【正文】 面程序就可使用 ， 這樣能夠為單片機對于運動軌跡的運算騰出大量空間和時間，大大提高單片機的運行 效率 ]7[ 。 方案二：采用閉環(huán)控制 方式 。 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 10 3 硬件電路設計 系統(tǒng) 硬件整體結構簡介 根據(jù)系統(tǒng)設計 的 要求以及對系統(tǒng)整體 要求 乃至各個部分的方案論證得到： 本設計 是以單片機作為 核心 控制器，通過 驅動 控制兩臺 步進 電動機的運 轉 ， 進而 實現(xiàn)對被控物體運動軌跡的控制。 系統(tǒng)總體框圖如圖 所示 圖 系統(tǒng)整體框圖 尋找黑線 的方法 ，采用模糊尋找的方 法 ，首先物體從（ 0， 8） 坐標點 運行到（ 80， 控制器 LED 顯示 44鍵盤 電機 A電機 B 尋跡部分 執(zhí)行機構 電機驅動電 源（ 12V） 單片機的供電電源（ 5V） 速度采集模塊 電機驅動模塊 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 11 8） 坐標點 ，檢測這之間有無黑線 。 如果沒有檢測到黑線則返回從（ 80， 12） 坐標點 運行到（ 0， 12） 坐標點 檢測到的黑線作 為黑線起點。然后再調用連續(xù)段的尋 跡程序 重復檢測 。DI 光電檢測模塊 （ 4 個光電傳感器） ~ ~ AT89C52 ~ ~ LOAD DIN 顯示模塊 CLK 電機 1 電機驅動模塊 電機 2 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 12 電源部分電路設計 7805 芯片介紹 H7805 芯片 系列為 3 端正穩(wěn)壓 集成 電路 ,TO220 封裝能 夠 提供多種固定的輸出電壓 ，三端分別是輸入端、接地端、和輸出端， 應用范圍廣。將電機 供電 電源（ 12V）和單片機的供電電源（ 5V）完全隔開，可以徹底消除 驅動 電機 時 所造成的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當驅動 步進 電機時，可以直接控制 步進 電機，并可以實現(xiàn)電機正轉與反轉。 POWER 接直流 供電 電源， 特別要 注意正負，電源正端為 VCC，電源地為 GND ]10[ 。 本 設計 由單片機 內部 直接產(chǎn)生 PWM 信號，當 單片機接受到相應的信號時，單片機轉到中斷處理信息， PWM 信號停發(fā)。 L298 的兩個控制端（ C、 D）的工作狀態(tài) 由表 列出（ Ven 為使能端）。ADC0832 的最高分辨率能夠達到 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要求。 其目前已經(jīng)有很高的市場應用 普及率 ]11[ 。所 選用的多圈電位器為 10 圈、 47KΩ， 直徑為 5cm 的 動滑輪，則旋轉一圈的 周 長為： 5L ?? 由 ADC0832 的分辨率得出，采集到 的 最小線位移為： 8/2lL? 當電機開始 運轉 時，拖動滑輪轉動，多圈電位器和滑輪 將 同步轉動， 進 而改變多圈電位器的輸出電壓， A/D 轉換器將多圈電位器的輸出電壓 模擬信號 轉換成數(shù)字信號 傳 送給單片機處理，從而實現(xiàn)對滑輪運轉 狀態(tài) 精確采集。若沒有 ，則從（ 80， 16） 坐標 點 運行到（ 0， 16）坐標點 ，再檢測這之間有無黑線 。以同樣的運行檢測方 法 即可找出黑線的起點 ]13[ 。 尋跡模塊電路 根據(jù) 系統(tǒng) 設計任務，懸掛物體要沿著 指定 黑線運行，采用反射式光電傳感器進行 檢測 。當檢 測不到黑線時，發(fā)射管發(fā)出的紅外 線 經(jīng)板反射后 能被 被接收管接收， 則 接收管導通，斯密特管輸出低電平 信號； 當檢測到黑線時，發(fā)射管發(fā)出的紅外 線被黑線吸收 不能被反射，斯密特管輸出高電平 信號 ，單片機通過檢測 接受到的 I/O 口的高低電平來 控制 電機的 運轉 方向 ]14[ 。當 探 測到黑線時，接收管截止，同相輸入Ⅴ in 為高，比較器輸出為高電平。 而且 僅僅 需 要 一個外部電阻來設置所有 LED 的段電流 ,從而 大大減少 了系統(tǒng) 的 成本并 節(jié)省了 電路板空間 ]15[ 。 采 用 MAX7219 對 LED 數(shù)碼管進行驅動。