制電路連接簡單，準確。 采集板原理圖如圖 。 圖 采集板原理圖 考慮到紅外傳感器的檢測范圍，應注意安裝的相對地面高度、探出距離與角度。安裝紅外傳感器的過程中，做了反復的測試。從檢測結(jié)果來看，將傳感器安裝在距為最佳位置，在此位置，紅外接收管可接受到良好的紅外光。光電檢測電路板的支架采用具有一定硬度的鋁合金制作，安裝牢固可靠，使在小車發(fā)生急轉(zhuǎn)彎或撞車的時候，檢測電路板不至發(fā)生晃動，甚至變形，影響檢測效果。 采集板安裝實物圖如圖 。 東北大學秦皇島分校畢業(yè) 設計（論文） 第 26 頁 圖 采集板安裝實物圖 對于外界環(huán)境對光電管的影響，以及相鄰發(fā)射管的相互干擾問題，除了選用發(fā)射與接收一體化的紅外傳感器，用它們的外殼來抑制相互干擾之外，還將每個紅外傳感器安裝上等長的熱收縮管，實踐證明，當安裝上長度適宜的套管之后，相鄰發(fā)射管的干擾可完全抑制住。 東北大學秦皇島分校畢業(yè) 設計（論文） 第 27 頁 第 5 章 系統(tǒng)軟件設計 由于要求小車能夠自主識別路線，按照設定的軌跡行走，在不沖出跑道的前提下追求速度 。因此，程序設計的基本原則是，首先考慮小車的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上，盡量提高小車的速度。 （ 1）：主程序流程圖： 圖 主程序流程圖 主程序入口 各個模塊初始化 開中斷 傳感器信號輸入 Y 路徑信息識別 與上次路徑信息比較，進行 PID 運算 對電機和舵機進行控制 等待 N 信號有效？ Y N 有中斷？ 東北大學秦皇島分校畢業(yè) 設計（論文） 第 28 頁 系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu) 為了體現(xiàn)程序的系統(tǒng)性和連貫性，智能小車的控制軟件采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)。各個模塊有相應的數(shù)據(jù)接口，方便其它模塊調(diào)用，這樣，系統(tǒng)條理顯得清晰。主要包括：系統(tǒng)初始化模塊、路徑數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、速度檢測模塊、起跑線識別模塊，再有，為了系統(tǒng)調(diào)試方便，本系統(tǒng)還設計了串口調(diào)試模塊等。 時鐘初始化 單片機的晶振是 16MHz， MC9S12DG128在時鐘初始化后可以通過鎖相環(huán)將系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)時鐘提高到 48MHz，這里就用到了一些寄存器中的某些位，倍頻公式如下： ? ?? ?1_ 1_UEO S CCL K _V A L2BU S _CL K ????? V A L U ER E F D V V A L U ESY NR （ ） 其中， OSCCLK_VALUE——系統(tǒng)的外部晶振； REFDV_VALUE——系統(tǒng)時鐘分頻系數(shù)，在初始化中，它的值為 3； SYNR_VALUE——倍頻系數(shù)，它的 值為 3。 而 SYNR=SYNR_VALUE， REFDV=REFDV_VALUE， SYNR、 REFDV 就是寄存器中的對應位。 void CLK_init(void){ //鎖相環(huán) 24M SYNR=2。 REFDV=1。 //PLL=2*OSC*(SYNR+1)/(REFDV+1) while(!(CRGFLG amp。 0x08)){} //等待鎖相環(huán)穩(wěn)定 CLKSEL=CLKSEL_PLLSEL_MASK。 //設置鎖相環(huán)為內(nèi)部時鐘 } 串口初始化 可以看到， 不論 8位、 16位還是 32位單片機的最小系統(tǒng)都是通過異步串行口與人溝通的。使用串行通信接口 SCI(Serial Communication Interface)通信是計算機與人對話最傳統(tǒng)、最基本的方法，異步通信接口也成為通用異步接受器 /發(fā)送器 UART(Universal 東北大學秦皇島分校畢業(yè) 設計（論文） 第 29 頁 Asynchronous Receiver/Tansmitter)[6]。 為了便于調(diào)試，本系統(tǒng)利用串口通信接口 SCI實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 串口部分程序主要是初始化各寄存器，其中包括設置波特率、數(shù)據(jù)格式、接受發(fā)送功能使能、設置接受模式等。 串口初 始化函數(shù)： SCI_Init(uchar BUS_CLK, unsigned long BR)，它有兩個輸入變量，其中 BUS_CLK 是系統(tǒng)的時鐘頻率 ,BR 為波特率。通過此函數(shù)可直接設置串口的時鐘頻率、波特率。 AD 初始化 AD的初始化主要是設置一些相關(guān)的寄存器位，以 ATD0為例，相應的初始化如下。