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1、测距及自动变速小车07级物理 小组成员：徐常春 王进光 王栋【摘要】应用M16中的I/O接口、计数器、ADC转换器、外部中断、PWM等功能，在ICCAVR编译环境下，设计制作出可以测距，并且能够根据行驶状态自动调节直流电机输出功率的模型小车。关键词：ATMega16 ICCAVR 测距 调速 【设计目的】：1. 运用ATMega16和其他一些硬件设备，设计出带有距离测量，并可以自动调节速度的小车。2. 在设计和实验中加深对I/O端口、中断、定时（计数）器、ADC转换及PWM波形发生等的学习和了解。3. 通过设计实验进一步学习ICCavr的编译环境，并熟悉AVRStudio4.0平台的使用。4.
2、 在设计的过程中锻炼团队协作能力，培养提高责任感和动手实践能力。 【硬件设备】：Avr单片机实验板，Mega16芯片，LG5641BH，MMa7260，L298N，光电对管，电容电阻及导线若干。ATMega16 是实验教学中常见的AVR单片机，功能强大，本装置主要利用其中24个端口控制外围电路。LG5641BH 是四位共阳七段数码管，我们用它进行距离的显示，显示范围从0.000到9999， 保证了最大的显示精度。L298N 芯片内部集成了两个H桥电路，通过改变使能端口的PWM波形占空比和IN1、IN2端口的点平高低来实现对直流电机的速度调节。实验中我们应用L298N芯片实现了高、中、低三档变速
3、，其占空比分别为100%、75%、50%。MMa7260 芯片是一种低档加速度传感器芯片，可以分别测量三个方向的加速度大小，在零加速度的时候，输出1.65V左右的电压，加速度每增加（减小）一个g，输出电压增加（减小）800mV，基本成线性变化。我们本来想用它，并通过积分的方法实现对位移的测量，但由于精度不高，加速度误差大约在5%左右，导致实验不成功。现在我们改用MMa进行小车状态的判断，并使之做到自动调速。光电对管 的发射极是一个红外线发光二极管，接收级是一个光电三极管，在无遮挡的时候输出高电平，有遮挡的时候输出低电平。通过判断输出的下降沿触发个数计数车轮转过的圈数。【设计方案】：总体来说，该
4、设计要实现两个功能，一是测量功能，二是调速功能。下面对这两个功能分别阐述。1.测量功能的实现测量距离的基本思路是通过计数车轮转过的圈数n，然后乘以车轮的周长C。由于车轮的周长一般在十厘米左右，为了提高测量的精度，需要对车轮进行必要的等分。即在一圈中，系统要计数N次， 然后乘以C/N得到测量结果。这样，测量精度就变成C/N ，提高了N倍。考虑到测量精度和操作上的诸多因素，我们对周长进行了三等分，C/ 3=4.134cm。光电对管安装在被动轮一侧，每一次遮挡将产生一个电平的下降沿，由PB0口读入，产生一次计数。每两次计数引发一次中断，对代表距离的变量自加0.826867（以分米为单位）。当小车停止
5、后，定时器中断被关闭，并将距离值送入显示缓冲区并由数码管显示。一旦小车继续行驶，定时器中断重新打开，距离又开始累加，等到下一次停止时再次显示。我们最初的设计是让数码管即时地显示，但由于显示函数太长、中断太多，显示亮度不可能很高，示数也很不稳定，影响了读数。而且即时显示实用性也不大，所以最终改为让小车停止再后送缓冲区显示。2.调速功能（1）H桥芯片L298N的使用H桥芯片L298N集成了两个H桥电路，共有15个引脚，应用了其中的IN1、IN2、OUT1、OUT2、EnableA、Vcc、Vss和GND八个端口。Vss接6V电压，IN1、IN2分别输入1、0，代表电机正转，OUT1、OUT2给电机
6、供电。使能口EnableA输入一个占空比可调的方波，以调节电机的工作电压。使用T/C1定时器产生占空比可调的PWM方波，占空比取三个值100%、50%、25%，分别对应高速、中速、低速，可以用按键调节档速。（2）MMa7260集成加速度传感器芯片另外，我们还应用Mma集成传感器芯片，设计了一种可以让小车根据行驶的状态而自动变速的功能。使用了Mma7260传感器的Y轴作为工作轴，固定于平行于小车行驶的方向。由于小车行驶的过程中的水平加速度很小，可以忽略。但是当小车上坡或下坡的时候，Y轴向加速度会有较大变化，例如，在30斜面上，Y轴向会附加0.5g的加速度，这么大的加速度是可以被测量的。所以，可以
7、根据Y轴向传感器的输出电压大小来判断上下坡的变化，进而调节电机的转速，使之适合在不同情况下的行驶状态：上坡时高速，下坡时低速，水平时中速。（3）按键利用实验板上的Key5-8四个按键，并时能了INT0外部中断，有按键按下时，唤醒按键扫描程序。Key6-8三个按键分别修改OCR1L寄存器的数值，以调节PWM的占空比，分别对应低、中、高三档速度，为强制调速按钮。Key5按下时，使能或禁止ADC转换，以进行自动变速，为自由模式切换按钮。【程序说明】1.端口说明PORTA06 数码管段选PORTA7 ADC输入PORTC 数码管位选PORTB1 数码管小数点控制PORTB47 按键（上拉）PORTD5
