基于单片机的小球滚动控制系统设计

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1、宜宾职业技术学院毕业论文（设计）基于单片机的小球滚动控制系统设计系部电子信息与控制工程系专业名称电气自动化技术班级电气11401班姓名学号指导教师2016年10月10日摘要摘要为使小球能在U型导轨按要求滚动与停留，为保证计算速度，本设计采用2块MSP430单片机最小系统板作为控制核心，一块作为控制超声波距离传感器测试小球滚动距离，另一块控制步进电机以控制小球滚动方向以及角度传感器。采用12864液晶显示屏，精确显示小球当前距离与工作模式。本设计制作完善，应变能力强，响应速度快，经测试能达到题目要求。关键词；MSP430;超声波距离传感器;步进电机;角度传

2、感器;12864液晶显示屏。摘要AbstractToenabletheballtostayintheu-railasrequiredtoscrolland,inordertoensurespeed,thisdesignusesminimumsystemboard2TiMSP430MCUcore,ascontrollingthedistanceultrasonicdistancesensortestballrolling,theotherdirectionofstepmotorcontrolledbyascrolltocontroltheballandth

3、eanglesensor.12864LCDdisplay,accurateballcurrentdistanceandworkpatterns.Thedesignperfect,strongadaptability,rapidresponse,andtestedtomeetsubjectrequirements.Keywords；MSP430;ultrasonicdistancesensors;steppermotor;Anglesensor;LCDdisplay。目录3目录目录1引言12系统方案设计22.1设计要求22.2实现方法22.3单片机选型22

4、.4电源设计方案32.5电机动力模块的选择32.6距离检测模块的选择42.7报警模块42.8显示模块53硬件设计63.1小球滚动控制系统的设计63.2总体设计思路及核心控制单元的基本控制原理63.3电源降压模块的分析与设计73.4步进电机原理分析及硬件电路设计73.4.1步距角和步距误差73.4.2步进电机的计算与分析83.5步进电机驱动的分析及电路设计83.5.1STK672-040步进电机驱动的分析83.5.2STK672-040步进电机驱动的电路设计94理论分析114.1部分电路图114.2原理分析124.3PID计算方法14目录5系统调试及测试结

5、果155.1调试方法155.2调试结果155.3测试结果15致谢16参考文献17附录1实物照片18附录2程序23系统调试系统方案设计2.1设计要求（1）在导轨两端头设置触发机构，小球触碰时有明显声或光指示；（2）15s内自动将导轨从±15°范围内的任一位置调整至水平状态，小球放置在导轨25~35cm区间某一位置时静止不滚动；（3）小球在原点从静止开始，15s内使小球在导轨上做3次往复运动，且运动控制在5~55cm区间范围内；（4）在往复运动状态下，通过设置指令（按键）使小球在15s内稳定停止在30±2cm位置区域内，并至少保持10s。2.2实现方法本设计

6、要求在门形支架的一个立柱上用转轴固定一根U型导轨，导轨的另一端可由固定在顶梁上的电机控制其上下运动，使小球在导轨上按要求灵活滚动或定位。导轨以转轴处为原点，以厘米（cm）为单位标注位置。我们利用步进电机控制U型导轨的角度，以达到改变U型导轨的角度控制小球运动与静止。2.3单片机选型在小球滚动控制系统设计的整个工作过程中需要一个主控芯片对各机械系统的工作流程进行处理，实现产品的自动化和系统化的要求。拟考虑以下方案：方案一：采用SPCE061A单片机。SPCE061A单片机是16位的微处理器，主频可以达到49MHz,速度很快，并且具有方便的ADC接口，但SP

7、CE061A单片机的功耗不是最低的。方案二：采用Ti公司的MSP430作为主控芯片。MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器(MixedSignalProcessor)。称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。MSP4304系统调试系列由于具有Flash存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。这是TI公司推出具有Flash型存储器及JTAG边界扫描技术的廉价开发工具。方案三：采用Atm

8、el公司的AT89S52作为主控芯片。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS