智能车电磁组报告.docx

目 录一学分认定书 XX二实验报告 XX三. 智能车制作研究报告 XX四心得体会 XX五.附录：程序源代码 XX(要求：给出一级目录，宋体加粗，四号字,1.5倍行距。)一学分认定书（每个队员1份）二实验报告实验一. 通用输入输出口和定时中断一、实验目的1. 掌握 MC9S12XS128 汇编语言对通用端口的操作指令。2. 掌握程序中指令循环和跳转的方法。3. 学会使用程序延时，并会大概估算延迟时间。二、实验任务1. 将 PORTA 口接八位DIP 开关，PORTB口接七段数码管显示，PORTK控制四个数码管其中某一个显示。2. 采用定时中断方式，利用八位DIP 开关输入二进制数，数码管显示其十进制数。三、实验内容实验中每个通用输入输出端口要用到的寄存器都有两个，端口定义寄存器和端口方向寄存器。以 A 端口为例，端口定义寄存器为PORTA和端口方向寄存器为DDRA。在MC9S12XS128的DATASHEET 上可以查到DDRA的地址是0x00(输入), DDRB的地址是0xFF(输出), DDRK的地址是0xFF(输出)。则初始化端口PORTA、PORTB、PORTK的语句为: void initGPIO(void) DDRA = 0x00; DDRB = 0xFF; DDRK= 0xFF; 置0 表示该位为接受输入位，置1 表示该位为输出位。 MC9S12DP256/DG128 中可以使用实时时钟或增强型定时器来完成定时功能，二者是相互独立的。本实验中用实时时钟定时。实时时钟的可以通过对外部晶振分频而得到一个定时中断。RTICTL 是实时时钟控制寄存器，向该寄存器写入内容，通过查表会得到一个分频因子，外部晶振除以分频因子就是中断的频率了。因为外部晶振频率是16MHz，要得到1ms中断一次，需要16000分频。在MC9S12XS128的DATASHEET 上可以查到RTICTL设置为0x8F, 中断允许寄存器CRGINT设置为0x80（开中断）。则初始化中断程序为：void InitRTI(void) RTICTL = 0x8F; CRGINT = 0x80; 一但进入中断，即开始读PORTA口的二进制数，并转换为十进制，通过PORTB口显示出来。由于是数码管动态显示，PORTK口控制四个数码管轮流显示。具体程序见开发板例程中SevenSegmentDigitalTube。四、思考题1.如果不用PORTA口做输入，直接让单片机内部从09999自动计数，并在PORTB口显示出计数过程，PORTK口控制四个数码管轮流显示，程序该如何改？对程序的修改如下：void interrupt 7 RTI_INT(void) time+; if(time =50) time=0; Count_Num+; LedData0 = Count_Num/1000%10; LedData1 = Count_Num/100%10; LedData2 = Count_Num/10%10; LedData3 = Count_Num%10; if(Count_Num =9999) Count_Num=0; PORTK = 0x01 = 4) LedNum = 0; CRGFLG = 0x80; 这样便可以在数码管中显示动态显示00009999，经试验检测该方法正确。实验二.A/D转换实验一、实验目的 了解 S12 单片机ADC 模块的使用方法。二、实验任务 用 S12 的ADC 模块将一路（或多路）模拟电平转换成数字量，并将转换结果显示在数码管上，或者通过SCI 发送到PC 终端显示出来。三、实验内容1、与 S12 的ADC 模块相关的寄存器如下，各寄存器的详细定义可参阅datasheet。 ATDCTL2：控制寄存器。主要设置A/D 标志位清除方式、A/D 采样触发方式、是否允许A/D 采样完成中断等。 ATDCTL3：控制寄存器。主要设置每次A/D 转换采样几路电平、采样结果的存储方式等。 ATDCTL4：控制寄存器。主要设置A/D 转换精度、A/D 转换时钟频率等。 ATDCTL5：控制寄存器。