兩輪自平衡小車的設計畢業(yè)設計論文

1、本科畢業(yè)設計（論文）題目兩輪自平衡小車的設計畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教 師的指導下進行的研究工作及取得的成果。 盡我所知，除文中特別加 以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研 究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體， 均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名： 日期：指導教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電 子版

2、本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供 目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制 手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分 或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外， 本論文 不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 對本文的研 究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完 全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、

3、使用學位論文的規(guī)定， 同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學可以將本學位 論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索， 可以采用影印、縮 印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名:日期： 年 月注意事項1.設計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）.論文字數(shù)要求：理

4、工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、 程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 1.2萬字。.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯 別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所 有圖紙應符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔， 布局合理，文字注釋必須使用工程 字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔.裝訂順序）設計（論文）附件：按照任務

5、書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程、學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度優(yōu)良中及格不及格3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力優(yōu)良中及格不及格4、研究方法的科學性；技術(shù)線路的可行性；設計方案的合理性優(yōu)良中及格不及格5、完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況優(yōu)良中及格不及格二、論文（設計）質(zhì)量、論文（設計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？優(yōu)良中及格不及格三、論文（設計）水平、論文（設計）的理

6、論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？優(yōu)良中及格不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格建議成績：口優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的口內(nèi)畫）指導教師：（簽名）單位：（蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質(zhì)量1、論文（設計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？優(yōu)良中及格不及格二、論文（設計）水平、論文（設計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？優(yōu)良中及格不及格

7、3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格建議成績：口優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的口內(nèi)畫）評閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價:一、答辯過程、畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況優(yōu)良中及格不及格3、學生答辯過程中的精神狀態(tài)優(yōu)良中及格不及格二、論文（設計）質(zhì)量、論文（設計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？優(yōu)良中及格不及格三、論文（設計）水平、論文（設計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的

8、指導意義優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？優(yōu)良中及格不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格評定成績：口優(yōu) 口良及格 不及格教研室主任（或答辯小組組長）：（簽名）年 月 日教學系意見:系主任：（簽名）年 月 日摘要近年來，兩輪自平衡車的研究與應用獲得了迅猛發(fā)展。本文提出了一種兩輪自平衡小車的設計方案，采用陀螺儀 ENC-03以及MEMS加速度傳感器MMA7260構(gòu)成小車姿態(tài)檢測裝置，使用卡爾曼濾波完成陀螺儀數(shù)據(jù)與加速度計數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)融合。系統(tǒng)選用飛思卡爾16位單片機MC9s12XS128為控制核心，完成了傳感器信號的處理，濾波算法的實現(xiàn)及車身控

9、 制，人機交互等。整個系統(tǒng)制作完成后，各個模塊能夠正常并協(xié)調(diào)工作，小車可以在無人干預條件下實 現(xiàn)自主平衡。同時在引入適量干擾情況下小車能夠自主調(diào)整并迅速恢復穩(wěn)定狀態(tài)。小車還 可以實現(xiàn)前進，后退，左右轉(zhuǎn)等基本動作。關(guān)鍵詞：兩輪自平衡 陀螺儀 姿態(tài)檢測 卡爾曼濾波 數(shù)據(jù)融合IIDesign of Two-Wheel Self-Balance VehicleAbstractIn recent years, the research and application of two-wheel self-balanced vehicle have obtained rapid development. T

10、his paper presents a design scheme of two-wheel self-balanced vehicle. Gyroscope ENC-03 and MEMS accelerometer MMA7260 constitute vehicle posture detection device. System adopts Kalman filter to complete the gyroscope data and accelerometer data fusion., and adopts freescale16-bit microcontroller-MC

11、9s12XS128 as controller core. The center controller realizes the sensor signal processing the sensor signal processing, filtering algorithm and body control, human-machine interaction and so on.Upon completion of the entire system, each module can be normal and to coordinate work. The vehicle can ke

12、ep balancing in unmanned condition. At the same time, the vehicle can be adjusted independently then quickly restore stability when there is a moderate amount of interference. In addition, the vehicle also can achieve forward, backward, left and right turn and other basic movements.Key Words: Two-Wh

13、eel Self-Balance; Gyroscope; Gesture detection; Kalman filter; Data fusioniii TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark30 o Current Document .緒論 1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 研究背景與意義 1 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 兩輪自平衡車的關(guān)鍵技術(shù) 2系統(tǒng)設計2數(shù)學建模2 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document

14、姿態(tài)檢測系統(tǒng) 2控制算法3 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 本文主要研究目標與內(nèi)容 3 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 論文章節(jié)安排 3 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document .系統(tǒng)原理分析 5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 控制系統(tǒng)要求分析 5 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 平衡控制原理分析 5 HYPERLINK l bookmark4

15、6 o Current Document 自平衡小車數(shù)學模型 6兩輪自平衡小車受力分析 6自平衡小車運動微分方程 9 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document PID控制器設計 10PID控制器原理 10PID控制器設計 11姿態(tài)檢測系統(tǒng)12陀螺儀12加速度計13基于卡爾曼濾波的數(shù)據(jù)融合 14 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 本章小結(jié) 16 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document .系統(tǒng)硬件電路設計 17 HYPERLINK l bookmark93 o C

16、urrent Document MC9SXS128單片機介紹 17 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 單片機最小系統(tǒng)設計 19 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 電源管理模塊設計 21 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 傾角傳感器信號調(diào)理電路 22IV TOC o 1-5 h z 加速度計電路設計 22陀螺儀放大電路設計 22 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 電機驅(qū)動電路設計 23驅(qū)動芯片介紹

