二維云臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真.doc

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1、 武漢紡織大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 課題名稱(chēng)： 二維云臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 完成期限：2011年 月 日至2011年 月 日 院系名稱(chēng) 高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 指導(dǎo)教師 劉祥燕 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)電一體化091班 指導(dǎo)教師職稱(chēng) 講師 學(xué)生姓名 胡廷艦 學(xué)號(hào)：0911282049 院系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)簽字 摘 要 安全監(jiān)控是隨著人們生活生產(chǎn)需求

2、應(yīng)運(yùn)而生的一項(xiàng)安全技術(shù)，安防系統(tǒng)由前端、傳輸、信息處理/控制/顯示/通信三大單元組成。云臺(tái)系統(tǒng)作為前端轉(zhuǎn)動(dòng)控制部件，在整個(gè)系統(tǒng)中起到非常重要的作用。 云臺(tái)分為固定云臺(tái)和電動(dòng)云臺(tái)，固定云臺(tái)適用于監(jiān)視范圍不大的情況，在固定云臺(tái)上安裝好攝像機(jī)后可調(diào)整攝像機(jī)的水平和俯仰的角度，達(dá)到最好的工作姿態(tài)后只要鎖定調(diào)整機(jī)構(gòu)就可以了。電動(dòng)云臺(tái)適用于對(duì)大范圍進(jìn)行掃描監(jiān)視，它可以擴(kuò)大攝像機(jī)的監(jiān)視范圍。目前這兩類(lèi)云臺(tái)廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)所，固定云臺(tái)適用于小范圍的監(jiān)視；電動(dòng)云臺(tái)適用于對(duì)大范圍進(jìn)行掃描監(jiān)視，它可以擴(kuò)大攝像機(jī)的監(jiān)視范圍。電動(dòng)云臺(tái)是由兩臺(tái)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)接受來(lái)自控制器的信號(hào)精確地運(yùn)行定位。在控制信號(hào)的作用

3、下，云臺(tái)上的攝像機(jī)既可自動(dòng)掃描監(jiān)視區(qū)域，也可在監(jiān)控中心值班人員的操縱下跟蹤監(jiān)視對(duì)象。步進(jìn)電機(jī)作為云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)器件，它的工作可靠性直接影響了云臺(tái)的質(zhì)量。 此次我們?cè)O(shè)計(jì)的是一個(gè)基于AT89S52單片機(jī)的云臺(tái)控制裝置。本裝置能自動(dòng)或手動(dòng)的進(jìn)行上下移動(dòng)和水平轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)角度或高度超過(guò)預(yù)先設(shè)定的限位時(shí)，云臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行聲光報(bào)警，并且能自動(dòng)的對(duì)某一范圍內(nèi)的光源進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位，當(dāng)超過(guò)預(yù)設(shè)范圍時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。其中通過(guò)鍵盤(pán)按鍵實(shí)現(xiàn)云臺(tái)自動(dòng)和手動(dòng)控制的切換，用LM297和LM298集成芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，采用L7805CV和L7812CV芯片作為三端集成線性穩(wěn)壓電源，用LCD液晶顯示屏精確的顯示云臺(tái)當(dāng)前的位置

4、。 關(guān)鍵詞：云臺(tái)控制; AT89S52單片機(jī); LCD液晶屏; 步進(jìn)電機(jī); 定位 ABSTRACT Summary security monitoring is as people live production needs have emerged as a security technology, security system consists of a front-end information processing/display/control/communications, transmission, composed of three

5、units. Pan/Tilt systems as a front end turning control part, played an important role throughout the system. PTZ is divided into fixed dome and electric cloud, fixed dome apply for monitoring small, fixed cloud platform installed cameras after a good level and pitch angle of the camera can be adju

6、sted, to achieve the best attitude adjustment as long as the lock after agencies working on it. Electric head scan monitor applies to a wide range, it can expand the cameras monitor range. Currently these two types of cloud platform widely used in various places, fixed dome apply to small-scale moni

7、toring; electrical head scan monitor applies to a wide range, it can expand the cameras monitor range. Electric head is implemented by the two force motor, motor accepts signals from the controller to run precise positioning. Under the action of control signals, cloud on the camera can automatically

8、 scan monitoring area, also available at the control centre duty officer manipulated by tracking and monitoring of objects. As head of stepping motor rotation device, reliability of its work directly affects the quality of pan/tilt. This we will design a PTZ control device based on AT89S52 microco

9、ntroller. The appliance can automatically or manually moved up and down and horizontal rotation. When the angle or height exceeds a predetermined limit position, head stop and sound and light alarm, and automatically track on a range of light sources, for accurate positioning when you exceed a prese

10、t range, auto alarm. Through the keyboard pressed key realization of automatic and manual control for pan/tilt switch, LM297 and LM298 integrated chip driving stepping motor, use L7805CV and L7812CV chips as a three-Terminal integrated linear regulated power supply, LCD liquid crystal display precis

11、e PTZ current location is displayed. Key words: pan/tilt control; AT89S52 microcontroller and LCD flat panel screens; stepper motor; positioning 目 錄 1 緒論 3 1.1 3 1.2 4 1.3 5 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)的提出和主要研究?jī)?nèi)容 6 2 振動(dòng)下料機(jī)的工作原理及基本結(jié)構(gòu) 6 3 8 3.1 8 3.2 8 3.3 9 3.3.1 9 3.3.2 10 3.4 11 3.4.1 11 3.4.2 12

12、 3.4.3 12 4 16 5 19 5.1 19 5.2 20 5.2.1 20 5.2.2 21 5.2.3 21 5.2.4 22 5.2.5 23 5.2.6 23 6 23 6.1 23 6.2 25 7 25 7.1 25 7.2 27 8 總結(jié)展望 29 參考文獻(xiàn) 30 附 錄 32 外文資料 35 中文翻譯 49 致 謝 62 緒 論 安全監(jiān)控是隨著人們生活生產(chǎn)需求應(yīng)運(yùn)而生的一項(xiàng)安全技術(shù)，安防系統(tǒng)由前端、傳輸、信息處理/控制/顯示/通信三大單元組成。云臺(tái)系統(tǒng)作為前端轉(zhuǎn)動(dòng)控制部件，在

