【正文】 trol links to error correction, so that to achieve control the object and with a accurate location to coordinate. Control signal drive stepping motor by L298 drive circuit, pleting the corresponding regulations action。 II 緒論 1 1 方案的比較與論證 2 設(shè)計任務(wù) 2 設(shè)計要求 3 數(shù)學(xué)模型 3 系統(tǒng)方框圖 4 單片機(jī)的選擇與論證 4 電機(jī)的選擇與論證 7 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 8 單片機(jī)系統(tǒng)簡介 8 MSP430 系列單片機(jī)介紹 8 開發(fā)環(huán)境的簡介 10 開發(fā)語言的簡介 10 算法分析 11 軟件設(shè)計原則 11 位移 /數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法 11 點到點運動 12 IV 步進(jìn)電機(jī)控制方法 13 菜單程序的設(shè)計 14 誤差補(bǔ)償 14 程序流程 15 主程序流程圖 15 定點運動子程序 15 畫圓子程序 17 液晶屏對運動物體坐標(biāo)實時顯示的實現(xiàn) 18 單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)的浮點型控制方法 19 3*3 點陣反射式紅外光電傳感器實現(xiàn)循線 21 3 系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)記錄 22 測試指標(biāo) 22 測試儀器 22 自行設(shè)定運動測試 參考文獻(xiàn) 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像 普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。 MSP430 系列單片機(jī)是美國德州儀器 1996 年開始推向市場的一種 16 位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處 理器（ Mixed Signal Processor）。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。由單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動有精確步距的步進(jìn)電動機(jī)，電機(jī)帶動懸掛部件在平面上做特定的準(zhǔn)確運動 。 2 1 方案的比較與論證 設(shè)計 任務(wù) 本課題要 設(shè)計一 電機(jī)控制系統(tǒng)，控制物體在傾斜（仰角 ≤100 度）的板上運動。物體的形狀不限， 但 質(zhì)量大于100 克。板上標(biāo)有間距為 1cm的淺色坐標(biāo)線（不同于畫筆顏色），左下角為直角坐標(biāo)原點 , 示意圖如下 圖11 所示 。 (2) 能夠顯示物體中畫筆所在位置的坐標(biāo)； 控制物體沿板上標(biāo)出的任意曲線運動，曲線在測試時現(xiàn)場標(biāo)出，線寬 ～ ，總長度約 50cm，顏色為黑色；曲線的前一部分是連續(xù)的，長約 30cm；后一部分是兩段總長約 20cm 的間斷線段，間斷距離不大于 1cm；沿連續(xù)曲線運動限定在 200 秒內(nèi)完成，沿間斷曲線運動限定在300 秒內(nèi)完成。首 先將圓周等分為n 份，將每小份弧線段等效為直線段畫出， n 越大，曲線就光滑。這樣就可以采樣到圓上均勻的點，顯然，角度步長 v 越小 ，在圓周上取得點越多，控制也會更精確 [1]。通常選用單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制單元。 方案一： FPGA/CPLD 方式。這種方案的優(yōu)點在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便，而且可以使用的 I/O 口線很多；缺點是調(diào)試時需要接很多接線，過程繁瑣，而且使用 CPLD 時，由于其內(nèi)部沒有 ROM，對功能的實現(xiàn)有所限制。 由單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動電路及電機(jī)等組成系統(tǒng)。該控 制方式需要單片機(jī)具有較大的程序存儲量，所以可選擇的 F1611 單片機(jī)，有非常豐富的資源，大容量的 RAM 和 FLASH，可以存儲大容量的程序 [4]。 電機(jī)的選擇與論證 方案一 ： 采用普通直流電機(jī) 。 方案二：采用步進(jìn)電機(jī) 。另一個顯著特點是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。 驅(qū)動電路的選擇與論證 方案一：采用電機(jī)驅(qū)動芯片 L298N 來驅(qū)動 。 方案二：自制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路 。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對四路信號分別 進(jìn)行放大，當(dāng)電機(jī)的功率較大時運行起來會不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。 顯示模塊的選擇與論證 方案一：采用 LED 數(shù)碼管顯示器。 方案二：采用 LED 液晶顯示器。 針對本課 題，對信息量要求比較大，而對亮度的要求并不是很高，經(jīng)過仔細(xì)比較 ，我們決定采用方案二。紅外探測器按其工作模式可大致分為主動式與被動式。 主動式紅外傳感器又可分為分立元件型、透射遮擋型和反射型。反射式光電判讀器外型如圖 13 所示。 方案一：采用直流直接驅(qū)動方式。 方案二：采用交流調(diào)制方 式。 在本題中，我們制作了一個小箱封裝傳感器，使傳感器受環(huán)境光的影響較小，所以我們選擇簡單可靠的直流直接驅(qū)動方式 即方案一 。