MC9S12XS单片机最小系统课程设计
基于MC9S12XS128单片机的智能小车控制系统设计与实现
基于MC9S12XS128单片机的智能小车控制系统设计与实现鲁小雨【摘要】介绍了一种电子竞赛智能小车的控制系统设计与实现.以MC9S12XS128单片机作为控制系统核心,设计了智能小车的视频处理电路、电机驱动电路以及电源电路等,给出了赛道图像采集算法、抗干扰和抗反光的黑线提取算法、舵机转向和速度调节的PID控制算法、赛道识别和弯道控制算法,制作的智能小车能通过对自身运动速度和方向的实时调整实现沿赛道快速稳定地行驶.%A design and implementation process of a control system for a smart vehicle prepared for undergraduate electronic contests were introduced.Taking aMC9S12XS128 microprocessor as the core,a video processing circuit,a motor driving circuit and a power circuit of the vehicle were designed.Some algorithms for track image collection,anti-interferential and anti-reflective black line extraction,PID control of steering and speed,and track recognition together with turning control weregiven.Finally,through instantaneously adjusting its own speed and direction,the vehicle can run along the route stably at a high speed.【期刊名称】《成都大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(030)003【总页数】5页(P264-267,273)【关键词】智能小车;路径识别;PID控制【作者】鲁小雨【作者单位】东南大学自动化学院,江苏南京211102【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言随着汽车电子业的发展,具有自动识别道路功能的智能汽车成为业界研究的重点.本文研究的智能小车的制作设计以CMOS摄像头作为路径识别传感器,以直流电机作为小车的驱动装置,通过舵机来控制小车的转向.本文不仅说明了整个智能小车控制系统的硬件和软件设计与实现,同时讨论了为进一步提高小车的稳定性和行驶速度对小车控制算法的设计要求.设计出的智能小车可以通过实时对自身运动速度和方向的调整来“沿赛道”快速行驶.1 系统总体设计我们设计的智能小车控制系统结构如图1所示.图1 智能车控制系统结构示意图如图1所示,该智能车控制系统以MC9S12XS128单片机作为控制系统的核心[1],通过黑白CMOS摄像头拍摄赛道图像并以PAL制式信号输出到信号处理模块(LM1881)进行视频同步信号分离,所得到图像和同步信号同时输入到单片机控制核心,单片机对信号进行判断处理后,通过改变PWM波脉宽实现对舵机转向的控制.舵机转向采用PD控制,通过光电编码器来检测车速并将速度反馈到单片机控制核心,用PID控制算法处理后得到的控制量去改变电机驱动模块的PWM波占空比,从而控制智能车的行驶速度.此外,控制系统还增加了路径识别的模块,对典型赛道进行决策控制,提高了智能小车的运行速度和稳定性.2 硬件电路设计智能小车控制系统硬件电路的总体设计本着可靠、高效、简洁的原则进行.系统的硬件电路包括控制系统核心电路、电源稳压电路、视频同步分离电路、电机驱动电路等.2.1 控制系统核心电路设计中,我们选取MC9S12XS128单片机作为控制系统核心.该单片机的CPU外部总线频率为8 MHz,内部运算速度可达25 MHz,其内部寄存器组中的寄存器、堆栈指针和变址寄存器均为16位.其为112引脚封装,有2个8路10位精度A/D转换器,脉宽调制模块(PWM)可设置成4路8位或者2路16位.在控制系统核心电路制作时,需要涉及一些普通的I/O口,单片机引脚规划如下:PS4-7,SPI下载; AN00-15,2个8路10位ADC;ANIN,输入视频模拟信号VIDEO;IRQ,输入视频行同步脉冲信号;PH5,输入奇偶场信号O/E;PWM5,舵机角度信号控制输出;PWM1、PWM3,输出电机控制信号.2.2 电源电路设计硬件电路的电源为7.2 V的镍铬电池,除了舵机需要的电压是7.2 V,可以直接输出以外,CMOS摄像头的工作电压为12 V,需要一个升压的电路,而单片机的标准供电电压、LM1881供电电压、光电编码器的供电电压均为5 V,因此还需要一个降压稳压电路.2.2.1 5 V电源降压稳压电路.5 V电源降压稳压电路如图2所示.图2 5 V电源降压稳压电路由于后轮驱动电机工作时电池电压压降较大,电路设计中必须采用低压降串联稳压芯片,以保证系统工作的稳定性,本电路选用2940稳压芯片来实现稳压.2.2.2 12 V电源升压电路.12 V电源升压电路如图3所示.