13、整個(gè)系統(tǒng)中起到非常重要的作用。 攝像機(jī)云臺(tái)是一種安裝在攝像機(jī)支撐物上的工作平臺(tái)，用于攝像機(jī)與支撐物之間的連接，同時(shí)它具有水平和垂直運(yùn)動(dòng)的功能，在云臺(tái)水平、垂直運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，它也帶動(dòng)攝像機(jī)做相同的運(yùn)動(dòng)，這樣就可以通過(guò)控制云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，它與攝像機(jī)配套使用能達(dá)到擴(kuò)大監(jiān)視范圍的目的，提高了攝像機(jī)的使用價(jià)值。云臺(tái)分為固定云臺(tái)和電動(dòng)云臺(tái)，固定云臺(tái)適用于監(jiān)視范圍不大的情況，在固定云臺(tái)上安裝好攝像機(jī)后可調(diào)整攝像機(jī)的水平和俯仰的角度，達(dá)到最好的工作姿態(tài)后只要鎖定調(diào)整機(jī)構(gòu)就可以了。電動(dòng)云臺(tái)適用于對(duì)大范圍進(jìn)行掃描監(jiān)視，它可以擴(kuò)大攝像機(jī)的監(jiān)視范圍。目前這兩類(lèi)云臺(tái)廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)所，固定云臺(tái)適用于小范圍

14、的監(jiān)視；電動(dòng)云臺(tái)適用于對(duì)大范圍進(jìn)行掃描監(jiān)視，它可以擴(kuò)大攝像機(jī)的監(jiān)視范圍。電動(dòng)云臺(tái)是由兩臺(tái)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)接受來(lái)自控制器的信號(hào)精確地運(yùn)行定位。在控制信號(hào)的作用下，云臺(tái)上的攝像機(jī)既可自動(dòng)掃描監(jiān)視區(qū)域，也可在監(jiān)控中心值班人員的操縱下跟蹤監(jiān)視對(duì)象。步進(jìn)電機(jī)作為云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)器件，它的工作可靠性直接影響了云臺(tái)的質(zhì)量。 目前國(guó)內(nèi)外的云天控制技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，它給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的便利，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全提供了相當(dāng)大的保障。云臺(tái)系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用到了生活的幾乎每一個(gè)場(chǎng)所，當(dāng)需要對(duì)某個(gè)地方進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，就可以很方便的運(yùn)用其代替人力，很大程度上降低了人力資源，并且還可以根據(jù)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這

15、一點(diǎn)在生活中是及其有利的，它很大程度上節(jié)約了時(shí)間。目前市面上所生產(chǎn)的云臺(tái)控制器，大都采用一體化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法具有密封性能好、集成度高便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。 1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的 在實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線直播、公安、教育等許多領(lǐng)域都需要用到計(jì)算機(jī)控制云臺(tái)動(dòng)作及攝像機(jī)鏡頭的焦距、景深、光圈。云臺(tái)是一種設(shè)備，專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)控時(shí)調(diào)整攝像頭位置。攝像頭安裝于云臺(tái)之上，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源，就可實(shí)現(xiàn)攝像頭在垂直方向進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)、水平方向進(jìn)行擺動(dòng)，從而調(diào)整監(jiān)視位置。云臺(tái)鏡頭控制系統(tǒng)除了控制攝像頭的俯仰和水平運(yùn)動(dòng)控制外，通常還要控制電子鏡頭（安裝于攝像頭前端、電機(jī)控制的光學(xué)鏡頭）的聚焦、光圈和變倍等，以便調(diào)整視野范圍和清晰度。能

16、夠很好的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和精確定位。 本次設(shè)計(jì)注重對(duì)單片機(jī)工作原理以及鍵盤(pán)控制及顯示原理的理解和應(yīng)用，以便今后自己在單片機(jī)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)，提高自己的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，豐富自己的理論知識(shí)，做到理論和實(shí)踐相結(jié)合。本次設(shè)計(jì)的重要意義還在于對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)做更進(jìn)一步的了解，同時(shí)還對(duì)單片機(jī)的接口技術(shù)，中斷技術(shù)，存儲(chǔ)方式和控制方式作更深層次的了解。此次設(shè)計(jì)更進(jìn)一步了解基本電路的設(shè)計(jì)流程，提高自己的設(shè)計(jì)理念，豐富自己的理論知識(shí)，鞏固所學(xué)知識(shí)，使自己的動(dòng)手動(dòng)腦能力有更進(jìn)一步提高，為自己今后的學(xué)習(xí)和工作打好基礎(chǔ)，為自己的專(zhuān)業(yè)技能打好基礎(chǔ)。 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 本次所設(shè)計(jì)

17、的云臺(tái)控制系統(tǒng)，在一定范圍內(nèi)，能完成垂直方向的移動(dòng)和水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤和精確定位。本設(shè)計(jì)中我們用at89s52單片機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)鍵盤(pán)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)云臺(tái)控制，使其做垂直方向的上下移動(dòng)60cm和水平方向的左右轉(zhuǎn)動(dòng)60度；通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)云臺(tái)自動(dòng)和手動(dòng)控制的切換，當(dāng)切換到自動(dòng)檔時(shí)，能使云臺(tái)自動(dòng)跟蹤某一可見(jiàn)光源（40W燈泡），用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。根據(jù)設(shè)計(jì)的思想，所畫(huà)的系統(tǒng)總體框圖如下所示： 圖一 系統(tǒng)整體框圖 主控芯片為AT89S52，采用4*4鍵盤(pán)，其上不同的按鍵代表不同的功能；采用紅外進(jìn)行光源檢測(cè)，采用LCD液晶顯示屏進(jìn)行顯示，用LM297和LM298集成芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)

