心形燈課程設計報告-論文

1、-PAGE . z光源循跡小車的控制與設計摘 要：本文介紹了利用光電傳感器實現(xiàn)小車自動尋跡的設計與實現(xiàn)。自動尋跡是基于自動導引小車AGVauto-guided vehicle機器人系統(tǒng)，用以實現(xiàn)小車自動識別路線。本設計采用在白紙上畫有黑色線條作引導路線，使用光電傳感器感知導引線。系統(tǒng)控制核心采用ATmega單片機,系統(tǒng)驅動采用直流減速電機，驅動芯片為L298。該技術可以應用于無人駕駛機動車等領域。關鍵詞：尋跡小車；ATmega；光電傳感器；Source Tracing CarAbstract：This paper describes the use of photoelectric senso

2、r automatically tracing the car Design and Implementation. Automatic tracing is based on the Automated Guided Vehicle (AGV-auto-guided vehicle) robot system to achieve automatic identification trolley line. The design is painted in black on white lines to guide line, the use of photoelectric sensor

3、perception guide wire. ATmega core system control using SCM system driven by DC geared motor, driver chips for L298. The technology can be applied in areas such as unmanned aerial vehiclesKey words:trailing car；ATmega；photoelectric sensor；目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc1983645111 系統(tǒng)設計任務及方案確定( P

4、AGEREF _Toc198364511 h 1)HYPERLINK l _Toc1983645121.1 設計任務及要求( PAGEREF _Toc198364512 h 1)HYPERLINK l _Toc1983645131.2 方案比擬與確定( PAGEREF _Toc198364513 h 1)HYPERLINK l _Toc198364514 單片機的選型( PAGEREF _Toc198364514 h 1)HYPERLINK l _Toc198364515 車體的選型( PAGEREF _Toc198364515 h 2)HYPERLINK l _Toc1983645161.2

5、.3 尋跡傳感器模塊的選型( PAGEREF _Toc198364516 h 2)HYPERLINK l _Toc1983645171.2.4 電機的選型( PAGEREF _Toc198364517 h 3)HYPERLINK l _Toc1983645182 光源尋跡小車的設計思路及總體構造( PAGEREF _Toc198364518 h 3)HYPERLINK l _Toc1983645192.1 設計與構思( PAGEREF _Toc198364519 h 3)HYPERLINK l _Toc1983645202.2 總體設計( PAGEREF _Toc198364520 h 3)H

6、YPERLINK l _Toc1983645213 系統(tǒng)硬件的設計( PAGEREF _Toc198364521 h 4)HYPERLINK l _Toc1983645223.1 單片機最小系統(tǒng)( PAGEREF _Toc198364522 h 4)HYPERLINK l _Toc1983645233.2 ATmega16芯片( PAGEREF _Toc198364523 h 5)HYPERLINK l _Toc1983645243.3 紅外探測器的設計( PAGEREF _Toc198364524 h 8)HYPERLINK l _Toc1983645253.3.1 光電傳感器( PAGER

7、EF _Toc198364525 h 8)HYPERLINK l _Toc1983645263.3.2 LM339芯片( PAGEREF _Toc198364526 h 9)HYPERLINK l _Toc1983645273.4 電機及電機驅動模塊( PAGEREF _Toc198364527 h 10)HYPERLINK l _Toc1983645283.4.1 電機( PAGEREF _Toc198364528 h 10)HYPERLINK l _Toc1983645293.4.2 電機的驅動及L298芯片( PAGEREF _Toc198364529 h 10)HYPERLINK l

8、_Toc1983645303.5 PCB圖制作( PAGEREF _Toc198364530 h 14)HYPERLINK l _Toc1983645314 系統(tǒng)軟件的設計( PAGEREF _Toc198364531 h 16)HYPERLINK l _Toc1983645324.1 軟件所實現(xiàn)的功能及軟件流程( PAGEREF _Toc198364532 h 16)HYPERLINK l _Toc1983645334.1 系統(tǒng)設計流程圖( PAGEREF _Toc198364533 h 18)HYPERLINK l _Toc1983645345 系統(tǒng)調試( PAGEREF _Toc1983

