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基于PROTEUS的分布式湿度测量系统仿真与实现2.rar

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    编号:20181030002152932    类型:共享资源    大小:910.83KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    基于 PROTEUS 分布式 湿度 测量 系统 仿真 实现
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    科技学院毕业设计 第 I 页目录摘要 .....................................................................IV关键字 ...................................................................IVAbstract ..................................................................VKey words .................................................................V第一章 绪论 ..............................................................11.1 背景 .............................................................11.2 现状 .............................................................11.3 技术路线 .........................................................11.4 本文结构 .........................................................2第二章 MCU.............................................................32.1 什么是 MCU? .......................................................32.2 MC9S12XS128微控制器 ...............................................4第三章 开发环境 ..........................................................63.1 CodeWarrior介绍 ..................................................63.1.1 新建工程 ....................................................73.1.2 编写代码 ....................................................73.1.3 编译和仿真 ..................................................73.1.4 调试程序 ....................................................73.2 编程语言 .........................................................83.3 规范化代码 .......................................................8第四章 总体设计 ..........................................................94.1 硬件设计 .........................................................94.2 软件设计 ........................................................10第五章 软件设计 .........................................................125.1 系统模块初始化 ...................................................125.1.1 PLL .......................................................12科技学院毕业设计 第 II 页5.1.2 PIT .......................................................135.1.3 ADC .......................................................145.1.4 PWM .......................................................155.2 路面信息采集 .....................................................165.2.1 数字滤波 ...................................................175.2.2 黑线识别 ...................................................175.2.3 起始线、十字线、窄道和坡道 .................................185.2.4 黑线坐标计算 ...............................................195.3 PID控制算法 ......................................................195.4 无线传输 .........................................................215.5调试过程 ..........................................................23第六章 设计总结 ..........................................................25参考文献 .................................................................26附录 .....................................................................27附录一 ...............................................................27附录二 ...............................................................27附录三 ...............................................................28附录四 ...............................................................28附录五 ...............................................................29附录六 ...............................................................30附录七 ...............................................................34附录八 ...............................................................35致谢 .....................................................................40科技学院毕业设计 第 III 页基于 MC9S12XS128 微控制器的智能车软件设计与实现摘要2006 年,第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛在清华大学举行,随着2009 年第四届竞赛的成功举办,该竞赛的影响力越来越大。竞赛要求在组委会提供的赛车模型上,使用飞思卡尔半导体公司的 8 位或 16 位微控制器,通过自行增加传感及驱动电路,和编写相应控制软件,制作一个能自主识别道路的赛车,按照规定路线行驶,以完成时间最短者为胜。因此,在智能车制作中,控制软件的设计和编写是非常关键和重要的技术。本文主要介绍了,使用 S12 微控制器为核心和红外收发管为传感器智能车系统的软件设计。包括 PLL、PWM 和 ADC 等主要模块的初始化,以及方向和速度的 PID 控制算法、无线数据采集等,还有设计过程中遇到的一些问题和解决办法。关键字微控制器,PID,智能车科技学院毕业设计 第 IV 页Design and Implementation of Smart Car’s Software Based on MC9S12XS128 MCUAbstractIn 2006, the first “Freescale“ National University Student Smart Car race was held in Tsinghua University, with the fourth race of the 2009 success, the impact of increasing competition. Race car provided by the organizing committee asked the model, using Freescale Semiconductor's 8 or 16-bit microcontrollers, through the use additional sensor and drive circuit, The preparation of the corresponding control software, to produce a road car can be independently identified, in accordance with the provisions of routes to complete the shortest time is the winner.Therefore, the smart car production, control software design and preparation is critical and important technology. This paper describes the use of S12 MCU core and the infrared transceiver, intelligent vehicle systems for sensor control software design. Including the PLL, PWM, and ADC and other major module initialization, and the direction and speed of the PID control algorithm, wireless data acquisition, as well as designing some of the problems encountered and solutions.Key wordsMCU,PID , Smart car.科技学院毕业设计 第 1 页第一章 绪论1.1 背景2006 年,受教育部高等教育司委托,由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办,第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛在清华大学举行。该竞赛以“立足培养,重在参与,鼓励探索,追求卓越”为指导思想,旨在促进高等学校素质教育,培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识,激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能,倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神,为优秀人才的脱颖而出创造条件。竞赛要求在组委会提供的赛车模型上 [1],使用飞思卡尔半导体公司的 8 位或 16 位微控制器,通过自行增加传感及驱动电路,和编写相应控制软件,制作一个能自主识别道路的赛车,按照规定路线行驶,以完成时间最短者为胜。竞赛中的赛车模型按道路检测方式的不同,分为光电组、摄像头组、电磁组(第五届)分别进行比赛。1.2 现状该竞赛迄今已成功举办了四届,从第一届共有 25 个省(自治区) 、直辖市 59 所高校的 112 支队伍参赛开始,发展到第四届共有来自全国 26 个省(自治区) 、直辖市的230 余所高校的 780 支队伍参赛,分华南、西部、东北、华东与华北五大分赛区进行选拔。说明该竞赛在全国高校中的影响力与日俱增,成为续教育部已举办的电子设计、数学建模、机械设计、结构设计等四大专业竞赛之后的又一重要赛事。1.3 技术路线由于赛车是自行在赛道上行驶的,不允许人为操纵,而且赛道布局是比赛时当场揭晓,事先无法对赛车行驶路径进行预先设定,所以只能让赛车传感器反馈回的路径信息,自行在赛道上行驶。要使赛车快速稳定的完成比赛,必须对其行驶过程的方向和速度进行控制 [2],所以,要控制赛车的行驶方向和速度,就只能依据车身上各种传感器的反馈信息,来计算舵机和电机的控制量大小。科技学院毕业设计 第 2 页这就要涉及到各种各样的控制方法,比较常见的有比例积分微分控制(PID) 、模糊控制(FUZZY)等方式。