18、，采用L7805CV和L7812CV芯片作為三端集成線性穩(wěn)壓電源。 該云臺(tái)有兩個(gè)電機(jī)（一大一?。?，分別負(fù)責(zé)云臺(tái)的上下和左右方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。其工作電壓的不同也決定了該云臺(tái)的整體工作電壓，我們使用了直流5V和直流12V。當(dāng)進(jìn)行上、下動(dòng)作時(shí)，大的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)滑輪帶動(dòng)云臺(tái)垂直動(dòng)作；當(dāng)進(jìn)行左、右動(dòng)作時(shí)，小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)云臺(tái)底部滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 （一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的提出 本設(shè)計(jì)是基于AT89S52單片機(jī)的鍵盤(pán)控制及顯示電路設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能上看，系統(tǒng)可分為四大部分，即數(shù)字顯示部分、控制移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)部分、電源部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，對(duì)于每一個(gè)部分都有不同的設(shè)計(jì)方案，起初我們組擬訂了下面兩

19、種方案： 1.數(shù)字顯示部分 (1) 采用LED 數(shù)碼管顯示，利用多個(gè)數(shù)碼管來(lái)顯示數(shù)字。 （2）LCD液晶屏顯示。 2.控制移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)部分 （1）用按鍵控制動(dòng)作。 （2）用4*4鍵盤(pán)控制動(dòng)作。 3．電源部分： (1)購(gòu)買(mǎi)開(kāi)關(guān)電源。 （2）自制電源。 4.電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分 （1）用交流電機(jī)。 （2）用直流步進(jìn)電機(jī)，采用集成芯片LM298與LM297組成驅(qū)動(dòng)電路。 （二） 方案比較及確定 （1）若用LED數(shù)碼管顯示，LED數(shù)碼管亮度高、小巧輕便，但是電路復(fù)雜，顯示信息量較小；LCD的優(yōu)點(diǎn)是：工作電流較小、功耗很低，而且可以清晰顯示大量信息，趣味性強(qiáng)。所以選用LCD液晶顯示。

20、 (2)對(duì)于控制移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)部分用第一種方案實(shí)現(xiàn)原理太簡(jiǎn)單，用第二種方案使用鍵盤(pán)控制，易于控制，操作簡(jiǎn)單、方便，故選用第二種方案。 （3）購(gòu)買(mǎi)的開(kāi)關(guān)電源帶負(fù)載的能力比較好，比較穩(wěn)定，但是為了提升自己的動(dòng)手能力，我們選擇自己焊接所需的電路。 （4）若用交流電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度固定，一般為水平轉(zhuǎn)動(dòng)速度為4/秒～6/秒，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)速度為3/秒～6/秒。其缺點(diǎn)是無(wú)法大電流驅(qū)動(dòng).降低了工作效率且不容易實(shí)現(xiàn)。若選用集成芯片LM298驅(qū)動(dòng)直流步進(jìn)電機(jī)，具有轉(zhuǎn)速高、可變速的優(yōu)點(diǎn)，十分適合需要快速捕捉目標(biāo)的場(chǎng)合。其水平最高轉(zhuǎn)速可達(dá)40～50/秒，垂直可達(dá)10～24/秒。這種電路通過(guò)芯片產(chǎn)生正反向電壓.用于控制云臺(tái)的運(yùn)

21、行方向開(kāi)啟，運(yùn)行.實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制.從而保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制：開(kāi)關(guān)速度很快.穩(wěn)定性極強(qiáng).效率也非常高?；谏鲜隹紤].我們擬選用方案二。 1.4創(chuàng)新性、實(shí)用性、可行性 本裝置的研制是在控制領(lǐng)域的新應(yīng)用，該云臺(tái)控制裝置，不僅能自動(dòng)或手動(dòng)的進(jìn)行上下移動(dòng)和水平轉(zhuǎn)動(dòng)，而且能夠?qū)Ω叨群徒嵌冗M(jìn)行任意的設(shè)置，而且能對(duì)某些信號(hào)進(jìn)行跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的定位，并且當(dāng)超過(guò)預(yù)設(shè)范圍時(shí)還具有自動(dòng)報(bào)警的功能。本裝置采用LCD液晶進(jìn)行顯示，顯示的內(nèi)容豐富。 本裝置有很好的固定裝置而且價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)單靈活。無(wú)論是用于實(shí)時(shí)監(jiān)控，還是電視臺(tái)的在線直播，該云臺(tái)控制裝置都是不錯(cuò)的選擇。該系統(tǒng)的

22、設(shè)計(jì)很好的滿(mǎn)足了各行業(yè)的需求，是一個(gè)理想的智能化的設(shè)計(jì)，還能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行跟蹤，功能較多，造價(jià)低，應(yīng)用非常廣泛。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為人們提供了方便，同時(shí)又?jǐn)U大了單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。 我們利用電機(jī)拖動(dòng)和數(shù)字電路的知識(shí)設(shè)計(jì)了云臺(tái)控制裝置，該控制裝置的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，采用AT89S52單片機(jī)芯片作為中央處理芯片，用LM297和LM298集成芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，采用L7805CV和L7812CV芯片作為三端集成線性穩(wěn)壓電源，采用LCD進(jìn)行顯示。從理論技術(shù)上來(lái)看，本系統(tǒng)具有可行性。 44 第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，本系統(tǒng)分為五個(gè)模塊：穩(wěn)壓模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤(pán)模塊、顯示模塊和控制模塊

23、。分別將各單元模塊功能介紹如下： 2.2.1穩(wěn)壓模塊 穩(wěn)壓電源模塊我們采用三端集成線性穩(wěn)壓集成塊：L7805CV和L7812CV芯片。 本設(shè)計(jì)中我們所需的5V電源使用L7805CV芯片完成。因?yàn)樗耐鈬娐繁容^簡(jiǎn)單，并且工作比較穩(wěn)定。它的穩(wěn)壓精度為2%，工作電流1.5A，封裝為T(mén)O-220(A)，工作溫度也很不錯(cuò)，并且具有過(guò)溫保護(hù)和短路保護(hù)，最大輸入電壓為35V，能對(duì)電路的長(zhǎng)時(shí)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。 2.2.2驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路一般由兩部

