心形灯课程设计报告-论文

1、-PAGE . z光源循迹小车的控制与设计摘 要：本文介绍了利用光电传感器实现小车自动寻迹的设计与实现。自动寻迹是基于自动导引小车AGVauto-guided vehicle机器人系统，用以实现小车自动识别路线。本设计采用在白纸上画有黑色线条作引导路线，使用光电传感器感知导引线。系统控制核心采用ATmega单片机,系统驱动采用直流减速电机，驱动芯片为L298。该技术可以应用于无人驾驶机动车等领域。关键词：寻迹小车；ATmega；光电传感器；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 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc1983645111 系统设计任务及方案确定( P

4、AGEREF _Toc198364511 h 1)HYPERLINK l _Toc1983645121.1 设计任务及要求( PAGEREF _Toc198364512 h 1)HYPERLINK l _Toc1983645131.2 方案比拟与确定( PAGEREF _Toc198364513 h 1)HYPERLINK l _Toc198364514 单片机的选型( PAGEREF _Toc198364514 h 1)HYPERLINK l _Toc198364515 车体的选型( PAGEREF _Toc198364515 h 2)HYPERLINK l _Toc1983645161.2

5、.3 寻迹传感器模块的选型( PAGEREF _Toc198364516 h 2)HYPERLINK l _Toc1983645171.2.4 电机的选型( PAGEREF _Toc198364517 h 3)HYPERLINK l _Toc1983645182 光源寻迹小车的设计思路及总体构造( PAGEREF _Toc198364518 h 3)HYPERLINK l _Toc1983645192.1 设计与构思( PAGEREF _Toc198364519 h 3)HYPERLINK l _Toc1983645202.2 总体设计( PAGEREF _Toc198364520 h 3)H

6、YPERLINK l _Toc1983645213 系统硬件的设计( PAGEREF _Toc198364521 h 4)HYPERLINK l _Toc1983645223.1 单片机最小系统( PAGEREF _Toc198364522 h 4)HYPERLINK l _Toc1983645233.2 ATmega16芯片( PAGEREF _Toc198364523 h 5)HYPERLINK l _Toc1983645243.3 红外探测器的设计( PAGEREF _Toc198364524 h 8)HYPERLINK l _Toc1983645253.3.1 光电传感器( PAGER

7、EF _Toc198364525 h 8)HYPERLINK l _Toc1983645263.3.2 LM339芯片( PAGEREF _Toc198364526 h 9)HYPERLINK l _Toc1983645273.4 电机及电机驱动模块( PAGEREF _Toc198364527 h 10)HYPERLINK l _Toc1983645283.4.1 电机( PAGEREF _Toc198364528 h 10)HYPERLINK l _Toc1983645293.4.2 电机的驱动及L298芯片( PAGEREF _Toc198364529 h 10)HYPERLINK l

8、_Toc1983645303.5 PCB图制作( PAGEREF _Toc198364530 h 14)HYPERLINK l _Toc1983645314 系统软件的设计( PAGEREF _Toc198364531 h 16)HYPERLINK l _Toc1983645324.1 软件所实现的功能及软件流程( PAGEREF _Toc198364532 h 16)HYPERLINK l _Toc1983645334.1 系统设计流程图( PAGEREF _Toc198364533 h 18)HYPERLINK l _Toc1983645345 系统调试( PAGEREF _Toc1983

9、64534 h 20)HYPERLINK l _Toc1983645356 总结( PAGEREF _Toc198364535 h 21)光源寻迹小车系统设计任务及方案确定1.1设计任务及要求寻迹小车涉及到机械学、力学、光学、电子学等多方面的知识，是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在军事、民用和科技研究等方面已获得了应用，对解决道路交通平安提供了一种新的途径。本设计的任务是以ATmega16为核心，利用自制传感器识别黑色引导线，ATmega16控制集成H桥芯片驱动两个带减速机构的小直流电机，小直流电机分

10、别驱动左右车轮沿黑色引导线行驶。1.2方案比拟与确定单片机的选型方案1：核心芯片采用凌阳单片机，型号为SPCE061A,此单片机置32KWORD ROM，2KWORD SRAM，2个定时器，2个外部中断，1个串口，32个通用IO口，外部接32.768KHz的晶振，部通过PLL锁相环电路倍频后最高可达49.152MHz。系统可处于低功耗睡眠状态，并可通过外部中断唤醒，系统具有低电压复位和低电压检测功能，并自带看门狗复位，最主要的是置有在线仿真电路,极方便用户调试程序。因为是工业级芯片，价格偏贵。方案2：核心芯片采用型号为ATmega16。ATmega16是基于增强的AVR RISC构造的低功耗8

