2022年基于MSP430单片机循迹小车课程设计报告.docx

精品学习资源课 程 设 计 报 告课程名称嵌入式系统原理与设计课题名称智能循迹小车专业通信工程班学姓级号名1101 班指导老师2021年 1 月 5 日欢迎下载精品学习资源1. 系统总设计1.1 功能说明本课题是基于 MSP430 单片机循迹智能小车地设计与实现，小车系统以MSP430 单片机为系统掌握处理器，采纳红外传感器对赛道进行道路检测，单片机依据检测到地信号地不同状态判定小车地当前状态，通过电机驱动芯片L298N 发出掌握命令，掌握电机地工作状态以实现对小车地掌握.1.2 任务安排情形欢迎下载精品学习资源参加此次工程制作地一共七人，分别是：张振凤，冯志成，肖新加，戴小敏，杨小林，谢鹏华和张莹 任务安排情形如表1 所示：表 1 任务安排情形冯志成张莹红外循迹模块肖新加，代小敏，杨小林电机驱动模块张振凤谢鹏华写程序，各接口地连接，数据地收集及小车地调试1.3 使用说明书产品名称：智能循迹小车技术参数：L298N 基本参数：类型：半桥输入类型：非反相输出数： 4电流输出 /同道： 2A电流峰值输出： 3A工作温度： -25135 °C器件型号： L298N产品地使用方法：用六节干电池 9V 直流电压作为供电电源，接通电源，在有黑线地跑道上行走.留意事项： 1、所用电源不能超过9V ，以免电压过大，把电机烧坏.2、小孩使用时，应在大人地伴随下使用，以免被小车地尖锐部分弄伤.3、轻拿轻放，以免损坏小车器件.4、长期不使用时，应把电池取出.生产日期： 20xx 年 xx 月 xx 日2. 硬件设计此次工程中硬件部分地设计主要包含以下模块：电源模块，红外循迹模块，电机驱动模块和MSP430f149 单片机 .2.1 电源模块模型车通过自身系统，采集赛道信息，猎取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令掌握其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源治理尤为重要. 在本设计中，在本设计中，msp430 单片机使用5V 电源，电机使用5V 电源.用了 6 节 1.5V 地电池，为单片机和电机供电.如下列图：欢迎下载精品学习资源图 1电源实物图其红线接电机驱动模块上地VDD 接口，绿线连接 GND 接口.2.2 红外循迹模块采纳光敏二极管作为光源探测模块地传感器，由于光敏二极管感光后，内阻有较大地变化，通过肯定地电路转化为电压地变化.其实物图为：图 2红外循迹模块实物图图中地 SSI 至 SS5 分别连接单片机I/O 接口地 P3.0 到 P3.4.分别掌握五个光敏二极管，当没有检测到黑线，就指示灯不亮，就为高电平.有检测到黑线，就指示灯亮，为低电平. 从而判定出小车是否能够循迹走 .2.2.1 红外循迹模块原理图采纳比较器对5 个二极管地输出电压进行比较，光敏二极管引起地电压变化送到比较器地反相端与基准信号进行比较，将结果输入到单片机执行判定. 基于地寻光电压比较电路：二号管脚为基准电压输入端，将需要进行比较地电压输入到三号管脚，假如比基电压地值大，就一号管脚输出为高电平，反之为低电平.其原理图为：欢迎下载精品学习资源图 4红外循迹模块原理图在板子地下面有五个循迹传感器，其实图为：图 5 循迹传感器通过这五个传感器检测，没有检测到黑线，就H4 发光到白纸光反射到H4 接收端， H4 接收端导通，导通就T1 接地 =0，指示灯不亮，就为高电平.有检测到黑线，就H4 发光到黑线光全部被吸取， H4 接收端，没有收到任何信号，由于H4 不导通（截止），就T1=VCC ，指示灯亮，为低电平.2.2.2 红外循迹模块构造红外循迹模块由循迹传感器，触碰传感器，测距距离调节器组成，其元件清单如下表所示：表 2红外循迹模块元件清单序号名称个数作用1循迹传感器5 个循迹作用2碰触传感器1 个检查障碍物3测距距离调剂器1 个调剂与地面地高度欢迎下载精品学习资源SSI 至 SS5 分别连接单片机 I/O 接口地 P3.0 到 P3.4.2.3 电机驱动模块电机驱动芯片 L298N 是 SGS 公司地产品，内部包含4 通道规律驱动电路.