基于飞思卡尔单片机的智能小车设计与应用392680.docx

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1、安徽建筑筑大学毕 业 设 计计 (论论 文)专 业通通信工程程班 级110级11班学生姓名名刘新 学 号110200504401117课 题基基于飞思思卡尔单单片机的的智能小小车设计计与应用用 -主主监控程程序和行行使控制制程序的的设计指导教师师 夏巍巍20144年6月月1日摘 要本文主要要是以全全国大学学生“飞思卡卡尔”杯智能能小车竞竞赛为背背景的一一项课题题研究。本次课课题研究究主要采采用利用用飞思卡卡尔公司司的322位单片片机MPPC56604MMINII作为核核心控制制单元，用用CCDD进行对对道路信信息的采采集，用用编码器器对小车车速度进进行检测测，使用用7.22V锂电电池进行行供电

2、，并用MPC5604MINI产生PWM波控制电机模块和舵机模块，从而达到控制小车的速度和转向。本文主要介绍主监控程序和行驶控制程序的编写，就是编写程序让小车各个部分协调工作，让小车行驶并能够实现转向。关键词：智能小小车；MPCC56004MIINI；主控电电路；行行驶控制制。AbsttracctThiss arrticcle is bassed on Nattionnal Colllegge Freeesccalee Cuup smaart carr coompeetittionn ass a ressearrch bacckgrrounnd.TThe ressearrch maiinlyy

3、usses Freeesccalees 32-bitt siingllechhip as thee coore conntrool uunitt MPPC56604MMINII，annd CCarrriedd ouut oon tthe roaad wwithh a CCDD innforrmattionn coolleectiion, annd uuse enccodeer tto ddeteect thee sppeedd off thhe ccar, ussingg a 7.22V llithhiumm baatteery-powwereed aand useed tto ggeneer

4、atte PPWM wavve MMPC556044MINNI mmoduule andd seervoo mootorr coontrrol moddulee, sso aas tto cconttroll thhe ccars sspeeed aand steeeriing.Thiis ppapeer ddesccribbes thee prrepaarattionn off thhe mmastter conntrool pprocceduuress annd ddrivvingg coontrrol proograam, is to wriite thee prrogrram so t

5、haat tthe cooordiinattionn off thhe vvariiouss paartss off thhe ccar, soo thhe ccar driivinng aand steeeriing cann bee acchieevedd.Keywwordds: Smarrt ccar；MPCC56004MIINI；Conntrool ccirccuitt；Driivinng cconttroll.目 录摘要Absttracct1引言111.1课课题研究究意义111.2 智能小小车国内内外概况况11.2.1国内研究究概况11.2.2 国国外研究究概况21.3 智能小小车发

6、展展前景222 系统统设计及及方案论论证32.1 系统设设计要求求32.2 系统设设计方案案32.2.1 主主控芯片片的选定定32.2.2 传传感器模模块52.2.3 测测速传感感器模块块52.2.4 转转向舵机机模块662.2.5电机机驱动模模块62.2.6国内内外概况况63系统硬硬件电路路介绍883.1 主控芯芯片电路路83.2 速度检检测电路路83.3 电机驱驱动电路路83.4 舵机驱驱动电路路93.5 拨码开开关电路路94 软件件设计994.1软软件流程程104.1.1程序序流程图图104.1.2 程程序流程程图介绍绍104.2 CoddeWaarriior介介绍114.2.1 CCo

7、deeWarrrioor简介介114.2.2 CCodeeWarrrioor功能能114.3 系统的的初始化化设计1124.3.1时钟钟模块1124.3.2 PPWM模模块1224.3.3 速速度检测测模块软软件设计计124.3.4 车车体控制制算法1134.3.5 PPID控控制算法法134.3.6 行行进电机机的PIID控制制164.3.7 转转向舵机机的PDD控制1165总结118致谢199参考文献献20附录:221基于飞思思卡尔单单片机的的智能小小车设计计与应用用 -主监控控程序和和行使控控制程序序的设计计电子与信信息工程程学院 通通信工程程 220100级1班班 刘刘新指导教师师 夏

8、巍巍1引言1.1课课题研究究意义随着汽车车电子和和机器人人智能技技术的发发展，智智能车已已经成为为自动控控制领域域内的一一个研究究热点。智能汽汽车是一一种集环环境感知知、规划划决策、自动行行驶等功功能于一一体的综综合系统统，集中中的运用用到了自自动控制制、模式式识别、传感器器技术、汽车电电子、电电气、计计算机、机械等等众多学学科，是是典型的的高新技技术综合合体，具具有重要要的军用用和民用用价值。智能车车辆(iinteelliigennt vvehiiclees, IV)是智能能交通系系统的重重要构成成部分,其研究究的主要要目的在在于降低低日趋严严重的交交通事故故发生率率,提高高现有道道路交通通

