基于單片機(jī)的智能語音小車硬件設(shè)計(jì),基于,單片機(jī),智能,語音,小車,硬件,設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題題 目目基于單片機(jī)的智能語音小車硬件設(shè)計(jì)專業(yè)名稱 自動(dòng)化 學(xué)生姓名 吳晗 指導(dǎo)教師 李雪霞 畢業(yè)時(shí)間 2014.06 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文畢業(yè) 任務(wù)書一、題目：基于單片機(jī)的智能語音小車硬件設(shè)計(jì)二、指導(dǎo)思想和目的要求：通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)電子工藝、傳感器知識(shí)、電機(jī)控制技術(shù)、模電、數(shù)電、等電子基礎(chǔ)課程的基本知識(shí)加深理解，在所學(xué) 51 八位單片機(jī)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)更高級(jí)十六位單片機(jī)的基本指令及基本結(jié)構(gòu)，并將其與實(shí)際工程應(yīng)用緊密結(jié)合起來，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)分析問題解決問題能力，為盡快進(jìn)入社會(huì)角色，熟悉相關(guān)開發(fā)工作流程、項(xiàng)目小組組成、分工、合作方式方法等。增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提高基本工作技能，為即將踏入社會(huì)奠定理論和實(shí)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(shí)，查閱參考資料，參照智能小車設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)一個(gè)可以按照預(yù)定語音控制命令動(dòng)作的智能小車，運(yùn)用所學(xué)單片機(jī)知識(shí)獨(dú)立設(shè)計(jì)電路、自行焊接、調(diào)試，直至預(yù)期結(jié)果方可。要求實(shí)現(xiàn)：小熊和在語音信號(hào)控制下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等功能。(1)設(shè)計(jì)思路：在所學(xué)單片機(jī)知識(shí)的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)指標(biāo)要求完成各功能模塊方案論證、原理圖設(shè)計(jì)、器件選型、印刷電路板制作、元器件焊裝、軟件編程及聯(lián)機(jī)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(jìn)行方案選型及論證。 3、設(shè)計(jì)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6、制做各印刷電路板并焊裝。7、編程調(diào)試。三、進(jìn)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(jì)硬件原理圖并進(jìn)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(píng)閱。7第十五周第十六周 評(píng)閱與答辯四、主要參考書及參考資料1 謝宜人主編,單片機(jī)實(shí)用技術(shù)問答, 北京人民郵電出版社 ; 20032 靳達(dá)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航 , 北京人民郵電出版社 ; 20033 流光斌等，單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)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(jī)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與實(shí)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(jī)械工業(yè)出版社；2000 年7 蔣新松；機(jī)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(jī)器人控制技術(shù)；北京：機(jī)械工業(yè)出版社；1997 年9 陳明熒，8051 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)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(jī)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文摘 要隨著汽車電子和機(jī)器人智能技術(shù)的發(fā)展，智能車已經(jīng)成為自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。智能汽車是一種集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，集中的運(yùn)用到了自動(dòng)控制、模式識(shí)別、傳感器技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)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(jià)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(jī)模塊以及語音模塊的運(yùn)作從而實(shí)現(xiàn)語音控制小車的智能特性。 借助于各個(gè)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(shí)現(xiàn)了小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)停車等基本功能關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，智能汽車，語音識(shí)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(jī) .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(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 .232.4.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī) .252.4.3 舵機(jī) .26第三章 智能語音小車軟件設(shè)計(jì) .273.1 主控系統(tǒng)總體軟件流程圖.273.1.1 MC90XS128 時(shí)鐘模塊初始化.283.1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(tái)介紹.303.3.1 語音芯片開發(fā)平臺(tái)：keil uvision4.303.3.2 飛思卡爾 16 位單片機(jī) MC9S12XS12 的軟件開發(fā)平臺(tái)：.313.4 整體程序.32第四章 硬件設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文0第一章 緒論1.1 選題的意義 機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎滲透到所有領(lǐng)域。