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完全互补，但是，由于实际的开关器件都存在开通和关断时间，绝对的互补控制逻辑必然导致上下桥臂直通短路，比如在上桥臂关断的过程中，下桥臂导通了。这个过程可用图1.3说明。
图1.3上下桥臂导通图
因此，为了避免直通短路且保证各个开关管动作之间的协同性和同步性，两组控制信号在理论上要求互为倒相的逻辑关系，而实际上却必须相差一个足够的死区时间，这个矫正过程既可以通过硬件实现，即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可以通过软件实现。
对于PWM（脉冲宽度调制）控制，通常配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大，它的原理就是直流斩波原理。若S3、S4 关断，S1、S2受PWM控制，假设高电平导通，忽略开关管损耗，则在一个周期内的导通时间为t，周期为T，则电机两端的平均电压为：U=Vcc*t/ T=α*Vcc ，其中α=t/T称为占空比，Vcc为电源电压（电源电压减去两个开关管的饱和压降）[9]。PWM的占空比α决定输出到直流电机电枢电压的平均电压，进而决定了直流电机的转速。
L298的EN A（第6引脚）、EN B（第11引脚）分别与两路PWM波输出端相连，控制电机是否转动。IN1-IN4两对I/O输入，控制电机转动方向。SENSE A、SENSE B为电流反馈引脚。Vss电压最小为4.5V，最大可达36V；Vs电压最大值也是36V。但经过实验，Vs电压应该比Vss电压高，否则有时会出现失控现象。
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第2章 小车控制系统硬件设计
2.1 系统功能实现及需求分析
本设计采用STM32F103芯片作为控制器来实现对小车电机、液晶显示模块、外置键盘、传感器探测等外设的控制是一个合理的解决方案。STM32F103具有丰富的外设接口、实时性强等优点，采用模块化设计，满足实际需要及扩展；用液晶显示模块可以实时显示小车的工作状态，比如显示小车是处在自由行走模式还是在循迹模式等；利用键盘的外部输入实现对小车行走模式的选择和速度的步进调节；利用传感器检测外界信息，实现小车简单的避障和循迹功能。基于设计功能需求，本设计采用的是低电平触发的按键开关式键盘，这样可以合理地利用硬件资源，操作简便，并且编程灵活。本论文设计的小车控制系统框图如图2.1所示。
图2.1 电机控制系统框图
由系统框图可看出，小车整个控制系统设计主要包括电机驱动、液晶显示、键盘扩展电路、触角传感电路、红外收发检测电路等模块。整个系统的硬件电路设计原理图见附录，下面分别介绍各部分模块的设计。
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2.2 主要电路设计
2.2.1 STM32F103及外围电路设计
本设计采用STM32F103为主控芯片，则STM32F103芯片的最小系统设计如图2.2、2.3所示。
图2.2 STM32F103芯片最小系统图
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图2.3 STM32F103芯片最小系统图续
如图2.2、2.3，此部分电路包括系统时钟电路、实时时钟电路、JTAG调试接口电路，复位电路和启动模式选择电路。下面对部分电路设计做简要说明。
1．时钟电路
系统时钟电路选用8MHZ的HSE晶体作为振荡器晶振。如图2.2所示，由R113、Y100（HSE晶振）、C108及C109构成系统时钟电路。HSE晶体可以通过设置时钟控制寄存器里RCC_CR中的HSEON位被启动和关闭。实时时钟电路选择LSE时钟模式，如图2.2所示，由Y101（LSE晶振）、C112及C113构成LSE旁路，提供一个32.768kHz频率的外部时钟源。LSE晶体是一个32.768kHz的低速外部晶体或陶瓷谐振器。它为实时时钟或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。
2．启动模式选择电路
如图2.3所示，通过BOOT[1:0]引脚可以选择三种不同启动模式。如下表2-1所示。
表2-1 启动模式
启动模式选择引脚 启动模式 BOOT1 X 0 1 BOOT0 0 1 1 主闪存存储器 系统存储器 内置SRAM 11
说明 主闪存存储器被选为启动区域 系统存储器被选为启动区域 内置SRAM被选为启动区域
在系统复位后，SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁存。此时可以通过设置BOOT1和BOOT0引脚的状态，来选择在复位后的启动模式。 2.2.2 电源电路设计
由于各电路模块所需电压不同，本设计需多种电源供电。STM32F103主控芯片采用3.3V供电，电机驱动采用5V与12V，红外收发检测电路采用5V与3.3V，液晶显示与触角传感电路均采用3.3V供电。外部电源采用12V的直流电压，因此根据设计要求，本设计进行了电源转换设计。
1. 采用KA7805芯片实现12V到5V的转换。KA7805的作用是输入大于5V的直流电压，输出5V的直流电压，且管脚较少，易于连接和实现，稳定性高。图2.4为KA7805芯片引脚接线图。
图2.4 KA7805引脚接线图
2.本设计采用LM1117-3.3芯片将5V转换为3.3V，具体电路设计如图2.5 所示。
图2.5 LM1117-3.3引脚接线图
2.2.3 电机驱动电路设计
STM32F103芯片外部扩展的电机驱动电路采用L298芯片控制，其基本电路图如图2.6。
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