【正文】 .........................................................................................................................................38 參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................................................39 附 錄 ................................................................................................................................................................40 附錄一 硬件實(shí)物圖 ...................................................................................................................................... 40 附錄二 硬件原理圖 ...................................................................................................................................... 41 附 錄三 程序 ................................................................................................................................................... 42 1 第一章 緒論 本章從該課題的研究背景出發(fā)，提出了本設(shè)計(jì)的必要性。 本課題的研究背景和意義 隨著中國在 世界上的地位越來越舉足輕重，我國的體育事業(yè)也正在蓬勃發(fā)展。但是對于初學(xué)者，撿球的時(shí)間卻比真正在臺上打球的時(shí)間多，這樣要提高技術(shù)水平就很慢，也會削弱人們對乒乓球的興趣。它通過一定的機(jī)械裝置，按乒乓球技術(shù)訓(xùn)練的不同要求，將球不斷發(fā)射出來。半自動式，無論是安裝還是使用都比較麻煩，而且發(fā)球的方式、力量、速度都是固定的，如果要改變各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，就必須停下來，人工來校準(zhǔn)調(diào)整機(jī)頭旋轉(zhuǎn)角度，來實(shí)現(xiàn)各種旋轉(zhuǎn)球，手動抬高或降低機(jī)頭，來調(diào)整球的射程弧度，而且機(jī)械性能比較差，經(jīng)?？ㄇ颍@類產(chǎn)品還是受到很多人的青睞，因?yàn)樗膬r(jià)格低，符合大多數(shù)人的需求。 按出球方式可以分為三類 :一類是輪式發(fā)球機(jī)，一類是壓氣式發(fā)球機(jī)，另一類是捶擊式發(fā)球機(jī)。單輪驅(qū)動發(fā)球機(jī)的弊端是 :發(fā)出來的球如果速度快，那么同時(shí)旋 轉(zhuǎn)也強(qiáng) 。雙輪驅(qū)動的發(fā)球機(jī)完全解決了單輪驅(qū)動速度和旋轉(zhuǎn)的矛盾，可發(fā)出各種旋轉(zhuǎn)的球，同時(shí)也可以發(fā)出不轉(zhuǎn)球。它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格比較便宜。 1 LNEWGY 公司之樂吉發(fā)球機(jī) : 其發(fā)球原理是由電 動機(jī)帶動的位置可調(diào)旋轉(zhuǎn)輪和一固定的摩擦塊組成發(fā)射機(jī)構(gòu)，當(dāng)球進(jìn)入發(fā)球通道，由旋轉(zhuǎn)輪將球旋出發(fā)球口來，旋轉(zhuǎn)輪的位置不同，則可得到不同旋向的球。通過手動調(diào)節(jié)發(fā)球機(jī)后的兩個(gè)控制桿可以實(shí)現(xiàn)發(fā)球角度擺動范圍的變化，利用兩桿的不同組合可有八種擺動范圍選擇，還可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)發(fā)球 。的側(cè)旋球。另外一種是自定義模式，根據(jù)需求自己編寫發(fā)球模式的程序。 1． 2． 2 國內(nèi)乒乓球發(fā)球機(jī)的研究現(xiàn)狀 相對國外而言，國內(nèi)的乒乓球發(fā)球機(jī)起步比較晚，但發(fā)展很快，從最初的全手動發(fā)球機(jī)到現(xiàn)在的全自動發(fā)球機(jī)，甚至有些產(chǎn)品性能超過了國外的同類產(chǎn)品。通過電動機(jī)帶動凸輪轉(zhuǎn)動，在彈簧的作用下，撥叉即可做出打擊動作，將乒乓球擊出。缺點(diǎn)是故障率高，質(zhì)量差、發(fā)球變化少，調(diào)節(jié)不方便。 該發(fā)球裝置設(shè)計(jì)有云臺旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并安裝有旋轉(zhuǎn)角度極限裝置，可以左右各旋轉(zhuǎn) 20度，在訓(xùn)練時(shí)， 使用者可根據(jù)自己的需求進(jìn)行任意調(diào)整，通過細(xì)調(diào)可以派生出多種多樣性能的球，從而使發(fā)出的球更接近人工發(fā)球，也更具有人性化。由于其旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)需手動調(diào)機(jī)，使整個(gè)裝置不能完全實(shí)現(xiàn)自動化。有 300 個(gè)訓(xùn)練程序可選擇，使用者可根據(jù)自己需求來輸入所需程序。二是運(yùn)動員打球時(shí)都有一個(gè)揮球拍動作，接球者可以借此來判斷和反應(yīng)，而發(fā)球機(jī)發(fā)出的球則很突然，接球者不好判斷。 具體而言： (1) 了解 STC89C51 單片機(jī)的特性、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)、 Keil uVision 開發(fā)環(huán)境； (2) 研究、分析乒乓球發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案； (3) 分析自動乒乓球發(fā)球機(jī)的工作原理及工作過程； (4) 實(shí)現(xiàn)基于 51 單片機(jī)控制的控制系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)機(jī)控制。 