機(jī)器人的發(fā)展體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家技術(shù)水平的高低，現(xiàn)代機(jī)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(jī)器人是示教再現(xiàn)型機(jī)器人。它們裝有記憶存儲(chǔ)器，由人將作業(yè)的各種操作要求示范給機(jī)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(shí)，則自主地再現(xiàn)示教的動(dòng)作。第二代機(jī)器人是裝有小型計(jì)算機(jī)和簡(jiǎn)單傳感器的離線編程的工業(yè)機(jī)器人。它能感知外界信息和進(jìn)行“思維” ，比第一代機(jī)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(jī)器人。智能機(jī)器人是“具有感知、思維和動(dòng)作的機(jī)器” 。它裝有多種傳感器，能識(shí)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(dòng)作靈活，是人工智能技術(shù)發(fā)展到高級(jí)階段的產(chǎn)物。 智能小車，也就是輪式機(jī)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(jī)器人，航空航天等領(lǐng)域。作為 20 世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的重大成就，機(jī)器人已經(jīng)和人類社會(huì)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(jìn)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(duì)大學(xué) 4 年學(xué)習(xí)的一個(gè)很好的檢測(cè)，對(duì)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(xiàng)或多項(xiàng)駕駛?cè)蝿?wù)的綜合車輛技術(shù)。智能車輛的一個(gè)基本特征是在一定道路條件下實(shí)現(xiàn)全部或者部分的自動(dòng)駕駛西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1功能。智能車輛的研究始于 20 世紀(jì) 50 年代初，美國(guó) Barrett Electronics 公司開發(fā)出的世界上第一臺(tái)自動(dòng)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(tái)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(yùn)輸工具。由于 Kalmar 工廠采用 AGVS 獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，許多西歐國(guó)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(yùn)輸手段。中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司和國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院于 2003 年 7 月研制成功我國(guó)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(shí)，最高峰值速度為 170 公里/小時(shí)，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(jìn)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(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出道路狀況，測(cè)量前方車輛的距離和相對(duì)速度，相當(dāng)于駕駛員的眼睛；車載主控計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的路徑規(guī)劃軟件根據(jù)計(jì)算機(jī)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(jìn)還是換道準(zhǔn)備超車，相當(dāng)于駕駛員的大腦；接著，自動(dòng)駕駛控制軟件按照需要跟蹤的路徑和汽車行駛動(dòng)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(dòng)作指令，操縱汽車按規(guī)劃好的路徑前進(jìn)，起到駕駛員的手和腳的作用。1.3 實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容本課題是使用的 LD3320 模塊作為語音的識(shí)別和輸出模塊，使用MC9S12XS128 微處理器作為處理芯片，對(duì)來自語音模塊的命令信息進(jìn)行判別掃描，根據(jù)其內(nèi)容給出車模電機(jī)的驅(qū)動(dòng)命令和舵機(jī)的方向控制，使小車按照語音命令實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向等預(yù)期的動(dòng)作。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文21.4 本人承擔(dān)的任務(wù) 在此次設(shè)計(jì)中我的主要任務(wù)是硬件電路設(shè)計(jì)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3第二章 系統(tǒng)硬件2.1 設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)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(hào)，并且輸出處理后能讓 16 位飛思卡爾單片機(jī) MC9S12XS128 微處理器識(shí)別的信號(hào)；當(dāng) MC9S12XS128 微處理器接收到信號(hào)會(huì)控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊使電機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)，同時(shí)控制舵機(jī)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(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，分為控制芯片 MC9S12XS128B 電路，電源的管理單元，語音識(shí)別單元，舵機(jī)控制單元和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元。Ld3320 語音識(shí)別模塊時(shí)鐘模塊復(fù)位按鍵 單 片 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 模塊 舵機(jī) 電機(jī)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文4各單元設(shè)計(jì)如下： 1電源管理單元主要為穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)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(shí)別單元作為系統(tǒng)的重要組成部分，采用 LD3320 作為語音識(shí)別元件; STC90LE52 為語音處理元件 。