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第1章 概述1

1.1 智能车大赛简介1

1.2 比赛规则2

1.3 车模和赛道2

1.3.1 车模2

1.3.2 赛道4

1.4 关于飞思卡尔半导体公司7

1.5 关于蓝宙电子科技有限公司8

1.6 关于智能车创新教学实验平台9

第2章 机械系统及整车调校10

2.1 机械系统简介10

2.2 转向系统11

2.2.1 转向系统结构11

2.2.2 舵机固定方式13

2.2.3 转向系统设计15

2.2.4 转向类型18

2.3 行驶系统18

2.3.1 行驶系统结构18

2.3.2 车架19

2.3.3 车轮20

2.3.4 悬架21

2.4 动力传动系统24

2.4.1 动力传动系统结构24

2.4.2 动力传动系统布置方式25

2.4.3 滚珠式差速器工作原理27

2.4.4 传感器固定支架28

2.5 整车系统及调校29

2.5.1 车辆坐标系介绍29

2.5.2 轮胎调校30

2.5.3 外廓尺寸参数33

2.5.4 质心位置调校35

2.5.5 悬架调校39

2.5.6 前轮定位参数调校40

2.5.7 直线行驶性能调校42

2.5.8 动力传动系统调校42

第3章 智能车硬件设计基础44

3.1 智能车总体设计44

3.1.1 摄像头组智能车总体设计44

3.1.2 电磁组智能车总体设计45

3.1.3 光电平衡组智能车总体设计46

3.2 硬件设计基础48

3.2.1 硬件开发方法48

3.2.2 硬件开发环境48

3.2.3 阅读Data Sheet的方法49

3.3 单片机最小系统设计56

3.3.1 电源电路56

3.3.2 时钟电路56

3.3.3 复位电路59

3.3.4 JTAG接口电路59

3.4 开关电源及线性电源电路设计60

3.4.1 BUCK电源拓扑60

3.4.2 BOOST电源拓扑70

第4章 智能车硬件模块设计82

4.1 摄像头模块设计82

4.1.1 摄像头基础知识82

4.1.2 图像信号相关概念解释83

4.1.3 OV7620摄像头模块设计85

4.2 电机驱动电路设计89

4.3 舵机模块设计99

4.4 编码器模块101

4.4.1 编码器基础介绍101

4.4.2 蓝宙编码器模块102

4.5 加速度及陀螺仪模块103

4.5.1 加速度传感器103

4.5.2 角速度传感器——陀螺仪112

4.5.3 加速度计和陀螺仪的数据融合114

4.6 线性CCD传感器115

4.7 停车模块117

4.7.1 概述117

4.7.2 应用设计118

4.8 电磁传感器模块119

4.8.1 分立元器件电磁放大检波电路119

4.8.2 集成运算放大器电磁放大检波电路120

4.9 OLED123

4.10 TF卡124

4.11 函数发生器与示波器的使用125

4.11.1 函数发生器125

4.11.2 示波器129

第5章 K60单片机资源及相应操作135

5.1 K60系列微控制器的存储器映像与编程结构135

5.1.1 K60系列MCU性能概述与内部结构简图135

5.1.2 K60的引脚功能与硬件最小系统137

5.2 K60系列139

5.2.1 概述139

5.2.2 模块功能种类139

5.3 时钟分配144

5.3.1 概述144

5.3.2 编程模型144

5.3.3 高级设备时钟框图144

5.3.4 时钟定义145

5.3.5 内部时钟需求146

5.3.6 时钟门146

5.4 多用途时钟信号生成器（MCG）147

5.4.1 概述147

5.4.2 内存映射／寄存器定义148

5.4.3 功能描述156

5.4.4 MCG模式转换159

5.5 系统集成模块161

5.5.1 SIM引脚说明161

5.5.2 存储器映射及寄存器定义161

5.6 端口控制与中断（PORT）185

5.6.1 详细的引脚说明185

5.6.2 寄存器映射与定义185

5.6.3 功能描述190

5.7 通用异步接收器／发送器（UART）192

5.7.1 详细的信号说明192

5.7.2 存储模块映射193

5.7.3 功能描述206

5.8 模拟到数字转换（ADC）210

5.8.1 寄存器定义210

