基于單片機的智能語音小車硬件設(shè)計

基于單片機的智能語音小車硬件設(shè)計,基于,單片機,智能,語音,小車,硬件,設(shè)計 基于單片機的智能語音小車硬件設(shè)計專業(yè)名稱：自動化學(xué)生姓名：吳晗指導(dǎo)教師：李雪霞本設(shè)計實現(xiàn)的內(nèi)容本課題是使用的LD3320模塊作為語音的識別和輸出模塊，使MC9S12XS128微處理器作為處理芯片，對來自語音模塊的命令信息進行判別掃描，根據(jù)其內(nèi)容給出車模電機的驅(qū)動命令和舵機的方向控制，使小車按照語音命令實現(xiàn)前進、后退、左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向等預(yù)期的動作。整體結(jié)構(gòu)框圖Ld3320語音識別模塊時鐘模塊復(fù)位按鍵 單 片 機驅(qū)動模塊舵機電機設(shè)計方案LD3320為聲音傳感器；STC90LE52接收和處理語音傳感器傳來的信號，并且輸出處理后能讓16位飛思卡爾單片機MC9S12XS128微處理器識別的信號；當(dāng)MC9S12XS128微處理器接收到信號會控制電機的驅(qū)動模塊使電機實現(xiàn)相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)，同時控制舵機的轉(zhuǎn)向；LM2596為電源模塊。語音模塊電路原理圖本次設(shè)計采用的是語音芯片模塊，所以出現(xiàn)了接收模塊和處理模塊，接收模塊使用的LD3320，處理模塊使用的是STC90LE52微處理器。STC90LE52處理模塊主要是將LD3320接收過來的信號，經(jīng)過編程處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，對不同的命令信息進行編碼。LD3320語音芯片的接收識別模塊原理圖本芯片在設(shè)計上注重節(jié)能與高效，不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實現(xiàn)語音識別/聲控/人機對話功能。并且，識別的關(guān)鍵詞語列表是可以任意動態(tài)編輯的。STC90LE52語音信號處理模塊STC90LE52單片機以并口方式來控制LD3320并行接口：本芯片可通過并行方式和外部主CPU連接，此時使用8根數(shù)據(jù)線（P0-P7），4個控制信號（WRB*,RDB*,CS*，A0），以及一個中斷返回信號（INTB*）。MC9S12XS128單片機最小系統(tǒng)如右圖所示系統(tǒng)控制核心MC9S12XS128(16位)單片機是整個系統(tǒng)的主體，它為整個系統(tǒng)提供了運行方式。該最小系統(tǒng)包括電源、時鐘、復(fù)位及引腳接插件幾大部分引腳名稱對接器件引腳名稱及功能PWM3舵機DJ1/舵機控制PWM5電機dj1/電機正轉(zhuǎn)PWM7電機dj2/電機反轉(zhuǎn)PB0Sr1語音處理單片機的I/O 前進接收PB1Sr2語音處理單片機的I/O 后退接收PB2Sr3語音處理單片機的I/O 左轉(zhuǎn)接收PB3Sr4語音處理單片機的I/O 右轉(zhuǎn)接收PB4Sr5語音處理單片機的I/O 停止接收MC9S12XS128單片機端口設(shè)置原理圖I/O分配表LM2596電源模塊原理圖系統(tǒng)的總電源采用的是7.2V直流電源，一路直接為電機驅(qū)動模塊L298N的模擬部分供電。另一路利用DC/DC穩(wěn)壓電源模塊LM2596將7.2V直流轉(zhuǎn)換成5v直流輸出，為語音模塊LD3320，主控單片機MC9S12XS128供電。L298N驅(qū)動模塊單片機I/O口輸出電機控制信號經(jīng)光耦進行光電隔離后，進入電機驅(qū)動芯片L298N，L298N輸出信號直接加載至電機，驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)。L298N驅(qū)動模塊是為了讓我們的大功率的電機能夠轉(zhuǎn)起來的保障，它有4個輸入口，4個輸出口。我們只使用了2個輸入(int1和int4)和輸出口(out1和out4,out2和out3接GND)，實現(xiàn)電機的正(out1)反(out4)轉(zhuǎn)。光敏開關(guān)TLP521光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。當(dāng)IN1給高電平（1）的時候光線弱光耦接收端截止相當(dāng)于給LN298IN1低電平；當(dāng)IN1給低電平（0）的時候光線強光耦接收端導(dǎo)通相當(dāng)于給LN298IN1高電平。二極管起保護作用，防止后級電路過流或過壓沖擊燒毀前級電路的芯片；通過IN1-IN4的高低電平來控制電機M1M2的轉(zhuǎn)停；Out1Out2：輸出端，接電機M1；Out3Out4：輸出端，接電機M2；ENA、ENB：高電平有效，ENA、ENB分別為IN1和IN2、IN3和IN4的使能端；本科畢業(yè)設(shè)計論文本科畢業(yè)設(shè)計論文題題 目目基于單片機的智能語音小車硬件設(shè)計專業(yè)名稱 自動化 學(xué)生姓名 吳晗 指導(dǎo)教師 李雪霞 畢業(yè)時間 2014.06 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文畢業(yè) 任務(wù)書一、題目：基于單片機的智能語音小車硬件設(shè)計二、指導(dǎo)思想和目的要求：通過畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生對所學(xué)電子工藝、傳感器知識、電機控制技術(shù)、模電、數(shù)電、等電子基礎(chǔ)課程的基本知識加深理解，在所學(xué) 51 八位單片機的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)更高級十六位單片機的基本指令及基本結(jié)構(gòu)，并將其與實際工程應(yīng)用緊密結(jié)合起來，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，增強分析問題解決問題能力，為盡快進入社會角色，熟悉相關(guān)開發(fā)工作流程、項目小組組成、分工、合作方式方法等。增強團隊合作意識，提高基本工作技能，為即將踏入社會奠定理論和實踐基礎(chǔ)。要求：認(rèn)真復(fù)習(xí)有關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)知識，查閱參考資料，參照智能小車設(shè)計思想，設(shè)計一個可以按照預(yù)定語音控制命令動作的智能小車，運用所學(xué)單片機知識獨立設(shè)計電路、自行焊接、調(diào)試，直至預(yù)期結(jié)果方可。要求實現(xiàn)：小熊和在語音信號控制下自動實現(xiàn)啟動、停止、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等功能。(1)設(shè)計思路：在所學(xué)單片機知識的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計指標(biāo)要求完成各功能模塊方案論證、原理圖設(shè)計、器件選型、印刷電路板制作、元器件焊裝、軟件編程及聯(lián)機調(diào)試。 (2)步驟：l、了解小車各功能模塊要求及工作原理。 2、根據(jù)功能要求進行方案選型及論證。 3、設(shè)計各功能模塊原理圖。 4、各功能模塊器件選型。 5、繪制各功能模塊 PROTEL 原理圖設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 6、制做各印刷電路板并焊裝。