【正文】 準(zhǔn)化通用接口； （ 3）嵌入式結(jié)構(gòu)運動控制器，這 類 運動控制器是把計算機(jī)嵌入到運 動控制器中，能夠獨立運行。另外，面對 日益 能源緊張的現(xiàn)狀，研究本 設(shè)計 從而進(jìn)一步深入了解懸掛運動控制系統(tǒng) ， 有利于我們合理、經(jīng)濟(jì)、 高 效地利用電 能資源。 在本 系統(tǒng) 設(shè)計的基礎(chǔ)上還可拓展成基于三線懸掛結(jié)構(gòu)的運動控制裝置。 采用 FPGA（現(xiàn)場可編輯門列陣）作為系統(tǒng) 核心 控制器 ，雖然 FPGA 具有 可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，集成度高，體積小，穩(wěn)定性好 等優(yōu)點 ，并且可利用 EDA 軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。 在現(xiàn)代的日常生產(chǎn)、生活中，基于單片機(jī)的懸掛運動控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用得到普及，涉及到了工廠生產(chǎn)線、航空航天和醫(yī)療設(shè)備等系統(tǒng)中。Sport trajectory； Loopy potentiometer； PWM； Infrared photosensor ； DC Motor湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 目 錄 1 緒論 ................................................................... 1 論文選題背景及研究意義 ............................................ 1 國內(nèi)外 研究現(xiàn)狀 .................................................... 2 論文研究的主要內(nèi)容 ................................................ 3 2 方案論證 ............................................................... 3 系統(tǒng)設(shè)計要求 ...................................................... 4 系統(tǒng)方案論證 ...................................................... 5 電源部分方案論證 ............................................. 6 電機(jī)選擇論證 ................................................. 6 驅(qū)動及調(diào)速方案論證 ........................................... 7 電機(jī)速度采集模塊方案論證 ..................................... 7 尋跡部分方案論證 ............................................. 8 顯示及鍵盤模塊方案論證 ....................................... 8 控制方式論證 ................................................. 9 3 硬件電路設(shè)計 .......................................................... 10 硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡介 ............................................. 10 電源部分電路設(shè)計 ................................................ 122 7805 芯片介紹 .............................................. 122 電源部分電路 .............................................. 123 電機(jī)控制模塊設(shè)計 ................................................ 133 L298N 芯片介紹 ............................................. 133 電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計 .......................................... 144 電機(jī)速度采集設(shè)計 ................................................. 16 ADC0832 介紹 ............................................... 166 電機(jī)速度采集電路 ........................................... 166 尋跡部分電路設(shè)計 ................................................ 177 尋軌跡控制策略 ............................................. 177 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 尋跡模塊電路 .............................................. 188 顯示模塊設(shè)計 .................................................... 199 MAX7219 介紹 ............................................... 199 顯示模塊電路 .............................................. 199 鍵盤模塊電路設(shè)計 ................................................. 20 主控制器模塊設(shè)計 ................................................ 222 AT89C52 介紹 ............................................... 222 單片機(jī)最小系統(tǒng) ............................................ 266 4 軟件部分設(shè)計 ......................................................... 278 理論分析與計算 .................................................. 288 位移 /數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法 ......................................... 288 點到點運動核心算法 ........................................ 288 誤差補(bǔ)償 ................................................... 299 畫圓數(shù)學(xué)模型 ............................................... 30 程序流程圖 ....................................................... 