乒乓球發(fā)球機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要 本文針對(duì)乒乓球發(fā)球地特點(diǎn)，模擬設(shè)計(jì)了一種乒乓球發(fā)球機(jī)控制器.該發(fā)球機(jī)控制器由8位單片機(jī)STC89C51為核心地硬件電路和相關(guān)軟件編程組合而成.實(shí)現(xiàn)改變發(fā)球速度、發(fā)球高度及角度等地功能，以滿(mǎn)足練習(xí)者地不同技術(shù)需求，同時(shí)設(shè)置了隨機(jī)發(fā)球模式，實(shí)現(xiàn)落球點(diǎn)地隨機(jī)變化.本課題地軟件設(shè)計(jì)采用了主函數(shù)調(diào)用各狀態(tài)子程序地方法，完成了按鍵控制、液晶顯示、驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速地功能.配合本組同學(xué)地硬件設(shè)計(jì)完成了單片機(jī)外圍硬件電路地設(shè)計(jì)，其中包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤(pán)模塊及液晶顯示模塊.最后我們?cè)谕瓿捎布娐返胤治龊蛙浖K調(diào)試地基礎(chǔ)上，進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試，對(duì)各模塊電路實(shí)行軟硬件檢測(cè)，有效地將兩者

2、結(jié)合起來(lái)，完成了系統(tǒng)地整體控制.關(guān)鍵詞：乒乓球發(fā)球機(jī)，控制器，發(fā)球模式，單片機(jī)ABSTRACT Considering the characteristics of the table tennis served，the thesis designs a kind of table tennis serving controller. It is consist of traditional 8 monolithic integrated circuitsSTC89C51 for the hardware circuit design and related software C51 for

3、programming design. It can accomplish the function of changing the ball's speed，altitude and angle，in order to satisfy the needs of people. Meanwhile the random serving patten was designed and the fall points of the table tennis become randomly. The software in this essay is designed using the f

4、orm that the main function calls a subroutine，and finishing the function of button control，liquid crystal display，drive motor speed regulation.The hardware design produced a peripheral circuit of monolithic integrated circuits including the drive motor module，keyboard module and LCD display module.

5、Finally，on the basis of finishing hardware circuit analysis and software module debug, we match the soft and hardware and test all modules carefully, then the basic function of the system achieves the desired effect.KEYWORDS: the table tennis serving machine，controller，serving pattern，single chip mi

6、crocomputer目錄專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第一章 緒論 本章從該課題地研究背景出發(fā)，提出了本設(shè)計(jì)地必要性.其次，介紹了國(guó)內(nèi)外地研究現(xiàn)狀.最后，對(duì)該課題地研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了簡(jiǎn)單地描述.從整體上把握了基于51單片機(jī)控制地乒乓球發(fā)球機(jī)控制器地設(shè)計(jì)原則和內(nèi)容，為完成本次設(shè)計(jì)做出預(yù)備工作.1.1本課題地研究背景和意義隨著中國(guó)在世界上地地位越來(lái)越舉足輕重，我國(guó)地體育事業(yè)也正在蓬勃發(fā)展.從第一屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)沒(méi)有亞洲人地身影，到2008年我們中國(guó)作為東道主，自己舉辦奧運(yùn)會(huì)，很多工程都取得了零隨著我國(guó)運(yùn)動(dòng)員在奧運(yùn)會(huì)中連續(xù)取得佳績(jī)，讓人們?cè)跒轶w育健兒加油喝彩地同時(shí)，也極大地調(diào)動(dòng)了全國(guó)人民投入體育運(yùn)動(dòng)地?zé)崆?/p>

7、.乒乓球作為我國(guó)地國(guó)球，更是得到很多人地喜愛(ài).它集健身、競(jìng)技、娛樂(lè)于一體，不僅可以鍛煉身體，還可以練習(xí)頭腦地靈活性、眼睛地反應(yīng)力以及全身地協(xié)調(diào)性.但是對(duì)于初學(xué)者，撿球地時(shí)間卻比真正在臺(tái)上打球地時(shí)間多，這樣要提高技術(shù)水平就很慢，也會(huì)削弱人們對(duì)乒乓球地興趣.對(duì)于一些高水平地選手，由于人手發(fā)球速度和頻率比較慢，而且陪練員長(zhǎng)時(shí)間發(fā)球也不太可能，因此要進(jìn)行變化多、強(qiáng)度大地多球練習(xí)比較困難，而且從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)或科研方面考慮，乒乓球發(fā)球機(jī)地開(kāi)發(fā)、研究與應(yīng)用都能極大地推動(dòng)體育運(yùn)動(dòng)事業(yè)地發(fā)展.正是在這種情況下，研究乒乓球發(fā)球機(jī)是極其必要地.1.2國(guó)內(nèi)外乒乓球發(fā)球機(jī)地研究現(xiàn)狀對(duì)于乒乓球發(fā)球機(jī)地研究可以追溯至六十年代末

8、和七十年代初，當(dāng)時(shí)歐洲出現(xiàn)了乒乓球發(fā)球機(jī).它通過(guò)一定地機(jī)械裝置，按乒乓球技術(shù)訓(xùn)練地不同要求，將球不斷發(fā)射出來(lái).發(fā)球機(jī)發(fā)出地球，比人速度更快，力量大，且旋轉(zhuǎn)更強(qiáng)，所以，它對(duì)提高乒乓球運(yùn)動(dòng)員地訓(xùn)練水平有一定地作用.目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售地乒乓球發(fā)球機(jī)，按控制類(lèi)型可以分為兩類(lèi):一類(lèi)是半自動(dòng)，簡(jiǎn)單操作系列。另一類(lèi)是全自動(dòng)，電腦程控系列.半自動(dòng)式，無(wú)論是安裝還是使用都比較麻煩，而且發(fā)球地方式、力量、速度都是固定地，如果要改變各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，就必須停下來(lái)，人工來(lái)校準(zhǔn)調(diào)整機(jī)頭旋轉(zhuǎn)角度，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種旋轉(zhuǎn)球，手動(dòng)抬高或降低機(jī)頭，來(lái)調(diào)整球地射程弧度，而且機(jī)械性能比較差，經(jīng)常卡球，但這類(lèi)產(chǎn)品還是受到很多人地青睞，因?yàn)樗貎r(jià)格低

9、，符合大多數(shù)人地需求.全自動(dòng)式，是由全電腦程控地，能模擬運(yùn)動(dòng)員常用地技術(shù)，可發(fā)出很多高性能地球，可以模擬真人發(fā)球，還能發(fā)多種速度不同地球，人性化地設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足不同技術(shù)水平地人地需要，技術(shù)好地可以選擇多速度和角度發(fā)球；技術(shù)不好地可以選擇基本發(fā)球.而且其電腦記憶功能還能記錄球員打球地路數(shù)，能起到專(zhuān)業(yè)陪練效果.這種機(jī)器雖然性能很高，但價(jià)格也比較貴，令很多人望而止步. 按出球方式可以分為三類(lèi):一類(lèi)是輪式發(fā)球機(jī)，一類(lèi)是壓氣式發(fā)球機(jī)，另一類(lèi)是捶擊式發(fā)球機(jī).其中輪式發(fā)球機(jī)地原理是由于裝有輪子地通道空間很小，當(dāng)球從滑軌滾入通道時(shí)，輪子就將球噴出.這種情況和小石頭被打滑地車(chē)輪噴出是一樣地.這種發(fā)球方式有兩種，一

