【正文】 C 轉(zhuǎn)換器分為 2 個(gè)通道組：規(guī)則 通道組（最多包含16 個(gè)轉(zhuǎn)換通道）和注入通道組（最多包含 4 個(gè)轉(zhuǎn)換通道），兩個(gè)組別只能一組一組進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)一組進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)另一組可視為中斷，可打斷當(dāng)前執(zhí)行也可等到執(zhí)行完畢隨后執(zhí)行。其次就是 ADC 模塊的工作哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 電壓，在這 18 路通道中只能實(shí)現(xiàn) 之間的轉(zhuǎn)換，也就是說(shuō)不支持負(fù)電壓和大于 電壓的工作轉(zhuǎn)換。 本論文所設(shè)計(jì)的 紅外測(cè)距系統(tǒng)只需要一個(gè) ADC 即可完成。比如 的電壓，系統(tǒng)使用 10 位的 ADC 進(jìn)行測(cè)量，就相當(dāng)于把 分成 1024份，那么分辨率為 。 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有三點(diǎn)： （ 1）轉(zhuǎn)換時(shí)間，從發(fā)出啟動(dòng)命令后到轉(zhuǎn)換結(jié)束獲得完整的數(shù)字信號(hào)為止所需的時(shí)間。 TXD1DTR_N2RTS_N3VDD_2324RXD5RI_N6GND7VDD8DSR_N9DCD_N10CTS_N11SHTD_N12EE_CLK13EE_DATA14DP15DM16VDD_3V317GND_3V318RESET19VDD20GND21TRI_MODE22LD_MODE23VDD_PLL24GND_PLL25PLL_TEST26OSC127OSC228U2PL2303TXDRXDGNDC23 104R3810KC24 104R391KR3710KR4010KR411KR421KQ68550Q58050D34148BOOT0RESETR4345KPL2302_D+PL2302_DC27 10uF1 2Y312MHzC2522PC2622P 圖 11 USB 下載電路 STM32 單片機(jī)內(nèi)置 3 個(gè) 12 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊（ ADC），轉(zhuǎn)換時(shí)間最快為 1s? 。在本開發(fā)板上，運(yùn)用了 PL2303（用于實(shí)現(xiàn) USB 座和標(biāo)準(zhǔn) RS232 串行端口之間的轉(zhuǎn)換）的芯片功能來(lái)實(shí)現(xiàn)直接運(yùn)用電腦 USB 口下載程序的功能。 VDD1TRST3TDI5TMS/SWDIO7TCK/SWCLK9NC11TDO/SWO13RESET15NC17NC19VDD2GND4GND6GND8GND10GND12GND14GND16GND18GND20JTAGJTAGR110KR210KR310KR410KR510KJTRSTJTDIJTMSJTDORESETC12104 圖 10 JTAG/SWD 下載電路 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 本論文主要運(yùn)用到的是 STM32 單片機(jī)的電源電路、復(fù)位電路、 USB下載電路、 A/D 轉(zhuǎn)換等功能，前兩者在單片機(jī)最小工作系統(tǒng)里已經(jīng)介紹過，下面介紹一下 USB 下載電路和 A/D 轉(zhuǎn)換。從圖 8 可知， STM32 單片機(jī)下載電路支持 JATG/SWD 下載， 同時(shí)還支持串口下載通信。 圖 9 為 STM32 單片機(jī)的晶振電路與時(shí)鐘振蕩電路。最后一路是首先遇到了一個(gè) 1/2 分頻器，變成4MHz 時(shí)鐘信號(hào)后，又到達(dá)了 PLLXTPRE 這個(gè)開關(guān)然后，隨后的設(shè)置與上一路時(shí)鐘信號(hào)一樣，也可得到相應(yīng)的 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。其中一路直接通過 SW開關(guān)設(shè)置為 01，正好選擇了這路產(chǎn)生的 8MHz 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。這時(shí) SW 第 0 位和第 1 位都寫入 0，則單片機(jī)系統(tǒng)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 時(shí)鐘為 32MHz。 本論文主要應(yīng)用的是 SYSCLK（系統(tǒng)時(shí)鐘）的配置，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘可由 3 種不同的時(shí)鐘源： （ 1） STM32 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè) 8MHz RC 高速振蕩器，它產(chǎn)生的的時(shí)鐘信號(hào)會(huì)兵分 2 路，一路直接加到時(shí)鐘選擇器開關(guān)（ SW），這個(gè)開關(guān)是由STM32 單片機(jī)的時(shí)鐘配置寄存器的第 0 位和第 1 位來(lái)控制，如若時(shí)鐘配置寄 存器的第 0 位和第 1 位分別寫入 0， 0 的話，內(nèi)部的 8MHz RC 高速振蕩器產(chǎn)生的 8MHz 的時(shí)鐘信號(hào)就可以輕松通過 SW 開關(guān)，此時(shí)單片機(jī)就產(chǎn)生了 8MHz 的系統(tǒng)時(shí)鐘。 