--毕业设计3--陈亚文

海 南 大 学

毕 业 论 文（设计）

题 目： 基于stm32的智能小车设计 学 号： 20112834320005 姓 名： 陈亚文 年 级： 2011级 学 院： 应用科技学院（儋州校区） 学 部： 工学部 专 业： 电子科学与技术 指导教师： 张健 完成日期： 2014 年 12 月 1 日

基于stm32的智能小车设计

摘要

本次试验主要分析了基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的系统设计过程。此智能系统的组成主要包括STM32F103控制器、电机驱动电路、红外探测电路、超声波避障电路。本次试验采用STM32F103微处理器为核心芯片，利用PWM技术对速度以及舵机转向进行控制，循迹模块进行黑白检测，避障模块进行障碍物检测并避障功能，其他外围扩展电路实现系统整体功能。小车在运动时，避障程序优先于循迹程序，用超声波避障电路进行测距并避障，在超声波模块下我们使用舵机来控制超声波的发射方向，用红外探测电路实现小车循迹功能。在硬件设计的基础上提出了实现电机控制功能、智能小车简单循迹和避障功能的软件设计方案，并在STM32集成开发环境Keil下编写了相应的控制程序，并使用mcuisp软件进行程序下载。

关键词：stm32;红外探测;超声波避障;PWM;电机控制

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基于stm32的智能小车设计

Abstract

This experiment mainly analyzes the control system of smart car based on microprocessor STM32F103 system design process. The composition of the intelligent system mainly including STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit, circuit of ultrasonic obstacle avoidance. This experiment adopts STM32F103 microprocessor as the core chip, using PWM technique to control speed and steering gear steering, tracking module is used to detect the black and white, obstacle avoidance module for obstacle detection and obstacle avoidance function, other peripheral extended circuit to realize the whole system function. When the car is moving, obstacle avoidance program prior to tracking, using ultrasonic ranging and obstacle avoidance obstacle avoidance circuit, we use steering gear under ultrasonic module to control the emission direction of ultrasonic, infrared detection circuit is used to implement the car tracking function. On the basis of the hardware design is proposed for motor control function, simple intelligent car tracking and obstacle avoidance function of software design, and in the STM32 integrated development environment under the Keil. Write the corresponding control program, and use McUisp program download software.

Keywords：STM32；Infrared detection；Ultrasonic obstacle avoidance；PWM；Motor control

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目录

1.绪论.......................................................... - 4 - 1.1研究概况 .................................................. - 4 - 1.2研究思路 .................................................. - 4 - 2.软硬件设计.................................................... - 5 - 2.1中央处理模块 .............................................. - 5 - 2.1.1 stm32f103内部结构 .................................... - 6 - 2.1.2 stm32最小系统电路设计 ................................ - 7 - 2.1.3 stm32软件设计的基本思路 .............................. - 9 - 2.1.4 stm32中断介绍 ........................................ - 9 - 2.1.5 stm32定时/计数器介绍 ................................ - 11 - 2.1.6 主程序设计流程图 ..................................... - 12 - 2.2 电机驱动模块 ............................................. - 12 - 2.2.1 驱动模块结构及其原理 ................................. - 13 - 2.2.2 驱动模块电路设计 ..................................... - 13 - 2.2.3驱动软件程序设计 ..................................... - 14 - 2.3 避障模块设计 ............................................. - 18 - 2.3.1 避障模块器件结构及其原理 ............................. - 19 - 2.3.2 HC-SR04模块硬件电路设计 ............................. - 21 - 2.3.3 HC-SR04模块程序设计 ................................. - 21 - 2.4循迹模块设计 ............................................. - 28 - 2.4.1 循迹模块结构及其原理 ................................. - 28 - 2.4.2 循迹模块电路设计 ..................................... - 30 - 2.4.3 红外循迹模块程序设计 ................................. - 30 - 3.软件调试..................................................... - 33 - 3.1 程序仿真 ................................................ - 33 - 3.2 程序下载 ................................................. - 34 - 4.系统测试..................................................... - 35 - 5.总结......................................................... - 37 - 致谢........................................................... - 39 - 参考文献....................................................... - 40 - 附录........................................................... - 41 -