9、的效率率,在某某种程度度上缓解解能源题题，同时时降低人人的劳动动强度，让让人类更更好的生生活。在此背景景下我们们开始研研发智能能小车模模型，随随后出现现了飞思思卡尔智智能小车车竞赛。我们现现阶段的的研究主主要是为为了飞思思卡尔智智能小车车竞赛而而进行的的。通过过飞思卡卡尔智能能小车的的竞赛不不断积累累经验，为为以后的的智能车车辆奠定定基础。1.2 智能小小车国内内外概况况1.2.1国内内研究概况况受教育部部高等教教育司委委托，高高等学校校自动化化专业教教学指导导委员会会负责主主办全国国大学生生智能车车竞赛。该项比比赛已列列入教育育部主办办的全国国五大竞竞赛之一一。首届届“飞思卡卡尔”杯全国国大

10、学生生智能车车邀请赛赛于20006年年在清华华大学成成功举办办。此项项赛事，在在韩国已已举办过过多届，其其专业知知识涉及及控制、模式识识别、传传感技术术、汽车车电子、电气、计算机机、机械械等诸多多学科，对对学生的的知识融融合和动动手能力力的培养养，对高高等学校校控制及及汽车电电子学科科学术水水平的提提高，具具有良好好的推动动作用。在第一、二届的的比赛中中参赛选选手必须须使用大大赛组委委会统一一提供的的竞赛车车模，以以Freeesccalee公司生生产的116位微微控制器器MC99S122DG1128作作为核心心控制单单元。第第三届则则要求参参赛队伍伍除了XX系列的的微处理理器不用用以外，其其他

11、8位位和166位微控控制器可可由参赛赛对自己己选择（88位的单单片机最最多可选选两块），这这无疑给给大家一一个更位位大的选选择余地地，此届届比赛则则准许使使用官方方推荐的的MC99S122XS1128双双核芯片片及以往往的8位位极166位单核核微控核核心。20077年，中中国大学学生制作作的智能能车的速速度已经经打破了了韩国智智能车比比赛连续续七届的的冠军速速度。该该项赛事事现已在在我国是是成功举举办五次次，规模模已经有有刚开始始的1112支队队伍增加加到了6600支支队伍，竞竞争已经经相当激激烈。随随着飞思思卡尔智智能汽车车大赛的的影响力力加大，全全国各类类学校踊踊跃参加加此项赛赛事，场场面

12、也越越来越壮壮观，技技术上也也越来越越成熟，各各支队伍伍在技术术上的创创新也越越来越多多，对全全国高校校学子的的各项能能力发展展起到很很大的作作用。1.2.2 国国外研究究概况韩国大学学生智能能模型车车竞赛是是韩国汉汉阳大学学汽车控控制实验验室在飞飞思卡尔尔半导体体公司资资助下举举办的以以HCSS12单单片机为为核心的的大学生生课外科科技竞赛赛。组委委会将提提供一个个标准的的汽车模模型、直直流电机机和可充充电式电电池，参参赛队伍伍要制作作一个能能够自主主识别路路线的智智能车，在在专门设设计的跑跑道上自自动识别别道路行行驶，跑跑完整个个赛程用用时最短短，而且且技术报报告评分分较高的的参赛队队就是

13、获获胜者。制作智智能车，需需要参赛赛队伍学学习和应应用嵌入入式软件件开发工工具软件件Coddewaarriior和和在线开开发手段段，自行行设计和和制作可可以自动动识别路路径的方方案、电电机的驱驱动电路路、模型型车的车车速传感感电路、模型车车转向伺伺服电机机的驱动动以及微微控制器器MC66859912DDP2556控制制软件的的编程等等等。随着赛事事的逐年年开展，将将不仅有有助于大大学生自自主创新新能力的的提高，对对于高校校相关学学科领域域学术水水平的提提升也有有一定帮帮助，最最终将有有助于汽汽车企业业的自主主创新，得得到企业业的认可可。这项项赛事在在韩国的的成功可可以证明明这一点点。2000