17、24驅(qū)動電路設計 24 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 速度檢測模塊設計 25編碼器介紹25編碼器電路設計 26 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 輔助調(diào)試電路 27 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 本章小結(jié) 27 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document .系統(tǒng)軟件設計 28 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 28 HYP

18、ERLINK l bookmark116 o Current Document 單片機初始化軟件設計 28鎖相環(huán)初始化28模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ATD）初始化 29串行通信模塊（SCI）初始化設置 30測速模塊初始化31PWM模塊初始化 32 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 姿態(tài)檢測系統(tǒng)軟件設計 32陀螺儀與加速度計輸出值轉(zhuǎn)換 32卡爾曼濾波器的軟件實現(xiàn) 34 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 平衡PID控制軟件實現(xiàn) 36 HYPERLINK l bookmark132 o Current Doc

19、ument 兩輪自平衡車的運動控制 37本章小結(jié) 39.系統(tǒng)調(diào)試 40系統(tǒng)調(diào)試工具40系統(tǒng)硬件電路調(diào)試 40姿態(tài)檢測系統(tǒng)調(diào)試 41控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定 43兩輪自平衡小車動態(tài)調(diào)試 44本章小結(jié) 45 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document .總結(jié)與展望46總結(jié) 46展望 46參考文獻 47附 錄 48附錄一系統(tǒng)電路原理圖 48附錄二系統(tǒng)核心源代碼49致謝 1VI常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）論研究背景與意義近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展與進步，移動機器人的研究不斷深入，成為目前科 學研究最活躍的領(lǐng)域之一，移動機器人的應用范圍越來越廣泛，面臨的環(huán)境和任務也

20、 越來越復雜，這就要求移動機器人必須能夠適應一些復雜的環(huán)境和任務。比如，戶外 移動機器人需要在凹凸不平的地面上行走，有時環(huán)境中能夠允許機器人運行的地方比 較狹窄等。如何解決機器人在這些環(huán)境中運行的問題，逐漸成為研究者關(guān)心的問題。兩輪自平衡機器人的概念正是在這樣一個背景下提出來的，這種機器人區(qū)別于其 他移動機器人的最顯著的特點是： 采用了兩輪共軸、各自獨立驅(qū)動的工作方式（這種驅(qū) 動方式又被稱為差分式驅(qū)動方式），車身的重心位于車輪軸的上方，通過輪子的前后移 動來保持車身的平衡，并且還能夠在直立平衡的情況下行駛。由于特殊的結(jié)構(gòu)，其適 應地形變化能力強，運動靈活，可以勝任一些復雜環(huán)境里的工作。兩輪自平

21、衡機器人自面世以來，一直受到世界各國機器人愛好者和研究者的關(guān) 注，這不僅是因為兩輪自平衡機器人具有獨特的外形和結(jié)構(gòu)，更重要的是因為其自身 的本質(zhì)不穩(wěn)定性和非線性使它成為很好的驗證控制理論和控制方法的平臺，具有很高 的研究價值。早在1987年，日本電信大學教授山藤一雄就提出了兩輪自平衡機器人的概念。這個基本的概念就是用數(shù)字處理器來偵測平衡的改變，然后以平行的雙輪來保持機器的 平穩(wěn)12。本世紀初瑞士聯(lián)邦工業(yè)大學的 Joe、美國的SegwayN等兩輪自平衡機器人相繼問 世，世界各國越來越多的機器人愛好者和研究者開始關(guān)注兩輪自平衡機器人。美國發(fā) 明家狄恩？卡門與他的DEKA研發(fā)公司研發(fā)出了可以用于載人

22、的兩輪自平衡車命名為 賽格威，并已投入市場。由于兩輪自平衡車有著活動靈便，環(huán)境無害等優(yōu)點，具被廣 泛應用于各類高規(guī)格社會活動，目前該車已用于奧運會以及世博會等大型場合。當今唯一市場化的兩輪自平衡電動車，如圖 1-1所示，在2002年上市以來就備受 各界的關(guān)注。卡門觀察人類走路的姿勢特性，領(lǐng)悟到其實人類之所以可以平穩(wěn)地直立 行走，是因為體內(nèi)靈敏的平衡器官可以精確地判斷出身體重心的改變量，透過小腦的 即時反應，然后利用腿部的肌肉即時出力來平衡傾倒的態(tài)勢。所以當人類的身體前傾 時，這種不自主的反應會促使人類伸出其中的一只腳往前走來平衡身體，所以透過這 種前傾、往前踏腳、前傾、往前踏腳的動作循環(huán)，即構(gòu)

23、成了 “步行”這種動作。因此常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）卡門嘗試使用精密的陀螺儀來代替人類的前庭與耳蝸等平衡器官，以電動馬達與車輪 代替人類的雙腳，發(fā)展出所謂的“動態(tài)穩(wěn)定概念3。圖1-1 Segway兩輪自平衡車兩輪自平衡車的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)設計兩輪自平衡車的系統(tǒng)設計包括：車身機械結(jié)構(gòu)設計，硬件系統(tǒng)設計和軟件系統(tǒng)設計。在機械結(jié)構(gòu)上保持小車重心的穩(wěn)定性，才能減少控制系統(tǒng)由于車身機械結(jié)構(gòu)的不合理性而 造成的控制復雜化；硬件系統(tǒng)必須包含自平衡車所需的所有電子系統(tǒng)與電氣設備；軟件系 統(tǒng)則具體負責車身平衡控制。數(shù)學建模系統(tǒng)模型的建立，有助于控制器設計，以及控制系統(tǒng)各項參數(shù)的確定。系統(tǒng)數(shù)學模型 建立的重點在于

