【正文】 rotel99se原理圖與 PCB設計教程 [M].北京：電子工 業(yè)出版社， [8]劉華東 .單片機原理與應用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， [9]韓毅，楊天 . 基于 HCS12單片機的智能尋跡模型車的設計與實現(xiàn) [J].學術(shù)期刊， 2021， 29（ 18）：15351955. [10] 王曉明 . 電動機的單片機控制 [J]. 學術(shù)期刊， 2021， 13（ 15）： 13221755 [11]張毅剛 ,彭喜元 .新編 MCS51單片機應用設計 [M].哈爾濱工業(yè)大學出版社 ,2021. [12]何立民 .單片機應用系統(tǒng)設計 [M].北京航天航空大學出版社 ,2021. [13] 宗光華 通過此次設計，對凌陽單片機的工作原理有了更切實的認識，對于單片機各個功能如定時器 、 ROM、 RAM、 WDT(看門狗 )等的功能更能系統(tǒng)地認識。 程序編寫是最大的難點，凌陽單片機的編程方法有別于 51單片機的編寫，則需要學習，其仿真軟件不能真正仿真，需要將每次修改的程序加載在實物（小車 )中進行驗證。 自主移動機器人小 車設計 23 結(jié)束語 此次設計是在凌陽公司的精簡開發(fā)板（ 61 板）上設計的，通過連接控制板和小車電路實現(xiàn)的。 設計更加可靠的硬件電路。 本系統(tǒng)可行的改進措施 在條件允許的情況下，本系統(tǒng)可以做以下幾個方面的改進： 增加速度檢測裝置，提高速度控制精度。 超聲波測距模塊檢測的距離出現(xiàn)錯誤。 但由于超聲波的問題，所以聯(lián)合調(diào)試的結(jié)果是小車 不能實現(xiàn)避障功能。在進行聯(lián)合調(diào)試時，經(jīng)過反復的實驗，不斷的來修改參數(shù)來完善結(jié)果。但是也出現(xiàn)了一定的問題，如 超聲波 程序 的調(diào)試， 超聲波所檢 測的 距離 是錯誤的 。如超聲波測距程序，在調(diào)試時將它放在一個子程序里單獨測試，看其是否能夠完成預定的功能，如能，測試通過，否則，修改并反復測試 。 表 53 電機測試記錄 IOA8 IOA9 IOA10 IOA11 小車行駛狀態(tài) 1 0 1 0 前行 1 0 0 1 左轉(zhuǎn) 1 0 1 1 原地左轉(zhuǎn) 0 1 1 0 右轉(zhuǎn) 1 1 1 0 原地右轉(zhuǎn) 0 1 0 1 后退 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用 μ’nSP?集成開發(fā)環(huán)境 ，將編好的程序進行調(diào)試，主要是檢查語法錯誤。那就是硬件的問題了，由于超聲波測距模塊是買的成品，我研究其工作原理，并和售后服務聯(lián)系，他們給予幫助來檢測超聲波測距模塊的特性，檢測結(jié)果是超聲波測距模塊也沒有問題，我認為問題可能是 有 電源的不穩(wěn)定以及超聲波測距模塊受環(huán)境的干擾比較大 引起的 。如表 52 是超聲波調(diào)試記錄。 (2)超聲波測距模塊 調(diào)試 對于超聲波測距模塊的調(diào)試是結(jié)合軟件共同實現(xiàn)，將編寫好的超聲波測距程序下載到 61板中， 同時在線用 μ’nSP?集成開發(fā)環(huán)境 進行測量結(jié)果的觀測。同時會有語音提示： 歡迎進入自檢模式 ，此時因為還沒有連線，所以會聽到： I/O 測試失敗 的警告，所以 就要進行第二步的操作； 第二步、用連線分別將 I/OA 口的低 8 位和 IOB 口的低 8 位相連， IOA 口的高 8自主移動機器人小 車設計 20 位和 IOB 口的高 8位相連，然后按下 REST 復位鍵 現(xiàn)象：當按下復位鍵后，程序從第一調(diào)開始運行開始執(zhí)行，語音提示 歡迎進入自檢模式 ，當聽到語音： I/O 測試成功 后，進行第三步操作； 第三步、按 K1 鍵進行睡眠功能測試 現(xiàn)象：如果測試成功，會看到綠色的發(fā)光二極管亮滅一下，并有語音提示 睡眠測試成功 ，否則提示 睡眠測試失敗 ，然后進行第四步操作； 第四步、按下 K2鍵進行 A/D 轉(zhuǎn)換 的測試 現(xiàn)象：語音提示： A/D 測試成功 ，否則提示 A//D 測試失敗 ，進入最后一步操作； 第五步、拔掉第一步測試時的連接線，并按下 K3鍵測試 MIC 輸入及 D/A 轉(zhuǎn)換輸出是否正常 現(xiàn)象：可以在 MIC上輕輕的拍幾下，同時聽是否有聲音輸出，如果有，則說明MIC輸入和 D/A 轉(zhuǎn)換輸出部分正常。 最后將各模塊組合后結(jié)合軟件進行整體測試 。 圖 52 61開 發(fā)板實物圖 系統(tǒng)調(diào)試 本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件調(diào)試。61板的結(jié)構(gòu)圖及說明如圖： 圖 51 61板的結(jié)構(gòu)圖 表 51 61板 框圖說明 POWER 5vamp。此后將 61 板、車體、驅(qū)動電路板按照設計要求組裝，各 部分之間用自制杜邦線連接。它的軟件仿真功能可以在不連接仿真板的情況下模擬硬件的各項功能來調(diào)試程序 。具有友好的交互界 面，下拉菜單，快捷鍵和快速訪問命令列表等，使編輯，調(diào)試工作方便且高效。 