TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽之簡易風(fēng)洞及控制系統(tǒng)設(shè)計報告G題(高職高專組)

1、2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽簡易風(fēng)洞及控制系統(tǒng)G題（高職高專組）2014.8.13i風(fēng)洞是以人工的方式產(chǎn)生并且控制氣流，用來模擬飛行器或?qū)嶓w 周圍氣體的流動情況，并可量度氣流對實(shí)體的作用效果以及觀察物理 現(xiàn)象的一種管道狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動力實(shí)驗(yàn)最常用、最有效 的工具。本設(shè)計主要通過 MSP43彈片機(jī)控制直流風(fēng)機(jī)完成簡易風(fēng)洞試 驗(yàn)。風(fēng)洞由圓管，連接部與直流風(fēng)機(jī)構(gòu)成，由單片機(jī)產(chǎn)生 PW臟制直 流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過紅外對管陣列采集光強(qiáng)信息檢測小球在圓管中的 位置，同時由12864液晶顯示小球的高度位置及維持狀態(tài)的時間，從而實(shí)現(xiàn)小球在簡易風(fēng)洞中的位置控制。關(guān)鍵詞：MSP430直流風(fēng)機(jī)，紅外對

2、管，風(fēng)洞161 .系統(tǒng)方案4.1.1 主控板模塊的論證與選擇 41.2 測距模塊的論證與選擇 41.3 顯示模塊的論證與選擇 41.4 電機(jī)驅(qū)動模塊的論證與選擇 51.5 電源模塊的論證與選擇 5.2 .電路設(shè)計6.2.1 系統(tǒng)總體框圖6.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)62.2.1 MSP430單片機(jī)介紹 7.2.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計框圖 82.2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計原理圖 82.3 紅外對管陣列測距模塊及其電路 92.3.1 紅外對管工作原理 9.2.3.2 紅外對管陣列電路圖 9.2.4 直流風(fēng)機(jī)模塊及其電路 102.4.1 直流電機(jī)驅(qū)動L298N1.02.4.2 L298N內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電

3、路圖 .102.5 顯示模塊及其電路 .112.5.1 12864液晶顯示介紹1.12.5.2 液晶并行接口說明122.5.3 接口信號說明 122.6 電源模塊及其電路132.6.1 直流穩(wěn)壓電路工作原理 132.6.2 直流穩(wěn)壓電源電路圖 133程序設(shè)計143.1 程序功能描述143.2 程序設(shè)計思路 143.2.1 PWM控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1.43.2.2 PID閉環(huán)調(diào)節(jié) 143. 3程序設(shè)計思路 1.53.3 .1 主程序流程圖 163.4 .2 PWM調(diào)速子程序流程圖 164測試方案與測試結(jié)果1.64.1 測試方案174.2 測試條件與儀器1.74.3 測試結(jié)果及分析 1.74.3.1

4、測試結(jié)果（數(shù)據(jù)）184.3.2 測試分析與結(jié)論 .185設(shè)計總結(jié) 19附錄1:電路原理圖20附錄2:源程序211 .系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由主控板模塊、測距模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、 電源模塊組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。1.1 主控板模塊的論證與選擇方案一：采用TI公司的MSP430F149此款單片機(jī)功耗低，接口 較多，內(nèi)部外設(shè)較多，中斷較多，操作比 51系列單片機(jī)稍微復(fù)雜， 價格稍貴，但是性價比高。方案二：采用ATMA公司的51單片機(jī)，價格低廉，應(yīng)用普遍， 操作簡單，但是外設(shè)端口較少，多適合于初學(xué)者。綜上訴述，選擇功耗低，接口多的 MSP43印片機(jī)。1.2 測距模塊的論證與選擇方案一

5、：超聲波測距，超聲波是一種超出人類聽覺極限的聲波即 其振動頻率高于20kHz的機(jī)械波。超聲波測距的原理是根據(jù)超聲波在 空氣中傳播的反射原理，以超聲波傳感器為檢測部件，應(yīng)用單片機(jī)技 術(shù)和超聲波在空氣中的時間差來測量距離。 超聲波測距儀在工作的時 候就是將電壓和超聲波之間的互相轉(zhuǎn)換，當(dāng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波 時，發(fā)射超聲波的探頭將電壓轉(zhuǎn)化的超聲波發(fā)射出去，當(dāng)接收超聲波時，超聲波接收探頭將超聲波轉(zhuǎn)化的電壓回送到單片機(jī)控制芯片，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差，最終計算出超聲波發(fā)生器到障礙物的實(shí)際 距離，完成測距，最后在LED顯示電路中顯示測量的距離。方案二：紅外線測距，利用的是紅外線傳播時的不擴(kuò)散原理，當(dāng) 紅

