摘自 RiHui-Song’s Blog：Summer-training

摘要

　本文主要记录SMIE最后一次初级实训学习的主要内容。包括了大概是三个阶段：

• 准备阶段：学习测量仪器，回顾C语言编程；
• 熟悉阶段：在FPGA上运行HelloWorld，开发小应用，如跑马灯等，最后还了解了uc/os这样一个实时操作系统；
• 开发阶段：使用PWM波以及H桥控制车轮，使用超声模块控制让小车感知外界状况，从而进行控制，最后可以使用PID控制理论优化小车的控制。

学习仪器

• 学会使用示波器，可以用来观察从ADC，PWM波等等信号。
• 学会使用万用表测电压，电阻，电流。

回顾c语言编程

• 条件判断
• 循环：for loop & while loop
• 数组：
  • 使用下标访问
  • 使用指针访问
• 函数使用：
  • 递归
  • 迭代
• 链表：
  • 结构体声明和使用
  • 指针使用
  • 链表结构和基本操作
• 位操作
  • 位操作将十进制表示成二进制数
  • 位操作实现某一位的反转，或者某一位不变其它位反转等

C语言进阶

• 使用header file，source file以及main file。尝试尽可能的复用。
• C语言与安全性
  • 数组越界
  • 判断逻辑不全
  • 变量没有初始化
  • 内存泄露
  • 没有考虑非法输入

FPGA编程

• FPGA：DE0-Nano board
• 使用自带软件测试FPGA完好
• 在FPGA上运行HelloWorld工程
• 实现LED Sliding Pattern（闪烁模式之类）
• 使用中断
  • 中断的原理和运行机制

FPGA上编程进阶

• 在IDE：eclipse上进行Debug
• ADC:
  • FPDA上有一个ADC的硬件模块

PWM(Pulse Width Modulation)

• Duty cycle 占空比
• Why PWM?
  • Digital voltage control: 只能控制1和0
  • 需要最大电压的x%则让占空比为x%
• 产生PWM的方法：
  • 软件方法
    • 使用计数器
    • 使用中断？
  • 硬件方法
    • Hardware PWM IP <– NIOS core
    • moto_setting(),能产生2个PWM波

H桥

• 低电流做控制，产生大电流去驱动电机
• PWM波控制H桥驱动电机，使小车前进，后退，转弯等

超声模块

• 超声模块是：KS103
  
  • VCC: Power Pin
  • SDA/TX: data pin in I2C bus/TX pin in uart bus
  • SCL/RX: clock pin in I2C bus/RX pin in uart bus
  • GND: power ground pin
  • Mode: Select the communication mode.
    • High Level(VCC): I2C
    • Low Level (GND): Uart
• 使用流程：
• 接线：
  • 使用Uart模式：
    • 超声TX接入FPGA的RX，超声的RX接入FPGA的TX
  • 使用I2C模式：
    • data pin & clock pin
• 编程时的端口查找：
  • 结合QSF文件以及FPGA用户手册

uc/OS 实时嵌入式操作系统

• 以上都是bare metal hardware（裸跑）上编程，然后编译我们需要的程序
• 如果需要完成复杂的多任务，可以考虑跑在一个操作系统上（嵌入式操作系统，如uc/OS）
  • 多任务（线程）
  • 信号量
  • 临界区访问

PID控制

• p：比例系数，I：积分系数，D：微分系数
• 使用PI控制，因为高阶噪声，所以不使用D
• 如下图，其中e(t) = r(t) - y(t)