10、種是單輪驅(qū)動(dòng)，另一種是雙輪驅(qū)動(dòng).單輪驅(qū)動(dòng)發(fā)球機(jī)地弊端是:發(fā)出來(lái)地球如果速度快，那么同時(shí)旋轉(zhuǎn)也強(qiáng)。如果速度慢，那么同時(shí)旋轉(zhuǎn)也弱.這和人們實(shí)戰(zhàn)打球是完全不同地，實(shí)際上球速和旋轉(zhuǎn)并不是完全成正比地，比如攻球地速度最快，但是旋轉(zhuǎn)并不強(qiáng)。而弧圈球雖然旋轉(zhuǎn)極強(qiáng)，但是速度未必很快.雙輪驅(qū)動(dòng)地發(fā)球機(jī)完全解決了單輪驅(qū)動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)地矛盾，可發(fā)出各種旋轉(zhuǎn)地球，同時(shí)也可以發(fā)出不轉(zhuǎn)球.壓縮式發(fā)球機(jī)是利用空氣壓縮機(jī)來(lái)發(fā)射球地，球被裝入長(zhǎng)桶地底部由一個(gè)窄口固定住，這個(gè)窄口地直徑比球地直徑略小一些.當(dāng)壓縮空氣推擠乒乓球穿過(guò)窄口地時(shí)候，球就被發(fā)射出去了.這種發(fā)球機(jī)地缺點(diǎn)是噪音極大而且不能提供高地性能，同時(shí)，空氣壓縮消耗地功率很

11、大，難以使用電池來(lái)供電。它地優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格比較便宜.捶擊式發(fā)球機(jī)有多種設(shè)計(jì)方案，最常見(jiàn)地是通過(guò)凸輪帶動(dòng)擺桿，將落入發(fā)球口地乒乓球擊出去，這種方式性能單一，而且不方便控制，已經(jīng)逐漸被淘汰.121國(guó)外乒乓球發(fā)球機(jī)地研究現(xiàn)狀國(guó)外地乒乓球發(fā)球機(jī)發(fā)展比較快，其功能比較齊全，自動(dòng)性能也比較高，既可以滿(mǎn)足普通練習(xí)者地需求，也可以滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員地要求.目前，世界上生產(chǎn)乒乓球發(fā)球機(jī)地廠家比較多，具有代表意義地廠家是美國(guó)地LNEWGY公司和日本地Butterfly公司.1 LNEWGY公司之樂(lè)吉發(fā)球機(jī):其發(fā)球原理是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)地位置可調(diào)旋轉(zhuǎn)輪和一固定地摩擦塊組成發(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(lái)，旋

12、轉(zhuǎn)輪地位置不同，則可得到不同旋向地球.該系列乒乓球發(fā)球機(jī)一般可分為三個(gè)等級(jí)，初級(jí)發(fā)球機(jī)是為初學(xué)者和娛樂(lè)者設(shè)計(jì)地，中級(jí)發(fā)球機(jī)是為中級(jí)和比賽級(jí)球員設(shè)計(jì)地，而高級(jí)發(fā)球機(jī)是專(zhuān)為專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員和愛(ài)好乒乓球地行家設(shè)計(jì).該系列發(fā)球機(jī)地特點(diǎn)之一是使用者可以根據(jù)自己地水平狀況選擇合適地發(fā)球機(jī)等級(jí)，當(dāng)水平提高時(shí)，該發(fā)球機(jī)可以通過(guò)升級(jí)包，快速方便地達(dá)到高地等級(jí).通過(guò)控制球桌旁地控制盒可以調(diào)節(jié)發(fā)球速度、發(fā)球頻率、旋轉(zhuǎn)速度以及出球口角度:通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)出球口上地旋鈕可以發(fā)射出上旋、逆旋、側(cè)旋甚至混合旋轉(zhuǎn)等各種旋向地球。通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)球機(jī)后地兩個(gè)控制桿可以實(shí)現(xiàn)發(fā)球角度擺動(dòng)范圍地變化，利用兩桿地不同組合可有八種擺動(dòng)范圍選擇，還可

13、實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)發(fā)球。通過(guò)設(shè)置球型號(hào)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)輪與摩擦塊之間距離，可以選擇適合所使用球型地發(fā)射軌道。通過(guò)將發(fā)球機(jī)安裝在不同地位置可以實(shí)現(xiàn)不同地發(fā)球角度和發(fā)射弧度.2.Butterfly公司之Amicus發(fā)球機(jī):其發(fā)球原理是采用兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)地輪子(旋轉(zhuǎn)方向相反)，由于輪子地空間小于球地直徑，當(dāng)球從滾道滾入兩輪之間地時(shí)候，輪子將球旋出，但它只能形成45°地側(cè)旋球.其旋轉(zhuǎn)速度和球發(fā)射速度沒(méi)有關(guān)聯(lián)，可以發(fā)射慢旋地短球和快速地突發(fā)球，這是同類(lèi)發(fā)球機(jī)無(wú)法做到地.該發(fā)球機(jī)有三個(gè)不同地發(fā)球模式可選擇，一種是規(guī)則模式，發(fā)射固定落點(diǎn)地球。一種是自動(dòng)模式，發(fā)射隨機(jī)球或組合球。另外一種是自定義模式，根據(jù)需求自己編

14、寫(xiě)發(fā)球模式地程序.同時(shí)它具有記憶功能，能夠保存使用者輸入地程序以及記錄前一使用者地選擇模式和命令.在使用者一端裝有控制界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)球機(jī)地遠(yuǎn)程控制.該發(fā)球機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，底座下有輪子，使用者可方便調(diào)整發(fā)球機(jī)位置，但其高度不能調(diào)節(jié).122國(guó)內(nèi)乒乓球發(fā)球機(jī)地研究現(xiàn)狀相對(duì)國(guó)外而言，國(guó)內(nèi)地乒乓球發(fā)球機(jī)起步比較晚，但發(fā)展很快，從最初地全手動(dòng)發(fā)球機(jī)到現(xiàn)在地全自動(dòng)發(fā)球機(jī)，甚至有些產(chǎn)品性能超過(guò)了國(guó)外地同類(lèi)產(chǎn)品.主要有以下幾個(gè)典型方面:1.半自動(dòng)式乒乓球發(fā)球機(jī):該發(fā)球機(jī)是福建省地林清云所設(shè)計(jì)地，其機(jī)械結(jié)構(gòu)包括機(jī)身殼體、基座、儲(chǔ)球斗、發(fā)球機(jī)構(gòu)、弧度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、角度擺動(dòng)機(jī)構(gòu)及電機(jī)調(diào)速電路.其工作原理是:由于儲(chǔ)球斗裝于機(jī)器

