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文檔簡介
/HefeiUniversity2015年合肥學(xué)院電子設(shè)計競賽項(xiàng)目報告項(xiàng)目名稱:自動來回小車設(shè)計作者姓名:王飛130503301913自動化卓越班朱麗娟130503302413自動化卓越班 陳中海130503303013自動化2班指導(dǎo)老師:完成時間:書目TOC\o"1-3"\h\u摘要: -1-關(guān)鍵詞: -1-一、設(shè)計任務(wù) -2-二、系統(tǒng)方案論證和分析 -2-2.1主控芯片選擇 -3-2.2電機(jī)及驅(qū)動模塊 -4-2.3路面黑帶檢測模塊 -4-2.4電源選擇 -4-2.5限制單元模塊 -5-2.6數(shù)碼管顯示模塊 -5-三、程序設(shè)計 -6-3.1初始化 -6-3.1.1時鐘初始化 -6-3.1.2端口初始化 -7-3.1.3PWM初始化 -8-3.1.4實(shí)時中斷初始化 -9-3.1.5周期性定時中斷初始化 -9-四、小結(jié) -10-五、參考書目 -10-附1: -12-附2:儀器設(shè)備清單 -13-附3:主函數(shù)及中斷服務(wù)子函數(shù)代碼 -14-摘要:本系統(tǒng)以FreescaleMC9S12XS128MCU為核心限制模塊,附以外圍電路,接受激光管和接收管進(jìn)行信號檢測和循線運(yùn)動;通過CodewarriorIDE在線Debug進(jìn)行調(diào)試,實(shí)現(xiàn)自動來回小車設(shè)計。綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、自動限制理論、傳感器檢,使小車自動借助傳感器識別路面環(huán)境以及行駛狀態(tài),運(yùn)用單片機(jī)的運(yùn)算和處理實(shí)力來實(shí)現(xiàn)小車的自動加速、限速、減速、定時、原地轉(zhuǎn)向倒車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、顯示行駛時間等限制。關(guān)鍵詞:MC9S12XS128MCU,自動限制,電動小車,PWM調(diào)速,傳感器一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作一個能自動來回于起跑線和終點(diǎn)線間的小汽車,不能用人工遙控(包括有線和無線遙控),其行駛線路滿足所需的要求。跑道寬度0.5米,表面貼有白紙,兩側(cè)有擋板,擋板和地面垂直,其高度不低于20厘米。在跑道的B,C,D,E,F,各點(diǎn)處畫有2厘米粗黑線。各段長度如圖所示。要求 分區(qū)限制:如(圖1)所示:圖1跑道示意圖車輛從起跑線動身(動身前,車體不得超過起跑線),到達(dá)終點(diǎn)線后停留10秒,然后自動返回起跑線(允許倒車返回)。來回一次的時間應(yīng)力求最短(從合上汽車電源起先計時)。到達(dá)終點(diǎn)線和返回起跑線時,停車位置離起跑線和終點(diǎn)線偏差應(yīng)最?。ㄒ攒囕v中心點(diǎn)和終點(diǎn)線或起跑線中心線之間距離作為偏差的測量值)D-E間為限速區(qū),車輛來回均要求低速通過,通過時間不得少于8秒,但不允許在限速區(qū)內(nèi)停車。二、系統(tǒng)方案論證和分析依據(jù)設(shè)計任務(wù)要求,并且依據(jù)我們自己的須要而附加的功能,該系統(tǒng)的總體框圖可分為幾個基本的模塊,框圖如(圖1)所示:、MC9S12XS128MC9S12XS128主控芯片L298電機(jī)驅(qū)動芯片黑線檢測模塊電源模塊數(shù)碼管顯示模塊小車位置調(diào)整模塊圖2-1小車系統(tǒng)框圖2.1主控芯片選擇針對此次設(shè)計的要求,以性能和熟悉程度為最重要的考慮指標(biāo),選擇飛思卡爾公司的16位單片機(jī)MC9S12XS128。此MCU功能強(qiáng)大,具有高速I/O口、8路8位PWM輸出通道,16通道AD轉(zhuǎn)換4路定時通道、時鐘發(fā)生模塊,限制精度高,靈敏度強(qiáng),適于進(jìn)行實(shí)時過程限制。缺點(diǎn)是價格較貴,引腳眾多且密集,搭建載板難度大。系統(tǒng)電路圖:2.2電機(jī)及驅(qū)動模塊方案一:接受電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動機(jī)的分壓,從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速,而數(shù)字電阻的元器件價格昂貴。