第四章 硬件电路设计
（3） TIM模块
对编码器脉冲数进行计数。 （4） SCI串口通讯模块 用于无线通讯设备蓝牙。 （5） IO接口
用于LCD液晶显示，拨码盘、编码器计数脉冲及方向信号输入口及信号
灯设置等。
单片机的时钟电路：
通过把一个16MHz的外部晶振接在单片机的外部晶振输入接口EXTAL和
XTAL上，然后利用MC9S12XS128 内部的压控振荡器和锁相环（PLL）把这个频率提高到40MHz，作为单片机工作的内部总线时钟，外部振荡电路如下：
4.2.2 电源主板
电源模块为整个系统提供电源，要求电源质量高，供电电压稳定，图4-2
为电源主板。尤其是给单片机供电的电源，对电源质量的要求更高，如果电源波动很大，单片机就会出现复位的情况，而且电池的供电能力有限，所以当电机出现堵转时电池电压就会被拉得很低，这时就要对单片机的供电进行保护。所以我们在芯片和主板的电源供电上采用双稳压芯片并联稳压，给芯片和主板分别独立供电，防止电机堵转对芯片电压的干扰，除此以外我们还采用了大电
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第八届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
容给单片机储存电能，在电池电压拉低的短时间内给单片机提供电源，防止由于电压过低导致单片机复位。
并联的双稳压芯片我们前期采用的是插针式7805，但经过一段时间的调试后我们发现7805的稳压对电池电压的要求比较高，当车模在加速期间电池电压会被拉低 到6.5V，而7805稳压自身的压降为2V此时7805稳压输出电压为4.5V给芯片供电就会偏低，所以后期我们将2个7805稳压芯
片全部更换为2940以获取更稳定的电源供电，图4-3为双并联插针式2940电源稳压模块。电源供电原理图如下：
图4-4稳压电源供电模块原理
4.2.3 车模直立电路模块
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第四章 硬件电路设计
车模直立电路使用了陀螺仪、加速度传感器，两者配合使用以判断车模倾
角姿态。陀螺仪采用日本村田公司的ENC-03如图4-4所示，供电电压采用AMS1117稳压芯片输出的3.3V，静止状态输出1.35V左右，其输出电压随着旋转成线性变化。该产品是一种应用科氏力原理的角度传感器，在器件中利用压电陶瓷做成振动单元。当旋转器件时会改变振动频率从而反映出物体旋转的角速度，它输出一个和角度成正比的模拟电压信号，特征为：体积小重量轻；快的响应；低的驱动
电压和功耗。 图4-5 ENC-03 加速度计则采用MMA7361三轴模拟信号加速度计，通过微机械加工技术在硅片上加工形成了一个机械悬臂。它与相邻的电极形成了两个电容。由于加速度使得机械悬臂与两个电极之间的距离发生变化，从而改变了两个电容的参数。通过集成的开关电容放大电路量测电容参数的变化，形成了与加速度成正比的电压输出，与倾角成正比。
，式中，为重力加速度；gθ为车模倾角；为加速
度传感器灵敏度系数系数。当倾角kθ比较小的时候，输出电压的变化可以近似
图4-6 MMA7361及其原理图
角度计算电路：
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下图给出了使用一个运算放大器计算角度的电路。其中电位器P1可以调节陀螺仪的比例因子。
图4-7车模角度计算电路
图4-8角度传感模块原理
4.2.4 车模驱动模块
车模采用BTS7960芯片作为主驱动芯片，驱动能力完全能够满足电机要求，我们采用了H桥驱动电路来驱动电机，电路得名于“H”桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。
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第四章 硬件电路设计
图4-9 H桥驱动电路
要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通，车模的电机驱动模块原理图如下图所示：
图4-10 H桥电路驱动电机顺时针转动及逆时转动
图4-11 车模驱动模块原理图
由于摩擦力等因素的存在，电机与PWM给定信号存在非线性死去特性。为
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