7、編程調(diào)試。三、進度與要求：1第一周第二周 在工作中收集各種相關(guān)資料。2第三周第四周 用 PROTEL 設(shè)計硬件原理圖并進行器件選型。3第五周第九周 繪制 PROTEL PCB 板圖并焊裝。4第十周第十一周 編程調(diào)試，整理并組織論文。6第十二周第十四周 再次焊裝調(diào)試，完成修改稿，定稿，打印，交評閱。7第十五周第十六周 評閱與答辯四、主要參考書及參考資料1 謝宜人主編,單片機實用技術(shù)問答, 北京人民郵電出版社 ; 20032 靳達(dá)，單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航 , 北京人民郵電出版社 ; 20033 流光斌等，單片機系統(tǒng)實用抗干擾技術(shù)，北京人民郵電出版社;20044 余永權(quán)，ATMEL89 系列單片機應(yīng)用技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社;20025 陳瑾；智能小車運動控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)D；東南大學(xué)碩士論文；2005 年6 韋??；智能控制技術(shù)M；北京：機械工業(yè)出版社；2000 年7 蔣新松；機器人學(xué)導(dǎo)論M；遼寧科學(xué)技術(shù)出版社；2003 年8 孫迪生，王炎；機器人控制技術(shù)；北京：機械工業(yè)出版社；1997 年9 陳明熒，8051 單片機課程設(shè)計實訓(xùn)教材，清華大學(xué)出版社;2003 年10 蔡美琴等，MCS-51 系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用，高等教育出版社;2004年西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文學(xué)生 吳晗 指導(dǎo)教師 李雪霞 系主任 史儀凱西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文摘 要隨著汽車電子和機器人智能技術(shù)的發(fā)展，智能車已經(jīng)成為自動控制領(lǐng)域內(nèi)的一個研究熱點。智能汽車是一種集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，集中的運用到了自動控制、模式識別、傳感器技術(shù)、汽車電子、電氣、計算機、機械等眾多學(xué)科，是典型的高新技術(shù)綜合體，具有重要的軍用及民用價值。本文講述了以FREESCALE的MC9S12XS128為微處理器通過控制電源模塊，電機模塊以及語音模塊的運作從而實現(xiàn)語音控制小車的智能特性。 借助于各個模塊之間的協(xié)調(diào)作用，我們開發(fā)出了這款語音控制小車。實現(xiàn)了小車前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)停車等基本功能關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機，智能汽車，語音識別系統(tǒng)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文ABSTRACTWith the development of automotive electronics and intelligent control technology, intelligent vehicle has become a hot research topic in the field of automatic control. Intelligent vehicle is a complex system environment perception, planning and ecision-making, automatic driving and other functions in one, focusing on the use of the many disciplines of automatic control, pattern recognition, sensor technology, automotive electronics, electrical, computer, machinery and so on, is a typical high-tech complex, with important military and civilian value.This paper describes the FREESCALE MC9S12XS128 as the microprocessor via the control power supply module, motor module and operation module of voice so as to realize the intelligent voice control car.Coordination with the help of modules, we developed a voice control car. The car forward, backward, turn left, turn right and stop and other basic functions.KEY WORDS: single chip microcomputer, intelligent vehicle, speech recognition system西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文目 錄第一章 緒論 .11.1 選題的意義.11.2 課題研究現(xiàn)狀 .11.3 實現(xiàn)的內(nèi)容 .21.4 本人承擔(dān)的任務(wù) .3第二章 系統(tǒng)硬件 .42.1 設(shè)計方案.42.2 整體結(jié)構(gòu)框圖.42.3 各模塊原理圖.52.3.1 主控模塊飛思卡爾單片機 .52.3.2 系統(tǒng)電源模塊 .142.3.3 語音模塊 .162.4 系統(tǒng)車模介紹.212.4.1 電機驅(qū)動模塊 .232.4.2 驅(qū)動電機 .252.4.3 舵機 .26第三章 智能語音小車軟件設(shè)計 .273.1 主控系統(tǒng)總體軟件流程圖.273.1.1 MC90XS128 時鐘模塊初始化.283.1.2 電機驅(qū)動 PWM 模塊初始化.29西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文3.1.3 MC90XS128 系統(tǒng)初始化.293.2 STC90LE52 模塊.293.2.1 中斷程序模塊 .293.2.2 ASR 模塊.303.3 軟件開發(fā)平臺介紹.303.3.1 語音芯片開發(fā)平臺：keil uvision4.303.3.2 飛思卡爾 16 位單片機 MC9S12XS12 的軟件開發(fā)平臺：.313.4 整體程序.32第四章 硬件設(shè)計問題及解決 .364.1 系統(tǒng)原理圖繪制工具介紹.364.1.1 protel99se 軟件介紹.364.1.2 Protel99se 的系統(tǒng)組成 .364.1.3 protel99se 功能.374.1.4 protel99se 特性.384.2 問題及解決.38第五章 參考文獻(xiàn) .39致 謝 .40畢業(yè)設(shè)計小結(jié) .41西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文0第一章 緒論1.1 選題的意義 機器人的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎滲透到所有領(lǐng)域。