6、外線從測距儀發(fā)出碰到物體被反射回來被測距儀接收到，再根據(jù)紅 外線從發(fā)出到被接受到的時間及紅外線的傳播速度就可以算出距離。紅外線信號在遇到障礙物其距離的不同則其反射的強(qiáng)度也不同，根據(jù)這個特點(diǎn)從而對障礙物的距離的遠(yuǎn)近進(jìn)行測量的。方案三：紅外對管陣列，通過并排的紅外接收管陣列對物體反射 光的接受與否，搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其 空間位置并對它的運(yùn)動進(jìn)行跟蹤從而達(dá)到測距的目的。綜上，由于超聲波在圓筒中有很大干擾，而且小球是曲面的，對 光線的反射也會造成很大誤差，因此選擇紅外對管陣列來測小球在圓 筒中的高度。1.3 顯示模塊的論證與選擇方案一：采用1602屏做顯示。1602屏幕便宜，

7、使用起來編程也 沒有很多繁瑣的步驟。但是1602的漢字顯示較麻煩及顯示區(qū)域不夠 都是其弊端。1602難以到達(dá)需求的要求。方案二：用12864顯示屏做顯示。12864的顯示為128x6,顯示面 積大，數(shù)字和漢字顯示容易實(shí)現(xiàn)，程序要求不是很高，更加方便。方案三：用彩屏做顯示。彩屏顯示效果好漂亮，但成本高，功耗大，編程設(shè)計相對繁瑣。綜上采用12864做顯示屏。1.4 電機(jī)驅(qū)動模塊的論證與選擇本次設(shè)計的主要目的是控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， 因此電機(jī)驅(qū)動模塊是必 不可少，其方案有以下兩種。方案一：采用大功率晶體管組合電路構(gòu)成驅(qū)動電路， 這種方法結(jié) 構(gòu)簡單，成本低、易實(shí)現(xiàn)，但由于在驅(qū)動電路中采用了大量的晶體管 相互

8、連接，使得電路復(fù)雜、抗干擾能力差、可靠性下降，我們知道在 實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐過程中可靠性是一個非常重要的方面。 因此此中方案 不宜米用。方案二：采用專用的電機(jī)驅(qū)動芯片，例如 L298N、L297N等電 機(jī)驅(qū)動芯片，由于它內(nèi)部已經(jīng)考慮到了電路的抗干擾能力，安全、可 靠行，所以我們在應(yīng)用時只需考慮到芯片的硬件連接、 驅(qū)動能力等問 題就可以了，所以此種方案的電路設(shè)計簡單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性 好。設(shè)計者不需要對硬件電路設(shè)計考慮很多， 可將重點(diǎn)放在算法實(shí)現(xiàn) 和軟件設(shè)計中，大大的提高了工作效率?；谏鲜隼碚摲治龊蛯?shí)際情況，電機(jī)驅(qū)動模塊選用方案二。1.5 電源模塊設(shè)計方案電源是任何系統(tǒng)能否運(yùn)行的能量來源， 無

9、論那種電力系統(tǒng)電源模 塊都是不可或缺的，對于該模塊考慮以下兩種方案。方案一：通過電阻分壓的形式將整流后的電壓分別降為控制芯片 和電機(jī)運(yùn)行所需的電壓，此種方案原理和硬件電路連接都比較簡單， 但對能量的損耗大，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)同一般不宜采用。方案二：通過固定芯片對整流后的電壓進(jìn)行降壓、穩(wěn)壓處理（如 7812、7805等），此種方案可靠性、安全性高，對能源的利用率高， 并且電路簡單容易實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，采用方案二作為系統(tǒng)的供電模塊。2 .電路設(shè)計2.1 系統(tǒng)總體框圖按鍵操作J液晶顯示傳感器檢測電源模塊圖2.1系統(tǒng)總體框圖2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2.1 MSP430單片機(jī)介紹1 .處理能力強(qiáng)M