傳感器我們采用反射式光電傳感器 FS— 359F 為核心組 成探測模塊。 方案一：采用無線電傳輸模塊 。這樣，實現(xiàn)了探測模塊與主機(jī)的無線通信，解決了有線傳輸對物體運動的影響。 方案二：采用紅外傳輸模塊 。但紅外傳輸容易受環(huán)境光的影響，而我們設(shè)計的系統(tǒng)對這種擾動有比較敏感。 紅外傳輸 的最大缺點在于導(dǎo)線對運動物體影響較大，有可能影響物體的準(zhǔn)確定位。 綜合以上分析， 我們認(rèn)為步進(jìn)電機(jī)性能較好，能夠在一定程度上克服導(dǎo)線對物體的影響， 所以選擇了穩(wěn)妥的有線傳輸 即方案三 。雖然 51 系列單片機(jī)是目前市場上最流行的機(jī)型，也先于 MSP430 系列問世，但相比之下， MSP430 系列單片機(jī)具有許多 51 系列單片機(jī)所不具備的性能 [5]。 其次， MSP430 系 列單片機(jī)擁有簡化了的指令。 另外，從開發(fā)工具方面來看， 430 系列的開發(fā)只需要一條 JTAG 下載電纜，而 51的開發(fā)需要編程器、仿真器，開發(fā)過程中，仿真是一個必不可少的過程， MSP430 的在線仿真功能能夠?qū)崿F(xiàn)實時 RAM 查看和修改，這點讓 51 望塵莫及。 MSP430 系列單片機(jī)有獨特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計，包括兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng) 、 鎖頻環(huán)（ FLL 和 FLL+）時鐘系統(tǒng)或數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。由于系統(tǒng)運行時使用的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有明顯的差異。 另外， MSP430 系列單片機(jī)采用矢量中斷，支持十多個 中斷源，并可以任意嵌套。 通過合理編程，既可以降低系統(tǒng)功耗，又可以對外部事件請求做出快速響應(yīng)。 MSP430 系列單片機(jī)是 16 位單片機(jī)，采用了目前最流行的、頗受學(xué)術(shù)界好評的精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)，一個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令（傳統(tǒng)的 MCS51 單片機(jī)要 12 個時鐘周期），使 MSP430在 8MHz 晶振工作時，指令速度可以達(dá)到 8MIPS。這些結(jié)構(gòu)在其他系列單片機(jī)中尚未使用。單片機(jī) 結(jié)合 TI 的高性能模擬技術(shù)，各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。其中，看門狗可以在程序失控時迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器可以設(shè)計出高精度（ 10～ 11 位）的 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時器具有捕獲 /比較功能；大量的捕獲 /比較寄存器，可用于時間計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；多功能串口（ USART）可實現(xiàn)異步、同步 通信 和 I2C 串行通信，可方便地實現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O，最多 可 達(dá) 48 條 I/O 口線， I/O 輸出時，不管是灌電流還是拉 電流 多大 ，每個端口的輸出晶體管都能限制輸出電流最大約為 6mA，保證系統(tǒng)安全； P P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器具有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用； LCD 驅(qū)動模塊能直接驅(qū)動液晶多達(dá) 160 段； F15X 和 F16X 系列有兩路 12 位高速 DAC，可實現(xiàn)直接數(shù)字波形合成等功能；硬件 I2C 串行總線可以擴(kuò)展 I2C 接口器件； DMA 功能可以提高數(shù)據(jù)傳輸速度，減輕 CPU 的負(fù)荷。 (3) MSP430 系列單片機(jī)系統(tǒng)工作穩(wěn)定 。然后軟件可以設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。這種結(jié)構(gòu)和運行機(jī)制，在目前各系列單片機(jī)中是絕無僅有的。C，運行穩(wěn)定、可靠性高，所以設(shè)計的產(chǎn)品 適用于各種民用和工業(yè)環(huán)境。 對于 FLASH 型有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先通過 JTAG 接口下載程序到 FLASH 內(nèi)，再由 JTAG 接口控制程序運行、讀取片內(nèi) CPU 狀態(tài)，以及存儲器內(nèi)容等信息供設(shè)計者調(diào)試，整個開發(fā)（編譯、調(diào)試）都可以在統(tǒng)一軟件集成環(huán)境中進(jìn)行 。開發(fā)語言有匯編語言和 C 語言。這種以 FLASH 技術(shù)、 JTAG 調(diào)試、集成開發(fā)環(huán)境結(jié)合的開發(fā)方式，具有方便、廉價、實用等優(yōu)點，在單片機(jī)開發(fā)中還較少見。 開發(fā)環(huán)境的簡介 集成開發(fā)環(huán)境（簡稱 IDE Integrated Develop Environment）是用于提供程序開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用程序，一般包括代碼編輯器、編譯器、調(diào)試器和圖形用戶界面工具。所有具備這一特性的軟件或者軟 件套（組）都可以叫做 IDE。 IAR Embedded Workbench開發(fā)環(huán)境支持 MSP4 MSP430