24、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(xiàng)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(jì)中我們采用集成芯片LM298和LM297組成驅(qū)動(dòng)電路，選用集成芯片LM298驅(qū)動(dòng)直流步進(jìn)電機(jī)，是因?yàn)槠渚哂修D(zhuǎn)速高、可變速的優(yōu)點(diǎn)，十分適合需要快速捕捉目標(biāo)的場(chǎng)合。其水平最高轉(zhuǎn)速可達(dá)40～50/秒，垂直可達(dá)10～24/秒。這種電路通過(guò)芯片產(chǎn)生正反向電壓.用于控制云臺(tái)的運(yùn)行方向。實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制.從而保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制。開(kāi)關(guān)速度很快，穩(wěn)定性極強(qiáng)，效率也非常高。該驅(qū)動(dòng)電路既可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)也可驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，原理圖如下所示：

25、 圖二 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，可與單片機(jī)直接連接，對(duì)兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)具有很好的驅(qū)動(dòng)和控制能力。 2.2.3鍵盤(pán)模塊 本系統(tǒng)中，由于按鍵較多，為了減少I(mǎi)/O口的占用，我們采用4*4鍵盤(pán)。 在矩陣式鍵盤(pán)中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口(如P1口)就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤(pán)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(pán)，而直接用端口線則只能多出一鍵(9鍵)。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)是合理的。 右圖為4*4矩陣鍵盤(pán)圖：

26、 4*4矩陣鍵盤(pán)圖 結(jié)合鍵盤(pán)矩陣圖，將各按鍵的功能列表如下： 按鍵編號(hào) 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 上調(diào) = 復(fù)位/停止 ON/C 切換模式 右圖是一個(gè)4*4鍵盤(pán)的接線圖： 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤(pán)顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，上圖中，列線通過(guò)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

27、線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無(wú)鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣， 通過(guò)讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。 通過(guò)鍵盤(pán)模塊，我們可以對(duì)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(bào)警等。 2.2.4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(xiě)，即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過(guò)液晶和彩色過(guò)濾器過(guò)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(shí)導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過(guò)；不通電時(shí)排列混

28、亂，阻止光線通過(guò)。讓液晶如閘門(mén)般地阻隔或讓光線穿透。從技術(shù)上簡(jiǎn)單地說(shuō)，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無(wú)鈉玻璃素材，稱(chēng)為Substrates，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過(guò)這層液晶時(shí)，液晶本身會(huì)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(guò)。大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)復(fù)合物，由長(zhǎng)棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長(zhǎng)軸大致平行。將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開(kāi)槽平面，液晶分子會(huì)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(wú)閃爍，降低視覺(jué)疲勞。在系統(tǒng)中，LCD主要進(jìn)行高度和角度的顯示。 2.2.5 控制模塊 本設(shè)計(jì)的所用的單片機(jī)系統(tǒng)其

29、實(shí)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(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)由AT89C52單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和電源電路組成，如圖4-2所示。 圖4-2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)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(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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

30、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(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)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?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)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(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。下圖即為AT89

31、C52。 圖4-1 AT89C52 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 此云臺(tái)系統(tǒng)可分為手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種模式，手動(dòng)模式主要通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)控制垂直和水平方向移動(dòng)的距離和角度，自動(dòng)模式則是依靠五個(gè)不同方向的接收管來(lái)檢測(cè)和跟蹤光源，各部分程序設(shè)計(jì)如下： 3.1手動(dòng)控制模式 程序流程圖如下： 部分程序： if(Mode==0) { Temp=Key_Scan(); Delay(40000); if(Temp<10) { switch(flag) { case 0: Num=Temp;flag++; break; c

32、ase 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; } } 3.2自動(dòng)控制模式

33、程序流程圖如下： 部分程序： void SearchLight() { switch(DoubleLed) { case 0xfe: SearchLightUp(); break; case 0xfd: SearchLightDown(); break; case 0xfb: SearchLightLeft(); break; case 0xf7: SearchLightRight(); break; case 0xfa: Up_Left(); break; case 0xf6: Up_Right();

34、 break; case 0xf9: Down_Left(); break; case 0xf5: Down_Right(); break; default : Stop(); Display(); break; } } 3.3 程序總流程圖 圖四 系統(tǒng)程序流程圖 3.3 主函數(shù)程序 #include "main.h" void main() { Lcd_Init(); Welcome(); ChooseMode(); while(1) { if(Mode==0) { Temp=Key

35、_Scan(); Delay(40000); if(Temp<10) { switch(flag) { case 0: Num=Temp;flag++; break; case 1: Num=Num*10+Temp; break; } } else { switch(Temp) { case 10: Up(); break; case 11: Down(); break; case 12: Left(); break;

36、 case 13: Right(); break; case 15: Mode=!Mode; break; default : break; } } Display(); } else SearchLight(); } } 5.3 Proteus仿真軟件 Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronice公司開(kāi)發(fā)的EDA工具軟件。從1989年問(wèn)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、

37、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(jì)與仿真平臺(tái)，更是目前世界上最先進(jìn)、最完整的多種型號(hào)微處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)中完成電路原理圖設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、微處理器程序設(shè)計(jì)與仿真、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到形成印制電路板的完整電子設(shè)計(jì)、研發(fā)過(guò)程。 Proteus軟件由ISIS（Intelligent Schematic Input System）和ARES(Advanced Routing and Editing Software）兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款智能電路原理圖輸入系統(tǒng)軟件，可作為電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)；ARES是一款

38、高級(jí)布線編輯軟件，用于制作印制電路板（PCB）。 Proteus電路原理圖設(shè)計(jì)是在ISIS軟件環(huán)境中進(jìn)行繪制，該軟件編輯環(huán)境具有友好的交互式人機(jī)界面，其設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大，使用方便。 圖5-10為本設(shè)計(jì)原理圖，下面介紹用Proteus ISIS原理圖的繪制方法。 圖5-10 單片機(jī)系統(tǒng)控制電路圖 1.新建設(shè)計(jì)文件 首先打開(kāi)ISIS 7 Professional窗口，單擊菜單命令“File”下的“New Design”，彈出如圖5-11所示的圖紙模板選擇窗口。 圖5-11 圖紙模板選擇窗口 橫向圖紙為L(zhǎng)andscape,縱向