3舵機(jī)控制單元通過 PWM 的控制來調(diào)整舵機(jī)的角度。 4直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元采用 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng) H-橋作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)元件。本次設(shè)計(jì)以飛思卡爾 MC9S12XS128 單片機(jī)為核心，由 Ld3320 語音識(shí)別模塊進(jìn)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(jī)可識(shí)別的信號(hào)，從而控制 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊來實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(jī)Freescale 公司的 16 位單片機(jī)主要分為 HC12 、HCS12、HCS12X 三個(gè)系列。HC12 核心是 16 位高速 CPU12 核，總線速度 8MHZ；HCS12 系列單片機(jī)以速度更快的 CPU12 內(nèi)核為核心，簡(jiǎn)稱 S12 系列，典型的 S12 總線速度可以達(dá)到25MHZ。HCS12X 系列單片機(jī)是 Freescale 公司于 2005 年推出的 HCS12 系列增強(qiáng)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。總線頻率最高可達(dá) 40 MHz。S12X 系列單片機(jī)目前又有幾個(gè)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(gè)成員。1. MC9S12XS128 性能概述 MC9S12XS128 是 16 位單片機(jī)，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(chǔ)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文5塊包括： 內(nèi)部存儲(chǔ)器 ；內(nèi)部 PLL 鎖相環(huán)模塊 ；2 個(gè)異步串口通訊 SCI ；1 個(gè)串行外設(shè)接口 SPI ；MSCAN 模塊 ；1 個(gè) 8 通道輸入/輸出比較定時(shí)器模塊 TIM ；周期中斷定時(shí)器模塊 PIT ；16 通道 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ADC ；1 個(gè) 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(jì)使用了具有 80 個(gè)引腳的 MC9S12XS128MAA 單片機(jī)。MC9S12XS 系列具有豐富的輸入/輸出端口資源，同時(shí)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(gè)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文63.MC9S12XS128 單片機(jī)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(jī)最小系統(tǒng)系統(tǒng)控制核心 MC9S12XS128 單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的主體，它為整個(gè)系統(tǒng)提供了運(yùn)行方式。該最小系統(tǒng)包括電源、時(shí)鐘、復(fù)位及引腳接插件幾大部分。排針外擴(kuò)：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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文7圖2-3 排針外擴(kuò)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文84. MC9S12XS128 單片機(jī)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(jī)端口設(shè)置核心板電路是總個(gè)電路的核心部分，控制著各部分的功能作用。我們因?yàn)榘裀WM2 和 PWM3,PWM4 和 PWM5，PWM6 和 PWM7 這 3 組級(jí)聯(lián)使用，所以輸出口變?yōu)槎鏅C(jī) DJ1,電機(jī)正傳為 dj1，電機(jī)反轉(zhuǎn)為 dj2，接收信號(hào)使用了 B 端口：PB0-PB4，對(duì)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(duì)接器件引腳名稱及功能PWM3舵機(jī) DJ1/舵機(jī)控制PWM5電機(jī) dj1/電機(jī)正轉(zhuǎn)PWM7電機(jī) dj2/電機(jī)反轉(zhuǎn)PB0Sr1 語音處理單片機(jī)的 I/O前進(jìn)接收PB1Sr2 語音處理單片機(jī)的 I/O后退接收PB2Sr3 語音處理單片機(jī)的 I/O左轉(zhuǎn)接收PB3Sr4 語音處理單片機(jī)的 I/O右轉(zhuǎn)接收PB4Sr5 語音處理單片機(jī)的 I/O停止接收5.MC9S12XS128MAA 特點(diǎn)介紹S12XS 系列單片機(jī)是在 S12XE 系列基礎(chǔ)上去掉 XGate 協(xié)處理器的單片機(jī)；8 路 8 位、10 位、12 位 AD 轉(zhuǎn)換,時(shí)間 3us；可運(yùn)行在 40MHz 總線頻率上；有 ECC 模塊；7 路 PWM；8 路 16 位計(jì)數(shù)器；1 個(gè) CAN 總線模塊；4 路外部事件觸發(fā)中斷輸入端口；2 個(gè) 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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文101 個(gè) SPI 模塊；80 管腳 LQFP 貼片封裝。該系列單片機(jī)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(gè)定時(shí)模塊端口 S 整合了 2 個(gè) SCI 模塊和 1 個(gè) SPI 模塊端口 M 整合了 1 個(gè) MSCAN端口 P 整合了 PWM 模塊，同時(shí)可用作外部中斷源輸入端口 H 和 J 為通用 I/O 接口，同時(shí)可用作外部中斷源輸入端口 AD 整合了 1 個(gè) 16 位通道 ATD 模塊對(duì)于端口 T,S,M,P,H,J,和 AD，有基于每個(gè)針腳的降額輸出驅(qū)動(dòng)控制寄存器。對(duì)于端口 A,B,E,和 K，有一個(gè)基于端口的降額輸出驅(qū)動(dòng)控制寄存器。對(duì)于端口 S、M，有漏極開路（線或）控制寄存器。對(duì)于端口 P、H 和 J，有基于每個(gè)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(gè),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(dòng)控制寄存器 RDR PORTB：PORTB 為通用數(shù)字 I/O 口, 共 8 個(gè)。