【正文】 計 速度程序設(shè)計時采用增量 PID 算法。具體算法執(zhí)行如下 ： interrupt void Real_Time_Interrupt（ void） //實時中斷 { lv=nv。 //lv 為上一速度， nv 為當前速度 nv=PACN32。 // PACN32 光電碼盤的速度測量值 PACN32=0。 //清零 CRGFLG=0x80。 //清實時中斷標志位 32 dv=nvlv。 pwmv2=（ vwntnv） *cpdv*cd。 //vwnt 為期望速度值 ， PID 控制 pwmv+=pwmv2。 if（ pwmv10000） {pwmv=10000。 } else if（ pwmv10000） {pwmv=10000。 } if（ pwmv=0） { PWMDTY01=0。 PWMDTY45=pwmv。 }else{ PWMDTY01=pwmv。 PWMDTY45=0。 } } else{ PWMDTY01=600。 PWMDTY45=0。 } 程序設(shè)計的關(guān)鍵是對增量 PID算法的了解，通過對 當前速度值與期望速度值進行比較作差，差值作為負反饋因子。 PID調(diào)節(jié)器是工業(yè)控制中理想的調(diào)節(jié)器，其中起主導(dǎo)作用的是 P（ 比例 ） 調(diào)節(jié)，因此對 比例項的改進要慎重。 增量式 PID控制輸出的是控制量增量，并無積分作用，而在小車調(diào)速系統(tǒng)中為了增加動態(tài)響應(yīng)速度，放棄了積分作用，單片機出現(xiàn)故障時，誤動作影響較小，而執(zhí)行機構(gòu)本身有記憶功能，可仍保持原位，不會嚴重影響系統(tǒng)的工作能達到很好的性能要求。 具體程序設(shè)計 本次設(shè)計中采用的凌陽超聲波測距模組， 重心側(cè)重于程序設(shè)計。 首先讓單片機發(fā)出 40KHZ 方波，這里的程序采用的是寫延遲函數(shù)，設(shè)定B 口 1 通道為輸出口，通過多次更改延時時間系數(shù)，使方波穩(wěn)定在 40KHz。 33 40KHz 方波延時程序 與發(fā)射程序 void delay（） { //通過軟件方式進行 延時 程序 設(shè)計 int ii。 for（ ii=0。ii12。ii++） {} }產(chǎn)生的波形具體頻率為 。 由于每次測距需要 5 個周期，這里定義的 40KHz方波發(fā)射程序如下所示： void fashe（） { char temp。 //定義變量 DDRB=0XF7。 //定義 B 口輸出 time0=TCNT。 //讀取計數(shù)器初始值 for（ temp=0。temp10。temp++） { //發(fā)射周期數(shù)為 10/2 PORTB_BIT1=~PORTB_BIT1。 //B1 口發(fā)射超聲波 delay（） 。 //延遲產(chǎn)生 40KHz 超聲波 } 報警器程序 通過超聲波 測距程序 將障礙物離小車的距離測量后，進行報警器的設(shè)計，設(shè)計思想是 ： 通過 單片機 B 口 2 通道 來 驅(qū)動發(fā)光二極管，編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序，控制發(fā)光二加管的閃爍頻率，當小車向障礙物逼近時，發(fā)光二極管閃爍的頻率顯著增加，以此來達到報警效果。程序設(shè)計如下： if（ shanshuotime） shanshuo=0。 //閃爍參數(shù) 清零 if（ shanshuotime） { shanshuo++。 } else { shanshuo=0。 PORTB_BIT0=~PORTB_BIT0。 //B 口驅(qū)動 二極管 } 34 本章小結(jié) 本章主要對軟件進行了設(shè)計 ， 軟件的設(shè)計都是在 CodeWarrior 集成環(huán)境中實現(xiàn)的 。首先進行單片機系統(tǒng)各個部分的初始化， 進而保單片機模塊的正常啟用。接著 進行 速度控制程序 設(shè)計，采用增量式 PID 算法控制電機的速度，完成閉環(huán)調(diào)速。超聲波防撞報警 程序 的編寫 涉及到超聲波硬件的應(yīng)用 ，從單片機引腳功能的設(shè)定到測距模塊實際程序的編寫，都要按照相應(yīng)的要求，保證邏輯的正確性。 