24、動力學方面，主要采用拉格朗日動力學方程以及牛頓力學定律的方法。然 而通常的動力學建模方法沒有考慮電機轉(zhuǎn)動，車身震動對模型的影響。并且兩輪子平衡車 是本質(zhì)不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，因此建模必須考慮線性化問題。姿態(tài)檢測系統(tǒng)兩輪子平衡車通過姿態(tài)檢測系統(tǒng)來實時檢測車身姿態(tài)及運動狀態(tài)，并根據(jù)姿態(tài)信息對 小車進行控制。因此，對于兩輪自平衡車來說，能夠精確并穩(wěn)定的檢測當前車身傾角，是 實現(xiàn)有效控制的關(guān)鍵所在。目前有多重技術(shù)可以實現(xiàn)傾角檢測，但是實時性，經(jīng)濟性還不 夠理想。采用MEMS（Micro-Electro-Mechanical System,微機電系統(tǒng)）陀螺儀和加速度計等 慣性傳感器構(gòu)成的姿態(tài)檢測系統(tǒng)可以實

25、時、準確的檢測兩輪自平衡車的傾角。但是由于慣 性傳感器自身固有特性，隨著溫度，震動等外界變化，會產(chǎn)生不同程度的漂移與噪聲，因常熟理工學院畢業(yè)設計(論文)此必須使用一些濾波算法，對陀螺儀和加速度計采集的數(shù)據(jù)進行融合，使測量角度更加真 實穩(wěn)定。控制算法兩輪自平衡車屬于本質(zhì)不穩(wěn)定系統(tǒng)，因此其實現(xiàn)的平衡是一種動態(tài)平衡。在遇到外界 干擾如何快速恢復，保持自平衡等問題是控制算法需要考慮的問題。傳統(tǒng)的PID控制在各類工業(yè)場合有著廣泛的應用，完全可以滿足兩輪自平衡車的控制系統(tǒng)要求。當然，也可以 采用各類先進的控制算法，諸如基于狀態(tài)空間的 LQR (最優(yōu)控制)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡 等4。本文主要研究目標與內(nèi)容本

26、課題設計了一款兩輪自平衡小車，研究了車身姿態(tài)檢測中陀螺儀與加速度傳感器的 互補特性，并根據(jù)其特性比較并設計濾波算法，包括卡爾曼濾波，互補濾波等常用濾波算 法。PID控制算法的實現(xiàn)以及直流電機調(diào)速的研究。具體包括：(1)機器人本體設計：包括機械，重心調(diào)整，電氣系統(tǒng)設計等，為進一步研究提供良 好的平臺；(2)信號調(diào)理及控制部分電路設計：陀螺儀輸出信號需要經(jīng)過進一步濾波放大，因此 需要設計信號調(diào)理電路，同時控制核心需要構(gòu)建相關(guān)輸入輸出模塊及人際交互設備，因此 需要對主控單元電路進行設計。同時還需要設計直流電機驅(qū)動電路。(3)基于卡爾曼濾波的數(shù)據(jù)融合：由于陀螺儀測量的角速度只在短時間內(nèi)穩(wěn)定而加速 度傳

27、感器的自身白噪聲很嚴重，因此根據(jù)其互補特性設計卡爾曼濾波器以得到準確穩(wěn)定的 角度和角速度。PID控制算法：包括兩路閉環(huán)控制。小車的傾角閉環(huán)控制以及直流電機的閉環(huán)速度 控制。論文章節(jié)安排第一章：緒論，介紹兩輪自平衡車的發(fā)展歷史、研究方向及應用前景，然后闡述課題 的研究目標及主要內(nèi)容。第二章：系統(tǒng)原理闡述與分析，對小車的運動進行建模，分析陀螺儀與加速度計的特 性并對濾波算法進行闡述，介紹 PID控制器的設計。第三章：系統(tǒng)硬件設計，介紹兩輪子平衡車硬件系統(tǒng)的組成與設計，主要介紹單片機 最小系統(tǒng)、陀螺儀信號放大電路、電機驅(qū)動電路等。第四章：系統(tǒng)軟件設計，介紹單片機初始化，濾波算法及控制算法，闡述各模塊

28、軟件常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）設計方法。第五章：系統(tǒng)調(diào)試，介紹濾波算法的效果與參數(shù)調(diào)整方法，PID參數(shù)整定、電機、編碼器等模塊的調(diào)試效果，對調(diào)試結(jié)果進行分析。第六章：總結(jié)與展望，總結(jié)本設計各模塊，并對兩輪自平衡小車的優(yōu)化方向進行了簡要闡述。常熟理工學院畢業(yè)設計(論文)統(tǒng)原理分析控制系統(tǒng)要求分析根據(jù)系統(tǒng)要求，小車必須要能夠在無外界干預下依靠一對平行的車輪保持平衡，并完 成前進，后退，左右轉(zhuǎn)彎等動作。分析系統(tǒng)要求可知，保持小車直立和運動的動力都來自 于小車的兩只車輪，車輪由兩只直流電機驅(qū)動。因此，從控制角度來看，可以將小車作為 一個控制對象，控制輸入量是兩個車輪的轉(zhuǎn)動速度。整個控制系統(tǒng)可以分為三