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(dòng)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(gè)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(gè) PWM 通道都對(duì)應(yīng)一個(gè)使能位來開啟和關(guān)閉 PWM 通道，如上 PWME0 對(duì)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(shí)鐘源的下一個(gè)周期才正常輸出。原因是介于 PWMEx 位和時(shí)鐘源的同步機(jī)制。注意：使能 PWM 通道后的第一個(gè) 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(shí)，聯(lián)合后信號(hào)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)，聯(lián)合后信號(hào)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(shí)，聯(lián)合后信號(hào)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī) 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(dòng)電流，同時(shí)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(bǔ)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(gè)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(jiǎn)化了開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。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(diǎn)：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(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電；具有自我保護(hù)電路（一個(gè)兩級(jí) 降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過溫完全保護(hù)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)別模塊 LD3320，語音信號(hào)處理單片機(jī) STC90LE52 的最小系統(tǒng)組成。 2. 語音芯片的接收識(shí)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文16圖 2-9 語音芯片的接收識(shí)別模塊圖 2-10 語音信號(hào)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文17本次設(shè)計(jì)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(hào)，經(jīng)過編程處理成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，對(duì)不同的命令信息進(jìn)行編碼。LD3320：芯片是一款“語音識(shí)別”專用芯片，由 ICRoute 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)。該芯片集成了語音識(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)語音識(shí)別/聲控/人機(jī)對(duì)話功能。并且，識(shí)別的關(guān)鍵詞語列表是可以任意動(dòng)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(jì)有 2 個(gè)音頻插座，直接引出 MIC 輸入和 Speaker 輸出信號(hào)。用戶可以用一個(gè)帶麥克風(fēng)的耳機(jī)驗(yàn)證語音識(shí)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(hào)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(diǎn)。LD33201. 時(shí)鐘（Clock） 芯片必須連接外部時(shí)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(duì)芯片的復(fù)位信號(hào)（RSTB*）必須在 VDD/VDDA/VDDIO 都穩(wěn)定后進(jìn)行。無論芯片正在進(jìn)行何種運(yùn)算，復(fù)位信號(hào)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(duì)寄存器的設(shè)置） ，復(fù)位后芯片將進(jìn)入休眠狀態(tài)。此后，一個(gè) CSB*信號(hào)就可以重新激活芯片進(jìn)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)使用 8 根數(shù)據(jù)線（P0-P7） ，4 個(gè)控制信號(hào)（WRB*, RDB*, CS*， A0） ， 以及一個(gè)中斷返回信號(hào)（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(shí)只使用 4 個(gè)管腳：片選（SCS*） 、SPI 時(shí)鐘（SDCK） 、SPI 輸入(SDI)和 SPI 輸出（SDO） 。 表 2-2 LD3320 I/O 分配表管腳編號(hào) 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(jī)輸出（左右端）17 GNDA - A 模擬電路用接地18 VREF - A 聲音信號(hào)參考電壓19, 23 VDDA - A 模擬信號(hào)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(hào)， 共用SPI片選信號(hào)連接上拉電阻 44 A0 I D 地址或數(shù)據(jù)選擇。 在WRB*有效時(shí)，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(hào)（低電平有效） 連接上拉電阻48 INTB* O D 中斷輸出信號(hào)（低電平有效） 連接上拉電阻共48個(gè) 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文20STC90LE52：STC90LE52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)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(jī)。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲(chǔ)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(jī) 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(shí)使用 8 根數(shù)據(jù)線（P0-P7） ，4 個(gè)控制信號(hào)（WRB*, RDB*, CS*， A0） ， 以及一個(gè)中斷返回信號(hào)（INTB*） 。2.4 系統(tǒng)車模介紹本次設(shè)計(jì)采用四輪（前舵后機(jī)）小車模型，小車后面的電機(jī)用來為小車提供動(dòng)力從而驅(qū)動(dòng)小車。