14、0年年智能车车比赛首首先由韩韩国汉阳阳大学承承办开展展起来，每每年全韩韩国大约约有1000余支支大学生生队伍报报名并准准予参赛赛，至今今已举办办5届，得得到了众众多高校校和大学学生的欢欢迎，也也逐渐得得到了企企业界的的极大关关注。韩韩国现代代公司自自20004年开开始免费费捐赠了了一辆轿轿车作为为赛事的的特等奖奖项。德德国宝马马公司也也提供了了不菲的的资助，邀邀请3名名获奖学学生到德德国宝马马公司研研究所访访问，220055年SUUNMOOON大大学的参参赛者获获得了这这一殊荣荣。近年来，飞飞思卡尔尔半导体体公司参参与举办办的智能能车大赛赛有了进进一步的的发展。20008年112月113日飞飞

15、思卡尔尔半导体体在马来来西亚UUITMM工程学学院举办办了首届届飞思卡卡尔智能能车大赛赛。共有有26组组，涉及及约522工科学学生来自自10个个地方大大学参加加智能汽汽车竞赛赛。该国国竞赛由由马来西西亚科协协举办。1.3智智能小车的发发展前景景智能车辆辆系统的的进步和和发展需需要计算算机技术术、信息息技术、电子技技术、通通信技术术、控制制技术、传感技技术、机机械制造造等众多多技术领领域发展展的推动动,其发发展又能能够推动动所涉及及学科和和技术的的进步与与发展。这是一一个能够够将汽车车产业,交通系系统与信信息产业业紧密结结合起来来的新型型领域。智能车车辆的研研发为世世界各国国的高新新技术产产业提

16、供供了又一一广阔的的发展空空间。欧欧洲、日日本、美美国等发发达国家家虽走在在了前面面,但目目前与我我国的实实际差距距还不是是很大。因此,把握住住这一机机遇,有有计划、有步骤骤地制定定相应的的发展策策略,提提供各种种优惠政政策来积积极指引引和引导导其健康康发展,从而在在改善和和发展我我国交通通,提高高交通安安全性的的同时,缩小该该领域与与发达国国家之间间的差距距。2 系统统设计及及方案论论证2.1 系统设设计要求求本次研究究必须使使用竞赛赛秘书处处统一指指定的竞竞赛车模模套件，采采用飞思思卡尔半半导体公公司的88位、116位、32位位微控制制器作为为核心控控制单元元，自主主构思控控制方案案进行系

17、系统设计计，包括括传感器器信号采采集处理理、电机机驱动、转向舵舵机控制制以及控控制算法法软件开开发等，完完成智能能车工程程制作及及调试，同时使用四轮车模通过指定的线阵CCD器件获得一维连续或者离散点赛道信息，最终完成基于单片机的自动控制系统使得模型车在指定的跑道上自主循迹运行。2.2 系统设设计方案案系统由CCCD模模块、测测速传感感器模块块、主控控模块、转向舵舵机模块块、电机机驱动模模块。框框图如图图2.11所示：图2.11系统总总框图2.2.1 主主控芯片片的选定定MC9SS12XXS1228型开开发板是是以Frreesscalle公司司16位位汽车级级MCUU芯片，MMPC556044M

18、INNI型开开发板是是以Frreesscalle公司司32位位汽车级级MCUU芯片，他他们都是是专为智智能小车车控制设设计的，可可以减小小我们的的开发周周期，同同时也可可用于其其他二次次开发等等应用场场合。MPC556044MINNI与SS12XXS1228的比比较：用MPCC56004MIINI替替代S112XSS1288，计算算能力会会有极大大的提高高；RAAM空间间有了大大幅的增增加，可可适应复复杂算法法；有更更多的UUARTT、SPPI、IIIC通通信接口口，可以以挂更多多外设，更更便于调调试；PPWM和和脉冲计计数功能能比S112更强强大、更更方便好好用；外外部IOO中断的的使用更更

19、自由；DMAA功能可可以让摄摄像头车车的设计计大为改改变，所所以最后后我们选选择MPPC56604MMINII型开发发板。程序主要要用到MMPC556044MINNI芯片片中的PPWM模模块，PPIT模模块、II/O模模块以及及SCII模块等等模块化化设计。PWMM模块主主要用来来控制舵舵机和电电机的运运转，捕捕捉编码码器边沿沿触发并并计算“瞬时”速度；PITT模块主主要是用用在了定定时读取取速度和和数据定定时采集集，I/O模块块主要是是用来分分配给指指示灯和和激光管管的发射射和接受受；SCCI模块块主要用用在串口口传送模模块观测测实时数数据。主控芯片片中所用用模块简简介：（1） PWM 模块