是一种二相和四相电机 地专用驱动器，即内含二个H 桥地高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL规律电平信号， 可驱动 46V 、2A 以下地电机 .L298 可驱动 2 个电机， OUT1 、OUT2 和 OUT3 、OUT4 之间分别接2 个电动机 .IN1IN2IN3 IN4脚接输入掌握电平，掌握电机地正反转，ENA ，ENB 接掌握使能端，掌握电机地停转 .也利用单片机产生PWM 信号接到 ENA ， ENB 端子，对电机地转速进行调剂. 其实物图为：图 6电机驱动模块实物图2.3.1 L298N 原理图欢迎下载精品学习资源U154+12 V71012IN1IN2 IN3VSSOUT123D1 400 7D3 400 7+12 V+MG1MOTOR RIGHT611IN4ENAOUT213D2D4 A1ENBOUT3400 74007J115GNDGNDOUT414-123456P3.1P3.3 P3.5 P3.7 P4.2 P4.485GNDL29 8N U2VC C94+5V+12 V单片机引脚710IN1IN2VSSOUT12D5D7+12 V+MG212611IN3IN4 ENAOUT2313400 7D6400 7D8 AMOTOR LEFT1ENBGNDOUT3400 74007158GNDOUT4149+5V-GNDVC CL29 8N小 车 电 机 驱 动欢迎下载精品学习资源U3J2+5V54灭火风扇欢迎下载精品学习资源IN11GN图D7L298N7原理图VSS2欢迎下载精品学习资源2P5.7310IN2IN312OUT13+A-欢迎下载精品学习资源L298 可驱C动ON32 个电机， OUT1 、6OUTI2N4 和OOUTU2 T3 、OUT4 之间分别接2 个电动机 .IN1IN2IN3 IN4 脚欢迎下载精品学习资源11ENAENB1GND13OUT3欢迎下载精品学习资源接输入掌握电平，掌握电机地正反转15 ，ENA ， EN1B4接掌握使能端，掌握电机地停转.也利用单片机欢迎下载精品学习资源GND8GNDOUT4VC C9欢迎下载精品学习资源L29 8N产生 PWM 信号接到 ENA ， ENB 端子，对电机地转速进行调剂.其 L298N 规律功能图为 :灭 火 风 扇 驱 动表 3L298N 地规律功能图IN1IN3IN2IN4ENA电机状态011正转101反转000停止234111停止其 OUT1 、OUT2 和 OUT3 、OUT4 之间分别接 2个电动机， IN1IN2IN3 IN4 脚接输入掌握电平，掌握电机地正反转， P4.04.3分别连接 IN1IN4.2.3.2 L298N 构造电机驱动芯片L298N 包括 LED发光二极管、续流二极管、极性电容、稳压器、散热片、接线端子、 L298N 、一般电容等元件组成，其作用如下表所示：表 4L298N 元件清单欢迎下载精品学习资源序号名称个数作用1LED 发光二极管4个信号指示2续流二极管8个芯片续流爱护3极性电容2个滤波作用4稳压器1个稳压输出5散热片1个驱动芯片散热6接线端子3个7L298N1个电机驱动芯片8一般电容2个滤波作用2.3.3 直流电机驱动原理（ 1）其内部采纳 H 桥驱动电路，如下列图：图 8H 桥驱动电路H 桥式电机驱动电路包括四个三极管和一个电机，其形状像大写字母H，故叫做 H 桥驱动电路 .要使电机 M 运转，必需使对角线上地一对三极管导通，其驱动原理示意图如下列图：图 9驱动原理示意图H 桥式电机驱动电路，利用PWM 波对其转速 .（ 2）功能欢迎下载精品学习资源对于单项地电机驱动，只要用一个大功率地三极管带动电机即可，当电机需要双向转动时，就需要四个三极管地 H桥电路，假如需要调速，就需要三极管和场效应管等开关元件实现PWM波调速.（ 3）性能1. 输出电流和电压地范畴，它打算电路能驱动多大功率电机.2. 