操作简单。数码管是采用编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。但是其不适合显示字符，且其电路复杂，故不宜采用。方案二使用液晶显示屏显示。液晶显示屏具有轻薄短小低耗电量无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。方案选择根据以上论述，采用方案二。七平板倾斜角度计算模块平板倾斜角度控制主要是控制电机转动，使平板的倾斜角度满足系统平稳运行的条件。正文方案自适应算法。自适应过程是个不断逼近目标的过程。它所遵循的途径以数学模型表示，称为自适应算法。通常采用基于梯度的算法，其中最小均方误差算法即算法尤为常用。自适应算法可以用硬件处理电路或软件程序控制两种办法实现。前者依据算法的数学模型设计电路，后者则将算法的数学模型编制成程序并用计算机实现。算法有很多种，它的选择很重要，它决定处理系统的性能质量和可行性。单片机读取传感器采集来的与水平方向上的角度偏差，旦出现偏差则控制电机往相应的反方向运转，直至角度偏差趋于零。但由于该系统角度偏差变化太快，自适应算法调节方式难以达到系统要求。方案二算法。在过程控制中，按偏差的比例积分和微分进行控制的控制器亦称调节器是应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。正文自由摆平板控制系统摘要摘要该系统采用单片机作为控制系统的核心以步进电机控制平板转动，以作为电机驱动芯片以芯片模块为角度传感器，采集平板的倾斜角度，并用液晶显示屏显示出来。然后单片机根据所采集来的角度变化，采用自适应算法算出平板应该转动的角度，使平板的倾斜角度刚好满足平板对硬币的作用力支持力和摩擦力在水平方向上的分量刚好提供硬币的横向加速度所须的力。继而根据电机的步距脚，精确地控制步进电机转动相应的步数。该系统布局合理，理论可行，实际运行较为平稳，控制精度较高，部分达到了题目基本部分的要求。关键字步进电机算法目录目录正文设计要求及背景题目的基本要求是设计并且制作个自由摆上的平板控制系统，控制电机使平板可以随着摆杆的摆动而旋转周，摆杆摆个周期，平板旋转周。在平板上摆放枚和八枚硬币，枚硬币时用手堆动摆杆至个角度到，八枚硬币时，用手堆动摆杆至个角度到启动系统后，让其自由摆动，在五个周期内，不让平板上的硬币掉下来。二发挥部分要求在平板上固定激光笔，光斑照射在距摆杆处的靶纸上，摆杆垂直且平行于水平时，调节靶纸的高度，使光斑照射在条水平线上，用手堆动摆杆至个角度到，启动系统后摆杆静止时，在内控制平板尽量使激光笔照射在中心线上，完成时以指示。启动系统后摆杆运动时，使光斑始终照射在靶纸的中心线上。三由于本题摆杆做的是自由摆运动，要控制硬币的平衡就要对硬币进行受力分析，找出硬币的平衡条件，所以找到受力平衡条件与摆杆角度之间的关系，根据测得的摆杆角度，控制平板转动，从而使硬币保持平衡。在发挥部分中，平板运动会带动激光笔运动，只要求得激光笔转动的角度与摆杆角度之间的关系，即可使激光笔照射在水平线上。在整个闭环系统中，平板运动通过算法控制，使系统能够更好得达到各项指标。理论分析与计算平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。此种方法电路结构简单，软件设计也直观明了，对于控制电机转动最是方便。其电路原理图如下图电机驱动电路板状态测量初始时，平板与摆杆垂直，如图所示。逆时针移动摆杆，由旋转编码器可以测得摆杆与垂直的角度，由按键逐步调整平板角度，由控制器予以记录，平板顺时针转动了，此时平板与水平面夹角为。二自由摆运动周期分析对于理想单摆，当角很小时，单摆的周期，但该设计中，起始摆角范围为，该公式不再适用，故采用经验建模，求取拟合曲线。分别选取作为起始摆角，用示波器记录自由摆运动个周期所用的时间，如表所示表起始摆角时间使用进行拟合，如图所示正文二三图不同起始摆角下自由摆运动周所用时间，其中为起始摆角，为自由摆运动个周期所用时间。四自由摆从自然下垂状态逆时针摆动后到达处，如图所示。五假设平板与水平面夹角为，做辅助线，六对平板上的枚硬币进行受力分析，易知，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，可用软件编使能正文数据命令读写定义步进电机连接端口转三周转四周转五周来回摆动定义要用到按键的管脚定义全局变量最大最大正文模拟通道选择使用相驱动函数声明正文延时函数，步进电机右转函数正文步进电机左转函数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,读取传感器的值正文最快正文,最快,最快正文,正文正文