进电机右转函数正文步进电机左转函数正文最快，正文最快，最快正文正文，正文正文，正文初始化正文在显示数据的函数，为第几行，为位置，为数据初始化显示模式控制显示开关及光标控制数据指针设置清零正文，输入通道选择与相配合使用，选择转化的数据存储所在，高八位内部主要的控制寄存器，选择读取传感器的值,读取传感器的值用最为广泛的种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象阶滞后纯滞后与二阶滞后纯滞后的控制对象，控制器是种最优控制。调节规律是连续系统动态品质校正的种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活。基于以上分析，拟定方案二。八角度测量方案使用双轴倾角传感器，测量范围为度，可适用于垂直方向的各种角度的测量。方案二使用电位器作为角度传感器，由于不同角度输出的电阻值不同，通过采样电阻两端电压，计算得到角度。方案三使用旋转编码器，角度测量范围为，根据不同角度，可直接输出不同的电压值，线性度好。方案比较对于方案，虽然精度较高，但它是基于加速度原理进行测量，使用进行倾角检测时，应保证被测设备匀速运动，否则会引进误差，而在自由摆系统中，平板不是匀速运动。虽然可以采用峰值滤波和阶惯性滤波相结合的方式通过软件编程进行处理，但较繁琐。对于方案二，对于般的电位器，线性度较差，而对于线性度较好的电位器，如等，价格较高。对于方案三，使用该旋转编码器，可以直接对输出电压进行采样，计算得出角度值，使用方便。综合考虑，选择方案三测量自由摆运动过程中的摆角松手检测方案软件检测，用手推动摆杆至定角度，通过采样测得，若程序检测到开始减小，说明推动摆杆的手已经松开，步进电机可以开始调整平板角度。正文方案二硬件检测，使用红外收发管，若检测到下降沿，说明推动摆杆的手已经离开，程序可以开始相应的控制。方案比较对于方案，针对自由摆进行运动分析，易知自由摆在较高点处速度较小，导致采样检测到减小时，距离手松开已经过去了段时间，通过程序补偿该延迟的算法较麻烦，较难实现。对于方案二，经硬件检测，延迟很小，步进电机可以及时做出反应，且实现较方便。综合考虑，选择方案二。系统硬件设计九单元电路设计十单片机最小系统本系统控制器模块的主要功能是，单片机接收从角度传感器检测来的信号，和按键控制电路输入的电平信号，并将输入的信号进行处理运算，以控制的显示和电机的转动，从何控制平板的转动。该系统结构简单，因此运用单片机的最小系统就能完成各项要求。下图为单片机最小系统的电路图正文图最小系统电机驱动是种二相四相步电机的专用驱动器，内含两个的高电压大电流双桥式驱动器，接收标准之间分别接两个步进机接单片机，接收输入控制电位来控制电机旋转。驱动电路如图所示十供电电源供电电源采用集成稳压器，电路图中，稳压器输入端的电容为输入端滤波电容，输出端的电容为输出端滤波电容家用电经过变压器接入供电电源模块，能输出直流电压。供电电源如图所示。电机驱动电路图个周期内平板转动四周实时显示平板倾角平板角度是否合适判断倾角大小控制电机正文步进电机左转函数步进电机左转函数内部读取传感器的值正文,读取传感器的值,总程序五系统调试与测试系统的性能测试与误差分析为了确定系统与题目要求的符合程度，我们对系统中关键部分进行了实际的测试。测量仪器量角器秒表。测量方法利用量角器测量平板转动角度偏差正文利用秒表测量时间偏差。测试结果数据表格表角度偏差测试单位度次数角度平均第次第二次第三次表二枚硬币测试单位枚次数有效硬币数第次第二次第三次误差分析电机抖动电机性能不能达到要求，程序控制方面存在定问题。单摆周期空气，线的阻力和单摆和支架间的摩擦力使周期变长，另外单摆摆动的角度超过，这也使得单摆周期与实际存在定程度的误差，从而影响了对电机控制时机的把握。正文设计总结本系统以单片机作为核心部分，根据角度传感器采集来的信息，经计算得出数据来控制步进电机转动，从而达到系统的基本要求。在系统设计中，力求硬件线路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，来满足系统设计要求。因为时间有限，该系统还有许多值得改进的地方比如对此系统来讲，算法并不是最优算法硬件电路的设计还需优化，以减小系统的阻力等等。因此，系统还有待改进附录总程序正文图供电电源十二平板倾斜角度计算方法的建模单摆周期其中，为摆长为重力加速度该系统算得过程控制十三过程控制的基本概念过程控制对生产过程的或些物理参数进行的自动控制。模拟控制系统图基本模拟反馈控制回路正文被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进行比较，得到偏差，模拟调节器依定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执行器作用于过程。控制规律用对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。