20、：PWM 调制波波有3 个输出出模块，每每一个输输出模块块有8个个输出通通道，每每个输出出通道都都可以独独立的进进行输出出。每一一个输出出模块都都有一个个精确的的计数器器（计算算脉冲的的个数），一一个周期期控制寄寄存器和和多个可可供选择择的时钟钟源。每每一个PPWM 输出通通道都能能调制出出占空比比从01000%变化化的波形形。每一个通通道都可可以通过过编程实实现左对对齐输出出还是居居中对齐齐输出,同时他他们可以以配置为为低保真真和高保保真模式式方便用用户编程程。（2） PIT模模块：MPC556044MINNI 增增强型捕捕捉计时时器模块块在标准准定时器器的基础础上增加加了一些些特点，用用以

21、扩展展它的应应用范围围，基准准计时器器的核心心仍然是是一个116位的的可编程程计数器器，其时时钟源来来自一个个预分频频器。该该模块包包括三个个独立的的定时器器，可以以方便用用户编程程同时他他们的优优先级可可以设置置。（3） I/O模模块：MPC556044MINNI拥有有多达770个GGPIOO且他们们都工作作在总线线频率下下（最高高50MM），每每个IOO可独立立的配置置为输入入输出，内内部上拉拉和自动动。利用用其高的的工作频频率我们们利用它它来发射射激光，在在中断中中实时读读取IOO信息（激激光反射射信息）并并存储并并用来判判断赛道道信息。（4） SCI模模块：SCI 是一种种采用NNRZ

22、 格式的的异步串串行通信信接口，它它内置独独立的波波特率产产生电路路和SCCI 收收发器，可可以选择择发送88 或99 个数数据位( 其中中一位可可以指定定为奇或或偶校验验位) 。SCCI是全全双工异异步串行行通信接接口，主主要用于于MCUU与其他他计算机机或设备备之间的的通信，几几个独立立的MCCU也能能通过SSCI 实现串串行通信信，形成成网络。 MPPC56604MMINII里有四四个SCCI（SSCI00、SCCI1、SCII2、SSCI33），其其中有两两个工作作在系统统时钟下下其他的的工作在在分频后后的总线线频率下下。2.2.2 传传感器模模块良好的巡巡线方式式是保证证模型车车稳定

23、快快速运行行的基础础，也是是调试过过程中花花费时间间和精力力最多的的一部分分。按照照指导老老师给出出的定义义与要求求，车模模通过采采集赛道道上中间间的黑线线信息进进行自动动循迹，运运用CCCD进行行黑线信信息的采采集，我我们有两两种摄像像头的选选择，一一种是CCCD的的，另一一种是CCMOSS的，CCCD的的摄像头头是一种种采集的的图像很很清晰，对对摄像头头的稳定定性要求求比较高高，适用用于低置置摄像头头，CMMOS的的摄像头头采集的的图形没没有CCCD的清清晰，但但是对于于摄像头头放置的的稳定性性要求没没有那么么高，适适用于高高置摄像像头，结结合查找找网上的的资料和和老师的的意见，总总结出各

24、各传感器器的优势势以及不不足，最最终我们们选用蓝蓝宙公司司的TSSL14401线线性CCCD的图图像传感感器传感感器。CCCD的的图像传传感器具具有图形形清晰的的优点更更有利于于提前判判别道路路信息从从而提高高车速。2.2.3 测测速传感感器模块块为了使得得智能车车能够平平稳地沿沿赛道导导引线运运行，除除了控制制前轮转转向舵以以外，还还需要比比较精确确地控制制车速，使使智能车车在急转转弯时不不会由于于速度过过快而冲冲出跑道道。根据据自动控控制原理理可以知知道闭环环的系统统一般比比较稳定定，通过过一定的的方法实实时测量量智能车车的速度度，从而而形成闭闭环控制制，使得得智能车车更加准准确的运运行。

25、一一般可以以采用以以下几种种测速方方法：方案一：霍尔传传感器测测速。在在后轮的的轴附近近安装一一个霍尔尔传感器器，相对对应的再再在轴上上安装多多个小型型永磁铁铁，根据据霍尔传传感器特特点，用用一个上上拉电阻阻将其接接至5VV，随着着后轮的的转动就就会形成成多个脉脉冲信号号。根据据单位时时间内的的脉冲数数量就可可以测得得当前车车速。方案二：反射式式光电管管测速。在后轮轮的轴上上安装一一个黑白白相间的的光码盘盘，然后后通过一一侧安装装的反射射式光电电管读取取光码盘盘转动的的脉冲。方案三：投射式式光电管管测速。采用具具有齿槽槽结构的的圆盘固固定的后后轴上，采采用直射射式红外外光传感感器读取取齿槽圆圆