9、64534 h 20)HYPERLINK l _Toc1983645356 總結( PAGEREF _Toc198364535 h 21)光源尋跡小車系統(tǒng)設計任務及方案確定1.1設計任務及要求尋跡小車涉及到機械學、力學、光學、電子學等多方面的知識，是一個運用計算機、傳感、信息、通信、導航、人工智能及自動控制等技術來實現(xiàn)環(huán)境感知、規(guī)劃決策和自動行駛為一體的高新技術綜合體。它在軍事、民用和科技研究等方面已獲得了應用，對解決道路交通平安提供了一種新的途徑。本設計的任務是以ATmega16為核心，利用自制傳感器識別黑色引導線，ATmega16控制集成H橋芯片驅動兩個帶減速機構的小直流電機，小直流電機分

10、別驅動左右車輪沿黑色引導線行駛。1.2方案比擬與確定單片機的選型方案1：核心芯片采用凌陽單片機，型號為SPCE061A,此單片機置32KWORD ROM，2KWORD SRAM，2個定時器，2個外部中斷，1個串口，32個通用IO口，外部接32.768KHz的晶振，部通過PLL鎖相環(huán)電路倍頻后最高可達49.152MHz。系統(tǒng)可處于低功耗睡眠狀態(tài)，并可通過外部中斷喚醒，系統(tǒng)具有低電壓復位和低電壓檢測功能，并自帶看門狗復位，最主要的是置有在線仿真電路,極方便用戶調試程序。因為是工業(yè)級芯片，價格偏貴。方案2：核心芯片采用型號為ATmega16。ATmega16是基于增強的AVR RISC構造的低功耗8

11、位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據吞吐率高達1MIPS/MHZ,從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。比擬以上兩種方案：本系統(tǒng)決定采用核心芯片為ATmega16的AVR單片機系統(tǒng)，因為AVR單片機在市場上十分容易購置,價格廉價。本系統(tǒng)比擬簡單，不需要SPCE061A則復雜和大容量的ROM和RAM。車體的選型方案1：購置玩具電動車。購置的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪、電機及其驅動電路。但是一般的說來，玩具電動車具有如下缺點：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動車一般都是前輪轉向后輪驅動

12、，不能適應該題目的方格地圖，不能方便迅速的實現(xiàn)原地保持坐標轉90度甚至180度的彎角。再次，玩具電動車的電機多為玩具直流電機，力矩小，空載轉速快，負載性能差，不易調速。而且這種電動車一般都價格不菲。因此放棄了此方案。方案2：自己制作電動車。經過反復考慮論證，制定了左右兩輪分別驅動，后萬向輪轉向的方案。即左右輪分別用兩個轉速和力矩根本完全一樣的直流電機進展驅動，車體尾部裝一個萬向輪。這樣，當兩個直流電機轉向相反同時轉速一樣時就可以實現(xiàn)電動車的原地旋轉，由此可以輕松的實現(xiàn)小車坐標不變的90度和180度的轉彎。在安裝時保證兩個驅動電機同軸。當小車前進時，左右兩驅動輪與后萬向輪形成了三點構造。這種構造

13、使得小車在前進時比擬平穩(wěn)，可以防止出現(xiàn)后輪過低而使左右兩驅動輪驅動力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。綜上考慮，方案2更好，所以選擇了方案2。 尋跡傳感器模塊的選型方案1：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經過比擬器就可以輸出上下電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。方案2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射

14、，假設紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，假設接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器根本能夠滿足要求。綜上考慮，方案2更適合本設計，所以選擇方案2。 電機的選型方案1：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅動電機。由于其轉過的角度可以準確的定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的準確定位。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉速的升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，其轉速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。方案2：采用直流減速電機。直流減速電機轉動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其部由高速電動機提供原始動力

15、，帶動變速減速齒輪組，可以產生較大扭力。經過綜合考慮，選擇方案2光源尋跡小車的設計思路及總體構造2.1設計與構思本設計是讓小車在白色地板上循黑線行走，采取的方法是紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體外表具有不同的反射性質的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機就是以否收到反射回來的紅外光為依據來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應超過3cm。原理圖如圖1所示。圖1 紅外探測法承受原理2.2 總體設計本系統(tǒng)以