图3 12 V升压电路MC34063芯片是一个单片机双极型线性集成电路,专用于直流—直流变换器控制的部分.MC34063芯片内包含了温度补偿带隙基准源、控制振荡器、驱动器和大电流输出开关,能输出1.5A的开关电流,故选取MC34063设计升压电路,可使用最少的外接元件就能够构成开关式升压变压器.2.3 视频处理电路智能小车视频信号中除了包含拍摄到的图像信号之外,还包括了行同步信号、行消隐信号、场同步信号、场消隐信号以及槽脉冲信号等,因此,必须准确地把握各个信号之间的时序逻辑关系,才能实现对视频信号的采集.LM1881是针对视频信号的同步分离芯片,它可以从0.5～2 V的标准负极性NTSC制、PAL制、SECAM制视频信号中提取复合同步、场同步、奇偶场识别等信号,然后将这些信号送到单片机控制核心,这些信号都是图像数字采集所需要的同步信号.视频同步分离电路设计如图4所示,其中,C32和R24构成一个简单滤波电路,使视频信号更平稳,C31和R26构成了一个复位电路.图4 视频同步分离电路2.4 电机驱动电路电机驱动电路如图5所示.图5 电机驱动电路MC33886是一款专用于电机驱动的高效单片集成芯片,它最高能够处理10 kHz频率的PWM调制脉冲,并且能够向负载电机提供高达5.0 A的电流.在设计中,我们采用两片MC33886芯片并联驱动,这样不仅可以提高电机的输入电流,增大电机的实际功率,使电机在不增加动力源的情况下大大的改善其性能,还能够减少MC33886芯片的功耗.3 软件系统设计由于智能小车采用CMOS摄像头作为传感器,因此图像采集处理和智能小车转向及速度的控制是整个软件的核心.软件系统中,图像信号采集算法采用直接边缘提取算法以及图像滤波算法得到黑线的位置,并通过动态阈值以实时适应比赛环境,同时,编写了赛道识别的算法,以实现对典型赛道的决策控制.智能小车舵机和电机的控制算法使用了鲁棒性很好的经典PID控制算法,配合使用实际参数补偿的方法,使小车在行驶的过程中达到了快速稳定的效果.系统软件设计的流程图如图6所示.图6 系统软件设计流程图3.1 图像采集算法设计图像采集算法[2]的流程图如图7所示.考虑到实际赛道只是在白色KT板上布置黑色引导线,因此,可以采用隔行采集的思想来压缩图像的数据.经过实际实验发现,智能小车的图像传感系统在单一方向上只要有40个像素的分辨力就足够用了,其前22行视频为场消隐信号,为均匀采样288行视频信号,可以采样场信号29行、36行……,即每隔7行采集一次即可.3.2 黑线提取算法设计黑线采用直接边缘提取算法[3],识别黑线后,可以通过求平均值计算黑线的中心点.为进一步消除外界因素的影响和十字交叉线的干扰,必须对图像滤波加以矫正,具体步骤为:(1)根据图像模型去噪.赛道的黑色引导线是绝对连续的,不可能出现全白行.当某一行求取的中心线位置与相邻的两行相差较大时,可认为该行错误,需采用中值滤波方法重新获得该行位置.图7 图像采集算法流程图(2)当出现两段黑线情况时,比如,赛道比较密集,或是“十”字交叉道,或是大“S”弯道,可保留最底下的一段,并增加路径识别的算法,给出适当的控制策略.(3)由于摄像头可能相对于赛道存在一定的倾斜角度,因此采集到的图像可能存在一定的梯形失真,可通过添加一个线性修正值来消除,该线性补偿系数通过实验来确定.3.3 舵机转向和速度调节PID控制算法设计智能小车的舵机转向和速度调节采用PID控制算法[4]来控制,它结构简单、稳定性好、工作可靠、调整也十分方便.3.3.1 速度的控制.速度控制采取的基本策略是弯道降速,直道提速.因此,控制中需要根据当前测速和路面弯道情况来决定当前速度,当前速度反馈值与当前设定速度存在的偏差,记为 e (k).那么就可以通过偏差值来调节当前的速度值.在计算机上实现PID算法时,可通过数字PID调节器采用增量型算法来实现,增量式为,其中因此,运用PID控制的关键就变为调整3个系数 q1,q2,q3,即参数整定,在具体PID 参数整定时,我们采取了简化的扩充临界比例度法[4].通过PID算法对速度的调整后,最终将经过图像提取算法处理后的黑线位置和对应的PID参照速度处理成二次曲线的关系,使得小车在直道和弯道相互过渡时加减速比较灵敏.3.3.2 舵机转向的控制.在舵机控制时,采用PD控制可以达到较好的效果,将P项认为是计算得到的黑线的位置和图像中心位置的偏差,而D项认为选定行的黑线位置与上幅图像中的黑线位置的差值.我们在实际测试中发现,增加P项系数可以增强小车的沿线能力,实现小车的转向提前,达到切弯的目的,但是若P系数太大,也会导致大半径弧线切弯过度.加入D项系数后,可以使小车入弯时转向提前,出弯时转向减少,对大S弯切线很有好处.通过适当的调节PD参数可以使小车灵活的运行.3.4 赛道识别和弯道控制算法设计典型赛道如图8所示.赛道主要分为直道、小S弯道、急转弯、十字交叉等几种.对于直道,以及比赛中小于15°的上下坡,配合PID控制算法,具有较好的控制效果.但对于别的赛道可通过路径识别算法判断当前所处的赛道,针对实际情况做出相应的控制处理.赛道识别算法具体步骤如下:图8 典型赛道示意图(1)选取赛道上间隔一定距离的黑点,计算所选n个黑点的位置x相对于视场中心的平均位置x—= x/n.