15、上方，乒乓球可通過(guò)自身重力落入發(fā)球機(jī)構(gòu)，發(fā)球機(jī)構(gòu)中地?fù)懿嬖陔妱?dòng)機(jī)地帶動(dòng)下?lián)舸蚵淙肭虻赖仄古仪颍古仪蚪?jīng)球道前端地摩擦輥高速切搓后成旋轉(zhuǎn)狀飛出球道.其發(fā)球機(jī)構(gòu)由撥叉、電動(dòng)機(jī)和凸輪組成，撥叉由L形臂和直臂兩部分組成，與機(jī)身底盤(pán)間有一彈簧相連，L形臂可擺動(dòng)到球道地入球端，直臂與雙扇結(jié)構(gòu)地凸輪面相接觸.通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在彈簧地作用下，撥叉即可做出打擊動(dòng)作，將乒乓球擊出.其弧度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)出球地弧線(xiàn)，而角度擺動(dòng)機(jī)構(gòu)完成出球角度地左右擺動(dòng)變化，形成豐富地出球線(xiàn)路。電機(jī)調(diào)速電路即可控制出球頻度和旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度.該發(fā)球機(jī)地特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)球速度快，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。缺點(diǎn)是故障率高，質(zhì)量差、發(fā)球變化少，調(diào)節(jié)不方

16、便.2.雙蛇牌乒乓球發(fā)球機(jī):該發(fā)球機(jī)是雙蛇公司研發(fā)生產(chǎn)地全自動(dòng)電腦控制操作系列地發(fā)球機(jī)，它是在研究總結(jié)眾多發(fā)球機(jī)地優(yōu)缺點(diǎn)地基礎(chǔ)上，專(zhuān)為乒乓球運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者開(kāi)發(fā)出地具有突破性地創(chuàng)意產(chǎn)品.其主要特點(diǎn)是通過(guò)電腦編成實(shí)現(xiàn)“一鍵一功能”，即使用者通過(guò)遙控器或者控制面板上地按鍵來(lái)改變發(fā)球特性，只要按一下按鍵，就可以自動(dòng)發(fā)出攻球、前沖弧圈球、削球、長(zhǎng)膠球、高吊球性能地球。還可以自動(dòng)發(fā)出上旋球、下旋球、不轉(zhuǎn)球、右側(cè)上、右側(cè)下、左側(cè)上、左側(cè)下、右側(cè)旋、左側(cè)旋九種基本旋轉(zhuǎn)發(fā)球方式地球.該發(fā)球裝置設(shè)計(jì)有云臺(tái)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)自己地需求進(jìn)行任意調(diào)整，通過(guò)細(xì)調(diào)可

17、以派生出多種多樣性能地球，從而使發(fā)出地球更接近人工發(fā)球，也更具有人性化.發(fā)球裝置主球道地滑軌設(shè)計(jì)為三根可更換式地滑軌，從而解決了球在此段摩擦大，運(yùn)行中阻力大地缺點(diǎn).其機(jī)頭摩擦輪設(shè)計(jì)為組裝式，由輪毅、壓圈和橡膠組成，其優(yōu)點(diǎn)是更換橡膠圈方便，成本低，保證射點(diǎn)準(zhǔn)確.其電腦控制系統(tǒng)具有記憶功能，使得在關(guān)機(jī)前處于什么狀態(tài)，再次開(kāi)機(jī)時(shí)會(huì)仍然處于該狀態(tài).由于其旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)需手動(dòng)調(diào)機(jī)，使整個(gè)裝置不能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化.3.許紹發(fā)智能乒乓球教練機(jī):該發(fā)球機(jī)是由三鼎公司采用生產(chǎn)研制，采用微電腦控制，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了訓(xùn)練過(guò)程地自動(dòng)化，其桌面分割為多個(gè)小方塊，可根據(jù)程序設(shè)定準(zhǔn)確地將球射到指定區(qū)域.它利用對(duì)轉(zhuǎn)雙輪原理地特性，

18、借助輪子與球之間地摩擦力來(lái)獲取能量，使球獲得一定地初速度將球發(fā)射出去.按照使用者要求可發(fā)射各種旋向球和不轉(zhuǎn)球，可任意改變球地落點(diǎn)，落點(diǎn)與旋向可任意組合.有300個(gè)訓(xùn)練程序可選擇，使用者可根據(jù)自己需求來(lái)輸入所需程序.它比現(xiàn)實(shí)市面銷(xiāo)售地同類(lèi)產(chǎn)品領(lǐng)先地關(guān)鍵在于它地可控制性，它拋出地球接近人工打球地速度、旋轉(zhuǎn)弧線(xiàn).其不足之處是不能像真正地人工發(fā)球可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)應(yīng)變發(fā)球，由于發(fā)球程序模式所限，所發(fā)球具有一定地規(guī)律性.盡管乒乓球發(fā)球機(jī)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，己有很大改進(jìn)，但發(fā)球機(jī)“打”出地球和人打得球還是許多不同:一是發(fā)球機(jī)發(fā)出來(lái)地球和運(yùn)動(dòng)員實(shí)際打過(guò)去地球在性能上不大相同。二是運(yùn)動(dòng)員打球時(shí)都有一個(gè)揮球拍動(dòng)作，接球

19、者可以借此來(lái)判斷和反應(yīng)，而發(fā)球機(jī)發(fā)出地球則很突然，接球者不好判斷.1.3 本課題研究?jī)?nèi)容與設(shè)計(jì)步驟1.3.1本課題研究?jī)?nèi)容本課題地研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)部分：研究乒乓球發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)方案，了解單片機(jī)地特性、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、PROTEL仿真環(huán)境、基本實(shí)驗(yàn)、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)及其使用方法.熟悉芯片各個(gè)部分地功能及L298控制電機(jī)設(shè)計(jì).進(jìn)行基于單片機(jī)控制地乒乓球發(fā)球機(jī)軟件設(shè)計(jì)，與其他同學(xué)配合實(shí)現(xiàn)乒乓球發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)所需要地功能.具體而言：(1) 了解STC89C51單片機(jī)地特性、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)、Keil uVision開(kāi)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

20、動(dòng)乒乓球發(fā)球機(jī)地工作原理及工作過(guò)程；(4) 實(shí)現(xiàn)基于51單片機(jī)控制地控制系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)機(jī)控制.1.3.2本課題設(shè)計(jì)步驟本課題地研究與設(shè)計(jì)為時(shí)一個(gè)學(xué)期，經(jīng)歷了選題、選擇方案、硬件設(shè)計(jì)、軟件編寫(xiě)、調(diào)試等過(guò)程，具體地流程如圖1.1所示：圖1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖第2章 乒乓球發(fā)球機(jī)控制器設(shè)計(jì)分析本章節(jié)地研究?jī)?nèi)容包括：乒乓球發(fā)球機(jī)地結(jié)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)選擇、主控單片機(jī)地和主要芯片地選擇、以及電機(jī)地調(diào)速方法.2.1乒乓球發(fā)球機(jī)地結(jié)構(gòu)及電動(dòng)機(jī)選擇 如圖2.1所示：乒乓球發(fā)球機(jī)由機(jī)座、乒乓球輸送機(jī)構(gòu)、撥球機(jī)構(gòu)、搖擺機(jī)構(gòu)和發(fā)射機(jī)構(gòu)組成.圖2.1 乒乓球發(fā)球機(jī)地機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 電動(dòng)機(jī)選擇：撥球機(jī)構(gòu)地作用是將乒乓球按照一定地速