8、 OC1A，PWM输出PORTB0 外部T/C0引脚（下降沿）PORTD2 INT0外部中断（上拉）2.主函数部分主函数主要执行端口和寄存器初始化功能。void main(void) CLI(); /disable all interrupts port_init(); timer_init(); /timer interrupt sources timer1_init(); adc_init(); MCUCR&=0xF0; MCUCR|=0x02; /INT0下降沿 响应中断 GICR&=0x0F; GICR|=0x40; freq=0; shift=0; SEI(); /re-enable
9、 interrupts /all peripherals are now label:while(freq6000); while(1) TIMSK&= 0x7F; to_disbuffer(); display(); if(freq6000时，表示经过60000.5ms=3s仍没有增加距离值，此时会执行显示函数，并关闭Timer2中断服务；此时一旦Timer0中断清零freq，将重新使能Timer2中断，显示结束。void timer_init(void) /T2初始化 TCCR2=0x0A;/8分频，ctc模式 TCNT2=0x00; OCR2=0xF9;/定时周期0.5ms /T0初始化
10、 TCCR0=0x0E; TCNT0=0x00; OCR0=0x01; TIMSK=0x82;/使能T/C0,T/C2比较匹配中断/T/C0计时中断服务程序#pragma interrupt_handler timer0_com_isr:20void timer0_com_isr(void) SEI(); time2_new=TCNT2; TCNT2=0x00; TIFR=0x80; freq_temp=freq; freq=0; freq_temp=freq_temp*250+time2_new; freq_temp=125000/freq_temp; speed=freq_temp*10;
11、 shift+=0.8063421144;/T/C2计时中断服务程序#pragma interrupt_handler timer2_com_isr:4void timer2_com_isr(void)freq+;if(freq%4=0)&adc_enable=1) /每2毫秒ADC转换一次ADCSR|=0x40;adc_data=ADCH;adc_in=adc_data*10-1650.000;if(adc_in400) OCR1AL=0x80; /downelse if(adc_in(-400) OCR1AL=0x01; /upelse OCR1AL=0x40; /flatADCSR&=0
12、xBF;4.送缓冲区函数to_disbuffer和显示函数displayto_disbuffer 函数将shift值送与缓冲区，缓冲区dis_buff5含5个元素，容纳四位有效数字和一个小数点p。如果是大于等于1的数，程序自动将第一个位有效数字付给dis_buff4,然后依次存放第二、第三、第四位有效数字或小数点p；如果是小于1的数值，将0和小数点p分别付给dis_buff4和dis_buff3，然后依次存放小数部分。显示时，display函数依次将缓存区中的数值读出，显示范围从0.000到9999，保证了最大的显示精度。比如，当shift=0.8063421144时，显示“0.806”；而当
13、shift=806.3421144时，则显示“806.3”。void to_disbuffer(void)int i,int_shift;float temp_shift;temp_shift=shift;if(shift=1000)for(i=3;i=0;i-) int_shift=temp_shift;dis_buff4-i=int_shift%10;int_shift/=10;dis_buff0=p;else if(shift=100&shift=0;i-) dis_buff4-i=int_shift%10;int_shift/=10;dis_buff0=dis_buff1;dis_buff1=p;else if(shift=10&shift=0;i-) dis_buff4-i=int_shift%10;int_shift/=10;dis_buff0=dis_buff1;dis_buff1=dis_buff2;dis_buff2=p;else if(shift=1&shift=0;i-) dis_buff3-i=int_shift%10;int_shift/=10;dis