5.8.2 功能描述220

5.8.3 初始化信息223

5.9 周期中断定时器225

5.9.1 概述225

5.9.2 存储映像／寄存器描述225

5.9.3 功能描述227

5.10 弹性定时器（FlexTimer,FTM）229

5.11 低功耗定时器（LPTMR）263

5.11.1 概述263

5.11.2 寄存器映射和定义263

5.11.3 功能描述267

5.11.4 LPTMR预分频器／干扰滤波器268

5.11.5 LPTMR比较269

5.11.6 LPTMR计数器269

5.11.7 LPTMR硬件触发器269

5.11.8 LPTMR中断270

第6章 KL25单片机资源及相应操作271

6.1 通用I/O接口271

6.1.1 寄存器映像地址分析271

6.1.2 引脚控制寄存器（PORTx_PCRn）271

6.1.3 全局引脚控制寄存器272

6.1.4 中断状态标志寄存器（PORTx_ISFR）273

6.2 GPIO模块273

6.2.1 KL25的GPIO引脚273

6.2.2 GPIO寄存器274

6.2.3 GPIO基本编程步骤275

6.3 UART模块功能概述及编程结构275

6.3.1 UART模块功能概述275

6.3.2 UART模块编程结构276

6.4 定时器／PWM模块（TPM）功能概述及编程结构285

6.4.1 TPM模块功能概述285

6.4.2 TPM模块概要与编程要点287

6.5 周期性中断定时器（PIT）293

6.5.1 PIT模块功能概述293

6.5.2 PIT模块概要与编程要点295

6.6 低功耗定时器（LPTMR）297

6.6.1 LPTMR模块功能概述297

6.6.2 LPTMR模块编程结构298

6.7 KL25的A/D转换模块寄存器300

6.7.1 ADC状态控制寄存器300

6.7.2 ADC配置寄存器303

6.7.3 ADC数据结果寄存器304

6.7.4 ADC比较值寄存器305

6.7.5 ADC偏移量校正寄存器305

6.7.6 ADC正向增益寄存器306

6.7.7 ADC负向增益寄存器306

6.7.8 ADC正向增益通用校准值寄存器306

6.7.9 ADC负向增益通用校准值寄存器306

第7章 智能车系统软件308

7.1 智能车子系统介绍308

7.1.1 摄像头传感器算法308

7.1.2 CCD传感器算法312

7.1.3 车速传感器317

7.1.4 陀螺仪传感器319

7.1.5 按键和显示320

7.1.6 舵机控制320

7.1.7 电机控制323

7.2 程序总框架325

7.2.1 摄像头组框架325

7.2.2 光电平衡组327

7.2.3 电磁组330

7.3 程序例程331

7.3.1 程序框架332

7.3.2 main文件介绍332

7.3.3 速度模块337

7.3.4 CCD模块采集和计算339

第8章 控制算法357

8.1 PID控制357

8.1.1 比例项（MPn）359

8.1.2 积分项（MIn）359

8.1.3 微分项（MDn）360

8.1.4 控制器P、I、D项的选择361

8.1.5 利用整定参数来选择PID控制规律362

8.1.6 PID手动与自动控制方式362

8.1.7 PID最佳整定参数的选定363

8.1.8 C语言算法364

8.2 滤波算法369

8.2.1 限幅滤波法（又称程序判断滤波法）369

8.2.2 中位值滤波法369

8.2.3 算术平均滤波法370

8.2.4 递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）370

8.2.5 中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）371

8.2.6 限幅平均滤波法371

8.2.7 一阶滞后滤波法371

8.2.8 加权递推平均滤波法372

8.2.9 消抖滤波法372

8.2.10 限幅消抖滤波法372

8.2.11 IIR数字滤波器373

8.3 卡尔曼滤波器378

8.3.1 概述378

8.3.2 卡尔曼滤波器算法379

8.3.3 简单例子380

8.3.4 Matlab下的卡尔曼滤波程序381

第9章 比赛建议与感想383

参考文献386