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宜宾职业技术学院 毕业论文（设计） 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 卢 学 华 学 号 201415834 指 导 教 师 张 强 2016年 10月 10 日 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;角度传感器;12864液晶显示屏。 Abstract To enable the ball to stay in the u-rail as required to scroll and, in order to ensure speed, this design uses minimum system board 2 Ti MSP430 MCU core, as controlling the distance ultrasonic distance sensor test ball rolling, the other direction of step motor controlled by a scroll to control the ball and the angle sensor. 12864 LCD display, accurate ball current distance and work patterns. The design perfect, strong adaptability, rapid response, and tested to meet subject requirements. Key words；MSP430;ultrasonic distance sensors;stepper motor;Angle sensor;LCD display。 目 录1 引言 1 2 系统方案设计 2 2.1 设计要求 2 2.2 实现方法 2 2.3 单片机选型 2 2.4 电源设计方案 3 2.5 电机动力模块的选择 3 2.6 距离检测模块的选择 4 2.7 报警模块 4 2.8 显示模块 5 3 硬件设计 6 3.1 小球滚动控制系统的设计 6 3.2 总体设计思路及核心控制单元的基本控制原理 6 3.3 电源降压模块的分析与设计 7 3.4 步进电机原理分析及硬件电路设计 7 3.4.1 步距角和步距误差 7 3.4.2 步进电机的计算与分析 8 3.5 步进电机驱动的分析及电路设计 8 3.5.1 STK672-040 步进电机驱动的分析 8 3.5.2 STK672-040 步进电机驱动的电路设计 9 4 理论分析 11 4.1 部分电路图 11 4.2 原理分析 12 4.3 PID计算方法 14 5 系统调试及测试结果 15 5.1 调试方法 15 5.2 调试结果 15 5.3 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 1 引言 小球滚动控制系统设计在2015年参加全国大学生“TI”杯电子设计竞赛，荣获四川赛区“三等奖”，作品由卢学华、郑业文、陈泓宇设计制作，其中本人主要负责电气硬件部分的设计。 2 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。 在本系统中的电源主要考虑以下方案方案一：电源。电源的效率高，适应