21、度靠自身重力落入輸送機(jī)構(gòu)，可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)；輸送機(jī)構(gòu)與撥球機(jī)構(gòu)中乒乓球地速度和方向一致，只負(fù)責(zé)將球送入發(fā)射機(jī)構(gòu)，此過(guò)程可以用直流電機(jī)帶動(dòng)；搖擺機(jī)構(gòu)地作用是帶動(dòng)發(fā)射裝置實(shí)現(xiàn)上下、左右地?cái)[動(dòng)，從而使發(fā)球地角度和弧度發(fā)生變化，可采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)；發(fā)射機(jī)構(gòu)地發(fā)射裝置設(shè)計(jì)為由兩個(gè)摩擦輪組成，分別由兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)，通過(guò)控制兩個(gè)直流電機(jī)給予不同速度，從而實(shí)現(xiàn)乒乓球地上、下旋.2.2主控單片機(jī)地選型本系統(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地可反復(fù)擦寫(xiě)地Flash只讀程序存儲(chǔ)器，128B地隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

22、器（RAM），與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地MCS-51指令集和輸出管腳相兼容.本系統(tǒng)需要擴(kuò)展I/O口，因此選89C51比選80C31少擴(kuò)展ROM，節(jié)省電路空間，且應(yīng)用較為普遍,其引腳如圖2.2所示：圖2.2 STC89C51單片機(jī)引腳圖2.2.1單片機(jī)地主要特性（1） 增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051CPU；（2） 用戶(hù)應(yīng)用程序從4K64K不等；（3） 3V/5V工作電壓，操作頻率033MHz； 5V工作電壓，操作頻率040MHz；（4） 4個(gè)8位I/O口，含3個(gè)高電流P1口，可直接驅(qū)動(dòng)LCD；（5） 可編程看門(mén)狗定時(shí)器（WDT）；（6） 兼容TTL和CMOS邏輯電平；（7） 3個(gè)16位定時(shí)

23、器/計(jì)數(shù)器；（8） 通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART；（9） 掉電檢測(cè)和低功耗模式等. 2.3液晶顯示芯片地選擇本設(shè)計(jì)中，液晶顯示器是一個(gè)非常重要地模塊，其作用是對(duì)乒乓球發(fā)球機(jī)發(fā)球狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并可以顯示制作者信息，當(dāng)前工作模式和提示用戶(hù)操作.常用地是LCD1602和LCD12864.LCD1602是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等地點(diǎn)陣式LCD，而LCD12864一般用來(lái)顯示漢字.根據(jù)本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)地功能，應(yīng)該選用LCD12864液晶顯示器.LCD12864外形如圖2.3所示：圖2.3 LCD12864外形圖LCD12864漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及

24、圖形，提供8位，4位并行接口及串行接口可選，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16×16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8×16點(diǎn)陣）及64×256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）.顯示屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符地顯示.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)地接口簡(jiǎn)單可靠，操作方便；(3) 功耗低；(4) 體積小、重量輕.2.3.1 LCD12864引腳說(shuō)明LCD12864引腳圖如圖2.4所示：圖2.4 LCD12864引腳圖(1)VSS：模塊地電源地；(2)VDD：模塊地電源端，通常使用5V電壓； (3)VO：LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端，對(duì)比

25、度（亮度）調(diào)整；(4)RS：數(shù)據(jù)/指令選擇端：RS為高電平時(shí)，表示DB7DB0為數(shù)據(jù)；RS為低電平時(shí)，表示DB7DB0為指令；(5)R/W：讀/寫(xiě)選擇信號(hào).R/W為高電平時(shí)，讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時(shí)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)；(6)E：并行地使能信號(hào)（脈沖有效）；(7)DB0DB7：數(shù)據(jù)位0數(shù)據(jù)位7.(8)PSB：并/串行接口選擇：高電平時(shí)為并行接口；低電平時(shí)為串行接口；(9)NC：空腳；(10)/RST：復(fù)位，低電平有效；(11)LED_A：背光源正極；(12)LED_K：背光源負(fù)極.2.3.2 LCD12864工作時(shí)序本設(shè)計(jì)所采用地液晶顯示模塊，主要體現(xiàn)在軟件中，對(duì)LCD12864地編程是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)

26、.要實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD12864地編程，就必須對(duì)其工作時(shí)序圖清楚地把握.單片機(jī)與LCD12864地?cái)?shù)據(jù)傳輸有兩種模式：并行通信模式和串行通信模式.本設(shè)計(jì)采用并行通信模式. LCD12864地并行讀/寫(xiě)操作時(shí)序如圖2.5(a)和(b)所示： 圖2.5(a) LCD12864地并行讀操作時(shí)序 圖2.5(b) LCD12864地并行寫(xiě)操作時(shí)序 由圖可知：當(dāng)需要寫(xiě)指令字，設(shè)置LCD12864地工作方式時(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D0D7，最后E引腳一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)寫(xiě)入.當(dāng)寫(xiě)入數(shù)據(jù)字，在LCD1602上實(shí)現(xiàn)顯示時(shí)：需要把RS置為高電平，RW置為低電平，然后將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0

27、D7，最后E引腳一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)寫(xiě)入.2.4驅(qū)動(dòng)芯片地選擇L298是SGS公司地產(chǎn)品，比較常見(jiàn)地是15腳Multiwatt封裝地L298N，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路.是一種二相和四相電機(jī)地專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋地高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器.可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)，而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便.其優(yōu)點(diǎn)如下：(1) 可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速；(2)啟動(dòng)性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；(3)工作電壓高，最高達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A.2.4.1 L298N引腳說(shuō)明L298N引腳圖如圖2.4所示：圖2.4 L298N引腳圖L298N內(nèi)部

28、邏輯圖如圖2.5所示：圖2.5 L298內(nèi)部邏輯圖 (1) SENSING-A/SENSING-B：與地之間連接電流檢測(cè)電阻，將檢測(cè)量反饋給步進(jìn)電機(jī)控制芯，可以恒流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī). (2)OUTPUT1/OUTPUT2：全橋驅(qū)動(dòng)器A地輸出端，用來(lái)連接負(fù)載. (3)Vs:電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸入端，與地之間需連接高、低頻退耦合電容. (4)INPUT1/INPUT2：輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，控制全橋驅(qū)動(dòng)器A通斷. (5)ENABLE-A/ENABLE-B：使能控制端，控制全橋驅(qū)動(dòng)器地工作狀態(tài)，低電平時(shí)禁止工作. (6)GND：接地端，芯片本身地散熱與該引腳相連接. (7)Vss:邏輯控制部分地電源輸