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1.绪论

智能小车通过各种感应器获得外部环境信息和内部运动状态，实现在复杂环境背景下的自主运动，从而完成具有特定功能的机器人系统。而随着智能化电器时代的到来，它们在为人们提供的舒适的生活环境的同时，也提高了制造智能化电器对于人才要求的门槛。智能小车是集成了多种高新技术，它不仅融合了电子、传感器、计算机硬件、软件等许多学科的知识，而且还涉及到当今许多前沿领域的技术，它是一个国家高科技技术水平的重要体现。通过建立起简易智能小车的设计，引导学生从理论走向实践，培养同学们的动手能力，使同学们在了解智能化电器的工作原理的基础上，还使同学们获得完成整体项目的能力，并掌握了Stm32开发板的编程原理，为同学们进入ARM领域提供了基础。另外，本次课程设计，使同学们了解自己的不足之处，从而使同学们有目标的提升自己的能力。

1.1研究概况

国外研究概况：上世纪50年代初，国外就有智能车辆的研究，从90年代开始，智能车辆的研究就进入了系统化、大规模的研究阶段。尤其突出的是美国卡内基-梅陇大学机器人研究所已经完成了Navlab系列的自主车辆的研究，这一研究成果代表了国外智能车辆的主要研究方向。国内研究概况：我国对于智能车辆的研究较晚，始于上世纪80年代，而且现在大部分还是使用入门级别的51单片机进行设计与研究的，为了弥补与国外研究的差距，开设了全国大学生电子设计竞赛。

1.2研究思路

系统将采集的传感器信号送入stm32微控制器中，stm32微控制器根据采集的信号做出不同的判断，从而控制电机运动方向和运动速度。系统以stm32微控制器为核心，通过传感器采集不同的信号做出判断，继而改变电机的运动方向和运动速度。实验系统结构如图1.1所示：

传感器传感器采样传感器电路STM32主控制器电机驱动电路 图1.1 实验系统结构图

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图2.32 stm32外部中断/事件控制器结构图

图中的实线箭头，为外部中断信号的传输路径。 首先外部信号从编号为1的输入线进入。

其次这个外部信号通过编号2的边沿检测电路，这个边沿检测电路受到“上升沿选择寄存器”、“下降沿选择寄存器”的控制，我们可以控制这两个寄存器来选择中断的触发方式。我们可以在程序中进行设置，比如

EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising；设置为上升沿触发中断 然后该外部信号进入编号为3或门，或门另一端是软件中断寄存器，如果，软件中断/事件寄存器的对应位置1，编号3的输出总是为有效信号1。之后进入“中断挂起请求寄存器”，该寄存器记录了外部信号的电平变化。

最后经过编号为4的与门进入NVIC中断控制器，如果 “中断屏蔽寄存器”的对应位置0，外部的中断请求信号不能传输到NVIC中断控制器，从而实现中断的屏蔽。由于我们采用的是外部信号触发中断，所以我们只需了解外部中断的请求机制，对于事件的中断请求机制，我们在这里不做介绍。 我们以PE1为例，介绍下外部中断的一般步骤。步骤如下： ? 开启I/O的复用时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

? 初始化I/O为输入

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

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? 初始化线上中断，设置触发条件

GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource1); EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line1;

EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling; EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); ? 配置中断分组NVIC，并使能中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x00; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x06; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); ? 编写中断服务函数

void EXTI1_IRQHandler(void){}主要代码详见附录2. 2.1.5 stm32定时/计数器介绍

Stm32系列的单片机一般包含8个计数/定时器，TIM1、TIM8分别为高级控制定时器，TIM2~TIM5为通用定时器，TIM6以及TIM7为基本定时器。对于定时器的详细内容，我们不在这里一一介绍。

然后我们介绍一下本实验采用了那些定时器，以及这些定时器所要完成的功能有哪些。本实验所采用的定时器以及功能如下表所示：

表2-2定时器介绍表

定时器名称 TIM2

定时器配置模式 定时器中断模式

主要功能

通过定时器中断，控制超

声波的扫描周期

TIM3

PWM复用输出模式

控制小车速度及舵机转

向

TIM5

输入捕获模式

采集超声波发射到接受的高电平持续时间t

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2.1.6 主程序设计流程图

在本节实验中，循迹模块以及避障模块都是采用中断方式进行工作的，因此其主程序流程图如下图所示：

开始系统初始化前进 图1.2 主程序流程图

根据程序设计图，主程序设计如下： int main(void) {

u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态 u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //输入捕获值 delay_init(); //延时函数初始化 NVIC_Configuration(); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级

