畢業(yè)設(shè)計-基于stm32的智能小車設(shè)計

摘要本次實驗重要分析了基于STM32F103微解決器的智能小車控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計過程。此智能系統(tǒng)的構(gòu)成重要涉及STM32F103控制器、電機(jī)驅(qū)動電路、紅外探測電路、超聲波避障電路。本次實驗采用STM32F103微解決器為核心芯片，運(yùn)用PWM技術(shù)對速度以及舵機(jī)轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，循跡模塊進(jìn)行黑白檢測，避障模塊進(jìn)行障礙物檢測并避障功效，其它外圍擴(kuò)展電路實現(xiàn)系統(tǒng)整體功效。小車在運(yùn)動時，避障程序優(yōu)先于循跡程序，用超聲波避障電路進(jìn)行測距并避障，在超聲波模塊下我們使用舵機(jī)來控制超聲波的發(fā)射方向，用紅外探測電路實現(xiàn)小車循跡功效。在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上提出了實現(xiàn)電機(jī)控制功效、智能小車簡樸循跡和避障功效的軟件設(shè)計方案，并在STM32集成開發(fā)環(huán)境Keil下編寫了對應(yīng)的控制程序，并使用mcuisp軟件進(jìn)行程序下載。核心詞：stm32;紅外探測;超聲波避障;PWM;電機(jī)控制

AbstractThisexperimentmainlyanalyzesthecontrolsystemofsmartcarbasedonmicroprocessorSTM32F103systemdesignprocess.ThecompositionoftheintelligentsystemmainlyincludingSTM32F103controller,motordrivecircuit,infrareddetectioncircuit,circuitofultrasonicobstacleavoidance.ThisexperimentadoptsSTM32F103microprocessorasthecorechip,usingPWMtechniquetocontrolspeedandsteeringgearsteering,trackingmoduleisusedtodetecttheblackandwhite,obstacleavoidancemoduleforobstacledetectionandobstacleavoidancefunction,otherperipheralextendedcircuittorealizethewholesystemfunction.Whenthecarismoving,obstacleavoidanceprogrampriortotracking,usingultrasonicrangingandobstacleavoidanceobstacleavoidancecircuit,weusesteeringgearunderultrasonicmoduletocontroltheemissiondirectionofultrasonic,infrareddetectioncircuitisusedtoimplementthecartrackingfunction.Onthebasisofthehardwaredesignisproposedformotorcontrolfunction,simpleintelligentcartrackingandobstacleavoidancefunctionofsoftwaredesign,andintheSTM32integrateddevelopmentenvironmentundertheKeil.Writethecorrespondingcontrolprogram,anduseMcUispprogramdownloadsoftware.Keywords：STM32；Infrareddetection；Ultrasonicobstacleavoidance；PWM；Motorcontrol目錄1.緒論 -4-1.1研究概況 -4-1.2研究思路 -4-2.軟硬件設(shè)計 -5-2.1中央解決模塊 -5-2.1.1stm32f103內(nèi)部構(gòu)造 -6-2.1.2stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計 -7-2.1.3stm32軟件設(shè)計的基本思路 -9-2.1.4stm32中斷介紹 -9-2.1.5stm32定時/計數(shù)器介紹 -11-2.1.6主程序設(shè)計流程圖 -12-2.2電機(jī)驅(qū)動模塊 -13-2.2.1驅(qū)動模塊構(gòu)造及其原理 -13-2.2.2驅(qū)動模塊電路設(shè)計 -13-2.2.3驅(qū)動軟件程序設(shè)計 -14-2.3避障模塊設(shè)計 -18-2.3.1避障模塊器件構(gòu)造及其原理 -19-2.3.2HC-SR04模塊硬件電路設(shè)計 -21-2.3.3HC-SR04模塊程序設(shè)計 -21-2.4循跡模塊設(shè)計 -28-2.4.1循跡模塊構(gòu)造及其原理 -28-2.4.2循跡模塊電路設(shè)計 -30-2.4.3紅外循跡模塊程序設(shè)計 -30-3.軟件調(diào)試 -33-3.1程序仿真 -33-3.2程序下載 -34-4.系統(tǒng)測試 -35-5.總結(jié) -37-致謝 -39-參考文獻(xiàn) -40-附錄 -41-1.緒論智能小車通過多個感應(yīng)器獲得外部環(huán)境信息和內(nèi)部運(yùn)動狀態(tài)，實現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境背景下的自主運(yùn)動，從而完畢含有特定功效的機(jī)器人系統(tǒng)。而隨著智能化電器時代的到來，它們在為人們提供的舒適的生活環(huán)境的同時，也提高了制造智能化電器對于人才規(guī)定的門檻。智能小車是集成了多個高新技術(shù)，它不僅融合了電子、傳感器、計算機(jī)硬件、軟件等許多學(xué)科的知識，并且還涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)，它是一種國家高科技技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。通過建立起簡易智能小車的設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生從理論走向?qū)嵺`，培養(yǎng)同窗們的動手能力，使同窗們在理解智能化電器的工作原理的基礎(chǔ)上，還使同窗們獲得完畢整體項目的能力，并掌握了Stm32開發(fā)板的編程原理，為同窗們進(jìn)入ARM領(lǐng)域提供了基礎(chǔ)。另外，本次課程設(shè)計，使同窗們理解自己的局限性之處，從而使同窗們有目的的提高自己的能力。1.1研究概況國外研究概況：上世紀(jì)50年代初，國外就有智能車輛的研究，從90年代開始，智能車輛的研究就進(jìn)入了系統(tǒng)化、大規(guī)模的研究階段。特別突出的是美國卡內(nèi)基-梅隴大學(xué)機(jī)器人研究所已經(jīng)完畢了Navlab系列的自主車輛的研究，這一研究成果代表了國外智能車輛的重要研究方向。國內(nèi)研究概況：我國對于智能車輛的研究較晚，始于上世紀(jì)80年代，并且現(xiàn)在大部分還是使用入門級別的51單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計與研究的，為了彌補(bǔ)與國外研究的差距，開設(shè)了全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽。1.2研究思路系統(tǒng)將采集的傳感器信號送入stm32微控制器中，stm32微控制器根據(jù)采集的信號做出不同的判斷，從而控制電機(jī)運(yùn)動方向和運(yùn)動速度。系統(tǒng)以stm32微控制器為核心，通過傳感器采集不同的信號做出判斷，繼而變化電機(jī)的運(yùn)動方向和運(yùn)動速度。實驗系統(tǒng)構(gòu)造如圖1.1所示：圖1.1實驗系統(tǒng)構(gòu)造圖2.軟硬件設(shè)計智能小車控制系統(tǒng)含有了障礙物檢測、自主避障、自主循跡等功效。對應(yīng)的控制系統(tǒng)重要由下列四個模塊構(gòu)成：避障模塊、循跡模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、中央解決模塊四個模塊構(gòu)成，系統(tǒng)總體框架如圖2.1所示：這個圖調(diào)節(jié)下，和下面的編號看起來位置不協(xié)調(diào)這個圖調(diào)節(jié)下，和下面的編號看起來位置不協(xié)調(diào)圖2.1系統(tǒng)框架圖我們本節(jié)重要任務(wù)是理解各個模塊的功效，掌握各個模塊所使用的器件的使用辦法，并能夠編寫對應(yīng)的程序代碼。