39、 圖紙為Portrait，DEFAULT為默認(rèn)模板。本設(shè)計(jì)中選用的“DEFAULT”，選中后再單擊“OK”，則新建了一個(gè)DEFAULT模板。 新建一個(gè)模板后，單擊保存圖標(biāo)進(jìn)行保存。在彈出的對(duì)話框中，選擇保存在C盤(pán)“程序與仿真”目錄下，保存文件名為“l(fā)ijiansheji”。該文件的擴(kuò)展名為.DSN，即該文件名為lijiansheji.DSN。文件保存后在ISIS 7 Professional窗口的標(biāo)題欄上顯示為lijiansheji。 2. 設(shè)定圖紙大小 執(zhí)行菜單命令“System”下“Set Sheet Size”，在彈出的“Sheet Size Configura...”對(duì)話框中選擇

40、“A4”選項(xiàng)，單擊“OK”按鈕，完成圖紙的設(shè)置。 3. 添加元器件 本系統(tǒng)中使用的原件如表5-1所示。 表5-1 本設(shè)計(jì)中使用的原件 單片機(jī)AT89C52 步進(jìn)電機(jī)MOTOR-STEEPER 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003A 虛擬終端 串口 COMPIM 電解電容AUDIO 1U 瓷片電容CAP 30pF 電阻10K 1K 按鈕BUTTON 在器件選擇按鈕中單擊“P”按鈕，或執(zhí)行菜單命令“Library”下“Pick Device/Symbol”，彈出如圖5-12所示的對(duì)話框。在此對(duì)話框中，添加原件的方法有兩種。

41、 圖5-12 “Pick Devices”對(duì)話框 圖5-13 輸入元件名稱(chēng) （1） 在關(guān)鍵字中輸入原件的名稱(chēng)，如AT89C52，則出現(xiàn)與關(guān)鍵字匹配的原件列表，如圖5-13所示，選中并雙擊AT89C52所在行后，單擊“OK”按鈕或按ENTER鍵，便將器件AT89C52加入到ISIS對(duì)象選擇器中。 （2）在原件類(lèi)型列表中選擇元件所屬類(lèi)，然后再元器件子類(lèi)列表中選擇所屬子類(lèi)；同時(shí)，當(dāng)對(duì)元件的制造商有要求時(shí)，在制造商區(qū)域選擇期望的廠商，即可在元件列表區(qū)域得到相應(yīng)的元件。 按照以上方法將元件添

42、加到ISIS對(duì)象選擇器中。 4. 放置、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、刪除對(duì)象 將元件添加到ISIS對(duì)象選擇器中后，在對(duì)象選擇器中，單擊要放置的元件，藍(lán)色條出現(xiàn)在該元件名上，再在原理圖編輯窗口中單擊就放置了一個(gè)元件。也可以在按住鼠標(biāo)左鍵的同時(shí)，移動(dòng)鼠標(biāo)，在合適的位置釋放左鍵，將元件放置在預(yù)定位置。 在原理圖編輯窗口中，若要移動(dòng)元件或連線，應(yīng)先右擊對(duì)象，是元件或連線處于選中狀態(tài)（默認(rèn)為紅色），再按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，元件或連線就跟隨指針移動(dòng)，到達(dá)合適位置時(shí)，松開(kāi)鼠標(biāo)左鍵。 放置元件前，單擊要放置的元件，藍(lán)色條出現(xiàn)在該元件上，單擊方向工具欄上相應(yīng)的轉(zhuǎn)向按鈕可旋轉(zhuǎn)元件，再在原理圖編輯窗口中單擊就放置了一個(gè)已經(jīng)更改

43、方向的元件。若在原理圖編輯窗口中需要更改元件方向，應(yīng)單擊選中該元件再單擊塊旋轉(zhuǎn)圖標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中鍵入旋轉(zhuǎn)的角度也可實(shí)現(xiàn)更改元件方向。 在原理圖編輯窗口中要?jiǎng)h除元件時(shí)，右鍵雙擊該元件就可刪除元件，或者先左擊選中元件，再按下Delete鍵也可刪除。 通過(guò)放置、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、刪除原件后，將各元件放置在原理圖編輯窗口中的合適位置即可。 5. 放置電源、地 單擊工具箱中的“元件終端”圖標(biāo)，在對(duì)象選擇器中單擊“POWER”,使得出現(xiàn)藍(lán)色條，再在原理圖編輯窗口的合適位置單擊鼠標(biāo)就將電源放置在原理圖中。同樣的方法可將地放置在原理圖中。 6.布線 在ISIS原理圖編輯窗口中沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的布線按鈕，但系

44、統(tǒng)默認(rèn)自動(dòng)布線按鈕有效，因此可直接布線。 1） 在兩個(gè)對(duì)象之間連線 將光標(biāo)靠近一個(gè)對(duì)象的引腳末端，該處自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)紅色小方框，單擊左鍵。 2）移動(dòng)畫(huà)線、更改線型 步驟如下： （1）單擊鼠標(biāo)左鍵選中連線，將指針靠近該畫(huà)線，該線出現(xiàn)雙箭頭。 （2）按住左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，該線就跟隨移動(dòng)。 （3）若要同時(shí)移動(dòng)多根線，應(yīng)先框選這下線，再單擊塊移動(dòng)按鈕，拖動(dòng)鼠標(biāo)，在合適位置單擊鼠標(biāo)左鍵，就可改變線條的位置。 7. 設(shè)置、修改元件屬性 在需要修改的元件上右擊鼠標(biāo)，在彈出的菜單中選擇“Edit Properties”或按快捷鍵Ctrl+E，將出現(xiàn)“Edit Pro

45、perties”對(duì)話框，在此對(duì)話框中設(shè)置元件屬性。例如，修改電容為30pF，如圖5-14所示。 圖5-14 設(shè)置元件屬性 根據(jù)以上步驟及方法在原理圖編輯窗口中繪制出如圖3-10所示電路圖。 8. 建立網(wǎng)絡(luò)表 網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)設(shè)計(jì)中有電氣連接的電路，例如在電路中，單片機(jī)的P2.0與ULN2003A的一個(gè)輸入腳連在一起。執(zhí)行菜單命令“Tools”下“Netlist Compiler”，彈出如圖4-15所示的對(duì)話框。在此對(duì)話框中，可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)表的輸出形式、模式、范圍、深度和格式等，這里不進(jìn)行修改，單擊“OK”按鈕以默認(rèn)方式輸出如圖5-16所示內(nèi)容。

