1、精選優質文檔-傾情為你奉上課 程 設 計 報 告課程名稱 嵌入式系統原理與設計 課題名稱 智能循跡小車 專 業 通信工程 班 級 1101班 學 號 姓 名 指導老師 2014 年 1 月 5 日 1. 系統總設計1.1 功能說明 本課題是基于MSP430單片機循跡智能小車的設計與實現，小車系統以MSP430單片機為系統控制處理器，采用紅外傳感器對賽道進行道路檢測，單片機根據檢測到的信號的不同狀態判斷小車的當前狀態，通過電機驅動芯片L298N發出控制命令，控制電機的工作狀態以實現對小車的控制。文檔來自于網絡搜索1.2 任務分配情況參與此次項目制作的一共七人，分別是：張振鳳，馮志成，肖新加，戴小

2、敏，楊小林，謝鵬華和張瑩 任務分配情況如表1所示：文檔來自于網絡搜索 表1 任務分配情況 馮志成 張瑩紅外循跡模塊 肖新加，代小敏，楊小林 電機驅動模塊 張振鳳 謝鵬華 寫程序，各接口的連接，數據的收集及小車的調試1.3 使用說明書產品名稱：智能循跡小車技術參數： L298N基本參數： 類型：半橋 輸入類型：非反相 輸出數： 4 電流輸出/同道：2A 電流峰值輸出：3A 工作溫度：-25135°C 器件型號：L298N產品的使用方法： 用六節干電池9V直流電壓作為供電電源，接通電源，在有黑線的跑道上行走。注意事項：1、所用電源不能超過9V，以免電壓過大，把電機燒壞。 2、小孩使用時，

3、應在大人的陪同下使用，以免被小車的尖銳部分弄傷。 3、輕拿輕放，以免損壞小車器件。 4、長期不使用時，應把電池取出。生產日期：20xx年xx月xx日2.硬件設計 此次項目中硬件部分的設計主要包含以下模塊：電源模塊，紅外循跡模塊，電機驅動模塊和MSP430f149單片機。文檔來自于網絡搜索2.1 電源模塊模型車通過自身系統，采集賽道信息，獲取自身速度信息，加以處理，由芯片給出指令控制其前進轉向等動作，各部分都需要由電路支持，電源管理尤為重要。在本設計中， 在本設計中，msp430單片機使用5V電源，電機使用5V電源。用了6節1.5V的電池，為單片機和電機供電。如圖所示：文檔來自于網絡搜索 圖1

4、電源實物圖其紅線接電機驅動模塊上的VDD接口，綠線連接GND接口。2.2 紅外循跡模塊采用光敏二極管作為光源探測模塊的傳感器，由于光敏二極管感光后，內阻有較大的變化，通過一定的電路轉化為電壓的變化。其實物圖為：文檔來自于網絡搜索 圖2 紅外循跡模塊實物圖圖中的SSI至SS5分別連接單片機I/O接口的P3.0到P3.4。分別控制五個光敏二極管，當沒有檢測到黑線，則指示燈不亮，則為高電平。有檢測到黑線，則指示燈亮，為低電平。 從而判斷出小車是否能夠循跡走。文檔來自于網絡搜索2.2.1 紅外循跡模塊原理圖 采用比較器對 5 個二極管的輸出電壓進行比較，光敏二極管引起的電壓變化送到比較器的反相端與基準

5、信號進行比較，將結果輸入到單片機執行判斷。基于的尋光電壓比較電路：二號管腳為基準電壓輸入端，將需要進行比較的電壓輸入到三號管腳，如果比基電壓的值大，則一號管腳輸出為高電平，反之為低電平。其原理圖為：文檔來自于網絡搜索 圖4 紅外循跡模塊原理圖 在板子的下面有五個循跡傳感器，其實圖為： 圖5 循跡傳感器通過這五個傳感器檢測，沒有檢測到黑線，則H4發光到白紙光反射到H4接收端，H4接收端導通，導通則T1接地=0，指示燈不亮，則為高電平。有檢測到黑線，則H4發光到黑線光全部被吸收，H4接收端，沒有收到任何信號，因為H4不導通（截止），則T1=VCC，指示燈亮，為低電平。文檔來自于網絡搜索2.2.2