16、ATmega16為核心，利用自制傳感器識別黑色引導線，ATmega16控制集成H橋芯片驅動兩個帶減速機構的小直流電機，小直流電機分別驅動左右車輪沿黑色引導線行駛。系統(tǒng)構造圖如圖2所示。圖2 系統(tǒng)構造圖系統(tǒng)硬件的設計3.1 單片機最小系統(tǒng)本最小系統(tǒng)采用ATmega16芯片作為核心，ATmega16是基于增強的AVR RISC構造的低功耗8位CMOS微控制器。AVR 核具有豐富的指令集和32 個通用工作存放器。所有的存放器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期同時兩個獨立的存放器。這種構造大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據吞吐率。

17、AVR有一個靈活的中斷模塊。控制存放器位于I/O空間。狀態(tài)存放器里有全局中斷使能位。每個中斷在中斷向量表里都有獨立的中斷向量。各個中斷的優(yōu)先級與其在中斷向量表的位置有關，中斷向量地址越低，優(yōu)先級越高。I/O 存儲器空間包含64 個可以直接尋址的地址，作為CPU 外設的控制存放器、SPI，以及其他I/O 功能。映射到數(shù)據空間即為存放器文件之后的地址0*20-0*5F。1電路如圖3所示。圖3 最小系統(tǒng)原理圖3.2 ATmega16芯片-. z功能特性描述：ATmega16有16K字節(jié)的系統(tǒng)可編程Flash具有同時讀寫的能力，即RWW，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，

18、32個通用工作存放器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片調試與編程，三個具有比擬模式的靈活的定時器/計數(shù)器T/C，片/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP封裝)的ADC，具有片振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及六個可以通過軟件進展選擇的省電模式。工作于空閑模式時CPU停頓工作，而USART、兩線接口、A/D轉換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停頓振蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停頓工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能

19、模塊處于休眠狀態(tài)；ADC 噪聲抑制模式時終止CPU 和除了異步定時器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉換時的開關噪聲；Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。2本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲器技術生產的。片ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進展編程，也可以通過運行于AVR 核之中的引導程序進展編程。引導程序可以使用任意接口將應用程序下載到應用Flash存儲區(qū)(ApplicationFlas

20、h Memory)。在更新應用Flash存儲區(qū)時引導Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW操作。通過將8位RISC CPU 與系統(tǒng)可編程的Flash 集成在一個芯片，ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低本錢的解決方案。ATmega16具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言編譯器、宏匯編、程序調試器/ 軟件仿真器、仿真器及評估板。引腳示意圖如圖4所示。圖4 ATmega16示意圖ATmega16引腳功能如表1所示。表1 ATmega16引腳功能VCC數(shù)字電路的電源GND地端口A(PA7.PA0)端口A做為A

21、/D 轉換器的模擬輸入端。端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，假設部上拉電阻使能端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7.PB0)端口B為8 位雙向I/O口，具有可編程的部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，假設部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口C(PC7.PC0)端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對

22、稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，假設部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口D(PD7.PD0)端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，假設部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D處于高阻態(tài)。RESET復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。持續(xù)時間

23、小于門限間的脈沖不能保證可靠復位。*TAL1反向振蕩放大器與片時鐘操作電路的輸入端。*TAL2反向振蕩放大器的輸出端。AVCCAVCC是端口A與A/D轉換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接。AREFA/D 的模擬基準輸入引腳。3.3 紅外探測器的設計 光電傳感器紅外探測器局部主要由三個光電傳感器組成，包括一個可以發(fā)射紅外光的二極管和一個用作接收器的發(fā)光三極管。采用紅外管代替可見光可以降低背景光的干擾。發(fā)射管發(fā)出一定光強的紅外信號，光電管接收發(fā)射的紅外信號。紅外光的發(fā)送接收選用型號為ITR9909的對管。當小車在白色地面行駛時，裝在車