掌握各個模塊的功效。2.1中央解決模塊在人類身體構(gòu)造中，大腦能夠根據(jù)各個器官所傳輸?shù)男畔⒆龀鰧?yīng)的行為動作用以確保人體所必須的生理原料，而stm32解決器之于智能小車就相稱于大腦之于人類，它能夠從各個模塊之間獲得數(shù)據(jù)，并對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行實時解決，來驅(qū)使電機(jī)模塊做出對應(yīng)的行為動作。由ARM公司設(shè)計的基于ARMv7架構(gòu)的Cortex系列的原則體系構(gòu)造在推出，此構(gòu)造是用來滿足日漸復(fù)雜的不同性能規(guī)定的軟件設(shè)計，根據(jù)所面對的領(lǐng)域，Cortex系列能夠分為A、R、M三個分工明確的系列[1]。Stm32解決器的出現(xiàn)為微控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車車身系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)等對功耗和成本敏感的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高系統(tǒng)性能系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，使編程的復(fù)雜性，集高性能、低功耗、低成本大大簡化，并使它們?nèi)跒橛谝惑w[2]。意法半導(dǎo)體ST公司作為一種半導(dǎo)體制造廠商，是ARM公司Cortex-M3內(nèi)核開發(fā)項目一種重要合作方。6月11日由ST公司率先推出的基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32系列微控解決器研發(fā)而出。此中，A系列是面對復(fù)雜的尖端應(yīng)用程序，用于運(yùn)行開放式的復(fù)雜操作系統(tǒng)；R是Real的首字母縮寫，是面對實時系統(tǒng)開發(fā)的；M是Mirco的首字母縮寫，專門面對低成本的微控制領(lǐng)域開發(fā)研究。因此，Cortex-M3解決器是由ARM公司設(shè)計的首款基于ARMv7-M體系構(gòu)造的32位原則解決器，它不僅含有低功耗、少門數(shù)等優(yōu)點，并且還含有短中斷延遲、低調(diào)試成本等眾多優(yōu)點，使它在眾多的解決器中脫穎而出?，F(xiàn)在為止，STM32系列解決器暫分為2個系列。其中，STM32F101系列是原則型系列，工作頻率設(shè)定在36MHZ；STM32F103系列是增強(qiáng)型系列，工作頻率設(shè)定在72MHZ，其帶有更多片內(nèi)RAM和更豐富的外設(shè)資源。這兩個系列的產(chǎn)品在軟件和引腳封裝方面含有兼容性，并且擁有相似的片內(nèi)Flash資源，使軟件的開發(fā)和升級更加方便。本次實驗，我們使用的是stm32f103解決器。2.1.1stm32f103內(nèi)部構(gòu)造STM32F103系列微解決器是首款基于ARMv7-M體系構(gòu)造的32位原則RISC（精簡指令集）解決器，含有執(zhí)行代碼效率高，外設(shè)資源豐富等眾多優(yōu)點。該系列微解決器工作頻率設(shè)定在72MHz，高達(dá)128K字節(jié)的內(nèi)置Flash存儲器和20K字節(jié)的SRAM，方便程序編寫，并且含有豐富的通用I/O端口。其內(nèi)部構(gòu)造圖如圖2.2所示：圖2.2內(nèi)部構(gòu)造圖Stm32解決器主系統(tǒng)重要由4個被動單元和4個驅(qū)動單元構(gòu)成。4個驅(qū)動單元是：通用DMA1，通用DMA2，內(nèi)核DCode總線和系統(tǒng)總線。4個被動單元由APB橋，APB設(shè)備，內(nèi)部Flash閃存，內(nèi)部SRAM、FSMC。我們實驗所采用的芯片含有64KBSRAM、512KBFLASH、2個基本定時器，4個通用定時器，2個高級定時器，3個SPI，2個IIC，5個串口，1個USB，1個CAN，3個12位的ADC,1個12位DAC、1個SDIO接口，1個FSMC接口以及112個通用I/O口。2.1.2stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計Stm32的最小系統(tǒng)電路重要由系統(tǒng)時鐘電路、實時時鐘電路、JTAG調(diào)試接口電路，復(fù)位電路和啟動模式選擇電路構(gòu)成。最小系統(tǒng)電路原理圖如圖2-1-3所示：圖2.3最小系統(tǒng)電路原理圖重要電路原理圖的設(shè)計及功效以下所示：1.系統(tǒng)時鐘電路系統(tǒng)時鐘電路重要作用是提供節(jié)拍，就相稱于人類的心臟跳動，隨著心臟的跳動，血液就會達(dá)成全身部位，因此系統(tǒng)時鐘的重要性就不言而喻啦。系統(tǒng)時鐘的電路設(shè)計如圖2.4所示：圖2.4系統(tǒng)時鐘電路圖在時鐘電路中，我們選用8M的晶振。2.復(fù)位電路復(fù)位電路的設(shè)計如圖2.5所示：圖2.5復(fù)位電路圖本次實驗所采用的開發(fā)板為低電平復(fù)位。如圖所示，當(dāng)按鍵懸空時RST輸入為高電平，當(dāng)按鍵按下時，RST腳輸入為低電平，從而電路復(fù)位。3.JTAG電路JTAG電路原理圖如圖2.6所示：圖2.6JAG電路原理圖JTAG的重要功效是使目的文獻(xiàn)燒到核解決器中。4.啟動模式電路啟動模式電路原理圖如圖2.7所示：圖2.7啟動模式電路原理圖通過設(shè)立BOOT[1:0]引腳能夠選擇三種不同啟動模式，啟動模式如表2-1所示：表2-1啟動模式表啟動模式選擇引腳啟動模式闡明BOOT1BOOT0X0主閃存存儲器主閃存存儲器被選為啟動區(qū)域01系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)存儲器被選為啟動區(qū)域11內(nèi)置SRAM內(nèi)置SRAM被選為啟動區(qū)域2.1.3stm32軟件設(shè)計的基本思路在對其它模塊設(shè)計之前，我們必須理解stm32的編程規(guī)則。任何解決器，涉及stm32解決器，想要解決器完畢某項對應(yīng)的動作，就必須對解決器的寄存器進(jìn)行操作。例如，我們在單片機(jī)C51中，同樣，我們在stmM32的開發(fā)中過程中，我們同樣能夠?qū)拇嫫髦苯硬僮鳎篏PIOx->BRR=0x0011。(x能夠是A,B,C,D,E…例如GPIOA就是端口A)但是，對于stm32這種級別的解決器，幾百個寄存器記起來談何容易。因此，ST(意法半導(dǎo)體)提出了固件庫的概念，運(yùn)用固件庫進(jìn)行編程。固件庫的本質(zhì)就是函數(shù)的集合，固件庫將那些寄存器的底層操作都封裝起來，提供一整套API供開發(fā)者使用。例如，上面通過控制BRR寄存器來控制電平的變化，官方庫封裝了一種函數(shù)：VoidGPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin){GPIOx->BRR=GPIO_Pin;}(x能夠是A,B,C,D,E…例如GPIO_A就是端口A)通過使用GPIO_ResetBits（）函數(shù)就能夠直接對寄存器進(jìn)行操作啦。2.1.4stm32中斷介紹本方案中，我們要使用stm32的中斷，在程序設(shè)計中，我們要啟動各個管道的中斷,打開各個中斷通道，配備中斷方式，我們先來講述下stm32單片機(jī)的中斷機(jī)制。構(gòu)造圖以下所示：圖2.32stm32外部中斷/事件控制器構(gòu)造圖圖中的實線箭頭，為外部中斷信號的傳輸途徑。首先外部信號從編號為1的輸入線進(jìn)入。另一方面這個外部信號通過編號2的邊沿檢測電路，這個邊沿檢測電路受到“上升沿選擇寄存器”、“下降沿選擇寄存器”的控制，我們能夠控制這兩個寄存器來選擇中斷的觸發(fā)方式。我們能夠在程序中進(jìn)行設(shè)立，例如全部段落設(shè)立為首行縮進(jìn)2個字符EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising；設(shè)立為上升沿觸發(fā)中斷全部段落設(shè)立為首行縮進(jìn)2個字符然后該外部信號進(jìn)入編號為3或門，或門另一端是軟件中斷寄存器，如果，軟件中斷/事件寄存器的對應(yīng)位置1，編號3的輸出總是為有效信號1。之后進(jìn)入“中斷掛起請求寄存器”，該寄存器統(tǒng)計了外部信號的電平變化。