機器人的發(fā)展體現(xiàn)了一個國家技術(shù)水平的高低，現(xiàn)代機器人從其誕生到現(xiàn)在，己經(jīng)發(fā)展到了第三代。第一代機器人是示教再現(xiàn)型機器人。它們裝有記憶存儲器，由人將作業(yè)的各種操作要求示范給機器人，使之記住操作的程序和要領(lǐng)。當(dāng)它接到再現(xiàn)命令時，則自主地再現(xiàn)示教的動作。第二代機器人是裝有小型計算機和簡單傳感器的離線編程的工業(yè)機器人。它能感知外界信息和進行“思維” ，比第一代機器人更靈活、更能適應(yīng)環(huán)境變化的需要。第三代是智能機器人。智能機器人是“具有感知、思維和動作的機器” 。它裝有多種傳感器，能識別作業(yè)環(huán)境，能自主決策，具有人類大腦的部分功能，且動作靈活，是人工智能技術(shù)發(fā)展到高級階段的產(chǎn)物。 智能小車，也就是輪式機器人，具有廣泛的用途，尤其適合那些人類無法工作的環(huán)境中工作，無人生產(chǎn)線，倉庫，服務(wù)機器人，航空航天等領(lǐng)域。作為 20 世紀(jì)自動化領(lǐng)域的重大成就，機器人已經(jīng)和人類社會的生產(chǎn)、生活密不可分。應(yīng)此為了使智能小車工作在最佳狀態(tài)，進一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。其次學(xué)習(xí)智能小車的制作也是對大學(xué) 4 年學(xué)習(xí)的一個很好的檢測，對今后的學(xué)習(xí)和工作具有很大的幫助。1.2 課題研究現(xiàn)狀智能車輛作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是許多高新技術(shù)綜合集成的載體。智能車輛駕駛是一種通用性術(shù)語，指全部或部分完成一項或多項駕駛?cè)蝿?wù)的綜合車輛技術(shù)。智能車輛的一個基本特征是在一定道路條件下實現(xiàn)全部或者部分的自動駕駛西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文1功能。智能車輛的研究始于 20 世紀(jì) 50 年代初，美國 Barrett Electronics 公司開發(fā)出的世界上第一臺自動引導(dǎo)車輛系統(tǒng)（Automated Guided Vehicle System，AGVS） 。1974 年，瑞典的 Volvo Kalmar 轎車裝配工廠與 SchiinderDigitron 公司合作，研制出一種可裝載轎車車體的 AGVS，并由多臺該種 AGVS 組成了汽車裝配線，從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車及叉車等運輸工具。由于 Kalmar 工廠采用 AGVS 獲得了明顯的經(jīng)濟效益，許多西歐國家紛紛效仿Volvo 公司，并逐步使 AGVS 在裝配作業(yè)中成為一種流行的運輸手段。中國第一汽車集團公司和國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院于 2003 年 7 月研制成功我國第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車在正常交通情況下，在高速公路上行駛的最高穩(wěn)定速度為 130 公里/小時，最高峰值速度為 170 公里/小時，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進水平。轎車自主駕駛的基本原理是仿人駕駛。車內(nèi)的環(huán)境識別系統(tǒng)識別出道路狀況，測量前方車輛的距離和相對速度，相當(dāng)于駕駛員的眼睛；車載主控計算機和相應(yīng)的路徑規(guī)劃軟件根據(jù)計算機視覺提供的道路信息、車前車輛情況以及自身的行駛狀態(tài)，決定是沿道路前進還是換道準(zhǔn)備超車，相當(dāng)于駕駛員的大腦；接著，自動駕駛控制軟件按照需要跟蹤的路徑和汽車行駛動力學(xué)，向方向盤控制器、油門控制器和剎車控制器發(fā)出動作指令，操縱汽車按規(guī)劃好的路徑前進，起到駕駛員的手和腳的作用。1.3 實現(xiàn)的內(nèi)容本課題是使用的 LD3320 模塊作為語音的識別和輸出模塊，使用MC9S12XS128 微處理器作為處理芯片，對來自語音模塊的命令信息進行判別掃描，根據(jù)其內(nèi)容給出車模電機的驅(qū)動命令和舵機的方向控制，使小車按照語音命令實現(xiàn)前進、后退、左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向等預(yù)期的動作。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文21.4 本人承擔(dān)的任務(wù) 在此次設(shè)計中我的主要任務(wù)是硬件電路設(shè)計方面。負(fù)責(zé)電路原理圖的軟件繪制，器件的選型，方案確定及小車組裝和電路調(diào)試方面的工作。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文3第二章 系統(tǒng)硬件2.1 設(shè)計方案本設(shè)計采用了 LD3320 為聲音傳感器；STC90LE52 接收和處理語音傳感器傳來的信號，并且輸出處理后能讓 16 位飛思卡爾單片機 MC9S12XS128 微處理器識別的信號；當(dāng) MC9S12XS128 微處理器接收到信號會控制電機的驅(qū)動模塊使電機實現(xiàn)相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)，同時控制舵機的轉(zhuǎn)向；LM2596 為電源模塊。2.2 整體結(jié)構(gòu)框圖圖 2-1 小車硬件結(jié)構(gòu)智能車的硬件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計方法，分為控制芯片 MC9S12XS128B 電路，電源的管理單元，語音識別單元，舵機控制單元和直流驅(qū)動電機控制單元。Ld3320 語音識別模塊時鐘模塊復(fù)位按鍵 單 片 機 驅(qū) 動 模塊 舵機 電機西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文4各單元設(shè)計如下： 1電源管理單元主要為穩(wěn)壓電路的設(shè)計及合理利用，通過穩(wěn)壓管將 7.2 伏電壓穩(wěn)到 5 伏給系統(tǒng)各部件供電。2語音識別單元作為系統(tǒng)的重要組成部分，采用 LD3320 作為語音識別元件; STC90LE52 為語音處理元件 。3舵機控制單元通過 PWM 的控制來調(diào)整舵機的角度。 4直流驅(qū)動電機控制單元采用 L298N 電機驅(qū)動 H-橋作為電機的驅(qū)動元件。本次設(shè)計以飛思卡爾 MC9S12XS128 單片機為核心，由 Ld3320 語音識別模塊進行語音的接收并由處理模塊 STC90LE52 微處理器將其轉(zhuǎn)換為單片機可識別的信號，從而控制 L298N 驅(qū)動模塊來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。2.3 各模塊原理圖2.3.12.3.1 主控模塊飛思卡爾單片機Freescale 公司的 16 位單片機主要分為 HC12 、HCS12、HCS12X 三個系列。