在本設計 中，用 ～ 與 鍵盤的列信號 C4～ C1 一一對應相連 ；用 ～ 于鍵盤的行信號 L4～ L1 一一對應相連 ]16[ 。 圖 設置鍵操作圖 如 圖 所示，表示了幾種方式的操作。 方式 4：定點運動，先利用 4*4 鍵盤 來設定一個坐標點的橫坐標和縱坐標值，接著按下啟動鍵 。 主控制器模塊設計 AT89C52 介紹 AT89C52 是 51 系列單片機的 其中 一個型號，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 256x8bit 內部 RAM 3級加密位 可編程 UART 串行通道 P0 口 不僅可以作為通用的 8位 I/O 而且當需要對外部存儲器進行擴展是，還能夠作為分時復用的低 8位地址 /數(shù)據(jù)總線。 P1 口 P1 口是一組 8 位并行 I/O 口， P1 口是一組準雙向口，準雙向口是指 P1口用作輸入時， P1 口會被拉高，具備 4 個 LSTTL 門電路的負載能力， P1口的每一位都是由輸入緩沖器、鎖存器和輸出驅動器組成，這樣就能夠鎖存輸出信息，但不能鎖存輸入信息。 P2 口 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 24 P2 口的通用 I/O 口工作方式與 P1 口相同，同時外部也不需接上拉電阻。 表 AT89C52P3 口引腳的第二功能 口線 第二功能 信號名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 INT0 外部中斷 0 請求信號輸入 INT1 外部中斷 1 請求信號輸入 T0 定時器 /計數(shù)器 0計數(shù)輸入 T1 定時器 /計數(shù)器 1計數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 RST 引腳 RST 引腳是復位信號的輸入端口，高電平有效。但是特別注意的是：每當單片機訪問外部 RAM（也就是執(zhí)行 MOVX 類指令）的時候，會丟失一個 ALE 脈沖信號。 PSEN 端 PSEN 為片外程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。 Vpp 為第二功能，在對片內 Flash 進行編程時， Vpp 需要接入編程電壓 XTAL1 端和 XTAL2 端 在單片機內部， XTAL1 通過一個高增益反相放大器與 XTAL2 相連，其中 XTAL1是輸入端， XTAL2 是輸出端。 AT89C52 封裝如圖 所示 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 26 圖 AT89C52 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)復位電路的極性電容 C1 的大小 將會 直接影響單片機的復位時間，一 通常 采用 10~30uF， 51 單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復位時間 就 越短。 P0 口為 三臺雙向口 ，作為輸出口時 必須要 加上拉電阻，阻值為 10k 左右 。 單片機最小系統(tǒng) 原理圖 如圖 所示 圖 單片機最小系統(tǒng) 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 28 4 軟件部分設計 理論分析與計算 位移 /數(shù)據(jù)轉換方法 首先記錄 剛開始 A/D 轉換出來的數(shù)據(jù)， 再使 電機 1運轉 ，電機 2 停止 工作 ，使電機拖動 物體 移位 100cm， 然后 記錄下 在 此期間所變化的 A/D 轉換出的數(shù)據(jù)， 這就是步進 電機 拉動載體位移 1mm 所需 要 的數(shù)據(jù) 。 制 作輔助線 BC， 會 得到兩個三角形⊿ ABE 和⊿ CDE。 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 30 畫圓數(shù)學模型 本 系統(tǒng) 設計要求懸掛物 的運動軌跡為 一個圓， 對于這個要求采用 微分曲線直線逼近 的方 法。很 顯然，角度步長 v 越小，在圓周上取得點 就 越多，控制也 就 會更 加精 確。