最后通過編號為4的與門進(jìn)入NVIC中斷控制器，如果“中斷屏蔽寄存器”的對應(yīng)位置0，外部的中斷請求信號不能傳輸?shù)絅VIC中斷控制器，從而實現(xiàn)中斷的屏蔽。由于我們采用的是外部信號觸發(fā)中斷，因此我們只需理解外部中斷的請求機(jī)制，對于事件的中斷請求機(jī)制，我們在這里不做介紹。我們以PE1為例，介紹下外部中斷的普通環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)以下：啟動I/O的復(fù)用時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);初始化I/O為輸入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);初始化線上中斷，設(shè)立觸發(fā)條件GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource1);EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line1; EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt; EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);配備中斷分組NVIC，并使能中斷NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x06; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);編寫中斷服務(wù)函數(shù)voidEXTI1_IRQHandler(void){}重要代碼詳見附錄2.2.1.5stm32定時/計數(shù)器介紹Stm32系列的單片機(jī)普通包含8個計數(shù)/定時器，TIM1、TIM8分別為高級控制訂時器，TIM2~TIM5為通用定時器，TIM6以及TIM7為基本定時器。對于定時器的具體內(nèi)容，我們不在這里一一介紹。然后我們介紹一下本實驗采用了那些定時器，以及這些定時器所要完畢的功效有哪些。本實驗所采用的定時器以及功效以下表所示：表2-2定時器介紹表定時器名稱定時器配備模式重要功效TIM2定時器中斷模式通過定時器中斷，控制超聲波的掃描周期TIM3PWM復(fù)用輸出模式控制小車速度及舵機(jī)轉(zhuǎn)向TIM5輸入捕獲模式采集超聲波發(fā)射到接受的高電平持續(xù)時間t2.1.6主程序設(shè)計流程圖在本節(jié)實驗中，循跡模塊以及避障模塊都是采用中斷方式進(jìn)行工作的，因此其主程序流程圖以下圖所示：圖1.2主程序流程圖根據(jù)程序設(shè)計圖，主程序設(shè)計以下：intmain(void){ u8TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //輸入捕獲狀態(tài) u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //輸入捕獲值delay_init(); //延時函數(shù)初始化 NVIC_Configuration();//設(shè)立NVIC中斷分組2:2位搶占優(yōu)先級，2位響應(yīng)優(yōu)先級 LED_Init(); GPIO_Configuration();//端口初始化 EXTIX_Init(); //掃描軌跡 TIM2_Int_Init(4999,7199);//控制超聲波掃描周期TIM3_PWM_Init(1999,719);//控制舵機(jī)方向 TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1); //以1Mhz的頻率計數(shù) while(1) {farward_Low()；delay_ms(10);}}2.2電機(jī)驅(qū)動模塊Stm32對小車的控制，就是對電機(jī)的控制，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，小車的運(yùn)動狀態(tài)就會發(fā)生變化。電機(jī)驅(qū)動模塊的重要器件為LM293N，我們下面就具體解說下電機(jī)驅(qū)動模塊。2.2.1驅(qū)動模塊構(gòu)造及其原理電機(jī)驅(qū)動模塊的實物圖如圖2.8所示：圖2.8驅(qū)動電路實物圖電機(jī)驅(qū)動模塊的重要器件是芯片LM293D，內(nèi)部原理圖如圖2.9所示：K4K2K1K3S4K4K2K1K3S4圖2.9電機(jī)驅(qū)動內(nèi)部原理圖全橋式驅(qū)動電路的4只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)，如圖1.2所示，K1、K2為一組，K3、K4為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則另一組必然關(guān)斷。當(dāng)K1、K2導(dǎo)通時，K3、K4關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，電機(jī)實現(xiàn)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動；當(dāng)K3、K4導(dǎo)通時，K1、K2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)實現(xiàn)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。2.2.2驅(qū)動模塊電路設(shè)計電機(jī)驅(qū)動模塊的電路原理如圖2.10所示：圖2.10驅(qū)動模塊電路原理圖表2-2是各個端口狀態(tài)與運(yùn)動方向的關(guān)系，其關(guān)系以下表所示：表2-2端口與運(yùn)動方向關(guān)系表電機(jī)M1IN1IN2電機(jī)M2IN3IN4停止00停止00正轉(zhuǎn)10正轉(zhuǎn)10反轉(zhuǎn)01反轉(zhuǎn)01－11－112.2.3驅(qū)動軟件程序設(shè)計車輪電機(jī)的動作由GPIO口的輸出實現(xiàn)，本節(jié)重要配備運(yùn)動方向和運(yùn)動速度，對于運(yùn)動速度的控制，我們必須使用PWM，通過變化PWM的占空比來調(diào)節(jié)速度的大小，其重要代碼設(shè)計以下所示：voidTIM3_PWM_Init(u16arr,u16psc){….}要想使stm32的通用定時器TIMx產(chǎn)生PWM輸出，需要用到的寄存器有：預(yù)分頻寄存器（TIMx_PSC）、自動重裝載寄存器（TIMx_ARR）、捕獲/比較模式寄存器（TIMx_CCMR1/2）、捕獲/比較使能寄存器（TIMx_CCER）、捕獲/比較寄存器（TIMx_CCR1~4）。我們先介紹這幾個寄存器，然后介紹如何使用庫函數(shù)產(chǎn)生PWM輸出。下面我們就簡樸介紹下這些寄存器：首先是預(yù)分頻寄存器（TIMx_PSC），該寄存器能夠用設(shè)立對時鐘進(jìn)行分頻，然后在提供應(yīng)計數(shù)器作為計數(shù)器的時鐘。該寄存器的各位功效如圖所示：圖2.11TIMx_PSC寄存器各位描述接下來介紹自動重裝載寄存器（TIMx_ARR），該寄存器的各位描述以下圖所示：圖2.12TIMx_ARR寄存器各位描述通過設(shè)立這兩個寄存器，我們就能夠算出PWM的輸出周期，計算公式為：Tout=((arr+1)*(psc+1))/Tclk。其中Tclk為系統(tǒng)時鐘周期。另一方面我們介紹捕獲/比較模式寄存器（TIMx_CCMR1/2），總共有兩個，TIMx_CCMR1和TIMx_CCMR2，TIMx_CCMR1控制通道CH1和CH2，TIMx_CCMR2控制CH3和CH4。由于這2個寄存器差不多，我們僅以通道CH1為例，介紹其中的TIMx_CCMR1為例，該寄存器的各位描述以下圖所示：圖2.13TIMx_CCMR1/2寄存器各位描述這里我們只介紹該寄存器的OCxM位，我們就以TIMx_CCMR1中的OC1M（控制通道CH1）為例，該位功效以下圖所示：圖2.14OC1M功效描述我們使用的是PWM輸出模式，因此OC1M必須設(shè)立為110/111。OC2M（控制通道CH2）各位描述與OC1M相似，我們這要不在敘述。然后我們介紹捕獲/比較使能寄存器（TIMx_CCER），該寄存器控制著各個輸入/輸出通道的開關(guān)，對于該寄存器，各位描述以下圖所示：圖2.15TIMx_CCER寄存器描述該寄存器比較簡樸，由于我們只介紹通道1，因此我們只講CC1E位。如果我們想使能輸入/捕獲1，我們只需使用CC1E位。要想使PWM從I/O口輸出，此位必須設(shè)立為1。