HC12 核心是 16 位高速 CPU12 核，總線速度 8MHZ；HCS12 系列單片機以速度更快的 CPU12 內(nèi)核為核心，簡稱 S12 系列，典型的 S12 總線速度可以達(dá)到25MHZ。HCS12X 系列單片機是 Freescale 公司于 2005 年推出的 HCS12 系列增強型產(chǎn)品，基于 S12 CPU 內(nèi)核，可以達(dá)到 25MHz 的 HCS12 的 2-5 倍性能?？偩€頻率最高可達(dá) 40 MHz。S12X 系列單片機目前又有幾個子系列：MC9S12XA 系列、MC9S12XB 系列、MC9S12XD 系列、MC9S12XE 系列、MC9S12XF 系列、MC9S12XH 系列和 MC9S12XS 系列。MC9S12XS128 就是 S12X 系列中的一個成員。1. MC9S12XS128 性能概述 MC9S12XS128 是 16 位單片機，由 16 位中央處理單元（CPU12X） 、128KB 程序 Flash(P-lash)、8KB RAM、8KB 數(shù)據(jù) Flash(D-lash)組成片內(nèi)存儲器。主要功能模西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文5塊包括： 內(nèi)部存儲器 ；內(nèi)部 PLL 鎖相環(huán)模塊 ；2 個異步串口通訊 SCI ；1 個串行外設(shè)接口 SPI ；MSCAN 模塊 ；1 個 8 通道輸入/輸出比較定時器模塊 TIM ；周期中斷定時器模塊 PIT ；16 通道 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ADC ；1 個 8 通道脈沖寬度調(diào)制模塊 PWM ；輸入/輸出數(shù)字 I/O 口；2、輸入/輸出數(shù)字 I/O 口 MC9S12XS128 有 3 種封裝，分別為 64 引腳、80 引腳、112 引腳封裝。其全名分別為 MC9S12XS128MAE、MC9S12XS128MAA、MC9S12XS128MAL。本次畢業(yè)設(shè)計使用了具有 80 個引腳的 MC9S12XS128MAA 單片機。MC9S12XS 系列具有豐富的輸入/輸出端口資源，同時集成了多種功能模塊，端口包括PORTA、PORTB、PORTE、PORTK、PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH、PORTJ 和 PORTAD 共 11 個端口。端口引腳大多為復(fù)用口，往往具有多重功能，所有端口都具有通用 I/O 口功能。PORTA、PORTB、PORTK 為通用 I/O 口；PORTE 中的 IRO 和 XIRQ 引腳可作為外部中斷輸入；PORTT 集成了 TIM 模塊功能；PORTS 集成了 SCI 和 SPI 模塊功能；PORTM 集成了 CAN 總線模塊；PORTP 集成了 PWM 模塊功能；PORTH、PORTJ 可作為外部中斷輸入口；PORTAD 集成了 ATD 模塊功能。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文63.MC9S12XS128 單片機最小系統(tǒng)如圖 2-2 所示：圖 2-2 系統(tǒng)控制核心 MC9S12XS128 單片機最小系統(tǒng)系統(tǒng)控制核心 MC9S12XS128 單片機是整個系統(tǒng)的主體，它為整個系統(tǒng)提供了運行方式。該最小系統(tǒng)包括電源、時鐘、復(fù)位及引腳接插件幾大部分。排針外擴：如圖2-3所示西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文7圖2-3 排針外擴西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文84. MC9S12XS128 單片機端口設(shè)置端口設(shè)置原理圖如圖 2-4 所示：圖 2-4 單片機端口設(shè)置核心板電路是總個電路的核心部分，控制著各部分的功能作用。我們因為把PWM2 和 PWM3,PWM4 和 PWM5，PWM6 和 PWM7 這 3 組級聯(lián)使用，所以輸出口變?yōu)槎鏅C DJ1,電機正傳為 dj1，電機反轉(zhuǎn)為 dj2，接收信號使用了 B 端口：PB0-PB4，對應(yīng)引腳標(biāo)注為 sr1-sr5。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文9I/O 分配如表 2-1 所示 表 2-1 系統(tǒng) I/O 分配表引腳名稱對接器件引腳名稱及功能PWM3舵機 DJ1/舵機控制PWM5電機 dj1/電機正轉(zhuǎn)PWM7電機 dj2/電機反轉(zhuǎn)PB0Sr1 語音處理單片機的 I/O前進接收PB1Sr2 語音處理單片機的 I/O后退接收PB2Sr3 語音處理單片機的 I/O左轉(zhuǎn)接收PB3Sr4 語音處理單片機的 I/O右轉(zhuǎn)接收PB4Sr5 語音處理單片機的 I/O停止接收5.MC9S12XS128MAA 特點介紹S12XS 系列單片機是在 S12XE 系列基礎(chǔ)上去掉 XGate 協(xié)處理器的單片機；8 路 8 位、10 位、12 位 AD 轉(zhuǎn)換,時間 3us；可運行在 40MHz 總線頻率上；有 ECC 模塊；7 路 PWM；8 路 16 位計數(shù)器；1 個 CAN 總線模塊；4 路外部事件觸發(fā)中斷輸入端口；2 個 SCI 串行通信模塊支持 LIN 總線；西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文101 個 SPI 模塊；80 管腳 LQFP 貼片封裝。該系列單片機采用 S12XV2CPU 內(nèi)核。6.端口介紹端口 A，B 和 K 為通用 I/O 接口端口 E 整合了 IRQ，XIRQ 中斷輸入端口 T 整合了 1 個定時模塊端口 S 整合了 2 個 SCI 模塊和 1 個 SPI 模塊端口 M 整合了 1 個 MSCAN端口 P 整合了 PWM 模塊，同時可用作外部中斷源輸入端口 H 和 J 為通用 I/O 接口，同時可用作外部中斷源輸入端口 AD 整合了 1 個 16 位通道 ATD 模塊對于端口 T,S,M,P,H,J,和 AD，有基于每個針腳的降額輸出驅(qū)動控制寄存器。對于端口 A,B,E,和 K，有一個基于端口的降額輸出驅(qū)動控制寄存器。對于端口 S、M，有漏極開路（線或）控制寄存器。對于端口 P、H 和 J，有基于每個針腳的中斷標(biāo)志寄存器。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文11（1）純通用 IO 端口分別是：PA7:0；PB7:0；PE6:5；PE3:2；PM7:6；PJ7:6(帶中斷輸入)。如圖 2-5 所示圖 2-5 純通用 I/O 端口示圖PORTA：PORTA 為通用 I/O 口, 共 8 個,作為通用數(shù)字 I/O 口使用,未集成特殊功能.主要配置寄存器有：數(shù)據(jù)寄存器 PORTA、數(shù)據(jù)方向寄存 DDRA、上拉電阻控制寄存器 PUCR 和驅(qū)動控制寄存器 RDR PORTB：PORTB 為通用數(shù)字 I/O 口, 共 8 個。其使用與 PORTA 基本一樣。主要配置寄存器有：數(shù)據(jù)寄存器 PORTB、數(shù)據(jù)方向寄存 DDRB。上拉電阻控制寄存器 PUCR 和驅(qū)動控制寄存器 RDR 與 PORTA 、PORTB、PORTE、PORTK 共用 PORTE：PORTE 可作為通用數(shù)字 I/O 口使用, 80 封裝也有共 8 個引腳。