LED_Init();

GPIO_Configuration(); //端口初始化 EXTIX_Init(); //扫描轨迹 TIM2_Int_Init(4999,7199); //控制超声波扫描周期 TIM3_PWM_Init(1999,719); //控制舵机方向

TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1); //以1Mhz的频率计数 while(1) { farward_Low()；delay_ms(10);} }

2.2 电机驱动模块

Stm32对小车的控制，就是对电机的控制，通过控制电机的转向，小车的运动状态就会发生改变。电机驱动模块的主要器件为LM293N，我们下面就详细讲解下电机驱动模块。

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2.2.1 驱动模块结构及其原理

电机驱动模块的实物图如图2.8所示：

图2.8 驱动电路实物图

电机驱动模块的主要器件是芯片LM293D，内部原理图如图2.9所示：

K1

K4

K3

K2

图2.9 电机驱动内部原理图

全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，如图1.2所示，K1、K2为一组，K3、K4 为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必定关断。当K1、K2导通时，K3、K4关断，电机两端加正向电压，电机实现正转或反转制动；当K3、K4导通时，K1、K2关断，电机两端为反向电压，电机实现反转或正转制动。

2.2.2 驱动模块电路设计

电机驱动模块的电路原理如图2.10所示：

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S4

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图2.10 驱动模块电路原理图

表2-2是各个端口状态与运动方向的关系，其关系如下表所示：

表2-2 端口与运动方向关系表

电机M1 停止 正转 反转 －

IN1 0 1 0 1

IN2 0 0 1 1

电机M2 停止 正转 反转 －

IN3 0 1 0 1

IN4 0 0 1 1

2.2.3驱动软件程序设计

车轮电机的动作由GPIO口的输出实现，本节主要配置运动方向和运动速度，对于运动速度的控制，我们必须使用PWM，通过改变PWM的占空比来调节速度的大小，其主要代码设计如下所示：

void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc){ ?.}

要想使stm32的通用定时器TIMx产生PWM输出，需要用到的寄存器有：预分频寄存器（TIMx_PSC）、自动重装载寄存器（TIMx_ARR）、捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1/2）、捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER）、捕获/比较寄存器（TIMx_CCR1~4）。我们先介绍这几个寄存器，然后介绍如何使用库函数产生PWM输出。下面我们就简单介绍下这些寄存器：

首先是预分频寄存器（TIMx_PSC），该寄存器可以用设置对时钟进行分频，然后在提供给计数器作为计数器的时钟。该寄存器的各位功能如图所示：

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图2.11 TIMx_PSC寄存器各位描述

接下来介绍自动重装载寄存器（TIMx_ARR），该寄存器的各位描述如下图所示：

图2.12 TIMx_ARR寄存器各位描述

通过设置这两个寄存器，我们就可以算出PWM的输出周期，计算公式为： Tout=((arr+1)*(psc+1))/Tclk。其中Tclk为系统时钟周期。

其次我们介绍捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1/2），总共有两个，TIMx_CCMR1和

TIMx_CCMR2，TIMx_CCMR1控制通道CH1和CH2，TIMx_CCMR2控制CH3和CH4。因为这2个寄存器差不多，我们仅以通道CH1为例，介绍其中的TIMx_CCMR1为例，该寄存器的各位描述如下图所示：

图2.13 TIMx_CCMR1/2寄存器各位描述

这里我们只介绍该寄存器的OCxM位，我们就以TIMx_CCMR1中的OC1M（控制通道CH1）为例，该位功能如下图所示：

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图2.14 OC1M功能描述

我们使用的是PWM输出模式，所以OC1M必须设置为110/111。OC2M（控制通道CH2）各位描述与OC1M相同，我们这要不在叙述。

然后我们介绍捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER），该寄存器控制着各个输入/输出通道

的开关，对于该寄存器，各位描述如下图所示：

图2.15 TIMx_CCER寄存器描述

该寄存器比较简单，因为我们只介绍通道1，所以我们只讲CC1E位。如果我们想使能输入/捕获1，我们只需使用CC1E位。要想使PWM从I/O口输出，此位必须设置为1。

