【正文】 同時我還要感謝李勇同學、曹煜濤同學的真誠指點，以及其他各位老師和同學的不吝指教，使我度過了緊張而又充實的三個月。 當然以上所有成績的取得離不開各位老師和同學的熱情指導和真誠幫助。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 致謝 經(jīng)過三個月的學習和鍛煉，我的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)基本完成。由于初次接觸 STM32F10x 系列芯片，對其先進的中斷響應(yīng)系統(tǒng)未能很好掌握，傳感信號的接收選擇了一般 I/O口，不過基于 STM32F103 的高性能，其反應(yīng)速度還是可以滿足設(shè)計要求，但要充分利用芯片資源及更好的實時控制在這部分還有待改進；另外，對于小車轉(zhuǎn)彎過程的車速未做區(qū)別對待，在本次設(shè)計中將 PWM波占空比控制在 1/2 以下，使小車不會因速度過高而導致轉(zhuǎn)彎過程中其方向不易控 制。 隨著智能控制技術(shù)與傳感檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，作為智能機器人雛形的智能小車在探測、考古、娛樂各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在足球機器人 研究方面有很好的發(fā)展前景。論文基本完成了硬件和軟件的設(shè)計，并使之符合設(shè)計要求。整個系統(tǒng)以 STM32 為主控芯 片，實現(xiàn)對小車簡單運動的控制，其中硬件部分包括 STM32F103 及外圍電路、電平轉(zhuǎn)換電路、電機驅(qū)動電路、液晶顯示電路、紅外循跡檢測電路、觸角傳感避障電路、鍵盤擴展電路，完成各部分電路設(shè)計并使用 PROTEL畫出電路設(shè)計原理圖；軟件部分在 STM32集成開發(fā)環(huán)境 IAR EWARM 下編寫各模塊程序，包括 PWM 波輸出模塊、液晶顯示模塊、鍵盤掃描模塊、自由行走避障模塊和紅外循跡模塊，并通過主控制程序?qū)⒏髂K融合一起。 LCD 顯示子程序 顯示模塊實時顯示三個小車運動參數(shù)，小車行走模式、小車運動方向及速度級數(shù)，為 滿足顯示要求，顯示子程序主要調(diào)用了三個函數(shù)： （ 1）寫字節(jié)函數(shù) void LCD_Write(u32 inst,u8 ddata) （ 2）寫字符串函數(shù) void LCD_Dis_Str(u8 row,u8 col,u8 *str) （ 3） 寫十進制數(shù)函數(shù) void LCD_Dis_Digital(u8 row,u8 col,u32 Dig_Data) 利用這 3個主要函數(shù)實現(xiàn)了狀態(tài)參數(shù)的實時更新。 自由行走子程序 自由行走模式鍵按下，小車進入自由行走模式，其子程序流程圖如圖 。 } 循跡子程序 循跡模式鍵按下，小車進入循跡模式，其流程圖如圖 。 //使能 TIM3 在 CCR3 上的預裝載寄存器 TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE)。TIM_OCInitStructure)。 //設(shè)置占空比 =CCR_Val/(TIM_Period +1) = TIM_OCPolarity_Low。 //PWM模式 = TIM_OutputState_Enable。 TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure。通過對定時器配置，產(chǎn)生時鐘頻率為 10KHZ，周期為 的 PWM 波，由加速 /減速鍵步進調(diào)節(jié)占空比參數(shù) TIM4_CCRx 值，實現(xiàn)對小車運行速度的控制。 本設(shè)計中小車運動方向轉(zhuǎn)變時，速度未做單獨處理，因此要求小車的運動速度不宜過快，否則方向不易控制。 按鍵子程序 系統(tǒng)初始化完成后，進入鍵盤掃描子程序，其程序流程圖如圖 。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 主程序流程圖 根據(jù)圖 ，程序主要包括程序初始化、按鍵掃描子程序、自由行走模式子程序、循跡模式子程序、 LCD 顯示子程序。 IAR EWARM 主界面如圖 所示。 IAR EWARM 中包含一個全軟件的模擬程序（ simulator），用戶不需要任何硬件支持就可以模擬各種 ARM內(nèi)核、外部設(shè)備甚至中斷的軟件運行環(huán)境，從中可以了解和評估 IAR EWARM 的功能和使用用法。 IAR Embedded Workbench for ARM 是 IAR Systems 公司為 ARM 微處理器開發(fā)的一個集成開發(fā)環(huán)境。它最著名的產(chǎn)品是 C 編譯器 IAR Embedded Workbench，支持眾多知名半導體公司的微處理器。 圖 紅外收發(fā)檢測電路 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 3 章 小車控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 IAR 開發(fā)環(huán)境介紹 IAR Systems 是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)的供應(yīng)商，提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和測試的每一個階段，包括：帶有 C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)、實時操作系統(tǒng)和 中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機建模工具。