效率 .3. 对掌握输入端地影响 .4. 对电源地影响 .5. 牢靠性 .2.4 主掌握模块本工程地掌握芯片均采纳MSP430F149 芯片，这是一款 TI 生产地以低功耗著称地16 位单片机 .其在 1MHz地时钟条件下运行时，芯片地电流最低会在165A左右， RAM保持模式下地最低功耗只有 0.1 A座. 位显示屏最靠电力工作，采纳这款芯片降低了功耗，增强了其使用地周期时间，节省了能源 .实物图如下列图：图 10MSP430F149 单片机实物图小 车 采 用 MSP430F149单 片 机作 为 控 制 芯 片 ， 系 统 硬 件 组 成共 包 括 九 个 模 块 ， 分 别 为MSP430F149 单片机最小系统模块，4 路 A/D 转换模块， D/A 转换模块，键盘数码管显示模块，温度传感器模块，实时时钟模块，非易失性储备器模块，液晶显示模块，2 路串口通信接口模块 .系统欢迎下载精品学习资源软件组成为各个功能模块程序设计，包括七个部分，分别为A/D 转换程序，温度传感器显示当前环境中地温度，用液晶来显示实时时钟，通过串口向单片机发送字符，单片机又发回字符给电脑，D/A 输出方波，非易失性储备器地读写.欢迎下载精品学习资源键盘数码管显示模块液晶显示模块欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源A/D 转换模块D/A 转换模块MSP430F149 单片机电平最小系统转换欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源温度传感器模块实时时钟模块非易性储备器模块上位机欢迎下载精品学习资源图 11MSP430F149 单片机最小系统MSP430 系列单片机供应三个时钟信号以供应片内各部分电路使用，这三个时钟源分别是：帮助时钟信号 ACLK ，来自32.768kHz 晶振或者另一个外接高频晶振，一般用于低速外设；主时钟信号MCLK ， CPU 正常运行时使用地主时钟，一般由8MHz 外接晶振供应；子系统时钟SMCLK ， 主要用于高速外围模块.在本试验中我们采纳了主时钟信号MCLK .图12msp430f149 单片机地 I/O 引脚图在单片机地 I/O 接口中， P1.2和 P1.3连接两个 PWM 波地输出， P3.03.4分别连接红外循迹模块上地掌握五个红外对管地五个引脚，P4.04.3分别连接 IN1IN4.欢迎下载精品学习资源图 13 MSP430F149 单片机原理图将 PWM 波植入单片机中，然后通过单片机掌握电机，PWM 波掌握速度，在转弯地时候，通过转变 PWM 波中地占空比而达到转弯，转弯有两种方案：一种是一边不转，另一边转动而达到转弯地成效；另一方案就为一边转地快一边转地慢，从而达到转弯地成效3. 软件设计.PWM（脉冲宽度调制）是通过掌握固定电压地直流电源开关频率，转变负载两端地电压，从而达到掌握要求地一种电压调整方法.PWM 可以应用在很多方面，比如：电机调速、温度掌握、压力掌握等等.在 PWM 驱动掌握地调整系统中，按一个固定地频率来接通和断开电源，并且依据需要转变一个周期内 “接通 ”和“断开 ”时间地长短 .通过转变直流电机电枢上电压地“占空比 ”来达到转变平均电压大小地目地，从而来掌握电动机地转速.也正由于如此， PWM 又被称为 “开关驱动装置 ”.小车利用 PWM 波掌握速度，在转弯地时候，通过转变PWM 波中地占空比而达到转弯，转弯有两种方案：一种是一边不转，另一边转动而达到转弯地成效；另一方案就为一边转地快一边转地慢，从而达到转弯地成效.在本试验中，我们采纳了其次个方案.欢迎下载精品学习资源图 14PWM 波在这我们用了模式7，复位 /置位模式 .我们利用两个PWM 波分别掌握两个电机，利用PWM 波中地占空比不同而达到转弯地成效.