最后介紹捕獲/比較寄存器（TIMx_CCR1~4），總共有4個，分別對應(yīng)CH1~4，由于這4個寄存器相似，我們僅以TIMx_CCR1為例，該寄存器的給位介紹以下圖所示：圖2.16TIMx_CCR1寄存器各位描述在輸出模式下，該寄存器的值與CNT中的值進(jìn)行比較，根據(jù)成果，實現(xiàn)電平的翻轉(zhuǎn)。至此，我們把用到的幾個寄存器都介紹完畢，下面我們就介紹如何通過庫函數(shù)來配備實現(xiàn)PWM三路輸出。啟動TIM3時鐘以及復(fù)用功效輸出。使能GPIO和端口復(fù)用功效時鐘。庫函數(shù)使能TIM3、GPIO以及復(fù)用功效時鐘的辦法是：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);初始化TIM3，設(shè)立TIM3的PSC和ARR。在啟動了TIM3的時鐘之后，我們要設(shè)立PSC和ARR寄存器的值來控制PWM的輸出周期。調(diào)用的格式以下： TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);設(shè)立TIM3_CH1、CH2、CH3的PWM模式，使能TIM3的CH1、CH2、CH3輸出。在庫函數(shù)中PWM通道設(shè)立是通過TIM_OC1Init~TIM_OC4Init來設(shè)立的，這里我們需要3路PWM輸出，因此我們需要使用函數(shù)TIM_OC1Init、TIM_OC2Init、TIM_OC3Init。庫函數(shù)的調(diào)用格式以下： TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0; TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High; TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure); TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure); TIM_OC3Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);使能TIM3。完畢以上配備后，我們要使能定時器TIM3。庫函數(shù)調(diào)用格式以下： TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);通過修改TIM3_CCRx(x為1,2,3)來控制占空比。庫函數(shù)格式以下：VoidTIM_SetComparex(TIM3,uint16_tCompare2);我們能夠懂得，通過定時器3控制PWM波的占空比，從而實現(xiàn)速度方面的控制。其中arr和psc能夠控制PWM波的周期，TIM3_CCRx能夠控制PWM波的占空比。我們只需要調(diào)用此函數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)不同的速度控制。對于運(yùn)動方向控制的代碼我們就后來退為例，由于端口寄存器過于簡樸，我們不在此介紹端口的寄存器。我們僅介紹如何通過庫函數(shù)進(jìn)行端口配備。對各個I/O端口配備的過程相似，我們僅以PD8為例：重要過程以下所示：使能I/O口時鐘，調(diào)用格式以下所示：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);初始化I/O參數(shù)，調(diào)用格式以下所示：GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);操作I/0口GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);PD8置1GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);PD8置0我們懂得了如何對端口進(jìn)行操作之后就能夠隨意的控制小車的運(yùn)動啦，運(yùn)動方向的程序設(shè)計，其基本函數(shù)單元以下所示：voidLeft_Low(void);…我們調(diào)用這些函數(shù)，就能夠?qū)崿F(xiàn)不同運(yùn)動方向的控制。重要代碼詳見附錄3.2.3避障模塊設(shè)計在人類身體構(gòu)造系統(tǒng)中，眼睛能夠使我們非常方便的采集到外界環(huán)境的信息，然后把信息及時的傳輸?shù)酱竽X，并對外界環(huán)境信息的變化做出對應(yīng)的解決。而對智能小車來說，避障模塊之于小車就相稱于眼睛之于人類。避障模塊能夠采集外部地形數(shù)據(jù)，然后把所采集的地形數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒虢鉀Q模塊，從而實現(xiàn)規(guī)避障礙的功效。避障模塊所采用的器件在市場中有許多類型，例如紅外檢測，光位移檢測，超聲波檢測等。本次實驗我們使用的是HC-SR04超聲波檢測，超聲波由于含有檢測能力強(qiáng)，傳輸途徑寬，因此我們決定使用HC-SR04器件。在使用HC-SR04模塊進(jìn)行超聲波測距的同時，我們能夠使用舵機(jī)進(jìn)行輔助。舵機(jī)的重要作用是變化HC-SR04模塊的照射方向，從而控制超聲波的發(fā)射方向。在程序編寫過程中，如果小車前方遇見障礙時，我們能夠直接控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，而小車的車身能夠保持不變，在測量結(jié)束后，小車再做對應(yīng)的動作。2.3.1避障模塊器件構(gòu)造及其原理HC-SR04超聲波測距模塊測量范疇在2cm-400cm之間，能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸式測距功效。HC-SR04超聲波測距模塊由一種超聲波發(fā)射器、一種超聲波接受器和控制電路構(gòu)成，避障模塊的實物構(gòu)造圖如圖2.17所示：圖2.17實物正背面構(gòu)造圖如構(gòu)造圖所示VCC提供5v電源，GND為接地線，TRIG為觸發(fā)信號線，ECHO為回向信號輸出線?；驹硪韵拢翰捎肐O口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us的高電平信號，在TRIG觸發(fā)沿到來后，超聲波發(fā)射器會自動發(fā)出8個40KHz的方波，并且檢測與否有信號返回，當(dāng)超聲波接受器接受到超聲波時，表明有信號返回，通過IO口ECHO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。因此測量距離=（高電平持續(xù)時間*340m/s）/2。測量時序圖如圖2.18所示：圖2.18超聲波時序圖我們根據(jù)時序圖，能夠編寫對應(yīng)的程序代碼。為了避免發(fā)射信號對回向信號的影響，我們的測量周期不易過小。并且由于HC-SR04的感應(yīng)角度不不不大于15°，因此測距時，為了避免發(fā)射信號丟失，我們規(guī)定被測物體的面積不應(yīng)不大于0.5平方米，否則可能造成測量成果不精確。舵機(jī)在避障模塊的重要作用前面已經(jīng)提到，本節(jié)重要解說舵機(jī)的工作特性。舵機(jī)的實物圖如圖2.19所示：圖2.19舵機(jī)實物圖舵機(jī)的工作工作原理是stm32微解決器發(fā)出數(shù)據(jù)給舵機(jī)，舵機(jī)內(nèi)部有一種基準(zhǔn)電路，它會產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，它將微解決器傳輸?shù)闹绷髌秒妷号c電位器的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，獲得電壓差輸出。經(jīng)由電路板上的IC