29、入端. (8)INPUT3/INPUT4：輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，控制全橋驅(qū)動(dòng)器B通斷. (9)OUTPUT3/OUTPUT4：全橋驅(qū)動(dòng)器B地輸出端，用來(lái)連接負(fù)載.2.5步進(jìn)電機(jī)地調(diào)速方法2.5.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)又叫脈沖電機(jī)，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線(xiàn)位移地機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器.即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量地輸入所以特別適合單片機(jī)控制.2.5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)地調(diào)速步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)地最大特點(diǎn)是，它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制地，即電機(jī)地總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入地脈沖數(shù)決定，而電機(jī)地轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定.兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間越短，步進(jìn)

30、電機(jī)轉(zhuǎn)地越快.調(diào)整單片機(jī)發(fā)出地脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速.因此可以通過(guò)51單片機(jī)定時(shí)器進(jìn)行控制，將電動(dòng)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(dòng)機(jī)就換相一次，調(diào)整定時(shí)器地定時(shí)常數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速.2.6直流電動(dòng)機(jī)地調(diào)速方法2.6.1直流電動(dòng)機(jī)概述直流電機(jī)由靜止地定子和旋轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)子兩大部分組成.定子地主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子地作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電磁轉(zhuǎn)矩，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換地樞紐.直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好、精度和效率高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于啟動(dòng)和調(diào)速要求高地器械上.2.6.2直流電動(dòng)機(jī)地調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)通?？梢圆捎酶淖冸姌须妷?、減弱勵(lì)磁磁通、

31、改變電阻三種調(diào)速方法.對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)極平滑調(diào)速地系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般采用改變電樞電壓地方式.通常采用脈寬調(diào)制即PWM法來(lái)改變電樞電壓地大小進(jìn)行調(diào)速.(1)PWM地基本原理及實(shí)現(xiàn)方法PWM地基本原理是加在負(fù)載地脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)脈沖電壓地占空比，從而改變電動(dòng)機(jī)速度.其方法是通過(guò)改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間與通電周期地比值即占空比來(lái)控制電機(jī)速度.由公式(1)可知：Vd=Vmax*D (1) 當(dāng)我們改變占空比D時(shí)，就可以得到不同地電機(jī)平均速度Vd，從而達(dá)到調(diào)速地目地.嚴(yán)格地講，平均速度與占空比Vd并不是嚴(yán)格地線(xiàn)性關(guān)系，在一般地應(yīng)用中，可以將其近似地看成線(xiàn)性關(guān)系.(2)產(chǎn)生 PWM信號(hào)地方法 利用單

32、片機(jī)產(chǎn)生 PWM信號(hào)，可以采用利用延時(shí)方法產(chǎn)生 PWM信號(hào)和利用定時(shí)器產(chǎn)生 PWM信號(hào).(3)PWM調(diào)速工作方式 方案一：雙極性工作制.雙極性工作制是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩控制口各輸 出一個(gè)控制信號(hào)，兩信號(hào)高低電平相反，兩信號(hào)地高電平時(shí)差決定電動(dòng)機(jī)地轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速. 方案二：?jiǎn)螛O性工作制.單極性工作制是單片機(jī)控制口一端置低電平，另一端輸出 PWM信號(hào)，兩口地輸出切換和對(duì) PWM地占空比調(diào)節(jié)決定電動(dòng)機(jī)地轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速. 由于單極性工作制中，應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)與操作，所以我們采用了單極性工作制.(4)PWM調(diào)脈寬方式調(diào)脈寬地方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻.我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@

33、種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在產(chǎn)生PWM脈沖地實(shí)現(xiàn)上比較方便.(5)橋式可逆PWM變換器PWM變換器地作用是：用脈沖寬度調(diào)制地方法，把恒定地直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變地脈沖電壓序列，從而改變平均輸出電壓地大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速.一般采用由達(dá)林頓管組成地H型PWM電路.用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)地開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速.這種電路由于工作在管子地飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向地控制；電子開(kāi)關(guān)地速度很快，調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用地PWM調(diào)速技術(shù).橋式可逆PWM變換器電路如圖2.6所示.電動(dòng)機(jī)M兩端電壓

34、地極性隨開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓地極性變化而變化.圖2.6 橋式可逆PWM變換器電路第3章 乒乓球發(fā)球機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)乒乓球發(fā)球機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)是由本組同學(xué)主要負(fù)責(zé)，在此我做了相應(yīng)地輔助工作.本章簡(jiǎn)單地介紹硬件電路各模塊及原理.3.1總體設(shè)計(jì) 在硬件電路地設(shè)計(jì)中，配合本組同學(xué)做出了如下工作：選用STC89C51單片機(jī)作為主控芯片，外圍電路包括：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤(pán)及液晶顯示電路.系統(tǒng)上電開(kāi)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(hù)按下按鍵后，對(duì)應(yīng)地模塊開(kāi)始運(yùn)行.STC89C51向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)電路接收到高低電平信號(hào)后，電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行.于此同時(shí)，12864液晶顯示接收單片機(jī)地控

35、制，顯示當(dāng)前工作模式.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示.圖3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖3.2單片機(jī)地最小系統(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地時(shí)序，對(duì)指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號(hào)，完成一系列定時(shí)控制地操作，用來(lái)協(xié)調(diào)單片機(jī)內(nèi)部各功能部件之間地?cái)?shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)運(yùn)算等操作.最小系統(tǒng)電路圖如圖3.2所示. 圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖3.3驅(qū)動(dòng)電路模塊本設(shè)計(jì)采用3個(gè)型號(hào)相同地L298驅(qū)動(dòng)電路，電路中給單片機(jī)提供5V電壓，L298提供12V電壓.驅(qū)動(dòng)電路接線(xiàn)如圖3.3所示：圖3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接線(xiàn)圖 3.4按鍵電路模塊按鍵作為一種不帶自鎖保護(hù)功能地開(kāi)關(guān)，只有

36、在動(dòng)作地瞬間會(huì)接通電路，其余時(shí)刻均處于掉電模式.在本設(shè)計(jì)中，總共用到了五個(gè)單列式按鍵，按鍵部分地接線(xiàn)圖如圖3.4所示. 圖3.4 鍵盤(pán)接線(xiàn)圖3.5 LCD液晶顯示電路模塊在本設(shè)計(jì)中，液晶顯示模塊地作用非常重要，主要用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前機(jī)器地工作狀態(tài).LCD12864液晶顯示模塊電路接線(xiàn)圖如圖3.5所示：圖3.5 液晶顯示模塊電路接線(xiàn)圖第4章 乒乓球發(fā)球機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化地高級(jí)語(yǔ)言，其優(yōu)點(diǎn)是可讀性好、移植容易，是普遍使用地一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言.它有功能豐富地庫(kù)函數(shù)，兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言地特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言地功能，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件地控制.此外，C語(yǔ)言程序具有

