1、嵌入式微控制器与智能车制作,2018年4月25日,课程导论,Seminar 涵义课程内容及安排课程考核智能车与智能交通测控系统与微控制器智能车竞赛介绍,Seminar 涵义,研讨课（研究、讨论和发现）Asmallgroupofadvancedstudentsinacollegeorgraduateschoolengagedinoriginalresearchorintensivestudyundertheguidanceofaprofessorwhomeetsregularlywiththemtodiscusstheirreportsandfindings.”,2018/4/25,嵌入式微控制
2、器与智能车制作,课程缘起智能车竞赛嵌入式微控制器课程内容 智能车的概念嵌入式微控制器的发展与应用XS128控制器的特点和使用XS128的基础实验和综合实验选择不同传感器完成智能车制作（实验室提供车模）智能车控制方案（研讨),2018/4/25,课程考核,1. 课堂分组讨论20%2. 研讨报告30%（以小组为单位，需课后充分准备）3.课程报告 40%实验报告及智能车制作报告4. 课程总结10%,2018/4/25,主题报告选题,人工智能发展史机器人与人的智力对抗（下棋，智力比赛等）从图灵奖看人工智能的发展著名公司的人工智能研究之路（SONY，Honda, iRobot, Google等）著名学校
3、的人工智能实验室的研究之路（斯坦福，CMU, MIT,哈佛等）人工智能现状机器人的实际应用领域,2018/4/25,本学期教学日历,第一周（9月17日）课程导论第二周（9月24日）人工智能基本概念: 思维和智能（脑科学）人工的智能第三 周（10月1日）自我学习人工智能发展史第四 周（10月8日）小组报告：著名高校AI实验室（MIT，Standford，CMU）第五 周（10月15日）IBM 深蓝和沃森的智能挑战第六 周（10月22日）聊天机器人与沃森的对比，探讨自然语言的理解问题第七 周（10月29日）RoboCup足球机器人与多智能体系统，分布式AI第八周（11月5日）自我熟悉Netlogo
4、平台，agent的概念，多智能体系统第九周（11月12日）小组报告(著名公司) 第十周（11月19日）游戏中的人工智能第十一周 (11月26日) 小组报告（其他主题）,2018/4/25,智能车与智能交通,畅想未来的交通智能交通的要求智能车,未来交通,世博会的汽车馆智能交通中的“智能”智能车中的“智能”=无人驾驶？,智能汽车,导航信息资料库GPS定位系统道路状况信息系统车辆防碰系统紧急报警系统无线通信系统自动驾驶系统,智能汽车,智能车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体
5、。目前对智能车辆的研究主要致力于提高汽车的安全性、舒适性，以及提供优良的人车交互界面。近年来，智能车辆己经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力，很多发达国家都将其纳入到各自重点发展的智能交通系统当中。,全国大学生智能车竞赛简介,全国大学生智能车竞赛是教育部高等教育司为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，委托(教高司函2005201号文)高等学校自动化专业教学指导分委员会主办的大型全国性赛事。该竞赛是以飞思卡尔HCS12单片机控制为核心，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的科技创意性比赛。由组委会提供参赛队的标准硬软件技
6、术平台。,东南大学智能车校赛历届成功参赛队伍,智能车竞赛知识点,数字控制系统基本概况,单片机基本原理及其操作,道路检测,车速测量,调试电路,基础,高级,调试,后轮电机驱动,电机控制算法,车模机械调整,抗干扰与可靠性,赛道适应性,测控系统及其实现技术,测控系统与微控制器,测控系统嵌入式系统与微控制器概述基本含义特点,测控系统与微控制器,测控系统,嵌入式系统的定义及由来,一种计算机硬件和软件的组合，也许还有机械装置，用于实现一个特定功能。在某些特定情况下，嵌入式系统是一个大系统或产品的一部分。通用计算机系统：满足海量高速数值计算的计算机。嵌入式计算机系统：嵌入到实际应用系统中，实现嵌入式应用的计算
7、机。,单片机（微控制器）的基本含义 微控制器（MCU）：在一块芯片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM等）、定时器/计数器及多种输入输出（I/O）接口的比较完整的数字处理系统。,微控制器,微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过30多年的发展，其成本越来越低，而性 能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、 工业控制与自动化和白色家电(洗衣机、微波炉)等,无处不在的嵌入式系统,无处不在的嵌入式系统,嵌入式系统与