10、SP430系列單片機(jī)是一個16位的單片機(jī)，采用了精簡指令集（RIS。結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的 操作數(shù)尋址）、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的 寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理 指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。2 .運(yùn)算速度快MSP430系列單片機(jī)能在25MHZ1體的驅(qū)動下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令 周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器 （能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如FFT等）。3 .超低功耗MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾?源電壓和靈活

11、而可控的運(yùn)行時鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8-3.6V 電壓。因而可使其在1MHz的時鐘條件下運(yùn)行時，芯片的電流最低會在165區(qū)A 左右，RAMK持模式下的最低功耗只有0.1止A。其次，獨(dú)特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計。在MSP430系列中有兩個不同的時鐘系 統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL和FLL+）時鐘系統(tǒng)和DCO字振 蕩器時鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€晶體振蕩器（32.768kHz） DT-26 OR DT-384,也可以使用兩個晶體振蕩器。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU 和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān) 閉，從而實(shí)現(xiàn)對總體功耗的控制。由于系

12、統(tǒng)運(yùn)行時開啟的功能模塊不同， 即采用不同的工作模式，芯片 的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（AM和五種低 功耗模式（LPM0LPM4在實(shí)時時鐘模式下，可達(dá)2.5 iA，在RAM保 持模式下，最低可達(dá)0.1叱A 。4 .片內(nèi)資源豐富MSP430系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們 分別是看門狗(WDT、模擬比較器 A定日t器A0 (Timer_A0)、定時 器 A1 (Timer_A1)、定時器 B0 (Timer_B0)、UART SPI、I2C、硬件 乘法器、液晶驅(qū)動器、10位/12位ADC 16位E- A ADC DMA I/O 端口、基本定時器(Basic Ti

13、mer )、實(shí)時時鐘(RTC和USB控制器 等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復(fù) 位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出A/D轉(zhuǎn) 換器；16位定時器(Timer_A和Timer_B )具有捕獲/比較功能，大 量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、PWM?;有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn) 多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的I/O 端口，P0、P1、P2端口能夠接收 外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高 的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps ,能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用； 能直接驅(qū)動液晶多達(dá)16

14、0段；實(shí)現(xiàn)兩路的12位D/A轉(zhuǎn)換；硬件I2C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的DMAt塊。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片 解決方案提供了極大的方便。另外，MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套， 使用時靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時，中斷喚醒只需 5區(qū)s。5 .方便高效的開發(fā)環(huán)境MSP430系歹I有OTP型、FLASH型和ROM型三種類型的器件， 這些器件的開發(fā)手段不同。對于OTP型和ROM型的器件是使用仿真 器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH型則有十分方便的開 發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG調(diào)試接口，還

15、有可電擦寫的FLASH存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過 軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用 的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺 PC機(jī)和一個JTAG調(diào)試器, 而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和 C語言。1.1.2 MSP430最小系統(tǒng)設(shè)計框圖圖2.2.2 MSP430最小系統(tǒng)設(shè)計框圖1.1.3 MSP430最小系統(tǒng)設(shè)計原理圖一工：；.工工LCD 5310廣電3Y50JF<nnC$vaui但 &hstu席壬笠看湃¥用昭圖2.2.3MSP430最小系統(tǒng)設(shè)計原理圖2.3 紅外對管陣列測距模塊及其電路2.3.1 紅

16、外對接管原理它是由一個紅外線發(fā)射管和一個光敏二極管組成的。無光照時， 有很小的飽和反向漏電流（暗電流）。此時光敏管不導(dǎo)通。當(dāng)光照時, 飽和反向漏電流馬上增加，形成光電流，在一定的范圍內(nèi)它隨入射光 強(qiáng)度的變化而增大，這樣就可以判斷出是否有物體。因此可以采用一排紅外對管測出測出物體的位置。-FRT15L 5ORU9Ji>toinchlatcir2圖2.3.1紅外對管工作原理圖2.3.2紅外對管陣列電路圖圖2.3.2紅外對管陣列電路圖2.4 直流風(fēng)機(jī)驅(qū)動模塊及其電路2.4.1 .直流電機(jī)驅(qū)動 L298N電機(jī)驅(qū)動芯片L298N是SG鈴司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機(jī)的專

