【正文】 片機 控制 IO 口 將 、 作為輸出控制使能端 ,、 設為 為電機一的控制端 ,、 設 為電機二的控制端。 圖 4 個光電傳感器放置方式 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（ 80，8） 坐標點 ，檢測這之間有無黑線 。電壓比較器 LM393 的同相輸入Ⅴ in 拉低，輸 出為低電平。 圖 4*4 鍵盤原理圖 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 21 1 2↑ 3 方式 4 ← 5 6 → X 7 8↓ 9 Y 0 設置 啟動 確認 圖 4*4 鍵盤功能圖 設置鍵：手動 矯正位置 或任意設定坐標點參數(shù)鍵，按下后用上、下、左、右鍵可進行手動對位控制，然后按確認鍵確認 該狀態(tài) ，如圖 所示。 32 個 可編程 雙向 I/O 口 單片機對 P0的操作除了輸入輸出外，還能對 P0 口進行“讀 — 修改 — 寫”操作讀的是 P0口端口原來的輸出信號，這樣做是為了避免由于外部電路產(chǎn)生的干擾 ]19[ 。同湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 25 時單片機在執(zhí)行訪問外部程序存儲器或者外部數(shù)據(jù)存儲器的指令是， ALE 仍然還是有效的，即對外部存儲器的訪問不受 ALE 的禁止位的影響 ]21[ 。計數(shù)值 N 乘以機器周期 Tcy 就 能得到 定時時間 t ]22[ 。 程序開始 運行 后，先要對尋跡的光電檢測傳感器 模塊 、顯示模塊、電機驅(qū)動模塊進行初始化，然后 掃描鍵盤 判斷設置鍵或方式鍵是否有按下，以執(zhí)行設置或 者 幾種方式的程序。通過 建立 所需 要的 運動軌跡曲線的參數(shù)方程， 進而簡化 建立運動控制模型， 依 照算法對兩組 直流電機驅(qū)動進行控制， 從而 實現(xiàn)了懸掛物體在給定的范圍內(nèi)的定點運動、圓心可任意設定的圓周運動等功能， 而通過紅外檢測模 塊和鍵盤模塊 完成了 通過人機界面對物體 的 運動 軌跡 進行設定， 并且 通過 LED 顯示 模塊來 實時顯示 物體 所在的坐標值 要求。同時，圖書館的資料對我的系統(tǒng)設計有很大的幫助，非常感謝學校的圖書館管理老師，在此，向幫助過我的各位老師和同學表示心中最衷心的感謝！ 感謝 本 篇論文所涉及到的各位學者 、老師和教授 。當遇到 黑線的 斷點時，多角度檢測下段的黑線 的起點 ，直 到再次檢測到黑線 為止 。這樣就可以采樣 得 到圓上均勻的點 。此外，焊接最小系統(tǒng)是需要注意， 電容 盡量靠近 晶振，晶振 盡量遠離 單片機 。 正常情況下， ALE 會一直提供一個正脈沖信號輸出，脈沖的信號頻率為時鐘頻率的 1/6.，因此 ALE 可對外輸出時鐘或 者 用于定時 的 目的 。因此所有從單片機外部器件輸入的信息必須能夠持續(xù)到單片機內(nèi)部取數(shù)指令執(zhí)行才可以被單片機讀取到。它 將 Flash存儲器 和 通用微處理器 結(jié)合在一起 ， 尤其是可反復擦寫的 Flash存儲器 ，可以大大減少單片機的研發(fā)成本 主要特點： 圖中 C1～ C4 設 為 4*4 鍵盤的列信號， L1～ L4 設 為 4*4 鍵盤的行信號。本 系統(tǒng) 設計 中，我們 要 把電路參數(shù)設置為 僅僅 對黑色敏感。 ADC0832 是一個 8位雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換器 ]12[ 。 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 14 表 管腳狀態(tài) 圖 線圈連線圖 電機驅(qū)動模塊設計 物體 的 運動軌跡由電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向決定， 對于 電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制是通過多圈電位器對滑輪所轉(zhuǎn)的圈速進行檢測，同時 單片機 通過另一個計數(shù)器對時間進行 計時 ，結(jié)合兩個計數(shù)器的值，由單片機 經(jīng)過邏輯運算 算出電機的速度，而物體運動軌跡的里程由滑輪的周長和所轉(zhuǎn)的圈數(shù)來 算出 。 圖 系統(tǒng)硬件電路連接及資源分配 L4~L1 4*4 鍵盤 C4~C1 CS A/D 轉(zhuǎn)換 CLK DOamp。 根據(jù)系統(tǒng)要求，方案二能準確地完成題目 要求 ， 故 選擇方案二。 方案二： 采用 LCD 顯示 器件 。 以上三種方案都可行。