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基于msp430f5529的循跡壁障無線控制智能小車設(shè)計(jì)報告-文庫吧資料

2024-09-03 15:20本頁面
  

【正文】 CCIFG標(biāo)志位會根據(jù) TA0IV寄存器的值在知行相應(yīng)的中斷后自動清除。在比較模式下,當(dāng)主計(jì)數(shù)器計(jì)至TA0CCRx時,計(jì)數(shù)滿標(biāo)志位置 1。我們使用 ID_x語句,設(shè)置定時器的分頻; 引腳輸出有 7 種模式控制。 此外我們使用 MC_x語句選擇計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式,當(dāng)為增計(jì)數(shù)時, TA0 定時器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器 TA0R 計(jì)到 CCR0 時歸零; 0 為停止計(jì)數(shù); 2 為連續(xù)計(jì)數(shù),指的是 TA0R 計(jì)數(shù)到 0xFFFF 時歸零; 3 為增減計(jì)數(shù),指的是 TA0R 增計(jì)數(shù)到 CCR0 后進(jìn)行減計(jì)數(shù),減到零后進(jìn)行增計(jì)數(shù)。 開發(fā)板的中斷原理 首先查找數(shù)據(jù)手冊,了解單片機(jī)的端口情況: 其中與定時器相關(guān)的端口有: TA0: ( Timer) TA1: ( CCR1)、 ( CCR2) TA2: ( CCR0)、 ( CCR1) TB0: ( Timer)、 ( CCR3) 與 I/O 中斷相關(guān)的端口有: P1口: P2口: 、 、 、 、 MSP430F5529 總共有四個定時器, TA0、 TA TA TB0,其中 TA0 有 CCR0~CCR2,TA1 有 CCR0~CCR2, TA2 有 CCR0~CCR4, TB0 有 CCR0~CCR6。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計(jì)算得到距離。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。測試距離 =(高電平時間 *聲速) /2。 輸入觸發(fā)信號 10us的 TTL脈沖 輸出回響信號 輸出 TTL電平信號,與射程成比例 HCSR04的工作原理 給最少 10us的高電平信號,采用 IO口 TRIG觸發(fā)測距 。 MSP430的供電電壓為 。其中 VCC 供 5V 電源, GND 為地線, TRIG 觸發(fā)控制信號輸入, ECHO 回響號輸出, OUT口不使用。該傳感器主要發(fā)射高頻超聲波,在遇到障礙物時發(fā)生像光一樣的反射和散射,從而通過發(fā)送和接受信號的時間得出距離,判斷是否要躲避前方的障礙物。 本模塊選用了超聲波測距模塊 HCSR04,它可以提供 2cm到 400cm的非接觸式距離感測功能,測距精度可達(dá)到 3mm,模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 傳感器的安裝位置如圖所示: 邏輯設(shè)計(jì): 開始 前方是否有障礙物 Y N 超聲波測距壁障模塊 模塊概述 左邊檢測到黑線 中間檢測到黑線 右邊檢測到黑線 左轉(zhuǎn) 前行 右轉(zhuǎn) 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 超聲波作為智能車避障的一種重要手段,以其避障實(shí)現(xiàn)方便,計(jì)算簡單,易于 做到實(shí)時控制,測量精度也能達(dá)到實(shí)用的要求,在未來汽車智能化進(jìn)程中必將得到廣泛應(yīng)用。為了保證小車沿著黑線 行駛。本實(shí)驗(yàn)中采用三路循跡,當(dāng)檢測到黑線時,紅外接收管接收到反射回來的紅外光,其輸出立即發(fā)生高低電平轉(zhuǎn)換,該信號經(jīng)放大器放大后送到單片機(jī)進(jìn)行處理。 循跡模塊 模塊綜述: 作為小車自主循跡的主要部分,該部分必須完成小車精確地按照預(yù)定軌跡行駛的任務(wù),華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 確保不偏離軌跡較遠(yuǎn)。只需要改變 TACCR0的值即可改變 PWM方波周期,改變 TACCRx即可改變從 TAx引腳輸出信號的占空比: TACCRx越大,占空比越大。 定時器的 PWM輸出 一共有 8種模式 : 在輸出模式 7下,每次 TA計(jì)數(shù)值超過 TACCRx時, TAx引腳會自動置低,當(dāng) TA計(jì)數(shù)至TACCR0時, TAx引腳會自動置高。 圖 增 /減計(jì)數(shù)模式 PWM信號的產(chǎn)生 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 使用定時器可以產(chǎn)生 定時中斷、定時脈沖和 PWM(脈寬調(diào)制)信號 。計(jì)數(shù)周期仍由 CCR0 定義,它是 CCR0 計(jì)數(shù)器數(shù)值的 2 倍。