三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　（20_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 測(cè)控技術(shù)與儀

2、器 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p

3、><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，大量存在著對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡、速度等精確控制的需求。三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在機(jī)械加工、工程測(cè)試、醫(yī)療等各種生產(chǎn)行業(yè)中都有極廣泛的應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)PIC16F877A為控制中心的三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)，首先介紹了目前國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)控制的研究現(xiàn)狀，接著對(duì)本控制系統(tǒng)的核心器件——PIC16F877A單片機(jī)進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹，在介紹系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，介紹了組成芯片的結(jié)構(gòu)、功能及特點(diǎn)。本文中

4、對(duì)控制軟件進(jìn)行了需求分析，重點(diǎn)完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)并完成了各個(gè)模塊的功能。本系統(tǒng)利用PIC16F877A單片機(jī)芯片的優(yōu)良特性，通過按鍵選擇平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向和位移及控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過LCD顯示運(yùn)動(dòng)方向，數(shù)碼管顯示位移。達(dá)到了軟件運(yùn)行成功并在實(shí)物上實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、軟件設(shè)計(jì)、PIC16F877A單片機(jī)</p><p>　　Three-dimens

5、ional motion platform control system’software design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In modern industry,there are a lot of precise control’s requirements for movement mechanism and

6、 its speed. Three-dimensional motion platform has a very wide range of applications in many areas,such as in machining, engineering test, medical and other manufacturing industries. This paper introduces a design of thre

7、e-dimensional motion platform which makes PIC16F877A MCU as its control center，firstly introduces the current research status of motion control at home and abroad, and then gives a deta</p><p>　　Keywords: Th

8、ree-dimensional motion platform, control, PIC16F877A single-chip microcomputer </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><

9、;p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來源1</p><p>　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3 運(yùn)動(dòng)控制國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1 運(yùn)動(dòng)控制的國(guó)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 運(yùn)動(dòng)控制的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)

10、狀2</p><p>　　1.4課題內(nèi)容和研究方案的確定3</p><p>　　1.4.1 研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　1.4.2研究方案3</p><p>　　1.5 本章小結(jié)3</p><p>　　2 PIC單片機(jī)主機(jī)原理概述4</p><p>　　2.1單片機(jī)芯片選擇4&

11、lt;/p><p>　　2.2 PIC系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)7</p><p>　　2.2.1 PIC系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能7</p><p>　　2.2.2 PIC16F877A單片機(jī)的特點(diǎn)9</p><p><b>　　2.2本章小結(jié)9</b></p><p>　　3各模塊硬件電路設(shè)計(jì)

12、10</p><p>　　3.1 PIC單片機(jī)在系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)10</p><p>　　3.2 鍵盤電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2 LCD液晶顯示電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.3 LED數(shù)碼管電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)13</p><

13、p>　　3.5 本章小結(jié)14</p><p>　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1開發(fā)環(huán)境及編程語言的選擇15</p><p>　　4.2需求分析15</p><p>　　4.3總體設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理16</p><p>　　4.

14、4編程實(shí)現(xiàn)17</p><p>　　4.4.1 初始化子程序17</p><p>　　4.4.2鍵盤按鍵程序設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.4.3 LCD液晶顯示程序設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.4.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.5 本章小結(jié)23</p><p

15、>　　5系統(tǒng)軟硬件調(diào)試24</p><p><b>　　6 結(jié)論27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><

16、;b>　　1.1課題的來源</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化和國(guó)防自動(dòng)化中，大量存在著對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡、速度等精確控制的需求。例如，工業(yè)應(yīng)用方面，各種數(shù)控機(jī)床、加工中心、工業(yè)機(jī)器人、軋機(jī)傳動(dòng)等控制；計(jì)算機(jī)軟硬盤驅(qū)動(dòng)器、CD-ROM、打印機(jī)的控制；家用電器中的錄像機(jī)、VCD控制；國(guó)防和航空領(lǐng)域中的火炮瞄準(zhǔn)、導(dǎo)航、衛(wèi)星姿態(tài)等的控制，動(dòng)控制成為控制科學(xué)的重要分

17、支[1]。近幾年，計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展注入了強(qiáng)大的技術(shù)動(dòng)力。我國(guó)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，深入研究基于新體系架構(gòu)、低成本、新技術(shù)、高性能的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，既有市場(chǎng)需求，又有良好的技術(shù)背景環(huán)境[1]。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在醫(yī)療、機(jī)械加工、工