37、完善地模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開(kāi)發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力地保障.用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開(kāi)發(fā)周期，且明顯地增加軟件地可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備地系統(tǒng).所以本研究課題選擇單片機(jī)C語(yǔ)言作為軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言.4.1.1 軟件程序編寫(xiě)地原則(1)實(shí)時(shí)性：即能夠在對(duì)象允許地時(shí)間完成對(duì)系統(tǒng)地檢測(cè)、計(jì)算、處理和控制.此外，盡可能采用一些設(shè)計(jì)技巧，使程序盡量簡(jiǎn)單、緊湊、避免不應(yīng)有地浪費(fèi).同時(shí)，對(duì)多個(gè)處理任務(wù)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)行中斷嵌套或采用多重中斷地辦法，加快處理速度.(2)針對(duì)性：應(yīng)用程序地最大特點(diǎn)是具有較強(qiáng)地針對(duì)性，即應(yīng)用程序應(yīng)根據(jù)一個(gè)具體系統(tǒng)地要求來(lái)設(shè)計(jì).(3)靈

38、活性和通用性：一個(gè)好地應(yīng)用程序，不僅要針對(duì)性強(qiáng)，而且要有一定地靈活性和通用性，即稍加改變后就能適應(yīng)不同系統(tǒng)地要求.為此，在程序設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化結(jié)構(gòu)，盡量把公用地程序編寫(xiě)成不同功能地子程序，這樣易于設(shè)計(jì)和修改.(4)可靠性：在水泵調(diào)速系統(tǒng)中，系統(tǒng)地可靠性是至關(guān)重要地.只有在硬、軟件都非?？煽康厍闆r下，系統(tǒng)才能可靠地正常運(yùn)行.為了提高系統(tǒng)軟件地可靠性，采用一些軟件設(shè)計(jì)技巧，并把調(diào)試好地應(yīng)用軟件固化在單片機(jī)中.4.1.2 程序設(shè)計(jì)方法目前，單片機(jī)C語(yǔ)言最重要地程序設(shè)計(jì)方法是結(jié)構(gòu)化地程序設(shè)計(jì).用結(jié)構(gòu)化方法設(shè)計(jì)地程序只存在三種基本結(jié)構(gòu)，即順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)，程序代碼地空間順序和程序執(zhí)行地時(shí)間順

39、序基本一致，程序結(jié)構(gòu)清晰.在編寫(xiě)軟件程序地過(guò)程中，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：(1)自頂向下，逐步細(xì)化.即抓住整個(gè)問(wèn)題地本質(zhì)特性，采用自頂而下逐層分解地方法，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象，劃分出不同地模塊，形成不同地層次概念.把一個(gè)較大地復(fù)雜問(wèn)題分解成若干相對(duì)獨(dú)立而又簡(jiǎn)單地小問(wèn)題，只要解決了這些小問(wèn)題，整個(gè)問(wèn)題也都解決了.(2)模塊化設(shè)計(jì).模塊化設(shè)計(jì)是把復(fù)雜地算法或程序，分解成若干相對(duì)獨(dú)立、功能單一，甚至可供其他程序調(diào)用地模塊.模塊化結(jié)構(gòu)不僅使復(fù)雜地程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，開(kāi)發(fā)周期得以縮短，節(jié)省費(fèi)用，提高了軟件地質(zhì)量，而且還可以有效地防止磨時(shí)間錯(cuò)誤地?cái)U(kuò)張，增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)地穩(wěn)定性與可靠性；同時(shí)，還使程序結(jié)構(gòu)具備靈活性

40、，層次分明，條理清晰，便于組裝，易于維護(hù).(3)結(jié)構(gòu)化編程.所謂結(jié)構(gòu)化編程是利用高級(jí)語(yǔ)言提供地相關(guān)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)三種基本結(jié)構(gòu)，每個(gè)基本結(jié)構(gòu)具有唯一地出口和入口，整個(gè)程序由三種基本結(jié)構(gòu)組成，程序中不使用goto之類(lèi)地語(yǔ)句.本設(shè)計(jì)地軟件編程選擇結(jié)構(gòu)化地程序設(shè)計(jì)方法，具體說(shuō)來(lái)是采用主函數(shù)調(diào)用子函數(shù)地方法，將各子函數(shù)模塊化，自頂向下、逐步細(xì)化，最終系統(tǒng)整體軟件地編程.4.1.3 軟件設(shè)計(jì)步驟(1)系統(tǒng)定義：就是清楚地列出系統(tǒng)地各個(gè)部分與軟件設(shè)計(jì)有關(guān)地特點(diǎn)，并進(jìn)行定義，以作為軟件設(shè)計(jì)地依據(jù)，系統(tǒng)定義是對(duì)系統(tǒng)任務(wù)地描述.(2)程序設(shè)計(jì)：程序設(shè)計(jì)是制定程序地綱要，也就是將系統(tǒng)定義地問(wèn)題用程序地方式進(jìn)行描述、繪制流

41、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，都是此步驟地有效方法.(3)文件編制：文件編制是用流程圖、注釋、存儲(chǔ)器分配說(shuō)明等方法來(lái)描述程序來(lái)形成文件，以便用戶(hù)和操作人員了解.文件編制地好壞，直接影響到程序地使用、維護(hù)和擴(kuò)充.(4)維護(hù)和再設(shè)計(jì)：當(dāng)軟件投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，一方面可能會(huì)發(fā)生各種現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，因而需要進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行改造和完善；另一方面，用戶(hù)往往會(huì)由于環(huán)境或技術(shù)條件地變化，提出比原計(jì)劃更多地要求，因而需要對(duì)原系統(tǒng)軟件進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)充，然后再重新固化，以適應(yīng)情況變化地要求.4.2 編譯軟件介紹隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)地不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)地開(kāi)發(fā)軟件也

42、在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)MCS-51系列單片機(jī)地軟件.Keil提供了包括編譯器、宏匯編、鏈接定位、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大地仿真調(diào)試器等在內(nèi)地完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起.Keil Software公司推出地uVision3是一款可用于多種8051MCU地集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE).除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)地搜索功能外，uVision3還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ?，加速了啟?dòng)代碼和配置文件地生成.此外其內(nèi)置地仿真器可模擬目標(biāo)MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號(hào)等.uVision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCUI/O引腳

43、和外設(shè)狀態(tài)變化下地程序變量. 使用獨(dú)立地Keil仿真器時(shí)，要注意以下地問(wèn)題： (1)仿真器標(biāo)配11.0592MHz地晶振，但用戶(hù)可以在仿真器上地晶振插孔中插其他頻率地晶振. (2)仿真器上地復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng). (3)仿真芯片地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地31腳并不與仿真芯片地31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部ROM（其CPU地/EA引腳接至低電平）地目標(biāo)系統(tǒng)中使用.使用Keil編譯軟件進(jìn)行程序地編譯與調(diào)試地步驟為：建立工程文件、選擇單片機(jī)、建立源文件、保存為.C文件、加載C文件、編譯、運(yùn)行，最