最后介绍捕获/比较寄存器（TIMx_CCR1~4），总共有4个，分别对应CH1~4，因为这4个寄存器相似，我们仅以TIMx_CCR1为例，该寄存器的给位介绍如下图所示：

图2.16 TIMx_CCR1寄存器各位描述

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在输出模式下，该寄存器的值与CNT中的值进行比较，根据结果，实现电平的翻转。至此，我们把用到的几个寄存器都介绍完毕，下面我们就介绍如何通过库函数来配置实现PWM三路输出。

? 开启TIM3时钟以及复用功能输出。使能GPIO和端口复用功能时钟。库函

数使能TIM3、GPIO以及复用功能时钟的方法是： RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

? 初始化TIM3，设置TIM3的PSC和ARR。在开启了TIM3的时钟之后，我

们要设置PSC和ARR寄存器的值来控制PWM的输出周期。调用的格式如下：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

? 设置TIM3_CH1、CH2、CH3的PWM模式，使能TIM3的CH1、CH2、CH3

输出。在库函数中PWM通道设置是通过TIM_OC1Init~TIM_OC4Init来设置的，这里我们需要3路PWM输出，所以我们需要使用函数TIM_OC1Init、TIM_OC2Init、TIM_OC3Init。库函数的调用格式如下： TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;

TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);

? 使能TIM3。完成以上配置后，我们要使能定时器TIM3。库函数调用格式

如下：

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

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? 通过修改TIM3_CCRx(x为1,2,3)来控制占空比。库函数格式如下：

Void TIM_SetComparex(TIM3,uint16_t Compare2);

我们可以知道，通过定时器3控制PWM波的占空比，从而实现速度方面的控制。其中arr和psc可以控制PWM波的周期，TIM3_CCRx可以控制PWM波的占空比。我们只需要调用此函数就可以实现不同的速度控制。

对于运动方向控制的代码我们就以后退为例，由于端口寄存器过于简单，我们不在此介绍端口的寄存器。我们仅介绍如何通过库函数进行端口配置。对各个I/O端口配置的过程相似，我们仅以PD8为例：主要过程如下所示： ? 使能I/O口时钟，调用格式如下所示：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

? 初始化I/O参数，调用格式如下所示：

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); ? 操作I/0口

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);PD8置1 GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);PD8置0

我们知道了如何对端口进行操作之后就可以随意的控制小车的运动啦，运动方向的程序设计，其基本函数单元如下所示： void Left_Low(void);…

我们调用这些函数，就可以实现不同运动方向的控制。主要代码详见附录3.

2.3 避障模块设计

在人类身体构造系统中，眼睛可以使我们非常方便的采集到外界环境的信息，然后把信息及时的传输到大脑，并对外界环境信息的变化做出相应的处理。而对智能小车来说，避障模块之于小车就相当于眼睛之于人类。避障模块可以采集外部地形数据，然后把所采集的地形数据传输到中央处理模块，从而实现躲避障碍的功能。避障模块所采用的器件在市场中有许多类型，比如红外检测，光位移检

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测，超声波检测等。本次试验我们使用的是HC-SR04超声波检测，超声波由于具有检测能力强，传播路径宽，因此我们决定使用HC-SR04器件。

在使用HC-SR04模块进行超声波测距的同时，我们可以使用舵机进行辅助。舵机的主要作用是改变HC-SR04模块的照射方向，从而控制超声波的发射方向。在程序编写过程中，如果小车前方遇见障碍时，我们可以直接控制舵机的转向，而小车的车身可以保持不变，在测量结束后，小车再做相应的动作。 2.3.1 避障模块器件结构及其原理

HC-SR04超声波测距模块测量范围在2cm-400cm之间，可以实现无接触式测距功能。HC-SR04超声波测距模块由一个超声波发射器、一个超声波接收器和控制电路组成，避障模块的实物结构图如图2.17所示：