自主移動機器人小 車設計 16 4 軟件設計 軟件設計是實現(xiàn)小車智能運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，相當于人類大腦思維活動，通過軟件設計可將各個變化信號數(shù)據(jù)有效的結(jié)合處理，產(chǎn)生相應的動作反應。（反之則反轉(zhuǎn)）， PWM 信號端 A控制電機 1調(diào)速， PWM 信號端 B控制電機 2 調(diào)速。輸入信號端IN1接高電平輸入端 IN2 接低電平， J3 連接的電機正轉(zhuǎn)。 J4接入邏輯電源， J6 接入動力電源， J1與 J2分別為單片機控制兩個電機的輸入端， J3與 J5 分別與兩個電極的正負極相連。 電機驅(qū)動模塊連接圖 [5] 小車 的兩個直流 電機和驅(qū)動模 塊 L298N 的連接如圖 310。 (3)內(nèi)含兩個 H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載； (4)采用標準邏輯電平信號控 制； (5)具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作； (6)可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個 H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準 TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動 46V、 2A以下的電機。用戶只需進行六次測距操作，這六次的測量結(jié)果需要經(jīng)過處理后才可得到最終的測距返回值，然后將返回值化成距離。當用戶使用 61 板為其供電時，要把 VCC 與 VCC_5 短接；而使用外部電源時，要把 VCC 與 VCC_5 短接。 在模塊電路的設計中一定要注意，超聲波發(fā)射頭和接收頭之間的干擾；一般壓電式的超聲波換能器都會存在余波的干擾，發(fā)射頭和接收頭間要有 5cm 的距離；而在 發(fā)射頭發(fā)射超聲波后的 3ms 內(nèi)，接收頭會一直接收到發(fā)射頭傳過來的非反射波，這是干擾波，在軟件處理的時候一定要注意清除掉此類的干擾。 發(fā)射頭發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射后，反射到接收頭，而接收到的波形幅度非常小，所以在回波處理電路中，把接收到的波形放大了 5000 倍，用的是 NE5532搭成的兩級交流放大電路。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2 超聲波測距模組的電路原理圖 圖 33 超聲波測距模組的主要電路原理圖 自主移動機器人小 車設計 11 整個電路可分為兩大部份，一部份是超聲波發(fā)射調(diào)理電路，另一部份是 超聲波回波接收處理電路。這就是本系統(tǒng)的測量原理。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體阻擋時就會發(fā)生反射；反射波稱為回聲。不同測距模式的選擇只需改變測距模式跳線 J1的連接方法即可。轉(zhuǎn)換的電流模擬信號分別從 AUD1 和 AUD2 輸出，輸入的數(shù)字量分別寫入 PDAC1 和 PDAC2單元。直接 DAC 方式用于兩個通道的聲音數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬的音頻信號輸出。 SPCE061A 單片機采用的 D/A 轉(zhuǎn)換的音頻輸出硬件結(jié)構(gòu)有兩種：一種是直接采 用數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 DAC實現(xiàn)；另一種是采用單通道脈寬調(diào)制 PWM 驅(qū)動方式輸出。這種方式下，聲音數(shù)據(jù)的采樣率決定了聲音音質(zhì)的好壞。語音輸出是， CPU 以一固定的頻率向 DAC 送出一系列的數(shù)字量值。 語音輸出方式是數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 DAC 把模擬聲波輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量實現(xiàn)波形重放。語音輸出是用于聲音數(shù)據(jù)采樣相同的速率將聲音數(shù)據(jù)通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換通道還原成聲音。 SPCE061A 單片機中 DAC 主要用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成音頻信號輸出，其音頻信號輸出有兩種控制方式：一種是語音輸出方式；另一種是音調(diào)輸出方式。 SACM DVR 編碼實際上使用了 SACM A2021 壓縮算法，因此錄制的語音資源可以使用 SACM A2021 播放出來。錄音是從語音采樣、壓縮編碼到存儲的過程，SACM DVR 的錄音采用了 SACM A2021 壓縮編碼。用戶需要在 FIQ TIMERA 中斷服務程序中調(diào)用 SACM A2021 函數(shù)完成語音播放。無論是自動播放還是手動播放，將解碼后的語音數(shù)據(jù)通過 DAC 播放出來的過程都是在中斷服務程序中完成的。