判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回反饋信號。舵機(jī)的轉(zhuǎn)動角度與stm32所提供的PWM信號有關(guān)。原則信號PWM周期為20ms，理論上來講脈寬為1~2ms，實際我們的脈寬為0.5~2.5ms，脈寬與所轉(zhuǎn)的角度一一對應(yīng)。角度與脈寬的對應(yīng)圖如圖2.20所示：圖2.20舵機(jī)角度與脈寬對應(yīng)圖2.3.2HC-SR04模塊硬件電路設(shè)計超聲波模塊硬件原理圖以下圖所示：圖2.21超聲波硬件原理圖HC-SR04模塊重要由發(fā)射器、接受器和部分電路構(gòu)成。在此實驗中，我們只需簡樸理解電路的設(shè)計，對于其基本原理能夠不用過多涉獵，我們只需明白它們的工作原理，并且能夠簡樸運(yùn)用即可。2.3.3HC-SR04模塊程序設(shè)計根據(jù)硬件電路的設(shè)計，我們對避障子程序進(jìn)行設(shè)計，程序流程圖如圖2.22所示：圖2.22避障程序流程圖避障模塊在程序設(shè)計中，我們的工作重要是：1、控制超聲波的掃描周期2、采集超聲波發(fā)射到接受的高電平持續(xù)時間t3、對采集的高電平持續(xù)時間t進(jìn)行解決，判斷前方與否有障礙下面我們就具體介紹我們是怎么通過軟件設(shè)計來完畢這幾個環(huán)節(jié)的：1、控制超聲波的掃描周期根據(jù)表2-2，我們采用的是TIM2來控制超聲波的掃描周期。首先我們把TIM2設(shè)立為定時器中斷模式，代碼格式為voidTIM2_Int_Init(u16arr,u16psc);由于配備定時器中斷模式十分簡樸，我們就不在具體介紹，其具體代碼見附錄4.定時器TIM2的中斷周期計算公式為T=((arr+1)*(psc+1))/Tclk。Tclk為系統(tǒng)周期，普通為72Mhz.我們在中斷服務(wù)程序中控制超聲波的發(fā)射，我們采用PC7作為觸發(fā)信號，根據(jù)超聲波時序圖，我們需要在中斷程序中給PC7一種持續(xù)10ms的高電平，中斷服務(wù)程序以下：voidTIM2_IRQHandler(void)//TIM2中斷{ if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!=RESET) {TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update); GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7); delay_ms(10); GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7);}}2、采集超聲波發(fā)射到接受的持續(xù)時間t在本節(jié)實驗中，我們使用了通用定時器TIM5的輸入捕獲功效，輸入捕獲模式含有測量頻率或者測量脈沖的寬度的功效。我們啟動TIM5通道CH1（定時器5）的輸入捕獲模式，采集ECHO端口的高電平持續(xù)時間。配備定時器5代碼格式為：voidTIM5_Cap_Init(u16arr,u16psc){…}下面我們就具體解說一下，如何啟動并使用通用定時器的輸入捕獲功效。輸入捕獲的原理，簡樸的講就是通過檢測TIM5（定時器）通道CH1的邊沿信號，當(dāng)邊沿信號發(fā)生變化時，現(xiàn)在寄存器的值TIM1_CNT寄存到通道的捕獲/比較寄存器（TIM5_CCR1）里面。我們的實驗就是采集捕獲/比較寄存器（TIM5_CCR1）中的值并進(jìn)行解決，完畢對應(yīng)的動作。為了使TIM5通道CH1含有捕獲功效，我們需要用到TIM5_PSC、TIM5_ARR、捕獲/比較模式寄存器（TIM5_CCMR1）、捕獲/比較使能寄存器(TIM5_CCER)、捕獲/比較寄存器（TIM5_CCR1）、DMA/中斷使能寄存器（TIM5_DIER）、控制寄存器(TIM5_CR1)。我們下面就簡樸介紹下下這幾個寄存器。TIM5_PSC、TIM5_ARR、TIM5_CCR1這3個寄存器使用方法與前節(jié)中相似，我們就不在贅述，而在本實驗中，捕獲/比較寄存器TIM5_CCMR1非常重要，該寄存器的各位描述以下圖所示：圖2.23TIMx_CCMR1各位描述我們使用的是TIM5捕獲/比較通道CH1，因此圖中只介紹[7:0]位。本次實驗我們設(shè)立CC1S[1:0]=01，IC1PSC[1：0]=00，IC1F[3：0]=0000。接著我們再來看看捕獲/比較使能寄存器TIMx_CCER,本節(jié)用到了CC1E和CC1P兩位，描述以下圖所示：圖2.24TIMx_CCER最低兩位描述因此要使能通道CH1輸入捕獲，CC1E必須設(shè)立為1，而CC1P則能夠根據(jù)實際狀況設(shè)立。另一方面，我們再看看DMA/中斷使能寄存器（TIM5_DIER），由于我們使用的是通道CH1，因此我們僅介紹控制通道CH1的位，以下圖所示：圖2.25TIMx_DIER各位描述通過此圖我們懂得，我們需要設(shè)立CC1IE為1即可。然后，我們再看看控制寄存器TIMx_CR1，我們只用到了最低位，因此我們僅介紹位0的功效，TIMx_CR1寄存器各位描述及位0功效描述以下如所示：圖2.26TIMx_CR1寄存器各位描述及位0功效描述我們要使能計數(shù)器，因此位0設(shè)立為1。至此，我們所使用的寄存器一一介紹完畢，下面介紹怎么配備輸入/捕獲環(huán)節(jié)：啟動TIM5時鐘以及GPIOA時鐘。RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);初始化TIM5，設(shè)立TIM5的psc和arr。TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure);設(shè)立TIM5的輸入比較參數(shù)，啟動捕獲模式。TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_1; TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising; TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1; TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter=0x00;//IC1F=0000TIM_ICInit(TIM5,&TIM5_ICInitStructure);設(shè)立TIM5的DIER寄存器，使能捕獲和更新中斷功效。TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);設(shè)立中斷分組并編寫中斷服務(wù)函數(shù)NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM5_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);使能定時器TIM_Cmd(TIM5,ENABLE);我們懂得了如何設(shè)立TIM5的CH1為輸入捕獲模式，我們是在TIM5的中斷服務(wù)函數(shù)中采集持續(xù)時間t的，TIM5CH1_CAPTURE_STA為輸入捕獲狀態(tài)，TIM5CH1_CAPTURE_VAL為輸入捕獲值，中斷服務(wù)函數(shù)以下所示:if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//尚未成功捕獲 { if(TIM_GetITStatus(TIM5,TIM_IT_Update)!=RESET) { if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已經(jīng)捕獲到高電平了 {if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高電平太長了 {TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//標(biāo)記成功捕獲了一次 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF; }elseTIM5CH1_CAPTURE_STA++;}} if(TIM_GetITStatus(TIM5,TIM_IT_CC1)!=RESET)//捕獲1發(fā)生捕獲事件 {if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40) //捕獲到一種下降沿 {TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80; //標(biāo)記成功捕獲到一次上升沿 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5); TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising);//CC1P=0設(shè)立為上升沿捕獲 }else //尚未開始,第一次捕獲上升沿 {TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //清空 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0; TIM_SetCounter(TIM5,0); TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40; //標(biāo)記捕獲到了上升沿 