17、用驅(qū)動器， 即內(nèi)含二個H橋的高 電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46V、2A以下的電機(jī)。具引腳排列如圖1中U4所示，1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電機(jī)，OUT1 OUT2f口 OUT3 OUT也間分別接2個電動機(jī)。5、7、 10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。也利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWMB號接到ENA ENB端子，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)L298N的邏輯功能：EMAINI (IW3)IB2 (IN4)電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反斡H同工圾HIM)同工Hl CTH3)快速

18、停止LXX停止外形及封裝:CUFMREHT 卻EHSIHG BOUTPUT 3NFUT 4EJNABLEBMFLTF 3SUPRLf VQLTA41E % OjNiDINPUT 2EHABLE AiMiPijT iSUPPLY WQLTAOE %CMJ7FUT2OUTPUT 1CUWEin T SC MS IMG A圖2.4.1 L298N 實(shí)物圖2.4.2 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及電路圖OSfcN6I 9圖2.4.2-1 L298N 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖口£"li亙流電機(jī)驅(qū)動電路EH1 EH106EDDEEEHB0UT1DUTJOUB圖2.4.2-2直流電機(jī)驅(qū)動電路圖2.5 顯示模塊及

19、其電路2.5.1 12864 液晶顯示介紹12864 是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；具顯示分辨率為128X64, 內(nèi)置8192個16*16點(diǎn)漢字，和128個16*8 點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指 令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。 可以顯示8X4行16X 16點(diǎn)陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不 論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于 相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。12864瓶

20、晶顯示屏接口GND圖2.5.1顯示系統(tǒng)電路圖2.5.2 液晶并行接口說明同腳即捧志Symbol功能描述Description1GND通網(wǎng)地:2VDD電源L . 一VO3解舞作電壓4VEE負(fù)電壓輸出|3RS指令數(shù)據(jù)選擇（RS為低電位時,MCU會存取指令數(shù)據(jù)，RS為高電蛔, MCU會顯示RAM數(shù)據(jù)）6R/W證取寫入信號 （前后位時表示隹取動作，低電位時表示寫入動作7E便融信號為低電位時，在E下陸沿寫入信1 號,在R/W為高電位時，在£上我沿讀取信號）8-15DBO-DB78位數(shù)值統(tǒng)飛/CSICS1為低電平片通左蜴1Z1屏I】7f/CS2CS2為衽電平時.選通中間1月娜18/CS3CS3為

21、低電平時，選通IJ惻1門屏T9/RST復(fù)位信號20 SLALED背光源正極 21SLK回首光源短極2.5.3接口信號說明1、RS, R的配合選擇決定控制界面的4種模式;R3R/W功能說明LLMPU寫指令到指令暫存器（1R）LH讀出忙標(biāo)志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)IILMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（口R）HHMPL從數(shù)據(jù)暫存器（DK）中讀出數(shù)據(jù)2、E信號E狀態(tài)執(zhí)行動作結(jié)果高一一低I/O 緩沖一->DR配合外進(jìn)行寫數(shù)據(jù)或指令高DRI/O緩沖配合R進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低一一高無動作在電子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。 小功率 的穩(wěn)壓電源的組成如下圖所示，它由電源變壓器、整流

22、電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成電網(wǎng)電壓負(fù)載|變壓器圖2.6.1直流穩(wěn)壓電路工作原理402.6.2直流穩(wěn)壓電源電路圖圖2.6.2直流穩(wěn)壓電源電路圖3.程序設(shè)計3.1 程序功能描述根據(jù)題目要求，軟件部分主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制以及鍵盤設(shè)置與液晶顯示(1)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制部分：在鍵盤按下設(shè)定的小球的高度位置后, 小球5s內(nèi)處于指定位置并穩(wěn)定3秒以上，上下波動不超過士 1cm根 據(jù)傳感器測出的距離調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)整小球在圓管中的位置。(2)鍵盤設(shè)置部分：在鍵盤按下后，風(fēng)機(jī)作出相應(yīng)轉(zhuǎn)速，小球達(dá) 到指定位置(3)液晶顯示部分：液晶顯示小球高度位置及維持時間3.2 .程序設(shè)計思路3.2.1 PWM控制電機(jī)風(fēng)速本

