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1、西华师范大学本科生毕业设计论文-2011 届题 目：坦 克 打 靶 小 车学 院 名 称：物 理 与 电 子 信 息 学 院专 业 名 称：应 用 电 子 技 术 与 教 育班 级: 2007 级 8 班 姓 名： 程 轩 学 号： 200709240805 指 导 教 师：罗 鹏 职称： 教 授 2010 年 12 月 23 日2目录摘要3ABSTRACT3第一章 绪论 41.1 坦克打靶小车的功能41.2 MSP430 单片机(MSP430F149)简介 5第二章 系统方案设计 62.1 主控芯片及电源方案选择62.2 路面寻迹方案选择72.3 电机驱动方案选择82.4 寻找光源方案选择8
2、第三章 系统硬件电路设计 93.1 系统总框图设计93.2 电源模块设计93.3 电机驱动模块设计103.4 寻迹模块设计113.5 追光模块设计133.6 声光报警模块设计133.7 板子制作工艺流程14第四章 系统软件设计 154.1 系统流程图154.2 寻迹程序流程154.3 步进电机及打靶程序流程 164.4 发挥部分174.5 调试及测试结果18参考文献19致 谢 203坦克打靶小车摘要：本设计以 MSP430F149 单片机为控制核心 ，共有 6 个模块：开发板，追光模块，打靶模块，12V 、5V 稳压电源模块，驱动模块，寻迹模块，分别实现数据的处理,光源定位、模拟打靶、提供稳定
3、电压源，驱动电 机，寻找轨迹的功能，以下是该系统的软硬件设计方法和测试结果的具体分析分析。关键词：坦克打靶， MSP430 单片机，驱动， 寻迹，寻光，打靶Tanks targeting carAbstract: The design for the control of the core MCU MSP430F149, through six modules: development board, the light source positioning module, targeting module, 12V,5V regulator module, driver module to i
4、mplement tracing, look for light, tanks shooting and other functions, PWM driver chip used to control the motor, with the optical black line to find the opening to control the car tracing, with the photosensitive device to locate the light source phototransistor, target practice with a laser pointer
5、, stepper motor control battery operation, use a wildcard instead of a rear wheel, making the car turn more sensitive, system performance, and reliability. The following describes the system hardware and software design methods and test result analysis.Keywords: Tank shooting, MSP430Microcontroller,
6、 Driver, Tracing, Search Light,Target practice4第一章 绪 论1.1 坦克打靶小车的功能设计并制作一个可以寻迹的简易坦克车，控制坦克沿靶场中预先设置的轨迹，快速寻迹行进，并在其上安装由电动机驱动的可以自由旋转的炮塔，在炮塔上安装激光笔以代替火炮，并同时以光电方式瞄准光靶，实现模拟打靶。1基本功能（1）要求坦克从起点出发，沿引导轨迹快速到达终点。坦克上应自行标示一醒目的检测基准。在寻迹跟踪的全过程中，其检测基准偏离引导轨迹边缘距离应2cm，一旦不满足该要求，坦克应自动给出声光报警；同时全程行驶时间不能大于 60 s，时间越短越好。行驶时间达到 60
7、s 时，必须立即自动停车并停止炮击的动作并给予声光报警。（2）在引导轨迹适当位置设置有 4 条“炮击点”黑色短线，坦克检测到“炮击点”黑色短线时需立即发出声光指示信息，并停车，在检测到“炮击点”标志 1s 内瞄准炮击。炮击全过程必须以激光指示弹着点并伴随声光指示，持续时间2s ，以便确切检测激光炮击点刻度位置，记录该过程中最大偏差值。2发挥部分的功能 完成本部份，炮塔增加不少于 250g 的转动惯量配重，低于 220g 发挥部分不测试。（1）全程行驶时间不能大于 40 s，其余要求同“ 基本要求”第（1）条。（2）坦克在行进过程中可以动态瞄准目标，当检测到“炮击点”黑色短线时立即炮击。炮击过程
