基于cpld的智能小車循跡課程設計

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1、揚州大學能源與動力工程學院本科生課程設計題目:智能小車循跡控制系統(tǒng)課程:電子技術專業(yè):班級:學號:姓名:***指導教師:鄭老師完成日期:20**年11月26日目錄1.任務及要求課程任務及其功能3設計要求3課程設計的時間安排32.整體方案及特點智能小車循跡總體方案4設計的思路及其特點43.各組成部分的電路結(jié)構(gòu)及工作原理紅外循跡模塊設計4電源模塊設計6CPLD模塊設計6驅(qū)動模塊設計7直流電機84.系統(tǒng)硬件電路設計105.CPLD控制模塊內(nèi)個單元模塊的設計PWM10主要控制模塊116.CPLD控制模塊的頂層電路圖原理圖14仿真波形147.系統(tǒng)總裝配圖158.實驗照片

2、159.實驗結(jié)果分析1610.調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決1611.改進意見及收獲體會1712.器材1713.使用儀器設備1814.參考文獻18一、任務及要求1、課程任務及其功能設計智能小車循跡控制系統(tǒng)(1)小車可完成前進、轉(zhuǎn)向等行駛方式;(2)小車在底盤安裝四組紅外傳感器;(3)系統(tǒng)根據(jù)紅外傳感器提供的信息測算小車與地面深色路徑的偏離程度;(4)當小車偏離地面深色路徑時自動以轉(zhuǎn)小彎、轉(zhuǎn)大彎的運動方式調(diào)整小車的行進軌跡,完成自動循跡的運動方式。2、設計要求(1)要求用可編程邏輯器件(FPGA/CPLD)設計實現(xiàn);(2)在實驗箱上或印刷電路板上安裝、調(diào)試出所設計的電路

3、;(3)在EDA編程實驗系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真;(4)寫出設計、調(diào)試、總結(jié)報告。3、課程設計的時間安排1)方案設計;(1.5天)根據(jù)設計任務書給定的技術指導和條件,進行調(diào)查研究、查閱參考文獻,進行反復比較和可行性論證,確定出方案電路,畫出主要單元電路,數(shù)據(jù)通道,輸入、輸出及重要控制信號概貌的框圖。2)電路設計:(2天)根據(jù)方案設計框圖,并畫出各單元電路的詳細電路圖及總體電路圖。3)電路仿真:(2.5天)熟悉EDA工具,在EDA軟件平臺上修改設計的電路,給出正確的仿真結(jié)果。4)裝配圖設計:(1天)根據(jù)給定的元器件,結(jié)合邏輯電路圖,設計出電路制作的具體裝配圖

4、(即繪出組件數(shù)量,管腳號以及器件布置的實際位置)。同時配以必要的文字說明。5)電路制作:(2天)對選定的設計,按裝配圖進行裝配,調(diào)試實驗。6)總結(jié)鑒定:(1天)考核樣機是否全面達到現(xiàn)定的技術指標,能否長期可靠地工作,并寫出設計總結(jié)報告。二、整體方案及特點1、智能小車循跡總體方案電源模塊驅(qū)動模塊CPLD控制模塊左右尋跡信號直流電機紅外尋跡模塊2、設計的思路及其特點在智能尋跡小車控制系統(tǒng)的設計中,以CPLD為核心,用L298N驅(qū)動兩個減速電機,當產(chǎn)生信號驅(qū)動小車前進時,是通過尋跡模塊里的紅外對管是否尋到黑線產(chǎn)生的電平信號通過電壓比較器LM339返回到CPLD,然后

5、CPLD根據(jù)程序設計的要求做出相應的判斷送給電機驅(qū)動模塊,讓小車來實現(xiàn)前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等基本功能。三、各組成部分的電路結(jié)構(gòu)及工作原理1、紅外尋跡模塊的設計(1)電路結(jié)構(gòu)發(fā)射部分接收部分(2)工作原理該系統(tǒng)中的尋線模塊我們采用的是紅外傳感器。它有一個發(fā)射管(白色)和一個接收管(黑色),一般情況下接收管能收到發(fā)射管發(fā)送的紅外光,但當遇到吸光介質(zhì)(如黑色物體)時接收管便不能收到發(fā)射管的紅外光。因為傳感器輸出端得到的是模擬電壓信號,所以在輸出端增加了電壓比較器LM339,先將輸出電壓與2.5V進行比較(檢測到黑線時輸出低電平,發(fā)光二極管不亮;檢測到白線時輸出高電

6、平,發(fā)光二級管亮),再送給CPLD處理和控制。本設計中,為使小車尋線穩(wěn)定,最好選擇差異較大的環(huán)境,例如在白地板上貼上黑線,可使紅外尋線模塊工作更加靈敏穩(wěn)定。2、電源模塊的設計利用L298穩(wěn)壓管輸出一路電壓,供給單片機和電機驅(qū)動,還供給尋跡模塊。L298N是SGS公司的產(chǎn)品,內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器,即內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器,接收標準TTL邏輯電平信號,可驅(qū)動46V、2A以下的電機。3、CPLD控制模塊設計此部分是整個小車運行的核心部件,起著控制小車所有的運行狀態(tài)作用。采用可編程邏輯期間CPLD作為控制器。C

7、PLD可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式,提高了系統(tǒng)的處理速度,適合作為大規(guī)??刂葡到y(tǒng)的控制核心1)正常前進當尋跡板中間兩個傳感器檢測到白線,小車都正常前進。2)左小拐彎當只有左端第2個傳感器檢測到黑線,其余3個傳感器檢測到白色時,小車應左小拐彎。3)左大拐彎當只要左端第1個傳感器檢測到黑線,右端2個傳感器檢測到白色時,小車應左大拐彎。4)右小拐彎當只有右端第2個傳感器檢測到黑線,其余3個傳感器檢測到白色時,小車應右小拐彎。5)右大拐彎當只要右端第1個傳感器檢測到黑線,左端2個傳

8、感器檢測到白色時,小車應右大拐彎。6)

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