23、系統(tǒng)采用PW味調(diào)節(jié)直流風(fēng)機(jī)的速度。PW睡通過控制固定電 壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要 求的一種電壓調(diào)整方法。PWMK以應(yīng)用在許多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫 度控制、壓力控制等。在PWM區(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開 電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWMR被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時，速度增加；電機(jī)斷電時，速度逐漸 減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控 制。本系統(tǒng)中通過控制430單片機(jī)的

24、TimerB,從而可以實(shí)現(xiàn)P4.1和 P4.2輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。設(shè)定 CCR0 CCR1及CCR2 的值，就使P4.1或P4.2產(chǎn)生一個脈沖。將直流電機(jī)的速度分為100 個等級，因此一個周期就有個100脈沖，周期為100個脈沖的時間。速度等級對應(yīng)一個周期的高電平脈沖的個數(shù)。占空比為高電平脈沖個 數(shù)占一個周期總脈沖個數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一個周期加在電機(jī)兩端的電壓為 脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大，加在電機(jī)兩端的電壓越大，電 機(jī)轉(zhuǎn)動越快。電機(jī)的平均速度等于在一定的占空比下電機(jī)的最大速度 乘以占空比。當(dāng)我們改變占空比時,就可以得到不同的電機(jī)平均速度 從而達(dá)到調(diào)速的目的。精確地講，平均速度與占

25、空比并不是嚴(yán)格的線 性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似地看成線性關(guān)系。3.2.2 PID閉環(huán)調(diào)節(jié)1 . PID算法簡介PID算法是基于反饋的。一般情況下，這個反饋就是速度傳感器返回給單片機(jī)當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 簡單的說，就是用這個反饋跟預(yù)設(shè) 值進(jìn)行比較，如果轉(zhuǎn)速偏大，就減小電機(jī)兩端的電壓；相反，則增加 電機(jī)兩端的電壓。顧名思義，P指是比例(Proportion ), I指是積分(Integral ), D指微 分(Differential )。在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，輸入信號為正，要求電機(jī)正 轉(zhuǎn)時，反饋信號也為正(PID算法時，誤差=輸入-反饋)，同時電機(jī)轉(zhuǎn)速 越高，反饋信號越大。2 .參數(shù)調(diào)整規(guī)則由

26、各個參數(shù)的控制規(guī)律可知，比例P使反應(yīng)變快，微分D使反 應(yīng)提前，積分I使反應(yīng)滯后。在一定范圍內(nèi)，P, D值越大，調(diào)節(jié)的效果越好。各個參數(shù)的調(diào)節(jié)原則如下：PID調(diào)試一般原則a.在輸出不振蕩時，增大比例增益 Rb.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù) Tic.輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù) Td3 .PID流程圖圖3.2.2 PID流程圖3.3程序流程圖3.3.1 主程序流程圖圖3.3.1主程序流程圖3.3.2 PWM控制電機(jī)子程序流程圖圖3.3.2 PWM控制電機(jī)子程序流程圖3.3.3 12864液晶顯示子程序圖3.3.3液晶顯小子程序4 .測試方案與測試結(jié)果4.1 測試方案1 .硬件測試：在通電情況

27、下，直流風(fēng)機(jī)能轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)速能夠隨加載在兩端的電 壓變化而變化。2 .軟件測試：(1)使直流風(fēng)機(jī)可通過PW曲勻調(diào)速;(2)液晶采用并行輸出，顯示清晰穩(wěn)定，效果良好。4.2 測試條件與儀器測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖 完全相同，并且檢查無誤，硬件電路基本無虛焊。測試儀器：高精度的數(shù)字毫伏表，模擬示波器，數(shù)字示波器， 數(shù)字萬用表，指針式萬用表，直尺，游標(biāo)卡尺。4.3 測試結(jié)果及分析4.3.1測試結(jié)果:占空比20%30%40%50%60%70%80%90%小球位置底端底端CD®CD段BCaBC段AB段頂端實(shí)驗(yàn)次數(shù)實(shí)驗(yàn)電壓占空比小球位置維持時間112V73%BC段5c

