摘要
本设计要求设计一个基于自由摆的平板控制系统，控制电机能使平板可以随着摆杆的摆动而旋转（3-5周)，摆杆摆一个周期，平板旋转一周。在平板上摆放一枚和八枚硬币，一枚硬币时用手堆动摆杆至一个角度(30度到45度），八枚硬币时，用手堆动摆杆至一个角度（45度到６０度)，启动系统后，让自由摆自由的摆动，在五个周期内，不让平板上的硬币掉下来。 本设计是基于AT89C５2单片机为主控芯片，将角度传感器与自由摆顶端相连，利用角度和电阻值的线性关系，采用单片机进行AD转换器转换角度传感器两端电压的变化，并在LCD液晶屏上显示转换后的角度值，通过单片机对电机驱动芯片控制驱动电机，实现电机随着摆杆的摆动而正反转和停转的功能，应用单片机对采集到的电压进行PIＤ控制算法，再通过改变PWM的占空比达到精确控制电机转速的目的，从而使平板随着摆杆的摆动一直与水平面保持平行。基于自由摆的平板控制系统能够使放在平板上的小物件在摆动的过程中不会掉下来. 关键词:AT８9C52;ＡＤ转换；步进电机;LCD屏
Ａbｓtｒact
Tｈｅdesｉgn requiremeｎts ａnd dｅsigｎa tablｅｔbａseｄon free penduluｍconｔroｌsyｓｔem c
an coｎｔrolｔhe motor plaｔｅｃan swiｎｇwiｔh tｈe pendulum rotaｔｅs （３－5 wｅeks），the pendulum ｓwing a ｃycｌe，tａｂｌe ｔrevolution。Pｌacedｏn the plａte ａnd aｎeｉghｔｃoｉns， a coin pile ｈa ｎd wheｎmｏving tｏaｐenduｌum anｇle（３0 ｄegrees tｏ45 dｅｇrees）, e ｉght coｉnｓ,haｎd heaｐto ａｍoviｎg penduluｍanｇle (４5 dｅgｒees to ６0ｄeｇrees),staｒt the ｓysteｍ，let freｅｄoｍｐenduluｍｓｗinging frｅely in the fｉveｐeｒｉods，ｎot to fａｌｌfｌaｔｏn the coin.
This dｅsｉgｎiｓbasedｏｎAT89C5２microcontroｌler ａs the mａsteｒcｈiｐ，the angｌｅｓenｓｏr is connｅcted to the ｔop ｏｆthe freｅpｅndulum，theｕse oｆangｌe and the lｉnｅar relaｔioｎship ｂｅtweeｎthe rｅsistaｎｃe valｕe，tｈe ｕsｅｏf single—cｈip AＤconｖerter converts the voｌｔagｅacros ｓtｈｅｓensｏr ａngle chanｇeｓ，ａnd oｎｔhｅLCＤscｒｅen ｄiｓplａy ｅd angｌｅvalueａｆｔer ｃｏｎvｅrsion ｂyｔhｅmｏtor ｄriｖer chip ｍｉｃrocontｒoller controｌｓthe drive ｍｏtｏr，ｔhｅmotｏｒｗitｈｔｈeｓwiｎg oｆtｈeｐeｎduluｍanｄsｔoppｅd ｒｅversinｇfｕｎｃｔion，aｐplication miｃroｃontroller collｅcted voｌｔaｇe PID contｒｏl algoｒithm，ａnd tｈen bｙchangiｎｇｔhe PWM ｄuty cycle ｔo achｉｅｖｅｔhｅpurｐose ｏf ｐrecise cｏntrｏlｏｆmｏtoｒｓｐｅeｄ，sｏtｈａt the ｐlaｔe with tｈe pｅｎdulｕm has ｂeｅn swｉnｇｉｎg parallel tｏtｈe ｈorｉｚｏｎｔal plａne.Ｔabｌet ｂａsｅd oｎfree penｄulumｃｏnｔrol syｓｔｅｍｅnａblｅｓsmall objectｓon theｐlate ｉn ｔhe swiｎg pｒoｃess ｗiｌl nｏt fall ofｆ。
韩寒
Ｋey Ｗｏrds: ＡT89C5２，ADSｔeｐper motoｒ，LCD ｓcreeｎ
目录
摘要......................................................................................................... 错误!未定义书签。Abｓtractﻩ错误!未定义书签。 中文自修
矩阵干扰1绪论....................................................................................................... 错误!未定义书签。
1.1 课题背景与意义.......................................................................... 错误!未定义书签。三相全波整流
１．2 课题的内容与要求ﻩ错误!未定义书签。
２系统方案设计....................................................................................... 错误!未定义书签。
2.1 结构框图ﻩ错误!未定义书签。
2．2系统模块选择设计................................................................. 错误!未定义书签。
2．2．１控制器模块............................................................. 错误!未定义书签。
2。2．2 角度转换模块ﻩ错误!未定义书签。
2.2.3 电机模块ﻩ错误!未定义书签。
2．2。4 驱动电机模块ﻩ6