6、紅外循跡模塊構造紅外循跡模塊由循跡傳感器，觸碰傳感器，測距距離調 節器組成，其元件清單如下表所示： 表2 紅外循跡模塊元件清單序號名稱個數作用 1循跡傳感器 5個循跡作用 2碰觸傳感器 1個檢查障礙物 3測距距離調節器 1個調節與地面的高度SSI至SS5分別連接單片機I/O接口的P3.0到P3.4。 2.3 電機驅動模塊 電機驅動芯片L298N是SGS公司的產品，內部包含4通道邏輯驅動電路。是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。L298可驅動2個電機，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間分別

7、接2個電動機。IN1IN2 IN3 IN4腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉，ENA，ENB接控制使能端，控制電機的停轉。也利用單片機產生PWM信號接到ENA，ENB端子，對電機的轉速進行調節。 其實物圖為：文檔來自于網絡搜索 圖6 電機驅動模塊實物圖2.3.1 L298N原理圖 圖7 L298N原理圖L298可驅動2個電機，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個電動機。IN1IN2 IN3 IN4腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉，ENA，ENB接控制使能端，控制電機的停轉。也利用單片機產生PWM信號接到ENA，ENB端子，對電機的轉速進行調節。其L298N邏輯功能圖為:文檔來

8、自于網絡搜索 表3 L298N的邏輯功能圖IN1(IN3)IN2(IN4)ENA電機狀態 0 1 1 正轉 1 0 1 反轉 0 0 0 停止 1 1 1 停止其OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個電動機，IN1IN2 IN3 IN4腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉，P4.04.3分別連接IN1IN4。文檔來自于網絡搜索2.3.2 L298N構造電機驅動芯片L298N包括LED發光二極管、續流二極管、極性電容、穩壓器、散熱片、接線端子、L298N、一般電容等元件組成，其作用如下表所示：文檔來自于網絡搜索 表4 L298N元件清單序號名稱個數作用 1LED發光二極管 4個信號指

9、示 2續流二極管 8個芯片續流保護 3極性電容 2個濾波作用 4穩壓器 1個穩壓輸出 5散熱片 1個驅動芯片散熱 6接線端子 3個 7L298N 1個電機驅動芯片 8一般電容 2個濾波作用2.3.3 直流電機驅動原理（1）其內部采用H橋驅動電路，如圖所示： 圖8 H橋驅動電路H橋式電機驅動電路包括四個三極管和一個電機，其外形像大寫字母H，故叫做H橋驅動電路。要使電機M運轉，必須使對角線上的一對三極管導通，其驅動原理示意圖如圖所示： 圖9 驅動原理示意圖H橋式電機驅動電路，利用PWM波對其轉速。（2）功能對于單項的電機驅動，只要用一個大功率的三極管帶動電機即可，當電機需要雙向轉動時，則需要四個三

10、極管的H橋電路，如果需要調速，則需要三極管和場效應管等開關元件實現PWM波調速。文檔來自于網絡搜索（3）性能 1.輸出電流和電壓的范圍，它決定電路能驅動多大功率電機。 2.效率。 3.對控制輸入端的影響。 4.對電源的影響。 5.可靠性。2.4 主控制模塊本項目的控制芯片均采用MSP430F149芯片，這是一款TI生產的以低功耗著稱的16位單片機。其在1MHz 的時鐘條件下運行時，芯片的電流最低會在165A左右，RAM 保持模式下的最低功耗只有0.1A。座位顯示屏最靠電力工作，采用這款芯片降低了功耗，增強了其使用的周期時間，節約了能源。實物圖如圖所示：文檔來自于網絡搜索 圖10 MSP430F

11、149單片機實物圖 小車采用MSP430F149單片機作為控制芯片 ，系統硬件組成共包括九個模塊，分別為MSP430F149單片機最小系統模塊，4路A/D轉換模塊，D/A 轉換模塊，鍵盤數碼管顯示模塊，溫度傳感器模塊，實時時鐘模塊，非易失性存儲器模塊，液晶顯示模塊，2路串口通信接口模塊。系統軟件組成為各個功能模塊程序設計，包括七個部分，分別為A/D轉換程序，溫度傳感器顯示當前環境中的溫度，用液晶來顯示實時時鐘，通過串口向單片機發送字符，單片機又發回字符給電腦，D/A輸出方波，非易失性存儲器的讀寫。文檔來自于網絡搜索 圖11 MSP430F149單片機最小系統 MSP430系列單片機提供三個時鐘

