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1、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、 程序设计- 6 -3.1 初始化- 6
2、-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
3、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
4、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：、MC9S12XS128主控芯片L298电机驱动芯片黑线检测模块电源模块数码管显示模块小车位置调节模块 图2-1 小车系统框图2.1 主控芯片选择针对
5、此次设计的要求，以性能和熟悉程度为最重要的考虑指标，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
6、切换对小车的速度进行调整。方案的优点是电路较为简单，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
7、他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大的干扰，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
8、择方案二。2.5 控制单元模块方案一：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
9、作框图如下：2.6 数码管显示模块显示电路：3、 程序设计 程序流程图初始化显示函数实时中断请求方向控制速度控制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
10、控振荡器时钟频率范围选择 / 32MHz = fVCO = 48MHz 00 / 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 P
11、OSTDIV=0X00; / POSTDIV4:0,只有低五位可用 / fPLL(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
12、; PORTA=0XFF; DDRB=0XFF; PORTB_PB4=1; PORTB_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时钟 CLOCKSA=CLOCKA/(2*PW