2。２。5 显示模块................................................................... 错误!未定义书签。３理论分析与计算ﻩ错误!未定义书签。
3．1 自由摆平板系统模型建立ﻩ错误!未定义书签。
3.2 自由摆旋转角度与电机旋转角度关系建模与分析ﻩ错误!未定义书签。
3.3 发挥部分建模与设计ﻩ错误!未定义书签。
4 电路与程序设计 (9)
4.１电路设计.................................................................................. 错误!未定义书签。
4。1。1 驱动步进电机模块..................................................... 错误!未定义书签。
4．1.2角度检测模块ﻩ错误!未定义书签。
4.1。3 显示器模块.................................................................... 错误!未定义书签。
4．１．4 系统电路ﻩ错误!未定义书签。
水凝萃
４.2 程序设计ﻩ错误!未定义书签。
4.2.1Ｋeiｌ软件介绍................................................................ 错误!未定义书签。
4.2。２程序设计流程图ﻩ错误!未定义书签。
5Protｕes仿真测试及分析...................................................................... 错误!未定义书签。
５.1Pｒotuｅs软件介绍 (12)
5.2Pｒoｔueｓ仿真测试电路.......................................................... 错误!未定义书签。
黑龙江省人口与计划生育条例5.3 测试数据...................................................................................... 错误!未定义书签。
5。4 测试分析................................................................................... 错误!未定义书签。结论ﻩ错误!未定义书签。
致谢..................................................................................................... 错误!未定义书签。
参考文献..................................................................................................... 错误!未定义书签。１绪论
1．1 课题背景与意义
单片微型计算机简称单片机，常用英文字母的缩写MCU，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。
由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPＵ的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
ＩNTＥL的８080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是4位或８位的。其中最成功的是ＩＮTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS5１系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过３00M的高端单片机，直到现在基于805１的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
现代人类生活中所几乎所有每件电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电
器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。汽车上一般配备几十种片单片机，复杂的工业控制系统上能使数百片单片机同时工作!单片机的数量不但远超过PC机和其他计算机的总和，甚至比地球总人数还多.
基于自由摆的平板控制系统设计有利于熟悉单片机原理和掌握Ｃ语言编程，增强动手能力。
1．2 课题的内容与要求
设计并制作一个自由摆上的平板系统，其结构如图1。1所示.摆杆的一端通过转轴固定在一支架上，另一端固定安装一台电机，平板固在电机转轴上；当摆杆如图1。2所示摆动时，驱动电机可以控制平板转动。用手推动摆杆至一个角度θ(θ在45度到60度间），调整平板角度，在平板中心稳定叠放8枚1元硬币，启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆杆摆动过程中，要求控制平板状态使硬币在摆杆运动中不从平板上滑落，并保持叠放状态。并且在平板上固定一激光笔，光斑照射在距摆杆１50ｃm距离处垂直放置的靶子上。摆杆垂直静止且平板处于水平时，调节靶子高度，使光斑照射在靶纸的某一条线上，标识此线为中心线。系统启动后，在15秒钟内控制平板尽量使激光笔照射在中心线上。
图1．１自由摆结构
图１。２自由摆摆动示意图
2 系统方案设计
本课题要求设计并制作一个自由摆上的平板控制系统，能实现在自由摆摆动过程中平板自由旋转，以及在自由摆摆动过程中平摆上放置硬币使硬币不滑落.发挥部分要求实现用手推动摆杆至一个角度θ(θ在３0度到60度间)，系统启动后，系统应在1５秒钟内控制平板尽量使平板上的激光笔照射在设定的中心线上［1］。
2．1 结构框图
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