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=1設(shè)立為下降沿捕獲}}}3、對采集的時間t進(jìn)行解決，判斷前方與否有障礙我們對采集時間t的解決也是在TIM5的中斷服務(wù)函數(shù)中的，我們根據(jù)因測量距離=（高電平持續(xù)時間t*340m/s）/2，得出只要高電平持續(xù)時間t<1500us,距離就不大于25cm，就會鑒定前方有障礙，其具體代碼以下： if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕獲到了一次上升沿 { temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F; temp*=65536;//溢出時間總和 temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到總的高電平時間 TIM_Cmd(TIM2,DISABLE); if(temp<1500) {stopward();t++;flag++; if(t==1) {Midstate=temp; TIM_SetCompare2(TIM3,60);//舵機(jī)右轉(zhuǎn)} if(t==2){Leftstate=temp; TIM_SetCompare2(TIM3,250); //舵機(jī)左轉(zhuǎn) } if(t==3) {t=0; Rightstate=temp; TIM_SetCompare2(TIM3,150); rotate_Left();}} else { if(flag==0){farward_Low();} if(flag==1){turn_Left();} if(flag==2){turn_Right();} if(flag>=3) {flag=0;rotate_Left();} TIM_SetCompare2(TIM3,150);t=0;flag=0; } TIM_Cmd(TIM2,ENABLE); TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//啟動下一次捕獲}}2.4循跡模塊設(shè)計這節(jié)要完畢的任務(wù)是使小車沿著黑帶運(yùn)動。要想使小車沿著黑帶運(yùn)動，必須使小車感應(yīng)到黑跡在什么地方，然后讓小車的中央解決單元驅(qū)動硬件電路完畢對應(yīng)的行為動作。循跡模塊的設(shè)計就是使小車能精確的識別黑帶的軌跡。小車的中央解決模塊從循跡模塊獲得數(shù)據(jù)，然后中央解決模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)驅(qū)動電機(jī)模塊完畢對應(yīng)的動作?？紤]到成本和操作，本實驗使用的紅外探測器。2.4.1循跡模塊構(gòu)造及其原理紅外探測器（IR）是由紅外發(fā)射管、紅外接受管和部分電路構(gòu)成。要做到4路循跡，需要使用4個獨立的紅外探測器器件。我們使用的IR5是一種集成模塊，這個集成模塊由5個紅外探測器構(gòu)成。其中中間的1個IR探測器在本實驗中并未使用。紅外循跡模塊實物圖如圖2.27所示：圖2.27紅外模塊正背面本實驗使用的IR5集成模塊是由5個相似的IR探測器電路構(gòu)成的，因此我們只需要理解一種IR探測器的工作原理即可。我們懂得IR探測器是由紅外發(fā)射管、紅外接受管和部分電路構(gòu)成。基本原理是紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光經(jīng)地面反射，在黑色區(qū)域紅外光被吸取，在非黑色區(qū)域紅外光被反射，紅外接受管根據(jù)反射光的強(qiáng)度為比較器提供模擬量，從而輸出對應(yīng)的電平量。其單個IR探測器電路原理圖如圖2.28所示：圖2.28IR探測器電路原理圖根據(jù)原理圖詳解下IR探測器的工作原理：VCC為模塊提供電源，是IR探測器工作的前提條件，紅外發(fā)射管DF2發(fā)射紅外光達(dá)成“地面”，經(jīng)反射后紅外光會達(dá)成DS2紅外接受管，由于不同顏色的地面會對光的吸取有著不同的效果，因此發(fā)射后的光的強(qiáng)度也會不同，反射強(qiáng)度不同，LM339的5腳會輸入一種變化的電壓量，LM339是一種電壓較器，當(dāng)LM339的“+”端輸入信號不不大于“-”端的比較信號后，LM339的輸出端截止，在外部的上拉電源的作用下，使IR探測器的輸出端輸出+5v的電壓。同理，在“+”端電壓不大于“—”端電壓時，LM339輸出端電壓飽和使IR探測器輸出為低電壓。因此能夠通過調(diào)節(jié)R2的電阻值，變化比較電壓的大小即“—”端電壓的大小，從而控制探測的距離。R4是整個正反饋電路的重要構(gòu)成部分，由于“+”輸入端電壓會經(jīng)常發(fā)生在比較電壓附近擾動的現(xiàn)象，這些微小的擾動都會造成輸出端的巨大變化，因此，我們采用正反饋的方式避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。加入R4電阻，就成為人們所說的“施密特觸發(fā)器”，其特性圖如圖2.29所示：圖2.29施密特觸發(fā)器特性圖當(dāng)輸入端的電壓發(fā)生轉(zhuǎn)化時，只要在比較電壓值附近的干擾不超出du之值，輸出的電壓就不會變化。R4正反饋的引入，不僅提高了電路的解決速度，并且能夠免去由于寄生電路耦合而產(chǎn)生的自己震蕩。但是，在提高電路的解決速度的同時，帶來的缺點就是分辨率減少，由于只要在du附近輸出的電壓值就不會變化。2.4.2循跡模塊電路設(shè)計IR5探測器的集成模塊的電路原理圖如圖2.30所示：圖2.30紅外循跡模塊電路圖2.4.3紅外循跡模塊程序設(shè)計根據(jù)電路原理圖，我們對循跡子程序進(jìn)行設(shè)計，循跡子程序流程圖如圖2.31所示：圖2.31循跡子程序流程圖我們在循跡程序設(shè)計中，重要工作為：1、配備管腳與紅外探測器的對應(yīng)關(guān)系當(dāng)紅外探測器模塊在黑帶上方時，輸出為0。當(dāng)紅外探測器模塊在白色上方時，輸出為1。因此我們采用中斷的方式進(jìn)行循跡，由于采用的是4路循跡，因此我們需要4個管腳與其一一對應(yīng)，對應(yīng)關(guān)系以下表：表2-3管腳與紅外探測器位置對應(yīng)關(guān)系表管腳名稱紅外探測器位置PE1左PE2最左PE3右PE4最右在配備好管腳與紅外位置關(guān)系之后，我們就需要進(jìn)行中斷初始化，中斷程序上文2.1.4節(jié)中已經(jīng)講過，我們在這里就不做介紹。2、編寫中斷服務(wù)函數(shù)我們在中斷初始化之后，就需要寫中斷服務(wù)函數(shù)啦，我們就以PE1為例，當(dāng)PE1的值發(fā)生變化時，我們就進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，在中斷服務(wù)函數(shù)中判斷紅外探測器與否在黑帶上方，如果在，此時我們需要使小車向左轉(zhuǎn)，如果不在黑帶上方，小車就繼續(xù)邁進(jìn)。其中斷服務(wù)函數(shù)代碼以下：#defineKEY3GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_1)voidEXTI1_IRQHandler(void){if(KEY3==0) {Right_Low();} EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);}//去除LINE2上的中斷標(biāo)志位3.軟件調(diào)試每一章單獨分頁每一章單獨分頁上文提到了各個模塊的電路設(shè)計及其程序設(shè)計，本章就根據(jù)各個模塊的電路設(shè)計進(jìn)行對應(yīng)的編程。我們使用keil3軟件進(jìn)行程序仿真，然后使用mcuscip軟件把我們得到的目的文獻(xiàn)燒到解決器中，即程序下載。3.1程序仿真RVMDK源自德國的KEIL公司，是RealViewMDK的簡稱。支持ARM7，ARM9，和最新的Cortrx-M3核解決器，自動配備啟動代碼，含有強(qiáng)大的軟件仿真功效，并且含有啟動代碼小，性能高的優(yōu)點，軟件keil3的操作主界面如圖3.1所示：圖3.1Keil主界面在程序仿真中，我們只能觀察PC7腳位的電平變化，來判斷與否滿足超聲波的發(fā)射條件，而對于超聲波發(fā)射到接受的高電平持續(xù)時間t，我們在程序仿真中是無法觀察到的。因此我們只能通過對硬件進(jìn)行測試，來完畢對整個產(chǎn)品設(shè)計的考核。PC7的軟件仿真成果以下圖所示：圖3.2PC7腳電平仿真圖3.2程序下載串口下載軟件使用mcuisp，該軟件屬于第三方軟件，由單片機(jī)在線編程網(wǎng)提供，該軟件啟動界面如圖3.2所示：圖3.2mcuisp啟動界面我們使用mcuisp軟件進(jìn)行程序下載，程序下載圖以下所示：圖3.3mcuisp程序下載圖4.