最后是 LCD 顯示程序，在其它程序運行無誤的基礎(chǔ)上進行此程序的設(shè)計編寫 ，完善 本 設(shè)計的輔助功能 。 35 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 在硬件設(shè)計跟軟件設(shè)計完成以后，都需要 經(jīng)過長時間的調(diào)試。在調(diào)試硬件過程中可能涉及到：進一步完善電路、調(diào)節(jié)硬件性能、更換 不合適 硬件等；軟件調(diào)試過程中可能涉及到：檢查邏輯問題、修改程序語句、 修改函數(shù)內(nèi)部參數(shù) 等 。在此過程中要細心 檢查 ，嚴格按照畢業(yè)設(shè)計要求 ， 有條不紊的進行調(diào)試 。 開 發(fā)工具介紹 使用 BDM 調(diào)試器 BDM（ Background Debug Mode） 是當代單片機普遍采用的調(diào)試方式之一， BDM 調(diào)試通過單線的方式將目標機和調(diào)試器連接起來，并用一定的軟件協(xié)議，通過目標機上的幾個管腳實現(xiàn)調(diào)試。 Freescale 單片機的 BDM 調(diào)試器結(jié)構(gòu)非常簡單，在最小系統(tǒng)板中燒寫調(diào)試程序就是一個 BDM 調(diào)試器。 BDM模式的主要功能有如下三點： （ 1）應(yīng)用程序的下載和再現(xiàn)更新。 （ 2）單片機內(nèi)部資源的配置和修復(fù)。 （ 3）應(yīng)用程序的動態(tài)調(diào)試。 BDM 調(diào)試器實物如圖 。 36 圖 BDM 實物圖 與 串行通信 調(diào)試 相比， BDM 具有非常大的優(yōu)點。 BDM 模塊和計算機通過 USB 接口進行通信。通過 CodeWarrior 集成開發(fā)環(huán)境可以最大化地利用BDM 的各種功能。 在軟件開發(fā)設(shè)計階段 使用 BDM 調(diào)試方法進行調(diào)試。 系統(tǒng)硬件調(diào)試 硬件調(diào)試是在硬件平臺搭建完成后首先應(yīng)該進行的工作，這項工作是保證系統(tǒng)的安全性，比如電路板是否有短路情況，各電子元件是否能正常工作等。首先應(yīng)當對各模塊的正常連接進行測試，設(shè)計時考慮到的短路塊此時應(yīng)當全部拔下，用萬用表測量全部電源系統(tǒng)工作正常后再連接使用。 在本設(shè)計中硬件調(diào)試主 要分為以下幾個部分： MC9S12XS128 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試、直流電機驅(qū)動器調(diào)試、超聲波測距模塊調(diào)試、 LCD 字符液晶顯示調(diào)試。 MC9S12XS128 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試 外接直流 5V穩(wěn)壓電源 給單片機上電， 電源指示燈亮， 通過 BDM 調(diào)試器把 編寫的 最簡 測試 程序下載到單片機， 給通用 I/O 口 PB 口等 進行初始化 賦值 為 OxFF， B 口所接的發(fā)光二極管常亮。更改初始化賦值語句， 設(shè)定顯示參 37 數(shù)， 利用 Code Warrior 的在線調(diào)試功能，通過在計算機終端觀察 觀察 各個口的狀態(tài)， 調(diào)試發(fā)現(xiàn)最小系統(tǒng)工作正常。 5V穩(wěn)壓電路 調(diào)試 由 ，在輸出腳用數(shù)字電壓表進行測量，測得電壓為 ，在規(guī)定誤差之內(nèi)，滿足單片機模塊、超聲波模塊、 LCD 模塊的電壓要求。 直流電機驅(qū)動器 調(diào)試 直流電機驅(qū)動器 使能端 口 接 5V直流電源，保證高電平。 用 電池直接給 控制端口 上電， 正負極分別接 IN IN2 端口 來驅(qū)動 直流 電機 ，電機極 速轉(zhuǎn)動，進而證明直流電機驅(qū)動器正常工作。 超聲波測距模塊調(diào)試 先調(diào)試手動焊接的超聲波模塊，通過給單片機寫入延時程序，來驅(qū)動超聲波測距模塊。