其程序为：void Init_PWMvoidTACTL = TASSEL1 + MC0 + TACLR；/TimerA 挑选 MCLK 时钟 ,不分频 ,增计数模式 ,CCTL1 = OUTMOD2 + OUTMOD1 + OUTMOD0 + CCIE；P1DIR|=0X0C ；P1SEL|=0X0C ；/捕捉 ,比较模块 1 选定为输出比较模式 ,输出模式 7,禁止比较中断CCTL2 = OUTMOD2 + OUTMOD1 + OUTMOD0 + CCIE；/捕捉 ,比较模块 2 选定为输出比较模式 ,输出模式 7,禁止比较中断CCR0 = 8000 ；/*设置 PWM1 地占空比 */欢迎下载精品学习资源void Set_PWM1_Dutyuchar dutyifduty >= 5 && duty <= 95 /将占空比限制在 5% 95% 之间CCR1 = 8000 / 100 * duty ；else /否就将占空比强制设置为50%CCR1 = 4000 ；/*设置 PWM2 地占空比 */ void Set_PWM2_Dutyuchar dutyifduty >= 5 && duty <= 95 /将占空比限制在 5% 95% 之间CCR2 = 8000 / 100 * duty ；else /否就将占空比强制设置为50%CCR2 = 4000 ；程序设计流程图为：欢迎下载精品学习资源开启 动 寻 迹探 测 黑 线否是否探测到是判 断 处 理 程 序switch左 轮探 测 到右 轮 探 测 到左右 轮同 时探 测向左向右继 续 前继 续 前 进结图 15程序设计流程图4. 试验结果欢迎下载精品学习资源循迹小车整体实物图如下列图：图 16循迹小车整体图小车在直道行走图如下列图：图 17小车在直道上行走图小车在弯道上行走图：欢迎下载精品学习资源图 18小车在弯道上行走图5. 调试过程1 在最开头地时候，最开头认为遇到黑线时为高电平，然后指示灯亮，而在实际走地时候就导致完全不按自己预想地走 .解决方法：用万能表测试在黑线上时红外管两端地电压，测试为低电平.2 在跑弯道地时候，车不能依据预定地轨道走.解决方法：通过多次调试PWM 波地占空比，从而使轮子地速度达到肯定得速度，从而依据预定地路行驶 .3 直接依据给地资料， IN1 、 IN2 、IN3 、IN4 正转 /翻转地条件，结果发觉车子一个正转，一个反转.解决方法：通过改写程序，然后一一确定正转/反转地条件 .4 红外对管不管遇到黑线仍是没遇到，指示灯却始终亮着.解决方法：通过检测发觉，这个红外对管坏了，然后只用了三个红外对管循路.6. 试验心得基于这次长达两周地课程设计，对我们组来说是一个特别严肃地考查，成员都觉得一个字，难！欢迎下载精品学习资源两个字，很难！三个字，特别难！对于我们来说，我们是一个初学者，而且上课地时候都是打酱油飘过.不过总体来说仍是有收成地，对于一个课题，组长分别把成员都支配了任务，每个人都有自己地任务，这样谁都不能依靠谁，只能靠自我学习完成任务. 在课设过程中也看到了组员之间地团结，也看到组员之间地焦急，知道自己地在学习中地不足，遇到不懂地问题立马找同学或者老师解决.在设计地过程中我们也不行防止地遇到了很多地问题.特殊是在调试过程中 ,会由于某些缘由出不来结果 .通过这次地课程设计，我们也发觉了不少自己不会地学问，通过查询各方面资料，我们也进步了很多，有学会了很多上课时没把握地东西，最终在调试结果出来后,我们更是无比地兴奋 ,无比地骄傲 .总之 ,通过这次单片机应用工程设计,我们不仅对自己地学问有了更深地把握和应用,更明白到团队精神地力气.在以后地学习和生活中受用终身.作为通信工程专业地同学，单片机课程地学习是很有意义，并且至关重要地.在高校前三年对基础学问以及通过对专业课地学习，我们把握了很多理论学问，却很少有实践地机会，而这次硬件课设是对前面学习地一个很好地考察.（张振凤）学习 msp430 单片机已经有一个学期了，很兴奋在最终地课设里自己能为小组出一份微薄之力，和他们一起完成这个能循迹地小车.记得我们做小车断断续续做了一个多星期，这虽然说有点枯燥， 但是和他们一起探讨而且有成果就是欢乐.在这里我第一要感谢我们地胡老师，感谢她一个学期认真地教我们430 地单片机学问，我们小车课设用到了定时器A，用它产生两路PWM 波去掌握小车两个跑道带地跑动速度.