自动往返小车设计改.docx

1、自动往返小车设计改Hefei University2015年合肥学院电子设计竞赛项目报告 项目名称： 自动往返小车设计 作者姓名：王飞 1305033019 13自动化卓越班 朱丽娟 1305033024 13自动化卓越班 陈中海 1305033030 13自动化2班 指导教师： 完成时间： 目录摘 要： - 1 -关键词： - 1 -一、设计任务 - 2 -二、系统方案论证与分析 - 2 -2.1 主控芯片选择 - 3 -2.2 电机及驱动模块 - 4 -2.3 路面黑带检测模块 - 4 -2.4 电源选择 - 4 -2.5 控制单元模块 - 5 -2.6 数码管显示模块 - 5 -三、 程

2、序设计 - 6 -3.1 初始化 - 6 -3.1.1时钟初始化 - 6 -3.1.2端口初始化 - 7 -3.1.3 PWM初始化 - 8 -3.1.4 实时中断初始化 - 9 -3.1.5 周期性定时中断初始化 - 9 -四、小结 - 10 -五、参考书目 - 10 -附1： - 12 -附2：仪器设备清单 - 13 -附3：主函数及中断服务子函数代码 - 14 -摘 要：本系统以Freescale MC9S12XS128MCU为核心控制模块，附以外围电路，采用激光管和接收管进行信号检测和循线运动；通过CodewarriorIDE 在线Debug进行调试，实现自动往返小车设计。综合运用单片

3、机技术、自动控制理论、传感器检，使小车自动借助传感器识别路面环境以及行驶状态，运用单片机的运算和处理能力来实现小车的自动加速、限速、减速、定时、原地转向倒车、左转、右转、显示行驶时间等控制。关键词：MC9S12XS128MCU，自动控制，电动小车， PWM调速，传感器一、设计任务设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车，不能用人工遥控（包括有线和无线遥控），其行驶线路满足所需的要求。跑道宽度0.5米，表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低于20厘米。在跑道的B, C, D, E, F, 各点处画有2厘米粗黑线。各段长度如图所示。要求 分区控制：如（图1）所示：图1 跑道

4、示意图车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超过起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开始计时）。到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差 的测量值）D-E间为限速区，车辆往返均要求低速通过，通过时间不得少于8秒，但不允许在限速区内停车。二、系统方案论证与分析根据设计任务要求，并且根据我们自己的需要而附加的功能，该系统的总体框图可分为几个基本的模块，框图如（图1）所示：、 图2-1 小车系统框图2.1 主控芯片选择针对此次设计的要求，以性能和熟悉程度为最重

5、要的考虑指标，选择飞思卡尔公司的16位单片机MC9S12XS128。此MCU功能强大，具有高速I/O口、8路8位PWM输出通道，16通道AD转换4路定时通道、时钟发生模块，控制精度高，灵敏度强，适于进行实时过程控制。缺点是价格较贵，引脚众多且密集，搭建载板难度大。系统电路图：2.2 电机及驱动模块方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻较小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且很难实现。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。方案的优点是

6、电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，机械结构易损坏，寿命较短，可靠性不高。方案三：采用达林顿管TIP4组成的PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的状态，精确调整电机转速。方案四：采用L298N来控制电机的正转和反转来实现小车的前进和后退。加上单片机的程序PWM，实现整车的加速与减速，精确小车的速度。基于上述理论分析，拟选择方案四。2.3 路面黑带检测模块黑带检测的原理是：红外光线照射到路面并反射，由于黑带和白纸的系数不同，可根据接的红外线的强弱判断是否到达黑带。方案一：可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射接收电路。这种方案的缺点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大

7、的干扰，一旦外界光亮条件改变，很可能造成误判和漏判；虽然产生超高亮发光二极管可以降低一定的干扰，但这又将增加额外的功率损耗。方案二:反射式的红外发射接收器。由于采用红外管代替普通可见光管，可以降低环境干扰。 基于上述理论分析，拟选择方案二。2.4 电源选择方案一：所有器件采用电源供电，这样供电电路比较简单；但是由于电动机启动瞬时电流很大，会造成电压不稳，干扰严重，缺点十分明显。方案二：双电源供电，将电动机驱动电源与单片机以及周边电路电源完全隔离，这样做虽然不如单电源方便灵活，但可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统的稳定性。基于上述理论分析，拟选择方案二。2.5 控制单元模块方案一：

8、采用纯数字电路该方案外部检测采用光电转换，系统控制部分采用数字电路译码对小车电动机两端电压调整，来控制小车的运行。时间和行程用加法器进行计数。此系统的设计将会使电路过于复杂，调试时需要改变硬件电路，机动性差。方案二：用单片机控制用光电检测不同的信号，并经单片机对其处理，传送给L298信号，使其控制电机的正转和反转，配合PWM程序控制，来实现加速减速和刹车。通过单片机内部定数器/计数器进行定时、计数，在用单片机串行输入/输出口进行显示控制。此方案电路成熟、工作稳定、容易实现控制。为能更好的实现题目的各种设计要求，所以我们选用第二种方案。用单片机进行控制。其工作框图如下：2.6 数码管显示模块显示