(2)平均位置与视场中心绝对值之差表示了当前赛道的弯曲程度,其值的正负表示了是向左弯曲还是向右弯曲,其值越大表示拐弯半径越小.(3)通过适当的选取黑点的间隔,可以达到比较明显的区分效果,能够顺利的识别出急转弯与直道,而小S弯道可能被识别为直道,这正是设计所希望的,即在小S弯道可以直接加速冲过去而不会偏出赛道.(4)对于起点和十字赛道的识别可通过黑线赛道两旁黑线部分的长度来识别,通过适当的设定其宽度值的大小,可以顺利识别.顺利识别赛道后,还需要对典型赛道做出相应的处理,其处理方法如下:(1)起始线.在定时一段时间后执行判断程序(保证在起始的时候不会停下来),判断读入的包含了起始线的图像的场数大于一个给定值(由于摄像头的前瞻性,在终点之前的一段距离,摄像头就识别到了终点,为了冲过终点)就让电机输出0.(2)急转弯.要求小车在急转弯处能够立刻减速,而PID调节难达到理想效果,可以在识别到急转弯时,让小车电机输出负值,从而使小车的后轮反转,这样可以保证小车速度迅速降下来.4 结语本文详细说明了带CMOS摄像头的智能小车系统中硬件和软件的设计制作过程.图像采集时,采用了压缩图像的方法,通过提取黑线并实现了动态阈值的设定,利用PID 调节使得舵机和电机输出得到了较好的控制,路径识别和决策控制的添加,保证了智能小车在弯道上平稳快速的行驶.参考文献:[1]王威.HCS12微控制器原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.[2]蔡波.视频实时图像处理系统研究及设计[J].电视技术, 2005,29(5):23-25.[3]董翠敏.一种有效的图像二值化方法在CCD传感器图像信息处理中的应用[J].成都大学学报(自然科学版), 2009,28(4):1-4.[4]Park K H,Bien Z,Hwang D H.A Study on the Robustness of a PID-type Iterative Learning Controller against Initial State Error [J].International Journal of Systems Science,1999,30(1):102 -135.[5]王勤.计算机控制技术[M].南京:东南大学出版社,2003.[6]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京:清华大学出版社,2004.[7]杨加国.单片机C语言与汇编语言混合编程[J].成都大学学报(自然科学版),2008,27(3):1-4.。
基于MC9S12XS128单片机的循双线智能小车系统设计
户 占用一个 Ｉ Ｐ地址 ，进而可以与多个用户共享资源数据。
（ ２ ）基于标准数据通信协议 的 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 业 务 ，可 以实现 Ｉ Ｐ传 输数据 实现 网络的互通 。全 双工运作 的 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ保证 了系统 的接受和传输功能 ， 并且计费是按照具体 网络流量来 收取 。
（ ３） 核心层采用 Ｉ Ｐ技 术 的 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 业 务 ，可 以支 持 多种 网络
４ 系统 工作 的原 理
Ｐ Ｌ Ｃ通过读取寄存器 Ｉ ＷＯ的状态 ，并通过 ４ ８ ５总线将
的互通传输 ，进而可 以实现各种终端的远程传输功能。
３ Ｉ ２ 与 其他 无 线通 讯 方 式 比较
各种数据通过串 口发送 到 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ通信模块 ，Ｐ Ｌ Ｃ每定时 ２ ０ ｓ
将 现场数据 发送 到 Ｄ Ｕ Ｔ，每黄劲．基 ＠Ｓ ｏ ｃ ｋ ｅ ｔ 技 术的煤矿远程监控 系统
Ｕ ］ ． 工矿 自动 化 ，２ ０ ０ ３ ， （ １ ）．
１ ０
此外 ，还增加 了功能选择按键 作为智 能车的 作方 式的快
设 计 中，使用 两排 “ 一字型 ”的传感器 ，各带 有四个一对
组网灵活 ， 采用专用数据传输通道 ， 比较适合于恶劣环境 。
５ 结语
本 文设 计 的系统 已在工程得到应用 ，水泵可 以得 到远 程的控 制 ， 上位机接受各个参量的数据的能力非常的稳定 ，
缺点是对 于同一频点上 ，同时 只能有 一个设备发送数 据 ，
加上 网络覆 盖面积小 ，容量有 限 ，网络后期的运营成本 相
同时设 置波特率 、数据位 、奇偶校 验位等信息 ，数据通过 ４ ８ ５总线的数据 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ网络输出到 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ收发软件 ，并再将
MC9S12XS单片机最小系统课程设计
（一）、实验要求
实验8.2 输入捕捉
①使用PT4引脚；数码管轮流显示2~8；
②要求：数码管显示使用A口（段码），B口（位码）
（二）、所涉及的内容