11、位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。比拟以上两种方案：本系统决定采用核心芯片为ATmega16的AVR单片机系统，因为AVR单片机在市场上十分容易购置,价格廉价。本系统比拟简单，不需要SPCE061A则复杂和大容量的ROM和RAM。车体的选型方案1：购置玩具电动车。购置的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动

12、，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。而且这种电动车一般都价格不菲。因此放弃了此方案。方案2：自己制作电动车。经过反复考虑论证，制定了左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩根本完全一样的直流电机进展驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速一样时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。在安装时保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点构造。这种构造

13、使得小车在前进时比拟平稳，可以防止出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。综上考虑，方案2更好，所以选择了方案2。 寻迹传感器模块的选型方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比拟器就可以输出上下电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。方案2：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射

14、，假设红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，假设接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器根本能够满足要求。综上考虑，方案2更适合本设计，所以选择方案2。 电机的选型方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以准确的定位，可以实现小车前进路程和位置的准确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其部由高速电动机提供原始动力

15、，带动变速减速齿轮组，可以产生较大扭力。经过综合考虑，选择方案2光源寻迹小车的设计思路及总体构造2.1设计与构思本设计是让小车在白色地板上循黑线行走，采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体外表具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是以否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。原理图如图1所示。图1 红外探测法承受原理2.2 总体设计本系统以

16、ATmega16为核心，利用自制传感器识别黑色引导线，ATmega16控制集成H桥芯片驱动两个带减速机构的小直流电机，小直流电机分别驱动左右车轮沿黑色引导线行驶。系统构造图如图2所示。图2 系统构造图系统硬件的设计3.1 单片机最小系统本最小系统采用ATmega16芯片作为核心，ATmega16是基于增强的AVR RISC构造的低功耗8位CMOS微控制器。AVR 核具有丰富的指令集和32 个通用工作存放器。所有的存放器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期同时两个独立的存放器。这种构造大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。

17、AVR有一个灵活的中断模块。控制存放器位于I/O空间。状态存放器里有全局中断使能位。每个中断在中断向量表里都有独立的中断向量。各个中断的优先级与其在中断向量表的位置有关，中断向量地址越低，优先级越高。I/O 存储器空间包含64 个可以直接寻址的地址，作为CPU 外设的控制存放器、SPI，以及其他I/O 功能。映射到数据空间即为存放器文件之后的地址0*20-0*5F。1电路如图3所示。图3 最小系统原理图3.2 ATmega16芯片-. z功能特性描述：ATmega16有16K字节的系统可编程Flash具有同时读写的能力，即RWW，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，

18、32个通用工作存放器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片调试与编程，三个具有比拟模式的灵活的定时器/计数器T/C，片/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进展选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停顿工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停顿振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停顿工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能

19、模块处于休眠状态；ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声；Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。2本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进展编程，也可以通过运行于AVR 核之中的引导程序进展编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlas

20、h Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW操作。通过将8位RISC CPU 与系统可编程的Flash 集成在一个芯片，ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低本钱的解决方案。ATmega16具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C 语言编译器、宏汇编、程序调试器/ 软件仿真器、仿真器及评估板。引脚示意图如图4所示。图4 ATmega16示意图ATmega16引脚功能如表1所示。表1 ATmega16引脚功能VCC数字电路的电源GND地端口A(PA7.PA0)端口A做为A

21、/D 转换器的模拟输入端。端口A为8位双向I/O口，具有可编程的部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设部上拉电阻使能端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。端口B(PB7.PB0)端口B为8 位双向I/O口，具有可编程的部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B处于高阻状态。端口C(PC7.PC0)端口C为8位双向I/O口，具有可编程的部上拉电阻。其输出缓冲器具有对

22、称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5(TDI)、PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口D(PD7.PD0)端口D为8位双向I/O口，具有可编程的部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D处于高阻态。RESET复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间

23、小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。*TAL1反向振荡放大器与片时钟操作电路的输入端。*TAL2反向振荡放大器的输出端。AVCCAVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。AREFA/D 的模拟基准输入引脚。3.3 红外探测器的设计 光电传感器红外探测器局部主要由三个光电传感器组成，包括一个可以发射红外光的二极管和一个用作接收器的发光三极管。采用红外管代替可见光可以降低背景光的干扰。发射管发出一定光强的红外信号，光电管接收发射的红外信号。红外光的发送接收选用型号为ITR9909的对管。当小车在白色地面行驶时，装在车