ATD0CTL2寄存器的 ADPU置 1，因為 ADPU是 AD的電源開關(guān)，置 1打開電源；把 AFFC置 1，這樣可使 ADC上電，快速清零 , 無等待模式 , 禁止外部觸發(fā) , 禁止中斷； ATD0CTL3的 S1C置 1，表示 每個序列 1次轉(zhuǎn)換 , No FIFO, Freeze模式下繼續(xù)轉(zhuǎn)換； ATD0CTL4的 SRES8置 1，這樣可實現(xiàn) 8位精度 ,因為 ATDClock=[BusClock*]/[PRS+1]，其中 BusClock =24MHz， PRS=1, 所以分頻系數(shù)為 4，即 AD時鐘為 6MHz；最后執(zhí)行 ATD0DIEN=0x00，實現(xiàn)禁止數(shù)字輸入 [7]。 void AD_Init(void) //AD初始化 { ATD0CTL2 = 0xC0 。 //控制寄存器 2：上電，標志位快速清零，關(guān)中斷 ATD0CTL3 = 0x7C。 //控制寄存器 3：轉(zhuǎn)換序列長度為 8， FIFO模式 ATD0CTL4 = 0x83。 //控制寄存器 4： 8位轉(zhuǎn)換精度， 8分頻 ATD0CTL5 = 0xB0。 //控制寄存器 5：從 0通道開始的多道連續(xù)無符號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果右對齊方式 ATD0DIEN=0x00。 // 禁止數(shù)字輸入緩沖 ATD1CTL2 = 0xC0 。 //控制寄存器 2：上電，標志位快速清零，關(guān)中斷 ； ATD1CTL3 = 0x7C。 //控制寄存器 3：轉(zhuǎn)換序列長度為 8， FIFO模式 ATD1CTL4 = 0x83。 //控制寄存器 4： 8位轉(zhuǎn)換精度， 8分頻 ATD1CTL5 = 0xB0。 //控制寄存器 5：從 0通道開始的多道連續(xù)無符號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn) 東北大學秦皇島分校畢業(yè) 設計（論文） 第 30 頁 換結(jié)果右對齊方式 ATD1DIEN=0x00； //禁止數(shù)字輸出 PWM初始化 PWM(Pulse Width Modulation)即脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制波是一種可用程序來控制波形占空比、周期、相位的波形。它在電動機驅(qū)動、 D/A變換等場合有著廣泛的應用。 PWM模塊特點： ? 8個帶周期占空比可程控的 PWM獨立通道 ? 4個可程控選擇的時鐘源 ? 每個 PWM通道有專用的計數(shù)器 ? PWM每個通道脈沖極性可以 選擇 ? 每個 PWM通道可使能 /禁止 ? 周期和占空比雙緩沖 ? 每個通道有中心對齊和邊緣對齊方式 ? 分辨率 : 8位 (8通道 )， 16位 (4通道 ) ? 帶中斷功能的緊急切斷 PWM在本系統(tǒng)中主要用于驅(qū)動兩個伺服電機，一個是電機，另一個是舵機，而控制這兩個電機的 PWM信號是經(jīng)過路徑識別和系統(tǒng)決策后給出的，這樣就能實現(xiàn)小車的循線跑。 對于控制電機的 PWM信號的頻率應小于 25KHZ 。 舵機的響應時間對于控制非常重要，一方面可以通過修改 PWM周期獲得。另一方面也可以通過機械方式，利用舵機的輸出轉(zhuǎn) 矩余量，將角度進行放大，加快舵機的響應速度。而舵機的脈沖范圍，它對應舵機旋轉(zhuǎn)角度，在設置時一方面應考慮到舵機的極限位置；另一方面還要考慮到車模轉(zhuǎn)向的極限。本設計中，通過測試找到了 40度對應的脈沖寬度。 還有一個 PWM信號用于驅(qū)動路徑識別傳感器，本系統(tǒng)設計了 12對光電傳感器用于 東北大學秦皇島分校畢業(yè) 設計（論文） 第 31 頁 路徑識別，同時，為了提高檢測前瞻距離，需要加大紅外發(fā)射功率使得返回的紅外線的強度提高，來抑制外界環(huán)境光線的干擾。這樣，不僅使得電池電能的消耗量增加，同時也會縮短紅外發(fā)射管的壽命，甚至會燒毀紅外發(fā)射管。為了解決這個問題，本設計采用了脈沖發(fā) 射 /接收的方法。具體來說，由于紅外接收管響應速度快，而道路檢測周期一般為十幾毫秒，相比之下，紅外接收管對于道路反射光的響應時間以及單片機通過 A/D端口讀取該信號的十幾都很短，一般在幾十微妙。因此，在一個檢測周期內(nèi)大部分時間，紅外發(fā)射管不需要工作，只要在檢測瞬間發(fā)射紅外線即可。用 PWM信號周期信號驅(qū)動大功率 MOSFET管，這樣紅外發(fā)射管工作在周期窄脈沖方式下，大大降低了平均工作電流，從而降低了整個發(fā)射電路的電量消耗。圖 PWM初始化程序流程圖 圖 PWM初始化流程圖 開始 允許 PWM 通道 選擇 PWM 時鐘 選擇極性、脈寬對齊方式 選擇周期、脈寬 結(jié)束 東北大學秦皇島分校畢業(yè) 設計（論文） 第 32 頁 具體程序如下： void pwminitial(void) { PWMCTL_CON01 = 1。 // PWM01 合并 16 bt PWMPRCLK = 0x20。 // A=24M/1=24M,B=24