29、個子系統(tǒng)：(1)小車平衡控制：以小車傾角為輸入量，通過控制兩個電機的正反轉(zhuǎn)保持小車衡。(2)小車速度控制：在保持平衡的基礎上，通過調(diào)節(jié)小車傾角實現(xiàn)對速度的控制，實際 上還是演變?yōu)閷﹄姍C的控制實現(xiàn)小車的速度控制。(3)小車方向控制：通過控制兩個電機間的轉(zhuǎn)速不同實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。小車直立和方向控制任務都是直接通過控制車模兩個后輪驅(qū)動電機完成的，而速度控 制則是通過調(diào)節(jié)小車傾角完成的。小車不同的傾角會引起車模的加減速，從而達到對小車 速度的控制。三個子系統(tǒng)各自獨立進行控制。由于最終都是對同一個控制對象(小車的電機)進行 控制，所以各個子系統(tǒng)之間存在著耦合。為了方便分析，在分析其中之一時，假設其它控 制對象都

30、已經(jīng)達到穩(wěn)定。比如在速度控制時，需要小車已經(jīng)能夠保持直立控制；在方向控 制時，需要小車能夠保持平衡和速度恒定；同樣，在小車平衡控制時，也需要速度和方向 控制已經(jīng)達到平穩(wěn)。這三個任務中保持小車平衡是關(guān)鍵。由于小車同時受到三種控制的影 響，從小車平衡控制的角度來看，其它兩個控制就成為干擾。因此對小車速度、方向的控 制應該盡量保持平滑，以減少對平衡控制的干擾。以速度調(diào)節(jié)為例，需要通過改變車模平 衡控制中小車傾角設定值，從而改變車模實際傾斜角度，達到速度控制的要求。為了避免 影響車模平衡控制，這個車模傾角的改變需要非常緩慢的進行。其中平衡控制是系統(tǒng)的最 基本要求，也是整個控制系統(tǒng)的難點。平衡控制原理分

31、析控制小車平衡的直觀經(jīng)驗來自人類日常生活經(jīng)驗。如人類身體擁有豐富的感知器官， 通過大腦調(diào)節(jié)便可以控制腰部及腿部肌肉保持人體的直立。而一般人通過簡單訓練就可以 讓一根直木棍在手指尖保持直立不倒。這需要兩個條件：一個是托著木棍的手指可以自由 移動；另一個是人的眼睛可以觀察木棍的傾斜角度與傾斜趨勢(角速度)。這兩個條件缺一不可，實際上這就是控制系統(tǒng)中的負反饋機制，如圖 2-1所示。常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）圖2-1保持木棍直立的反饋控制系統(tǒng)自平衡車的控制也是通過負反饋來實現(xiàn)的，與在指尖保持木棍直立比較則相對簡單。 由于小車只依靠兩個車輪著地，車輪與地面會發(fā)生相對滾動使得小車傾斜。而小車上裝載 的姿

32、態(tài)檢測系統(tǒng)能夠?qū)π≤嚨膬A斜狀況進行實時檢測，通過控制器控制車輪轉(zhuǎn)動，抵消在 這個維度上的傾斜力矩便可以保持小車平衡，如圖 2-2所示。前進后仲）后退糾正后仰）前遴糾正前修）圖2-2通過車輪轉(zhuǎn)動保持小車平衡自平衡小車數(shù)學模型兩輪自平衡小車受力分析為了準確控制車輪轉(zhuǎn)動，保持小車始終穩(wěn)定的直立平衡，需要對自平衡車進行運動學 分析并建立其數(shù)學模型，從而更好的設計控制系統(tǒng)。為了更加直觀的分析系統(tǒng)受力情況，下面將直立小車與單擺模型進行對比說明小車的 受力情況。重力場中使用細線懸掛的重物經(jīng)抽象化便形成理想化的單擺模型，兩輪自平衡車可以 看作一級倒立擺模型進行分析，如圖 2-3所示。常熟理工學院畢業(yè)設計（論文

33、）單擺模型m一級倒立擺模型圖2-3小車抽象為一級倒立擺模型對普通單擺進行受力分析如圖2-4所示。圖2-4單擺受力分析當物體離開平衡位置后便會受到重力與線的合作用力，驅(qū)使物體回復至平衡位置。這 個力稱為回復力，其大小為：F = -mg sin 日（式 2-1）在偏移角很小情況下，回復力與偏移角之間的大小成正比，方向相反。在此回復力的 作用下，單擺進行周期運動。由于空氣阻力的存在，單擺最終會停止在平衡位置?？諝庾?尼力與單擺的速度成正比，方向相反。阻尼力越大，單擺會越快停止在平衡位置?？傻贸?， 單擺保持平衡的條件有兩點：（1）受到與偏移相反的回復力作用；（2）受到與運動速度相反的阻尼力作用。如果沒

34、有阻尼力，單擺會在平衡位置左右晃動而無法停止。如果阻尼力過?。ㄇ纷枘幔?，常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）單擺會在平衡位置震蕩。阻尼力過大（過阻尼）則導致單擺恢復平衡時間加長。因而存在一個臨界阻尼系數(shù)，使單擺穩(wěn)定在平衡位置所需時間最短。對靜止的一級倒立擺模型進行受力分析 （不考慮車輪與地面的滾動摩擦力），如圖2-5 所示。mg sin 二圖2-5 一級倒立擺模型受力分析圖由一級倒立擺模型靜止時的受力分析可知，其回復力大小為:（式 2-2）F = mgsin靜止的倒立擺之所以不能像單擺一樣可以穩(wěn)定在平衡位置，是因為在偏離平衡位置時 所受回復力與其偏移方向相同，而不是相反，因此不能回復至平衡位置，而是加