24、下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，则图中光敏三极管将导通，比拟器输出为低电平；当小车行驶到黑色引导线时，红外线信号被黑色吸收后，光敏三极管截止，比拟器输出高电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。将检测到的信号送到单片机I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，说明红外光被地上的黑色引导线吸收了，说明小车处在黑色的引导线上；同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，说明小车行驶在白色地面上。此种方法简单，价格廉价，灵敏度可调。在小车具体的循迹行走过程中，为了能准确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设3个红外探测头，全部在一条直线上

25、。小车行走时，始终保持在黑线上，当小车偏离黑线时，第一级探测器一旦探测到有黑线，单片机就会按照预先编定的程序发送指令给小车的控制系统，控制系统再对小车路径予以纠正。假设小车回到了轨道上，小车会继续向前行走。3原理图如图5所示。图5 寻迹电路原理图 LM339芯片LM339集成块部装有四个独立的电压比拟器，该电压比拟器的特点是：1失调电压小，典型值为2mV；2电源电压围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3比照拟信号源的阻限制较宽；4差动输入电压围较大，大到可以等于电源电压；5输出端电位可灵活方便地选用。4芯片管脚如图6所示。图6 LM339芯片管脚3.4 电机及电机驱动模块 电机

26、本设计中使用直流减速电机，直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。在小车动作的过程中，我们要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在S1、S2导通且S3、S4关断，到S1、S2关断且S3、 S4

27、导通，这两种状态之间转换。在这种情况下，理论上要求两组控制信号完全互补，但是，由于实际的开关器件都存在开通和关断时间，绝对的互补控制逻辑必然导致上下桥臂直通短路，比方在上桥臂关断的过程中，下桥臂导通了。此过程用图7说明。图7 全桥式驱动电路的切换过程 电机的驱动及L298芯片设计中可使用分立元件构成驱动电路，但由分立元件构成电机驱动电路，构造简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。小车的驱动不但要求电机驱动系统具有高转矩重量比、宽调速围、高可靠性，而且电机的转矩-转速特性受电源功 率的影响，这就要求驱动具有尽可能宽的高效率区。本设计中使用集成有桥式电路的电机专用驱动

28、芯片L298，性能比拟稳定可靠。根据电动机的单片机控制中对直流电机驱动的描述，同样的H桥电路，使用不同的控制信号，可以实现两种不同的控制方式，其一是双极性可逆PWM驱动，其二是单极性受限可逆PWM驱动。对于双极性可逆PWM驱动方式，电机在一个PWM周期过相反的电流，正转、停顿、反转取决于两个方向电流的持续时间，如果相等则为停顿。这个方式的好处是低速稳定，启动快，但是耗电大。对于单极性受限PWM驱动方式，电机在一个PWM周期中的电流是同方向的，驱动电机的功率大小取决于电流的持续时间，也就是说在一个PWM周期中，电机的电流有为0的时候，称之为断流现象。无疑，这种方式在PWM值较小时断流的时间就较长

29、，电机运行就不稳定，也就是低速性能不好，但是由于没有反向电流消耗，所以耗电少。基于这样的原理，拟采用如下控制方式：在PWM控制值小于30%时，采用双极性可逆驱动，大于30% 则采用单极性受限可逆驱动。为了可以获得最好的电机驱动特性，将PWM周期设计为可变，这样在调试中可以找到适宜的工作参数。在程序中设置计算电机控制参数标志，当PWM的数据变化时，则建立此标志，根据PWM的值及PWM的周期计算出数据。先根据PWM的值判断应当处于哪种驱动模式。如果是单极性受限PWM驱动模式，则直接根据PWM值和PWM的频率即可计算出前、后半周期持续时间。然后再根据转动方向给出电机输出控制字。如果是双极性可逆PWM

30、驱动模式，根据PWM值、转动方向、PWM频率计算出钱后半周的持续时间，其前、后半周的电机输出控制字不随转动方向变化，其转动方向由前、后半周持续时间的比例决定。驱动电路如图8所示。图8 驱动电路L298是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。两组控制信号分别为ENA、IN1、IN2和ENB、IN3、IN4，其中ENA和ENB是使能信号。IN1、IN2和IN3、IN4为电机转动方向控制信号，IN1、IN2分别为1、0时，左电机正转，反之左电机反转；IN3、IN4分别为1、0时