主要设置A/D 转换结果的对齐方式和数据类型，以及A/D 的采样模式（连续采样/单词采样，顺序转换/单通道转换等） ATDSTAT0：状态标志寄存器。包括A/D 转换完成标志，出错标志、转换结果存储索引等标志位。ATDTEST1：测试寄存器。 ATDSTAT1：标志寄存器。标识一次A/D 转换中各通道的完成情况。 以上寄存器的具体内容和其他与 ADC 模块相关的寄存器请参看datasheet 相应章节。 2、本实验采取AN14单通道连续AD转换模式，且结果存放在ATD0DR0L中, 转换序列长度为1，转换精度为8位，在freeze模式下继续转换。通过查看datasheet，得出ATD0初始化程序如下：void ATD0_init(void) ATD0CTL1=0x0e; /转换精度为8位，从AN14通道转换 ATD0CTL2=0x40; /禁止外部触发, 中断禁止 ATD0CTL2_ASCIE = 1; /允许中断 ATD0CTL3=0x88; /转换序列长度为1，在freeze模式下继续转换 ATD0CTL4=0xFF; ATD0CTL5=0x2E; /单通道连续AD转换模式 具体程序见开发板例程中testAN14。四、预习要求（1）参考datasheet 明确ADC 各寄存器的作用，主要思考以下问题： 1A/D 转换的时钟应该是多少？如何设置分频因子？答：A/D 转换的时钟应该是如下：其中PRS为ATDCLT4中的后五位。2A/D 转换如何启动？有几种启动方式？分别如何设置相关寄存器？答：可以用ATD0CLT2去给ATD模块上电，有五种上电（触发方式）分别如下：设置ATD0CLT2中的1012位。第10位为0时忽略外部触发，为1时则使用内部触发。但第十位为1时，前两位为00，01,10,11，分别对应下降沿触发，上升沿触发，低电平触发，高电平触发。3每次A/D 转换启动那几路电平采样？采样结果如何存储（注意FIFO 的A/D 转换模式）？采样结果的数据类型（8 位/10 位？左对齐/右对齐？有符号数/无符号数？）？ 答： 每次启动那一路转化得看ATD0CTL5中的设置。采样结果的储存也是在该寄存器控制的。采样结果的位数也是该寄存器控制。如ATD0CTL5 = 00110000时该结果为左对齐无符号型数据是连续转化，多通道转化。并且从0通道开始转化。4如何判断A/D 转换是否结束？如何清标志位？答：从ATD0START1_CCF0 = 0 时转化完成。 （2）如何实现多通道转换？答：ATD0CTL5中的第四位置1。五、实验现象 开发板通电后，用起子旋转电位器，发现数码管上数字从0255连续变化。 实验三、PWM 模块实验一、实验目的1 学习使用 PWM 模块。2 用 PWM 实现小型直流电机调速和舵机转向。二、实验任务1、使用单片机内部PWM 模块调制产生不同脉宽的方波，实现小型直流电机调速和舵机转向。2、将 PORTA 口接八位DIP 开关，PORTB口接七段数码管显示，PORTK控制四个数码管其中某一个显示，数码管动态显示原理同实验1。拨码开关高两位控制舵机，当为00，11代表舵机转到正中央，为10，01代表舵机分别左转右转。拨码开关低六位控制电机，表示PWM占空比。数码管第一位显示舵机控制方向，后两位显示电机占空比。三、实验内容 1. PWM 模块共有28 个寄存器，其中8 个为系统保留寄存器，具体介绍如下： PWM 启动寄存器（PWME） 本寄存器的 8 个bits 分别用来开关8 路PWM 的通道。PWM 极性寄存器（PWMPOL）本寄存器的 8 位bits 分别用来设定8 路PWM 通道输出波形的起点电平。 PWM 预分频寄存器（PWMPRCLK）本寄存器用来设定 ClockA 和ClockB 的预分频因子。 ClockA 分频寄存器（PWMSCLA）本寄存器提供 PWM 模块操作时的几个控制位。 PWM 通道周期寄存器(PWMPERx)此 8 个寄存器分别为8 个通道设定方波的周期。 PWM 通道脉宽寄存器(PWMDTYx)此 8 个寄存器分别为8 个通道设定脉宽。 