8、MCU的关系,MCU的特点：体积小、价格低、稳定可靠 大部分嵌入式系统以MCU为核心进行设计 以MCU为核心的系统是应用最广的嵌入式系统。,嵌入式系统特点,嵌入式系统是计算机系统，但不单独以通用计算机面目出现。嵌入式系统开发需要专用工具和特殊方法 。使用MCU设计嵌入式系统，数据与程序空间采用不同存储介质。开发嵌入式系统涉及软件、硬件及应用领域的知识。 嵌入式系统的其他特点 。,嵌入式系统的知识体系,（1）硬件最小系统（2）通用I/O（3）模数转换A/D（4）数模转换D/A（5）通信(SCI、SPI、I2C，CAN、USB、ZigBee等)；（6）显示(LED、LCD等)；（7）控制(控制各种
9、设备，包含PWM等控制技术)；（8）数据处理(图形、图像、语音、视频等处理或识别)；（9）各种具体应用。,嵌入式应用系统开发过程,功能分析和硬件设计MCU选型，开发工具与环境的选择PCB(Protel PAD),ASIC(VHDL)应用程序设计程序语言，汇编/编译器仿真调试仿真器，ROM固化器等脱机运行,（1）操作系统的困惑（2）硬件与软件的困惑 （3）片面认识嵌入式系统 （4）入门芯片选择的困惑,嵌入式系统的学习误区,学习建议,打好软件硬件基础 选择一个芯片及硬件评估板深入理解MCU的硬件最小系统不要一开始就学嵌入式实时操作系统RTOS避免片面认识嵌入式系统注重实验与实践入门芯片选择不要太复
10、杂关于汇编与C语言的取舍明确学习目的，注意学习方法,嵌入式系统常用术语,与硬件相关的术语 封装(Package) 印刷电路板(PCB，Printed circuit board) 动态可读写随机存储器 (DRAM，Dynamic Random Access Memory) 静态可读写随机存储器 (SRAM，Static Random Access Memory) 只读存储器(ROM，Read Only Memory) 闪速存储器(Flash Memory) 模拟量 开关量,嵌入式系统常用术语,与通信相关的术语 并行通信 串行通信 串行外设接口SPI 集成电路互连总线I2C 通用串行总线USB
11、控制器局域网CAN 背景调试模式BDM 边界扫描测试协议JTAG,嵌入式系统常用术语,与功能模块及软件相关的术语 通用输入/输出GPIO A/D与D/A 脉冲宽度调制器PWM 看门狗 液晶显示LCD 发光二极管LED 键盘 实时操作系统RTOS,嵌入式系统常用的标准C语言基本语法概要,1.数据类型,数据类型,基本类型,构造类型,字节型整型实型,数组结构联合枚举指针空类型,基本类型,2.运算符号算术运算：+ - * / %逻辑运算：| & !关系运算： = & |增量和减量运算：+ -复合赋值运算：+= -= *= /= %= 等指针和地址运算：* &输出格式转换,3.流程控制顺序结构选择结构i
12、f结构switch结构循环结构for循环while循环do.while循环,注意break和continue语句在循环中的应用区别！,Switch语句与if语句的不同之处在于switch只能对等式进行测试，而if可以计算关系表达式或逻辑表达式。如果多分支选择能用两种语句实现，则switch语句的运行性能要优于if语句。,break表示跳出循环，continue表示结束本次循环,4.函数函数参数、类型函数返回值类型Return语句格式：return 表达式;,注意：（1）函数定义时要同时声明其类型；（2）调用函数前要先声明该函数；（3）传给函数的参数值，其类型要与函数原定 义一致；（4）接收函数
13、返回值的变量，其类型也要与函数类型一致等。,5.指针指针是指向变量的地址，实质上指针就是存储单元的地址。指针变量的定义：类型说明符 * 变量名指针变量的赋值：只能赋予地址指针的运算：取地址运算符&、取内容运算符*。,int a;int *p1 =,int a,b; /a,b为整型数据变量int *p1; /声明p1是整型指针变量p1 = /运行结果:b=80，即为a的值,6.结构体定义结构体类型，类型名称为student：,struct student char name8; /成员变量name int age; /成员变量age char sex2; /成员变量sex;,声明和使用结构体变量
14、和指针：,struct student s1;struct student *Pstudent; s1.age=20;Pstudent=(struct student*)malloc(sizeof (struct student);Pstudent-age=18;,结构体指针是指向结构体中第一个成员的首地址，因此在使用之前应该对结构体指针初始化，即分配整个结构体长度的字节空间。,7.位域定义位域类型，类型名称为bs，同时定义该类型变量b1：,struct bs int a:8; int b:2; int c:6; b1;,使用方法：,b1.a=1; /将b1的第0位置1b1.b=7; /将b1