其使用與 PORTA 基本一樣。但是 PORTE 中集成了外部中斷輸入功能，其 PE0/XIRQ和 PE1/IRO 引腳可作為外部中斷輸入。并且這兩位只能作為輸入口使用。主要配置寄存器有：數(shù)據(jù)寄存器 PORTE、數(shù)據(jù)方向寄存 DDRE西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文12（2）PWM 模塊如圖 2-6 所示 圖 2-6 PWM 模塊PWMEnableRegister(PWME) 通道使能寄存器每個 PWM 通道都對應(yīng)一個使能位來開啟和關(guān)閉 PWM 通道，如上 PWME0 對應(yīng)通道 0，依次類推。一旦 PWMEx（其中 x 表示 07）置 1 后，相應(yīng)的 PWM輸出立即生效，但是 PWM 波形的需要等到時鐘源的下一個周期才正常輸出。原因是介于 PWMEx 位和時鐘源的同步機制。注意：使能 PWM 通道后的第一個 PWM波形是不規(guī)則的。PWME7 通道 7 的脈寬使能位：（置 0通道關(guān)閉置 1通道打開）PWME5 通道 5 的脈寬使能位：（置 0通道關(guān)閉置 1通道打開）PWME4 通道 4 的脈寬使能位：（置 0通道關(guān)閉置 1通道打開）當(dāng)通道 4 和通道 4 聯(lián)合成 16 位通道使用時，聯(lián)合后信號從通道 5 輸出PWME3 通道 3 的脈寬使能位：（置 0通道關(guān)閉置 1通道打開）西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文13PWME2 通道 2 的脈寬使能位：（置 0通道關(guān)閉置 1通道打開）當(dāng)通道 2 和通道 3 聯(lián)合成 16 位通道使用時，聯(lián)合后信號從通道 3 輸出PWME1 通道 1 的脈寬使能位：（置 0通道關(guān)閉置 1通道打開）PWME0 通道 0 的脈寬使能位：（置 0通道關(guān)閉置 1通道打開）當(dāng)通道 0 和通道 1 聯(lián)合成 16 通位道使用時，聯(lián)合后信號從通道 1 輸出2.3.2 系統(tǒng)電源模塊 電源模塊如圖 2-7 所示： 圖 2-7 電源模塊系統(tǒng)的總電源采用的是 7.2V 直流電源，一路直接為電機驅(qū)動模塊 L298N 的模擬部分供電。另一路利用 DC/DC 穩(wěn)壓電源模塊 LM2596 將 7.2V 直流轉(zhuǎn)換成 5v 直流輸出，為語音模塊 LD3320，主控單片機 MC9S12XS128 供電。LM2596 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3A 的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有 3.3V、5V、12V， 可調(diào)版本可以輸出小于 37V 的各種電壓。該器件內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為 150KHz，與低頻開西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文14關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小 規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需 4 個外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了 LM2596 的使用，極大地 簡化了開關(guān)電源電路的設(shè)計。其封裝形式包括標(biāo)準(zhǔn)的 5 腳 TO-220 封裝（DIP）和 5 腳 TO-263 表貼封裝（SMD） 。該器件還有其他一些特點：在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在15%的范圍內(nèi)；可以用僅 80A 的待機電流，實現(xiàn)外部斷電；具有自我保護電路（一個兩級 降頻限流保護和一個在異常情況下斷電的過溫完全保護電路）指標(biāo)：1.輸入電壓可高達(dá) 40V2.輸出電壓范圍 1.2V37V4% 3.輸出電流可高達(dá) 3A 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文152.3.3 語音模塊 1. 語音模塊電原理圖如圖 2-8 所示：圖 2-8 語音模塊整體原理圖語音模塊由語音接收識別模塊 LD3320，語音信號處理單片機 STC90LE52 的最小系統(tǒng)組成。 2. 語音芯片的接收識別模塊如圖 2-9，2-10 所示：西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文16圖 2-9 語音芯片的接收識別模塊圖 2-10 語音信號處理模塊西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文17本次設(shè)計采用的是語音芯片模塊，所以出現(xiàn)了接收模塊和處理模塊，接收模塊使用的 LD3320，處理模塊使用的是 STC90LE52 微處理器。STC90LE52 處理模塊主要是將 LD3320 接收過來的信號，經(jīng)過編程處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，對不同的命令信息進行編碼。LD3320：芯片是一款“語音識別”專用芯片，由 ICRoute 公司設(shè)計生產(chǎn)。該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括 AD、DA 轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。本芯片在設(shè)計上注重節(jié)能與高效，不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM 等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實現(xiàn)語音識別/聲控/人機對話功能。并且，識別的關(guān)鍵詞語列表是可以任意動態(tài)編輯的。LD3320 模塊主要特征有：1.尺寸：2*6.2cm；2.排針：2*20 標(biāo)準(zhǔn) DIP40 排針；3.LD3320 芯片的音頻模擬管腳連接相應(yīng)的電容/電阻后通過排針引出； 4.LD3320 模塊上設(shè)計有 2 個音頻插座，直接引出 MIC 輸入和 Speaker 輸出信號。用戶可以用一個帶麥克風(fēng)的耳機驗證語音識別和聲音播放，十分方便；5.LD3320 模塊上沒有電源芯片，相應(yīng)的電源管腳由排針引出，由開發(fā)者連接入 3.3v 電源輸入；6.LD3320 模塊上的 CLK 輸入可以選擇如下任意一種：1)直接將晶振信號通過排針輸入到 LD3320 的相應(yīng)管腳。2)或者用戶可以自行焊接晶振，在模塊上預(yù)留了晶振的空間和連接點。LD33201. 時鐘（Clock） 芯片必須連接外部時鐘，可接受的頻率范圍是 448MHz；而芯片內(nèi)部還有 PLL 頻率合成器，可產(chǎn)生特定的頻率供內(nèi)部模塊使用2. 復(fù)位 對芯片的復(fù)位信號（RSTB*）必須在 VDD/VDDA/VDDIO 都穩(wěn)定后進行。無論芯片正在進行何種運算，復(fù)位信號都可以使它恢復(fù)初始狀態(tài)，并使各寄存器復(fù)位。如果沒有后續(xù)的指令（對寄存器的設(shè)置） ，復(fù)位后芯片將進入休眠狀態(tài)。