【文章內(nèi)容簡介】 集成塊： L7805CV 和 L7812CV 芯片。 本設(shè)計中我們所需的 5V 電源使用 L7805CV 芯片完成。因為它的外圍電路比較簡單，并且工作比較穩(wěn)定。它的穩(wěn)壓精度為 2%，工作電流 ，封裝為TO220(A)，工作溫度也很不錯，并且具有過溫保護(hù)和短路保護(hù)，最大輸入電壓為35V，能對電路的長時間工作有很大的保障，故用其作為穩(wěn)壓芯片。所需的 12V 電源我們使用 L7812CV 芯片完成。 驅(qū)動模塊 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種重要執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路一般由兩部分組成，一部分是數(shù)字邏輯部分，即環(huán)行脈沖分配器，它決定步進(jìn)電機(jī)各項繞組的通電順序。另一部分是功率放大部分，它提供步進(jìn)電機(jī)所需要的功率 設(shè)計中我們采用集成芯片 LM298 和 LM297 組成驅(qū)動電路，選用集成芯片LM298 驅(qū)動直流步進(jìn)電機(jī)，是因為其具有轉(zhuǎn)速高、可變速的優(yōu)點，十分適合需要快速捕捉目標(biāo)的場合。其水平最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 40～ 50176。/秒，垂直可達(dá) 10～ 24176。/秒。這種電路通過芯片產(chǎn)生正反向電壓 .用于控制云臺的運行方向 。實現(xiàn)對云臺電機(jī)運轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制 .從而保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制。開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性極強(qiáng)，效率也非常高。該驅(qū)動電路既可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)也可驅(qū)動直流電機(jī)，原理圖如下所示： 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 共 35 頁 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理圖 該電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，可與單片機(jī)直接連接，對兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)具有很好的驅(qū)動和控制能力。 鍵盤模塊 本系統(tǒng)中，由于按鍵較多，為了減少 I/O 口的占用，我們采用 44 鍵盤。 圖 44 鍵盤 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 35 頁 在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口 (如 P1 口 )就可以構(gòu)成 44=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵 (9 鍵 )。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 下 圖為 44 矩陣鍵盤圖： 圖 4*4 矩陣鍵盤圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 共 35 頁 結(jié)合鍵盤矩陣圖，將各按鍵的功能列表如下： 表 各按鍵的功能 按鍵編號 按鍵功能 1 數(shù)字 1 2 數(shù)字 2 3 數(shù)字 3 4 數(shù)字 4 5 數(shù)字 5 6 數(shù)字 6 7 數(shù)字 7 8 數(shù)字 8 9 數(shù)字 9 0 數(shù)字 0/跳出 ＋ 右轉(zhuǎn) － 左轉(zhuǎn) 下降 247。 上調(diào) = 復(fù)位 /停止 ON/C 切換模式 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 35 頁 下 圖是一個 4*4 鍵盤的接線圖： 圖 4*4 鍵盤的接線圖 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，上圖中，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的 I/O 口作為輸出端，而列線所接的I/O 口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了 ， 通過鍵盤模塊，我們可以對當(dāng)前狀態(tài)任意的進(jìn)行設(shè)置和清零。比如設(shè)置上移、下移、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止報警等。 顯示模塊 本系統(tǒng)我們采用 LCD液晶顯示屏進(jìn)行顯示。 LCD為英文 Liquid Crystal Display的縮寫，即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖象。 液晶的物理特性是：當(dāng)通電時導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。從技術(shù)上簡單地說，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無鈉玻璃素材，稱為 Substrates，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過這層液晶時，液晶本身會排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)復(fù)合物，由長棒狀的分子構(gòu)成。中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 10 頁 共 35 頁 在自然狀態(tài)下，這 些棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個經(jīng)精良加工的開槽平面，液晶分子會順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。 