35、速偏離垂 直位置直至傾倒。經(jīng)分析可知，要控制倒立擺使其能夠與單擺一樣能夠回復至平衡位置并保持穩(wěn)定有兩 種方案。一種是改變重力方向；另一種是在系統(tǒng)中增加另外一種力使合回復力與偏移方向 相反。顯然，只能通過第二種方法實現(xiàn)倒立擺的平衡，即在系統(tǒng)中額外增加一種力使合回 復力與偏移方向相反。根據(jù)牛頓第一運動定律（即慣性定律），任何一個物體在不受外力或受平衡力的作用 時，總是保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，直到有作用在其上面的外力迫使其改變這種 狀態(tài)為止。牛頓運動定律只在慣性參考系中成立。在非慣性參考系中，由于慣性的存在， 物體會受慣性力。通過控制倒立擺底部車輪，使其做加速運動。在此條件下再次分析倒立擺受

36、力情況， 如圖2-6所示。常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）由于車輪做加速運動，倒立擺會受額外的慣性力作用。假設車輪運動使倒立擺具有的加速度為a。選取地面為參考的慣性系，根據(jù)牛頓第二定律可知倒立擺受到的慣性力為：Fg=macos（式 2-3）這樣，倒立擺所受到的合回復力為：F = mgsin日-macos9（式 2-4）在平衡控制系統(tǒng)中，可控偏移角8較小，對其進行線性化。假設控制系統(tǒng)中車輪加速度a與偏移角9成正比關(guān)系，比例系數(shù)為ki ,則式2-4可變換為：F = mg9 - me（式 2-5）若比例系數(shù)g （重力加速度），則倒立擺所受合回復力的方向即與偏移方向相反。這樣，倒立擺便可以回復平衡位置，但

37、是其調(diào)整時間過長。為提高倒立擺調(diào)整時間，需要加入阻尼力。增加的阻尼力與偏移角速度成正比，方向相反，因此式（2-5）可變?yōu)椋篎 = mg9 mR日mk2H （式 2-6）這樣車輪需要提供的加速度即為：a = mki9 + mk29 （式 2-7）式中8為傾角，夕為傾角速度，ki、k2為比例系數(shù)。由式2-7可知，只有當kig時， 倒立擺才能穩(wěn)定到垂直位置。k2為阻尼系數(shù)，合適的阻尼系數(shù)可以使倒立擺盡快回復至穩(wěn) 定位置。自平衡小車運動微分方程已知自平衡車高度為l ,質(zhì)量為m,將其抽象為一級倒立擺，并將倒立擺至于可水平移動的小車上。假設其受外力干擾引起的車體角加速度為 x（t）,沿垂直于車體方向進行受

38、 力分析如圖2-7,可以得到自平衡車傾角與車輪移動加速度為 a（t）以及外力干擾帶來的加速常熟理工學院畢業(yè)設計(論文)度x(t)之間的運動方程圖2-7外力干擾條件下的小車受力分析小車運動微分方程表達式如式2-8:2l d2。tdt2= gsinF（t ：l a t cos（t i ，lx t（式 2-8）當傾角e很小的時候，可以進行線性化處理：cos(0)-1sin(0)-6 ,運動微分方程可 簡化為:（式 2-9）（式 2-10）d2u tl = g t -at lx t dt自平衡車靜止時a t =0,其運動微分方程為:d% tl = g t lx t dtPID控制器設計PID控制器原理

39、當今的自動控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比 較和執(zhí)行。測量系統(tǒng)需要控制的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的 響應。在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、 工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。PID控制器由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。其輸入e (t)與 輸出u (t)的關(guān)系為：u t = Kp e t1 t e t dt TdTi 0de（t Fdt 一（式 2-11）10常熟理工學院畢業(yè)設計

40、（論文）其中Kp為比例系數(shù)；工為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。PID控制器具有原理簡單、使用方便、適應性強、魯棒性強、對模型依賴少等特點, 因此使用PID控制器實現(xiàn)兩輪自平衡車的控制是完全可行的。PID控制器設計由小車靜止時其運動方程可得到系統(tǒng)輸入輸出傳遞函數(shù)：。S（式 2-12）H s =X s此時系統(tǒng)具有兩個極點：sp = 一 g0其中一個極點位于S平面的右半平面。根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)可知系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此小車在靜止狀態(tài)不能保持平衡56 o由小車受力分析可知小車平衡的條件是提供額外的回復力及阻尼，其來源為車輪與地 面的摩擦力。由式2-7可知，車輪提供的加速度的大小是根據(jù)角度 e及角速度日

41、的反饋得出，因此需要在控制系統(tǒng)中引入角度 日及角速度日構(gòu)成比例（P）微分（D）反饋環(huán)節(jié)，如圖2-8所示。（式 2-13）G s1x s 2 k2 Q K - g s sl l此時，系統(tǒng)的兩個極點為s _-k2Vk2-4l（k1-。根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)可知，p2l系統(tǒng)穩(wěn)定需要兩個極點都位于 s平面的左半平面。要滿足這一點，需要 k1g, k20o由此 可得出結(jié)論，但k1g, k20時，小車可以保持平衡，這也與上文中小車受力分析的結(jié)果相11常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）符。在反饋環(huán)節(jié)中，與角度8成比例的控制量稱為比例控制；與角速度成比例的控制量稱 為微分控制（角速度是角度的微分）。因此上面系數(shù)ki,