其次我得感谢我地那帮在试验室呆地同学，他们为我们胜利做出小车供应 了资料上地和代码问题上地帮忙.可以说小车代码很简洁，但由于我们学习得有点浅，所以我在写有定时器地 TA 产生两路 PWM 波上有点力不从心，其他地用单片机上地引脚地定义供应数据上也有点生疏 .小车循迹部分我们也遇到可一些困难，我们在用小车红外检测地时候用手指代替黑色胶带去测反馈回来地电平，导致把引脚电平都搞反了 .总之，在这个过程中我们遇到了很多困难，我们小组成员各司其职，各尽所能，比较顺当地完成了 .在这个过程中我学到了很多，我觉得要胜利我们就地团结，就得喜于问，就得多动手去探试，就得有一颗必成地心 .（谢鹏华）这次地课程设计，组长支配大家每个人安排着不同地版块.我和冯志诚一起负责红外管，负责红外管整个地部分，主要是红外管发光原理以及这个部分地代码等.在这个课程设计地过程中，自己始终在和整个组员一起分析整个原理，设计以及组装.对于自己而言，代码不是很熟识，单片机地学习不是很到位，面对自己地学习，第一次发觉自己学习地这么认欢迎下载精品学习资源真.组长很仔细，对我们地要求很高.主要是自己负责自己地版块，自己去弄懂自己要负责地部分， 组长只是在我们特殊地没有思绪时，才会帮我们解决下问题.经过这一次地学习，自己大致清晰知道一些关于电子控件等物件地运行地原理，面对以前始终认为特殊奇妙地物件，现在是比较清晰地明白那些小物件地东西.学习后，自己真正地发觉自己对于自己专业把握地太少，自己开头对自己以后就业担忧 .面对自己在专业学问上地缺陷，自己现在必需对自己地将来负责，对自己地就业有个具体规划 .通过一次学习，让自己有了更深地感悟，这是自己认为最重要地一个学习感悟. 张莹 作为通信工程专业地同学，单片机课程地学习室很有意义，并且至关重要地 .在高校前几个学期对基础学问以及通过对专业课地学习，我们把握了很多理论学问，却很少有实践地机会，而这次硬件课设是对前面学习地很好地考察，既考察了我们 C 语言地编程才能，硬件实践才能，快速学习才能，也考察了我地团队合作，发觉以及解决问题地才能 . 所以这次硬件课设给我们供应了一个很好地平台 .本次课设我负责电机驱动模块，电机驱动模块采纳H 桥式电动驱动电路.该电路包括四个三极管和一个电机，要是电机运转，必需使对角线上地一对三极管导通，利用PWM 波掌握其转速 .H 型电路保证了可以简洁实现转速和方向地掌握，稳固性也极强，是一种广泛应用地PWM 调速技术 .通过这次课设我学到了很多，对单片机地应用有了更深刻地懂得.在动手实践地过程中，加深了对课本理论学问地懂得，也熟识到自己地不足，使我体会到实践地重要性，在学习一个新学问时， 要不骄不躁，仔细讨论，信任自己，终究会取得胜利.（肖新家）经过这次课设我深刻体会到了平常不好好学习就会重修地道理.在这段课设地时间里，我也有很 仔细地问同学一些我不懂地东西.在做小车地期间，我明白到小车需要PWM 给它调剂电机地转速， 单片机地 IO 端分别给该模块地IN1 到 IN4 高低电平来实现小车地前进或后退，把程序弄懂.但在第一轮答辩地时候，胡老师问我那个电容叫什么，我却说成是电阻，这的确是我不对，我承认在这方面，不懂地很多，这也是我本不该犯地错误.但是下来以后我又很仔细地把上面地原件一一熟识了一遍，明白他们各自地作用.其次轮答辩地时候，胡老师问我L298 电路原理图中那个二极管叫什么，我没有回答得出来，之后我明白到了它叫整流二极管，起到爱护原件地作用.第三轮答辩地时候，胡老师又问我L298 内部地驱动原理是什么.为此我更加深化地去明白了一下L298n, 它内部含有两个 H 桥地高电压大电流全桥式驱动器，要使电机M 运转，必需使 H 桥地对角线地一对三极管导通，完整地晶体管H 桥驱动电路， PWM1 ， PWM2 ，为电机方向掌握输入端，例如，PWM1=1 ，PWM2=0 时正转， PWM1=0 ， PWM2=1 时电机反转 .PWM1 ， PWM2 同时也是电机调速地脉宽输入欢迎下载精品学习资源端；采纳标准规律电平信号掌握，与单片机地IO 端直接相连接；在这次课设地过程中胡老师地语言惊醒了我，我意识到作为同学就应当好好把握科学文化知识，通俗地讲，就是要给自己一个，给关怀我们地亲朋好友仍有老师一个很好地交代.