31、，右电机正转，反之友电机反转。选用PWM连接ENA或ENB引脚，通过调整PWM的占空比可以调整电机的转速。L298芯片的引脚和部构造分别如图9和图10所示。图9 L298的引脚图10 L298的部构造L298的引脚功能如表2所示。表2 L298的引脚功能CURRENT SENSING B输出电流反应BOUTPUT 4电压输出B1OUTPUT 3电压输出B2INPUT 4控制输入B1ENABLE B使能端BINPUT 3控制输入B2LOGIC SUPPLY VOLTAGE VSS逻辑电影VssGND地INPUT 2控制输入A1ENABLE A使能端AINPUT 1控制输入A2SUPPLY VOL

32、TAGE VS电动机驱动电源OUTPUT 2电压输出A1OUTPUT 1电压输出A2CURRENT SENSING A输出电流反应A3.5 PCB图制作PCB图制作要分几个步骤进展。第一步是PCB图纸根本设置，根据所设计的工程确定将要设计的PCB板的尺寸、形状、安装方式及PCB板的工作层数。这一步需要综合考虑各方面因素，以到达系统最正确工作性能为目的。第二步是加载网络列表信息。通过加载在电路原理图中生成的网络列表文件，将电路原理图中的信息传输到PCB设计中，如果加载有错误发生，则需要修改电路原理图中的元件符号与原件封装间的对应关系，直到成功导入为止。第三步是PCB元件布局。所有的元件PCB封装

33、被正确导入到PCB设计文件后，接下来需要做的工作是对所有的元件PCB封装按照一定的规矩和要求进展布局，布局有自动布局和手动布局两种方式，如果元件PCB封装符号较多，一般先选择自动布局，然后进展手工调整布局；反之，最好使用手动布局。第四步是布线规则设置。根据系统的要求进展布线前的布线规则约束设定，使自动布线器能够按照预定的布线规则要求进展自动布线，以及为手工布线过程中的在线规则检查提供依据，以实时提示走线方式的正确性。第五步是布线。布线分为手动布线和自动布线，一般如果PCB板不是很大，最好使用纯手工布线，或者利用手工布线和自动布线相结合的方式。布线的时候为了方便布线和设计使用，可根据需要再次调整

34、元件PCB封装符号的布局和元件PCB封装的类型，利用protel的同步器设计工具可以很好地配合这样的修改工作。第六步是设计规则检查。布线完成后，和电路原理图设计一样，需要对所完成的PCB设计进展设计规则检查，以确定设计能完全符合布线布局要求。正确无误后，就可以对设计的PCB板添加标注和注释等信息。第七步是设计文件输出。包括设计中的详细材料如报表文件等文件的输出。5本设计在protel99软件上画好原理图然后生成PCB图，对PCB图的各种规则进展设置，包括有导线的宽度为20mil，导线间距为10mil等等。6驱动电路模块以及光电传感器的PCB图如图11与图12所示。图11 驱动电路的PCB图图1

35、2 光电传感器的PCB图系统软件的设计4.1 软件所实现的功能及软件流程软件所要实现的功能是检测黑色路线的走向，跟着黑色路线行走。在Atmega的存放器中，有定时器/计数器TT2、输出比拟存放器OCR2为8位存放器。所有中断都可以通过定时器中断屏蔽存放器TIMSK单独进展屏蔽。T/C的时钟可以为通过预分频器的部时钟或通过由TOSC1/2引脚接入的异步时钟。异步操作由异步状态存放器ASSR控制。时钟选择逻辑模块控制引起T/C计数值增加(或减少)的时钟源。没有选择时钟源时T/C处于停顿状态。时钟选择逻辑模块的输出称为clkT2。双缓冲的输出比拟存放器OCR2一直与TT2的数值进展比拟。波形发生器利

36、用比拟结果产生PWM波形或在比拟输出引脚OC2输出可变频率的信号。比拟匹配结果还会置位比拟匹配标志OCF2，用来产生输出比拟中断请求。比拟匹配输出单比拟匹配模式控制位21:0具有双重功能。波形发生器利用21:0来确定下一次比拟匹配发生时的输出比拟状态(OC2)；21:0还控制OC2 引脚输出信号的来源。比拟输出模式和波形产生，只要21:0的一个或两个置位，波形发生器的输出比拟功能OC2就会取代通用I/O口功能。但是OC2引脚的方向仍然受控于数据方向存放器(DDR)。在使用OC2功能之前首先要通过数据方向存放器的DDR_OC2位将此引脚设置为输出。端口功能与波形发生器的工作模式无关。输出比拟逻辑

