【正文】 // A=24M/1=24M,B=24/4=6。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(shí)鐘 選擇極性、脈寬對齊方式 選擇周期、脈寬 結(jié)束 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 32 頁 具體程序如下： void pwminitial(void) { PWMCTL_CON01 = 1。因此，在一個(gè)檢測周期內(nèi)大部分時(shí)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。為了解決這個(gè)問題，本設(shè)計(jì)采用了脈沖發(fā) 射 /接收的方法。 還有一個(gè) PWM信號用于驅(qū)動(dòng)路徑識別傳感器，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 12對光電傳感器用于 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁 路徑識別，同時(shí)，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(qiáng)度提高，來抑制外界環(huán)境光線的干擾。而舵機(jī)的脈沖范圍，它對應(yīng)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，在設(shè)置時(shí)一方面應(yīng)考慮到舵機(jī)的極限位置；另一方面還要考慮到車模轉(zhuǎn)向的極限。 舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)間對于控制非常重要，一方面可以通過修改 PWM周期獲得。 PWM模塊特點(diǎn)： ? 8個(gè)帶周期占空比可程控的 PWM獨(dú)立通道 ? 4個(gè)可程控選擇的時(shí)鐘源 ? 每個(gè) PWM通道有專用的計(jì)數(shù)器 ? PWM每個(gè)通道脈沖極性可以 選擇 ? 每個(gè) PWM通道可使能 /禁止 ? 周期和占空比雙緩沖 ? 每個(gè)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(dòng)兩個(gè)伺服電機(jī)，一個(gè)是電機(jī)，另一個(gè)是舵機(jī)，而控制這兩個(gè)電機(jī)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(shí)現(xiàn)小車的循線跑。 //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(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（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。 //控制寄存器 3：轉(zhuǎn)換序列長度為 8， FIFO模式 ATD1CTL4 = 0x83。 // 禁止數(shù)字輸入緩沖 ATD1CTL2 = 0xC0 。 //控制寄存器 4： 8位轉(zhuǎn)換精度， 8分頻 ATD0CTL5 = 0xB0。 //控制寄存器 2：上電，標(biāo)志位快速清零，關(guān)中斷 ATD0CTL3 = 0x7C。ATD0CTL2寄存器的 ADPU置 1，因?yàn)?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(gè)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(shí)現(xiàn) 8位精度 ,因?yàn)?ATDClock=[BusClock*]/[PRS+1]，其中 BusClock =24MHz， PRS=1, 所以分頻系數(shù)為 4，即 AD時(shí)鐘為 6MHz；最后執(zhí)行 ATD0DIEN=0x00，實(shí)現(xiàn)禁止數(shù)字輸入 [7]。通過此函數(shù)可直接設(shè)置串口的時(shí)鐘頻率、波特率。 串口部分程序主要是初始化各寄存器，其中包括設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)格式、接受發(fā)送功能使能、設(shè)置接受模式等。使用串行通信接口 SCI(Serial Communication Interface)通信是計(jì)算機(jī)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(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁 Asynchronous Receiver/Tansmitter)[6]。 0x08)){} //等待鎖相環(huán)穩(wěn)定 CLKSEL=CLKSEL_PLLSEL_MASK。 REFDV=1。 而 SYNR=SYNR_VALUE， REFDV=REFDV_VALUE， SYNR、 REFDV 就是寄存器中的對應(yīng)位。