24、下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號，經白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，則圖中光敏三極管將導通，比擬器輸出為低電平；當小車行駛到黑色引導線時，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，比擬器輸出高電平，從而實現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能。將檢測到的信號送到單片機I/O口，當I/O口檢測到的信號為高電平時，說明紅外光被地上的黑色引導線吸收了，說明小車處在黑色的引導線上；同理，當I/O口檢測到的信號為低電平時，說明小車行駛在白色地面上。此種方法簡單，價格廉價，靈敏度可調。在小車具體的循跡行走過程中，為了能準確測定黑線位置并確定小車行走的方向，需要同時在底盤裝設3個紅外探測頭，全部在一條直線上

25、。小車行走時，始終保持在黑線上，當小車偏離黑線時，第一級探測器一旦探測到有黑線，單片機就會按照預先編定的程序發(fā)送指令給小車的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再對小車路徑予以糾正。假設小車回到了軌道上，小車會繼續(xù)向前行走。3原理圖如圖5所示。圖5 尋跡電路原理圖 LM339芯片LM339集成塊部裝有四個獨立的電壓比擬器，該電壓比擬器的特點是：1失調電壓小，典型值為2mV；2電源電壓圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為1V-18V；3比照擬信號源的阻限制較寬；4差動輸入電壓圍較大，大到可以等于電源電壓；5輸出端電位可靈活方便地選用。4芯片管腳如圖6所示。圖6 LM339芯片管腳3.4 電機及電機驅動模塊 電機

26、本設計中使用直流減速電機，直流電機驅動電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅動電路可以很方便實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分別對應正轉、正轉制動、反轉、反轉制動。全橋式驅動電路的4只開關管都工作在斬波狀態(tài)，S1、S2為一組，S3、S4為另一組，兩組的狀態(tài)互補，一組導通則另一組必須關斷。當S1、S2導通時，S3、S4關斷，電機兩端加正向電壓，可以實現(xiàn)電機的正轉或反轉制動；當S3、S4導通時，S1、S2關斷，電機兩端為反向電壓，電機反轉或正轉制動。在小車動作的過程中，我們要不斷地使電機在四個象限之間切換，即在正轉和反轉之間切換，也就是在S1、S2導通且S3、S4關斷，到S1、S2關斷且S3、 S4

27、導通，這兩種狀態(tài)之間轉換。在這種情況下，理論上要求兩組控制信號完全互補，但是，由于實際的開關器件都存在開通和關斷時間，絕對的互補控制邏輯必然導致上下橋臂直通短路，比方在上橋臂關斷的過程中，下橋臂導通了。此過程用圖7說明。圖7 全橋式驅動電路的切換過程 電機的驅動及L298芯片設計中可使用分立元件構成驅動電路，但由分立元件構成電機驅動電路，構造簡單，價格低廉，在實際應用中應用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。小車的驅動不但要求電機驅動系統(tǒng)具有高轉矩重量比、寬調速圍、高可靠性，而且電機的轉矩-轉速特性受電源功 率的影響，這就要求驅動具有盡可能寬的高效率區(qū)。本設計中使用集成有橋式電路的電機專用驅動

28、芯片L298，性能比擬穩(wěn)定可靠。根據電動機的單片機控制中對直流電機驅動的描述，同樣的H橋電路，使用不同的控制信號，可以實現(xiàn)兩種不同的控制方式，其一是雙極性可逆PWM驅動，其二是單極性受限可逆PWM驅動。對于雙極性可逆PWM驅動方式，電機在一個PWM周期過相反的電流，正轉、停頓、反轉取決于兩個方向電流的持續(xù)時間，如果相等則為停頓。這個方式的好處是低速穩(wěn)定，啟動快，但是耗電大。對于單極性受限PWM驅動方式，電機在一個PWM周期中的電流是同方向的，驅動電機的功率大小取決于電流的持續(xù)時間，也就是說在一個PWM周期中，電機的電流有為0的時候，稱之為斷流現(xiàn)象。無疑，這種方式在PWM值較小時斷流的時間就較長