15、的第35位置111,8.编译预处理 宏定义 #define 宏名 表达式 条件编译： 格式1：#if 表达式 #else 表达式 #endif 格式2：#ifdef 宏名 格式3：#ifndef 宏名 “文件包含”处理 #include “文件名”,#define PI 3.1415926 #define S(r) PI*r*r,多行宏定义举例：#define ST %s /* comment1 */ %s /* comment2 */ %sn /* comment3 */ printf(ST, “one , “two , “three); 程序输出：one two three,条件编译示例1
16、：#defineDEBUG0main()#ifDEBUGprintf(Debuggingn);#endifprintf(Runningn);,条件编译示例3：/*my.h*/ #ifndefMY_H #defineMY_H#endif,条件编译示例2：#defineDEBUGmain()#ifdefDEBUGprintf(Debuggingn);#elseprintf(Notdebuggingn);#endifprintf(Runningn);,标准C语言基本语法概要,9.用typedef定义类型 示例：typedef unsigned char INT8U; 用法说明：（1）用typedef
17、可以定义各种类型名，但不能用来定义变量。（2）用typedef只是对已经存在的类型增加一个类型名，而没有创造新的类型。（3）typedef与#define有相似之处，（4）常用typedef定义一些数据类型，并把它们单独存放在一个文件中，而后在需要用到它们的文件中用#include命令把它们包含进来。（5）使用typedef有利于程序的通用与移植。,typedef unsigned int INT16U; /在编译时处理#define INT16U unsigned int; /在预编译时处理,微控制器,微控制器可从不同方面进行分类：根据数据总线宽度可分为8位、16位和32位机；根据存储器结构
18、可分为Harvard结构和Von Neumann结构；根据内嵌程序存储器的类别可分为OTP、掩膜、EPROMEEPROM和闪存Flash；根据指令结构又可分为CISC (Complex Instruction Set Computer)和RISC(Reduced Instruction Set Computer)微控制器。,微控制器,Intel公司作为最早推出微处理器的公司，同样也是最早推出微控制器的公司。继1976年推出MCS-48后，又于1980年推出了MCS-51，为发 展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了良好的基础。在8051技术实现开放后，Philips、Atmel、Dallas和
19、Siemens等公司纷纷推 出了基于80C5l内核(805l的CMC)S版本)的微控制器。这些各具特色的产品能够满足大量嵌入式应用需求。基于80C51内核的微控制器并没有停 止发展的脚步，例如现在MaximDallas公司提供的DS89C430系列微控制器，其单周期指令速度已经提高到了805l的12倍。,最著名单片机系列,Intel MCS-51,-96(Atmel Phillips Simens Toshiba etc)Freescale(Motorola)HCS08、HCS12DragonBall系列如68EZ328、68VZ328ColdFire系列的如5272、5307，ARM7TDM
20、I & MC68EN302PowerPCMicroChip (PICxxCxxx) Texas Instrument(TM320xx)ARMCOP800 (美国国家半导体),大赛指定处理器芯片,飞思卡尔S12和S12X微控制器为汽车和工业应用提供高效16位控制。S12X微控制器带创新的XGATE模块，专门为处理中断事件而无需CPU介入。因此，S12X控制器拥有一般只能在32位控制器找到的高效能力。,大赛指定处理器芯片,主要特性用于数据存储或程序存储器扩展的 DataFlash 减少了典型车身应用所需的外设集数量 其他特性S12X CPU 40Mhz 总线速率 64KB、128KB 和 256K
21、B 闪存选项，均带有纠错码 (ECC) 带有ECC的、4KB至8KB DataFlash，用于实现数据或程序存储 可配置8、10 或12位模数转换器 (ADC)，可以实现 3s 的转换时间 支持控制区域网 (CAN)、本地互联网 (LIN) 和串行外设接口 (SPI) 协议 带有16位计数器的8通道定时器 出色的EMC/运行和停止电流性能,主要参考书,嵌入式系统设计实战基于飞思卡尔S12X微控制器作者：王宜怀等编著 出 版 社：北京航空航天大学出版社 2011年5月 学做智能车-挑战飞思卡尔杯 作者：卓晴 出 版 社：北京航空航天大学出版社 2007年3月大学生智能汽车设计基础与实践 作者：吴怀宇 出 版 社：电子工业出版社 2008年7月,