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(shè)計(jì)了串口調(diào)試模塊等。 （ 1）：主程序流程圖： 圖 主程序流程圖 主程序入口 各個(gè)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(jìn)行 PID 運(yùn)算 對電機(jī)和舵機(jī)進(jìn)行控制 等待 N 信號有效？ Y N 有中斷？ 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（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)。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 由于要求小車能夠自主識別路線，按照設(shè)定的軌跡行走，在不沖出跑道的前提下追求速度 。 采集板安裝實(shí)物圖如圖 。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。 圖 采集板原理圖 考慮到紅外傳感器的檢測范圍，應(yīng)注意安裝的相對地面高度、探出距離與角度。所以將檢測電路的 PCB 板盡量簡化，并設(shè)計(jì)接口電路，使得檢測電路與小車的控制電路連接簡單，準(zhǔn)確。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁 路徑識別模塊 本系統(tǒng) 采用 12 個(gè) HIR383 設(shè)計(jì)的單排一字型排列方式。N 為一個(gè)采樣周期 T 內(nèi) ECT 模塊記錄的脈沖的個(gè)數(shù)； P 為法蘭盤的齒數(shù)； T 為采樣周期 (單位為 s)。 速度檢測原理圖如圖 。這樣，紅外接收 管輸出間隔的高低電平。利用紅外透射 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁 式傳感器檢測到的通斷脈沖個(gè)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(jì)算出小車的行駛速度，達(dá)到測速的目的。 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(shí)現(xiàn)。當(dāng)加上一個(gè)足 夠的門信號電壓時(shí)，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。 上圖中的 MOSFET 管采用 IRF3205。當(dāng) TD340 的 CF 端通過電容接地時(shí)， 0~5V 的模擬輸入即可產(chǎn)生 PWM 輸出。直流電機(jī)的速度和方向可由外界輸入給 TD340 的信號來控制。 TD340 內(nèi)含可調(diào)的頻率開關(guān)（ 0~25KHZ）及待機(jī) 模式，且集成有看門狗和復(fù)位電路。 圖 TD340 引腳封裝 各引腳具體說明如下表： 表 TD340 各引腳功能 L L2：低邊門極驅(qū)動(dòng) VOUT：用于微處理器的 5V 電壓 H H2：高邊門極驅(qū)動(dòng) CF： 設(shè)置 PWM 頻率的外部電容接入端 STBY：待機(jī)模式 IN1：模擬或數(shù)字信號輸入 WD：看門狗信號輸入 IN2：電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制端 CWD：設(shè)置看門狗電容端 VBATT、 GND：電源正端和地端 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁 由 TD340 構(gòu)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖 。 TD340 驅(qū)動(dòng)器芯片是 ST 微電子公司推出的一種用于直流電機(jī)的控制器件，可用于驅(qū)動(dòng) N 溝道 MOSFET 管。此電路具有元件需求少、所占空間小，裝配成本低等優(yōu)點(diǎn)。 圖 電機(jī)特性曲線 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁 由上圖可以看出，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大時(shí)所需電流也較大，所需功率較大。 電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)道理相同。 Q3L 接收到 IN1輸入的 PWM 信號時(shí)，脈沖波的高電平導(dǎo)通， Q1H 則相反，高電平時(shí)截止。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁 圖 H 橋電路原理圖 圖中， 4 個(gè) MOSFET 管的基極驅(qū)動(dòng)電壓分為兩組， 其中 Q1H 和 Q4L 為一組， Q2H和 Q3L 為一組。圖 所示為可逆的 PWM 變換器主電路的Ｈ型結(jié)構(gòu)形式。舵機(jī)電源供電電路如圖 。