29、，電機運行就不穩(wěn)定，也就是低速性能不好，但是由于沒有反向電流消耗，所以耗電少。基于這樣的原理，擬采用如下控制方式：在PWM控制值小于30%時，采用雙極性可逆驅動，大于30% 則采用單極性受限可逆驅動。為了可以獲得最好的電機驅動特性，將PWM周期設計為可變，這樣在調試中可以找到適宜的工作參數(shù)。在程序中設置計算電機控制參數(shù)標志，當PWM的數(shù)據變化時，則建立此標志，根據PWM的值及PWM的周期計算出數(shù)據。先根據PWM的值判斷應當處于哪種驅動模式。如果是單極性受限PWM驅動模式，則直接根據PWM值和PWM的頻率即可計算出前、后半周期持續(xù)時間。然后再根據轉動方向給出電機輸出控制字。如果是雙極性可逆PWM

30、驅動模式，根據PWM值、轉動方向、PWM頻率計算出錢后半周的持續(xù)時間，其前、后半周的電機輸出控制字不隨轉動方向變化，其轉動方向由前、后半周持續(xù)時間的比例決定。驅動電路如圖8所示。圖8 驅動電路L298是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它相應頻率高，一片L298可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。兩組控制信號分別為ENA、IN1、IN2和ENB、IN3、IN4，其中ENA和ENB是使能信號。IN1、IN2和IN3、IN4為電機轉動方向控制信號，IN1、IN2分別為1、0時，左電機正轉，反之左電機反轉；IN3、IN4分別為1、0時

31、，右電機正轉，反之友電機反轉。選用PWM連接ENA或ENB引腳，通過調整PWM的占空比可以調整電機的轉速。L298芯片的引腳和部構造分別如圖9和圖10所示。圖9 L298的引腳圖10 L298的部構造L298的引腳功能如表2所示。表2 L298的引腳功能CURRENT SENSING B輸出電流反應BOUTPUT 4電壓輸出B1OUTPUT 3電壓輸出B2INPUT 4控制輸入B1ENABLE B使能端BINPUT 3控制輸入B2LOGIC SUPPLY VOLTAGE VSS邏輯電影VssGND地INPUT 2控制輸入A1ENABLE A使能端AINPUT 1控制輸入A2SUPPLY VOL

32、TAGE VS電動機驅動電源OUTPUT 2電壓輸出A1OUTPUT 1電壓輸出A2CURRENT SENSING A輸出電流反應A3.5 PCB圖制作PCB圖制作要分幾個步驟進展。第一步是PCB圖紙根本設置，根據所設計的工程確定將要設計的PCB板的尺寸、形狀、安裝方式及PCB板的工作層數(shù)。這一步需要綜合考慮各方面因素，以到達系統(tǒng)最正確工作性能為目的。第二步是加載網絡列表信息。通過加載在電路原理圖中生成的網絡列表文件，將電路原理圖中的信息傳輸?shù)絇CB設計中，如果加載有錯誤發(fā)生，則需要修改電路原理圖中的元件符號與原件封裝間的對應關系，直到成功導入為止。第三步是PCB元件布局。所有的元件PCB封裝

33、被正確導入到PCB設計文件后，接下來需要做的工作是對所有的元件PCB封裝按照一定的規(guī)矩和要求進展布局，布局有自動布局和手動布局兩種方式，如果元件PCB封裝符號較多，一般先選擇自動布局，然后進展手工調整布局；反之，最好使用手動布局。第四步是布線規(guī)則設置。根據系統(tǒng)的要求進展布線前的布線規(guī)則約束設定，使自動布線器能夠按照預定的布線規(guī)則要求進展自動布線，以及為手工布線過程中的在線規(guī)則檢查提供依據，以實時提示走線方式的正確性。第五步是布線。布線分為手動布線和自動布線，一般如果PCB板不是很大，最好使用純手工布線，或者利用手工布線和自動布線相結合的方式。布線的時候為了方便布線和設計使用，可根據需要再次調整

34、元件PCB封裝符號的布局和元件PCB封裝的類型，利用protel的同步器設計工具可以很好地配合這樣的修改工作。第六步是設計規(guī)則檢查。布線完成后，和電路原理圖設計一樣，需要對所完成的PCB設計進展設計規(guī)則檢查，以確定設計能完全符合布線布局要求。正確無誤后，就可以對設計的PCB板添加標注和注釋等信息。第七步是設計文件輸出。包括設計中的詳細材料如報表文件等文件的輸出。5本設計在protel99軟件上畫好原理圖然后生成PCB圖，對PCB圖的各種規(guī)則進展設置，包括有導線的寬度為20mil，導線間距為10mil等等。6驅動電路模塊以及光電傳感器的PCB圖如圖11與圖12所示。圖11 驅動電路的PCB圖圖1