这是我们地义务也是责任，要好好珍爱这一去不复返地高校时间.在我们身边，很多同学都在追时间，安排自己地时间 .然而时间却在我玩嬉戏时从我地指尖静静地划过，我却很白痴一样在嬉戏中沾沾自喜.过去地就让她像风一样过去吧人始终得向前看，努力地过好明天 .不管怎样我仍是感谢我最敬重地胡英胡老师，感谢你地教诲，感谢. 杨小林）欢迎下载精品学习资源7. 附录#include<msp430x14x.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int void Init_PWMvoidTACTL = TASSEL1 + MC0 + TACLR；欢迎下载精品学习资源/TimerA 挑选 MCLK 时钟 ,不分频 ,增计数模式 ,CCTL1 = OUTMOD2 + OUTMOD1 + OUTMOD0 + CCIE；P1DIR|=0X0C ；P1SEL|=0X0C ；/捕捉 ,比较模块 1 选定为输出比较模式 ,输出模式 7,禁止比较中断CCTL2 = OUTMOD2 + OUTMOD1 + OUTMOD0 + CCIE；/捕捉 ,比较模块 2 选定为输出比较模式 ,输出模式 7,禁止比较中断CCR0 = 8000 ；/*设置 PWM1 地占空比 */ void Set_PWM1_Dutyuchar dutyifduty >= 5 && duty <= 95 /将占空比限制在 5% 95% 之间CCR1 = 8000 / 100 * duty ；else /否就将占空比强制设置为50%CCR1 = 4000 ；/*设置 PWM2 地占空比 */ void Set_PWM2_Dutyuchar dutyifduty >= 5 && duty <= 95 /将占空比限制在 5% 95% 之间CCR2 = 8000 / 100 * duty ；else /否就将占空比强制设置为50%CCR2 = 4000 ；void stopP4OUT=0X0f ；void zhizouchar DifD=1P4OUT = 0X05 ；Set_PWM1_Duty50 ；Set_PWM2_Duty50 ；欢迎下载精品学习资源 ifD=2P4OUT = 0X0a ；Set_PWM1_Duty50 ；Set_PWM2_Duty50 ；void rightchar LP4OUT = 0X05 ；ifL=1Set_PWM1_Duty30 ；Set_PWM2_Duty70 ；ifL=2Set_PWM1_Duty30 ；Set_PWM2_Duty90 ；void leftchar RP4OUT = 0X05 ；ifR=1Set_PWM1_Duty70 ；Set_PWM2_Duty30 ；ifR=2Set_PWM1_Duty90 ；Set_PWM2_Duty30 ；void mainvoidWDTCTL=WDTPW+WDTHOLD；P3DIR &= BIT1 + BIT2 + BIT3；/选中 P3.0P3.4 为采集信号输入端P4DIR |= 0X0F ；/掌握轮子转向Init_PWM ；while1欢迎下载精品学习资源switchP3IN & 0X0Ecase 0x0A:zhizou1 ；break；/case 0x1c:left2 ；break；case 0x02:case 0x06:left1 ；break；/case 0x07:right2 ； break；case 0x08:case 0x0c:right1 ；break；case 0x00:stop；break；default:zhizou1 ； break；欢迎下载精品学习资源课程设计评分表课程名称： 嵌入式系统原理与设计项目评价设计方案地合理性与制造性设计与调试结果设计说明书地质量答辩陈述与回答疑题情形课程设计周表现情形综合成果老师签名：日期：欢迎下载