18、程測(cè)試等各種生產(chǎn)行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用,是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)備[2]。這類平臺(tái)比較常見的控制方式就是采用“計(jì)算機(jī)+專用運(yùn)動(dòng)控制卡+驅(qū)動(dòng)器”的方法，通過計(jì)算機(jī)軟件控制專用運(yùn)動(dòng)控制卡從而控制驅(qū)動(dòng)器以達(dá)到控制平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的目的,但是其造價(jià)一般比較昂貴，不能夠大面積推廣應(yīng)用[2]。</p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)中的一個(gè)發(fā)展分支，它有較強(qiáng)的控制功能、低廉的成本,介于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器之間。在

19、選擇電動(dòng)機(jī)的控制器時(shí)，通常是在滿足功能需要的前提下，優(yōu)先選擇成本低的控制器[28]。因此，通常優(yōu)先選擇單片機(jī)。從最近的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也可以看出，世界上每年要有25億片各種單片機(jī)投入使用。單片機(jī)是目前世界上使用量最大的微處理器。</p><p>　　為了研究單片機(jī)在電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，應(yīng)先了解單片機(jī)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和內(nèi)部資源的運(yùn)行特性，進(jìn)一步發(fā)掘單片機(jī)在電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中的潛力，以提高系統(tǒng)的性能和降低系統(tǒng)的成本。這

20、樣無論對(duì)于推廣單片機(jī)在電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用還是對(duì)于提高電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能都有很大的研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[3]。</p><p>　　1.3 運(yùn)動(dòng)控制國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 運(yùn)動(dòng)控制的國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制作為自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要分支，在20世紀(jì)90年代，國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家，例如美國(guó)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展的階段。近年來，隨著運(yùn)動(dòng)

21、控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，運(yùn)動(dòng)控制器作為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)自動(dòng)化控制類產(chǎn)品，已經(jīng)被越來越多的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域接受，并且它已經(jīng)達(dá)到一個(gè)引人矚目的市場(chǎng)規(guī)模。目前，運(yùn)動(dòng)控制器從結(jié)構(gòu)上主要分為如下三大類[3]： </p><p>　　(1)基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)控制器，它是把具有開放體系結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制器與計(jì)算機(jī)相結(jié)合構(gòu)成，目前這種運(yùn)動(dòng)控制器是市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品[3]。</p><p>　　(2

22、)Soft 型開放式運(yùn)動(dòng)控制器，它提供給用戶最大的靈活性，它的運(yùn)動(dòng)控制軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部 I/O 之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口[3]。 </p><p>　　(3)嵌入式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器，這種運(yùn)動(dòng)控制器是把計(jì)算機(jī)嵌入到運(yùn)動(dòng)控制器中的一種產(chǎn)品，它能夠獨(dú)立運(yùn)行。嵌入式的運(yùn)動(dòng)控制器也可配置軟盤和硬盤驅(qū)動(dòng)器，甚至可以通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。例如美國(guó) ADEPT 公司的 Smar

23、tController，固高科技公司的 GU嵌入式運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)系列產(chǎn)品等[3]。</p><p>　　1.3.2 運(yùn)動(dòng)控制的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前國(guó)外產(chǎn)品已經(jīng)開始大量進(jìn)入中國(guó)，固高科技公司也相繼開發(fā)出 GO 、GT、 GH和 GU系列基于 DSP 的開放式運(yùn)動(dòng)控制器產(chǎn)品，有近 150 個(gè)品種可供用戶選擇，固高科技公司把通用運(yùn)動(dòng)控制器產(chǎn)品分為高、中、低三個(gè)檔次，他們分別是 G

24、H、GT和 GO 系列產(chǎn)品[4]。從目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的反饋情況來看，按照行業(yè)進(jìn)行市場(chǎng)開發(fā)，具有一定的優(yōu)勢(shì)。這三類運(yùn)動(dòng)控制器的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域如下：</p><p>　　(1)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制器，主要應(yīng)用在那些僅對(duì)終點(diǎn)位置有要求，與運(yùn)動(dòng)軌跡無關(guān)的系統(tǒng)[4]。</p><p>　　(2)連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)控制器，主要應(yīng)用在傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)、切割系統(tǒng)的輪廓控制[4]。</p><p>　　

25、(3)同步運(yùn)動(dòng)控制器，主要應(yīng)用在需要有電子齒輪箱和電子凸輪功能的系統(tǒng)控制中[4]。</p><p>　　1.4課題內(nèi)容和研究方案的確定</p><p>　　1.4.1 研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題要對(duì)以下內(nèi)容做深入的研究：</p><p>　　1.實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)控制，在坐標(biāo)上實(shí)現(xiàn)X軸Y軸Z軸的運(yùn)動(dòng)。</p><p&g