46、 圖5-15網(wǎng)絡(luò)表設(shè)置對(duì)話框 圖5-16 輸出網(wǎng)絡(luò)表內(nèi)容 9. 電氣檢測(cè) 畫(huà)完電路并生成網(wǎng)絡(luò)表后，可進(jìn)行電氣檢測(cè)。執(zhí)行菜單命令“Tools”下“Electrical Rule Check”，彈出如圖5-17所示的電氣檢測(cè)窗口。在此窗口中，前面是一些文本信息，接著是電氣檢測(cè)結(jié)果；若有錯(cuò)，會(huì)有詳細(xì)的說(shuō)明。從窗口內(nèi)容中科看出，網(wǎng)絡(luò)表已產(chǎn)生，并且無(wú)電氣錯(cuò)誤。 圖5-17 電氣檢測(cè)窗口 5.4 MSComm控件 Microsoft Communication Control (簡(jiǎn)稱(chēng)MSComm)是Micr

47、osoft 公司提供的簡(jiǎn)化Windows 下的串行通信編程的ActiveX 控件，為應(yīng)用程序提供了串口接收發(fā)送數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。MSComm 控件通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)為應(yīng)用程序提供串行通信功能。MSComm 提供了兩種處理通信問(wèn)題的方法：一是事件驅(qū)動(dòng)法，主要利用OnComm 事件捕獲并處理這些通信時(shí)間，也可以檢查和處理通信錯(cuò)誤；二是詢(xún)法，在這種情況下，每當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行完一個(gè)串口操作后，將查看MSComm 控的CommEvent 屬性以確定執(zhí)行結(jié)果或者檢查某一事件是否發(fā)生。本設(shè)計(jì)中采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)法。 5.4.1 基于VC的MSComm控件串口編程基本步驟 (1)在建立的Workspace

48、中插入MSComm 控件； (2)添加MSComm 控件的ID 的控制變量； (3)對(duì)串口進(jìn)行初始化，設(shè)置MSComm 控件的屬性； (4)添加串口事件消息處理函數(shù)OnComm()函數(shù)，在函數(shù)中編寫(xiě)數(shù)據(jù)處理代碼； （5）編寫(xiě)串口發(fā)送等其它代碼； (6)關(guān)閉串口。 5.4.2 MSComm控件屬性 MSComm 控件的屬性較多，下面簡(jiǎn)單的介紹幾個(gè)比較重要的屬性： 1）CommPort：設(shè)置或返回通信端口號(hào)。 2）Settings：設(shè)置并返回通信參數(shù)，用來(lái)指定數(shù)據(jù)傳輸率(波特率)、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位數(shù)和停止位數(shù)。 3）PortoPen

49、：設(shè)置或返回通信端口的狀態(tài)，屬性為T(mén)rue 時(shí)打開(kāi)端口，F(xiàn)alse 則關(guān)閉端口，并清除接收和傳輸緩沖區(qū)。 4）OutPut：向傳輸緩沖區(qū)寫(xiě)數(shù)據(jù)，可以傳輸文本數(shù)據(jù)和二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 5）InPut：返回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。 6）InputLen：設(shè)置并返回Input 屬性從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)，缺省值是0 表示用Input 讀取接收緩沖區(qū)中全部的容。 7）Rthreshold／Sthreshold： 設(shè)置并返回引發(fā)OnComm 事件中接收／ 發(fā)送的字符數(shù)。 8）OutBufferSize／InBufferSize：設(shè)置或返回傳輸／ 接收緩沖

50、區(qū)大小。 5.5 Visual C++軟件 1.建立一個(gè)基于對(duì)話框的MFC程序命名為MCUPC，設(shè)置好保存路徑。如圖5-18。 MFC程序 程序名字 圖5-18 創(chuàng)建新的應(yīng)用程序界面 點(diǎn)擊OK，其它選為默認(rèn)即可。 2.進(jìn)入對(duì)話框設(shè)計(jì)頁(yè)面，利用STATIC, BUTTON，圖像控件設(shè)計(jì)軟件界如圖5-19所示： 圖5-19 控制界面 3.添加串口通信控件，過(guò)程如下： 菜單Project-----Add to Project----Conponent

51、s and Controls ----Microsoft Communications Control, version 6.0.如圖5-20所示： 圖5-20 控制界面 命名控件ID：IDC_MSCOMM1。為其添加對(duì)應(yīng)的對(duì)象命名為：m_mscomm。在其屬性設(shè)置如下，如圖5-21所示。 圖5-21 屬性設(shè)置對(duì)話框 雙擊“打開(kāi)串口”按鈕，添加函數(shù)，OnBtnopen()，添加代碼實(shí)現(xiàn)串口的初始化，程序如下： m_mscomm.SetCommPort(2);//設(shè)置

52、通信串口為COM2 m_mscomm.SetRThreshold(1);// 接收緩沖區(qū)有1個(gè)及1個(gè)以上字符時(shí)，將引發(fā)接收數(shù)據(jù)的//OnComm事件 m_mscomm.SetPortOpen(TRUE);//打開(kāi)串口 雙擊“關(guān)閉串口”添加函數(shù)，OnBtnclose ()，添加關(guān)閉串的代碼： m_mscomm.SetPortOpen(FALSE); 5，分別為“向上”“向下”“向左”“向右”，添加單擊響應(yīng)事件函數(shù)：OnBtnup()，OnBtndown() OnBtnleft()，OnBtnright()添加代碼如下： void CMCUPCDlg::OnBtnup() //向上

