基于MC9S12XS128微控制器智能车的软件设计毕业设计.docx

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基于MC9S12XS128微控制器智能车的软件设计毕业设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

基于MC9S12XS128微控制器的智能车软件设计与实现

摘要

2006年，第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛在清华大学举行，随着2009年第四届竞赛的成功举办，该竞赛的影响力越来越大。

竞赛要求在组委会提供的赛车模型上，使用飞思卡尔半导体公司的8位或16位微控制器，通过自行增加传感及驱动电路，和编写相应控制软件，制作一个能自主识别道路的赛车，按照规定路线行驶，以完成时间最短者为胜。

因此，在智能车制作中，控制软件的设计和编写是非常关键和重要的技术。

本文主要介绍了，使用S12微控制器为核心和红外收发管为传感器智能车系统的软件设计。

包括PLL、PWM和ADC等主要模块的初始化，以及方向和速度的PID控制算法、无线数据采集等，还有设计过程中遇到的一些问题和解决办法。

关键字

微控制器，PID，智能车

DesignandImplementationofSmartCar’sSoftwareBasedonMC9S12XS128MCU

Abstract

In2006,thefirst"Freescale"NationalUniversityStudentSmartCarracewasheldinTsinghuaUniversity,withthefourthraceofthe2009success,theimpactofincreasingcompetition.

Racecarprovidedbytheorganizingcommitteeaskedthemodel,usingFreescaleSemiconductor's8or16-bitmicrocontrollers,throughtheuseadditionalsensoranddrivecircuit,Thepreparationofthecorrespondingcontrolsoftware,toproducearoadcarcanbeindependentlyidentified,inaccordancewiththeprovisionsofroutestocompletetheshortesttimeisthewinner.

Therefore,thesmartcarproduction,controlsoftwaredesignandpreparationiscriticalandimportanttechnology.ThispaperdescribestheuseofS12MCUcoreandtheinfraredtransceiver,intelligentvehiclesystemsforsensorcontrolsoftwaredesign.IncludingthePLL,PWM,andADCandothermajormoduleinitialization,andthedirectionandspeedofthePIDcontrolalgorithm,wirelessdataacquisition,aswellasdesigningsomeoftheproblemsencounteredandsolutions.

Keywords

MCU，PID，Smartcar.

第一章绪论

1.1背景

2006年，受教育部高等教育司委托，由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办，第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛在清华大学举行。

该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。

竞赛要求在组委会提供的赛车模型上[1]，使用飞思卡尔半导体公司的8位或16位微控制器，通过自行增加传感及驱动电路，和编写相应控制软件，制作一个能自主识别道路的赛车，按照规定路线行驶，以完成时间最短者为胜。

竞赛中的赛车模型按道路检测方式的不同，分为光电组、摄像头组、电磁组（第五届）分别进行比赛。

1.2现状

该竞赛迄今已成功举办了四届，从第一届共有25个省（自治区）、直辖市59所高校的112支队伍参赛开始，发展到第四届共有来自全国26个省（自治区）、直辖市的230余所高校的780支队伍参赛，分华南、西部、东北、华东与华北五大分赛区进行选拔。

说明该竞赛在全国高校中的影响力与日俱增，成为续教育部已举办的电子设计、数学建模、机械设计、结构设计等四大专业竞赛之后的又一重要赛事。

1.3技术路线

由于赛车是自行在赛道上行驶的，不允许人为操纵，而且赛道布局是比赛时当场揭晓，事先无法对赛车行驶路径进行预先设定，所以只能让赛车传感器反馈回的路径信息，自行在赛道上行驶。

要使赛车快速稳定的完成比赛，必须对其行驶过程的方向和速度进行控制[2]，所以，要控制赛车的行驶方向和速度，就只能依据车身上各种传感器的反馈信息，来计算舵机和电机的控制量大小。