35、2 光電傳感器的PCB圖系統(tǒng)軟件的設計4.1 軟件所實現(xiàn)的功能及軟件流程軟件所要實現(xiàn)的功能是檢測黑色路線的走向，跟著黑色路線行走。在Atmega的存放器中，有定時器/計數(shù)器TT2、輸出比擬存放器OCR2為8位存放器。所有中斷都可以通過定時器中斷屏蔽存放器TIMSK單獨進展屏蔽。T/C的時鐘可以為通過預分頻器的部時鐘或通過由TOSC1/2引腳接入的異步時鐘。異步操作由異步狀態(tài)存放器ASSR控制。時鐘選擇邏輯模塊控制引起T/C計數(shù)值增加(或減少)的時鐘源。沒有選擇時鐘源時T/C處于停頓狀態(tài)。時鐘選擇邏輯模塊的輸出稱為clkT2。雙緩沖的輸出比擬存放器OCR2一直與TT2的數(shù)值進展比擬。波形發(fā)生器利

36、用比擬結果產生PWM波形或在比擬輸出引腳OC2輸出可變頻率的信號。比擬匹配結果還會置位比擬匹配標志OCF2，用來產生輸出比擬中斷請求。比擬匹配輸出單比擬匹配模式控制位21:0具有雙重功能。波形發(fā)生器利用21:0來確定下一次比擬匹配發(fā)生時的輸出比擬狀態(tài)(OC2)；21:0還控制OC2 引腳輸出信號的來源。比擬輸出模式和波形產生，只要21:0的一個或兩個置位，波形發(fā)生器的輸出比擬功能OC2就會取代通用I/O口功能。但是OC2引腳的方向仍然受控于數(shù)據方向存放器(DDR)。在使用OC2功能之前首先要通過數(shù)據方向存放器的DDR_OC2位將此引腳設置為輸出。端口功能與波形發(fā)生器的工作模式無關。輸出比擬邏輯

37、的設計允許OC2狀態(tài)在輸出之前首先進展初始化。比擬輸出模式和波形產生波形發(fā)生器利用21:0的方式在普通、CTC和PWM三種模式下有所區(qū)別。對于所有的模式，21:0 = 0說明比擬匹配發(fā)生時波形發(fā)生器不會操作OC2存放器。改變21:0將影響寫入數(shù)據后的第一次比擬匹配。對于非PWM模式，可以通過使用FOC2來強制立即產生效果。7在普通模式下，TOV2標志的置位發(fā)生在計數(shù)器從MA*變?yōu)?*00的定時器時鐘周期。快速PWM模式快速PWM模式(WGM21:0 = 3)可用來產生高頻的PWM波形。快速PWM模式與其他PWM模式的不同之處是其單邊斜坡工作方式。計數(shù)器從BOTTOM計到MA*，然后立即回到BO

38、TTOM重新開場。對于普通的比擬輸出模式，輸出比擬引腳OC2在TT2與OCR2匹配時清零，在BOTTOM時置位；對于反向比擬輸出模式，OC2的動作正好相反。由于使用了單邊斜坡模式，快速PWM 模式的工作頻率比使用雙斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高頻操作特性使得快速PWM模式十分適合于功率調節(jié)，整流和DAC應用。高頻可以減小外部元器件(電感，電容)的物理尺寸，從而降低系統(tǒng)本錢。工作于快速PWM模式時，計數(shù)器的數(shù)值一直增加到MA*，然后在后面的一個時鐘周期清零。TT2 斜坡上的短水平線表示OCR2和TT2的比擬匹配。計時器數(shù)值到達MA*時T/C溢出標志TOV2置位。如果中斷使能，在中斷效勞程序