PWM初始化程序如下： void initPWM(void) PWME=0x00; /关闭所有PWM通道 PWMPOL = 0xFF; /PWM极性选择，选择一个周期开始时为高电平 PWMPRCLK = 0x22; /CLOCK A，B时钟分频，均选择从总线四分频 10M PWMSCLA = 5; /CLOCK SA从CLOCK A十分频，1M PWMSCLB = 5; /CLOCK SB从CLOCK B十分频，1M PWMCTL = 0xF0; /01级联，23级联，45级联，67级联 PWMCLK = 0xFF; /PWM始终选择，选择CLOCK SA SB为PWM时钟 PWMPER01=1000; /电机PWM正转频率1k PWMDTY01=0; PWMPER23=1000;PWMDTY23=0; /电机反转频率为1k PWMPER45=20000; /舵机PWM频率为50Hz PWMDTY45=STEER_CENTER; /舵机占空比 PWME_PWME3=1; PWME_PWME1=1; /电机PWM波开始输出 PWME_PWME5=1; /舵机PWM波开始输出 参考程序参见实验例程motorpwm四、实验现象拨码开关高两位控制舵机转向，当为00，11舵机在中央，为10，01舵机分别左转右转。拨码开关低六位控制电机，表示PWM占空比。数码管第一位显示舵机控制方向，后两位显示电机占空比。占空比越大，转速越大。四、电磁组实验信号处理一、实验步骤1、电磁传感器检测到信号2、单片机处理这些信号判断是否需要转向、减速二、实验内容1、电磁感器检测处理后为一模拟电平，需用到AD 转换程序。将光信号转换为数字量存在单片机中。接下来由单片机处理这些数，判断是否要转向。最简单的两个传感器布局，当导线在传感器中央时，相应的AD数值相同，导线偏向右边的传感器时，右边传感器的值变大，左边传感器值变小。本实验关键在于如何确定导线位置。 2、输入输出口和ATD 的初始化同前面的实验一和实验二，将程序运行后，打 开Data1 窗口，找出AD 转换后的数字值，应该在0-255 之间。将车子的左边电感对准黑色牵引线，观察两个传感器。理论上应该该电感的值最大，调解好放大器的应在160左右记录该数值（159），再将黑线想又移动，发现右边传感器的值逐渐增大，左边传感器的值逐渐减小。黑线一动到右边电感正下方时，将此电感的值调解到160左右，记录该数值（150）。而黑线偏出两个电感的范围时，两个传感器的值同时减小。 正常情况下小车检测中心线程序如下： /计算Line_center if(ad_data0+ad_data1100) Line_center = (int)(ad_data0)*160/159-(int)(ad_data1)*160/150; /归一化，差值计算中心线 Get_Line = 1; else Get_Line = 0; 根据检测到黑线的位置可以判断行车方向。参考程序见电磁基本程序。三. 智能车制作研究报告1.原理介绍可以确定电感相对于导线的位置，或者说可以确定导线相对于小车的分布2.电磁传感器首先由LC回路检测磁场，输出信号Singal1。通过放大电路INA128将信号放大通过获得负电源。因为放大后的电路频率依然为20KHz的周期信号，所以我们通过下面电路转换为稳定输出。在起跑线检测上我们用干簧管电路。幅值测量可以不使用检波电路，而直接将上述单管放大电路中，三极管集电极电压接入单片机的AD 端口，使用单片机直接采样交变电压信号只要保证单片机的 AD 采集速率大于20kHz 的5-10 倍，连续采集5-10 个周期的电压信号（大约100 数据左右），就可以直接从采集的数据中最大值减去最小值获得信号的峰峰值。假设采集了128 个数据： , 1,2, ,128 i x i= ，计算信号的峰峰值p p V 可以有下式计算：上面计算计算方法由于只用应用了数据的最大值、最小值，所得结果容易受到噪声的影响，所以还可以通过计算数据交流信号的平均值、有效值反映信号的幅值：上面所计算得到的 , ave e x x 等都与信号的峰峰值成单调关系，所以也可以用来进行计算位置差值信号。软件设计程序主要用到 S12 芯片中的PWM 模块， TIM 模块 、PIT 模块、 AD 模块、 I/O 模块 以及 SCI 模块等。