時(shí)鐘系統(tǒng) 時(shí)鐘系統(tǒng)相當(dāng)于單片機(jī)的脈 搏，好比人得心跳，其重要性不言而喻。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 復(fù)位系統(tǒng) R610KC6104RESETRESET 圖 8 復(fù)位系統(tǒng)原理圖 單片機(jī)復(fù)位系統(tǒng)就是讓程序計(jì)數(shù)器回到 0000h 這個(gè)地址，程序重頭開始執(zhí)行，將一些寄存器、存儲(chǔ)單元都置為初始設(shè)定值，單片機(jī)復(fù)位的形式有很多種，比如上電復(fù)位、看門狗復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位等等。從電腦 USB 端口或者其它的供電設(shè)備接入 +5V 的電源，當(dāng)選擇 U8 這個(gè) USB 座時(shí)，此時(shí)的功能是通過 USB 座給單片機(jī)開發(fā)板下載程序和供電；當(dāng)選擇 U4 這個(gè) USB 座時(shí)，此時(shí)的功能是通過 USB 座與外界進(jìn)行通信或者給單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行供電；隨后經(jīng)過 P2（ P2 是一個(gè)500mA 的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，作用是防止單片機(jī)工作過程中短路現(xiàn)象的發(fā)生，當(dāng)電源瞬間短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電流，這時(shí)會(huì)把與單片機(jī)相連設(shè)備的主板給燒 壞，同時(shí)對(duì)開發(fā)板自己也是一種保護(hù)）到達(dá)開關(guān) S1 和 S2，若要給單片機(jī)開發(fā)板通電需要接通開關(guān) S1 和 S2,若要切斷單片機(jī)開發(fā)板電源，還需要再一次按下開關(guān) S1 和 S2。最小工作系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但卻是大多數(shù)單片機(jī)控制系統(tǒng)不可缺少的重要部分，所以要熟練運(yùn)用單片機(jī)的各種各樣的功能就必須要熟悉掌握并了解最小工作系統(tǒng)的組成。 38 PC7 連接 LCD1602 的 DB7 引腳，作為 LCD 的輸入 /輸出引腳，并在單片機(jī)與 LCD 之間傳輸數(shù)據(jù)。 25 PC5 連接 LCD1602 的 DB5 引腳，作為 LCD 的輸入 /輸出引腳，并在單片機(jī)與 LCD 之間傳輸數(shù)據(jù)。 11 PC3 連接 LCD1602 的 DB3 引腳，作為 LCD 的輸入 /輸出引腳，并在單片機(jī)與 LCD 之間傳輸數(shù)據(jù)。 9 PC1 連接 LCD1602 的 DB1 引腳，作為 LCD 的輸入 /輸出引腳，并在單片機(jī)與 LCD 之間傳輸數(shù)據(jù)。 16 PA2 連接 LCD1602 的 E 引腳，作為 LCD 的輸入引腳，接收判斷來(lái)自單片機(jī)的高低電平對(duì) LCD 進(jìn)行使能。 14 PA0 連接 LCD1602 的 R/S 引腳，作為 LCD 的輸入引腳，接收判斷來(lái)自單片機(jī)的高低電平，然后選擇輸入指令或者數(shù)據(jù)。對(duì)于紅外傳感器來(lái)說(shuō)，工作電壓的要求相對(duì)嚴(yán)格，過高容易燒壞傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，過低達(dá)不到指定的測(cè)量范圍，所以條件允許的情況下應(yīng)該為其單獨(dú)準(zhǔn)備一個(gè)+ 的電源。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 BOOT060NRST7OSC_IN/PD05OSC_OUT/PD16PA0WKUP14PA115PA216PA317PA420PA521PA622PA723PA841PA942PA1043PA1144PA1245PA13/JTMS/SWDIO46PA14/JTCK/SWCLK49PA15/JTDI50PB026PB127PB2/BOOT128PB3/JTDO55PB4/JNTRST56PB557PB658PB759PB861PB962PB1029PB1130PB1233PB1334PB1435PB1536PC08PC19PC210PC311PC424PC525PC637PC738PC839PC940PC1051PC1152PC1253PC13TAMPERRTC2PC14OSC32_IN3PC15OSC32_OUT4PD254VBAT1VDD_132VDD_248VDD_364VDD_419VDDA13VSS_131VSS_247VSS_363VSS_418VSSA12U1STM32F103RBT6 圖 6 STM32 單片機(jī)引腳圖 圖 6 為 STM32 單片機(jī)的引腳圖，由圖可見此系列單片機(jī)功能之全、用法之便、外設(shè)之多，一個(gè)共有 64 個(gè)擴(kuò)展 I/O 口，方便外接工作模塊，這里就不一一介紹了。圖5 為本論文使用的紅外傳感器 GP2Y0A21 實(shí)測(cè)輸出曲線。