更主要的問題在于一般電動機(jī)的電阻較小,但電流很大;分壓不僅會降低效率,而且很難實(shí)現(xiàn)。方案二:接受繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行限制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整。方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡潔,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時間慢,機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞,壽命較短,牢靠性不高。方案三:接受達(dá)林頓管TIP4組成的PWM電路。用單片機(jī)限制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的狀態(tài),精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。方案四:接受L298N來限制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)和后退。加上單片機(jī)的程序PWM,實(shí)現(xiàn)整車的加速和減速,精確小車的速度。基于上述理論分析,擬選擇方案四。2.3路面黑帶檢測模塊黑帶檢測的原理是:紅外光線照射到路面并反射,由于黑帶和白紙的系數(shù)不同,可依據(jù)接的紅外線的強(qiáng)弱推斷是否到達(dá)黑帶。方案一:可見光發(fā)光二極管和光敏二極管組成的放射—接收電路。這種方案的缺點(diǎn)在于其他環(huán)境光源會對光敏二極管的工作產(chǎn)生很大的干擾,一旦外界光亮條件變更,很可能造成誤判和漏判;雖然產(chǎn)生超高亮發(fā)光二極管可以降低確定的干擾,但這又將增加額外的功率損耗。方案二:反射式的紅外放射—接收器。由于接受紅外管代替一般可見光管,可以降低環(huán)境干擾?;谏鲜隼碚摲治?,擬選擇方案二。2.4電源選擇方案一:全部器件接受電源供電,這樣供電電路比較簡潔;但是由于電動機(jī)啟動瞬時電流很大,會造成電壓不穩(wěn),干擾嚴(yán)峻,缺點(diǎn)特別明顯。方案二:雙電源供電,將電動機(jī)驅(qū)動電源和單片機(jī)以及周邊電路電源完全隔離,這樣做雖然不如單電源便利靈敏,但可以將電動機(jī)驅(qū)動所造成的干擾徹底消退,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。基于上述理論分析,擬選擇方案二。2.5限制單元模塊方案一:接受純數(shù)字電路該方案外部檢測接受光電轉(zhuǎn)換,系統(tǒng)限制部分接受數(shù)字電路譯碼對小車電動機(jī)兩端電壓調(diào)整,來限制小車的運(yùn)行。時間和行程用加法器進(jìn)行計數(shù)。此系統(tǒng)的設(shè)計將會使電路過于困難,調(diào)試時須要變更硬件電路,機(jī)動性差。方案二:用單片機(jī)限制用光電檢測不同的信號,并經(jīng)單片機(jī)對其處理,傳送給L298信號,使其限制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),協(xié)作PWM程序限制,來實(shí)現(xiàn)加速減速和剎車。通過單片機(jī)內(nèi)部定數(shù)器/計數(shù)器進(jìn)行定時、計數(shù),在用單片機(jī)串行輸入/輸出口進(jìn)行顯示限制。此方案電路成熟、工作穩(wěn)定、簡潔實(shí)現(xiàn)限制。為能更好的實(shí)現(xiàn)題目的各種設(shè)計要求,所以我們選用其次種方案。用單片機(jī)進(jìn)行限制。其工作框圖如下:2.6數(shù)碼管顯示模塊顯示電路:程序設(shè)計程序流程圖初始化顯示函數(shù)初始化顯示函數(shù)實(shí)時中斷請求方向限制速度限制3.1初始化時鐘初始化voidClock_Init(void)//設(shè)定fBUS=40MHZ{CLKSEL_PLLSEL=0;//關(guān)閉內(nèi)部鎖相環(huán)時鐘,進(jìn)行相關(guān)設(shè)置SYNR=0X49;//VCOFRQ[7:6];SYNDIV[5:0]SYNR寄存器構(gòu)成,高位至低位fOSC為外部晶振頻率16MHZ//fVCO(壓控振蕩器時鐘頻率)=2*fOSC*(SYNDIV+1)/(REFDIV+1)//VCOCLKFrequencyRangesVCOFRQ[7:6]壓控振蕩器時鐘頻率范圍選擇//32MHz<=fVCO<=48MHz00//48MHz<fVCO<=80MHz01//Reserved10//80MHz<fVCO<=120MHz11 