28、m處4s212V73%BC段5cm處3s312V73%BC段4cm處5s412V73%BC段5cm處5s512V73%BC段6cm處3s612V75%BC段9cm處5s712V75%BC段9cm處5s812V75%BC段8cm處5s912V75%BC段9cm處4s1012V75%BC段9cm處5s4.3.2測試結(jié)果分析根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，隨著占空比的增加，風(fēng)機(jī)的風(fēng)速逐漸加大,小球在圓筒中的位置由低端升到最高端， 在AB段、BC段、CD段可 以維持35s,由此可以得出以下結(jié)論：1、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可通過PWM調(diào)控且成正比關(guān)系；2、小球的狀態(tài)可由傳感器檢測；綜上所述，本設(shè)計達(dá)到設(shè)計要求。5 .設(shè)計總結(jié)1、

29、首先，不得不說說這幾天我們在這方面所做的努力。真可謂是廢 寢忘食，分秒必爭。所有的軟硬件設(shè)計都是組員們堅持不懈的結(jié)果， 世上無難事，只怕有心人，沒有一樣事情是在付出了莫大的努力后卻 一點(diǎn)回報都沒有的。2、在硬件裝焊方面要有足夠的耐心和細(xì)心，就算電路設(shè)計的再好， 在焊接時出一點(diǎn)小差錯，也是不允許的，往往電路的錯誤都是由于一 些小問題引起的，如短路，虛焊等，將造成不可預(yù)測后果。3、程序設(shè)計方面，也遇到不少的問題。起初是解決如何測出小球在圓筒中的位置高度，因?yàn)樾∏虮砻媸乔?，用紅外測距無法找到合適 的測量點(diǎn)，反射的光會產(chǎn)生很大誤差，超聲波測距在圓筒中會產(chǎn)生干擾回波，反復(fù)試驗(yàn)了很多次都無法達(dá)到測出小球

30、位置的目的，最后在大家的集思廣益之下，想出了用紅外對管陣列。還有一個困擾很久的 難題是如何均勻控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，最初測試的時候，小球在圓筒中要 么起不來，要么就是很快就升到頂端，不能很好控制小球的位置，在 測試多次后，不斷將PWM勺值進(jìn)行細(xì)分，終于皇天不負(fù)苦心人，風(fēng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速能通過PWM1好地控制了。4、由于PWMc沖的頻率較高，風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)動的過程中會發(fā)生嘯叫，我 們就想到了在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動過程中插入音樂， 美妙的音樂不僅可以掩蓋嘯 叫，還可以達(dá)到舒緩心情的效果。中庸中說“博學(xué)之，審問之，慎思之，明辨之，篤行知”，博學(xué) 廣識，審慎好問，謹(jǐn)慎思考，明辨是非，篤定行動，不僅是這次設(shè)計 中所體現(xiàn)的，在以后的所

31、有設(shè)計中都需要持之以恒地做到。附錄1:電路原理圖圖1最小系統(tǒng)板圖2直流穩(wěn)壓電源圖3簡易風(fēng)洞裝置附錄2:源程序*主程序*#include <msp430x14x.h>#include<stdio.h>#include"12864.c"#include"key.c"/TA_PWM#include"music.c"#include"keyboard.c"#include"delay.h"#define uchar unsigned char#define uint unsign

32、ed int#define ulong unsigned long/P3DIR |=BIT0;/P3DIR |=BIT1;uint m=0;/uint T=0;/uint t;uint mm=750;uint nn=620;/*void run()P3OUT |=BIT0;P3OUT |=BIT1;*/void stop()P3OUT |=BIT0;P3OUT |=BIT1;H* */系統(tǒng)時鐘初始化/*void Clock_Init()uchar i;BCSCTL1 &=XT2OFF;doIFG1 &= OFIFG; /clear invalidation flagfor (i

33、=0xff;i>0;i-);while (IFG1 & OFIFG) !=0);/FLAG is existBCSCTL2 尸SELM1;/MCLK=LFXT2*/ MSP430 內(nèi)部看門狗初始化/*void WDT_Init()WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / 關(guān)閉看門狗/ 主程序/*void main(void)/ uchar i;WDT_Init();/看門狗設(shè)置P3DIR 尸 0xFF;/ P4.0輸出/ P3DIR l=BIT0;/ P3DIR |=BIT1;Clock_Init();統(tǒng)時鐘設(shè)置mainTimerBInit();/ TBCCTL0

