基于凌阳MCU的机器人平衡控制系统设计目录摘要 (3)第一章绪论 (4)第1.1节选题背景 (4)第1.2节本设计在理论和实际应用方面的价值 (4)第1.3节本文主要研究内容 (5)第二章凌阳单片机SPCE061A (6)第2.1节 SPCE061A单片机 (6)第2.2节 SPCE061A单片机的性能 (6)第2.3节 SPCE061A单片机的外观及结构 (7)第2.4节 SPCE061A单片机的输入/输出接口 (8)第2.4.1节 SPCE061A 的 I/O 端口结构 (8)第2.4.2节 SPCE061A并行I/O端口控制向量组合 (10)第2.5节 SPCE061A 的最小系统 (11)第三章传感器 (13)第3.1节传感器的原理 (13)第3.2节红外传感器 (13)第3.3节倾角传感器 (14)第四章系统的硬件设计 (17)第4.1节智能小车 (17)第4.2节智能小车硬件组成 (18)第4.3节智能小车各模块的选择 (18)第4.3.1节控制模块 (18)第4.3.2节电机及驱动模块 (19)第4.3.3节引导检测模块 (21)第4.3.4节平衡模块 (22)第4.3.5节电源及显示模块 (23)第五章系统的软件设计 (24)第5.1节小车控制算法 (24)第六章实验结果与分析 (30)第6.1节实验基础条件 (30)第6.2节实验数据及分析 (30)第6.3节智能小车运动性能的分析 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (36)摘要在现代社会的各个领域，机器人得到了十分广泛的应用，尤其是机器人小车，本设计是利用凌阳单片机SPCE061A、红外传感器电路TCRT5000、倾角传感器电路SCA60C、LCD 显示电路构成的电动小车跷跷板系统。
其中单片机最小系统SPCE061A作为检测和控制核心，通过红外发射和接收传感器TCRT5000完成对智能小车行进路线的控制，用红外传感器检测到开关信号送到单片机进行识别，进而发出相应控制指令控制小车寻线行驶；通过倾角传感器电路SCA60C完成跷跷板平衡控制，各部分都能实时显示，从而实现小车在跷跷板上寻找平衡点的智能化。
【关键词】：单片机、SPCE061A、智能小车、传感器Design the balance controlling system of robotbased on sunplus MCUAbstractNowadays, in many fields of modern society,robots have been widely used, particularly in the intelligent vehicle.This design is based on the 16 bit SPCE061A MCU, the intelligent vehicle called mobile robot , which is drived by two DC motors respectively, can trace precisely by detecting black leading lines on the seesaw. Reflecting infrared sensor TCRT5000, is used to detect black leading line. Tilting sensor SCA60C, is used to detect whether the seesaw is in balance and control the speed of the intelligent vehicle. The LCD can show the angle of inclination detected by SCA60C and translated by SPCE061A. In all, the design can make the intelligent vehicle trace on the seesaw, turn back, turn left, turn right automatically and make the seesaw in balance finally.[Keyword]:MCU, SPCE061A, Intelligent Mini Vehicle, Sensor第一章绪论第1.1节选题背景随着人类社会的不断发展，人们不断寻求一种能够解放人类劳动的有效方法，代替人们从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对未知世界的认识和改造。
机器人技术就是在这种情况下应运而生，而且得到了迅速发展，它的发展是科学技术发展的综合性结果，同时，也成为了对社会经济发展产生重大影响的一门科学技术。
机器人技术的发展归功于第二次世界大战后各国加强了经济的投入，从而推动了本国的经济的发展。
例如日本，战后加强汽车工业的发展，但是由于日本人力的缺乏，迫切需要一种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低人的劳动强度，所以，日本的机器人技术世界领先。
机器人技术的发展是生产力发展的必然结果，也是人类社会发展的必然结果，它的发展势必会给人类社会带来更多的便利，也会对人类社会的发展做出巨大贡献。
第1.2节本设计在理论和实际应用方面的价值智能小车，即轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作，它们已经在许多领域得到广泛应用。