微机过程控制系统图微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。控制规律的实现，是通过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相应的程序即可。模拟控制系统组成图模拟控制系统原理框图调节器是种线性调节器，它将给定值与实际输出值的偏差的比例积分微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。调节器的微分方程式中调节器的传输函数调节器各校正环节的作用比例环节即时成比例地反应控制系统的偏差信号，偏差旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。正文积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。微分环节能反应偏差信号的变化趋势变化速率，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。数字控制器模拟控制规律的离散化模拟形式离散化形式数字控制器的差分方程式中称为比例项称为积分项称为微分项正文四系统软件设计系统的组成经过仔细分析和论证，决定了系统各模块的最终方案如下控制器模块单片机电机模块步进电机电机驱动模块芯片显示模块液晶显示平板倾斜角度计算模块算法。系统的实现单片机系统软件流程图按键按键三单片机最小系统按键输入数据采集装置显示装置控制电机开始初始化模式模式二模式三正文是步进电机右转函数步进电机右转函数，由于硬币摩擦系数极小，摩擦力忽略不计。七由于整个平板沿方向的加速度为，为了使硬币不从平板上滑离，硬币沿方向的加速度即自由摆在运动过程中，平板应与摆杆始终保持垂直。三激光照射模块正文为自由摆，长度为，若逆时针旋转后位置为，如图所示。为了使激光笔照射到中心线上，步进电机需要顺时针旋转角度，计算如二方案设计与论证三控制器模块根据题目要求，控制器主要用于传感器信号的接收与辨认，控制电机转动，显示实时角度等。对控制器的选择有以下几种方案正文方案采用作为系统的控制器。可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可应用软件仿真调试，易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。由检测模块输出的信号并行输入，通过程序设计控制监控系统作出相应的动作，但由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二采用公司的作为系统控制器的方案。单片机是种带字节内嵌可编程闪存的低功耗高性能的八位微控制器，看门狗定时器，双数据指针，个位定时计数器，个两级中断源结构，以及掉电模式下的自动保存功能，且软件编程灵活自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，但其运算速度还是有点欠缺，不能达到本系统的要求。方案三采用。系列单片机是宏晶科技生产的单时钟机器周期的单片机，是高速低功耗超强干扰的新代单片机，指令代码完全兼容传统的，但速度快倍。内部集成专用复位电路，路，个位定时器，个中断，路高速位转换，即万次秒，针对电机控制，强干扰场合。并且由于其功耗低体积小技术成熟和成本低，运用广泛市场上容易购买等优点，完全满足本系统的要求。方案选择基于以上分析，拟定方案三四电机模块方案直流电机使用方便，价格便宜，但运动精度低，难以实现精确的位置控制。如用直流电机控制平板转动，将难以控制其精确位置，系统稳定性差，较难达到题目的要求。方案二步进电机的运动精度很高，可实现精确的步距角运动，由其组成的位置控制系统定位准确，稳定时间短，般可采用开环控制。虽然步进电机的控制系统相对复杂，但与其驱动控制器匹配使用，控制起来也十分方便，可很容易的构成数字位置控制系统，因此本系统的驱动元件采用了步进电机，由通过其驱动控制器来控制。正文基于以上分析，拟定方案二。五电机驱动模块电机的驱动电路主要通过电机的正转和反转实现保持平板平衡的控制，以达到相应的目的。对于电机驱动电路有下面几种方案。方案利用及电机构成驱动电路。如图所示，如果单片机控制口输出高电平，截止，截止，电机停止运转。单片机控制口输出低电平时，导通，导通，电机开始运转。该电路比较简单，输出功率足够大，足以推动电机工作，并且电机工作时三极管性能非常稳定。但该方案中单片机部分和电机供电部分没有完全隔离，而电动机在切换时会产生巨大的反电动势，经常烧坏单片机。方案二利用及其外部辅助电路和电机构成驱动电路，如右图。单片机控制口接的两个输入控制端，。的两个输出端，接电机。的最大输出电流为，可使电机快速运行。但是本系统对电机的运行速度要求不是很高，而且这种方法控制较复杂，不宜采用。方案三使用芯片实现电机的驱动。