26、t;　　2.實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向及位移。</p><p>　　2.按鍵控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　3.按鍵控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)回到坐標(biāo)原點(diǎn)。</p><p><b>　　1.4.2研究方案</b></p><p>　　鑒于上述要實(shí)現(xiàn)的功能，該系統(tǒng)主要由液晶顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、PIC主機(jī)（數(shù)據(jù)處理）、

27、鍵盤按鍵選擇模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊五大部分組成，整個(gè)系統(tǒng)如圖1-1所示，其中各部分的具體實(shí)現(xiàn)方案將在以下各章中闡述。</p><p><b>　　圖1-1 系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了運(yùn)動(dòng)控制的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并闡述了該課題研究的目的及意義，

28、最后確定了該課題的內(nèi)容和研究方案。</p><p>　　2 PIC單片機(jī)主機(jī)原理概述</p><p>　　2.1單片機(jī)芯片選擇</p><p>　　現(xiàn)今世界上涌現(xiàn)出品種多樣的單片機(jī)，目前應(yīng)用較廣的主要有美國(guó)Intel公司的MCS-51和MCS-96系列、美國(guó)Motorola公司的MC68系列、臺(tái)灣ICSI公司的8051系列、美國(guó)Microchip公司的PIC系列等，

29、其中各個(gè)系列的單片機(jī)都有其各自的優(yōu)點(diǎn)[5]。美國(guó)Microchip公司近幾年推出的PIC系列單片機(jī)，與其它系列相比，它的最大優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在功能強(qiáng)、引腳少、可直接帶LED負(fù)載；具有低耗能工作方式，實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)；外圍配置簡(jiǎn)單、明晰，提高了整機(jī)的可靠性；且具有較強(qiáng)的抗干擾能力，大大提高了抵御外界的電磁干擾本機(jī)控制電路的能力[5]。所以本設(shè)計(jì)選用PIC16F877A單片機(jī)，其管腳圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-

30、1 PIC16F877A管腳圖</p><p>　　PIC16F877A單片機(jī)引腳說明[6]：</p><p>　　1.電源和接地引腳（均配置兩組）</p><p><b>　?。赫娫炊?。</b></p><p><b>　?。航拥囟?。</b></p><p><b

31、>　　2.時(shí)鐘、復(fù)位引腳</b></p><p>　　OSC1/CLKIN：時(shí)鐘振蕩器晶體連接端1/外部時(shí)鐘源輸入端。</p><p>　　OSC2/CLKOUT：時(shí)鐘振蕩器晶體連接端2/時(shí)鐘信號(hào)輸出端。</p><p><b>　　3.主復(fù)位引腳</b></p><p>　　/：人工復(fù)位輸入端（低電平

32、）有效/編程電壓輸入端。</p><p><b>　　4. 端口A引腳</b></p><p>　　端口A是一個(gè)雙向輸入/輸出可編程端口。端口A的引腳還有第2、第3功能。</p><p>　　RA0/AN0：RA0/第0路模擬信號(hào)輸入端。</p><p>　　RA1/AN1：RA1/第1路模擬信號(hào)輸入端。</p&g

33、t;<p>　　RA2/AN2/：RA2/第2路模擬信號(hào)輸入端/負(fù)參考電壓端。</p><p>　　RA3/AN3/：RA3/第3路模擬信號(hào)輸入端/正參考電壓端。</p><p>　　RA4/T0CKI：RA4/定時(shí)器0 時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　RA4/AN4/：RA5/第4路模擬信號(hào)輸入端/串行口從動(dòng)選擇。</p><p

34、><b>　　5.端口B引腳</b></p><p>　　端口B是一個(gè)雙向輸入/輸出可編程端口。用作輸入時(shí)，內(nèi)部有可編程的弱上拉電路。此外，端口B的引腳還有第2、第3功能。</p><p>　　RB0/INT：RB0/外部中斷輸入端。</p><p><b>　　RB1：RB1。</b></p><

35、;p><b>　　RB2：RB2。</b></p><p>　　RB3/PGM：RB3/低電平電壓編程輸入端。</p><p>　　RB4：RB4（具有電壓變化中斷功能）。</p><p>　　RB5：RB5（具有電壓變化中斷功能）。</p><p>　　RB6/PGC：RB6（具有電壓變化中斷功能）/在線調(diào)試輸入