其中 PID 控制以实现方法简单和控制过程稳定可靠,而应用范围最广,所以本文决定采用 PID 来作为小车方向和速度的控制算法。1.4 本文结构本文主要是基于 MC9S12XS128 对智能车软件部分进行设计和开发。第一章:绪论(本章阐述了智能车竞赛的背景和现状,还有设计的大概思路。 )第二章:MCU(介绍了 MCU 的基本知识,以及 MC9S12XS128 的特点和资源。 )第三章:开发环境(介绍了 IDE 开发环境,以及 CodeWarrior 的基本使用方法。 )第四章:总体设计(介绍了智能车系统设计的各个模块和具体实现方法。 )第五章:软件设计(介绍了各模块的初始化,以及小车的控制算法的设计。 )第六章:设计总结(总结了设计的总体结果和过程中遇到的一些问题和不足。 )科技学院毕业设计 第 3 页第二章 MCU2.1 什么是 MCU?MCU(Micro Control Unit)中文名称为微控制单元,又称单片微型计算机 (Single Chip Microcomputer)或者单片机,是指随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的CPU、RAM 、ROM、定时数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。MCU 按其存储器类型可分为无片内 ROM 型和带片内 ROM 型两种。对于无片内ROM 型的芯片,必须外接 EPROM 才能应用(典型芯片为 8031) 。带片内 ROM 型的芯片又分为片内 EPROM 型(典型芯片为 87C51) 、MASK 片内掩模 ROM 型(典型芯片为 8051) 、片内 FLASH 型(典型芯片为 89C51)等类型,一些公司还推出带有片内一次性可编程 ROM(One Time Programming,OTP)的芯片(典型芯片为 97C51)。MASKROM 的 MCU 价格便宜,但程序在出厂时已经固化,适合程序固定不变的应用场合;FALSHROM 的 MCU 程序可以反复擦写,灵活性很强,但价格较高,适合对价格不敏感的应用场合或做开发用途;OTPROM 的 MCU 价格介于前两者之间,同时又拥有一次性可编程能力,适合既要求一定灵活性,又要求低成本的应用场合,尤其是功能不断翻新、需要迅速量产的电子产品。 微控制器在经过这几年不断地研究、发展,历经 4 位,8 位,到现在的 16 位及 32位,甚至 64 位。产品的成熟度,以及投入厂商之多,应用范围之广,真可谓之空前。目前在国外大厂因开发较早、产品线广,所以技术领先,而本土厂商则以多功能为产品导向取胜。但不可讳言的,本土厂商的价格战是对外商造成威胁的关键因素。 由于制程的改进,8 位 MCU 与 4 位 MCU 价差相去无几,8 位已渐成为市场主流;目前 4 位 MCU 大部份应用在计算器、车用仪表、车用防盗装置、呼叫器、无线电话、CD 播放器、LCD 驱动控制器、LCD 游戏机、儿童玩具、磅秤、充电器、胎压计、温湿度计、遥控器及傻瓜相机等;8 位 MCU 大部份应用在电表、马达控制器、电动玩具机、变频式冷气机、呼叫器、传真机、来电辨识器(CallerID) 、电话录音机、CRT 显示器、键盘及 USB 等;16 位 MCU 大部份应用在行动电话、数字相机及摄录放影机等;科技学院毕业设计 第 4 页32 位 MCU 大部份应用在 Modem、GPS 、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN 电话、激光打印机与彩色传真机;64 位 MCU 大部份应用在高阶工作站、多媒体互动系统、高级电视游乐器(如 SEGA 的 Dreamcast 及 Nintendo 的 GameBoy)及高级终端机等。2.2 MC9S12XS128 微控制器MC9S12X 系列 [3]是 HCS12 系列的增强型产品,基于 S12 CPU 内核,可达到25MHz 的 HCS12 的 2-5 倍的性能。S12X 系列增加了 172 条额外指令,可以执行 32 位计算(共有 280 条指令) ,总线频率最高可达 40MHz,并且具备完全的 CAN 功能,改进了中断处理能力。S12X 系列的 CPU 以复杂指令集 CISC 架构,集成了中断控制器,有丰富的寻址方式。中断有 7 个优先级,并且内核支持优先级的调度,最多可有 117 个中断源,S12X可访问最多 8MB 的全部存储空间。S12X 系列最大的特点,是增加了一个平行处理的外围协处理器 XGATE 模块。该模块是一个可编程的 16 位 RISC 核心,其设计运行频率可高达 100MHz,是一个智能的、可编程的直接内存存储(DMA)模块,可以进行中断处理、通信和数据预处理,通过提供处围模块、RAM 和 I/O 端口之间的高速数据处理与传输,卸载 CPU 的任务,提高单片机的数据处理能力。S12XS 系列保留了 S12X CPU,去掉了另一个 CPU——XGATE,保留了先进的技术,简化了操作,是 S12X 系列的经济型产品,目前有三种型号:XS256、XS128 和XS64,三者除了在内存方面有些差异,其余资源基本相同。下面先简单地介绍下 XS128 的常用内部资源模块,如图 2.1:科技学院毕业设计 第 5 页图 2.1 XS128 内部资源1. 内存。它拥有 128KB Flash、8K RAM 和 8K DataFlash。2. 通信和 I/O。它拥有一个 MSCAN 模块,兼容 CAN 2.0 A、B;一个串行外设接口(SPI)模块;两个支持 LIN 的串行通信接口(SCI) ;高达 91 个通用输入/输出(GPIO)引脚。3. 定时器和模数转换器。它拥有一个 ADC 模块,提供 8/10/12 位分辨率,可复用为 16 个模拟输入通道;8 通道 8 位,或 4 通道 16 位脉宽调制器(PWM) ;定时器(TIM) ,提供 8 通道 16 位输入捕捉或输出比较功能;PIT 模块,提供 4通道软件中断精确定时;RTI 模块,提供基于晶振源频率的定时。科技学院毕业设计 第 6 页第三章 开发环境CodeWarrior Development Studio(开发工作室)是完整的用于编程应用中硬件bring-up 的集成开发环境。 3.1 CodeWarrior 介绍CodeWarrior[9]包括构建平台和应用所必需的所有主要工具: IDE、编译器、调试器、编辑器、链接器、汇编程序等。另外,CodeWarrior IDE 支持开发人员插入他们所喜爱的工具,使他们可以自由地以希望的方式工作。 CodeWarrior 开发工作室将尖端的调试技术与健全开发环境的简易性结合在一起,将 C/C++源级别调试和嵌入式应用开发带入新的水平。开发工作室提供高度可视且自动化的框架,可以加速甚至是最复杂应用的开发,因此对于各种水平的开发人员来说,创建应用都是简单而便捷的。 它是一个单一的开发环境,在所有所支持的工作站和个人电脑之间保持一致。在每个所支持的平台上,性能及使用均是相同的,无需担心主机至主机的不兼容。目前最新为 5.0 版本,该工具可以在 Freescale 公司首页上下载到,约 329MB,如图 3.1,是软件的整体界面。
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