39、中斷效勞程序可以更新比擬值。工作于快速PWM 模式時，比擬單元可以在OC2引腳上輸出PWM波形。設置21:0為2可以產生普通的PWM信號；為3則可以產生反向PWM波形。要想在引腳上得到輸出信號還必須將OC2的數(shù)據方向設置為輸出。產生PWM波形的機理是OC2存放器在OCR2與TT2匹配時置位(或清零)，以及在計數(shù)器清零(從MA*變?yōu)锽OTTOM)的那一個定時器時鐘周期清零(或置位)。輸出的PWM頻率可以通過如下公式計算得到：fOPWM=fclk_I/ON*256變量N代表分頻因子(1、8、32、64、128、256或1024)。8OCR2存放器為極限值時表示快速PWM模式的一些特殊情況。假設OC

40、R2A等于BOTTOM，輸出為出現(xiàn)在第MA*+1個定時器時鐘周期的窄脈沖；OCR2為MA*時，根據21:0的設定，輸出恒為高電平或低電平。通過設定OC2 在比擬匹配時進展邏輯電平取反(21:0 = 1)，可以得到占空比為50%的周期信號。OCR2為0時信號有最高頻率foc2 = fclk_I/O2。這個特性類似于CTC模式下的OC2 取反操作，不同之處在于快速PWM模式具有雙緩沖。 最后，系統(tǒng)上電后，首先進展初始化，延時后啟動電機，并啟動紅外探測模塊。運行中，不斷檢測路線來調整車的前進方向。車進入循跡模式后，即開場不停地掃描與探測器連接的單片機I/O口，一旦檢測到*個I/O口有信號，即進入判斷

41、處理程序。先確定3個探測器中的哪一個探測到了黑線，如果左邊的傳感器或者探測到黑線，即小車左半局部壓到黑線，車身向右偏出，此時就輸出高電平應使小車向左轉；如果是右邊傳感器探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，就輸出低電平使小車向右轉。在經過了方向調整后，小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復上述動作。兩邊的光電傳感器都沒檢測到黑線，小車直線行走。4.1 系統(tǒng)設計流程圖系統(tǒng)設計流程圖如圖13所示。圖13 系統(tǒng)流程圖主要程序如下：*include*include/宏定義*define M_FLAG (PINA&(1PA0)*define R_FLAG (PINA&(1PA1)*de

42、fine L_FLAG (PINA&(1PA2)/函數(shù)聲明move_play(void);PWM_INIT(void);PORT_INIT(void);unsigned char last1_flag,cur_flag;unsigned int TA,TB,timer;void delayms(unsigned int t) unsigned int i; for(;t!=0;t-)for(i=8000;i!=0;i-) ;move_play(void) last1_flag=cur_flag;/上1次傳感器狀態(tài) cur_flag=M_FLAG|R_FLAG|L_FLAG;/當前傳感器狀態(tài)sw

43、itch(cur_flag) case 0*01:OCR1A=935;OCR1B=935;break;/未偏case 0*00:if(last1_flag=0*02)OCR1A=1000;OCR1B=920;/左大偏 else if(last1_flag=0*04) OCR1A=920;OCR1B=1000;break;/右大偏case 0*02:OCR1A=980;OCR1B=925;break;/左偏case 0*04:OCR1A=925;OCR1B=980;break;/右偏default:OCR1A=935;OCR1B=935;break; PWM_INIT(void) TCCR1A=

44、0*f3;/*設置T1工作在PWM方式，分辨率為10位*/ TCCR1B=0*02;/*8分頻，PWM的頻率為1M/2046*/ OCR1A=0;/*初始化比擬器OCR1A的值*/ OCR1B=0;/*初始化比擬器OCR1B的值*/ /端口初始化 PORT_INIT(void) DDRA=0*00; DDRD=0*ff; PORTD=0*ff; DDRB=0*ff; PORTB=0*0f; /主函數(shù) main(void) PWM_INIT(); PORT_INIT(); while(1) move_play(); 系統(tǒng)調試調試測速脈沖輸入，確定采樣器的位置和對應電路中的參數(shù)，以使輸入的脈沖信號盡量為50%占空比；調試幾個特定PWM值下的PWM頻率，確定針