前面的舵機(jī)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(gè)車輪由前輪舵機(jī)控制，在連桿和支點(diǎn)作用下控制前輪左右擺動(dòng)，來調(diào)節(jié)小車的前進(jìn)方向。在自然狀態(tài)下，前輪保持中間位置。后面兩個(gè)車輪由后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為整個(gè)小車提供動(dòng)力。所以又稱前面的輪子為方向輪，后面的兩個(gè)輪子為驅(qū)動(dòng)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文21圖 2-11 小車實(shí)物圖圖 2-12 小車實(shí)物圖西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jī)驅(qū)動(dòng)柄保持中間狀態(tài)，這是只要后輪電機(jī)正轉(zhuǎn)小車就會(huì)前進(jìn)。倒車：倒車動(dòng)作和前進(jìn)動(dòng)作剛好相反，前輪舵機(jī)驅(qū)動(dòng)柄仍然保持中間狀態(tài)，后輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車就會(huì)向后運(yùn)動(dòng)。左轉(zhuǎn)：前輪舵機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（規(guī)定為正轉(zhuǎn)） ，后輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，這時(shí)小車就會(huì)在前后輪共同作用下朝左側(cè)前進(jìn)。 右轉(zhuǎn)：前輪舵機(jī)反轉(zhuǎn)，后輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，這時(shí)小車就是會(huì)在前后輪共同作用下朝右側(cè)前進(jìn)。 2.4.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)模塊如圖 2-13 所示： 圖 2-13 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文23單片機(jī) I/O 口輸出電機(jī)控制信號(hào)經(jīng)光耦進(jìn)行光電隔離后，進(jìn)入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N，L298N 輸出信號(hào)直接加載至電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。L298N 驅(qū)動(dòng)模塊是為了讓我們的大功率的電機(jī)能夠轉(zhuǎn)起來的保障，它有 4 個(gè)輸入口，4 個(gè)輸出口。我們只使用了 2 個(gè)輸入(int1 和 int4)和輸出口(out1 和out4,out2 和 out3 接 GND)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含倆個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V，2A 以下的電機(jī)。OUT1、OUT2 和OUT3、OUT4 之間分別接 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)。IN1、IN2、IN3、IN4 引腳從單片機(jī)接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。圖 2-14 光敏開關(guān) TLP521光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。當(dāng) IN1 給高電平（1）的時(shí)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文24低電平；當(dāng) IN1 給低電平（0）的時(shí)候 光線強(qiáng) 光耦接收端導(dǎo)通 相當(dāng)于給 LN298 IN1高電平。圖 2-15 電機(jī) M1 M2 二極管起保護(hù)作用，防止后級(jí)電路過流或過壓沖擊燒毀前級(jí)電路的芯片。通過 IN1-IN4 的高低電平 來控制電機(jī) M1 M2 的轉(zhuǎn)停Out1Out2：輸出端，接電機(jī) M1；Out3Out4：輸出端，接電機(jī) 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(dòng)電機(jī)RS-540 電機(jī)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文25最大功率 r：61.75W 圖 2-16 RS-540 電機(jī)實(shí)物圖2.4.3 舵機(jī)舵機(jī) MG995 電機(jī)參數(shù)：空心杯電機(jī)；金屬齒輪結(jié)構(gòu)；雙滾珠軸承；連接線長(zhǎng)度 30 厘米；舵機(jī) 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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文26 圖 2-17 MG995 舵機(jī)實(shí)物圖西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文27第三章 智能語音小車軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件編程分為兩個(gè)部分：1. MC9S12XS128 主控單片機(jī)編程2. 語音處理單片機(jī) STC90LE52 編程主控單片機(jī)編程包括：系統(tǒng)初始化模塊、I/O 初始化模塊、時(shí)鐘初始化模塊、PWM 舵機(jī)控制模塊、PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。語音處理單片機(jī)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(cè)語音模塊狀態(tài)選擇相應(yīng)處理方式調(diào)用舵機(jī)程序調(diào)用電機(jī)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文28PWM 流程圖如圖 3-2 所示： 圖 3-2 PWM 流程圖在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用到了 3 個(gè)單片機(jī)基本功能模塊:時(shí)鐘模塊、PWM 輸出模塊、以及普通 IO 模塊。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了初始化配置，通過對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)寄存器或狀態(tài)寄存器的讀寫，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。3.1.1 MC90XS128 時(shí)鐘模塊初始化MC90XS128 單片機(jī)中有四個(gè)不同的時(shí)鐘，即外部晶振時(shí)鐘、鎖相環(huán)時(shí)鐘、總線時(shí)鐘和內(nèi)核時(shí)鐘。本文采用的是 16MHz 的外部晶振，因此外部晶振時(shí)鐘為16MHz，默認(rèn)設(shè)置下，鎖相環(huán)時(shí)鐘為 32MHz，總線時(shí)鐘為 16MHz，內(nèi)核時(shí)鐘為16MHz。鎖相環(huán)時(shí)鐘與外部晶振時(shí)鐘的倍、分頻關(guān)系由 SYNR、REFDV 兩寄存器決定?？