系統(tǒng)測試在程序調(diào)試中，我們懂得PC7的電平變化已經(jīng)滿足了超聲波的發(fā)射條件，我們本節(jié)就是對硬件進(jìn)行測試，驗證本次方案與否成功。小車實物圖以下所示圖4.1智能小車實物圖當(dāng)小車前方碰到障礙時，小車舵機(jī)左轉(zhuǎn)，觀察左側(cè)與否有障礙物，測試圖以下：圖4.2智能小車檢測障礙圖小車檢測到前方有障礙時，舵機(jī)左轉(zhuǎn)，檢測小車左方與否有障礙，如果無，則小車左轉(zhuǎn)，測試圖以下圖所示：圖4.3智能小車避障圖循跡模塊采用的是中斷的方式工作的，stm32微解決器通過采集紅外探測器的數(shù)據(jù)，對電機(jī)發(fā)出不同的命令，下圖為智能小車在循跡過程中所拍攝的畫面：5.總結(jié)本文根據(jù)畢業(yè)設(shè)計開題報告書所布置的任務(wù)，制訂了具體的設(shè)計方案，并按照此方案逐步完畢了電路原理圖的設(shè)計以及軟件程序的設(shè)計。本文的重點是基于stm32微解決器為核心，添加其它外圍電路為輔助，并且加載必要的程序設(shè)計，使小車智能化行動。整個智能小車系統(tǒng)以stm32微解決器為核心，外圍電路涉及避障電路、循跡電路、電機(jī)驅(qū)動電路等，這些外圍電路通過stm32微解決器結(jié)合起來，使得各個模塊在確保工作精確性的同時，提高了小車的智能化。論文首先分析了研究智能小車的研究意義，對于本次研究的必要性進(jìn)行了可行性分析。然后分析了國內(nèi)外的研究概況，最后再此基礎(chǔ)上提出了設(shè)計思路與程序流程，對于設(shè)計思路進(jìn)行了可行性的分析。接著分別介紹了各個模塊的硬件設(shè)計方案以及軟件設(shè)計方案。在硬件設(shè)計方案中涉及對各個硬件電路所采用的器件進(jìn)行分析和對硬件電路的設(shè)計分析，從而決定器件的使用方案，以及硬件電路圖的設(shè)計。而在軟件設(shè)計方案中，我們只分析軟流程件設(shè)計，以擬定對應(yīng)的程序編碼。最后我們對軟件、硬件進(jìn)行測試，對于軟件測試，我們使用keil軟件進(jìn)行程序仿真，而對于硬件測試，我們使用mcuisp硬件調(diào)試工具進(jìn)行程序下載，驗證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用性。在本方案中，由于受到所采購的硬件模塊尺寸的影響，循跡模塊在進(jìn)行工作的時候，受到外部影響的因素很大。在本次實驗設(shè)計中，由于循跡探頭的安裝距離小車車輪很近，當(dāng)循跡探頭采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU時，小車已經(jīng)向前行駛了一段時間。假設(shè)小車的轉(zhuǎn)彎時間為T，小車的轉(zhuǎn)彎時的速度為V，我們要確保小車轉(zhuǎn)彎的路程不超出額定值S，那么就有公式VT<=S。要解決此問題，有兩種方案可供選擇。減小轉(zhuǎn)彎時間T小車的轉(zhuǎn)彎時間T與小車的轉(zhuǎn)彎敏捷度成反比。在確保小車速度合適的狀況下，我們只有減少小車的轉(zhuǎn)彎時間來完畢對應(yīng)的行為動作，即提高小車的轉(zhuǎn)彎敏捷度。小車的轉(zhuǎn)彎敏捷度與小車的車輪直徑有關(guān)，具體來講就是：在車輪角速度一定的狀況下，車輪直徑越大，有公式V=ωR，車輪的線速度就越大，那么在單位時間內(nèi)有，小車的行駛距離就會變大。因此，小車的車輪直徑與轉(zhuǎn)彎敏捷度成反比，車輪直徑越大，敏捷度就越小，相反車輪直徑越小，敏捷度就越高。在本次實驗中我們采用的車輪直徑稍大，從而造成小車轉(zhuǎn)彎的敏捷度大大下降。因此，我們能夠通過減少小車車輪的直徑大小來解決此問題。增加轉(zhuǎn)彎額定值S在本次實驗中，循跡探頭距小車的車輪距離太近，造成小車的額定值S過小，進(jìn)而造成小車在循跡工作時誤差較大。解決此問題，我們能夠拉大車輪與循跡探頭的距離。上文提到的兩種辦法，又受到所采購的器件的物理尺寸的影響。在本次實驗中，器件的物理尺寸限制了小車轉(zhuǎn)彎敏捷度的最大值，因此本實驗的循跡模塊不是很抱負(fù)，但是只要我們采用上述的兩種辦法，一定能夠提高循跡模塊的執(zhí)行效率?？偟膩碚f，設(shè)計方案是完善的，基本上達(dá)成了設(shè)計所規(guī)定的目的。致謝一種學(xué)期的學(xué)習(xí)和鍛煉，使我的畢業(yè)論文設(shè)計基本完畢。在這期間，我在所學(xué)的基礎(chǔ)知識之上，去接觸stm32，在接觸之初，我不停的碰到問題，而我也懂得不經(jīng)一番寒徹骨，哪的梅香撲鼻來的道理，最后我克服了種種困難，不僅使自己的知識更加牢固，并且也鍛煉了自己的心性。固然以上全部成績的獲得都離不開老師和同窗的協(xié)助。我首先要感謝的是我的母校，它為我提供了一種良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)對我們畢業(yè)設(shè)計有關(guān)工作精心合理的安排。固然，我的指導(dǎo)老師張健，我非常感謝他在我畢業(yè)設(shè)計的整個過程中始終予以的熱情指導(dǎo)和督促，對我提出的疑惑耐心地指點，他的指點是我克服困難、完畢設(shè)計的重要因素，對我一種月的實習(xí)也產(chǎn)生了激勵和支持的作用。同時我還要感謝湯飛同窗、柳曉峰同窗的真誠指點，以及其它各位老師和同窗的不吝指教，使我度過了緊張而又充實的三個月。畢業(yè)設(shè)計的這三個月，我不僅收獲了知識、能力，也深刻的體會到了師情和友情的貴重，這段時光將成為我人生中少有的美妙回想，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索，我會以此激勵自己繼續(xù)努力，爭取使自己的人生對社會產(chǎn)生些許主動的價值！參考文獻(xiàn)[1]杜春雷.ARM體系構(gòu)造與編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，-02-01[2]姚文詳，宋巖.ARMCortex-M3權(quán)威指南[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，-07[3]范書瑞.Cortex-M3嵌入式解決器原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，-01-01[4]李寧.基于MDK的STM32解決器開發(fā)應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，:1-260.[5]劉軍，張洋.原子教你玩STM32[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，-05-01[6]彭剛，秦志強(qiáng).基于ARMCortex-M3的STM32系列[M].北京：電子工業(yè)出版社，-01[7]張自強(qiáng)，晏英俊.基于stm32的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實驗設(shè)計[J].實驗室科學(xué)，-12，13（6）:59-61[8]周柱，孟文，田環(huán)宇.基于stm32智能小車設(shè)計[J].技術(shù)與市場，-06，18（6）:1-2[9]李亞巨，樊東.基于stm32f103zet6的智能小車的制作[J].電子制作，-11，（19）:52-53[10]趙志昊.智能小車的制作[J].科技傳輸，-11，（21）:202-203[11]李婕.