此后，一個 CSB*信號就可以重新激活芯片進入工作狀態(tài)。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文183. 并行接口 本芯片可通過并行方式和外部主 CPU 連接，此時使用 8 根數(shù)據(jù)線（P0-P7） ，4 個控制信號（WRB*, RDB*, CS*， A0） ， 以及一個中斷返回信號（INTB*） 。4.串行接口 串行接口通過 SPI 協(xié)議和外部主 CPU 連接，首先要將 MD 接高電平，而將（2*）接地。此時只使用 4 個管腳：片選（SCS*） 、SPI 時鐘（SDCK） 、SPI 輸入(SDI)和 SPI 輸出（SDO） 。 表 2-2 LD3320 I/O 分配表管腳編號 名稱 IO方向 AD分類 說明1, 32 VDDIO - - 數(shù)字I/O電路用電源輸入2 (Reaserved) - - (根據(jù)電路原理圖連接上拉電阻)3 (Reaserved) - - (根據(jù)電路原理圖連接上拉電阻)4 (Reaserved) - - (根據(jù)電路原理圖連接上拉電阻)5 (Reaserved) - - (根據(jù)電路原理圖連接上拉電阻)6 (Reaserved) - - (可以懸空)7 VDD - D 數(shù)字邏輯電路用電源8, 33 GNDD - D IO和數(shù)字電路用接地9, 10 MICP, N I A 麥克風(fēng)輸入（正負(fù)端）11 MONO I A 單聲道LineIn輸入12 MBS - A 麥克風(fēng)偏置13, 14 LINL, R I A 立體聲LineIn（左右端）15, 16 HPOL, R O A 耳機輸出（左右端）17 GNDA - A 模擬電路用接地18 VREF - A 聲音信號參考電壓19, 23 VDDA - A 模擬信號用電源20 EQ1 O A 喇叭音量外部控制121 EQ2 I A 喇叭音量外部控制222 EQ3 O A 喇叭音量外部控制324 GNDA - A 模擬電路用接地25, 26 SPON, P O A 喇叭輸出西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文1927, 28 LOUTL, R O A LineOut輸出29 (Reaserved) - - (參考附錄B.4 的說明)30 (Reaserved) - - (參考附錄B.4 的說明)31 CLK I D 時鐘輸入448(MHz)34 P7 I/O D 并行口（第7位）連接上拉電阻35 P6 I/O D 并行口（第6位）連接上拉電阻36 P5 I/O D 并行口（第5位）連接上拉電阻37 P4 I/O D 并行口（第4位）連接上拉電阻38 P3 I/O D 并行口（第3位）連接上拉電阻39 P2/SDCK I/O D 并行口（第2位） ， 共用 SPI時鐘 連接上拉電阻40 P1/SDO I/O D 并行口（第1位） ， 共用 SPI輸出連接上拉電阻41 P0/SDI I/O D 并行口（第0位） ， 共用 SPI輸入 連接上拉電阻42 WRB*/SPIS* I D 寫允許（低電平有效） ， 共用SPI允許（低電平有效）連接上拉電阻 43 CSB*/SCS* I D 并行方式片選信號， 共用SPI片選信號連接上拉電阻 44 A0 I D 地址或數(shù)據(jù)選擇。 在WRB*有效時，高電平表示P0P7是地址，而低電平表示P0P7是數(shù)據(jù)。 連接上拉電阻 45 RDB* I D 讀允許（低電平有效） 連接上拉電阻46 MD I D 0：并行工作方式 1：串行工作方式（SPI協(xié)議）連接上拉電阻47 RSTB* I D 復(fù)位信號（低電平有效） 連接上拉電阻48 INTB* O D 中斷輸出信號（低電平有效） 連接上拉電阻共48個 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文20STC90LE52：STC90LE52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。這部分是單片機 以并口方式來控制LD3320。并行接口：本芯片可通過并行方式和外部主 CPU 連接，此時使用 8 根數(shù)據(jù)線（P0-P7） ，4 個控制信號（WRB*, RDB*, CS*， A0） ， 以及一個中斷返回信號（INTB*） 。2.4 系統(tǒng)車模介紹本次設(shè)計采用四輪（前舵后機）小車模型，小車后面的電機用來為小車提供動力從而驅(qū)動小車。前面的舵機用來控制小車的行駛方向。語音控制小車為四輪結(jié)構(gòu)，如圖 2-11、圖 2-12 所示。其中前面兩個車輪由前輪舵機控制，在連桿和支點作用下控制前輪左右擺動，來調(diào)節(jié)小車的前進方向。在自然狀態(tài)下，前輪保持中間位置。后面兩個車輪由后輪電機驅(qū)動，為整個小車提供動力。所以又稱前面的輪子為方向輪，后面的兩個輪子為驅(qū)動輪，如下圖所示 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文21圖 2-11 小車實物圖圖 2-12 小車實物圖西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文22小車的行走原理 直走：由小車的結(jié)構(gòu)分析，在自然狀態(tài)下，前輪舵機驅(qū)動柄保持中間狀態(tài)，這是只要后輪電機正轉(zhuǎn)小車就會前進。倒車：倒車動作和前進動作剛好相反，前輪舵機驅(qū)動柄仍然保持中間狀態(tài)，后輪電機反轉(zhuǎn)，小車就會向后運動。左轉(zhuǎn)：前輪舵機逆時針旋轉(zhuǎn)（規(guī)定為正轉(zhuǎn)） ，后輪電機正轉(zhuǎn)，這時小車就會在前后輪共同作用下朝左側(cè)前進。 右轉(zhuǎn)：前輪舵機反轉(zhuǎn)，后輪電機正轉(zhuǎn)，這時小車就是會在前后輪共同作用下朝右側(cè)前進。 2.4.1 電機驅(qū)動模塊驅(qū)動模塊如圖 2-13 所示： 圖 2-13 L298N 驅(qū)動模塊西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文23單片機 I/O 口輸出電機控制信號經(jīng)光耦進行光電隔離后，進入電機驅(qū)動芯片L298N，L298N 輸出信號直接加載至電機，驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)。L298N 驅(qū)動模塊是為了讓我們的大功率的電機能夠轉(zhuǎn)起來的保障，它有 4 個輸入口，4 個輸出口。我們只使用了 2 個輸入(int1 和 int4)和輸出口(out1 和out4,out2 和 out3 接 GND)，實現(xiàn)電機的正(out1)反(out4)轉(zhuǎn)。 L298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含倆個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 46V，2A 以下的電機。OUT1、OUT2 和OUT3、OUT4 之間分別接 2 個電動機。IN1、IN2、IN3、IN4 引腳從單片機接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB 接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。圖 2-14 光敏開關(guān) TLP521光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。