飞思卡尔硬件设计

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1、.作为一名大三的学子，很有幸参加了第九届全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛。作为一个机械学子，在这个领域可谓是一张白纸，因为大二曾经自学过机电自动化方面的知识，这对整个制作起到了关键的作用。    全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源于韩国，是在飞思卡尔半导体公司资助下举办的大学生课外科技竞赛，按传感器类别分为摄像头组、光电组、电磁组、创意组。该竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应的控制软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行

2、进，以完成时间最短者为优胜。该竞赛涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。    我们组所参加的光电组，主要是以光电传感器或者线性CCD（现已禁止使用激光传感器）作为主要路径传感器，我们组选用的是飞思卡尔半导体公司的16位微处理器——RAM内核的K60系列，基于组委会指定的B车模平台而去制作智能车，B车模相对来说，车模采用舵机控制前轮转向，后轮使用滚珠差速器从而实现转弯差速。车模相对比较笨重，驱动电机的功率较大，转向半径较小，车模轮胎摩擦系数较小，这都严重制约了车速的提高。            

3、                                                                            B车模 ...   有了车模，只是第一步。硬件设计工作的重任落在我肩上，基于上面车模因素，对我们组的硬件设计工作带来严重的考验，经过前期资料和历届技术报告的查阅，我们组最终定下了电路硬件的设计图纸。整个电路硬件设计是使用的AltiumDesigner软件，工程的原理图如下：（采用分层设计思路设计原理图。）一、采用分层结构设计，使设计思路清晰，各电路模块关系明确。                  

4、                                                                           顶层连线关系二、电源部分设计    电源是一个系统工作稳定的基本保障，所以电源的设计工作对整个系统至关重要的。    经过查阅电子电路设计手册以及相关网上资料后，最终采用如下设计方案：    1.电源7.2V动力电池供电，瞬时电流能达到5A，满足驱动电机的驱动要求，但是对稳压电路带来了严重的影响。因为当电机电流过大，会造成电源大的压降，以至于稳压芯片不能正常工作，得不到想要的稳压电压，会导致微处理器

5、自动复位，带来不可预料的危险。    2.经过查阅大量资料，最终确定采用底线性压差稳压的TPS7350、TPS7333 芯片分别得到5V、3.3V电压。5V主用给5V供电要求的芯片供电和测速编码器供电。3.3V主要给K60微处理器供电，虽然K60超频到100M时，相对普通微处理器功率高，由于采用TPS7333芯片稳压，输出功率也较高，所以满足微处理器正常工作要求。数字舵机的电源要求也相对较高，我们选用LM2941可调稳压芯片来作为舵机的电源，通过合理选择LM2941稳压电阻的阻值，就能得到5.5V的电压，可调稳压输出也方便后期的调试，因为在竞速的

6、模型上，转向的灵活和快速，决定了车模的车速和稳定。所以常常为了加快舵机的响应速度，缩小舵机的响应时间，适当的加大舵机的供电电压。    3.为了满足驱动电机的快速加减速，因而IR2104芯片驱动大功率的MOSFET管—（相当于一个开关，电机电源还是7.2V，它的作用只是负责通过控制信号控制电机电源的接通和断开，已方便PWM电机调速）,而IR2104的工作电压范围为10-20V，所以需要设计升压电路。升压电路采用MC34063芯片升压，因为MC34063匹配电容的电容值不容易选择，经过几次调试，从7.2V升14V电路总是不太稳定，最终我们采用舵机电

7、源5.5V升14V，经测试，该升压电路能稳定工作并且满足IR2104供电要求。    4.再加上开关和电源指示灯就完成了电源原理图部分的设计工作了。...                                                                             电源三、控制器电路设计，车模的大脑，稳定性异常重要。    1.注意K60特殊功能的输出引脚，FTM实现PWM调速，LPTMR0_ALT2（输入捕捉）实现编码器测速，ADC实现CCD模拟电压的采集。    2.预留SPI、串口通信接口，方便调试

8、。    3.PCB设计过程中，注意信号线的线宽和相邻信号线的间距，采用数字地和模拟地分开的原则，PCB两面都需要覆铜以减少信号干扰。.