26、盘的转转动脉冲冲。方案四：光电编编码器测测速。光光电编码码器可以以为分为为增量式式光电编编码器和和绝对式式光电编编码器。增量式式光电编编码器可可以输出出正比于于转速的的脉冲，记记录单位位时间内内的脉冲冲数就可可以间接接测取实实时速度度。鉴于光电电编码器器安装简简单，输输出信号号比较规规整，所所以我们们采用方方案四。速度传感感器用于于感知车车模本身身的行驶驶速度，是是速度闭闭环控制制的一个个必须环环节。我我们使用用光电编编码器作作为速度度传感器器，安装装在车尾尾与传动动齿轮啮啮合，使使用与电电机齿数数成比例例的齿轮轮，相当当于直接接测得电电机的“转速”。2.2.4 转转向舵机机模块舵机又称称伺服

27、电电机。其其工作原原理是：控制信信号由接接收机通通道进入入信号调调制芯片片，获得得直流偏偏置电压压。舵机机由脉宽宽调制波波（PWWM）控控制，其其旋转角角度由PPWM波波占空比比决定,其占空空比在001000可调调。本设设计中控控制信号号由单片片机一路路16位位PWMM口给出出。2.2.5电机机驱动模模块电机的驱驱动可以以使用专专用的电电机驱动动芯片、达林顿顿管驱动动、场效效应管驱驱动。分分离的达达林顿管管，场效效应管虽虽然能获获得大的的电流和和响应速速度快的的优点，但但搭建电电路较复复杂且调调试难度度大，电电机驱动动芯片MMC3338866，内部部具有过过流保护护电路，刹刹车效应应好，接接口

28、简单单易用，虽虽然能够够提供比比较大的的驱动电电流，但但对于小小车骤然然加速时时所需的的电流不不够，发发热量也也比较大大，经过过试验我我们决定定使用飞飞思卡尔尔比赛使使用的BBTS779600。它既既有MCC338886的的功能，且且小车骤骤然加减减速不易易发热在在电流上上比MCC338886大大，给我我们在提提速策略略上提供供了方便便。2.2.6 电电源管理理模块电源模块块是整个个电路最最基本的的模块也也是整个个电路的的核心部部分，具具体框架架如图22.1所所示：图2.11 电电源模块块框图 全部硬硬件电路路由7.2V、2A/h的可可充电锂锂电池提提供。主主要包括括如下不不同的电电压：（1）

29、55V电压压，经过过线性开开关电源源后，输输出5VV电压，为为单片机机和编码码器，以以及现行行CCDD提供电电源。车模附带带的直流流电池正正常输出出电压约约为7.2V-8.55V。而而智能车车系统中中，单片片机最小小系统、拨码开开关模块块以及测测速光电电编码器器都使用用5V供供电，因因此需要要电压转换。常用的电电源有串串联型线线性稳压压电源LLM29940、78005。两两者都具具有纹波波小、电电路结构构简单的的优点；前者价价格较高高但低压压差性能能好，后后者便宜宜但低压压差性能能差且功功率较小小容易带带载时发发热，对对于单片片机，需需要提供供稳定的的5V电电源，由由于LMM29440的稳稳压

30、的线线性度非非常好，为为提高单单片机电电源的稳稳定性，我我们将单单片机电电源模块块与其他他模块分分开，单单独使用用一片电电源芯片片为其供供电。经测试，我我们的主主控模块块工作正正常，电电压稳定定，没有有出现电电压不足足或静电电干扰复复位的情情况。（2）66V电压压，为转转向舵机机供电。 舵机供供电可以以选择串串联型线线性稳压压电源或或开关型型稳压电电源，LLM29941和和LM111177，都可可以从电电池电压压稳压到到6V也也就是都都可以用用来控制制舵机，但但通过查查阅资料得知知LM111177相对稳稳定，且且电压可可调，故故选择LLM11117给给舵机供供电。LLM11117是是一个低低压