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖 所示： 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 31 圖 主程序流程圖 定點運動子程序 單片機 通過 I/O 的輸入功能的 從鍵盤讀入功能鍵和起始坐標值（ X0， Y0）， 然后 將（ X0， Y0）帶入 算 式 和式 中計算出 a0 和 b0。 Y Y 開始 初始化 按鍵 按下 N 設置 方式 設置確 認否 N 返回 定點運動 自設運動 歸位 畫圓 歸位 尋跡湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 32 圖 定點運動子程序流程圖 畫 圓子程序 對于 圓周運動，采用 微分曲線直線逼近法 的方 法來完成 。當偏離黑線時，傳感器狀態(tài)發(fā)生變化， 將 激活糾偏動作。 尋跡流程圖如圖 所示。 本 論文所 研究的懸掛運動控制系統(tǒng) 實際上是 電機控制系統(tǒng) , 集成了電子技術、電機拖動、計算機控制技術 和單片機接口技術 等。在 系統(tǒng) 設計過程中， 考慮到成本問題便 力求硬件電路簡單 使用 ， 同 時充分發(fā)揮軟件設計的優(yōu)勢，編程靈活方便 進而 來滿足系統(tǒng) 設計 的要求。 畢業(yè)設計是大學的最后一次系統(tǒng)設計， 在這次設計中使我 和同學的關系跟進一步 ，同學之間互相幫助， 互相解答疑問，又不懂的地方一起商量思考，不同的看法對于我理解本系統(tǒng)設計有更全面的了解和認識 ， 因此，在這里我非常感謝幫助過我的 同學和老師。本 論文 引用了數(shù)位學者 老師的 研究文獻 資料。特別要感謝我的指導老師胡薔老師，她對我進行了詳盡的指導和不厭其煩的幫助我解答我的問題，并且教導我不斷對論文進行修改和完善。 由于沒有器材 和設備 ，所以 沒能 完成 該系統(tǒng)的 實物制作。 本系統(tǒng) 是 以 AT89C52 來完成核心 控制。方向移動 偏離黑線？ 計數(shù)器加 1 累計加到 50 調用定點子程序 返回 初始化 偏離黑線？ Y N 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 35 5 總結 本片 論文詳盡 闡述 了 基于單片機的懸掛運動控制 系統(tǒng)的 各個模塊的 方案選擇及設計、硬件電路 的 設計 和 運動軌跡控制算法的論證與選擇。角進行運動。 畫圓程序流程圖如圖 所示?？刂齐姍C進行 運轉 。通過選擇和比較， 采用匯編語言與 C 語言交叉使用 效果最后 ，為 了 達到題目 所 要求的控制精度和響應時間，針對各項功能 所 設計相應的巧妙算法，采用了匯編語言與 C語言交叉使用 從而來完成系統(tǒng)的各項功能 。 設所 要作 圓的圓心坐標為（ x0,y0）半徑為固定的 25cm，（ x,y）為圓的任意一點，由此 得到 圓的方程為： (x*x0)2+(yy0)2=252 （ ） 若直接使用該方程來求圓上點的坐標，算法 非常 復雜，采用圓的參數(shù)方程 比較簡單 ： X=x0+25sint （ ） Y=y0+25cost （ ） (x0,y0)為圓心坐標 這樣， 得到 圓的坐標僅 僅 與參數(shù) t 有關， 從而 ，使角度 t 以某一設定的角度步長 v 累加，使 t=q*v 在周期 [t,t+2π ]內變化，其中 q 為累加值。設繩索位移 1mm， AD變化值為 p， 再 根據(jù) c， d 的絕對值來確定電位器 1，電位器 2所要變化的 數(shù) 值： 電位器 1 所 需要 分配的數(shù)值： m=|c|*p （ ） 電位器 2 所 需要 分配的數(shù)值： n=|d|*p （ ） 誤差補償 為了使 物體的 運動軌跡更加 的 平滑， 可 采用脈沖寬度調制技術 來 控制直流電機驅動 L298N， 從而 實現(xiàn)對電機轉速工作狀態(tài)進行快速而準確的控制，設電機 1所 需要 運行的線值為 n,電機 2 所 需要 運行的線值為 m，則輸出到電機 1和電機 2的定時器初值比例 將 為 n/m，這樣 就 可使電機 1 和電機 2 同時 同步到達目標點。 故 A/D 轉換的數(shù)值決定位移 ]23[ 。 單片機 設置為定時器模式時，加 1 計數(shù)器是對內部機器周期計數(shù)（ 1 個機器周期等于 12 個振蕩周期， 即計數(shù)頻率為晶振頻率的湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 27 1/12）。 單片機最小系統(tǒng) 的 起振電容 C C3 一般采用 15~33pF。采用內部的振蕩器電路和時鐘發(fā)生器時， XTAL1