9、电路：3、程序设计 程序流程图3.1 初始化 3.1.1时钟初始化void Clock_Init(void) /设定fBUS=40MHZ CLKSEL_PLLSEL=0; /关闭内部锁相环时钟，进行相关设置 SYNR=0X49; / VCOFRQ7:6;SYNDIV5:0 SYNR寄存器构成，高位至低位 fOSC为外部晶振频率16MHZ / fVCO(压控振荡器时钟频率)= 2*fOSC*(SYNDIV + 1)/(REFDIV + 1) / VCOCLK Frequency Ranges VCOFRQ7:6 压控振荡器时钟频率范围选择 / 32MHz = fVCO = 48MHz 00 /

10、48MHz fVCO = 80MHz 01 / Reserved 10 / 80MHz fVCO = 120MHz 11 REFDV=0X83; / REFFRQ7:6;REFDIV5:0 REFDV寄存器构成 高位至低位 / fREF=fOSC/(REFDIV + 1) 参考电压公式 / REFCLK Frequency Ranges REFFRQ7:6 参考电压频率范围选择 / 1MHz = fREF = 2MHz 00 / 2MHz fREF = 6MHz 01 / 6MHz fREF 12MHz 11 POSTDIV=0X00; / POSTDIV4:0,只有低五位可用 / fPLL(

11、内部锁相环时钟频率)= fVCO/(2 POSTDIV) / If POSTDIV = $00 then fPLL is identical to fVCO (divide by one) / fBUS(总线频率即系统时钟频率)= fPLL/2 while(CRGFLG_LOCK=0); /等待内部锁相环时钟频率达到稳定，即CRGFLG_LOCK=1 CLKSEL_PLLSEL=1; /使能内部锁相环时钟，自定义系统时钟频率设定完毕 3.1.2端口初始化void PORT_Init(void) DDRA=0XFF; PORTA=0XFF; DDRB=0XFF; PORTB_PB4=1; POR

12、TB_PB5=1; PORTB_PB6=1; PORTB_PB7=1; DDRS=0B11111000; PTS_PTS3=1; /BUZZER PTS_PTS4=1; /ZHIXING LED PTS_PTS5=1; PTS_PTS6=1; /JIGUANG HUIDU PTS_PTS7=1; /CHUANGAN HUIDU 3.1.3 PWM初始化 void PWM_Init(void) /单通道输出 PWME=0X00; /关闭通道 进行设置 PWMPRCLK=0X02;/分频总线时钟 /低位PCKA0:2 高位PCKB0:2 /此处4分频 PWMSCLA=2; / 选择比例因子分频A时

13、钟 CLOCKSA=CLOCKA/(2*PWMSCLA) PWMSCLB=5; / 选择比例因子分频B时钟 CLOCKSB=CLOCKB/(2*PWMSCLB) PWMCTL=0X00; / 选择是否级联 0不级联 1级联 PWMCLK=0X03; / 选择各个通道时钟 0 原时钟 1 S时钟 PWMPOL=0Xf7; / 选择初始极性 0低电平 1 高电平 PWMCAE=0X00; / 选择对齐方式 0左对齐 1中心对齐 PWMPER0=200; /输出两路5kHZ的PWM波 PWMDTY0=L; /初始化时全速前进 120 慢速 150 中速 PWMPER1=200; / PWMDTY1=

14、R; PWMPER2=222; PWMDTY2=56; PWMPER3=222; PWMDTY3=56; PWME=0X0f; / 使能输出通道 此处输出5kHZ 3.1.4 实时中断初始化void RTI_Init(void) /实时中断初始化函数设置中断时间为1ms RTICTL=0X83; /超时周期设置 /第七位RTDEC RTDEC=1 十进制；RTDEC=0 二进制 /第0到第6位位RTR0:6 /RTR3:0位一组，RTR6:4为一组 /两组加权相乘，确定分频数 /时钟源为fOSC=16MHZ /详细对应关系见XS128英文数据手册P244-P246 CRGINT_RTIE=1;

15、 /使能RTI实时中断 3.1.5 周期性定时中断初始化void PIT_Init(void) /周期性定时中断模块初始化函数 PITCFLMT=0X00; /关闭PIT模块，进行相关设置 PITCE_PCE0=0; PITCE_PCE1=1; PITMUX=0X00; /选取微定时基准时钟0 PITMTLD0=199; /装载微定时基准时钟0的计数初始值 PITLD0=49999; /装载16位定时通道0计数初始值 PITLD1=49999; /定时器1用于10秒停车计时 PITINTE=0X07; /使能16位定时通道超时中断 PITCFLMT=0X80; /使能PIT模块 超时周期=(P