34、= CCIE;interrupt enabled/ TBCCR0 =8000;/ _BIS_SR(GIE);/在in430頭文件中/ TBCTL = TBSSEL_2 + MC_1;mode連續(xù)模式LCDIO_Init();/12864液晶io初始化Port_init();/統(tǒng)初始化，設(shè)置IO 口屬性TA_PWM_Init('S',1,'P','O');TA_PWM_SetPeriod(510);/ PWM_int();_EINT();Init_keyPort();/ CCR0/按鍵IO初始化Enter LPM0w/ interrupt/ SMC

35、LK, cont/keyboard_int();矩陣鍵盤初始化/* delay_ms(200);LCD_clear();/清屏LCD_PutString(0,1,”祝 2014 年湖北省 TI");LCD_PutString(0,2,"杯電子設(shè)計大賽取");LCD_PutString(0,3," 得圓滿成功");LCD_PutString(2,4,"");for(i=0;i<20;i+)delay_ms(200);LCD_clear();LCD_PutString(2,1," QQ:");LCD_P

36、utString(1,2," 1026692902 ");LCD_PutString(1,3," Tel:");LCD_PutString(1,4,"");for(i=0;i<10;i+)delay_ms(200);LCD_clear(); /清屏photodisplay(Photo1); /顯示圖片 1for(i=0;i<20;i+)delay_ms(200);LCD_clear();*/while(1)Display。；/矩陣鍵盤掃描TJ()；/ piay();/ TA_PWM_SetPerm

37、ill(1,500);sprintf(displaytemp,"cnt:%d ", T);LCD_PutString(0,1,displaytemp);/ sprintf(displaytemp,"pos:%d ",stage);/ LCD_PutString(4,1,displaytemp);sprintf(displaytemp,"pwm:%d ", CM);LCD_PutString(0,2,displaytemp);sprintf(displaytemp,"pos:%d ", stage);",

38、dis);LCD_PutString(0,3,displaytemp);sprintf(displaytemp,"品巨離:%dLCD_PutString(0,4,displaytemp);/if(CM=4)/ /if(keyval=12)_NOP();if(CM=1)/* TA_PWM_SetPermill(1,800);delay_ms(1000);TA_PWM_SetPermill(1,690);delay_ms(10000);*/TA_PWM_SetPermill(1,0);delay_ms(2000);TA_PWM_SetPermill(1,850);delay_ms(100

39、00);TA_PWM_SetPermill(1,0);delay_ms(2000);TA_PWM_SetPermill(1,800);delay_ms(5000);TA_PWM_SetPermill(1,570);41delay_ms(4000);TA_PWM_SetPermill(1,800);delay_ms(4000);TA_PWM_SetPermill(1,570);delay_ms(4000);TA_PWM_SetPermill(1,1000);delay_ms(10000);_NOP();_NOP();/ if(CM=3)TA_PWM_SetPermill(1,50);_NOP()

40、;if(CM=6)TA_PWM_SetPermill(1,1000);delay_ms(400);TA_PWM_SetPermill(1,690);delay_ms(40000);_NOP();if(CM=2) TA_PWM_SetPermill(1,690);delay_ms(5000);_NOP();if(CM=5)TA_PWM_SetPermill(1,950);_NOP();_NOP();if(CM=6)TA_PWM_SetPermill(1,690);_NOP();_NOP();_NOP();_NOP();if(CM=4)_NOP();delay_ms(20);if(CM=4)pia

41、y();/*#pragma vector=TIMERB0_VECTOR_interrupt void Timer_B (void)P3OUT=0x00;t+；if(t=120)/ stop()；T+； t=0;*/產(chǎn)*12864顯示字符和圖片程序* #include "msp430x14x.h" #include"stdio.h" #include"delay.h"/#define Key_Dir P1DIR#define Key_Port P1OUT #define uchar unsigned char #define uint

42、unsigned int #define ulong unsigned long69#define CURSE_ADD 0x06/移動方向（默認(rèn)游標(biāo)右移，圖像整體不動）#define FUN_MODE 0x30/#define DISPLAY_ON 0x0c位置反白#define DISPLAY_OFF 0x08#define CURSE_DIR 0x14/#define SET_CG_AC 0x40/#define SET_DD_AC 0x80/*12864應(yīng)用指令*/#define CLEAR_SCREEN 0x0100H#define AC_INIT 0x02移到原點(diǎn)位置/ 清屏指令：清