定時器從當(dāng)前值計(jì)數(shù)到單增到 0FFFFH 后,又從 0 開始重新計(jì)數(shù)如圖 43 所示。通過改變 CCR0 值,可重置計(jì)數(shù)周期。計(jì)數(shù)器 TAR可以增計(jì)數(shù)到 CCR0 的值,當(dāng)計(jì)數(shù)值與 CCR0 的值相等 (或定時器值大于 CCR0 的值 )時,定時器復(fù)位并從 0 開始重新計(jì)數(shù)。如果不需這樣,則可 通過 TACTL 中的 CLR 控制位來清除定時器的方向記憶特性。當(dāng)定時器暫停后重新計(jì)數(shù)時,計(jì)數(shù)器將從暫停時的值開始以暫停前的計(jì)數(shù)方向計(jì)數(shù)。 ( 3)輸出單元 :具有可選的 8種輸出模式,用于產(chǎn)生用戶需要的輸出信號,支持 PWM輸出。 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 ( 2)捕獲 /比較器:用于捕獲事件發(fā)生的時間或產(chǎn)生時間間隔,捕獲比較功能的引入主要是為了提高 I/O 端口處理事務(wù)的能力和速度。在硬件電路的連接上, 引腳號 引腳功能 硬件連接 電機(jī)模塊 TA1CCR1 電機(jī)模塊 ENA(輸出) TA1CCR2 電機(jī)模塊 ENB(輸出) I/O 電機(jī)模塊 IN1(輸出) I/O 電機(jī)模塊 IN2(輸出) I/O 電機(jī)模塊 IN3(輸出) I/O 電機(jī)模塊 IN4(輸出) 按照如上引腳連接后,我們可以通過改變端口的高低電平變化以控制小車的前進(jìn)方向,通過改變端口的高低電平的占空比以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 。 L298N的連接方法為: PWM的原理是開關(guān)管在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通時間為 t,周期為 T,則電機(jī)兩端的平均電壓為U=Vcc*( t/T) =a*Vcc。 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 電機(jī)驅(qū)動 模塊概述: 電機(jī)驅(qū)動芯片選用 L298N,電機(jī)的調(diào)速,采用 PWM調(diào)速算法。 主要元器件清單 主控芯片: SEEDEXP430F5529;智能小車底盤(二輪驅(qū)動);電機(jī)驅(qū)動( L298N);智能小車 循跡模塊( 74HC04D);超聲波模塊( HCSR04);杜邦線若干。用萬用表測輸出端電壓應(yīng)當(dāng)接近電源電壓。此時的電壓應(yīng)當(dāng)在 1 伏特左右。 主要參數(shù)如下:模塊高度≤ 10 毫米 安全工作電壓范圍在 3伏特至 6 伏特之間 各路全開工作電流 30 毫安至 55 毫安之間 各管腳的作用: VCC、 GND:電源接線端 IN( 1— 4)、 OUT:探頭與中控板連接端 OUT OUT OUT OUT4: 對應(yīng)輸出端 LED LED LED LED4: 對應(yīng)輸出指示 R R R R4: 對應(yīng)比較電壓調(diào)節(jié) 輸出端為集電極開路,板載 千歐上拉電阻 實(shí)驗(yàn)之前,我們測試下,模塊是否是好的: 1)測試探頭:移開探頭前面的所有物體,且探頭不要指向陽光的方向。發(fā)射器是一個紅外發(fā)光二極管,接收器是一個高度靈敏度、平面光電三極管,兩者集為一體,使探測器結(jié)構(gòu)緊湊,易于單片機(jī)接口。 輸入觸發(fā)信號 10us的 TTL脈沖 輸出回響信號 輸出 TTL電平信號,與射程成比例 循跡模塊: 74HC04D 該芯片主要 為智能小車、機(jī)器人等自動化機(jī)械裝置提供一種多用途的紅外線探測系統(tǒng)的解決方案。 MSP430的供電電壓為 。 主要參數(shù) ? 電器特性。 超聲波模塊: HCSR04 實(shí)物如下圖。 境 (應(yīng)用領(lǐng)域) 無線遙控 開關(guān)、遙控插座 、數(shù)據(jù)傳輸 VCC 電壓要與模塊工作電壓一致,且要做好電源濾波; 天線對模塊的接收效果影響很大,最好接 1/4 波長的天線,一般采用 50 歐姆單芯導(dǎo)線 , 天線的長度 315M 的約為 23cm, 433M 的約為 17cm; 天線位置對模塊接收效果亦有影響,安裝時,天線盡可能伸直,遠(yuǎn)離屏蔽體,高壓,及干擾源的地方; 使用時接收頻率、解碼方式應(yīng)與發(fā)射匹配。 ) 。 接收 模塊 有較寬的接收帶寬,一般為 177。各管腳功能如下: 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 工作電壓 (V): DC5V 靜態(tài)電流 (mA): 調(diào)制方式:調(diào)幅( OOK) 工作溫度: 10℃ ~+70℃ 接收靈敏度 (dBm): 105DB 工作頻率 (MHz): 31 ( 266433MHZ 頻率段可任選) 編碼方式:焊盤編碼(固定碼) 工作方式: M4(點(diǎn)動 :按住不松手就輸出,一松手就停止輸出 )、 L4(互鎖 :四路同時只能有一路輸出 )、 T4(自鎖 :四路相互獨(dú)立輸出、互不影響,按一下輸出再按一下停止輸出 ) 尺寸 (LWH): 41*23*7mm 特點(diǎn): 超再生接收 模塊 采用 LC 振蕩電路,內(nèi)含放大整形,輸出的數(shù)據(jù)信號為 解碼后的高電平信號 ,使用極為方便,并且價格低廉,所以被廣泛使用。 