36、端和串行編程時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　RB7/PGD：RB7（具有電壓變化中斷功能）/在線調(diào)試輸入端和串行編程數(shù)據(jù)輸入端。</p><p><b>　　6．端口C引腳</b></p><p>　　端口C是一個(gè)雙向輸入/輸出可編程端口。段口C的引腳還有第2、第3功能，與其他端口相比功能最為豐富，主要有兩大功能：CCP和串行通信。</

37、p><p>　　RC0/T1OSO/T1CKI：RC0/定時(shí)器1的振蕩器輸出端/定時(shí)器1時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　RC1/T1OSI/CCP2：RC1/定時(shí)器1的振蕩器輸入端/捕捉器2輸入端或比較器2輸出端或脈寬調(diào)制器PWM2的輸出端。</p><p>　　RC2/ CCP1：RC2/捕捉器1輸入端或比較器1輸出端或脈寬調(diào)制器PWM1的輸出端。</p>

38、;<p>　　RC3/SCK/SCL：RC3/SPI和串行口的同步時(shí)鐘輸入或輸出端。</p><p>　　RC3/SDI/SDA：RC4/SPI串行口的數(shù)據(jù)輸入端和串行口的數(shù)據(jù)輸入或輸出端。</p><p>　　RC5/SDO：RC5/SPI串行口的數(shù)據(jù)輸出端。</p><p>　　RC6/TX/CK：RC6/USART全雙工異步發(fā)送端/USART半雙

39、工同步傳送時(shí)鐘端。</p><p>　　RC7/RX/DT：RC7/USART全雙工異步接收端/USART半雙工同步傳送數(shù)據(jù)端。</p><p><b>　　7．端口D引腳</b></p><p>　　端口D是一個(gè)雙向輸入/輸出可編程端口。端口D的全部引腳都有第2功能。RD0~ RD7/PSP0~PSP7：RD0~ RD7/作從動(dòng)并行口與其他微

40、處理器總線連接。</p><p><b>　　8．端口E引腳</b></p><p>　　端口E是一個(gè)雙向輸入/輸出可編程端口。端口E的引腳還有第2、第3功能。</p><p>　　RE0//AN5：RE0/并行口讀出控制端/第5路模擬信號(hào)輸入端。</p><p>　　RE1//AN6：RE1/并行口寫入控制端/第6路模

41、擬信號(hào)輸入端。</p><p>　　RE2//AN7：RE2/并行口片選控制端/第7路模擬信號(hào)輸入端。</p><p>　　2.2 PIC系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)</p><p>　　2.2.1 PIC系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能</p><p><b>　　1.哈佛雙總線結(jié)構(gòu)</b></p><p>

42、;　　PIC單片機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是基于哈佛雙總線概念，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理空間上完全獨(dú)立，如圖2-2所示，讀取指令的總線和存取數(shù)據(jù)的總線完全分開，這樣的結(jié)構(gòu)可以使指令總線和數(shù)據(jù)總線的寬度不一樣。由于總線獨(dú)立，使得讀取指令和存取操作數(shù)同時(shí)進(jìn)行成為可能，即引入指令流水線機(jī)制，以提高單片機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量，提高代碼運(yùn)行效率[7]。</p><p>　　傳統(tǒng)的“馮.諾依曼”結(jié)構(gòu)（又稱普林斯頓結(jié)構(gòu)）的計(jì)算機(jī)，其程序存儲(chǔ)器和

43、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物分配上屬于同一空間，如圖2-3所示，讀取指令和存取數(shù)據(jù)只能共用同一總線，數(shù)據(jù)流量受到一定限制[7]。</p><p>　　圖2-2 哈佛結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖2-3 “馮.諾依曼”結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2. 兩級(jí)指令流水線結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于PIC單片機(jī)采用了完整的哈佛結(jié)構(gòu)，用了兩種不同位數(shù)的總

44、線，因此讀取指令和執(zhí)行指令有可能同時(shí)交疊進(jìn)行，這就是PIC單片機(jī)的指令執(zhí)行流水線概念，如圖2-4所示。在指令周期0，指令1被讀取，在下一個(gè)指令周期1被執(zhí)行，所以每條指令從讀取到執(zhí)行完畢需要兩個(gè)指令周期。但是在指令周期1指令1 被執(zhí)行的同時(shí)，指令2已經(jīng)讀取完畢，所以到指令周期2時(shí)可立即執(zhí)行指令2，同時(shí)讀取指令3。從指令1執(zhí)行到指令2執(zhí)行，只花了一個(gè)指令周期的間隔，所以說PIC的指令執(zhí)行是單指令周期[7]。</p><p