該方案優(yōu)點是 驅(qū)動電路 體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、使用 方便 、可靠性 較 高。 DSP 的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度是它的兩個最大特色，但是價格昂貴，不利于該系統(tǒng)的使用。但從整體來說這些系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)，不屬于獨 立的開放式運動控制器產(chǎn)品。 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 軟件進行仿真和調(diào)試。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的懸掛運動控制系統(tǒng)，在日常生產(chǎn)生活中的各個領域應用十分廣泛。 懸掛 運動控制集成了電子技術(shù)、電機拖動、計算機控制技術(shù)等內(nèi)容。 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 十九世紀八十年代以前，在 懸掛 運動控制系統(tǒng)領域中只有直流電氣傳動；十九世紀末，由于出現(xiàn)了交流電機（鼠籠式異步交流電機） ，所以 開始逐步使用交流電氣傳動；二十世紀三十年代起， 產(chǎn)生 成了直流調(diào)速，交流不調(diào)速的格局；二十世紀后期，交流調(diào)速 逐步 興起， 懸掛 運動控制系統(tǒng)進入了一個全新的時代。 湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 4 2 方案論證 系統(tǒng)設計要求 設計一個 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）。 基于上述考慮， 故 選擇方案二。該 元器件 的內(nèi)部由三片霍爾金屬板 構(gòu) 成，當磁鐵 對著 金屬板時，由于霍爾效應，金屬板 會 發(fā)生橫向?qū)?，因此可以在電機上安裝磁片， 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)進行電機速度的檢測 ]5[ 。 該傳感器工作穩(wěn)定，操作簡單，便于使用。 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[ 。 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。當驅(qū)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(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。ADC0832 的最高分辨率能夠達到 256 級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。以同樣的運行檢測方 法 即可找出黑線的起點 ]13[ 。 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[ 。 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 。 3級加密位 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。 Vpp 為第二功能，在對片內(nèi) 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(nèi)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。 制 作輔助線 BC， 會 得到兩個三角形⊿ ABE 和⊿ CDE。 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 。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。 由于沒有器材 和設備 ，所以 沒能 完成 該系統(tǒng)的 實物制作。 畫圓程序流程圖如圖 所示。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(diào)制技術(shù) 來 控制直流電機驅(qū)動 L298N， 從而 實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)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。