单片机应用系统设计举例课件.ppt

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1、第12章单片机应用系统设计举例12.1智能自主循迹小车控制器12.2基于实时操作系统的压力测控系统12.1.1系统要求设计智能自主循迹小车控制器，具体要求如下：（1）路径检测能够检测白色底板上的2.5cm宽的黑色引导线，并可得出小车中心线与黑色引导线的偏差。（2）速度测量能够测量小车的实时速度，并将测得的速度用于反馈，实现速度闭环控制。（3）舵机用于根据路径情况控制前轮转向幅度。（4）驱动电机驱动电机用于驱动后轮转动，为小车提供前进动力。（5）小车根据白色底板上的黑色引导线实现智能自主循迹，要求在不脱离引导线的前提下速度尽可能快。12.1基于STC12C5A60S2的智能

2、自主循迹小车控制器12.1.2需求分析1．单片机选型进行单片机选型时，应尽量了解较多种类单片机的性能指标和包含的资源。根据系统的要求，选用合适的单片机。目前许多单片机具有较高的集成度，因此，如果有模拟量检测的要求时，应尽量选择带有A/D转换模块的单片机。并且，应该注意所设计系统的应用场合，选择适当的芯片等级（军用级、工业级和商用级）。STC12C5A60S2单片机片内集成了8通道10位高速模数转换器，2通道PWM，具有较多的通用I/O和片上外设（定时器、UART等），因此，在本系统的设计中，可以采用STC12C5A60S2作为系统的检测与控制中心。2．人机接口的设计选型为

3、保证小车轻巧灵活，人机接口要简单实用。参数设定使用拨码开关，状态指示使用发光二极管，调试时使用串行口得到有用信息，可以通过ISD51在线查看参数变化，也可以将参数发送到串口，使用串口调试助手或自己编写的上位机软件进行观察。3．路径检测和速度测量路经检测和速度测量均使用光电对管RPR220作为传感器。不同的是，在路径检测中，对接收管的输出进行AD采样；在速度测量中，将接收管的输出连接到比较器电路，使用比较器的输出进行测量。4．电机和舵机的驱动控制车速控制单元采用RS-380SH型直流电机对小车速度进行闭环控制。电机驱动电路采用Freescale公司的MC33886集成H-桥

4、芯片。采用FutabaS3010型舵机，该舵机不用专门的驱动电路，可直接用1路PWM控制。5．电源电路选型由于小车采用镍镉蓄电池供电，应选择高效率、低压差的稳压芯片。电池电压7.2伏，电机直接采用电池电压，舵机采用6伏电压，单片机及其外围电路需要5伏电压。在此，选用常见的REG1117-5（输出5V）和REG1117-ADJ（输出可调）线性稳压芯片。12.1.3系统硬件设计1．CPU基本单元电路2．人机接口电路3．路径检测与测速电路4．电机驱动电路5．电源电路12.1.4系统软件设计单片机的检测报警程序采用C语言编写。单片机的7个ADC转换通道对小车路径检测的模拟量进行采

5、样，进行二值化和坐标变换后得到小车中心与路径的偏差，然后根据偏差大小对舵机转角和小车速度进行相应的调整。由于舵机和电机驱动对PWM频率要求差别较大，驱动电机的PWM由单片机内部PWM模块产生，而驱动舵机的PWM则由定时器T0产生。具体程序请参见教材！！！12.2.1系统要求系统的具体要求如下：1．压力检测：检测来自压力传感器输出的电压信号（0～5V）。2．工程变换：即将ADC转换结果再转换为压力大小（仅保留整数部分）。3．键盘：用于设置压力的报警值和当前时间。4．数码LED显示：用于显示压力报警值的上限和下限，并显示当前压力值。压力值在0～100之间。5．当前压力值超过报

6、警值时，通过蜂鸣器报警，并控制电机执行相应的动作。压力值低于下限时，合上控制电机正转的继电器，控制电机正转，压力升高，压力值升高到正常范围后，打开正转继电器，电机停转；压力值高于上限时，合上控制电机反转的继电器，控制电机反转，压力值下降到正常范围后，打开反转继电器，电机停转。没有超过报警值时，继电器都打开，电机不转。6．上位机监控软件设计：通过计算机显示当前的压力值以及报警值。12.2基于实时操作系统uC/OS-II的压力测控系统12.2.2需求分析1．单片机选型STC12C5A60S2单片机片内集成了8通道10位高速模数转换器，并且，具有较多的通用I/O和片上外设（定时

7、器、UART等）。在本系统的设计中，选用STC12C5A60S2作为系统的检测与控制中心。2．程序框架选择由于STC12C5A60S2单片机资源比较丰富，可以在不用外扩资源的情况下嵌入uC/OS-II操作系统。嵌入操作系统的好处是可以大大简化程序的设计，因此，这里舍弃了传统的前后台程序设计方法，采用了嵌入式操作系统uC/OS-II。3．人机接口的设计选型系统要求使用键盘设置压力的报警上限值和下限值，使用LED进行显示。在此，使用4个按键作为系统键盘，选用8位LED显示，用以显示压力的报警值（上限、下限）、当前值和当前时间。传统