图2.17 实物正反面结构图

如结构图所示VCC提供5v电源，GND为接地线，TRIG为触发信号线，ECHO为回向信号输出线。基本原理如下：采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号，在TRIG触发沿到来后，超声波发射器会自动发出8个40KHz的方波，并且检测是否有信号返回，当超声波接收器接收到超声波时，表明有信号返回，通过IO口ECHO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。因此测量距离=（高电平持续时间*340m/s）/2。测量时序图如图2.18所示：

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图2.18 超声波时序图

我们根据时序图，可以编写相应的程序代码。为了防止发射信号对回向信号的影响，我们的测量周期不易过小。并且由于HC-SR04的感应角度不大于15°，所以测距时，为了防止发射信号丢失，我们要求被测物体的面积不应小于0.5平方米，否则可能导致测量结果不准确。

舵机在避障模块的主要作用前面已经提到，本节主要讲解舵机的工作特性。舵机的实物图如图2.19所示：

图2.19 舵机实物图

舵机的工作工作原理是stm32微处理器发出数据给舵机，舵机内部有一个基准电路，它会产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，它将微处理器传输的直流偏置电压与电位器的电压数据进行比较，获得电压差输出。经由电路板上的IC 判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回反馈信号。舵机的转动角度与stm32所提供的PWM信号相关。标准信号PWM周期为20ms，理论上来讲脉宽为1~2ms，实际我们的脉宽为0.5~2.5ms，脉宽与所转的角度一一对应。角度与脉宽的对应图如图2.20所示：

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图2.20 舵机角度与脉宽对应图

2.3.2 HC-SR04模块硬件电路设计 超声波模块硬件原理图如下图所示：

图2.21 超声波硬件原理图

HC-SR04模块主要由发射器、接收器和部分电路组成。在此试验中，我们只需简单了解电路的设计，对于其基本原理可以不用过多涉猎，我们只需明白它们的工作原理，并且能够简单运用即可。 2.3.3 HC-SR04模块程序设计

根据硬件电路的设计，我们对避障子程序进行设计，程序流程图如图2.22所示：

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开始系统初始化前进否前方是否有障碍是舵机左转否小车左转小车左方是否有障碍是舵机右转否小车右方是否有障碍小车右转小车后转避障子程序结束 图2.22 避障程序流程图

避障模块在程序设计中，我们的工作主要是： 1、控制超声波的扫描周期

2、采集超声波发射到接受的高电平持续时间t

3、对采集的高电平持续时间t进行处理，判断前方是否有障碍 下面我们就详细介绍我们是怎么通过软件设计来完成这几个步骤的： 1、控制超声波的扫描周期

根据表2-2，我们采用的是TIM2来控制超声波的扫描周期。首先我们把TIM2设置为定时器中断模式，代码格式为void TIM2_Int_Init(u16 arr,u16 psc); 由于配置定时器中断模式十分简单，我们就不在详细介绍，其详细代码见附录4.定时器TIM2的中断周期计算公式为T=((arr+1)*(psc+1))/Tclk。Tclk为系统周期，一般为72Mhz.我们在中断服务程序中控制超声波的发射，我们采用PC7作为触发信号，根据超声波时序图，我们需要在中断程序中给PC7一个持续10ms的高电平，中断服务程序如下：

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void TIM2_IRQHandler(void) //TIM2中断 {

if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)

{

TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update ); GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7); delay_ms(10);

GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7);

} }

2、采集超声波发射到接受的持续时间t

在本节试验中，我们使用了通用定时器TIM5的输入捕获功能，输入捕获模式具有测量频率或者测量脉冲的宽度的功能。我们开启TIM5通道CH1（定时器5）的输入捕获模式，采集ECHO端口的高电平持续时间。配置定时器5代码格式为： void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc){?}

下面我们就详细讲解一下，如何开启并使用通用定时器的输入捕获功能。 输入捕获的原理，简单的讲就是通过检测TIM5（定时器）通道CH1的边沿信号，当边沿信号发生变化时，当前寄存器的值TIM1_CNT存放到通道的捕获/比较寄存器（TIM5_CCR1）里面。我们的实验就是采集捕获/比较寄存器（TIM5_CCR1）中的值并进行处理，完成相应的动作。为了使TIM5通道CH1具有捕获功能，我们需要用到TIM5_PSC、TIM5_ARR、捕获/比较模式寄存器（TIM5_CCMR1）、捕获/比较使能寄存器(TIM5_CCER)、捕获/比较寄存器（TIM5_CCR1）、DMA/中断使能寄存器（TIM5_DIER）、控制寄存器(TIM5_CR1)。我们下面就简单介绍下下这几个寄存器。