當(dāng) IN1 給高電平（1）的時候 光線弱 光耦接收端截止 相當(dāng)于給 LN298 IN1西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文24低電平；當(dāng) IN1 給低電平（0）的時候 光線強 光耦接收端導(dǎo)通 相當(dāng)于給 LN298 IN1高電平。圖 2-15 電機 M1 M2 二極管起保護作用，防止后級電路過流或過壓沖擊燒毀前級電路的芯片。通過 IN1-IN4 的高低電平 來控制電機 M1 M2 的轉(zhuǎn)停Out1Out2：輸出端，接電機 M1；Out3Out4：輸出端，接電機 M2； ENA、ENB：高電平有效，ENA、ENB 分別為 IN1 和 IN2、IN3 和 IN4 的使能端；2.4.2 驅(qū)動電機RS-540 電機基本參數(shù) RS-540工作電壓：DC7.2V空載電流：1.72A最大電流：9.71A空載轉(zhuǎn)速：23400RPM10%負(fù)載轉(zhuǎn)速：19900RPM10%西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文25最大功率 r：61.75W 圖 2-16 RS-540 電機實物圖2.4.3 舵機舵機 MG995 電機參數(shù)：空心杯電機；金屬齒輪結(jié)構(gòu)；雙滾珠軸承；連接線長度 30 厘米；舵機 MG995 技術(shù)參數(shù)：尺寸：40mm 20mm 36.5mm;重量：62g 技術(shù)參數(shù)：無負(fù)載速度 0.17 秒/60 度（4.8V);0.13 秒/60 度（6.0V）;扭矩：13KG使用溫度：-30 - +60 攝氏度;死區(qū)設(shè)定：4 微秒;工作電壓：3.0V-7.2V西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文26 圖 2-17 MG995 舵機實物圖西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文27第三章 智能語音小車軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件編程分為兩個部分：1. MC9S12XS128 主控單片機編程2. 語音處理單片機 STC90LE52 編程主控單片機編程包括：系統(tǒng)初始化模塊、I/O 初始化模塊、時鐘初始化模塊、PWM 舵機控制模塊、PWM電機驅(qū)動模塊。語音處理單片機編程包括：中斷模塊、ASR 模塊。3.1 主控系統(tǒng)總體軟件流程圖系統(tǒng)軟件流程圖如圖 3-1 所示：圖 3-1 系統(tǒng)軟件流程圖 程序初始化檢測語音模塊狀態(tài)選擇相應(yīng)處理方式調(diào)用舵機程序調(diào)用電機程序 中斷返回 中斷程序中斷響應(yīng)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文28PWM 流程圖如圖 3-2 所示： 圖 3-2 PWM 流程圖在整個系統(tǒng)設(shè)計中，用到了 3 個單片機基本功能模塊:時鐘模塊、PWM 輸出模塊、以及普通 IO 模塊。根據(jù)系統(tǒng)實際需求，對各個模塊進行了初始化配置，通過對相應(yīng)數(shù)據(jù)寄存器或狀態(tài)寄存器的讀寫，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。3.1.1 MC90XS128 時鐘模塊初始化MC90XS128 單片機中有四個不同的時鐘，即外部晶振時鐘、鎖相環(huán)時鐘、總線時鐘和內(nèi)核時鐘。本文采用的是 16MHz 的外部晶振，因此外部晶振時鐘為16MHz，默認(rèn)設(shè)置下，鎖相環(huán)時鐘為 32MHz，總線時鐘為 16MHz，內(nèi)核時鐘為16MHz。鎖相環(huán)時鐘與外部晶振時鐘的倍、分頻關(guān)系由 SYNR、REFDV 兩寄存器決定?？偩€時鐘用作片上外圍設(shè)備的同步，而內(nèi)核時鐘則用作 CPU 的同步，它決定了指令執(zhí)行的速度。為了提高外圍設(shè)備的工作性能，對單片機進行了超頻，超頻后的總線時針為 40MHz，具體參數(shù)：既 FDV 二 0 x0l；SYNR=0 x04。本文通過實時中斷的時間間隔來控制參數(shù)采樣及控制指令輸出的周期，在PWM 初始化信號檢測選擇處理方式電機舵機西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文29系統(tǒng)中，由于各個任務(wù)的工作周期不相同。語音識別模塊的采樣周期為 10ms，舵機的控制指令輸出的周期為 20ms。為了滿足不同任務(wù)的需求，可以通過軟件計數(shù)的方式來產(chǎn)生不同周期的時間間隔。3.1.2 電機驅(qū)動 PWM 模塊初始化脈寬調(diào)制模塊有 8 路獨立的可設(shè)置周期和占空比的 8 位 PWM 通道，每個通道配有專門的計數(shù)器。該模塊有 4 個時鐘源，能分別控制 8 路信號。通過配置寄存器可設(shè)置 PWM 的使能與否、每個通道的工作脈沖極性、每個通道輸出的對齊方式、時鐘源以及使用方式(八個 8 位通道還是四個 16 位通道)。在智能模型車系統(tǒng)中，一共用到四路 PWM 輸出，兩路用于舵機控制，兩路用于電機控制；為了提高控制精度，將兩路 8 位通道合并為一個 16 位通道來控制舵機，這樣可使舵機的控制精度從 1/255 提高到 1/65536。對于電機的控制，8 位的輸出精度可以滿足應(yīng)用要求，一路 PWM 輸出用于控制電機的正轉(zhuǎn)，一路PWM 輸出用于控制電機的反向制動。 3.1.3 MC90XS128 系統(tǒng)初始化MC90XS128 系統(tǒng)初始化能使整個系統(tǒng)運行在正常的情況下，不會出現(xiàn)跑飛。3.2 STC90LE52 模塊 3.2.1 中斷程序模塊中斷裝置和中斷處理程序統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)是計算機的重要組成部分。實時控制、故障自動處理、計算機與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了計算機效率。本次使用中斷程序就是為了提高語音模塊響應(yīng)速率。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文303.2.2 ASR 模塊該模塊的初始化是出廠默認(rèn)的，所以只是簡單地介紹 ASR 模塊的識別流程順序如下:1、RunASR()函數(shù)實現(xiàn)了一次完整的 ASR 語音識別流程2、LD_AsrStart() 函數(shù)實現(xiàn)了 ASR 初始化3、LD_AsrAddFixed() 函數(shù)實現(xiàn)了添加關(guān)鍵詞語到 LD3320 芯片中4、LD_AsrRun()函數(shù)啟動了一次 ASR 語音識別流程注：任何一次 ASR 識別流程，都需要按照這個順序，從初始化開始。3.3 軟件開發(fā)平臺介紹3.3.1 語音芯片開發(fā)平臺：keil uvision4Keil 軟件的整體概述：Keil 公司是一家業(yè)界領(lǐng)先的微控制器（MCU）軟件開發(fā)工具的獨立供應(yīng)商。Keil 公司由兩家私人公司聯(lián)合運營，分別是德國慕尼黑的 Keil Elektronik GmbH和美國德克薩斯的 Keil Software Inc。Keil 于 2005 年由 ARM 公司收購，現(xiàn)在是ARM 旗下的一個公司。