输入捕捉是通过捕获自由运行计数器来监视外部事件，主要用于信号检测、频率测量、脉冲宽度和输入计数。定时器的输入捕捉功能的基本形式：
BELL区：蜂鸣器模块。该区域提供了一个蜂鸣器，用以完成GPIO控制外设实验。
AD区：A/D实验扩展模块。该区域通过两个电位器，提供可变模拟电压输出，用于完成A/D模块实验。
TEMPER区：18B20温度检测模块，用于完成测温实验。
LED区：8位LED灯模块。该区域提供8位LED灯，实现LED灯的控制。
const unsigned char g_LED_Seg_Table[17] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07,
0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71, 0x00};
//共阴数码管字形表定义
C4I
C3I
C2I
C1I
C0I
C7I~C0I:输入捕捉或输出比较相应通道的中断使能
0输入捕捉或输出比较相应通道的中断屏蔽。
1输入捕捉或输出比较相应通道的中断使能。
（三）、实验电路图
（四）、程序编译
#include <hidef.h> /* common defines and macros */
#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */
基于MC9S12XS128单片机的智能车控制系统的设计
文章 编号 ： １ ０ ０ ２— ５ ６ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ — ０ １ ０ ６—随着 自动 控 制技 术 、 单 片 机
源 由寿命长 、 污染 小 的 ７ ． ２ Ｖ镍 镉充 电 电池 提供 ， 由 于各 模块所 需 电压不 一 样 ， 采 用稳 压 芯 片 对其 进 行 分压 ， 同时采用 多路供 电 ， 以减 少各模 块 问的相 互干
和Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ软件对程 序 和参数 进 行调 试 ， 使 小车 达
到最佳 行驶 状态 ．
图 １ 硬 件 系 统 构 架
１ 系统 硬 件 总 体 构架
良好 的 硬件 电路 是 智 能 车平 稳 快 速 前 行 的保 障， 因此设 计过程 中要 充分考 虑其 可靠性 、 简 洁性和 兼容 性． 其 硬件 系统框 架如 图 １ 所 示．
该点 的一个 邻 域 中各 点 像 素值 的 中值 代替 ， 使 其 接
近真 实值 ． 如 图 ６和 图 ７所 示 ， 加入 噪点后 的 图像经
１ ０ ８
华
北
水
利
水 电
学
院
学
报
２ ０ １ ３年 ２月
过 处理后 ， 满 足系统 的要求
１１ １ １ １ １１ １ １１ １ １１ １ １ １１ １ １ １１ １ １ １ １１ １ １ １ １１ 工 １ １１ １ １１ １ １上 土 ｔ １１ １ １１ １ １ １土 土 １ １ １ １ １ Ｏ １ １ １ １ － ｍ １ １ １ １ １ １１ １ １ １ １１ １ １１ １ １ １１ 土 １１ １ １ １ １１ １ １ １１ １ １ １ ｌ ｏ ｌ １ ｌ ｌ ｌ ｌ １ １ ｌ ｌ ｌ ｌ １ １１ １ １ １ １１ １ １１ １ １ 土 １ １ １１ １ １ １ １１ 土 １ １ ０ １ １ １ １ １ １ １ １ １１ １ １ 土 ｔ １ １１ 土 １ １１ １ １ １ １１ １１ １１ １ １１ １ １１ 土 １ １ １１１ １ １ １１ １１ 土１１ １ １ １ １１ １ １ １ １ １１ １ 土 １１ １ １ １ １１ １ １ １１ １１ １１ １ １１ １ １ １１ １土 １ １１ １ １１ 土 １ １ １１ １ １ 土 １ １土 １ 量 １１ １１ １１１ １ 工 １ １１ １ １ １ １ １１ １ １ １ １ １ １１ １１ １工 土 １１ １ １ １１ １ １ １ １１ １ １ １１ １１ １１土 １ １ １ １１ １ １ １ １ １１ １ １ １ １１ １ １１ １１ １量 １ １１ １ １ １１ １ １ Ｏ Ｏ Ｏ － ｍ－ ｍ－ ｍ－ ｍ－ ｍ １ 土 １ １ 土 １１王１ｏｏ１置１１１１１１１１１１１１１１１１ １ １１１１１ １ Ｉ Ｏ ｏ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １１土ｏ０００ １土土１土１土１１１１土土１１１１土１１土ｏ １１１－ ｍ Ｏ１１１１１－ Ｉ 土 １ １ １ １ １ １ １ ０ ０ １ １ １ 土 １ １ １ １ １ １ １ １ － ｍ ＯＯ－ ｍ １ ｉ １ １ １ １ １ １ １ １ １ ０ Ｏ １ １ １ １ １ 王 １ １ 土 １ １ １ Ｏ ０ １ １ １ １ 土 １ １ 童 １ 量 １ 土 ０ Ｏ １ 土 土 １ １ １ 土 １ １ １ １ １ １ Ｏ １ １ １ １ １ １ １ 土 １ １ １ １ １ Ｏ ０ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ ０ Ｏ １ 工 １ １ １ １ １ １ １ １ １ Ｏ Ｏ １ － ｍ １ １ １ １ １ １ １ １ 土 １ ｏＯ １ － ｍ １ １ １ １ 土 １ １ １ １ Ｏ Ｏ １ － ｍ １ １ １ １ １ １ １ １ １ Ｏ Ｏ １ １ １ １ １ １ １ １ １ Ｏ Ｏ Ｏ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ ｏ Ｏ Ｏ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ Ｏ ＯＯ １ － ｍ １ 土 １ １ １ １ １ １ Ｏ ０ ０ １ 土 １ １ １ １ １ １ Ｏ ＯＯ Ｏ １ １ １ １重 １ １ １ １ １ Ｏ ＯＯ １ １ １ １ １ １ Ｉ １ ０ ０ Ｏ Ｏ １ １ １１ １ － ｍ １ １ １ Ｏ Ｏ Ｏ － ｍ １ － ｍ １ １ １ １ １ － ｍ １
MC9S12XS128单片机最小系统设计
MC9S12XS128单片机最小系统设计作者：周刚杨永平来源：《时代汽车》2016年第06期摘要：本课题基于对单片机最小系统的研究，在现有汽车电子控制技术的基础下，通过对汽车电控系统的学习，完成对单片机电路设计、时钟电路设计、电源电路设计、通讯电路设计（串口、CAN）。
关键词：汽车电子；单片机电路设计；时钟电路设计；通讯电路设计1 前言目前世界轿车 95%以上都采用了电子控制。
在我国，从 70年代才开始此领域的研究，研究开发和生产能力还相当的薄弱，只有欧洲国家 70年代的水平。
通过对汽车电控系统的学习以及其在多内外发展的对比情况，深刻认识到国内汽车电子发展的不足。
因此我们必须认识自己的不足，努力学习国外先进技术，开拓创新，形成自己独有的技术，为我国汽车电子事业做出巨大的贡献。
本课题就是在此情况下提出的，由于目前大多数汽车发动机还以汽油机为主，因此在本论文中主要针对汽油机的电子控制技术进行研究的。
2 原理图的绘制首先启动 Altium Designer release 10，然后单击工具栏 [文件 ]—[新建 ]—[原理图 ]，把原理图重新命名为“最小系统”并保存到新建的工程文件夹中。
根据所需要的元器件从库中寻找，然后拖动放到原理图工作区域中，然后进行原理图的布线。
然后对封装所有的元器件进行封装，根据各元器件的引脚的控制功能以及控制的对象不同建立相关的连接。
然后单击工具栏的[工程 ]—[Compile Document 最小系统 . SchDoc] 检查原理图是否有错，有错则可根据相关提示进行更改。
3 PBC板的设计将画好的原理图导入 PCB板，进行 PCB板的制作。
首先单击工具栏 [文件 ]—[新建 ]—[PCB]，重命名并保存到和原理图一个工程中。
然后在单击工具栏中的 [设计 ]—[Update PCB Document PCB.PcbDoc]，弹出工程更改顺序菜单栏，单击生效更改，查看是否有错误，若有错则可根据相关提示进行更改，若没有错则单击执行更改将原理图成功导入建好的 PCB板中。
mc9s12xs128程序教程
711 次
该寄存器是 0～7 通道 PWM 输出起始极性控制位，用来设置 PWM 输出的起始 电平。
用法：PWMPOL_PPOL0=1--- 通道 0 在周期开始时输出为高电平，当计数 器等于占空比寄存器的值时，输出为低电平。对外输出波形先是高电平然后再变 为低电平。
2、PWM 波形对齐寄存器 PWMCAE
该控制寄存器设定通道的级联和两种工作模式：等待模式和冻结模式。这 两种模式如图 10 和图 11 所示。
图 10 等待模式
图 11 冻结模式
只有当相应的通道关闭后，才能改变 这些控制字。 用法： PWMCTL＿CON67=1 --- 通道6、7 级联成一个 16 位的 PWM 通道。此 时只有7 通道的控制字起作用，原通道 7 的使能位、PWM 输出极性选择位、时 钟选择控制位以及对齐方式选择位用来设置级联后的 PWM 输出特性 PWMCTL＿CON67=0 --- 通道6，7 通道不级联 CON45、CON23、CON01 的用法同 CON67 相似。设置此控制字的意 义在于扩大了PWM 对外输出脉冲的频率范围。 PSWAI=1 --- MCU 一旦处于等待状态，就会停止时钟的输入。这样就不 会因时钟在空操作而费电；当它置为0，则MCU 就是处于等待状态，也允许 时钟的输入。 PFRZ=1 --- MCU 一旦处于冻结状态，就会停止计数器工作。 (责任编辑：dzsj8)
1、PWM 预分频寄存器 PWMPRCLK
PWMPRCLK 寄存器每一位如图 3 所示：
复位默认值：0000 0000B
813 次
图3 PWMPRCLK 寄存器
PWMPRCLK 寄存器包括 ClockA 预分频和 ClockB 预分频的控制位。ClockA、 ClockB 的值为总线时钟的 1/2n (0≤n≤7)，具体设置参照图 4 和图 5
单片机最小系统课程设计