采用內(nèi)部的振蕩器電路和時鐘發(fā)生器時， XTAL1 通過接入晶振和電容與 XTAL2相連構(gòu)成內(nèi)部時鐘方式。 P3 口 單片機中使用最靈活、功能最多的一組 8 位并行 I/O 口就是 P3 口， P3口的通用的輸入輸出功能與 P1 口類似，此外， 最重要的是 P3口的第二功能。 共 8個中斷源 2468??????????????鍵 物 體 向 上 運 動鍵 物 體 向 左 運 動設 置 確 認鍵 物 體 向 右 運 動鍵 物 體 向 下 運 動湖北理工學院 畢業(yè)設計（論文） 22 圖 方式鍵操作圖 啟動鍵：用于所選運行方式的開始運行 的 控制鍵。采用 6個 LED 管進行 X 軸 和 Y軸 坐標顯示 。當軌跡為間斷線時，電機 帶動 傳感器在大角度方向內(nèi)位移，直到在某一方向檢測到新的黑線 的時候停 止。獨 立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制更加方便。 L298N 使用說明： EN1 與 EN2 使能 為高電平時有效，這里的電平指的是 TTL 電平。 在連續(xù)段尋跡時， 單片機 通過 識別 四個傳感器的 16 種組合狀態(tài)，使電機作出相應的 正反轉(zhuǎn) 動作。 控制方式論證 方案一：采用開環(huán)控制 方式 。同時紅外反射式一體化傳感器還具有以下優(yōu)點：尺寸小、質(zhì)量輕，便于安裝。其檢測 方法 為：發(fā)射器和接受器相互對射安裝，發(fā)射器的光直接 面 對 面對 準接受器，當測物 遮 擋住光束時，傳感器輸 出 會 產(chǎn)生變化以指示被測物被檢測到。直流電機具有最優(yōu)越的調(diào)速性能，主要表現(xiàn)在調(diào)速方便（可無級調(diào)速）、調(diào)速范圍寬、低速性能好（起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流?。?、運行平穩(wěn)、噪音低等方面 ]3[ 。物體上 必須 固定有淺色的畫筆，以便 物體 運動時能在板上 留下 運動軌跡。運動控制技術(shù)的標準是高速度、高精度，對于繁雜的高速實時多軸插、補 誤差補償 、 運動軌跡規(guī)劃 和更 加 復雜的運動學 、動力學計算 ，可以借助數(shù)字信號處理器和現(xiàn)場可編程門陣列技術(shù)進行處理，從而系統(tǒng)能夠更加開放，進而能夠參照不同用戶的不同應用需求進行客制化重組，不僅滿住了客戶的需要，而且大大節(jié)省了時間和成本，提高了工作效率。而 剛開始 運動控制器在我國的應用規(guī)模和行業(yè)面很小，國內(nèi)也沒有廠商開發(fā)出通用的運動控制器產(chǎn)品。基于單片機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。但是在實際的生產(chǎn)生活中提高基于單片機的懸掛運動控制系統(tǒng)的精確性具有相當大的難度 ]1[ 。由于有強勁市場需求 的推動， 懸掛 運動控制技術(shù)發(fā)展 飛速 并且應用 極為 廣泛 ]2[ 。但是 FPGA 價格昂貴且難以熟練掌握。 基于上述比較， 考慮到懸掛運動控系統(tǒng)對精度的要求，故 這里我們采用 方案二 。 方案三：采用多圈電位器式傳感器間接測量方式 來測量電機運轉(zhuǎn)速度 。雖然數(shù)碼管顯示電路連接比較復雜并且需要另加鎖存器對數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)進行鎖存，甚至還需要一些驅(qū)動等外圍器件，但是數(shù)碼管編程簡單易懂，并且具有較低的功耗 ，耐老化和精度高等 優(yōu)點。這種 方案 能夠 實時 地反饋被控物體的坐標及執(zhí)行機構(gòu)運行狀況，使 單片機 對其有較 準確 地控制。 AT89C52 的 P0 口與 4*4 鍵盤相連， 、 、 控制 A/Dz 轉(zhuǎn)換， 、 控制顯示模塊 4個光電傳感器與 、 、 、 相連，兩個電機的驅(qū)動分別由 、 、 和 、 、 控制。 步進電機控制邏輯 電平 如下所示，其中 A、 B、 C、 D 為步進電機的四個線圈，為 1 表示有電流通過，為 0 表示沒有電流流過。 電機速度采集電路 在 上述 方案論證中已經(jīng)確定本 系統(tǒng) 電機速度采集 采用 通過多圈電位器檢測轉(zhuǎn)速來得到電機的 運轉(zhuǎn) 速度。 發(fā)射部分采用紅外發(fā)射管，實現(xiàn)檢測信號的輸出。其電路圖如 所示。 AT89C52是一 款 低電壓，高性能 CMOS 8 位 微機處理器 ，片內(nèi) 包 含 有 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存