53、{ CString a; a=A; m_mscomm.SetOutput((COleVariant)a);// 向串口發(fā)送“A” } void CMCUPCDlg::OnBtndown() { CString a; a="B"; m_mscomm.SetOutput((COleVariant)a); //向串口發(fā)送“B” } void CMCUPCDlg::OnBtnleft() { CString a; a=C; m_mscomm.SetOutput((COleVariant)a); //向串口發(fā)送“C” } void CMCUPCDl

54、g::OnBtnright() { CString a; a=D; m_mscomm.SetOutput((COleVariant)a); //向串口發(fā)送“D” } void CMCUPCDlg::OnBtnauto()/向串口發(fā)送“Z” { CString a; a="Z"; m_mscomm.SetOutput((COleVariant)a); } 6.添加以上代碼后，編譯，運(yùn)行，即可仿真。 第6章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 6.1 系統(tǒng)流程 整個(gè)云臺(tái)控制系統(tǒng)分為初始化，鍵盤(pán)掃描，串口中斷，延時(shí)程序和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)五部分。主函數(shù)通過(guò)調(diào)用各子程序來(lái)

55、實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)掃描，串口中斷程序的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主程圖如圖6-1所示，中斷子程序流程圖如圖6-2所示。 圖6-1 系統(tǒng)主流程圖 圖6-2 中斷子程序流程圖 6.2 初始化模塊 所謂初始化就是在應(yīng)用系統(tǒng)中，需要對(duì)軟件進(jìn)行初始化設(shè)置，以能夠滿(mǎn)足該系統(tǒng)的正常工作。在本系統(tǒng)中，如果沒(méi)有初始化，則該系統(tǒng)無(wú)法正常工作。 本系統(tǒng)中初始化程序包括兩部分，一部分是定時(shí)器初始化，另一部分是串口初始化。而這些都是通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的特殊功能寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)中定時(shí)器初始化包括定時(shí)/計(jì)數(shù)器選擇、定時(shí)/技術(shù)器工作方式、計(jì)數(shù)器

56、裝初值、打開(kāi)定時(shí)器；串口初始化包括串口工作方式設(shè)置、打開(kāi)串口、開(kāi)總中斷。和定時(shí)/計(jì)數(shù)器有關(guān)的特殊功能寄存器有TOMD、TCON，和串口相關(guān)的特殊功能寄存器有SCON、PCON。前面已經(jīng)介紹了特殊功能寄存器，這里不再贅述。串口工作方式1的波特率由定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1、T2的溢出速率和SMOD共同確定，計(jì)算公式為波特率=（/32）(TI溢出率)，TI溢出率=fosc/{12[256—（TH1）]},本系統(tǒng)波特率為9600bit/s，晶振頻率為11.0592MHz，串口選擇工作方式為1，所以初值等于0xfa。 定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始化編程步驟： 1） 根據(jù)定時(shí)時(shí)間要求或計(jì)數(shù)要求計(jì)算初值； 2） 工作方式

57、控制字送TMOD; 3） 送計(jì)數(shù)初值到THx和TLx寄存器中； 4） 啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，即將TRx置位。 6.3 鍵盤(pán)模塊 綜合考慮，本設(shè)計(jì)單片機(jī)I/O資源比較豐裕，所以采用了獨(dú)立式鍵盤(pán)。獨(dú)立式鍵盤(pán)的每一個(gè)按鈕直接控制單片機(jī)的P0相連接，當(dāng)其中有一個(gè)按鈕被按下時(shí)，PO口的相應(yīng)位就被置為高電平，沒(méi)有按下則為低電平。所以單片機(jī)只需要識(shí)別PO的值就可以做出相應(yīng)的動(dòng)作。 6.4 延時(shí)模塊 通過(guò)用C語(yǔ)言寫(xiě)一段循環(huán)程序，來(lái)占用CPU一段時(shí)間從而達(dá)到延時(shí)的目的。在該系統(tǒng)中，延時(shí)程序有至關(guān)重要的作用，一是作為普通的延時(shí)程序，而是產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的工作所需脈沖頻率，延時(shí)的多少?zèng)Q定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，

58、在本系統(tǒng)中，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)]有做過(guò)多要求，所以采用了for循環(huán)語(yǔ)句構(gòu)成的比較簡(jiǎn)單的延時(shí)程序，如果對(duì)延時(shí)時(shí)間、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速有要求的系統(tǒng)中，則可以使用定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)器的精度相當(dāng)高。下面是采用普通延時(shí)的程序源代碼： void delay(uint z)//延時(shí) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } 6.5 串口中斷模塊 在本系統(tǒng)中，單片機(jī)通過(guò)串口向單片機(jī)發(fā)送遠(yuǎn)距離控制信號(hào)，一旦PC機(jī)發(fā)送控制信號(hào)后，單片機(jī)接受到信息產(chǎn)生中斷，通過(guò)中斷服務(wù)程序去控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。由于串口中斷具有優(yōu)先級(jí)別高的特點(diǎn)，所以不需要

59、擔(dān)心鍵盤(pán)和串口信息發(fā)生沖突。 6.6 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作模塊 在本系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式選用的是單、雙8拍運(yùn)行方式，即按A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A或者相反順序通電的。單片機(jī)的P2的低四位分別連接的是控制云臺(tái)豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的A、B、C、D四相，高四位則分別接的是控制云臺(tái)水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)的A、B、C、D四相。在編程中，將步進(jìn)電機(jī)通電相的正序、反序分別放在兩個(gè)數(shù)組中，在電機(jī)動(dòng)作模塊中使用不同的數(shù)組，就能達(dá)到控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，它們分別為moveup[]、movedown[]、movelefe[]、moveright[]。另外為了還在本次系統(tǒng)只還設(shè)置了自動(dòng)運(yùn)行方式，這種方式是通