目录摘要 (1)Abstract (2)1.方案设计与论证 (3)1.1 课设任务要求 (3)1.1.1硬件设计 (3)1.1.2软件功能设计 (3)1.1.3 基本要求 (4)1.2 基本原理 (5)1.2.1 系统框图 (5)1.2.2 各部分功能简介 (5)1.3 方案选择 (6)1.3.1 数码管选择 (6)1.3.2 串口通信 (6)2. 系统硬件设计 (7)2.1 单片机最小系统 (7)2.1.1 STC89C52单片机简介 (7)2.1.2 复位电路 (7)2.1.3 晶振电路 (8)2.1.4 最小系统整体电路图 (9)2.2 矩阵键盘 (10)2.2.1矩阵键盘的原理与检测方式 (10)2.2.2 矩阵键盘电路部分及其说明 (11)2.3 数码管显示电路 (11)2.4 串口通信电路 (13)2.5总体电路 (15)3.系统软件设计 (17)3.1 软件介绍 (17)3.1.1 程序编写软件Keil (17)3.1.2仿真软件Proteus (17)3.1.3下载程序软件STC-ISP (18)3.1.4电路设计软件Protel (18)3.2软件设计 (18)3.2.1 总体设计规划 (18)3.2.2 各主要函数流程图 (19)4. 仿真测试 (22)4.1 数据输入输出测试 (22)4.2 串口通信测试 (24)4.3 仿真结果分析 (25)5.心得体会 (26)6. 参考文献 (27)附录一：元件清单 (28)附录二：实物图 (30)附录三：C51程序 (32)摘要单片微型计算机简称单片机，又称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。
随着电子技术的发展，大规模及超大规模集成电路和制造工艺的进一步提高，单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，广泛应用于控制系统、数据采集系统、智能化仪器表等领域。
本次课程设计包括单片机最小系统（包括复位和时钟电路）及供电系统、4*4矩阵键盘、6个8段LED数码管显示电路及串口下载电路,可以实现数据输入、数据显示和串口通信三种功能。
单片机课程设计报告mc9s12xs128
单片机课程设计报告题目：对可调光LED灯发光强度进行控制学院：机电工程学院班级：自09A-1姓名：学号：0910101011指导教师：一、设计任务：1、单片机可选用飞思卡尔型。
2、按键及显示方案可采用CH451芯片或其他方案。
3、设计并制作可调光LED灯，并对发光强度进行控制。
二、设计方案：硬件选择：飞思卡尔MC9S12S128系类单片机，驱动模块，LED 模块，CH4541模块；工作原理：通过调节PWM为1KHz至10KHz TTL方波，调节其占空比，从而调节电压，决定了发光强度。
MC9S12S128部分管脚图：MC9S12S128主要系统参数：S12X CPU，最高总线速度 40MHz64KB、128KB和256KB 闪存选项，均带有错误校正功能（ECC） 带有ECC的、4KB至8KB DataFlash，用于实现数据或程序存储配置8 、10或12位模数转换器（ADC），转换时间3μ s支持控制区域网（CAN）、本地互联网（LIN）和串行外设接口（SPI）协议模块带有16-位计数器的、8-通道定时器出色的EMC，及运行和停止省电模式1、由于MC9S12S128自带有AD以及PWM 功能，所以对软件的要求交简单。
2、键盘输入采用CH451整体模块3、通信端口为PA口，与中断端口三、硬件结构：CH451硬件电路结构驱动模块设计四、软件设计4.1 HCS12控制软件主要理论智能车开发环境采用了飞思卡尔HCS12系列单片机开发软件CodeWarrior。
该软件具有支持多种语言、开发环境界面统一、交叉平台开发以及支持插件工具等特点。
在CodeWarrior界面完成编译后，通过BDM FOR S12工具，在CodeWarrior环境下向MC9S12模块下载程序。
BDM FOR S12工具使用简单，十分方便。
在整个系统设计中，用到了4个单片机基本功能模块：时钟模块、PWM输出模块、AD转换模块、。
通过编写程序先对所用到的模块进行初始化，并通过对相应数据寄存器或状态寄存器的读写，实现期望的功能。
MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发课程设计
MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发课程设计
一、课程简介
本课程旨在介绍单片机的基本原理及嵌入式系统开发的相关知识。
主要针对学习嵌入式系统开发的学生。
二、课程目标及要求
2.1 课程目标
•理解嵌入式系统开发的基本原理
•掌握MC9S12XS单片机的基本原理
•能够使用MC9S12XS单片机进行嵌入式系统开发
2.2 课程要求
•提前预习相关课程知识
•参加课堂讲解并及时完成作业
•熟练掌握单片机的原理及使用
三、课程大纲
3.1 单片机基础
•单片机的基本原理
•单片机的分类
•单片机的内部结构
•单片机开发环境的搭建
3.2 MC9S12XS单片机
•MC9S12XS单片机介绍
•MC9S12XS单片机的内部结构
•MC9S12XS单片机的IO口、中断及定时器
•MC9S12XS单片机的通信接口
3.3 嵌入式系统开发
•嵌入式系统开发的基本原理
•嵌入式系统开发中的软硬件设计
•嵌入式系统开发中的接口设计
•嵌入式系统开发中的调试与测试技巧
3.4 课程设计
通过MC9S12XS单片机实现一个简易的计时器并掌握嵌入式系统开发的基本流程。
四、课程评分
•平时成绩：40%
•课程设计报告：30%
•期末考试：30%
五、课程参考书目
•《嵌入式系统开发》作者：王德惠