30 主流程圖 .................................................... 30 定點運動子程序 .............................................. 31 畫圓子程序 ................................................. 32 尋跡子程序 .................................................. 33 5 總結(jié) ................................................................. 355 致 謝 ................................................................. 366 參考文獻(xiàn) ................................................................ 37 附錄：系統(tǒng)電路原理圖 .................................................... 38 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 論文選題背景及研究意義 懸掛 運動控制 技術(shù) 是自動化技術(shù)的重要組成部分，是機(jī)器人等高技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)，已取得了廣泛的工程應(yīng)用。 系統(tǒng) 采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù) 來 控制電機(jī)驅(qū)動 L298N，來 實現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向 、啟停等多種 運行 狀態(tài)進(jìn) 行 準(zhǔn)確的控制。雖然憑借不斷改變懸掛部件的繩索長度來控制懸掛部件的運動軌跡的基于單片機(jī)的懸掛運動控制系統(tǒng)，在日常生產(chǎn)生活中的各個領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 基于單片機(jī)的懸掛運動控制系統(tǒng) 摘要 在現(xiàn)代的日常生產(chǎn)、生活中，基于單片機(jī)的懸掛運動控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用得到普及，涉及到了工廠生產(chǎn)線、航空航天和醫(yī)療設(shè)備等系統(tǒng)中。但是由于精確性的嚴(yán)重缺陷，在很多方面基于單片機(jī) 的懸掛運動控制系統(tǒng)的實用受到嚴(yán)重制約。 系統(tǒng) 采用紅外光電傳感器 來實時 檢測電機(jī) 的 速度和畫板上 的 黑色曲線軌跡 ，從而通過反饋給單片機(jī)來來控制物體沿著曲線運動。 懸掛 運動控制集成了電子技術(shù)、電機(jī)拖動、計算機(jī)控制技術(shù)等內(nèi)容?；趩纹瑱C(jī)的懸掛運動控制系統(tǒng)的重中之重就是懸掛部件的運動精確性，它在各個系統(tǒng)中起到?jīng)Q定性的作用。 但是 FPGA 采用并行工作方式，系統(tǒng)的處理速度 很高 ，常用于大規(guī)模實時性要求較高的系統(tǒng)。三線懸掛是指，將三根線系于一點并懸掛重物， 并 且三根纜線分別掛在三個固定滑輪上，由電機(jī)驅(qū)動的三個繞線電機(jī)分別控制其長度， 進(jìn) 而控制懸掛重物在三維空間中的位置。 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 十九世紀(jì)八十年代以前，在 懸掛 運動控制系統(tǒng)領(lǐng)域中只有直流電氣傳動；十九世紀(jì)末，由于出現(xiàn)了交流電機(jī)（鼠籠式異步交流電機(jī)） ，所以 開始逐步使用交流電氣傳動；二十世紀(jì)三十年代起， 產(chǎn)生 成了直流調(diào)速，交流不調(diào)速的格局；二十世紀(jì)后期，交流調(diào)速 逐步 興起， 懸掛 運動控制系統(tǒng)進(jìn)入了一個全新的時代。 國外 發(fā)展現(xiàn)狀 ： 懸掛 運動控制技術(shù)作為自動化技術(shù)的一個重要分支，在二十世紀(jì)九十年代，國際上的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。 我國的自動控制技術(shù)還亟待發(fā)展。對于 圓周運動，采用 微分曲線直線逼近法 的方 法來 實現(xiàn) 。 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 方案論證 系統(tǒng)設(shè)計要求 設(shè)計一個 懸掛運 動 控制系統(tǒng)，控制物體在傾斜的板上運動（仰角≤ 100 度）。 系統(tǒng)方案論證 方案一：采用 FPGA 為 核心控制器 ， FPGA 的最大特點是靈活，可以實現(xiàn)任意數(shù)字電路， FPGA 運行速度很快，可以把外部時鐘頻率和核心頻率達(dá)到幾百兆， FPGA的管腳較多，容易實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)實現(xiàn)， FPGA 內(nèi)部程序并行運行，能夠處理很復(fù)雜的邏輯運算，此外， FPGA 有大量軟核，可以方便進(jìn)行二次開發(fā)。 方案三：采用單片機(jī) 作為該系統(tǒng)的控制 核心 ,單片機(jī)又稱微型單片機(jī)，它最早被應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，它是在一塊芯片上集成了 CPU、 RAM、 ROM、時鐘、定時器 /計數(shù)器。 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 系統(tǒng)整體框圖 電源部分方案論證 方案一：所有 元 器件都采用 統(tǒng) 一電源。 基于上述考慮， 故 選擇方案二。步進(jìn)電機(jī)具有控 制 方法 簡單、定位精確、無積累誤差等 特點 。但 驅(qū)動 系統(tǒng)軟硬件復(fù)雜、成本 較 高 。 方案三：采用繼電器對電機(jī)的開關(guān) 狀態(tài) 進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對電機(jī)的速度進(jìn)行 控制 。該 元器件 的內(nèi)部由三片霍爾金屬板 構(gòu) 成，當(dāng)磁鐵 對著 金屬板時，由于霍爾效應(yīng)，金屬板 會 發(fā)生橫向?qū)ǎ虼丝梢栽陔姍C(jī)上安裝磁片， 并 將霍爾 傳感器 集成片 固定 在固定軸上，通過對 集成片產(chǎn)生的 脈沖的計數(shù)進(jìn)行電機(jī)速度的檢測 ]5[ 。由于電機(jī)的收線輪直徑 比 較小，將傳感器安在電機(jī)上 很 容易產(chǎn)生測量誤差， 故 將傳感器安在滑輪上可以減少收線引起的誤差。尤其是霍爾元件，應(yīng)用很廣泛。這種尋跡方法雖然簡單實用，并且成本低廉，在很多的尋跡場合都有使用，但是由于該系統(tǒng)尋跡距離較近，再加上擺放紅外反射傳感器時不能嚴(yán)格校準(zhǔn)和固定，在進(jìn)行調(diào)試時會對系統(tǒng)造成嚴(yán)重的干擾。 該傳感器工作穩(wěn)定，操作簡單，便于使用。 顯示及鍵盤模塊方案論證 顯示模塊方案論證 方案一： 采用數(shù)碼管顯示 。液晶顯示屏（ LCD）具有 低 功耗，輻射 小 、平面直角顯示 、 影象穩(wěn)定，可視面積 較 大，畫面效果 較 好， 并且 既可顯示圖形，也可顯示漢字，分辨率 較 高，抗干擾能力 很 強(qiáng)，顯示內(nèi)容多等 優(yōu) 點 。無線遙控鍵盤操作簡單，人機(jī)交互時能夠在一定范圍內(nèi)易懂，不局限于系統(tǒng)硬件本身所在，比較人性化。 這種鍵盤成本低廉，電路簡單，鍵位很多足夠系統(tǒng)使用，只需編寫掃