12、信號以供給片內各部分電路使用，這三個時鐘源分別是：輔助時鐘信號(ACLK)，來自32.768kHz晶振或者另一個外接高頻晶振，一般用于低速外設；主時鐘信號(MCLK)，CPU正常運行時使用的主時鐘，一般由8MHz外接晶振提供；子系統時鐘(SMCLK)，主要用于高速外圍模塊。在本實驗中我們采用了主時鐘信號(MCLK) 。文檔來自于網絡搜索 圖12 msp430f149單片機的I/O引腳圖 在單片機的I/O接口中，P1.2和P1.3連接兩個PWM波的輸出，P3.03.4分別連接紅外循跡模塊上的控制五個紅外對管的五個引腳，P4.04.3分別連接IN1IN4.文檔收集自網絡，僅用于個人學習 圖13 M

13、SP430F149單片機原理圖 將PWM波植入單片機中，然后通過單片機控制電機，PWM波控制速度，在轉彎的時候，通過改變PWM波中的占空比而達到轉彎，轉彎有兩種方案：一種是一邊不轉，另一邊轉動而達到轉彎的效果；另一方案則為一邊轉的快一邊轉的慢，從而達到轉彎的效果。文檔收集自網絡，僅用于個人學習3. 軟件設計PWM（脈沖寬度調制）是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調整方法。PWM可以應用在許多方面，比如：電機調速、溫度控制、壓力控制等等。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 在PWM驅動控制的調整系統中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據需要改

14、變一個周期內“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關驅動裝置”。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 小車利用PWM波控制速度，在轉彎的時候，通過改變PWM波中的占空比而達到轉彎，轉彎有兩種方案：一種是一邊不轉，另一邊轉動而達到轉彎的效果；另一方案則為一邊轉的快一邊轉的慢，從而達到轉彎的效果。在本實驗中，我們采用了第二個方案。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 圖14 PWM波在這我們用了模式7，復位/置位模式。我們利用兩個PWM波分別控制兩個電機，利用PWM波中的占空比不同而達到轉彎的效

15、果。其程序為：void Init_PWM(void) TACTL = TASSEL1 + MC0 + TACLR; /TimerA選擇MCLK時鐘,不分頻,增計數模式, CCTL1 = OUTMOD2 + OUTMOD1 + OUTMOD0 + CCIE; P1DIR|=0X0C; P1SEL|=0X0C; /捕獲,比較模塊1選定為輸出比較模式,輸出模式7,禁止比較中斷 CCTL2 = OUTMOD2 + OUTMOD1 + OUTMOD0 + CCIE; /捕獲,比較模塊2選定為輸出比較模式,輸出模式7,禁止比較中斷 CCR0 = 8000;/*設置PWM1的占空比*/void Set_PW

16、M1_Duty(uchar duty) if(duty >= 5) && (duty <= 95) /將占空比限制在5% 95%之間文檔收集自網絡，僅用于個人學習 CCR1 = 8000 / 100 * duty; else /否則將占空比強制設置為50% CCR1 = 4000; /*設置PWM2的占空比*/void Set_PWM2_Duty(uchar duty) if(duty >= 5) && (duty <= 95) /將占空比限制在5% 95%之間文檔收集自網絡，僅用于個人學習 CCR2 = 8000 / 100 * dut

17、y; else /否則將占空比強制設置為50% CCR2 = 4000; 程序設計流程圖為：開始啟動尋跡程序探 測 黑 線是否探測到黑線判斷處理程序(switch)右輪探測到黑線左輪探測到黑線左右輪同時探測到黑線向 右 轉向 左 轉繼續前進繼 續 前 進是否結束束文檔收集自網絡，僅用于個人學習 圖15 程序設計流程圖4.實驗結果循跡小車整體實物圖如圖所示： 圖 16 循跡小車整體圖小車在直道行走圖如圖所示： 圖 17 小車在直道上行走圖小車在彎道上行走圖： 圖 18 小車在彎道上行走圖5.調試過程1 在最開始的時候，最開始認為遇到黑線時為高電平，然后指示燈亮，而在實際走的時候就導致完全不按自己

18、預想的走。文檔收集自網絡，僅用于個人學習解決方法：用萬能表測試在黑線上時紅外管兩端的電壓，測試為低電平。2 在跑彎道的時候，車不能按照預定的軌道走。解決方法：通過多次調試PWM波的占空比，從而使輪子的速度達到一定得速度，從而按照預定的路行駛。3 直接按照給的資料，IN1、IN2、IN3、IN4正轉/翻轉的條件，結果發現車子一個正轉，一個反轉。文檔收集自網絡，僅用于個人學習解決方法：通過改寫程序，然后一一確定正轉/反轉的條件。4 紅外對管不管遇到黑線還是沒遇到，指示燈卻一直亮著。解決方法：通過檢測發現，這個紅外對管壞了，然后只用了三個紅外對管循路。6.實驗心得 基于這次長達兩周的課程設計，對我們