•《单片机课程设计》作者：胡进良
六、结语
本课程内容丰富，目标明确，非常适合初学者学习嵌入式系统开发。
希望同学们认真完成课程内容并取得好成绩。
MC9S12单片机原理及嵌入式应用开发技术(3) 单片机最小系统与软件运行环境(3.1)
3
2
1
0
CHAN
or
or
IIC
BDLC
College of Communication Engineering, Jilin University
3
3.1.1 电源电路
CPU核心电压，内部产生 IO驱动及芯片工作电压 IO驱动及芯片工作电压
AD模块工作电压
AD模块参考电压
锁相环工作电压 内部产生 外部添加滤波电路
图3-5 简单的复位电路
College of Communication Engineering, Jilin University
12
3.1.4 BDM接口电路
BDMIN
6
5
RESET 4
3
R2
2
1
51
HEADER 3X2
图3-6 BDM接口电路
VCC R1 3.3k
BKGD
College of Communication Engineering, Jilin University
2、内部电压调整器VREG输出三组电压（1.8V， 1.8V，2.5V） 有电压输出引脚，但不能作为电源使用， 需设计去耦电容，滤波以降低电源噪声 VDD1：2.5V，给片内闪存供电（13） VDD： 1.8V，给CPU内核供电 VDDPLL：1.8V，给锁相环电路供电（48）
3、A/D模块供电电压5V VDDA A/D模块参考电压 VRH
8
3.1.3 复位电路
复位的原因
有多种引起复位的因素，有相应的标志位和向量 （可以进行不同的初始化流程）
➢ 上电复位 ➢ 电源丢失复位 ➢ 外部产生的手动复位信号 ➢ 时钟丢失引起的复位 ➢ 看门狗复位（又叫 watchdog timer,是一个定时器电路, 一般有一个输
单片机最小系统课程设计
单片机最小系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单片机最小系统的基本组成，掌握各部分功能及相互关系。
2. 学生能描述单片机的工作原理，了解指令执行过程。
3. 学生能运用C语言或汇编语言编写简单的程序，实现对单片机的控制。
技能目标：1. 学生能独立设计并搭建单片机最小系统电路，进行基本的程序下载与调试。
2. 学生能运用所学知识解决实际问题，具备初步的故障排查与处理能力。
3. 学生能够通过团队协作，共同完成一个具有实际应用价值的单片机项目。
情感态度价值观目标：1. 学生对单片机技术产生兴趣，认识到其在工程技术领域的重要性。
2. 学生在学习过程中，培养动手能力、创新意识和解决问题的能力。
3. 学生通过课程学习，树立科技改变生活的观念，增强社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，以项目为导向，注重培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：本年级学生已具备一定的电子技术基础，对单片机有一定了解，但实践经验不足。
教学要求：课程要求教师以讲解与实践相结合的方式进行教学，注重引导学生主动探究，培养学生的实际操作能力。
同时，关注学生的个体差异，提供有针对性的指导，确保每个学生都能达到课程目标。
通过课程学习，使学生将理论知识与实践相结合，提高综合运用能力。
二、教学内容1. 单片机基础理论：包括单片机的基本结构、工作原理、指令系统等，对应教材第一章内容。
- 单片机硬件组成- 指令执行过程- 中断系统与定时器2. 单片机编程语言：C语言与汇编语言基础，对应教材第二章内容。
- 数据类型、运算符与表达式- 控制语句与函数- 汇编指令与伪指令3. 单片机最小系统设计：包括硬件电路设计、程序下载与调试，对应教材第三章内容。
- 最小系统组成与原理- 常用接口电路设计- 程序下载与调试方法4. 实践项目：设计并实现一个具有实际应用价值的单片机控制系统，如温度控制器、智能小车等，结合教材第四章内容。
- 项目需求分析- 系统设计与电路搭建- 程序编写与调试- 系统测试与优化教学内容安排与进度：第一周：单片机基础理论第二周：单片机编程语言第三周：单片机最小系统设计第四周：实践项目设计与实施第五周：项目展示与总结在教学过程中，教师需根据学生的实际情况调整教学进度，确保学生能够充分理解和掌握所学内容。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
DA区：D/A实验扩展模块。该区域提供1个LED灯，用于完成PWM模块的D/A实验。
CAN区：CAN总线通讯模块。该区域提供了1路CAN总线通讯接口，可以用于完成CAN总线通讯实验。
总体上来讲，S12X MCU系统时钟电路和电源电路在布PCB板时，要按照以下规则布线，才能使得系统的电磁兼容性得到保证：
（1）晶振应尽量靠近MCU时钟输入引脚，晶振外壳要接地。
（2）尽量让时钟信号回路周围电厂趋近于零。用地线将时钟区圈起来，时钟线要尽量短。
（3）晶振下面和对噪声特别敏感的器件下面不要走线。
（三）、实验电路图————————————————————————6