TIM5_PSC、TIM5_ARR、TIM5_CCR1这3个寄存器用法与前节中相同，我们就不在赘述，而在本实验中，捕获/比较寄存器TIM5_CCMR1非常重要，该寄存器的各位描述如下图所示：

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图2.23 TIMx_CCMR1各位描述

我们使用的是TIM5捕获/比较通道CH1，所以图中只介绍[7:0]位。本次试验我们设置CC1S[1:0]=01，IC1PSC[1：0]=00，IC1F[3：0]=0000。

接着我们再来看看捕获/比较使能寄存器TIMx_CCER,本节用到了CC1E和CC1P两位，描述如下图所示：

图2.24 TIMx_CCER最低两位描述

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图2.29 施密特触发器特性图

当输入端的电压发生转化时，只要在比较电压值附近的干扰不超过du之值，输出的电压就不会改变。R4正反馈的引入，不仅提高了电路的处理速度，而且可以免除由于寄生电路耦合而产生的自己震荡。但是，在提升电路的处理速度的同时，带来的缺点就是分辨率降低，因为只要在du附近输出的电压值就不会改变。

2.4.2 循迹模块电路设计

IR5探测器的集成模块的电路原理图如图2.30所示：

图2.30 红外循迹模块电路图

2.4.3 红外循迹模块程序设计

根据电路原理图，我们对循迹子程序进行设计，循迹子程序流程图如图2.31所示：

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开始系统初始化前进否检测是否出界是是小车右转是否左侧出界否小车右转循迹子程序结束

图2.31 循迹子程序流程图

我们在循迹程序设计中，主要工作为： 1、配置管脚与红外探测器的对应关系

当红外探测器模块在黑带上方时，输出为0。当红外探测器模块在白色上方时，输出为1。因此我们采用中断的方式进行循迹，因为采用的是4路循迹，所以我们需要4个管脚与其一一对应，对应关系如下表：

表2-3管脚与红外探测器位置对应关系表 管脚名称 PE1 PE2 PE3 PE4

红外探测器位置

左 最左 右 最右

在配置好管脚与红外位置关系之后，我们就需要进行中断初始化，中断程序上文2.1.4节中已经讲过，我们在这里就不做介绍。 2、编写中断服务函数

我们在中断初始化之后，就需要写中断服务函数啦，我们就以PE1为例，当

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PE1的值发生变化时，我们就进入中断服务函数，在中断服务函数中判断红外探测器是否在黑带上方，如果在，此时我们需要使小车向左转，如果不在黑带上方，小车就继续前进。其中断服务函数代码如下：

#define KEY3 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_1) void EXTI1_IRQHandler(void) { if(KEY3==0)

{Right_Low();}

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);} //清除LINE2上的中断标志位

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3.软件调试

上文提到了各个模块的电路设计及其程序设计，本章就根据各个模块的电路设计进行相应的编程。我们使用keil3软件进行程序仿真，然后使用mcuscip软件把我们得到的目标文件烧到处理器中，即程序下载。 3.1 程序仿真

RVMDK源自德国的KEIL公司，是RealView MDK的简称。支持ARM7，ARM9，和最新的Cortrx-M3核处理器，自动配置启动代码，具有强大的软件仿真功能，而且具有启动代码小，性能高的优点，软件keil3的操作主界面如图3.1所示：

图3.1 Keil主界面

在程序仿真中，我们只能观察PC7脚位的电平变化，来判断是否满足超声波的发射条件，而对于超声波发射到接受的高电平持续时间t，我们在程序仿真中是无法观测到的。因此我们只能通过对硬件进行测试，来完成对整个产品设计的考核。PC7的软件仿真结果如下图所示：

图3.2 PC7脚电平仿真图

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基于stm32的智能小车设计

3.2 程序下载

串口下载软件使用mcuisp，该软件属于第三方软件，由单片机在线编程网提供，该软件启动界面如图3.2所示：

图3.2 mcuisp启动界面

我们使用mcuisp软件进行程序下载，程序下载图如下所示：

图3.3 mcuisp程序下载图

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