主控單片機(jī)的選型 本系統(tǒng)采用 STC89C51 為核心處理器 ,STC89C51 是單片機(jī)是 是一個(gè) 新一代抗干擾， 低功耗，高 性能 CMOS 8 位單片機(jī)， 片內(nèi)含 4KB 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器， 128B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 LCD1602 是一種專門用于顯示字母、 數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣式 LCD，而 LCD12864 一般用來顯示漢字。 其優(yōu)點(diǎn)如下： (1) 顯示質(zhì)量高 ； (2) 數(shù)字式接口 ： 和單片機(jī)系統(tǒng)的接口簡單可靠，操作方便 ； (3) 功耗低 ； 11 (4) 體積小、重量輕 。 LCD12864 工作時(shí)序 本設(shè)計(jì)所采用的液晶顯示模塊，主要體現(xiàn)在軟件中，對 LCD12864 的編程是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。 LCD12864的并行讀 /寫操作時(shí)序如圖 (a)和 (b)所示： 圖 (a) LCD12864的并行讀操作時(shí)序 13 圖 (b) LCD12864的并行寫操作時(shí)序 由圖可知：當(dāng)需要寫指令字，設(shè)置 LCD12864 的工作方式時(shí)：需要把 RS 置為低電平， RW 置為低電平，然后將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口 D0~D7，最后 E 引腳一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。可以驅(qū)動一臺兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動兩臺直流電機(jī)， 而且電路簡單，使用比較方便。 (3)Vs:電動機(jī)驅(qū)動電源輸入端，與地之 間需連接高、低頻退耦合電容。 (7)Vss:邏輯控制部分的電源輸入端。即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角 ， 由于步進(jìn)電動機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入 所以特別適合單片機(jī)控制。因此可以 通過 51 單片機(jī)定時(shí)器進(jìn)行控制，將電動機(jī)換相子程序放在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中，定時(shí)器中斷一次，步進(jìn)電動機(jī)就換相一次，調(diào)整定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 16 直流電動機(jī)的調(diào)速 直流電動機(jī)通?？梢圆?用改變電樞電壓、減弱勵磁磁通、改變電阻三種調(diào)速方法。 其方法是通過改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間與通電周期的比值即占空比來控制電機(jī)速度。 (3)PWM 調(diào)速工作方式 方案一：雙極性工作制。 由于單極性工作制中，應(yīng)用相對簡單易于實(shí)現(xiàn)與操作，所以我們采用了單極性工作制。 一般采用由達(dá)林頓管組成的 H 型 PWM 電路。電動機(jī) M 兩端電壓 ABU 的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動電壓的極性變化而變化。 系統(tǒng)上電開始工作，液晶屏顯示制作者信息，提示利用按鍵選擇工作模式，當(dāng)用戶按下按鍵后，對應(yīng)的模塊開始運(yùn)行。 S T C 8 9 C 5 11 2 8 6 4液 晶 顯 示按 鍵 判 別直 流 電 機(jī)1 , 2 , 3L 2 9 8驅(qū) 動 電 路L 2 9 8驅(qū) 動 電 路L 2 9 8驅(qū) 動 電 路步 進(jìn) 電 機(jī)2步 進(jìn) 電 機(jī)1 圖 框圖 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括了復(fù)位電路和時(shí)鐘晶振電路，功能是先以主振頻率為基準(zhǔn)發(fā)出 CPU 的時(shí)序，對指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時(shí)控制的操作，用來協(xié)調(diào)單片機(jī)內(nèi)部各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)運(yùn)算等操作。在本設(shè)計(jì)中，總共用到了五個(gè)單列式按鍵，按鍵部分的接線圖如圖 所示。此外， C 語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。此外，盡可能采用一些設(shè)計(jì)技巧，使程序盡量簡單、緊湊、避免不應(yīng)有的浪費(fèi)。為此，在程序設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化結(jié)構(gòu)，盡量把公用的程序編寫成不同功能的子程序，這樣易于設(shè)計(jì)和修改。 程序設(shè)計(jì)方法 目前，單片機(jī) C 語言最重要的程序設(shè)計(jì)方法是結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)。把一個(gè)較大的復(fù)雜問題分解成若干相對獨(dú)立而又簡單的小問題，只要解決了這些小問題，整個(gè)問題也都解決了。 23 (3)結(jié)構(gòu)化編程。 (2)程序設(shè)計(jì)：程序設(shè)計(jì)是制定程序的綱要，也就是將系統(tǒng)定義的問題用程序的方式進(jìn)行描述、繪制流程圖，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)、模塊化程序設(shè)計(jì)和自頂向下設(shè)計(jì)等，都是此步驟的有效方法。 編譯軟件介紹 隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行 開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo) MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號等。 (3)仿真芯片的 31 腳（ /EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi) ROM，不能使用片外 ROM；但仿真器外引插針中的 31 腳并不與仿真芯片的 31 腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部 ROM（其 CPU的 /EA 引腳接至 低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。 單片機(jī)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行各端口和個(gè)芯片的初始化， LCD 液晶顯示器顯示 畢設(shè)題目和制作者信息 ；其次利用 ifelse 語句進(jìn)行按鍵掃描，對按鍵判斷并依次對每種按鍵模式作出相應(yīng)的程序控制。LCD12864 的控制指令如表 所示，讀寫控制信號如表 所示： 表 LCD12864控制指令表 指令 功能說明 清屏 將 DDRAM填滿“ 20H” ， AC設(shè)為“ 00H” 地址歸位 AC=0，游標(biāo)移到原點(diǎn) 進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定 設(shè)定游標(biāo)、指定顯示的移位 顯示開關(guān)狀態(tài) 設(shè)置顯示、游標(biāo)及位置 游標(biāo)、顯示 移位控制 設(shè)置游標(biāo)、顯示的移位控 制單元，不影響 DDRAM 功能設(shè)置 工作方式設(shè)置（初始化指令） CGRAM地址設(shè)置 設(shè)置 CGRAM地址 到 AC DDRAM地址設(shè)置 設(shè)置 DDRAM地址到 AC 讀 BF及 AC值 讀忙標(biāo)志 BF值和地址計(jì)數(shù)器 AC值 寫數(shù)據(jù)到 RAM 將 D7～ D0寫入內(nèi)部 RAM 讀出 RAM的值 從內(nèi)部 RAM讀取數(shù)據(jù)到 D7～ D0 表 讀寫控制時(shí)序表 RS R/W E 功能 0 0 下降沿 寫指令 0 1 高電平 讀忙標(biāo)志或地址 AC 1 0 下降沿 寫數(shù)據(jù) 1 1 高電平 讀數(shù)據(jù) LCD12864 上電后，首 先要進(jìn)行忙碌的檢測， 執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的 忙碌標(biāo)志 lcd_busy 為 低 電平， 表示不忙， 可寫指令與數(shù)據(jù) 。在數(shù)據(jù)寫完之后， LCD12864 寫入的數(shù)據(jù)便會顯示在液晶屏上。獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O， 每個(gè)按鍵的工作不會影響其它I/O 口線的狀態(tài) ， 軟件結(jié)構(gòu)簡單。按鍵的流程圖如圖 所示： 29 開 始=0？Temp1=1=0？Temp2=2=0？Temp3=3=0？Temp4=4=0？Temp5=5結(jié) 束NNNNNYYYYY 圖 按鍵掃描流程圖 電機(jī)驅(qū)動流程 30 直流電機(jī)驅(qū)動流程 直流電動機(jī)采用 PWM 的調(diào)速方法，利用定時(shí)器中斷的方法產(chǎn)生 PWM 信號，改變其占空比可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速。若所計(jì)數(shù)據(jù)大于預(yù)設(shè)數(shù)值，則輸出高電平；反之 ，輸出低電平，從而實(shí)現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié)。步進(jìn)電機(jī)采用的型號是 25BY48L058F，額定電壓為 12V，額定電阻為 40?，采用 4 相八拍工 作方式。 硬件調(diào)試 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào) 試是不能分開的 。 硬件靜態(tài)調(diào)試 硬件靜態(tài)調(diào)試，主要針對以下幾點(diǎn)： (1) 排除邏輯故障 ： 這類故障主要包括錯線、開路、短路。 首先 可以采取檢查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致 ， 在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯誤。 (4) 解決 可靠性差 ： 引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，經(jīng)不起振動；內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過大、器件 33 負(fù)載系數(shù)過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也會引起系統(tǒng)可靠性差。其方法是由近及遠(yuǎn)，由分到合的順序。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試方法與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān) 。調(diào)試的手段可采用單步運(yùn)行的方式和斷點(diǎn)運(yùn)行的方式，通過檢查用戶系統(tǒng) CPU的現(xiàn)場、 RAM 的內(nèi)容和 I/O口的狀態(tài)，檢測程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。因?yàn)檫@樣可以能確定 CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)