其播放流程與 SACM A2021 完全相同，僅僅將SACMA2021 播放程序調(diào)用的函數(shù)名中的“ A2021” 全部替換為 “ S480” 即可。 SACM S480 的壓縮算法的壓縮比較大，音質(zhì)不是太好，適用于對音質(zhì)要求不是很高的語音播放場合。為方便用戶將 SPCE061A 應用于語音產(chǎn)品，凌陽公司 提供了多種音頻編解碼算法及其 API 函數(shù)庫，即 SACMLIB。 CS：代碼選擇字段 DS：數(shù)據(jù)選擇字段 C：進位標志位 Z：零標志位 N：負標志位 S：符號標志位 SPCE061A 的語音播報 功能 SPCE061A 內(nèi)置了專用的 MIC 輸入通道和音頻輸出 DAC，并具有較高的處理速度，因此非常適合對音頻信號的處理，如語音播放、語音錄制等。 （ 3） 通用型寄存器 R1~R4：在 unSP CPU（ ）中，集成了一組（ 4個） 16位通用寄存器： R1~R4。 SPCE061A 特性： 16位 μ’nsp微處理器； 工作電壓：內(nèi)核工作電壓 VDD 為 ~（ CPU）， I/O 口工作電壓 VDDH 為VDD~(I/O)； CPU 時鐘： ~； 內(nèi)置 2K字 SRAM； 內(nèi)置 32K閃存 ROM； 可編程音頻處理； 晶體振蕩器： 32768Hz實時時鐘； 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（系統(tǒng)時鐘暫停），耗電小于 ； 2個 16位可編程定時器 /計數(shù)器 TMR0,TMR1(可自動預置初始計數(shù)值 )； 2個 10位 DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換 )輸出通道； 32位通用可編程輸入 /輸出端口； 14個中斷源可來自定時器 A/B，時基， 2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒；具備觸鍵喚醒的功能； 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240 方式（ 位 /秒），能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)； 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； 通道 10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 聲音 AD轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風放大器和自動增益控制 (AGC)功能； 具備串行設備接口； 自主移動機器人小 車設計 7 低電壓復位 (LVR)功能和低電壓監(jiān)測 (LVD)功能； 內(nèi)置在線仿真板 (ICE In Circuit Em ulator)接口。較高的處理速度使 μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復雜的數(shù)字信號。系統(tǒng) 總體設計框圖 如圖 21 圖 21 系統(tǒng)總 體設計框圖 SPCE061A 復位電路 語音報警 電機驅(qū)動 HGHHLLLL298N 超聲波測距 自主移動機器人小 車設計 6 3 硬件設計 SPCE061A 芯片的特點及其功能 [3] SPCE061A 是繼 μ’nSP?系列產(chǎn)品 SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款 16位結(jié)構(gòu)的微控制器。 綜上所述，本設計選擇方案二。在不超過單片機工作電壓范圍的情況下，又能驅(qū)動直流電機。 但是 需要很長的線，而且要有交流電和電腦配合。能直接為單片機提供穩(wěn)定的 +5V 直流電壓。且直流電機易于控制，驅(qū)動電路十分簡單。 表 21 電機控制方式對比 直流電機 步進電機 調(diào)速性能 較好 較差 位置控制精度 較差 好 驅(qū)動 簡單 復雜 穩(wěn)定性 較好 好，僅與控制脈沖有關(guān) 由上表可以看出步進電機和直流電機都有各自的優(yōu)點。但步進電機的驅(qū)動相對較復雜，要由控制器和功率放大器組成。與直流電機不同，要使步進電機連續(xù)的轉(zhuǎn)動，需要連續(xù)不斷的輸入點脈沖信號，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定。步進電機具有良好的控制性能。此方法性能較好，電路和控制都比較簡單。直流電機的驅(qū)動電 路實際上就是一個功率放大器。 驅(qū)動電機的 比較與 選擇 方案一：使用直流電機，直流電機具有良好的調(diào)速性能，控制起來也比較簡單。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用 了L298N。線性型驅(qū)動的電自主移動機器人小 車設計 4 路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強 。更主要的問題在于一般的電動機電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實現(xiàn)很困難。 電機驅(qū)動模塊 的比較與選擇 方案一 ： 采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制 ,