19、組來說是一個非常嚴峻的考驗，成員都覺得一個字，難！兩個字，很難！三個字，非常難！對于我們來說，我們是一個初學者，而且上課的時候都是打醬油飄過。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 不過總體來說還是有收獲的，對于一個課題，組長分別把成員都安排了任務，每個人都有自己的任務，這樣誰都不能依賴誰，只能靠自我學習完成任務。在課設過程中也看到了組員之間的團結，也看到組員之間的著急，知道自己的在學習中的不足，碰到不懂的問題立馬找同學或者老師解決。在設計的過程中我們也不可避免的遇到了很多的問題。尤其是在調試過程中,會因為某些原因出不來結果。通過這次的課程設計，我們也發現了不少自己不會的知識，通過查詢各方面資料，我們

20、也進步了很多，有學會了很多上課時沒掌握的東西， 最后在調試結果出來后,我們更是無比的興奮,無比的自豪。總之,通過這次單片機應用項目設計,我們不僅對自己的知識有了更深的掌握和應用,更了解到團隊精神的力量.在以后的學習和生活中受用終身。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 作為通信工程專業的學生，單片機課程的學習是很有意義，并且至關重要的。在大學前三年對基礎知識以及通過對專業課的學習，我們掌握了很多理論知識，卻很少有實踐的機會，而這次硬件課設是對前面學習的一個很好的考察。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 （張振鳳） 學習msp430單片機已經有一個學期了，很高興在最后的課設里自己能為小組出一份微薄之力，和

21、他們一起完成這個能循跡的小車。記得我們做小車斷斷續續做了一個多星期，這雖然說有點枯燥，但是和他們一起探討而且有成果就是快樂。在這里我首先要感謝我們的胡老師，感謝她一個學期認真的教我們430的單片機知識，我們小車課設用到了定時器A，用它產生兩路PWM波去控制小車兩個跑道帶的跑動速度。其次我得感謝我的那幫在實驗室呆的同學，他們為我們成功做出小車提供了資料上的和代碼問題上的幫助。可以說小車代碼很簡單，但由于我們學習得有點淺，所以我在寫有定時器的TA產生兩路PWM波上有點力不從心，其他的用單片機上的引腳的定義提供數據上也有點生疏。小車循跡部分我們也遇到可一些困難，我們在用小車紅外檢測的時候用手指代替黑

22、色膠帶去測反饋回來的電平，導致把引腳電平都搞反了。總之，在這個過程中我們遇到了很多困難，我們小組成員各司其職，各盡所能，比較順利的完成了。在這個過程中我學到了很多，我覺得要成功我們就的團結，就得喜于問，就得多動手去探試，就得有一顆必成的心。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 （謝鵬華） 這次的課程設計，組長安排大家每個人分配著不同的版塊。我和馮志誠一起負責紅外管，負責紅外管整個的部分，主要是紅外管發光原理以及這個部分的代碼等。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 在這個課程設計的過程中，自己一直在和整個組員一起分析整個原理，設計以及組裝。對于自己而言，代碼不是很熟悉，單片機的學習不是很到位，面對自己的學

23、習，第一次發現自己學習的這么認真。組長很認真，對我們的要求很高。主要是自己負責自己的版塊，自己去弄懂自己要負責的部分，組長只是在我們特別的沒有思緒時，才會幫我們解決下問題。經過這一次的學習，自己大概清楚知道一些關于電子控件等物件的運行的原理，面對以前一直認為特別神奇的物件，現在是比較清楚的了解那些小物件的東西。學習后，自己真正的發現自己對于自己專業掌握的太少，自己開始對自己以后就業擔憂 。面對自己在專業知識上的缺陷，自己現在必須對自己的未來負責，對自己的就業有個詳細規劃。通過一次學習，讓自己有了更深的感悟，這是自己認為最重要的一個學習感悟。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 (張瑩)作為通信工程專

