华中科技大学2013年TI杯电子设计竞赛总结报告
HC-SR04超声波的供电电压为DC5V。MSP430的供电电压为3.3V。
其他电气参数如下： 最远射程 最近射程 测量角度 输入触发信号 输出回响信号 4m 2cm 15° 10us的TTL脉冲 输出TTL电平信号，与射程成比例 5.3.4 循迹模块：74HC04D 该芯片主要为智能小车、机器人等自动化机械装置提供一种多用途的红外线探测系统的解决方案。在循迹模块中我们使用红外线发射和接收管等分立元器件组成探头，
并使用LM339 电压比较器（加入了迟滞电路更加稳定）做为核心器件构成中控
电路。发射器是一个红外发光二极管，接收器是一个高度灵敏度、平面光电三极管，两者集为一体，使探测器结构紧凑，易于单片机接口。该模块易于安装，使用简便，各路循迹分别独立工作，工作时不受数量限制。 主要参数如下：模块高度≤10 毫米
安全工作电压范围在 3伏特至 6 伏特之间 各路全开工作电流 30 毫安至 55 毫安之间
各管脚的作用：VCC、GND:电源接线端
IN（1—4）、OUT：探头与中控板连接端 OUT1、OUT2、OUT3、OUT4: 对应输出端 LED1、LED2、LED3、LED4: 对应输出指示 R1、R2、R3、R4: 对应比较电压调节
输出端为集电极开路，板载 5.1 千欧上拉电阻
实验之前，我们测试下，模块是否是好的：1）测试探头：移开探头前面的所有物体，且探头不要指向阳光的方向。将探头板接上电源后用万用表测最输出端电压。此时的电压应当在1 伏特左右。用白纸挡在探头前。用万用表测输出端电压应当接近电源电压。2）测
试中探板：将测试好的探头按板上所标示的接入输入端子，移开探头前面的所有物体，
且探头不要指向阳光的方向，将中探板接上电源后用万用表测输出端子，此时输出端输出的电压应当接近电源电压，用白纸挡在探头前，万用表测输出端电压应当接近0 伏特。
5.5 主要元器件清单
主控芯片：SEED-EXP430F5529；智能小车底盘（二轮驱动）；电机驱动（L298N）；智能小车循迹模块（74HC04D）；超声波模块（HC-SR04）；杜邦线若干。
5.6 应用场景
该智能小车应用广泛，不仅可家用清洁卫生，也可以提供功率，承载力等之后用于餐饮等服务行业。
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7.系统各模块的设计与实现
7.1 电机驱动 7.1.1 模块概述：
电机驱动芯片选用L298N，电机的调速，采用PWM调速算法。电机由电池供电，信号由单片机的端口提供。L298N的连接方法为：
PWM的原理是开关管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）=a*Vcc。其中a=t/T为占空比，Vcc是电源电压，电机的转速与电机两端的电压成比例，而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例，占空比越大，电机转得越快。在硬件电路的连接上， 引脚号 电机模块 P2.0 P2.1 P4.0 P4.1 P4.2 P4.3 引脚功能 TA1CCR1 TA1CCR2 I/O I/O I/O I/O 硬件连接 电机模块ENA（输出） 电机模块ENB（输出） 电机模块IN1（输出） 电机模块IN2（输出） 电机模块IN3（输出） 电机模块IN4（输出） 按照如上引脚连接后，我们可以通过改变端口的高低电平变化以控制小车的前进方向，通过改变端口的高低电平的占空比以控制电机的转速。 7.1.2 定时器基础知识介绍： 定时器A功能模块主要包括：
（1）计数器部分：输入的时钟源具有4种选择，所选定的时钟源又可以1、2、4或8分频作为计数频率，Timer_A可以通过选择4种工作模式灵活的完成定时/计数功能。