8、必须伴随声光指示，时间持续 2s。炮击过程中不能停车，也不允许有明显降低坦克行进速度的情况发生，全程行驶时间不能大于 40 s。（3）坦克每瞄准炮击一次，炮塔应自动复位，当检测到“炮击点”标志时需在 2s 内瞄准炮击且不允许停车，全程行驶时间不能大于 60 s。其余要求同发挥部分第（2）条。复位位置为火炮指向车头正前方位置，自动复位到位应当有声光指示信息。（4）其它。 3说明（1）引导轨迹宽度 2cm，可以涂墨或粘黑色胶带，引导轨迹形状在竞赛时临时指定。轨迹曲率半径不小于 30 cm。“炮击点”黑色短线长 35cm。（2）坦克行进及打靶不允许采用人工遥控，坦克外围尺寸：长度35cm，宽度25c
9、m；坦克采用电池供电。5（3）炮塔电机体积不大于 555cm3。（4）配重体轴向厚度不大于 2 cm，并便于取下称量检查。（5）光靶刻度板长约 50cm，每间隔 1cm 刻一条竖线，光靶中心线两侧各 25条。每 5 条做一标记，如 1、5、10、15、20、25。炮击点规定在灯泡以下便于观察位置。1.2 MSP430 单片机(MSP430F149)简介德州仪器公司（Texas Instruments,即 TI）,作为世界领先的半导体产品供应商，不仅在 DSP 的市场份额上有超过 65占有率的绝对优势；而且在模拟产品领域也一直占据出货量世界第一的位置。在 90 年代末德州仪器公司把 16 位超低
10、功耗的 MSP430 从专供表类客户的应用中推广到通用市场，其业界的最低功耗，集成的高性能模拟和数字外设都倍受客户的青睐。1MSP430 家族阵容MSP430F1X: MSP430 单片机较早产品，体积小，性价比高，使用灵活，品种最多；MSP430F2X：1X 系列的精简升级版，价格低，小型，灵活，是业界功耗最低的单片机；MSP430F4X：包含片内段式 LCD 驱动模块，为流量和电量计量提供单芯片解决方案；MSP430F5X：新款基于闪存的产品系列，具有更强的存储功能和集成功能和前所未有的低功耗。2. MSP430 单片机的特点（1）超低功耗：电源电压 1.8-3.6V；待机电流小于 1uA
11、；两种不同的时钟系统，5 种低功耗模式；中断可任意嵌套；内部不用模块可关闭。（2）强大的处理能力：16 位单片机，采用 RISC 结构，单周期指令，某些型号有硬件乘法器， DMA模块，可实现如 FFT,DTMF 等算法。（3）丰富的片内外围模块：ADC、DAC 、UART、IIC、SPI、MPY 、SVS、DMA、WDT、Timer_A、 Timer_B、P1-P8、RTC、OA、LCD 驱动等。（4）方便高效的开发环境：FLASH 型具有片内 JTAG 接口，整个开发在一个软件集成环境进行，不需要专用仿真器和编程器，开发语言有汇编和 C 语言。（5）系统工作稳定：6主时钟故障后，内部时钟自动
12、启动。3. MSP430 单片机命名规则MSP430F149 单片机是基于闪存或 FLASH 的 16 位超低功耗微控制器、60kB 闪存、2KB RAM 、12 位 ADC、2 USART 、硬件乘法器。提供 8MIPS，工作电压为 1.8V - 3.6V。7第二章 系统方案设计2.1 主控芯片及电源的选择2.1.1 主控芯片在整个系统中，需要有一个主控芯片将输入的信号进行处理并驱动输出部分产生相应的动作。方案一：FPGA。FPGA 内部的资源丰富，可以实现灵活的调制，但内部实现复杂不便于理解和分析。方案二：采用 MCS-51 系列单片机。传统的 51 单片机具有价格低廉,使用简单等特点，但
13、其运算速度低，功能单一，RAM、ROM 空间小等缺点，需要外扩大量的 I/O 口才能满足需要。方案三：MSP430。MSP 430 系列单片机拥有业界最低的功耗， RAM，ROM 空间大、指令周期短、低电压、可编程音频处理，易于编写和调试等，同时MSP430 I/O 口资源丰富，可方便地实现对各个部分的控制和外接，不需要专用仿真器和编程器，开发语言有汇编和 C 语言，且抗干扰能力强。所以选择方案三。2.1.2 电源的选择电源模块的主要任务是为所有电路提供合适且可靠稳定的电源，保证系统的正常高效的运行。考虑到设计当中的实际需要，单片机工作在+5V 的电压下，而寻迹用的光电开关.打靶用的激光笔 .
14、追光用的激光笔则是单片机 I/O 的输出的 3.3V 电压,步进电机和直流减速电机的额定工作电压为 12V。这时我们有两种选择方案一：单电源供电。即是所有模块用一个电源供电，我们不能做一个超过 5V的电源，因为高于 5V 会烧掉单片机，而电机则可以工作在小于 12V 的电压下，综上我们可以只做一个 5V 的电源即可。但是电机工作在 5V 时，转速会减慢，不能达到全程行驶时间小于 60S 的设计目标。方案二：双电源供电。将电机驱动电源与单片机电源分开，给他们分别提供各自需要的电压。这样做虽曾加了一个模块，却提高了系统的稳定性，减小了系统调试时出现故障的概率，综合比较一下采用方案二比较合适。2.2 路面寻迹方案选择小车在运动的过程中是沿着黑色的轨迹自动的行走的，小车要能对黑色的轨道进行检测。通常情况下我们采用红外线发射和接收原理来进行寻迹，其原理是用一个红外发光二极管发射红外线，用一个红外接收二极管接收红外线，如果二极管所对路面为黑色轨迹，接收管就接收不到红外线，输出高电平；相反8如果二