31、差电电压调节节器系列列，其压压差在11.2VV输出，负负载电流流为8000mAA时为11.2VV。LMM11117提供供电流限限制和热热保护。电路包包含1个个齐纳调调节的带带隙参考考电压以以确保输出电压压的精度度在1%以以内。（3）33.3VV备用电电压直接接从电池池稳压得得到，减减少了中中间环节节，在紧紧急情况况下可对单片片机供电电防止数数据丢失失和损坏坏单片机机。（4）77.2VV电压，这这部分电电压直接接取自电电池两端端，为电电机驱动动以提供供动力，LED00是电源源指示灯灯，SWW为整个个系统的的总开关关。3 系统统硬件电路路介绍 系统电电路是本本次课题题研究的的基础，一一切研究究都是

32、建建立在硬硬件基础础之上的的，所以以软件编编写也是是依靠硬硬件电路路作为基基础。下下面将对对小车所所用到的的电路做做简单介介绍。3.1主主控芯片片电路主控芯片片电路是是整个电电路最基基本的电电路也是是整个电电路的核核心部分分，我们们自主设设计的主主控模块块省去了了所有不不用的接接口，大大大减小小了主控控模块的的面积。主控芯芯片是现现成的MMPC556044MINNI系统统开发板板，MCCU是电电源模块块提供55V电压压的接口口，我们们在尽量量少占空空间的前前提下引引出了所所有所有有我们需需要的接接口。同同时还设设计两个个LEDD指示灯灯，绿灯灯在程序序初始化化时可以以将其点点亮以检检测程序序是

33、否运运行正常常，红灯灯时上电电的电源源指示灯灯。同时时我们还还设计了了3.33V的备备用电路路用来防防止系统统板自带带稳压芯芯片损坏坏造成单单片机数数据瞬间间丢失。3.2 速度检检测电路路速度采集集我们采采用欧姆姆龙光电电编码器器，虽然然其成本本较高，但但精度高高，稳定定性好。光电编编码器是是一种通通过光电电转换将将输出轴轴上的机机械几何何位移量量转换成成脉冲或或数字量量的传感感器，光光电编码码器由光光栅盘和和光电检检测装置置组成。光栅盘盘是在一一定直径径的预案案板上等等分地开开通若干干那个长长方形孔孔。由于于光电码码盘与电电动机同同轴，电电动机旋旋转时，光光栅盘与与电动机机同速旋旋转，经经发

34、光二二极管等等电子元元件组成成的检测测装置检检测输出出若干脉脉冲，脉脉冲直接接接在单单片机的的输入捕捕捉端口口，每一一个上升升沿发生生一次中中断，通通过计算算每100毫秒中中断的个个数就能能反映当当前电动动机的转转速。3.3 电机驱驱动电路路BTS779600由一个个P型通通道的高高电位场场效应晶晶体管NN型通道道的低电电位场效效应晶体体管结合合一个驱驱动晶片片形成一一个完全全整合的的高电流流半桥。所有三三个芯片片是安装装在一个共同同的引线线框,利利用芯片片对芯片片和芯片片芯片技技术。电源开关关应用垂垂直场效效应管技技术来确确保最佳佳的阻态态。由于于p型通通道的高高电位开开关，需需要一个个电荷

35、泵泵消除电电磁干扰扰。通过过驱动集集成技术术，逻辑辑电平输输入、电电流取样样诊断、转换速速率调整整器，失失效发生生时间、防止欠欠电压、过电流流、短路路结构轻轻易地连连接到一一个微处处理器上上。BTTS79960可可结合其其他的BBTS779600形成全全桥和三三相驱动动结构。在电机机驱动上上我们采采样上桥桥臂PWWM下桥桥臂恒通通的调制制方式，PPWM在在高电平平时，其其中一片片79660的pp型通道道的高电电位场效效应晶体体管导通通另一片片的79960的的n型通通道的低低电位场场效应晶晶体管恒恒通，这这样电流流流过电电机使电电机电刷刷换向从从而旋转转，倒转转和也是是正转一一样。占占空比越越大

36、提供供给电机机的电流流就越大大通过调调节占空空比达到到调节电电机转速速的效果果。3.4 舵机驱驱动电路路由于MPPC56604MMINIIPWMM输出的的高电平平时3.3V，无无法驱动动舵机所所以我们们用三极极管做开开关形成成5V的的脉冲驱驱动舵机机。舵机机PWMM的周期期是200ms频频率不是是很高，一一般的三三极管就就能满足足要求，这这里我们们选用了了NPNN的90013，SSTEEER是66V（可可调）电电压供给给舵机。3.5拨拨码开关关电路拨码开关关中的SSW1到到SW88连接至至单片机机端口，当当开关闭闭合单片片机端口口识别为为低电平平，当开开关断开开单片机机识别为为高电平平。小车车