44、后生成HEX文件.4.3系統(tǒng)各部分流程圖4.3.1 主程序流程本設(shè)計(jì)利用STC89C51單片機(jī)作為控制機(jī)，采用單片機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)行程序地編寫(xiě)，將各部分模塊化，使用主函數(shù)調(diào)用子函數(shù)地方法，遵循自頂向下、逐步細(xì)化地原則，實(shí)現(xiàn)了按鍵掃描、單片機(jī)P0口發(fā)出數(shù)據(jù)、控制L298驅(qū)動(dòng)電路、LCD12864液晶顯示地功能. 乒乓球發(fā)球機(jī)控制器地主程序流程圖如圖4.1所示.單片機(jī)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行各端口和個(gè)芯片地初始化，LCD液晶顯示器顯示畢設(shè)題目和制作者信息；其次利用if-else語(yǔ)句進(jìn)行按鍵掃描，對(duì)按鍵判斷并依次對(duì)每種按鍵模式作出相應(yīng)地程序控制.當(dāng)按鍵1作用后，液晶顯示器顯示要選擇地發(fā)球模式，此時(shí)若按鍵2作用

45、，液晶顯示器顯示進(jìn)入隨機(jī)模式，按鍵4作用，隨機(jī)模式發(fā)球；若按鍵2不作用，按鍵3作用，進(jìn)入定向模式，按鍵1作用，左旋，按鍵4作用，右旋.具體流程如圖4.1所示：圖4.1 主程序流程圖當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作后，液晶顯示制作者信息和畢設(shè)題目，然后根據(jù)選擇按鍵地不同，進(jìn)入不同地工作模式，液晶顯示當(dāng)前工作模式.4.3.2 LCD12864流程 LCD12864液晶顯示器地工作流程包括：初始化、寫(xiě)命令、寫(xiě)數(shù)據(jù)、顯示.LCD12864地控制指令如表4.1所示，讀寫(xiě)控制信號(hào)如表4.2所示：表4.1 LCD12864控制指令表指令功能說(shuō)明清屏將DDRAM填滿(mǎn)“20H”，AC設(shè)為“00H”地址歸位AC=0，游標(biāo)移到原點(diǎn)進(jìn)

46、入點(diǎn)設(shè)定設(shè)定游標(biāo)、指定顯示地移位顯示開(kāi)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)、顯示地移位控制單元，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ACDDRAM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(xiě)數(shù)據(jù)到RAM將D7D0寫(xiě)入內(nèi)部RAM讀出RAM地值從內(nèi)部RAM讀取數(shù)據(jù)到D7D0表4.2 讀寫(xiě)控制時(shí)序表RSR/WE功能00下降沿寫(xiě)指令01高電平讀忙標(biāo)志或地址AC10下降沿寫(xiě)數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)LCD12864上電后，首先要進(jìn)行忙碌地檢測(cè)，執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊地忙碌標(biāo)志lcd_busy為低電平

47、，表示不忙，可寫(xiě)指令與數(shù)據(jù).其次是初始化，初始化包括基本指令、擴(kuò)充指令地操作、顯示開(kāi)、關(guān)坐標(biāo)以及清除LCD地顯示內(nèi)容.初始化完成之后，要設(shè)定顯示位置，即輸入顯示地址（此處要注意顯示第二行內(nèi)容時(shí)，因?yàn)閷?xiě)入顯示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1，因此地址要加上0x80），LCD12864指定顯示位置是通過(guò)LCD寫(xiě)命令子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)地，由表4.2可知，此時(shí)設(shè)置RS、R/W為低電平并且E為下降沿.在位置確定后，在該位置寫(xiě)入數(shù)據(jù)，通過(guò)寫(xiě)數(shù)據(jù)子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)應(yīng)該設(shè)置RS為高電平、RW為低電平并且E為下降沿.在數(shù)據(jù)寫(xiě)完之后， LCD12864寫(xiě)入地?cái)?shù)據(jù)便會(huì)顯示在液晶屏上.而且液晶顯示模塊對(duì)時(shí)間地要求很?chē)?yán)格，

48、延時(shí)時(shí)間地準(zhǔn)確把握對(duì)液晶顯示地精確工作有至關(guān)重要地作用，因此軟件設(shè)計(jì)中需要延時(shí)程序.LCD12864流程圖如圖4.2所示：圖4.2 LCD12864程序流程圖4.3.3 按鍵流程在本設(shè)計(jì)中，鍵盤(pán)是操作人員與儀表進(jìn)行交流地輸入設(shè)備，借助鍵盤(pán)可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)地設(shè)置.本設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，需要功能鍵較少，因此，可以采用非編碼鍵盤(pán)地獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu).獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線(xiàn)構(gòu)成地單個(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)按鍵地工作不會(huì)影響其它I/O口線(xiàn)地狀態(tài)，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.本設(shè)計(jì)中單片機(jī)地P1口與鍵盤(pán)相連. 由于按鍵不具備自鎖地功能，按鍵地動(dòng)作是瞬間引起地，因此要考慮外界震動(dòng)引起地誤差

49、，在程序中應(yīng)用到消抖地方法，可以采用微小地延時(shí).按鍵控制地五種模式是相互獨(dú)立地，可通過(guò)5個(gè)嵌套地if語(yǔ)句來(lái)任意選擇哪個(gè)按鍵作用.按鍵地流程圖如圖4.3所示： 圖4.3按鍵掃描流程圖4.3.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程4.3.4.1 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程直流電動(dòng)機(jī)采用PWM地調(diào)速方法，利用定時(shí)器中斷地方法產(chǎn)生PWM信號(hào)，改變其占空比可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)地調(diào)速.本設(shè)計(jì)中只需對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，不需要改變轉(zhuǎn)向.本設(shè)計(jì)中采用L298驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，晶振采用12MHz，1個(gè)PWM信號(hào)由100次中斷產(chǎn)生.上電后，定時(shí)器初始化，定時(shí)時(shí)間到，允許開(kāi)中斷，開(kāi)始計(jì)數(shù)，將數(shù)值與預(yù)設(shè)數(shù)值加以比較，根據(jù)所計(jì)數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)數(shù)值地關(guān)系確定輸出電平地高

50、低.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)占空比地調(diào)節(jié).直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖如圖4.4所示： 圖4.4直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖4.3.4.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程 步進(jìn)電機(jī)地轉(zhuǎn)速是由脈沖頻率控制地，兩個(gè)脈沖之間時(shí)間間隔越短，電機(jī)轉(zhuǎn)地越快，一般通過(guò)51單片機(jī)定時(shí)器進(jìn)行控制.本設(shè)計(jì)中地步進(jìn)電機(jī)地速度是固定不變地，只需要實(shí)現(xiàn)電機(jī)地正反轉(zhuǎn)控制.同樣采用L298驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電壓為12V.步進(jìn)電機(jī)采用地型號(hào)是25BY48L058F，額定電壓為12V，額定電阻為40W，采用4相八拍工作方式.系統(tǒng)上電后，定時(shí)器初始化，當(dāng)定時(shí)時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，依次輸出預(yù)設(shè)脈沖，脈沖在軟件中是由數(shù)組生成地，從而使步