24、業的學生，單片機課程的學習室很有意義，并且至關重要的。在大學前幾個學期對基礎知識以及通過對專業課的學習，我們掌握了很多理論知識，卻很少有實踐的機會，而這次硬件課設是對前面學習的很好的考察，既考察了我們C語言的編程能力，硬件實踐能力，快速學習能力，也考察了我的團隊合作，發現以及解決問題的能力。所以這次硬件課設給我們提供了一個很好的平臺。文檔收集自網絡，僅用于個人學習本次課設我負責電機驅動模塊，電機驅動模塊采用H橋式電動驅動電路。該電路包括四個三極管和一個電機，要是電機運轉，必須使對角線上的一對三極管導通，利用PWM波控制其轉速。H型電路保證了可以簡單實現轉速和方向的控制，穩定性也極強，是一種廣泛

25、應用的PWM調速技術。文檔收集自網絡，僅用于個人學習通過這次課設我學到了很多，對單片機的應用有了更深刻的理解。在動手實踐的過程中，加深了對課本理論知識的理解，也認識到自己的不足，使我體會到實踐的重要性，在學習一個新知識時，要不驕不躁，認真研究，相信自己，終究會取得成功。文檔收集自網絡，僅用于個人學習 （肖新家） 經過這次課設我深刻體會到了平時不好好學習就會重修的道理。在這段課設的時間里，我也有很認真的問同學一些我不懂的東西。在做小車的期間，我了解到小車需要PWM給它調節電機的轉速，單片機的IO端分別給該模塊的IN1到IN4高低電平來實現小車的前進或后退，把程序弄懂。但在第一輪答辯的時候，胡老師

26、問我那個電容叫什么，我卻說成是電阻，這確實是我不對，我承認在這方面，不懂的很多，這也是我本不該犯的錯誤。但是下來以后我又很認真的把上面的原件一一認識了一遍，了解他們各自的作用。第二輪答辯的時候，胡老師問我L298電路原理圖中那個二極管叫什么，我沒有回答得出來，之后我了解到了它叫整流二極管，起到保護原件的作用。第三輪答辯的時候，胡老師又問我L298內部的驅動原理是什么。為此我更加深入的去了解了一下L298n,它內部含有兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，要使電機M運轉，必須使H橋的對角線的一對三極管導通，完整的晶體管H橋驅動電路，PWM1，PWM2，為電機方向控制輸入端，例如，PWM1=1，PW

27、M2=0時正轉，PWM1=0，PWM2=1時電機反轉。PWM1，PWM2同時也是電機調速的脈寬輸入端；采用標準邏輯電平信號控制，與單片機的IO端直接相連接；文檔收集自網絡，僅用于個人學習在這次課設的過程中胡老師的語言驚醒了我，我意識到作為學生就應該好好掌握科學文化知識，通俗的講，就是要給自己一個，給關心我們的親朋好友還有老師一個很好的交代。這是我們的義務也是責任，要好好珍惜這一去不復返的大學時光。在我們身邊，很多同學都在追時間，分配自己的時間。然而時間卻在我玩游戲時從我的指尖悄悄的劃過，我卻很白癡一樣在游戲中沾沾自喜。過去的就讓她像風一樣過去吧人始終得向前文檔收集自網絡，僅用于個人學習看，努力

28、的過好明天。不管怎樣我還是謝謝我最敬愛的胡英胡老師，謝謝你的教導，謝謝。 (楊小林）專心-專注-專業7.附錄#include<msp430x14x.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid Init_PWM(void) TACTL = TASSEL1 + MC0 + TACLR; /TimerA選擇MCLK時鐘,不分頻,增計數模式, CCTL1 = OUTMOD2 + OUTMOD1 + OUTMOD0 + CCIE; P1DIR|=0X0C; P1SEL|=0X0C; /捕獲,比較模塊1選定為輸出比較模式

29、,輸出模式7,禁止比較中斷 CCTL2 = OUTMOD2 + OUTMOD1 + OUTMOD0 + CCIE; /捕獲,比較模塊2選定為輸出比較模式,輸出模式7,禁止比較中斷 CCR0 = 8000;/*設置PWM1的占空比*/void Set_PWM1_Duty(uchar duty) if(duty >= 5) && (duty <= 95) /將占空比限制在5% 95%之間文檔收集自網絡，僅用于個人學習 CCR1 = 8000 / 100 * duty; else /否則將占空比強制設置為50% CCR1 = 4000; /*設置PWM2的占空比*/void Set_PWM2_Duty(uchar duty) if(duty >= 5) && (duty <= 95