42、 k2分別稱為比例和微分控制參數(shù)。 其中微分參數(shù)相當于阻尼力，可以有效抑制自平衡車振蕩?？刂葡到y(tǒng)的輸出量為電機控制量，因而小車平衡控制的PID控制器的輸出方程可寫為：OUT_Motor=Kp*Angle+Kd*Angle_dot（式 2-14）式2-14中，OUT_Motor為PID控制輸出量，Angle為反饋傾角值，Angle_dot為反饋 角速度值，Kp和Kd分別為比例系數(shù)及微分系數(shù)。姿態(tài)檢測系統(tǒng)兩輪自平衡車不同于普通傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的小車，是一種本質(zhì)不穩(wěn)定非線性系統(tǒng)。需要不斷 調(diào)整自身角度，以實現(xiàn)動態(tài)平衡。因此需要實時檢測自身傾角，再進行合理調(diào)整，就可以 實現(xiàn)動態(tài)平衡，因而姿態(tài)檢測成為控制小車直

43、立平衡的關(guān)鍵。慣性導航是依據(jù)牛頓慣性原理，利用慣性元件來測量運載體本身的加速度，經(jīng)過積分 和運算得到速度和位置，從而達到角度、角速度、位置等姿態(tài)檢測的目的。其工作時不依 賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾，是一種自主式導航系統(tǒng) 78。MEMS慣性器件具有體積小，耐沖擊，壽命長，可靠性高，成本低等特點，非常適于 構(gòu)建微型捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用MEMS加速度計和陀螺儀構(gòu)成自平衡車的姿態(tài)檢 測系統(tǒng)。陀螺儀陀螺儀是一種用高速回轉(zhuǎn)體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個 或二個軸的角運動檢測裝置，可以用于檢測角速度。本系統(tǒng)使用的陀螺儀是日本村田公司 基于壓電陶瓷技術(shù)的單軸陀螺儀

44、 ENC-03,其實物如圖2-9所示。其利用了旋轉(zhuǎn)坐標系中的 物體會受到科里奧利力的原理，在器件中利用壓電陶瓷做成振動單元。當旋轉(zhuǎn)器件時會改 變振動頻率，從而反映出物體旋轉(zhuǎn)的角速度。ENC-03體積小，響應快，功耗低，成本低。采用模擬量輸出，檢測范圍可達土 300deg/sec度每秒），靈敏度為0.67mv/deg/sec圖2-9陀螺儀ENC-03陀螺儀直接輸出角速度，將角速度進行積分便可以得到角度。陀螺儀輸出數(shù)據(jù)噪聲較12常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）少，短時誤差較小。由于陀螺儀及其放大電路存在溫漂，且需要經(jīng)過積分運算，最終會導 致誤差累積，致使檢測結(jié)果出錯。因此不能直接利用陀螺儀的積分結(jié)果作

45、為可以直接使用 的角度間8。加速度計加速度計是一種利用檢測質(zhì)量塊的慣性力來測量載體加速度的敏感裝置，分為線加速 度計和角加速度計。本系統(tǒng)采用飛思卡爾公司利用 MEMS微電子技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)的三軸加速 度計MMA7260 o MMA7260是一種低g值、小量程線性加速度傳感器，在不運動或不受 重力作用（0g）條件下輸出為1.65V,最大測量范圍0-6g,靈敏度最高可到800mV/g, MMA7260實物如圖2-10所示。圖2-10加速度計MMA7260加速度計可以直接通過反三角函數(shù)計算出小車傾斜角度，但是其對震動非常敏感，輸 出值中含有大量噪聲，而且其輸出的值是小車運動加速度與重力加速度的混合數(shù)據(jù)。

46、因此 不能直接使用。通過示波器連接陀螺儀與加速度計可以觀察其輸出波形，如圖 2-11 o圖2-11陀螺儀與加速度計輸出波形（131為陀螺儀輸出，2為加速度計輸出）常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）基于卡爾曼濾波的數(shù)據(jù)融合雖然單一慣性傳感器就可以單獨進行姿態(tài)角度檢測，但是其準確性主要取決于慣性器 件的精度，單從改善硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝方面難以有很大幅度的提高，并且系統(tǒng)誤差會隨 時間累積，不適用于長時間姿態(tài)檢測。由于利用單一傳感器（陀螺儀或加速度計）難以獲 得相對真實的小車姿態(tài)角度，出于對系統(tǒng)測量姿態(tài)角度準確性的考慮，本系統(tǒng)采用多傳感 器信號進行數(shù)據(jù)融合，以獲得最佳姿態(tài)角度910。多傳感器數(shù)據(jù)融合是一個非

47、常重要的研究內(nèi)容，只有采用最適合的融合方法才能獲得 最佳的效果。常用數(shù)據(jù)融合方法有加權(quán)平均法，神經(jīng)網(wǎng)絡法等。加權(quán)平均法是一種簡單的 融合方法，故其運算精度很差；神經(jīng)網(wǎng)絡法具有很好的非線性和有效的自學能力，但是其 涉及的模型構(gòu)建，參數(shù)優(yōu)化非常復雜，不適用于本系統(tǒng)。國外有研究者根據(jù)加速度計與陀 螺儀的互補特點研究出互補濾波算法，其簡單明了并且具有較好的實時性與穩(wěn)定性，能夠 較好的融合出姿態(tài)角度?？紤]到本系統(tǒng)使用的慣性器件特性較差，互補濾波在本質(zhì)原理上 不能彌補器件特性缺陷，故本系統(tǒng)采用卡爾曼濾波算法作為數(shù)據(jù)融合方法。1960年卡爾曼發(fā)表了著名的用遞歸方法解決離散數(shù)據(jù)線性濾波問題的論文。隨著數(shù)字計算