LCD 占用空間小，低功耗，低輻射，無閃爍，降低視覺疲勞。在系統(tǒng)中， LCD主要進(jìn)行高度和角度的顯示。 控制模塊 本設(shè)計的所用的單片機(jī)系統(tǒng)其實就是單片機(jī)最小系統(tǒng)，所謂最小系統(tǒng)就是能是單片機(jī)正常工作的最少配置。本此設(shè)計的單片機(jī)系統(tǒng)由 AT89C52 單片機(jī)、復(fù)位電路、時鐘電路和電源電路組成，如圖 所示。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 本設(shè)計中我們采用 AT89S52 單片機(jī)作為主控芯片， At89s52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 35 頁 定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。下圖即為AT89C52。 A T 8 9 C 5 2P 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7R S TR X D / P 3 .0T X D / P 3 .1T 0 / P 3 .4T 1 / P 3 .5X T A L 2X T A L 1G N DV C CP 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7P 2 .7P 2 .6P 2 .5V P P/EAP R O GA L E /PESNP 2 .3P 2 .2P 2 .1P 2 .0P 2 .4 圖 AT89C52 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 12 頁 共 35 頁 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 此云臺系統(tǒng)可分為手動和自動控制兩種模式，手動模式主要通過鍵盤來控制垂直和水平方向移動的距離和角度，自動模式則是依靠五個不同方向的接收管來檢測和跟蹤光源，各部分程序設(shè)計如下： 手動控制模式 程序流程圖如下： 自 動 模 式手 動 模 式鍵 盤 掃 描 模 塊運 作 垂 直 電 機(jī)運 作 水 平 電 機(jī)判 斷 是 否 恢 復(fù) 初始 狀 態(tài)恢 復(fù) 初 始 狀 態(tài)YN執(zhí) 行 相 應(yīng) 動 作檢 測 光 源YN 部分程序： if(Mode==0) { Temp=Key_Scan()。 Delay(40000)。 if(Temp10) { switch(flag) { case 0: Num=Temp。flag++。 break。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 共 35 頁 case 1: Num=Num*10+Temp。 break。 } } else { switch(Temp) { case 10: Up()。 break。 case 11: Down()。 break。 case 12: Left()。 break。 case 13: Right()。 break。 case 15: Mode=!Mode。 break。 default : break。 } } 自動控制模式 程序流程圖如下： 自 動 模 式手 動 模 式鍵 盤 掃 描 模 塊運 作 垂 直 電 機(jī)運 作 水 平 電 機(jī)判 斷 是 否 恢 復(fù) 初始 狀 態(tài)恢 復(fù) 初 始 狀 態(tài)YN執(zhí) 行 相 應(yīng) 動 作檢 測 光 源YN 部分程序： void SearchLight() { switch(DoubleLed) { case0xfe: SearchLightUp()。 break。 case0xfd: SearchLightDown()。 break。 case0xfb: SearchLightLeft()。 break。 case0xf7: SearchLightRight()。 break。 case0xfa: Up_Left()。 break。 case0xf6: Up_Right()。 break。 case0xf9: Down_Left()。 break。 default : Stop()。 Display()。 break。 } } 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 35 頁 程序總流程圖 歡 迎 界 面判 斷 云 臺 運 動 模 式開 始檢 測 并 跟 蹤 光 源根 據(jù) 按 鍵 執(zhí) 行 相 應(yīng)動 作自動模式手動模式判 斷 按 鍵云 臺 復(fù) 位是 否 復(fù) 位是 主函數(shù)程序 include void main() { Lcd_Init()。 Wele()。 ChooseMode()。 while(1) { if(Mode==0) { Temp=Key_Scan()。 Delay(40000)。 if(Temp10) { switch(flag) { case 0: Num=Temp。flag++。 break。 case 1: Num=Num*10+Temp。 break。 } } 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 15 頁 共 35 頁 else { switch(Temp) { case 10: Up()。 break。 case 11: Down()。 break。 case 12: Left()。 break。 case 13: Right()。 break。 case 15: Mode=!Mode。 break。 default : break。 } } Display()。 } else SearchLight()。 } } 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 16 頁 共 35 頁 4 仿真 Proteus 仿真軟件 proteus 軟件是英國 Lab Center Electronice 公司開發(fā)的 EDA 工具軟件。從 1989年問世至今已有 20年的歷史，在全球得到廣泛應(yīng)用。 Proteus軟件除具有和其他 EDA工具軟件一樣的原理編輯、印制電路板制作外，還具有交互式的仿真功能。它不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模 /數(shù)混合電路的設(shè)計與仿真平臺，