嵌入式系统程设计 简易智能小车.doc

江 西 理 工 大 学 嵌 入 式 系 统 课 程 设 计 题 目： 简易智能小车 学 院：机电工程学院 专 业：自动化 班 级：083 学 生： 钟延 学 号：07号 指导教师： 王祖麟 温如春 摘要 本设计采用ARM7系列的LPC2103作为智能小车的检测和控制核心。我们使用L298来驱动直流电机的转动；我们使用三端稳压集成电路7805、、、、、、、 同时，在调速时，可以利用示波器，方便看出，PWM输出的占空比，使得调节更加直观。 【关键字：2103 L298 PWM 电机】 目 录 第1章 设计概述 1 1.1 设计目的 1 1.2 设计任务和要求 1 1.3 设计方案 1 第2章 器件选择 2 2.1 ARM内核 2 2.2 电机选择 3 第3章 功能模块描述 4 3.1 电源模块 4 3.2 H桥模块 5 3.3 键盘显示板模块 7 第4章 软件设计 9 第5章 功能实现描述 10 第6章 实践感悟 11 第7章 致谢 12 第8章 参考文献 13 第9章 附录 14 设计概述 设计目的 采用ARM7系列的LPC2103作为智能小车的检测和控制核心，利用PWM技术来调节输出电压的占空比，实现直流调速的功能模块。并且通过键盘显示板控制小车的转向，学会使用键盘显示板实现人机对话。最终达到动态控制小车电动机的转速，使得小车可以实现前进，后退，转弯的功能。 设计任务和要求 （1）.掌握各种H桥来驱动电机的常用方法，理解各种H桥的驱动原理本，掌握对原器件要求的选择。 （2）.自己焊接一个L298电路模块，从而更加了解其工作原理，并且能更加熟练掌握锡焊。 （3）.熟练使用ARM7系列LPC2103开发板，熟习ARM7系列的开发板的工作特性和功能模块，对LPC2103开发板的GPIO、PWM、定时器的捕获及匹配、SPI这几个模块的熟练掌握，学会使用ADS的开发环境开发和调试程序。 设计方案 基于ARM7系列LPC2103开发板的功能特性和我们的设计目的，以及我们对2103板有一定的学习了解，我们选择LPC2103作为本课程设计的控制器，它能够很好的实现该课题设计的要求。 我们使用L298来驱动直流电机的转动，并可以方便控制电动机的正反转。 我们使用三端稳压集成电路7805 我们使用74HC164是串行输入,并行输出8位移位寄存器 器件选择 ARM内核 ARM内核采用精简指令集计算机（RISC）体系结构，具有大量的通用寄存器，指令格式使用统一和长度固定，寻址方式简单，内含2套指令系统（ARM指令集和Thumb指令集）。极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。 能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。 LPC2103内嵌KB的高速Flash存储器和KB的RAM，具有丰富的外设资源：2个32位定时器(带捕获、通道)；1个10位DAC；PWM 通道；47路GPIO；个边沿或电平触发的外部中断；具有独立电源和时钟的RTC；多个串行接口(UART、I2C、SPI、SSP)。它内含向量中断控制器，可配置中断优先级和向量地址，片内Boot装载程序可以实现在系统/在应用编程(ISP/IAP)，通过片内PLL可实现60MHz的CPU操作频率，具有空闲和掉电2种低功耗模式，并且可通过外部中断唤醒。 图2.1 ARM系列LPC2103的MCU引脚 电机选择 直流电机的控制很简单，性能出众，直流电源也容易实现 图 2.2 电机结构 图2.3 安装在车架上的电机 功能模块描述 电源模块 通过变压器，将电网的220V电压变为12V输出给稳压电路，见图3.1。 图3.1 变压器 交流电经过全桥电路在经过电容滤波，在经过稳压电源芯片做成稳压电路，输出电压5V、12V的直流电源，原理图见图3.2，实物图见图3.3。 图3.2 电源电路 图3.3 电源实物 H桥模块 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。 它的基本原理图如图1所示。 全桥式驱动电路的4只开关管，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