（四）、程序编译—————————————————————————6
四、小结——————————————————————————— 10
一、单片机介绍
16位MCU—MC9S12XS128与MC9S12DG128兼容实验平台
接口模块丰富
一、单片机介绍——————————————————————— 1
二、MC9S12XS单片机最小系统介绍————————————3
三、课程设计课题电路图、程序—————————————— 4
（一）、实验要求———————————————————————4
（二）、所涉及的内容—————————————————————— 5
MCU区：核心板模块扩展区域。MCU区中提供了3组插槽，可以扩展配套MC9s12xs128与MC9s12dg128核心板，并且每组插槽的所有引脚均可以引出用做基础或者扩展实验。
POWER区：电源模块。这里通过引入的9V或12V直流电源，为实验平台提供3.3V、5V、9V或12V电源，并配有电源引出端子，方便为外接模块供电。
MCU芯片外部供电电压为+5V，供给VDDR、VDDX2、VDDX1及VDDA、VRH，为了简便起见，其中VDDR和VDDX2就近共用电源，VDDA和VRH就近共用电源，所以图中MCU有3组+5V供电电源。电源电路部分的电容C3~C14构成滤波电路，可以改善系统的电磁兼容性，降低电源波动对系统的影响，增强电路工作稳定性。为保证模拟电路部分不受数字电路输出干扰，在模拟电源端串接了一个小电感。另外，为标识系统通电与否，还可以在电源的最初引入处增加一个电源指示LED灯（图中未画出）。
IIC区：串行总线扩展模块区域。该区域提供了IIC器件，外部EEPROM-24C02和PCF8563实时时钟。
二、MC9S12XS单片机最小系统介绍
MCU最小系统是指可以使内部程序运行起来的所必须的基本外围电路。MC9S12XS128芯片的最小系统包括电源电路、复位电路、晶振电路、BDM调试接口电路、PLL电路等，如图所示，为实际实现的最小系统硬件电路原理图，图中也给出了最小系统元件的参考值和一个连接在PB0口上的LED灯。
复位电路可以实现上电复位和按键复位操作，RESET低电平起效。正常工作时，复位引脚通过电阻R1接到电源正极（这里设为+5V电源供电），所以应为高电平。系统上电时RESET由低到高自动复位；若按下复位按钮，则RESET引脚接地，为低电平，芯片也复位。需要注意的是：如果复位引脚被一直拉低，MCU将不能正常工作。
MsCAN通讯模块；
RS-232通讯模块、RS-485通讯模块；
各模块均可跳线引出，进行独立实验与研制开发；
提供USB供电与外部电源供电两种供电方式；
标配的HC-MC9S12XS128MINI-B核心板可用于Freescale智能车竞赛或二次开发。
各模块ห้องสมุดไป่ตู้能介绍：
HC-EZ-XS128扩展实验系统底板电路划分成15个区域，以下简要说明每个区域的功能。
8位LED灯模块；
6位8段数码管显示模块；
5V，9V/12V电源输出端子；
4x4矩阵键盘模块；
IIC接口模块（包含EEPROM，实时时钟模块）；
12864液晶显示模块；
18B20测温模块；
两路AD模拟采样模块；
蜂鸣器控制模块；
IRQ中断输入、脉冲输入；
中断唤醒、IOC模块
PWM输出D/A实验模块；
基于SPI接口的SD卡模块；
晶振电路与BDM电路采用前述的S12X标准接法，其中的R3电阻也可以不接。BDM插口的1、3短接是为了适应某些国内生产的BDM调试器。R2作为上拉电阻，确保MCU在非BDM模式时处于普通单片运行模式。
电路中的PLL部分的引脚VDDPLL、VSSPLL必须连接。片内的PLL电路兼有频率放大和信号提纯的功能，因此，系统可以以比较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，以降低因高速开关时钟所造成的高频噪声。VDDPLL引脚由单片内部提供1.8V电压。在S12X数据手册上还有一个推荐的时钟电路部分的印刷线路板（PCB）布线法可供参考。
SD区：Micro SD卡扩展模块。该区域提供了1个Micro SD卡座，用于完成基于SPI通讯协议的SD卡读写实验。
RS485区：RS485通讯模块。使用MAX485扩展RS485通讯总线，完成RS485通讯相关实验。
RS232区：RS232通讯模块。使用MAX232扩展RS232通讯总线，完成RS232通讯相关实验。
BELL区：蜂鸣器模块。该区域提供了一个蜂鸣器，用以完成GPIO控制外设实验。
AD区：A/D实验扩展模块。该区域通过两个电位器，提供可变模拟电压输出，用于完成A/D模块实验。
TEMPER区：18B20温度检测模块，用于完成测温实验。
LED区：8位LED灯模块。该区域提供8位LED灯，实现LED灯的控制。
12x864LCD区：12864液晶模块扩展。提供12864液晶模块的扩展，接口完全自主开放，可以扩展多种12864液晶模块，兼容带字库和不带字库的液晶。
KEY区：4x4矩阵键盘模块。该区域提供了4x4的矩阵键盘与四个功能按键，可以利用GPIO扩展后完成程序编写，实现矩阵键盘扩展。四个功能按键，包括IC，PLUSE，KBI，IRQ该模块可以用于输入捕捉实验、脉冲累加模块、中断唤醒、IRQ中断实验实验等。