REFDV=0X83;//REFFRQ[7:6];REFDIV[5:0]REFDV寄存器構(gòu)成高位至低位//fREF=fOSC/(REFDIV+1)參考電壓公式//REFCLKFrequencyRangesREFFRQ[7:6]參考電壓頻率范圍選擇//1MHz<=fREF<=2MHz00//2MHz<fREF<=6MHz01//6MHz<fREF<=12MHz10//fREF>12MHz11POSTDIV=0X00;//POSTDIV[4:0],只有低五位可用//fPLL(內(nèi)部鎖相環(huán)時鐘頻率)=fVCO/(2×POSTDIV)//IfPOSTDIV=$00thenfPLLisidenticaltofVCO(dividebyone)//fBUS(總線頻率即系統(tǒng)時鐘頻率)=fPLL/2while(CRGFLG_LOCK==0);//等待內(nèi)部鎖相環(huán)時鐘頻率達(dá)到穩(wěn)定,即CRGFLG_LOCK==1CLKSEL_PLLSEL=1;//使能內(nèi)部鎖相環(huán)時鐘,自定義系統(tǒng)時鐘頻率設(shè)定完畢}3.1.2端口初始化voidPORT_Init(void){DDRA=0XFF;PORTA=0XFF;DDRB=0XFF;PORTB_PB4=1;PORTB_PB5=1;PORTB_PB6=1;PORTB_PB7=1;DDRS=0B11111000;PTS_PTS3=1;//BUZZERPTS_PTS4=1;//ZHIXINGLEDPTS_PTS5=1;PTS_PTS6=1;//JIGUANGHUIDUPTS_PTS7=1;//CHUANGANHUIDU}3.1.3PWM初始化voidPWM_Init(void)//單通道輸出{PWME=0X00;//關(guān)閉通道進(jìn)行設(shè)置PWMPRCLK=0X02;//分頻總線時鐘//低位PCKA[0:2]高位PCKB[0:2]//此處4分頻PWMSCLA=2;//選擇比例因子分頻A時鐘CLOCKSA=CLOCKA/(2*PWMSCLA)PWMSCLB=5;//選擇比例因子分頻B時鐘CLOCKSB=CLOCKB/(2*PWMSCLB)PWMCTL=0X00;//選擇是否級聯(lián)0不級聯(lián)1級聯(lián)PWMCLK=0X03;//選擇各個通道時鐘0原時鐘1S時鐘PWMPOL=0Xf7;//選擇初始極性0低電平1高電平PWMCAE=0X00;//選擇對齊方式0左對齊1中心對齊PWMPER0=200;//輸出兩路5kHZ的PWM波PWMDTY0=L;//初始化時全速前進(jìn)120慢速150中速PWMPER1=200;//PWMDTY1=R;PWMPER2=222;PWMDTY2=56;PWMPER3=222;PWMDTY3=56;PWME=0X0f;//使能輸出通道此處輸出5kHZ}3.1.4實(shí)時中斷初始化voidRTI_Init(void)//實(shí)時中斷初始化函數(shù)設(shè)置中斷時間為1ms{RTICTL=0X83;//超時周期設(shè)置//第七位RTDECRTDEC=1十進(jìn)制;RTDEC=0二進(jìn)制//第0到第6位位RTR[0:6]//RTR[3:0]位一組,RTR[6:4]為一組//兩組加權(quán)相乘,確定分頻數(shù)//時鐘源為fOSC=16MHZ//詳細(xì)對應(yīng)關(guān)系見XS128英文數(shù)據(jù)手冊P244-P246CRGINT_RTIE=1;//使能RTI實(shí)時中斷}3.1.5周期性定時中斷初始化voidPIT_Init(void)//周期性定時中斷模塊初始化函數(shù){PITCFLMT=0X00;//關(guān)閉PIT模塊,進(jìn)行相關(guān)設(shè)置PITCE_PCE0=0;PITCE_PCE1=1;PITMUX=0X00;//選取微定時基準(zhǔn)時鐘0PITMTLD0=199;//裝載微定時基準(zhǔn)時鐘0的計數(shù)初始值PITLD0=49999;//裝載16位定時通道0計數(shù)初始值PITLD1=49999;//定時器1用于10秒停車計時PITINTE=0X07;//使能16位定時通道超時中斷PITCFLMT=0X80;//使能PIT模塊超時周期=(PITMTLD+1)*(PITLD+1)/fBUS//此處為0.25s//時鐘源來自總線時鐘}四、小結(jié)歷時四天的電子設(shè)計競賽設(shè)計報告已經(jīng)完成。經(jīng)過自己不斷的搜尋努力以及同學(xué)、學(xué)長學(xué)姐們的耐性指導(dǎo)和熱忱幫助,本設(shè)計已經(jīng)基本完成。