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 GND1Vout2VCC3GP2Y0A21 圖 4 GP2Y0A21 引腳圖 根據(jù)紅外傳感器的電壓和相對(duì)應(yīng)的距離測(cè)量值可知，夏普 GP2Y0A21系列的紅外傳感器輸出曲線是非線性的，且每個(gè)型號(hào)的紅外傳感器輸出曲線都不相同。 此引腳需要接入單片機(jī)處理模塊中的多路 A/D 轉(zhuǎn)換通道上的任意一路上。引腳圖如圖 4 所示。對(duì)于單片機(jī)、紅外傳感器、 LCD 液晶顯示 屏的工作原理及實(shí)現(xiàn)功能在下文會(huì)一一對(duì)其進(jìn)行介紹。如圖 2 所示。 本論文就是采用此原理來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)物體距離的測(cè)量。 物 體紅 外 發(fā) 射 管P S D角 度 不 變 圖 1 三角法測(cè)距原理 紅外測(cè)距傳感器首先通過紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，遇到障礙物反射回來(lái)落在 PSD 上形成了一個(gè)等腰三角形。而夏普公司的PSD 具有更優(yōu)良的性能，它可以檢測(cè)到光點(diǎn)落在它上面微小的位移，分辨率達(dá)微米， 紅外傳感器 GP2Y0A21 正是利用了這個(gè)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體距離的精確測(cè)量。 /2Dc??? （ 23） 式中 c 是光的傳播速度為 83 10 m/s? ， ? 是調(diào)制信號(hào)的角頻率。 相位法測(cè)距原理 相位測(cè)距法是利用無(wú)線電波段的頻率，對(duì)紅外激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測(cè)定調(diào)制光往返一次所產(chǎn)生的相位延遲 ? ，再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)，換算出此相位延遲所代表的距離 D，此方式測(cè)量精度非常之高，相對(duì)誤差可以保持在百分之一以內(nèi)，但要求被測(cè)目標(biāo)必須能主動(dòng)發(fā)出無(wú)線電 波產(chǎn)生相應(yīng)的相位值。 反射能量法測(cè)距原理 反射能量法是由發(fā)射控制電路控制發(fā)光元件發(fā)出信號(hào)（通常為紅外線）射向目標(biāo)物體，經(jīng)物體反射后傳回系統(tǒng)的接收端，通過光電轉(zhuǎn)換器接收的光能量大小進(jìn)而計(jì)算出目標(biāo)物體的距離 L，見公式（ 22）。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 2章 紅外測(cè)距系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 紅外測(cè)距系統(tǒng)的工作原理 時(shí)間差法測(cè)距原理 時(shí)間差法測(cè)距原理是將紅外測(cè)距傳感器的紅外發(fā)射端發(fā)送信號(hào)與接收端接受信號(hào)的時(shí)間差 t 寫入單片機(jī)中，通過光傳播距離公式來(lái)計(jì)算出傳播距離 L，見公式（ 21）。 電源電壓 平均功耗 3340mA 峰值功耗 200mA 更新頻率 /周期 25Hz/40ms 模擬輸出噪聲 200mV 單片機(jī) 是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等功能 （可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 紅外傳感器 GP2Y0A21 技術(shù)規(guī)格如表 1 所示。 本論文選用的紅外測(cè)距傳感器 GP2Y0A21 是由日本夏普公司推出的一款性價(jià)比高、最常用的紅外測(cè)距傳感器，與其前身 GP2D12 相比，測(cè)量射程相同，但探測(cè)面積略有增加，可用來(lái)對(duì)物體的距離進(jìn)行測(cè)量。 （ 4）紅外測(cè)距系統(tǒng)。 （ 2）搜尋和鎖定系統(tǒng)，具有 尋找 和 鎖定 紅外目標(biāo) 的功能 ，確定其 空間位置 并對(duì)它 的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行 追蹤。 紅外測(cè)距傳感器是以 紅外線為 傳輸介質(zhì) 的 精確 測(cè)量系統(tǒng)，主要應(yīng)用于現(xiàn)代科 學(xué)技術(shù)、 國(guó)防 軍隊(duì)建設(shè)、 工業(yè) 和農(nóng)業(yè)等 領(lǐng)域 。不易被云霧等懸浮微粒散射而具有較強(qiáng)的穿透力。它不能引起人的視覺反應(yīng)，有顯著的熱效 應(yīng)（易被物體吸收而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能） 。以波長(zhǎng)長(zhǎng)度為基準(zhǔn)，紅外線可分為三部分 ， 即近紅外線 是 波長(zhǎng)為 3 30 .7 5 1 0 3 .0 1 0??㎜ 之間；中紅外線 是 波長(zhǎng)為 3 23 .0 1 0 4 .0 1 0??㎜ 之間 ； 遠(yuǎn)紅外線 是 波長(zhǎng)為 10 ? ㎜ 之間。紅外測(cè)距儀是指用調(diào)制的紅外光進(jìn)行精密的距離測(cè)量，測(cè)量范圍一般為 15 公里，在 100 米以內(nèi)的范圍內(nèi)則超聲波測(cè)距更有優(yōu)勢(shì)，但是超聲波測(cè)距無(wú)法檢測(cè)到 1 米以內(nèi)的區(qū)域距離，而紅外測(cè)距可以精準(zhǔn)的測(cè)出這一段距離，本論文研究的就是這一種情況的紅外線