因此設(shè)計(jì)舵機(jī)的輸入電壓為 6V。 sec/60176?？刂菩盘柺侵芷谠?20ms 左右的脈沖信號，脈沖信號的寬度決定舵機(jī)輸出舵盤 的角度。在負(fù)載力矩小于其最大輸出力矩的情況下，它的輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的脈沖寬度。它由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)和控制電路組成。 單片機(jī)的供電電壓為 5V,由 TPS7350供電， 供電電路如圖 ： 圖 單片機(jī)供電電路 舵機(jī)電源模塊設(shè)計(jì) 舵機(jī) 型號： Futaba S3010。 TPS73XX 具有輸入電壓范圍大，過熱、過流及電壓反接保護(hù)，輸出電流為 150mA 時(shí)壓差小于 等特點(diǎn)，特別是當(dāng)其輸出電流為 100mA時(shí)，壓差僅僅為 ，如 TPS73XX系列中的 TPS7350 可保證電池電壓在 +7V～ + 范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出穩(wěn)定的 5V電壓 ,顯著的提高了電源的利用效率。 TPS73XX 是美國 TI 公司生產(chǎn)的微功耗、低壓差電源管理芯片，它具有節(jié)電關(guān)斷模式與輸出電壓監(jiān)控功能，極低的靜態(tài)電流且不隨負(fù)載變化；集成延時(shí)微處理器復(fù)位功能保證系統(tǒng)的正常工作；具有完善的保護(hù)電路 ,包括過熱、過 流及電壓反接保護(hù)。 以下為這幾種芯片的性能比較 ： 表 780 LM257 TPS7350 性能比較 7805 LM2576 TPS7350 最小壓降 最小靜態(tài)工作電流 6mA 5mA 340uA 輸出噪聲 40uV 與濾波元件有關(guān) 2uV 使用外圍元件個(gè)數(shù) 3 4 2 輸出電容的容量 中 高 低 成本 低 高 中 通過 上 表可以看出，在相同的輸出條件下， TPS7350具有更低的工作壓降和最小的靜態(tài)工作電流，也就體現(xiàn)了其低功耗的優(yōu)點(diǎn)。輸出電流大小主要考 慮滿足負(fù)載需求，如果負(fù)載電流大于穩(wěn)壓芯片電流，則負(fù)載不能正常工作，甚至可能會芯片內(nèi)自帶過流保護(hù)啟動(dòng)，沒有電流輸出。輸入電壓范圍主要考慮電池兩端的電壓在模型車運(yùn)行過程中會逐漸降低，特別是在模型車啟動(dòng)或制動(dòng)過程中，電池提供大的電流時(shí)，電池兩端電壓會降低很多，當(dāng)電壓降到某一值時(shí)，穩(wěn)壓芯片不能正常工作。 選擇芯片主要以電源特性、輸入電壓范圍、壓差、輸出電流 大小為標(biāo)準(zhǔn)。單片機(jī)工作電壓范圍為 + ~ ，典型電壓是 +5 V，工作電流為 80mA ~ 150mA，電流大小跟I/O 端口對外圍驅(qū)動(dòng)以及系統(tǒng)超頻有關(guān)。 電源模塊的框圖如圖 所示。 電源管理模塊的功能是對電池進(jìn)行分配和電壓調(diào)節(jié)，為其他各個(gè)模塊的正常工作提供可靠的工作電壓。作為智能車動(dòng)力的來源，電源模塊為系統(tǒng)的控制器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳感器等各個(gè)模塊提供可靠的工作電壓。本系統(tǒng) I/O 的具體分配如下： PWM1 輸出舵機(jī)的控制信號； PWM PWM3 輸出光電發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)脈沖； PWM5V PWM信號 TD340 電機(jī) TPS7350 舵機(jī) 6V MOSFET 驅(qū)動(dòng) 路徑識別模塊 電源 TPS7350 速度檢測模塊 MC9S12DG128 TPS7350 顯示模塊 PWM信號 PWM信號 信號 信號 5V 5V 5V 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 PWM5 輸出電機(jī)控制信號； PAD0PAD11 用于小車前面路面識別的輸入口； PH0PH3 用于設(shè)置不同的速度； I/O1 口用于速度檢測信號的輸入口； ADDR0ADDR10 輸出顯示電路的控制信號 。 本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由 S12 控制核心、電源管理模塊，路徑識別模塊、車速檢測模塊、顯示模塊、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制模塊和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，其系統(tǒng)硬件結(jié) 構(gòu)簡圖如下所示。是智能車系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。好的差速機(jī)構(gòu)，在電機(jī)不轉(zhuǎn)的情況下，右輪向前轉(zhuǎn)過的角度與左輪向后轉(zhuǎn)過的角度之間誤差