37、要想在在跑道上上高速稳稳定的运运行，路路况信息息影响很很大，所所以我们们通过检检测拨码码开关的的电平状状态设置置8个档档位，每每个档位位对应一一段特殊殊的程序序，这样样就可以以在不同同的路况况给出不不同的策策略，保保证小车车快速稳稳定地行行驶。其其实在这这里还可可以选择择其它的的方式，比比如说按按键式和和触摸屏屏式，但但是这两两种方式式不仅价价格要高高而且功功耗大，为为了节省省外围电电路功耗耗，提高高车速，节节省经济济，故采采用拨码码开关。4 软件件设计本系统控控制软件件采用大大赛提供供的CoodeWWarrriorr软件及及BDMM作为调调试工具具，此外外，厂家家提供的的编程环环境支持持C语

38、言言和汇编编语言的的程序设设计，以以及C语语言与汇汇编语言言的混合合编程，大大大方便便了用户户的程序序设计，提提高了系系统开发发效率。本系统统程序代代码使用用C语言言编写。本程序设设计由以以下几个个模块组组成：单单片机初初始化模模块，实实时路径径检测模模块，舵舵机控制制模块，驱驱动电机机控制模模块，中中断速度度采集模模块，PPID控控制模块块。单片机的的初始化化模块包包括：II/O模模块、PPWM模模块、AAD模块块、计时时器模块块、定时时中断模模块初始始化。实时路径径检测模模块：前前排CCCD检测测黑线，将将返回信信号输入入单片机机的输入入端口，程程序不间间断地读读入输入入端口的的信号，通通

39、过判断断语句，得得出合适适的PWWM信号号控制舵舵机转向向。舵机控制制模块，驱驱动电机机控制模模块：通通过直接接输出PPWM信信号控制制。舵机机的控制制采用开开环控制制，驱动动电机采采用PIID算法法闭环控控制。4.1软软件流程程4.1.1程序序流程图图程序流程程图如图图4.11所示：图4.11软件流流程图4.1.2 程程序流程程图介绍绍该系统的的软件设设计流程程是先通通过线性性CCDD对赛道道信息进进行采集集，把采采集到的的信息通通过外围围运算放放大器进进行放大大，滤波波后，计算自自适应曝曝光时间间。只需需设置一一个合理理的阈值值，把图图像处理理成只有有黑白两两种颜色色，便于于我们采采集到赛

40、赛道两边边的黑线线信息，然然后再进进行滤波波，把信信号采集集中出现现的椒盐盐噪声所所引起的的一些孤孤立黑点点给去除除掉，从从而可以以提取出出一条清清晰的赛赛道信息息，把赛赛道信息息传给主主控芯片片，由主主控芯片片产生一一个PWWM波，PPWM波波是一个个占空比比可调的的，再由由PWMM波去控控制转向向舵机，从从而控制制小车的的转动方方向，双双向电动动机的转转动方向向的转动动速度也也是由PPWM波波控制的的，最终终使小车车在赛道道上平稳稳快速的的行使。4.2 CoddeWaarriior介介绍4.2.1 CCodeeWarrrioor简介介CodeeWarrrioor包括括构建平平台和应应用所必

41、必需的所所有主要要工具 - IIDE、编译器器、调试器器、编辑器器、链接器器、汇编程程序等。另外，CCodeeWarrrioor IIDE支支持开发发人员插插入他们们所喜爱爱的工具具，使他他们可以以自由地地以希望望的方式式工作。CoddeWaarriior开开发工作作室将尖尖端的调调试技术术与健全全开发环环境的简简易性结结合在一一起，将将C/CC+源源级别调调试和嵌嵌入式应应用开发发带入新新的水平平。开发发工作室室提供高高度可视视且自动动化的框框架，可可以加速速甚至是是最复杂杂应用的的开发，因因此对于于各种水水平的开开发人员员来说，创创建应用用都是简简单而便便捷的。它是一个个单一的的开发环环境

42、，在在所有所所支持的的工作站站和个人人电脑之之间保持持一致。在每个个所支持持的平台台上，性性能及使使用均是是相同的的。无需需担心主主机至主主机的不不兼容。CoddeWaarriior开开发工作作室包括括完成大大多数嵌嵌入式开开发项目目所需的的所有工工具。4.2.2 CCodeeWarrrioor功能能项目管理理器：为为软件开开发人员员处理最最高级别别的文件件管理；按照主主要组别别组织项项目条目目；追踪踪状态信信息（例例如文件件修改日日期）；确定每每个构建建中特定定文件的的构建顺顺序及内内容；协协调插件件程序以以提供箱箱版本控控制和RRTOSS支持这这样的业业务。文本编辑辑器：支支持源代代码和其