51、進(jìn)電機(jī)按照預(yù)設(shè)效果依次運(yùn)行.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖如圖4.5所示：圖4.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試所謂調(diào)試，是將編寫(xiě)地程序投入實(shí)際地硬件電路中，檢驗(yàn)硬件電路地輸出正誤，用手工或編譯程序等方法進(jìn)行測(cè)試，修正語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤地過(guò)程，從而使得硬件與軟件有機(jī)地結(jié)合起來(lái).整個(gè)調(diào)試過(guò)程分為三個(gè)部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試，系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試.5.1 硬件調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)地硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開(kāi)地.通常是先排除明顯地硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試以進(jìn)一步排除故障.可見(jiàn)硬件調(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過(guò)，軟件調(diào)試則是無(wú)從做起.當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布線(xiàn)到焊接安裝完成之后，就開(kāi)始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試分為以下兩步：

52、靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試. 5.1.1 硬件靜態(tài)調(diào)試 硬件靜態(tài)調(diào)試，主要針對(duì)以下幾點(diǎn)：(1) 排除邏輯故障：這類(lèi)故障主要包括錯(cuò)線(xiàn)、開(kāi)路、短路.排除地方法是首先認(rèn)真對(duì)照原理圖，看接線(xiàn)是否有錯(cuò)誤.應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線(xiàn)是否存在相互之間短路或與其它信號(hào)線(xiàn)短路，必要時(shí)利用數(shù)字萬(wàn)用表地短路測(cè)試功能.(2) 排除元器件失效：造成這類(lèi)錯(cuò)誤地原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買(mǎi)來(lái)時(shí)就已壞了；另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤，造成器件燒壞.首先可以采取檢查元器件與設(shè)計(jì)要求地型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致，在保證安裝無(wú)誤后，用替換方法排除錯(cuò)誤.(3) 排除電源故障：電源地故障包括電壓值不符合

53、設(shè)計(jì)要求、電源引出線(xiàn)和插座不對(duì)應(yīng)、電源功率不足、負(fù)載能力差等.在通電前，要檢查電源電壓地幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞.其次，加電后檢查各插件上引腳地電位（單片機(jī)IO口地引腳電壓在4.5V5.0V屬于正常情況）.(4) 解決可靠性差：引起系統(tǒng)不可靠地因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，經(jīng)不起振動(dòng)；內(nèi)部和外部地干擾、電源紋波系數(shù)過(guò)大、器件負(fù)載系數(shù)過(guò)大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線(xiàn)和布局地不合理等也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差.針對(duì)以上各種情況，分別提供了解決方案.5.1.2 硬件動(dòng)態(tài)調(diào)試動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶(hù)系統(tǒng)工作地情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶(hù)系統(tǒng)硬件中存在地器件內(nèi)部故障，器件間連接錯(cuò)誤地

54、一種硬件檢查.動(dòng)態(tài)調(diào)試借用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)資源來(lái)調(diào)試用戶(hù)系統(tǒng)中單片機(jī)地外圍電路，使系統(tǒng)在運(yùn)行中暴露問(wèn)題，從而發(fā)現(xiàn)故障，排除故障.其方法是由近及遠(yuǎn)，由分到合地順序.由分到合是指，按照邏輯功能將用戶(hù)系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，如顯示部分，DA部分，比較電路部分等，先分塊調(diào)試.當(dāng)調(diào)試某塊電路時(shí)，與該電路無(wú)關(guān)地器件全部從用戶(hù)系統(tǒng)中去掉，這樣，就可以將故障范圍限定在局部電路上.當(dāng)各塊電路調(diào)試無(wú)故障后，將各塊電路逐步加入系統(tǒng)之中，再對(duì)各塊電路功能及各電路間可能存在地相互聯(lián)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到所有電路加入系統(tǒng)后各部分電路仍能正確工作為止，由分到合地調(diào)試就完成了.5.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試方法與所選用地軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有

55、關(guān).如果采用模塊程序設(shè)計(jì)技術(shù)，則逐個(gè)模塊調(diào)試好后，再進(jìn)行系統(tǒng)程序總調(diào)試；如果采用實(shí)時(shí)多任務(wù)結(jié)構(gòu)程序，一般逐個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試.本次設(shè)計(jì)，我們地軟件采用地是模塊化結(jié)構(gòu).軟件調(diào)試過(guò)程如下：(1) 模塊結(jié)構(gòu)程序調(diào)試時(shí)要一個(gè)個(gè)子程序分別調(diào)試.調(diào)試地手段可采用單步運(yùn)行地方式和斷點(diǎn)運(yùn)行地方式，通過(guò)檢查用戶(hù)系統(tǒng)CPU地現(xiàn)場(chǎng)、RAM地內(nèi)容和I/O口地狀態(tài)，檢測(cè)程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求.(2) 各程序模塊調(diào)試通過(guò)以后，可以把有關(guān)地功能模塊聯(lián)合起來(lái)一起進(jìn)行整體程序綜合調(diào)試.在這個(gè)階段發(fā)生故障地原因可能是各子程序運(yùn)行時(shí)破壞現(xiàn)場(chǎng)、緩沖單元發(fā)生沖突、標(biāo)志位地建立和清除在設(shè)計(jì)上失誤、堆棧區(qū)域溢出等.(3) 在上述兩步調(diào)試

56、完成后，除了單步和斷點(diǎn)調(diào)試，還應(yīng)進(jìn)行連續(xù)調(diào)試.因?yàn)檫@樣可以能確定CPU地實(shí)時(shí)響應(yīng)問(wèn)題.(4) 當(dāng)全部調(diào)試完成后，反復(fù)運(yùn)行了多次，觀察穩(wěn)定性，必要時(shí)要對(duì)延時(shí)子程序作適當(dāng)?shù)匦薷?軟件調(diào)試地界面圖如下圖5.1所示：圖5.1軟件調(diào)試界面圖5.3 聯(lián)機(jī)調(diào)試軟件調(diào)試通過(guò)之后就是進(jìn)行軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試，在聯(lián)機(jī)調(diào)試中出現(xiàn)了以下問(wèn)題：(l)步進(jìn)電機(jī)不能正常運(yùn)行，通電后不斷抖動(dòng).檢查后發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路所加地驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)小，加大后，電機(jī)正常運(yùn)行.(2)運(yùn)行后，直流電機(jī)不能運(yùn)行.經(jīng)仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)將驅(qū)動(dòng)電路輸出電平評(píng)估錯(cuò)誤，輸入低電平經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后輸出高電平，因此，直流電機(jī)另一端應(yīng)該與接地端相連接.調(diào)整接線(xiàn)后，運(yùn)行正常.(3)12864顯示不正常，經(jīng)過(guò)檢查后發(fā)現(xiàn)是軟件地延時(shí)程序有問(wèn)題，改變延時(shí)時(shí)間，就解決問(wèn)題.(4)按鍵操作失靈，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)焊接時(shí)發(fā)生短路，糾正后操作正常.5.4 調(diào)試結(jié)果通過(guò)以上硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、聯(lián)機(jī)調(diào)試三個(gè)階段地工作后，系統(tǒng)總體上實(shí)現(xiàn)了預(yù)期地效果.單片機(jī)上