接收端通過外接 模擬 示波器觀察接收波形， 觀察發(fā)現(xiàn)接收波形收到干擾很大，時有時無。經(jīng)過長時間調(diào)試后發(fā)現(xiàn)模組性能到不到要求，改用凌陽超聲波測距模組，經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)能接收到規(guī)則的方波。 LCD 字符液晶調(diào)試 給 LCD 字符液晶供電后 ， 液晶發(fā)光。 通過 調(diào)節(jié) 可調(diào) 對比度 引腳所接電位器， LCD 屏幕的亮度 發(fā)生 變化 ， 說明 LCD 硬件 電路 工作正常 。 調(diào)試光電碼盤 給 光電 碼盤 VCC 端 接 5V穩(wěn)壓直流電源， GND 端 與示波器共地，碼盤信號輸出端接模擬示波器， 用手轉(zhuǎn)動碼盤轉(zhuǎn)軸， 使用 模擬 示波器觀察輸出波形 為方波， 表明 碼盤工作 正常。 系統(tǒng)軟件調(diào)試 主要在 CodeWarrior 集成環(huán)境提供統(tǒng)一的圖形用戶界面來進行調(diào)試。 CodeWarrior 集成環(huán)境包括以下幾個功能模塊：編輯器、源碼瀏覽器、搜索引擎、構(gòu)造系統(tǒng)、調(diào)試器、工程管理器。編輯器、編譯器、連接器和調(diào)試器對應(yīng)開發(fā)過程的四個主要階段，其它模塊用以支持代碼瀏覽和構(gòu)造控制，工程 38 管理器控制整個過程。該集成環(huán)境是一個多線程應(yīng)用，能在內(nèi)存中保存狀態(tài)信息、符號表和對象代碼，從而提高操作速度；能跟蹤源碼變化，進行自動編譯和連接。 使用 BDM 在線調(diào)試器進行軟件往的下載與調(diào) 試。 本章小結(jié) 本章介紹了軟件開發(fā)工具，使用集 成開發(fā)環(huán)境 Codewarrior for S12 的在線調(diào)試功能完成調(diào)試。 硬件調(diào)試是在硬件平臺搭建完成后首先進行的工作， 分為 MC9S12XS128 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試、直流電機驅(qū)動器調(diào)試、超聲波測距模塊調(diào)試、 LCD 顯示調(diào)試。 軟件調(diào)試作為設(shè)計的重點，主要用CodeWarrior 集成環(huán)境進行編程，同時使用 BDM 在線調(diào)試器進行軟件 下載與調(diào)試。先分別對速度閉環(huán)控制程序、超聲波倒車防撞報警器程序、 LCD 速度顯示程序進行調(diào)試，然后在調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，將各模塊綜合起來進行調(diào)試。 39 結(jié) 論 閉環(huán)控制是自動控制論的一個 基本概念，采用閉環(huán)控制方案對直流電機進行調(diào)速是生產(chǎn)生活中最常見的一種閉環(huán)控制實例。 基于 Freescale S12 單片機對移動小車控制系統(tǒng)進行設(shè)計，實現(xiàn)了小車的速度閉環(huán)控制，主要完成 了 以下內(nèi)容： 選用恒壓恒流 H 橋式驅(qū)動芯片 L298N，設(shè)計了基于 PWM（脈寬調(diào)制）電路的直流電機驅(qū)動器， 通過單片機編程發(fā)出 PWM 波， 實現(xiàn)了對 RS380ST型 。 基于 增量式 PID 控制算法進行直流電機閉環(huán)控制程序設(shè)計，編寫出相應(yīng)的 C 語言程序， 利用飛思卡爾單片機的實時中斷作為 速度 反饋通道， 完成了對直流電 機的速度單閉環(huán)控制，做到了小車速度的實時控制。 以上只是完成了設(shè)計的基本要求， 因此，在以后的開發(fā)中可以在以下方面做進一步的研究： 擴展速度控制的范圍，給小車設(shè)定多個速度檔位，通過單片機對不同速度檔位鍵盤的掃描，使小車能夠處于不同速度模式下運行，而并非每次都要通過下載。 報警方面可以采用語音報警，加入語音模塊，在倒 車過程中通過語音提醒避 障。 40 參考文獻 [1] [EB].om/,2020. 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