在這段時間里,學(xué)長學(xué)姐、同學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)看法和熱忱的工作作風(fēng)令我特別欽佩,他們的指導(dǎo)使我受益非淺。同時校圖書館的開放也為我的設(shè)計供應(yīng)了大量的實(shí)習(xí)資料。通過這次設(shè)計競賽設(shè)計,使我深刻地相識到學(xué)好專業(yè)學(xué)問的重要性,也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義,并且檢驗(yàn)了高校的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計中對于學(xué)問的運(yùn)用和連接還不夠嫻熟,但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中接著努力、不斷完善。這段時間的設(shè)計是對過去所學(xué)學(xué)問的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程,為我今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。由于自身水平有限,設(shè)計中確定存在很多不足之處,敬請各位老師指責(zé)指正。五、參考書目《《模擬電子技術(shù)》,高祥瑞著,電子工業(yè)出版社;《數(shù)字電子技術(shù)》,高祥瑞著,電子工業(yè)出版社;《單片機(jī)自學(xué)筆記》,范紅剛等著,北京航空航天高校出版社;《C程序設(shè)計》,譚浩強(qiáng)著,清華高校出版社;《C語言開發(fā)技術(shù)詳解》,戴建華等編著,電子工業(yè)出版社;《單片機(jī)的C語言》,姜志海、趙艷雷編著,電子工業(yè)出版社;《單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》張陽等著,電子工業(yè)出版社附1:元件數(shù)量MC9S12XS128單片機(jī)最小系統(tǒng)板1塊LM7805穩(wěn)壓芯片1片萬用板3塊連接線若干直流電機(jī)2個車輪及固定支架2套L298N芯片1塊16V充電電池1個激光管及接收管3套四位數(shù)碼管1個支架若干滾輪輪1個74LS1381片排針若干電阻若干電容若干排線若干按鈕開關(guān)1個附2:儀器設(shè)備清單數(shù)字萬用表;電焊工具;電鉆。附3:主函數(shù)及中斷服務(wù)子函數(shù)代碼voidinterrupt7RTI_ISR(void)//中斷編號為7{if(PTS_PTS2==1)//ALWAYSHIGH{cishu=cishu+1;PTS_PTS6=0;PTS_PTS3=0;if(count==3){if(cishu>200){count=count+1;//start=0;PTS_PTS6=1;PTS_PTS3=1;PWMDTY0=L;PWMDTY1=R;while(PTS_PTS2==1);cishu=0;}}else{if(cishu>79){count=count+1;//start=0;PTS_PTS6=1;PTS_PTS3=1;if(count==6){count=0;for(delay=0;delay<50000;delay++){for(del=0;del<10;del++);}CRGINT_RTIE=0;PITCE_PCE0=1;PWMDTY0=0;PWMDTY1=0;loop=loop+1;if(loop==2){PITCE_PCE1=0;}}else{if(count==3){PWMDTY0=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_PTS5=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;//中斷標(biāo)記位寫1清零}voidinterrupt66PIT0_ISR(void){i=i+1;if(i==4){time=time+1;//計數(shù)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(delay=0;delay<10000;delay++){for(del=0;del<400;del++);}if(PTS_PTS0==0){PORTB_PB0=0;PORTB_PB1=1;PORTB_PB2=1;PORTB_PB3=0;}else{PORTB_PB0=1;PORTB_PB1=0;
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