偩€時(shí)鐘用作片上外圍設(shè)備的同步，而內(nèi)核時(shí)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(duì)單片機(jī)進(jìn)行了超頻，超頻后的總線時(shí)針為 40MHz，具體參數(shù)：既 FDV 二 0 x0l；SYNR=0 x04。本文通過實(shí)時(shí)中斷的時(shí)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(hào)檢測(cè)選擇處理方式電機(jī)舵機(jī)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文29系統(tǒng)中，由于各個(gè)任務(wù)的工作周期不相同。語音識(shí)別模塊的采樣周期為 10ms，舵機(jī)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(jì)數(shù)的方式來產(chǎn)生不同周期的時(shí)間間隔。3.1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng) PWM 模塊初始化脈寬調(diào)制模塊有 8 路獨(dú)立的可設(shè)置周期和占空比的 8 位 PWM 通道，每個(gè)通道配有專門的計(jì)數(shù)器。該模塊有 4 個(gè)時(shí)鐘源，能分別控制 8 路信號(hào)。通過配置寄存器可設(shè)置 PWM 的使能與否、每個(gè)通道的工作脈沖極性、每個(gè)通道輸出的對(duì)齊方式、時(shí)鐘源以及使用方式(八個(gè) 8 位通道還是四個(gè) 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(jī)控制，兩路用于電機(jī)控制；為了提高控制精度，將兩路 8 位通道合并為一個(gè) 16 位通道來控制舵機(jī)，這樣可使舵機(jī)的控制精度從 1/255 提高到 1/65536。對(duì)于電機(jī)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(jī)的正轉(zhuǎn)，一路PWM 輸出用于控制電機(jī)的反向制動(dòng)。 3.1.3 MC90XS128 系統(tǒng)初始化MC90XS128 系統(tǒng)初始化能使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在正常的情況下，不會(huì)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(jì)算機(jī)的重要組成部分。實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jiǎn)單地介紹 ASR 模塊的識(shí)別流程順序如下:1、RunASR()函數(shù)實(shí)現(xiàn)了一次完整的 ASR 語音識(shí)別流程2、LD_AsrStart() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)了 ASR 初始化3、LD_AsrAddFixed() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)了添加關(guān)鍵詞語到 LD3320 芯片中4、LD_AsrRun()函數(shù)啟動(dòng)了一次 ASR 語音識(shí)別流程注：任何一次 ASR 識(shí)別流程，都需要按照這個(gè)順序，從初始化開始。3.3 軟件開發(fā)平臺(tái)介紹3.3.1 語音芯片開發(fā)平臺(tái)：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(dú)立供應(yīng)商。Keil 公司由兩家私人公司聯(lián)合運(yùn)營(yíng)，分別是德國(guó)慕尼黑的 Keil Elektronik GmbH和美國(guó)德克薩斯的 Keil Software Inc。Keil 于 2005 年由 ARM 公司收購(gòu)，現(xiàn)在是ARM 旗下的一個(gè)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(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對(duì)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(gè)窗口，提供一個(gè)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(shí)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對(duì)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(gè)窗口，提供一個(gè)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(shí)現(xiàn)與 ARM 器件的最完美匹配。3.3.2 飛思卡爾 16 位單片機(jī) MC9S12XS12 的軟件開發(fā)平臺(tái)：CodeWarriorIDE 簡(jiǎn)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(tái)的集成開發(fā)環(huán)境，目前針對(duì)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(jì)提供快速高效的開發(fā)工具,實(shí)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(fèi)下載，包括評(píng)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(cè)，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(diǎn)如下：快速的工程建立和 MCU 變更工具針對(duì) 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(duì)、重定位、混合、嵌入）圖形化、源碼級(jí)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(gè)可供參考的匯編和 C 工程實(shí)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：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jí) 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(duì)齊方式 PWMCNT23=0X0000; PWMCNT67=0X0000; PWMCNT45=0X0000; PWMPER23=20000; /設(shè)置周期為20ms PWM23驅(qū)動(dòng)舵機(jī) PWMPER67=600; /F=1kHZ PWM67驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn) PWMPER45=600; PWMDTY23=1419; /舵機(jī)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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jī) 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(jì)論文西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文35 case 0 x10:PWME=0 x00; break; / case 0 x