产品中，例如空调、冰箱、PC外围设备和通信机电产品等。
S12系列微控制器主要有A、B、C、D、E、F、G、H、L等系列，分为以下几大类：
（1）MC 9S12A系列和B系列16位微控制器； （2）带CAN总线的MC 9S12D系列16位微控制器；
（3）带液晶驱动的MC 9S12H系列和MC 9S12L系列16位微控制器； （4）低供电电压的MC 9S12E128和MC 9S12E64系列16位微控制器； （5）带USB接口的MC 9S12UF32系列16位微控制器； （6）带以太网接口的MC 9S12NE系列16位微控制器。 S12系列微控制器有以下优点： （1）S12系列具有FLASH存储器；
（2）S12系列采用的C语言已进行了最优化设计，编码方式效率高； （3）S12系列具有低成本调试功能。 2、MC9S12XS128微控制器的组成
MC9S12XS128有16路AD转换，精度最高可设置为10位；有8路8位PWM并可两两级联为16位精度PWM，特别适合用于控制多电机系统。它的串行通信端口也非常丰富，有2路SCI，2路SPI此外还有IIC，CAN总线，增强型捕捉定时器等端口，并且采用了引角复用功能，使得这些功能引角也可设置为普通的I/O端口使用。此外它内部还集成了完整的模糊逻辑指令，可大大简化我们的程序设计。
MC9S2XS128的封装有两种，一种为80引角的QFP-8封装形式，它没有引出扩展总线，且AD转换只引出了8路；一种为112引角的LQFP-112封装形式，两种都采用了表面贴片式封装。从下面的引角图我们可以看到MC9S2XS128的引角复用情况，一个引角往往有双重或多重功能，而这些功能的设置大部分是通过编程来实现的，非常方便。对于MC9S2XS128的学习，先从各引角的功能学起，然后试着下载程序，再逐渐编程实现各引角的功能。
在单片模式下，A口、B口和部分E口都可以用作通用I/O接口，如果
6
所有接口工作在通用I/O方式下，那么I/O口将达到63个。这些双重功能的I/O口本身及控制逻辑完全集成在MCU内部，其体积、功耗、可靠性、应用简单方便程度都与用户自行扩充的I/O口有着重要区别。
LQFP-112封装的MC9S12XS128[1]引脚图如图2.1。
图2.1 MC9S12XS128引脚图 3、单片机基本硬件系统
7
目前多数单片机产品都是表面贴片封装的器件，因为直接设计目标板有相当难度，不妨先设计一个最小系统，将单片机所有I/O引脚都引出到排针或者插座上。I/O接口板另外设计，最小系统板可以像一个直插的器件，插在目标板上。虽然S12单片机将CPU、ROM、RAM、以及I/O都集成在一个集成电路芯片上，但仍需要一些外部电路的支持。如为单片机系统提供电源、时钟、复位信号和I/O驱动等。 2.1.2 5V稳压电源模块方案
由于采用7.2V镍镉电池作为驱动直流电机的电源，而飞思卡尔单片机的工作电压为5V，故需要进行5V稳压电路设计。有以下两种设计方案。
方案一：基于LM7850稳压芯片的电路设计。
采用以TO- 220 标准封装的LM7850作为稳压芯片，它只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。样子象是普通的三极管，是最常见的三端稳压集成电路。这是起始时候我的设计方案。LM7850电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。但是LM7850稳压电路的稳压性能在电池电压低于7V时候没有稳压效果，直接输出7V电压，这样会高于单片机的工作电压5V，导致烧毁单片机。
电池采用的是实验室的镍镉电池，但是由于其投入使用时间较长导致损耗比较大，持续供电会导致电压不稳，小于7V。
方案二：基于LM2940稳压芯片的电路设计[26]。
采用LM2940作为稳压芯片，当时实验室没有此种芯片，方案二便成了开始时候的备选方案。
这种方案可以保证稳压输出端电压稳定在5V左右，满足单片机的电压要求。由于LM2940是低压差线性稳压器（low dropout regulator），LM2940比LM7805的转换效率高。LM7805直接输入不接输出的情况下，其内部还会有3mA的电流消耗（静态电流）。而LDO元件（即LM2940）的静态电流就比它远远小得多了。用此稳压电源给飞思卡尔单片机和LCD字符液晶以及超声波测距模块供电。
8
由于电池损耗原因，第一种方案达不到要求的5V稳定电压，弃用，改用为第二种方案，通过电压表的实际测试，不管电池状态怎样，电压始终稳定在4.95—5.05V，满足设计要求。LM2940稳压电路原理图如图2.2。
图2.2 LM2940稳压电路
2.1.3 直流电机驱动模块
由于本设计中直流电机的功率限制，不可能由单片机直接驱动直流电机。所以要设计直流电机驱动器，进而驱动直流电机的正反转。这里我采用以恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N为驱动芯片的直流电机驱动器设计。
L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便，能完成本设计的要求。图2.7为L298N的引脚图。
9
图2.7 L298N引脚图
2.1.4 测速方案
速度传感器感知小车的行驶速度，有如下两种方案： 2、采用光学编码器
这是目前应用最多的测速传感器，光学编码器[15]由光源、码盘、接收器组成，码盘周围有小孔，光源透过小孔投射在接收管上，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。市场上有现成的光学编码盘出售，但体积和重量普遍较大，不符合轻量化设计的原则。自制品稳定性较差。
2.2 控制方案论证
速度控制算法：常用的控制规律有：比例控制；积分控制；微分控制；比例积分控制；比例微分控制；比例、积分、微分控制。
对直流电机的速度控制优先采用PID控制算法，在工程实际中，应用最
10