这就要涉及到各种各样的控制方法，比较常见的有比例积分微分控制（PID）、模糊控制（FUZZY）等方式。

其中PID控制以实现方法简单和控制过程稳定可靠，而应用范围最广，所以本文决定采用PID来作为小车方向和速度的控制算法。

1.4本文结构

本文主要是基于MC9S12XS128对智能车软件部分进行设计和开发。

第一章：

绪论（本章阐述了智能车竞赛的背景和现状，还有设计的大概思路。

）

第二章：

MCU（介绍了MCU的基本知识，以及MC9S12XS128的特点和资源。

）

第三章：

开发环境（介绍了IDE开发环境，以及CodeWarrior的基本使用方法。

）

第四章：

总体设计（介绍了智能车系统设计的各个模块和具体实现方法。

）

第五章：

软件设计（介绍了各模块的初始化，以及小车的控制算法的设计。

）

第六章：

设计总结（总结了设计的总体结果和过程中遇到的一些问题和不足。

）

第二章MCU

2.1什么是MCU？

MCU（MicroControlUnit）中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

MCU按其存储器类型可分为无片内ROM型和带片内ROM型两种。

对于无片内ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用（典型芯片为8031）。

带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM型（典型芯片为87C51）、MASK片内掩模ROM型（典型芯片为8051）、片内FLASH型（典型芯片为89C51）等类型，一些公司还推出带有片内一次性可编程ROM（OneTimeProgramming，OTP）的芯片（典型芯片为97C51）。

MASKROM的MCU价格便宜，但程序在出厂时已经固化，适合程序固定不变的应用场合；FALSHROM的MCU程序可以反复擦写，灵活性很强，但价格较高，适合对价格不敏感的应用场合或做开发用途；OTPROM的MCU价格介于前两者之间，同时又拥有一次性可编程能力，适合既要求一定灵活性，又要求低成本的应用场合，尤其是功能不断翻新、需要迅速量产的电子产品。

　　微控制器在经过这几年不断地研究、发展，历经4位，8位，到现在的16位及32位，甚至64位。

产品的成熟度，以及投入厂商之多，应用范围之广，真可谓之空前。

目前在国外大厂因开发较早、产品线广，所以技术领先，而本土厂商则以多功能为产品导向取胜。

但不可讳言的，本土厂商的价格战是对外商造成威胁的关键因素。

　　由于制程的改进，8位MCU与4位MCU价差相去无几，8位已渐成为市场主流；目前4位MCU大部份应用在计算器、车用仪表、车用防盗装置、呼叫器、无线电话、CD播放器、LCD驱动控制器、LCD游戏机、儿童玩具、磅秤、充电器、胎压计、温湿度计、遥控器及傻瓜相机等；8位MCU大部份应用在电表、马达控制器、电动玩具机、变频式冷气机、呼叫器、传真机、来电辨识器（CallerID）、电话录音机、CRT显示器、键盘及USB等；16位MCU大部份应用在行动电话、数字相机及摄录放影机等；32位MCU大部份应用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN电话、激光打印机与彩色传真机；64位MCU大部份应用在高阶工作站、多媒体互动系统、高级电视游乐器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及高级终端机等。

2.2MC9S12XS128微控制器

MC9S12X系列[3]是HCS12系列的增强型产品，基于S12CPU内核，可达到25MHz的HCS12的2-5倍的性能。

S12X系列增加了172条额外指令，可以执行32位计算（共有280条指令），总线频率最高可达40MHz，并且具备完全的CAN功能，改进了中断处理能力。

S12X系列的CPU以复杂指令集CISC架构，集成了中断控制器，有丰富的寻址方式。

中断有7个优先级，并且内核支持优先级的调度，最多可有117个中断源，S12X可访问最多8MB的全部存储空间。

S12X系列最大的特点，是增加了一个平行处理的外围协处理器XGATE模块。

该模块是一个可编程的16位RISC核心，其设计运行频率可高达100MHz，是一个智能的、可编程的直接内存