PWM 模块主要用来控制舵机和电的运转； TIM 模块主要是用在了测速模块，捕捉中断并计算瞬时度。PIT模块用于设置定时中断； AD 模块主要用于读取传感器信息以判断黑线位置； I/O 模块主要是用来读取按键信息和控制数码管显示； SCI 模块只要用在无线串口传送模块。源码后附四心得体会 (每个队员都要提交心得体会) 五.附录：程序源代码#include /* common defines and macros */#include derivative.h /* derivative-specific definitions */*2012东南大学智能车竞赛电磁组Demo程序*电感信号分别接0,1口*/#define StrCnr 1500/*/初始化锁相环/将总线频率调整到40M/*/void InitPLL(void) CLKSEL=0x00; /禁止锁相环，时钟由外部晶振提供，总线频率=外部晶振/2 PLLCTL_PLLON=1; /打开锁相环 SYNR=0x49; REFDV=0x43; / pllclock=fvco=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=80MHz; POSTDIV = 0x00; _asm(nop); /BUS CLOCK=40M _asm(nop); while(!(CRGFLG_LOCK=1); / 等待锁相环初始化完成 CLKSEL_PLLSEL =1; / 使用锁相环 /*/初始化通用IO口/A口输入B口和K口输出/*/void InitGPIO(void) DDRA = 0x00; /A口输入 DDRB = 0xFF; /B口输出 DDRK = 0xFF; /K口输出/*/初始化PWM/*/void InitPWM(void) PWME=0x00; /关闭所有PWM通道 每位对应一个端口 PWMPOL = 0xFF; /PWM极性选择，选择一个周期开始时为高电平 PWMPRCLK = 0x22; /CLOCK A，B时钟频率为10M PWMCLK = 0xFF; /选择CLOCK SA SB为PWM时钟 PWMSCLA =5; /CLOCK SA频率为1M PWMSCLB =5; /CLOCK SB频率为1M PWMCTL = 0xF0; /设定PWM通道两两级联使用 PWMCAE=0; PWMPER01=100; /电机正转频率10k PWMDTY01=0; PWMPER23=100; /电机反转频率10k PWMDTY23=0; PWMPER45=20000; /设定舵机控制线的频率为50Hz PWMDTY45=StrCnr; /设定舵机初始位置 PWME_PWME3=1; PWME_PWME1=1; /电机PWM波开始输出 PWME_PWME5=1; /舵机PWM波开始输出 /*/初始化AD/*/ void InitATD(void) ATD0CTL0 = 0x0f; /多路转换时转换 ATD0CTL1_SRES = 2; /转换精度为12位 ATD0CTL1_SMP_DIS=1; ATD0CTL2_AFFC = 1; /中断标志位自动清零 /ATD0CTL2_ASCIE = 1; /一个序列传唤结束触发中断 /ATD0CTL3 = 0xC0; /结果寄存器对齐方式右对齐(ATD0CTL3_DJM=1)，转换序列长度为8(8路)，循环转换，freeze模式下继续转换 ATD0CTL3 = 0x80; ATD0CTL4_SMP = 0; / 采样周期为4个周期 ATD0CTL4_PRS = 19; /atdclk=busclk/(2*(19+1)=1M ATD0CTL5_SCAN = 1; /连续转换模式 ATD0CTL5_MULT = 1; /多通道采样 /*/初始化实时中断/*/ void InitRTI(void) RTICTL =0x9F; /2ms中断一次 void main(void) /* put your own code here */ InitPLL(); InitGPIO(); InitPWM();In