电子制造业中的SMT产线上的贴片机，是机器人在工业自动化中的一个应用，它利用各种传感与探测技术和智能机器人结合来完成元器件的焊接任务，这种焊接技术精度高、集成度高，所以在现在的电子制造业中得到广泛的应用。
在日常生活中，智能轮式机器人的应用也十分广泛，日本的一些科技实力强大的公司已经研制出了能够完成日常生活中的洗碗、清洁等任务的机器人，这其中就利用到了机器人平衡控制技术。
早在几年前，美国的科学家就设计出了一种双轮机器人，人站在上面操控它就可以平稳而且任意行驶，该项成果也就成了机器人平衡控制技术的典型的应用。
在太空探测研究领域，智能机器人小车的用武之地更是广泛，类似月球车的智能小车在太空探测研究中起到了非常关键的作用，它可以登录火星等未知星球进行科学探测，这些探测小车也是机器人平衡技术的典型应用。
另外，智能小车控制的研究将有助于智能车辆的研究。
智能车辆驾驶任务的自动完成将给人类社会的进步带来巨大的影响，能够提高道路的利用率、降低车辆的燃油消耗，尤其是在改进道路交通安全等方面提供了一种新的解决途径。
第1.3节本文主要研究内容本文首先对智能小车所涉及到的技术做了介绍，其中包括单片机技术、传感器技术、驱动控制技术等多个领域的技术融合。
本文设计的智能小车自动平衡控制系统采用凌阳单片机SPCE061A作为小车的控制核心，选用红外传感器电路TCRT5000来引导和检测小车的行驶轨道，将检测到的信息送往单片机SPCE061A进行处理，从而发出相应的控制指令通过驱动电路来控制智能小车寻线行驶，并采用倾角传感器电路SCA60C完成对跷跷板的平衡检测，让小车在跷跷板上完成寻找平衡点的任务，从而实现机器人平衡控制系统的设计目的。
第二章凌阳单片机SPCE061A第2.1节SPCE061A单片机SPCE061A 是台湾凌阳公司推出的一款功能强大的产品。
是继μ’nSP™系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。
与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH）。
较高的处理速度使μ’nSP™能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。
SPCE061A是一款高性价比的单片机CPU：16位×16位硬件乘法器；DSP核所具有的内积运算；8位芯片的价格；高集成度以致力于单芯片应用（SOC）；低功耗，低电压；具有较强的中断处理能力；功能强，效率高的指令系统；具有语音识别功能。
因此，我在智能小车的控制系统中，选用凌阳十六位单片机SPCE061A为核心控制器件。
第2.2节SPCE061A单片机的性能1). 16位μ’nSP™微处理器；2). 工作电压(CPU) VDD为2.4~3.6V(I/O) VDDH为2.4 ~ 5.5V；3). CPU时钟：0.32MHz ~ 49.152MHz；4). 内置2K SRAM；5). 内置32K FLASH；6). 可编程音频处理；7). 晶体振荡器；8). 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电仅为2μA@3.6V；9). 2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；10). 2个10位DAC(数-模转换)输出通道；11). 32位通用可编程输入/输出端口；12). 14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；13). 具备触键唤醒的功能；14). 使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；15). 锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；16). 32768Hz实时时钟；17). 7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；18). 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；19). 具备串行设备接口；20). 具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；21). 内置在线仿真电路ICE(In- Circuit Emulator)接口；22). 具有保密能力；23). 具有WatchDog功能。
第2.3节SPCE061A单片机的外观及结构1）SPCE061A外形图如图2.1所示:图2.1 SPCE061A的外观2）SPCE061A结构图如图2.2所示：图2.2 SPCE061A的结构第2.4节SPCE061A单片机的输入/输出接口输入/输出接口（也可简称为I/O端口）是单片机与外设交换信息的通道。
输入端口负责从外界接收检测信号、键盘信号等各种开关量信号。
输出端口负责向外界传送由内部电路产生的处理结果、显示信息、控制命令、驱动信号等。
μ’nSP™内有并行和串行两种方式的I/O口。
并行口线路成本较高，但是传输速率也较高；与并行口相比，串行端口的传输速率较低但可以节省大量的线路成本。
SPCE061A有两个16位的通用并行I/O口：A口和B口。
这两个端口的每一位都可通过编程单独定义成输入或输出口。
A口的IOA0~IOA7作为输入端口时，具有唤醒功能，即当输入电平发生变化时，会触发CPU中断。
在电池供电、追求低耗电的应用场合，可以让CPU进入睡眠模式（利用软件控制）以降低功耗，需要时才以按键来唤醒CPU，使其进入工作状态。