60、過(guò)循環(huán)調(diào)用moveup[]、movedown[]、movelefe[]和moveright[]函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行的。 第7章 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行 仿真是一項(xiàng)非常有效的檢測(cè)設(shè)計(jì)工作是否達(dá)到預(yù)期的結(jié)果方法，而且非常具有實(shí)際意義。一項(xiàng)新的系統(tǒng)不經(jīng)過(guò)調(diào)試仿真就直接進(jìn)入實(shí)用，這樣是非常不科學(xué)的，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)里，所以一項(xiàng)新的設(shè)計(jì)只有在經(jīng)過(guò)了仿真的考驗(yàn)才能真正的得到實(shí)際應(yīng)用。仿真就是一個(gè)完成目標(biāo)模型的建立過(guò)程，對(duì)于本次設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)仿真所要完成的工作有：搭建虛擬串口、Keil軟件中程序的編譯并生成HEX文件、Proteus仿真軟件電路模型的建立。 7.1 虛擬串口 首先安裝好SerialNull虛擬串口軟件和串

61、口調(diào)試助手SComAssistant V2.1，分別對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。打開(kāi)SerialNull虛擬串口軟件，進(jìn)入主界面，如圖7-1所示。 圖7-1 SerialNull界面 添加虛擬端口，一般電腦最多為兩個(gè)串行口，這里我們選擇端口一為COM2和端口二為COM3，點(diǎn)擊添加端口就添加了這兩個(gè)串口，在虛擬端口下就會(huì)看到有兩個(gè)串口。這樣我們就完成里串口的設(shè)置，可以把此軟件關(guān)閉，這兩個(gè)端口將會(huì)一直存在于你的電腦中，下次直接使用就可以了。 7.2 Keil軟件程序編譯 前面已經(jīng)介紹了Keil軟件的使用方法，這里不再陳述。現(xiàn)在我們要做的是源程序代碼的編譯，最終目的是生成HEX文件。操作步驟如下：

62、（1） 啟動(dòng)uVision2，創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目文件，文件名為lijian，并從器件庫(kù)中選擇1款合適的CPU，我選擇的是AT89C52。 （2） 創(chuàng)建一個(gè)新的源程序文件，文件名為lijian.C，并把這個(gè)源文件添加到項(xiàng)目中。 （3） 為該單片機(jī)添加或配置啟動(dòng)程序代碼，代碼如附錄所示。 （4） 設(shè)置工具選項(xiàng)，使之合適目標(biāo)硬件。 （5） 編譯項(xiàng)目并創(chuàng)造一個(gè)可供PROM編程的.HEX文件。 完成以上步驟我們就完成了源程序代碼生成.HEX文件的任務(wù)。 7.3 Proteus仿真 同樣前面已經(jīng)介紹了Proteus ISIS軟件的使用方法，這里不再多說(shuō)?，F(xiàn)在要做的是將系統(tǒng)電路圖繪制在Proteus

63、 ISIS編輯窗口中，添加完成相應(yīng)的設(shè)置并添加由Keil軟件生成的.HEX文件。主要介紹Proteus仿真軟件的設(shè)置。 在Proteus ISIS編輯窗口中，單擊鼠標(biāo)右鍵將AT89C52單片機(jī)選中并單擊鼠標(biāo)左鍵，彈出“Edit Component”對(duì)話框，如下圖7-2所示。在此對(duì)話框的“Clock Frequency”欄中設(shè)置單片機(jī)的晶振頻率為11.0592MHz，在“Program File”欄中單擊圖標(biāo)，選擇先前用Keil uVision2生成的“l(fā)ijian.HEX”文件。在Proteus ISIS菜單欄中單擊保存圖標(biāo)，保存設(shè)計(jì)，生成“l(fā)ijian.DSN”文件。 圖7-2 “E

64、dit Component”對(duì)話框 在Proteus ISIS編輯窗口中單擊，則會(huì)彈出虛擬終端virtual terminal顯示框，它的作用主要是顯示PC通過(guò)串口發(fā)送的信息。下面我們?cè)侔延肰C編寫(xiě)的PC控制界面打開(kāi)，如圖7-3所示。首先點(diǎn)擊打開(kāi)串口，再執(zhí)行相應(yīng)的操作。 圖7-3 PC控制界面 第8章 結(jié)束語(yǔ) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次比較完整的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，各種元器件的選用，各種設(shè)備的適用標(biāo)準(zhǔn)，各種軟件的使用方式，信息遠(yuǎn)距離傳輸，抗干擾能力強(qiáng)等問(wèn)題，隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和

65、實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程項(xiàng)目問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖仿真等其他專(zhuān)業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了極大的鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。 本文構(gòu)建了一個(gè)完整的基于單片機(jī)的云臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。分析云臺(tái)控制系統(tǒng)的具體實(shí)際要求，提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要分為單片機(jī)外圍，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，RS485總線這三部分。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，了解步進(jìn)電機(jī)的控制原理后，我解決了電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器件；RS485總線設(shè)計(jì)中，經(jīng)上網(wǎng)查找相關(guān)

66、資料，提出了RS485/RS232電平轉(zhuǎn)換解決方案及接口電路相關(guān)問(wèn)題的解決方案。經(jīng)過(guò)軟件調(diào)試仿真，本系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)鍵盤(pán)按鈕控制云臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，而且還可以通過(guò)PC遠(yuǎn)距離控制云臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，完成了本設(shè)計(jì)的最終任務(wù)，得到了預(yù)期的結(jié)果。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也遇到了許多問(wèn)題，程序的編寫(xiě)、調(diào)試工作，經(jīng)過(guò)一次一次程序的修改、一次一次的編譯、一次次的嘗試，不斷在錯(cuò)誤中進(jìn)步，最終完成了程序的編譯。經(jīng)過(guò)程序代碼的編寫(xiě)及成功仿真，我對(duì)其有了一定的了解，對(duì)其中的某些錯(cuò)誤有了一定的反應(yīng)能力。 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文是在陳昌忠老師悉心指導(dǎo)下完成的。從接受課題到現(xiàn)在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,衷心的感謝老師給予精心的指導(dǎo)和熱情的幫助,尤其在課題設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段和設(shè)計(jì)階段,老師提出許多寶貴的設(shè)計(jì)意見(jiàn),這樣使得我得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作,在短暫的相處時(shí)間里,老師淵博的知識(shí),敏銳的思路和實(shí)事求是的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象,這將使得我終身受益,謹(jǐn)此向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。 其次，我要特別感謝蘭發(fā)平同學(xué)對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，他為完成這篇論文提供了巨大的幫助。 最后