無線控制模塊: SC2262 接收模塊的七根引腳分別為 D D D D0、 GND、 VT、 VCC,其中 VCC為 DC5V的供電端,GND為接地端, VT端為解碼有效輸出端,只要發(fā)射器的數(shù)據(jù)碼有輸出, VT都能同步輸出高電平;D D D D0是 2262解碼芯片的四位數(shù)據(jù)輸出端,有信號時能輸出 5V左右的高電平,驅(qū)動電流約 2mA,與發(fā)射器的四位數(shù)據(jù)碼輸出一一對應(yīng)。邏輯功能如下: 接線方式如下: L298N可以直接對電機(jī)進(jìn)行控制,無須隔離電路,亦能夠滿足直流減速電機(jī)的大電流要求, 調(diào)試時,可以用程序輸入對應(yīng)的碼值,能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作。 1腳和 15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻,形成電流傳感信號。 4腳 VS接電源電壓, VS電壓范圍 VIH為+ 2. 5~ 46 V。 通過單片機(jī)的 I/O輸入改變芯片控制端的電平,即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn),停止的操作。如圖 35 所示 開發(fā)板管腳分配: 引腳號 引腳功能 硬件連接 TA1CCR1 電機(jī)模塊 ENA(輸出) 單片機(jī) 驅(qū)動電路 電動機(jī) 圖 34 電機(jī)驅(qū)動調(diào)速模塊功能框圖 PWM 波 檢測電路 信號 單片機(jī) 驅(qū)動電路 電動機(jī) 圖 35 循跡模塊功能框圖 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 電機(jī)模塊 TA1CCR2 電機(jī)模塊 ENB(輸出) I/O 電機(jī)模塊 IN1(輸出) I/O 電機(jī)模塊 IN2(輸出) I/O 電機(jī)模塊 IN3(輸出) I/O 電機(jī)模塊 IN4(輸出) 循跡模塊 I/O 左循跡模塊 OUT( 輸入) I/O 中循跡模塊 OUT(輸入) I/O 右循跡模塊 OUT(輸入) 無線控制模塊 I/O 無線解碼模塊 D1(輸入) I/O 無線解碼模塊 D2(輸入) I/O 無線解碼模塊 D3(輸入) I/O 無線解碼模塊 D4(輸入) I/O 中斷 無線解碼模塊 VT(輸入) 避障模塊 I/O 超聲波測距模塊 Trig(輸出) I/O 中斷 超聲波測距模塊 Echo(輸入) 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 系統(tǒng) 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)不同路段的控制要求,單片機(jī)系統(tǒng)主要由電機(jī)調(diào)速和換向子程序,測距避障子程序,無線控制子程序和循跡子程序構(gòu)成。 無線控制 單片機(jī) 驅(qū)動電路 電機(jī) 圖 無線控制模塊功能框圖 電機(jī)驅(qū)動調(diào)速模塊 主控芯片 MSP430F5529 超聲波測距 時鐘 電路 復(fù)位 電路 電機(jī)驅(qū)動 無線控制 紅外對接管循跡 電源 電路 超聲波壁障 超聲波模塊 返回信號 單片機(jī) 驅(qū)動電路 電動機(jī) 圖 32 超聲波模塊功能框圖 控制信號 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 用于控制小車的前進(jìn),后退,停止等基本功能,并且實(shí)現(xiàn) PWM 波對于轉(zhuǎn)速的控制。 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競賽總結(jié)報告 圖 1 系統(tǒng)硬件框圖 超聲波模塊功能框圖 如圖 32 所示可以通過超聲波模塊得到小車與障礙物的距離,將數(shù)據(jù)交給單片機(jī)判斷是否需要避開障礙物,隨即單片機(jī)控制電機(jī),驅(qū)動小車運(yùn)動。 首先利用紅外對接管對路面信號進(jìn)行檢測,然后將檢測結(jié)果送入主控芯片,輸出相應(yīng)的信號給驅(qū)動芯片,驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動,從而控制整個小車的運(yùn)動,與此同時,超聲波模塊檢測前方是否有障礙物,并將搜集到的信息實(shí)時送到主控芯片,及時避開障礙。 5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì) 整個電路系統(tǒng)分為黑線檢測、障礙檢測、控制
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