2009 年 2 月發(fā)布 keil uvision4，keil uvision4 引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。keil uvision4 新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的 ARM 芯片，還添加了一些其他新功能。2011 年 3 月 ARM 公司發(fā)布最新集成開發(fā)環(huán)境 RealView MDK 開發(fā)工具中集成了最新版本的 keil uvision4，其編譯器、調(diào)試工具實現(xiàn)與 ARM2器件的最完美匹配。Keil uVision4西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文312009 年 2 月發(fā)布 Keil Vision4，Keil Vision4 引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的 ARM芯片，還添加了一些其他新功能。2011 年 3 月 ARM 公司發(fā)布最新集成開發(fā)環(huán)境 RealView MDK 開發(fā)工具中集成了最新版本的 Keil uVision4，其編譯器、調(diào)試工具實現(xiàn)與 ARM 器件的最完美匹配。3.3.2 飛思卡爾 16 位單片機 MC9S12XS12 的軟件開發(fā)平臺：CodeWarriorIDE 簡介 CodeWarriorIDE 是飛思卡爾半導(dǎo)體公司推出的一款支持多種硬件平臺的集成開發(fā)環(huán)境，目前針對微控制器系列的最新版本是 V10.1（CodeWarrior for Microcontrollers v10.1） ，可以為 RS08、HC(S)08 以及 ColdFireV1 等微控制器的設(shè)計提供快速高效的開發(fā)工具,實現(xiàn)源程序編輯、編譯以及全片模擬、在線仿真等諸多功能。飛思卡爾官方網(wǎng)站提供種版本的免費下載，包括評估版、特別版、標(biāo)準(zhǔn)版和專業(yè)版等。標(biāo)準(zhǔn)版和專業(yè)版須注冊，特別版可直接使用，不過有代碼大小限制（C 代碼：HC(S)08/RS08-32K、ColdFireV1-64K，匯編代碼不限） ，可以滿足一般學(xué)習(xí)開發(fā)應(yīng)用需要。CodeWarrior 微控制器版本 V10.1 的主要特點如下：快速的工程建立和 MCU 變更工具針對 HC(S)08、RS08 和 ColdFireV1MCU 的優(yōu)化 C/C+編譯支持 HC(S)08、RS08 和 ColdFireV1MCU 的匯編（絕對、重定位、混合、嵌入）圖形化、源碼級的調(diào)試器支持 HCS08 和 ColdFireV1 在片（on-chip）跟蹤支持 Flash 編程支持 HC(S)08、RS08 和 ColdFireV1MCU 的全片仿真西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文32可視化數(shù)據(jù)HC(S)08,RS08 和 ColdFireV1CPU 及外圍 UNIS 器件初始化代碼生成工具支持 HC(S)08 和 ColdFireV1CPU、片上外圍、外部外圍以及軟件算法的BeanWizard和 組件的 UNISProcessorExpert超過 150 個可供參考的匯編和 C 工程實例豐富的開發(fā)使用指南HCS08 移植到 ColdFireV13.4 整體程序#include #include #pragma LINK_INFO DERIVATIVE mc9s12xs128/ 程序說明：PWM 脈寬調(diào)制的脈沖輸出范例 / 參考書籍：單片機原理及應(yīng)用-使用 Freescale S12X 構(gòu)建嵌入式系統(tǒng) by RY / /-鎖相環(huán)初始化- void SetBusCLK_40M(void) CLKSEL=0X00;/disengage PLL to system PLLCTL_PLLON=1;/ on PLL SYNR=4; REFDV=1;/pllclock=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=80MHz; _asm(nop); /BUS CLOCK=40M _asm(nop); while(!(CRGFLG_LOCK=1); CLKSEL_PLLSEL=1;/engage PLL to system; 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文33/函數(shù)：PWM 初始化/void pwm_init(void) PWMCTL=0XA0; /設(shè)置6,7 2,3 通道連級 PWMCTL_CON45=1; PWMPRCLK=0X22; /SA_COLK=10MHZ SB_COLK=10MHZ PWMSCLA=0X05; /COLKSA=1MHZ PWMSCLB=0X05; /COLKSB=1MHZ PWMCLK=0X88; /PWM23選擇 SB_CLK 6.7=SB PWMCLK_PCLK5=1; PWMPOL=0X08; /極性選擇起始為高電平 PWMCAE=0X00; /左對齊方式 PWMCNT23=0X0000; PWMCNT67=0X0000; PWMCNT45=0X0000; PWMPER23=20000; /設(shè)置周期為20ms PWM23驅(qū)動舵機 PWMPER67=600; /F=1kHZ PWM67驅(qū)動電機正轉(zhuǎn) PWMPER45=600; PWMDTY23=1419; /舵機回正 PWMDTY67=400; PWMDTY45=400; PWME_PWME3=1; PWME_PWME7=0; PWME_PWME5=0;void delay_ms() int i; for(i=0;i10;i+) ; 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文34/函數(shù)：IO 初始化 /void IO_Init() PORTB = 0 x00; /設(shè)置 B 口初值 DDRB = 0 x00; /B 口為輸入口 / PORTA = 0 x00; /設(shè)置 A 口初值 / DDRA = 0 xFF; /A 口為輸出口/主函數(shù)/void main() DisableInterrupts; /關(guān)總中斷, = asm SEI SetBusCLK_40M(); IO_Init(); pwm_init(); /調(diào)用 PWM 初始化函數(shù) /PWME=0 x04; /使能通道 0 的 PWM 輸出 while(1) switch(PORTB) case 0 x01:PWMDTY23=1419;PWME_PWME3=1;PWME_PWME7=1;PWME_PWME5=0; break; /3 舵機 7 正轉(zhuǎn) 5 反轉(zhuǎn) case 0 x02:PWMDTY23 = 1419; PWME_PWME3=1;PWME_PWME5=1;PWME_PWME7=0; break; case 0 x04:PWMDTY23 = 1700; PWME_PWME3=1;PWME_PWME7=1;PWME_PWME5=0; break; case 0 x08:PWMDTY23 = 1138; PWME_PWME3=1;PWME_PWME7=1;PWME_PWME5=0; break; 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文35 case 0 x10:PWME=0 x00; break; / case 0 x