48、技術(shù)的進步，卡爾曼濾波器得到了越來越廣泛的應用和推廣，尤其是在自主或協(xié)助導 航領(lǐng)域?？柭鼮V波器與大多數(shù)濾波器不同之處，在于其是一種純粹的時域濾波器，不需 要像低通濾波器等頻域濾波器那樣，需要在頻域設計再轉(zhuǎn)換到時域?qū)崿F(xiàn)。對于解決大部分 的問題，是最優(yōu)，效率最高甚至是最有用的?？柭鼮V波器的廣泛應用已經(jīng)超過30年，包括機器人導航，控制，傳感器數(shù)據(jù)融合甚至在軍事方面的雷達系統(tǒng)以及導彈追蹤等等。近年來更被應用于計算機圖像處理，例如頭臉識別，圖像分割，圖像邊緣檢測等等1112?？柭鼮V波器是一種高效率的遞歸濾波器（自回歸濾波器），能夠從一系列的不完全及 包含噪聲的測量中，估計動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)?？柭鼮V波

49、器不僅能估計信號的過去和當前狀 態(tài)，甚至能估計將來的狀態(tài)。卡爾曼濾波器解決離散時間控制過程的一般方法，首先定義模型線性隨機微分方程。假設卡爾曼濾波模型k時刻真實狀態(tài)是從（k-1）時刻推算出來，如下式Xk = AXk BUk Wk（式 2-15）式2-15中，Xk是k時刻狀態(tài)；A是k-1時刻狀態(tài)變換模型；B是作用在控制器向量Uk上的輸入控制模型；Wk是過程噪聲，假設其均值為零，協(xié)方差矩陣 Qk符合多元正態(tài)分布：Wk N（0,Qk）（式 2-16）14常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）k時刻對應真實狀態(tài)Xk的測量Zk滿足下式:（式 2-17）Zk = HkXkVk式2-17中Hk是觀測模型，將真實控制映

50、射為觀測空間；Vk為觀測噪聲，其均值為零,協(xié)方差矩陣R符合正態(tài)分布：（式 2-18）Vk N（0,RJ初始狀態(tài)以及每一時刻的噪聲都認為是互相獨立的?？柭鼮V波器的操作主要包括兩個階段：預估與更新。在預估階段，濾波器根據(jù)上一 時刻狀態(tài)，估算出當前時刻狀態(tài)；在更新階段，濾波器利用當前時刻觀測值優(yōu)化在預估階 段獲得的測量值，以獲得一個更準確的新估計值1112130卡爾曼濾波器迭代過程如下：.先驗狀態(tài)估計：義卜=AX + Bu-1（式 2-19）.先驗估計誤差協(xié)方差Pkk=APjAT+Q（式 2-20）.卡爾曼增益Kk = Pk k=HT（HPkHT +R）（式 2-21）k k 1k k 1.后驗狀

51、態(tài)估計?k = Xk |k J Kk（Zk - H?k |o）（式 2-22）.后驗誤差協(xié)方差Pk =（I -KkH）Rk（式 2-23）在上面各式中：A：作用在見上的n階矩陣；B:作用在控制向量線上的nX1輸入控制矩陣；H: mxn觀測模型矩陣，將真實狀態(tài)空間映射為觀測空間；Pk|ki： nxn先驗估計誤差協(xié)方差矩陣；R ： nxn后驗估計誤差協(xié)方差矩陣；15常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）nx n過程噪聲協(xié)方差矩陣；m x m過程噪聲協(xié)方差矩陣；I: n階單位矩陣；Kk ： nXm矩陣，稱之為卡爾曼增益。2.6本章小結(jié)本章闡述了小車平衡控制原理與所需條件。對小車進行受力分析，構(gòu)建了小車的運動

52、模型并提出了小車的運動微分方程。解算出小車運動控制的傳遞函數(shù)并利用自動控制理論 進行了分析，設計了兩輪自平衡車的 PID控制器。介紹了本系統(tǒng)使用的姿態(tài)檢測傳感器, 分析了其性能特點。簡述了卡爾曼濾波器原理及其設計流程。16常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）3.系統(tǒng)硬件電路設計本系統(tǒng)硬件電路的設計目標為：可靠、高效、簡潔?？煽啃允窍到y(tǒng)設計的第一要求， 因此對電路設計的所有環(huán)節(jié)都進行了電磁兼容性設計，做好各部分的接地、屏蔽、濾波等 工作，將高速數(shù)字電路與模擬電路分開，從而大大提高本系統(tǒng)工作的可靠性。系統(tǒng)主要由 以下幾個模塊組成：MC9S12XS128單片機最小系統(tǒng)硬件設計、電源模塊硬件設計、傾角 傳感器

53、信號調(diào)理電路設計、電機驅(qū)動電路設計、速度檢測電路。系統(tǒng)硬件設計圖如下:圖3-1硬件設計總體框圖3.1 MC9SXS128單片機介紹本系統(tǒng)采用飛思卡爾公司（原摩托羅拉公司半導體事業(yè)部）的MC9s12XS128單片機為控制核心。該單片機是飛思卡爾公司的16位HCS12系列單片機，簡稱 S12系列。MC9s12XS128是HCS12系列的增強型產(chǎn)品?；?S12的CPU內(nèi)核，可達到25MHz的 HCS12的25倍性能。S12X系列增加了 172條額外指令，可以執(zhí)行32位計算（共280條 指令），總線頻率最高可以達到40MHz,改進了中斷處理能力。S12X系列的CPU采用復 雜指令集CISC架構(gòu)，集成