16、ITMTLD+1)*(PITLD+1)/fBUS /此处为0.25s /时钟源来自总线时钟 四、小结 历时四天的电子设计竞赛设计报告已经完成。经过自己不断的搜索努力以及同学、学长学姐们的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。在这段时间里，学长学姐、同学严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他们的指导使我受益非浅。同时校图书馆的开放也为我的设计提供了大量的实习资料。 通过这次设计竞赛设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练，但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这段时间的设计

17、是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为我今后的发展打下了良好的基础。 由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正。五、参考书目模拟电子技术，高吉祥著，电子工业出版社；数字电子技术，高吉祥著，电子工业出版社；单片机自学笔记，范红刚等著，北京航空航天大学出版社；C程序设计，谭浩强著，清华大学出版社；C语言开发技术详解，戴建华等编著，电子工业出版社；单片机的C语言，姜志海、赵艳雷编著，电子工业出版社；单片机原理及嵌入式系统开发张阳等著，电子工业出版社附1：元件数量MC9S12XS128单片机最小系统板1块LM7805稳压芯片1片万用板3块连接线若干直流电机2个车轮及固定支

18、架2套L298N芯片1块16V充电电池1个激光管及接收管3套四位数码管1个支架若干滚轮轮1个74LS1381片排针若干电阻若干电容若干排线若干按钮开关1个附2：仪器设备清单数字万用表；电焊工具； 电钻。附3：主函数及中断服务子函数代码void interrupt 7 RTI_ISR(void) /中断编号为7 if(PTS_PTS2=1) /ALWAYS HIGH cishu=cishu+1; PTS_PTS6=0; PTS_PTS3=0; if(count=3) if(cishu200) count=count+1; /start=0; PTS_PTS6=1; PTS_PTS3=1; PWM

19、DTY0=L; PWMDTY1=R; while(PTS_PTS2=1); cishu=0; else if(cishu79) count=count+1; /start=0; PTS_PTS6=1; PTS_PTS3=1; if(count=6) count=0; for(delay=0;delay50000;delay+) for(del=0;del10;del+); CRGINT_RTIE=0; PITCE_PCE0=1; PWMDTY0=0; PWMDTY1=0; loop=loop+1; if(loop=2) PITCE_PCE1=0; else if(count=3) PWMDTY

20、0=L1; PWMDTY1=R1; else if(count=5) PWMDTY0=LMID; PWMDTY1=RMID; else PWMDTY0=L; PWMDTY1=R; while(PTS_PTS2=1); cishu=0; else cishu=0; if(PTS_PTS0=0) PORTB_PB0=0; PORTB_PB1=1; PORTB_PB2=0; PORTB_PB3=0; PTS_PTS4=0; else PTS_PTS4=1; if(PTS_PTS1=0) PORTB_PB0=0; PORTB_PB1=0; PORTB_PB2=0; PORTB_PB3=1; PTS_P

21、TS5=0; else PTS_PTS5=1; (PTS_PTS0=1)&(PTS_PTS1=1) PORTB_PB0=0; PORTB_PB1=1; PORTB_PB2=0; PORTB_PB3=1; CRGFLG_RTIF=1; / 中断标志位写1清零void interrupt 66 PIT0_ISR(void) i=i+1; if(i=4) time=time+1; /计数1秒 i=0; if(time=10) time=0; PWMDTY0=L; PWMDTY1=R; PORTB_PB0=0; PORTB_PB1=1; PORTB_PB2=0; PORTB_PB3=1; for(de

22、lay=0;delay10000;delay+) for(del=0;del400;del+); if(PTS_PTS0=0) PORTB_PB0=0; PORTB_PB1=1; PORTB_PB2=1; PORTB_PB3=0; else PORTB_PB0=1; PORTB_PB1=0; PORTB_PB2=0; PORTB_PB3=1; for(delay=0;delay4000;delay+) for(del=0;del900;del+); PORTB_PB0=0; PORTB_PB1=1; PORTB_PB2=0; PORTB_PB3=1; /* for(delay=0;delay1

23、0000;delay+) for(i1=0;i11500;i1+); / PITCE_PCE0=0; CRGINT_RTIE=1; if(loop=2) second=0; loop=0; PITCE_PCE1=1; PITTF_PTF0=1; void interrupt 67 PIT1_ISR(void) basic=basic+1; if(basic=4) second=second+1; basic=0; PITTF_PTF1=1; void main(void) DisableInterrupts; Clock_Init(); PORT_Init(); RTI_Init(); PWM_Init(); PIT_Init(); PORTB_PB0=0; PORTB_PB1=1; PORTB_PB2=0; PORTB_PB3=1; EnableInterrupts; for(;) if(loop=2) Time_Display(); else Black_Display();