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（2）捕获/比较器：用于捕获事件发生的时间或产生时间间隔，捕获比较功能的引入主要是为了提高I/O 端口处理事务的能力和速度。不同的MSP430单片机，Timer_A模块中所含有的捕获/比较器的数量不一样，每个捕获/比较器的结构完全相同，输入和输出都取决于各自所带控制寄存器的控制字，捕获/比较器相互之间完全独立工作。
（3）输出单元：具有可选的8种输出模式，用于产生用户需要的输出信号，支持PWM输出。
定时器工作模式 ：
（1）停止模式：停止模式用于定时器暂停，并不发生复位，所有寄存器现行的内容在停止模式结束后都可用。当定时器暂停后重新计数时，计数器将从暂停时的值开始以暂停前的计数方向计数。例如，停止模式前，Timer_A工作于增/减计数模式并且处于下降计数方向，停止模式后，Timer_仍然工作于增/减计数模式，从暂停前的状态开始继续沿着下降方向开始计数。如果不需这样，则可通过TACTL中的CLR控制位来清除定时器的方向记忆特性。
（2）增计数模式：捕获/比较寄存器CCR0用作Timer_A增计数模式的周期寄存器，因为CCR0为16位寄存器，所以该模式适用于定时周期小于65536的连续计数情况。计数器TAR可以增计数到CCR0的值，当计数值与CCR0的值相等(或定时器值大于CCR0的值)时，定时器复位并从0开始重新计数。增计数模式的计数过程如图4-2所示。通过改变CCR0值，可重置计数周期。
图 增计数模式示意图
（3）连续计数模式：在需要65536个时钟周期的定时应用场合常用连续计数模式。定时器从当前值计数到单增到0FFFFH后，又从0开始重新计数如图4-3所示。
图 连续计数模式
（4）增/减计数模式
需要对称波形的情况经常可以使用增/减计数模式，该模式下，定时器先增计数到CCR0的值，然后反向减计数到0。计数周期仍由CCR0定义，它是CCR0计数器数值的2倍。计数器的计数过程如图4-4所示。
图 增/减计数模式
7.1.2 PWM信号的产生
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使用定时器可以产生定时中断、定时脉冲和 PWM（脉宽调制）信号。PWM信号是一种具有固定周期T和不定占空比t的数字信号，如果PWM信号的占空比随时间变化，那么会产生不同的模拟信号。定时器的PWM输出一共有8种模式：
在输出模式7下，每次TA计数值超过TACCRx时，TAx引脚会自动置低，当TA计数至TACCR0时，TAx引脚会自动置高。因此实际的输出波形就是PWM调制方波。只需要改变TACCR0的值即可改变PWM方波周期，改变TACCRx即可改变从TAx引脚输出信号的占空比：TACCRx越大，占空比越大。
7.1.2 差速转向控制
该控制的基本原理是：转向时，智能小车的外侧小轮的转速增加，内侧下轮的转速降低，并且增加的量和减少的量大小相等，小车的中心速度保持原直线行驶时的速度不变。
7.2 循迹模块 7.2.1 模块综述：
作为小车自主循迹的主要部分，该部分必须完成小车精确地按照预定轨迹行驶的任务，
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确保不偏离轨迹较远。该模块采用一体式红外对接管检测黑线。本实验中采用三路循迹，当检测到黑线时，红外接收管接收到反射回来的红外光，其输出立即发生高低电平转换，该信号经放大器放大后送到单片机进行处理。然后将处理后的结果发送到电机驱动模块进行校正。为了保证小车沿着黑线行驶。我们将三路检测器进行并行排列，当左（右）边检测到黑线时，小车左（右）转，当中间一个检测到黑线时，小车直行，使得控制精度得以提高。
传感器的安装位置如图所示：
7.2.2 逻辑设计： 开始
前方是否有障碍物 Y N 左中边间
检检 测测到到
黑黑 线线
左转 前行
7.2.3
7.2 超声波测距壁障模块
右边检测到黑线右转 6.1 模块概述