43、屏且AC值為/ 將AC設(shè)置為00H。且游標(biāo)設(shè)定游標(biāo)移到方向及圖像整體工作模式：8位基本指令集/ 顯示開，顯示游標(biāo)，且游標(biāo)/ 顯示關(guān)游標(biāo)向右移動：AC=AC+1設(shè)置AC,范圍為：00H3FH#define P50 0#define P51 1#define P55 5#define P56 6#define P57 7置低#define RS_CLR P5OUT &= (1 << P55) /RS #define RS_SET P5OUT |= (1 << P55) /RS 置高#define RW_CLR P5OUT &= (1 << P56

44、)RW 置彳氐置高#define RW_SET P5OUT |= (1 << P56) /RW#define EN_CLR P5OUT &= (1 << P57)/E 置低#define EN_SET P5OUT |= (1 << P57)/E 置高#define PSB_CLR口方式#define PSB_SET口方式#define RST_CLR#define RST_SETP5OUT &= (1 << P50)P5OUT |= (1 << P50)P5OUT &= (1 << P51)P5OU

45、T |= (1 << P51)/PSB置低，串/PSB置高，并/RST置低/RST置高#define DataPort P4OUT/P4口為數(shù)據(jù)口uchar displaytemp32;/定義顯示區(qū)域臨時存儲數(shù)組const uchar user16x16口= 笑臉圖片0x0F,0xF0,0x10,0x08,0x20,0x04,0x40,0x02,0x9C,0x39,0xBE,0x7D,0x80,0x01,0x80,0x01, 0x80,0x01,0x88,0x11,0x84,0x21,0x43,0xC2,0x20,0x04,0x10,0x08,0x0F,0xF0,0x00,0x00

46、,；const uchar pic1=/圖片代碼0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

47、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03, 0xC0,0x00,0x00,

48、0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03, 0xC0,0x1F,0xFF,0x81,0xFF,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xC0,0x1F,0xFF,0x81,0xFF,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xC0,0x18,0x01,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x08,0x00,0x00,0x00

49、,0x03,0xC0,0x1F,0xFF,0x80,0x00,0x00,0x04,0x07,0x81,0xE0,0x10,0x10,0x03,0xC0,0x30,0x03,0xC0,0x1F,0xFF,0x80,0x00,0x00,0x0C,0x0C,0xC3,0x30,0x08,0x20,0x0C,0xE0,0x70,0x03,0xC0,0x18,0x01,0x87,0xFF,0xFE,0x3C,0x18,0x66,0x18,0x04,0x40,0x0C,0x60,0x70,0x03,0xC0,0x1F,0xFF,0x87,0xFF,0xFE,0x0C,0x18,0x66,0x18,0x02

50、,0x80,0x18,0x00,0xB0,0x03,0xC0,0x1F,0xFF,0x80,0x06,0x00,0x0C,0x18,0x66,0x18,0x01,0x00,0x1B,0x81,0x30,0x03,0xC0,0x01,0x98,0x00,0x06,0x00,0x0C,0x00,0xE3,0x30,0x02,0x80,0x1C,0xC1,0x30,0x03,0xC0,0x19,0x99,0x80,0x66,0x60,0x0C,0x00,0xC1,0xE0,0x04,0x40,0x18,0x62,0x30,0x03, 0xC0,0x19,0x99,0x80,0x66,0x30,0x0

51、C,0x01,0x83,0x30,0x08,0x20,0x18,0x66,0x30,0x03,0xC0,0x0D,0x9B,0x00,0xC6,0x38,0x0C,0x03,0x06,0x18,0x10,0x10,0x18,0x67,0xFC,0x03,0xC0,0x0D,0x9B,0x01,0xC6,0x1C,0x0C,0x06,0x06,0x18,0x20,0x08,0x18,0x60,0x30,0x03,0xC0,0x01,0x98,0x03,0x86,0x0C,0x0C,0x0C,0x06,0x18,0x00,0x00,0x08,0x60,0x30,0x03,0xC0,0x7F,0xFF,0xE3,0x06,0x00,0x0C,0x18,0x03,0x30,0x00,0x00,0x0C,0xC0,0x30,0x03,0xC0,0x7F,0xFF,0xE0,0x1E,0x00,0x0C,0x1F,0xE1,0xE0,0x00,0x00,0x07,0x80,0x30,0x03,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x1C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x