基于STM32的智能小車的制無線視頻監(jiān)控智能小車設(shè)計[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)出版社，-4:1-56附錄附錄1voidTIM5_Cap_Init(u16arr,u16psc){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE); //使能TIM5時鐘 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA時鐘 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;//PA0去除之前設(shè)立 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD;//PA0輸入 GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0); //PA0下拉 //初始化定時器5TIM5 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;//設(shè)定計數(shù)器自動重裝值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; //預(yù)分頻器 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//設(shè)立時鐘分割:TDTS=Tck_tim TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//TIM向上計數(shù)模式 TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure);//根據(jù)TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數(shù)初始化TIMx的時間基數(shù)單位 //初始化TIM5輸入捕獲參數(shù) TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_1;//CC1S=01 選擇輸入端IC1映射到TI1上 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕獲 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;//映射到TI1上 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1; //配備輸入分頻,不分頻 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter=0x00;//IC1F=0000配備輸入濾波器不濾波 TIM_ICInit(TIM5,&TIM5_ICInitStructure); //中斷分組初始化 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM5_IRQn;//TIM5中斷 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;//先占優(yōu)先級2級 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;//從優(yōu)先級0級 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//IRQ通道被使能 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//根據(jù)NVIC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)NVIC寄存器 TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允許更新中斷,允許CC1IE捕獲中斷 TIM_Cmd(TIM5,ENABLE); //使能定時器5}附錄2voidEXTIX_Init(void){ EXTI_InitTypeDefEXTI_InitStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE); //使能復(fù)用功效時鐘//GPIOD.2中斷線以及中斷初始化配備下降沿觸發(fā) GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource1); EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line1; //左1 EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt; EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling; EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource2); EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line2; //最左 EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt; EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling; EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根據(jù)EXTI_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)EXTI寄存器//GPIOD.3 中斷線以及中斷初始化配備下降沿觸發(fā)//右 GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource3); EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line3; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根據(jù)EXTI_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)EXTI寄存器//GPIOD.4 中斷線以及中斷初始化配備下降沿觸發(fā) //最右 GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource4); EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line4; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根據(jù)EXTI_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)EXTI寄存器 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI1_IRQn; //使能左1所在的外部中斷通道 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00; //搶占優(yōu)先級2， NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x06; //子優(yōu)先級3 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //使能外部中斷通道 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI2_IRQn; //使能最左所在的外部中斷通道 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00; //搶占優(yōu)先級2， NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x04; //子優(yōu)先級2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //使能外部中斷通道 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI3_IRQn; //使能右1所在的外部中斷通道 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00; //搶占優(yōu)先級2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x07; //子優(yōu)先級1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //使能外部中斷通道 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據(jù)NVIC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)NVIC寄存器 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI4_IRQn; //使能最右所在的外部中斷通道 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00; //搶占優(yōu)先級2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x05; //子優(yōu)先級0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //使能外部中斷通道 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據(jù)NVIC_InitStruct中指