43、其他文本本文件的的创建和和处理。与其他他的IDDE功能能完全集集成。搜索引擎擎：查找找特定的的文字串串；以替替代文字字替换找找到的文文字；支支持常规规表达的的使用；提供文文件比较较及差别别功能。源浏览器器：保存存用于程程序的符符号数据据库；包包括变量量及功能能的名称称和值的的符号的的举例；使用符符号数据据库协助助代码浏浏览；将将每个符符号与此此符号相相关代码码的其他他位置链链接；处处理目标标导向和和程序语语言。构建系统统：使用用编译器器从源代码码生成可可重新定定位的目目标代码码，并使使用链接接器从目目标码生生成最后后的可执执行图像像。CoodeWWarrriorr C/C+编译器器工具包包括业

44、内内领先的的C/CC+语语言CoodeWWarrriorr编译器器，包括括标准模模板库（SSTL）及及各种其其他工具具。源级别调调试器：提供高高性能窗窗口的源源级别调调试器，配配备最新新的高效效率增强强型图形形性能，缩缩短板的的briing-up和和应用开开发时间间；使用用符号数数据库，提提供源级级别调试试；支持持符号格格式，例例如CoodeVVieww、Deebugg Wiith Arbbitrraryy Reecorrds Forrmatt（DWWARFF）和SSTABBS。指令组模模拟器：用于jjumpp-sttarttingg应用开开发的集集成指令令组模拟拟器（仅仅适用于于特定的的结构

45、）。版本控制制工具：市场中中众多的的版本控控制工具具与CoodeWWarrriorr产品兼兼容。4.3 系统的的初始化化设置在整个系系统设计计中，用用到了77个单片片机基本本功能模模块:时时钟模块块、PWWM输出出模块、外部中中断模块块、ECCT模块块以及普普通IOO模块。根据系系统实际际需求，对对各个模模块进行行了初始始化配置置，通过过对相应应数据寄寄存器或或状态寄寄存器的的读写，实实现相应应的功能能。4.3.1 时时钟模块块单片机中中有四个个不同的的时钟，即即外部晶晶振时钟钟、锁相相环时钟钟、总线线时钟和和内核时时钟。本本文采用用的是88MHzz的外部部晶振，因因此外部部晶振时时钟为88M

46、Hzz，默认认设置下下，锁相相环时钟钟为644MHzz，总线线时钟为为SMHHz，内内核时钟钟为644MHzz。锁相相环时钟钟与外部部晶振时时钟的倍倍、分频频关系由由SYNNR、RREFDDV两寄寄存器决决定。总线时钟钟用作片片上外围围设备的的同步，而而内核时时钟则用用作CPPU的同同步，它它决定了了指令执执行的速速度。为为了提高高外围设设备的工工作性能能，对单单片机进进行了超超频。本文通过过实时中中断的时时间间隔隔来控制制参数采采样及控控制指令令输出的的周期，在在系统中中，由于于各个任任务的工工作周期期不相同同。路径径识别传传感器的的采样周周期为110mss，舵机机的控制制指令输输出的周周期

47、为55ms。为了满满足不同同任务的的需求，将将单片机机的实时时中断间间隔时间间设置为为1mss，然后后通过软软件计数数的方式式来产生生不同周周期的时时间间隔隔。4.3.2 PPWM模模块脉宽调制制模块有有8路独独立的可可设置周周期和占占空比的的8位PPWM通通道，每每个通道道配有专专门的计计数器。该模块块有4个个时钟源源，能分分别控制制8路信信号。通通过配置置寄存器器可设置置PWMM的使能能与否、每个通通道的工工作脉冲冲极性、每个通通道输出出的对齐齐方式、时钟源源以及使使用方式式(八个个8位通通道还是是四个116位通通道)。在智能模模型车系系统中，一一共用到到四路PPWM输输出，两两路用于于舵机控控制，两两路用于于电机控控制；为为了提高高控制精精度，将将两路88位通道道合并为为一个116位通通道来控控制舵机机，这样样可使舵舵机的控控制精度度从1/2555提高到到1/6655336。对对于电机机的控制制，8位位的输出出精度可可以满足足应用要要求，一一路PWWM输出出用于控控制电机机的正转转，一路路PWMM输出用用于控制