為方便對小車的控制，采用兩個紅外探測器分別對左右側(cè)進行探測，根據(jù)左右兩側(cè)接收到的信號可方便對小車的運動方向進行快速調(diào)整。 根據(jù)不同地面對紅外光不同的反射狀況，紅外探測器接收管接收不同反射，當尋到黑跡時，紅外光被吸收，輸出高電平；在光滑地面時則紅外光被大部分反射接收，輸出低電平。觸角傳感電路與 STM32F103 引腳連接圖如圖 。通過低電平觸發(fā)方式，使小車實現(xiàn)簡單的避障功能。詳細對照見表 23。鍵盤擴展電路與 STM32F103 引腳連接圖如圖 。液晶顯示模塊 LCD12864 的外部引腳連接關(guān)系如圖 。在 L298與電機之間加入二極管，以保護電路。表 22 是 I/O端口狀態(tài)與電機制動對照表。 圖 電機驅(qū)動電路設(shè)計 STM32F103 芯片外部擴展的電機驅(qū)動電路采用 L298 芯片控制，其基本電路圖如圖 。圖 KA7805 芯片引腳接線圖。 1. 采用 KA7805 芯片實現(xiàn) 12V 到 5V 的 轉(zhuǎn)換。 STM32F103 主控芯片采用 ，電機驅(qū)動采用 5V與 12V，紅外收發(fā)檢測電路采用 5V與 ，液晶顯示與觸角傳感電路均采用 供電。此時可以通過設(shè)置 BOOT1 和 BOOT0 引腳的狀態(tài)，來選擇在復位后的啟動模式。如下表 21所示。它為實時時鐘或者其他定時功能提供一個低功耗且精確的時鐘源。實時時鐘電路 選擇 LSE 時鐘模式，如圖 所示，由 Y101（ LSE 晶振）、 C112 及 C113 構(gòu)成 LSE 旁路，提供一個 頻率的外部時鐘源。如圖 ，由 R11Y100（ HSE 晶振）、 C108 及 C109 構(gòu)成系統(tǒng)時鐘電路。下面對部分電路設(shè)計做簡要說明。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 主要電路設(shè)計 STM32F103 及外圍電路設(shè)計 本設(shè)計采用 STM32F103 為主控芯片，則 STM32F103 芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計如圖、 所示。 圖 電機控制系統(tǒng)框圖 由系統(tǒng)框圖可看出，小車整個控制系統(tǒng)設(shè)計主要包括電機驅(qū)動、液晶顯示、鍵盤擴展電路、觸角傳感電路、紅外收發(fā)檢測電路等模塊?；谠O(shè)計功能需求，本設(shè)計采用的是低電平觸發(fā)的按鍵開關(guān)式 鍵盤，這樣可以合理地利用硬件資源，操作簡 便，并且編程靈活。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第 2 章 小車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)功能實現(xiàn)及需求分析 本設(shè) 計采用 STM32F103 芯片作為控制器來實現(xiàn)對小車電機、液晶顯示模塊、外置鍵盤、傳感器探測等外設(shè)的控制是一個合理的解決方案。 Vss 電壓最小為 ，最大可達 36V； Vs 電壓最大值也是 36V。 IN1IN4 兩對 I/O 輸入，控制電機轉(zhuǎn)動方向。 PWM的占空比 α 決定輸出到直流電機電樞電壓的平均電壓，進而決定了直流電機的轉(zhuǎn)速。 對于 PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制，通常配合橋式驅(qū)動電路實現(xiàn)直流電機調(diào)速，非常簡單，且調(diào)速范圍大，它的原理就是直流斬波原理。這個過程可用圖 。 S2 S3 S4 S1 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 在小車動作的過程中，我們要不斷地使電機在四個象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在 S S2 導通且 S S4 關(guān)斷，到 S S2 關(guān)斷且 SS4 導通，這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。 圖 L298內(nèi)部原理圖 全橋式驅(qū)動電路的 4 只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)，如圖 所示， S S2為一組， S S4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補，一組導通則另一組必須關(guān)斷。 L298 是恒壓恒流雙 H 橋集成 電機芯片，可同時控制兩個電機，且輸出電流可達到 2A。 小車循跡系統(tǒng)，即在循跡模式下通過紅外探測器對黑跡不斷進行檢測，自動識別路線，使小車按指定的路線行駛。 小車的控制系統(tǒng)為按鍵開關(guān)式的鍵盤，設(shè)定小車啟動 /停止、自由行走模式 /循跡模式、加速 /減速六種狀態(tài)，最初都賦以高電平，當按鍵被按下時，即觸發(fā)低電平，使小車按相應(yīng)狀態(tài)運動。根據(jù)實際情況，假設(shè)兩個電機相對安裝，則表 11 是電機轉(zhuǎn)動狀態(tài)與小車運動方向的關(guān)系表 。 小車及其驅(qū)動器介紹 小車結(jié)構(gòu)及功能簡介 所謂小車控制實際上就是電機控制，本論文所設(shè)計的小車分為電機系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、避障和循跡系統(tǒng)五大結(jié)構(gòu)。 PWM 輸出信號的占空比由 TIMx_CRRx 寄存器確定的。在 PWM模式 (模式