37、的设计允许OC2状态在输出之前首先进展初始化。比拟输出模式和波形产生波形发生器利用21:0的方式在普通、CTC和PWM三种模式下有所区别。对于所有的模式，21:0 = 0说明比拟匹配发生时波形发生器不会操作OC2存放器。改变21:0将影响写入数据后的第一次比拟匹配。对于非PWM模式，可以通过使用FOC2来强制立即产生效果。7在普通模式下，TOV2标志的置位发生在计数器从MA*变为0*00的定时器时钟周期。快速PWM模式快速PWM模式(WGM21:0 = 3)可用来产生高频的PWM波形。快速PWM模式与其他PWM模式的不同之处是其单边斜坡工作方式。计数器从BOTTOM计到MA*，然后立即回到BO

38、TTOM重新开场。对于普通的比拟输出模式，输出比拟引脚OC2在TT2与OCR2匹配时清零，在BOTTOM时置位；对于反向比拟输出模式，OC2的动作正好相反。由于使用了单边斜坡模式，快速PWM 模式的工作频率比使用双斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高频操作特性使得快速PWM模式十分适合于功率调节，整流和DAC应用。高频可以减小外部元器件(电感，电容)的物理尺寸，从而降低系统本钱。工作于快速PWM模式时，计数器的数值一直增加到MA*，然后在后面的一个时钟周期清零。TT2 斜坡上的短水平线表示OCR2和TT2的比拟匹配。计时器数值到达MA*时T/C溢出标志TOV2置位。如果中断使能，在中断效劳程序

39、中断效劳程序可以更新比拟值。工作于快速PWM 模式时，比拟单元可以在OC2引脚上输出PWM波形。设置21:0为2可以产生普通的PWM信号；为3则可以产生反向PWM波形。要想在引脚上得到输出信号还必须将OC2的数据方向设置为输出。产生PWM波形的机理是OC2存放器在OCR2与TT2匹配时置位(或清零)，以及在计数器清零(从MA*变为BOTTOM)的那一个定时器时钟周期清零(或置位)。输出的PWM频率可以通过如下公式计算得到：fOPWM=fclk_I/ON*256变量N代表分频因子(1、8、32、64、128、256或1024)。8OCR2存放器为极限值时表示快速PWM模式的一些特殊情况。假设OC

40、R2A等于BOTTOM，输出为出现在第MA*+1个定时器时钟周期的窄脉冲；OCR2为MA*时，根据21:0的设定，输出恒为高电平或低电平。通过设定OC2 在比拟匹配时进展逻辑电平取反(21:0 = 1)，可以得到占空比为50%的周期信号。OCR2为0时信号有最高频率foc2 = fclk_I/O2。这个特性类似于CTC模式下的OC2 取反操作，不同之处在于快速PWM模式具有双缓冲。 最后，系统上电后，首先进展初始化，延时后启动电机，并启动红外探测模块。运行中，不断检测路线来调整车的前进方向。车进入循迹模式后，即开场不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到*个I/O口有信号，即进入判断

41、处理程序。先确定3个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左边的传感器或者探测到黑线，即小车左半局部压到黑线，车身向右偏出，此时就输出高电平应使小车向左转；如果是右边传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，就输出低电平使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。两边的光电传感器都没检测到黑线，小车直线行走。4.1 系统设计流程图系统设计流程图如图13所示。图13 系统流程图主要程序如下：*include*include/宏定义*define M_FLAG (PINA&(1PA0)*define R_FLAG (PINA&(1PA1)*de

42、fine L_FLAG (PINA&(1PA2)/函数声明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次传感器状态 cur_flag=M_FLAG|R_FLAG|L_FLAG;/当前传感器状态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;/*设置T1工作在PWM方式，分辨率为10位*/ TCCR1B=0*02;/*8分频，PWM的频率为1M/2046*/ OCR1A=0;/*初始化比拟器OCR1A的值*/ OCR1B=0;/*初始化比拟器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; /主函数 main(void) PWM_INIT(); PORT_INIT(); while(1) move_play(); 系统调试调试测速脉冲输入，确定采样器的位置和对应电路中的参数，以使输入的脉冲信号尽量为50%占空比；调试几个特定PWM值下的PWM频率，确定针