54、了中斷控制器，有豐富的尋址方式。中斷有7個優(yōu)先級并且內(nèi)核支持優(yōu)先級的調(diào)度，最多可有 117個中斷源，S12X可訪問最多8M的全部存儲空間（包 括片內(nèi)和片外資源）14150MC9s12XS128采用的是5V供電，芯片內(nèi)部含有128K的Flash存儲器，8K的RAM ,17常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）8K的EEPROM,兩路串行通信接口（ SCI）, 一路串行外圍接口（ SPI）,八路定時器通 道，兩個（80引腳為一個）八路可調(diào)轉(zhuǎn)換精度的 A/D 口，八路PWM輸出，91 （80引腳 為59）個離散數(shù)字I/O 口 1516, 一個MSCAN模塊.其功能模塊如圖3-2所示。圖3-2 MC9S12XS

55、128單片機功能模塊示意圖一、MC9s12XS128 主要特性1）最高總線速度從25MHz提升到40MHz;2）增加GPags RPags EPage頁面寄存器，可以實現(xiàn)8MB存儲空間連續(xù)尋址；3）以內(nèi)存代替EEPROM,編程簡化；4）電源供電簡化，不在需要外部 PLL濾波電路器件；5） A/D從10位精度升為12位精度；6）內(nèi)部有容錯、糾錯功能ECC;7） CCR由8位改為16位，增加3個優(yōu)先級位，將中斷源細分為 7級；8） SPI支持16位操作；9）有存儲保護設置、定時器功能增強，有四通道 24位周期中斷定時器；10）不再支持模糊邏輯指令。二、通用寄存器S12X系列單片機的中央處理器 CP

56、U12X由以下三部分組成：算術(shù)邏輯單元 ALU、控 制單元和寄存器組。通常外部采用 8MHz或16MHz石英晶體振蕩器，可通過內(nèi)部鎖相環(huán) 使片內(nèi)總線速度提升到最高120MHz,尋址方式有16種。內(nèi)部寄存器組中的寄存器、堆棧 指針和變址寄存器均為16位。CPU12X的累加器D是16位的，但是可分別看成兩個8位 累加器A和B。CPU12X的寄存器組包括如下5個部分。16為累加器D或8位累加器A和B;16位變址寄存器X和Y,用來處理地址，可分別用于源地址和目的地址指針型18常熟理工學院畢業(yè)設計(論文)變量運算；16位堆棧指針寄存器SP;16位程序計數(shù)器PC,運行時指向下一條指令的地址；16位條件碼寄

57、存器CCR,在這一點上和CPU12不同，要特別注意。三、功能模塊MC9S12XS128所擁有的增強型輸入捕捉定時器的特性如下：16位自由運行時鐘，8位預分頻因子；8個16位輸入捕捉或輸出比較；1個16位脈沖累加器。MC9S12XS128的脈寬調(diào)制模塊(PWM )可設置成8通道8位或者4通道16位，占 空比可編程，脈沖波形可中心對齊或邊緣對齊。MC9s12XS128的異步串行接口 SCI有兩個，可選用普通非歸零碼或 卜DA1.4歸零碼; 支持LIN總線協(xié)議；有一個同步串行外設接口 SPIoMC9s12XS128的J、H和P 口有位輸入信號跳變沿產(chǎn)生中斷、喚醒 CPU功能，根據(jù) 封裝，最多可有20

58、個帶位中斷的引腳。MC9s12XS128時鐘發(fā)生器可使用范圍216MHz的外部晶振頻率，通過鎖相環(huán)頻率合 成器產(chǎn)生更高單片機內(nèi)部總線周期。當外部時鐘缺失時，內(nèi)部提供自時鐘方式，直到外部 時鐘恢復為止。單片機最小系統(tǒng)設計本設計采用Freescale公司16位單片機MC9s12XS128為控制器，最小系統(tǒng)原理圖如 圖3-3所示，主要包括單片機供電、復位電路、時鐘電路以及 BDM接口電路。由于單片 機內(nèi)部集成了 PIM、TIM、PWM、SPI、SCI、ECT、CAN、AD、PIT等模塊，因此使用方 便。19常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）C8ToJSS1/PWM3/KWP3/PP3SCK1/PWM2/K

59、WP2/PP2MOSI1/PWM1/KWP1/PP1MISO1/PWM0/KWP0/PP0IOC0/PT0IOC1/PT1IOC2/PT2IOC3/PT3VDD1VSS1IOC4/PT4IOC5/PT5IOC6/PT6IOC7/PT7MODC/TAGHI/BKGDADDR0/DATA0/PB0ADDR1/DATA1/PB1ADDR2/DATA2/PB2ADDR3/DATA3/PB3ADDR4/DATA4/PB42 OS M P W K 4 M W PS iM/W )5 MW 2 X K D C DWK M WB P A A D D D AB P /A ，A iR /D 1D 1A iB C A

60、 OR N5ED&EPLPI/AD o M SEDMEPPLbDOMbxdpunac ydo MP xssvBXTiUNAC XT MP4EDJKLCES00ON Ac YTn NACXTAO MP -OF MkuN ACXDI nacyr/2 MPRDDVRssv.s o N Ac XDU NACXRT2N Ac XRT4 MPkcq4nac xtiun Ac XJT2 NACXTT5 M p-NE GER V lcq4n Ac YM.4/J wADQW4 NACXRrKy wD X SAssvOD yrlosp1R VTEQERlpddvL ATXE LLPSSVCFXTQPTl-FgT9