45、>　　只有涉及到改變程序計(jì)數(shù)器PC值的程序分支和跳轉(zhuǎn)指令，指令流水線必須重新刷新，才需要兩個(gè)周期。指令流水線結(jié)構(gòu)最大限度地提高了每一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的效率[7]。</p><p>　　圖2-4 指令流水線結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　3. 一次性編程OTP技術(shù)</p><p>　　PIC16F877A兼有RICS處理器的高性能和一次性編程技術(shù)的低價(jià)格優(yōu)點(diǎn)。低價(jià)

46、格OTP芯片具有適于小批量試制和生產(chǎn)靈活性特點(diǎn)，這是掩膜ROM所不具有的。</p><p>　　4. CPU的性能特點(diǎn)</p><p>　　它有16位指令，8位寬數(shù)據(jù)通道，高達(dá)2MB的程序存儲(chǔ)器，4kB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，高達(dá)10MIPS的執(zhí)行速度。DC-40MHz時(shí)鐘輸入，4-10MHz帶PLL鎖相環(huán)有源晶振/時(shí)鐘輸入；帶優(yōu)先級(jí)的中斷和8x8單周期硬件乘法器。</p><p

47、><b>　　5. 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)</b></p><p>　　I/0端口驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力較強(qiáng)，每個(gè)I/O引腳吸人和輸出電流的最大值可分別達(dá)到2mA和20mA，能夠直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED、光電禍合器或者微型繼電器等。</p><p>　　6. C語言開發(fā)環(huán)境</p><p>　　對(duì)于PIC16F877A單片機(jī)，Microchip公司提供了C語

48、言編譯程序，用C語言這種高級(jí)語言來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可以大幅度地提高工作效率。</p><p>　　7. 高速的指令執(zhí)行時(shí)間</p><p>　　在20MHZ時(shí)鐘情況下達(dá)到200ns，在25MHZ時(shí)可快達(dá)160ns。在單周期內(nèi)可以對(duì)I/O口的任意一位直接進(jìn)行位操作。</p><p>　　9. 工作電壓范圍寬，一般可從2.5V~6.25V。</p><

49、p>　　10. I/O具有全CMOS輸出驅(qū)動(dòng)能力，減少用戶使用外部驅(qū)動(dòng)芯片，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示[5]。</p><p>　　2.2.2 PIC16F877A單片機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　PIC16F877A具有特點(diǎn)如下[8]：</p><p>　　具有高性能的RICS CPU</p><p>　　單片機(jī)的匯編指令僅33條單字節(jié)指令

50、</p><p>　　除程序分支指令為兩個(gè)周期外，其余均為單周期指令</p><p>　　工作速度：0——200ns指令周期</p><p>　　368*8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）字節(jié)</p><p>　　8K*14個(gè)FLASH程序存儲(chǔ)器</p><p>　　中斷能力，有14個(gè)中斷</p><p>

51、;　　引腳輸出和PIC16C73B/74B/76/77兼容</p><p><b>　　上電復(fù)位</b></p><p><b>　　8級(jí)深度的硬件堆棧</b></p><p>　　上電定時(shí)器（PWRT）和振蕩啟動(dòng)定時(shí)器（OST）</p><p>　　監(jiān)視定時(shí)器（WDT），帶有片內(nèi)可靠運(yùn)行的RC振蕩

52、器</p><p><b>　　低功耗睡眠方式</b></p><p><b>　　可編程的代碼保護(hù)</b></p><p>　　直接間接和相對(duì)尋址方式</p><p><b>　　可選擇振蕩器</b></p><p>　　在線串行編程（ICSP）<

53、;/p><p><b>　　2.2本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了單片機(jī)芯片的選擇。通過敘述PIC系列單片機(jī)有點(diǎn)，本系統(tǒng)選擇PIC16F877A單片機(jī)，并闡述了PIC系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)性能和PIC16F877A的特點(diǎn)。</p><p>　　3各模塊硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 PIC單片機(jī)在系統(tǒng)

54、應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)</p><p>　　使用一般的微處理器或微控制器擴(kuò)展LED數(shù)碼管和鍵盤，幾乎都需要通過擴(kuò)展接口芯片來擴(kuò)展，另外要驅(qū)動(dòng)LED，還需要增加驅(qū)動(dòng)電路才能工作，這就顯示出PIC單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵擃愋蛦纹瑱C(jī)的每一個(gè)I/O引腳都有直接驅(qū)動(dòng)LED管的能力，這樣在不少場(chǎng)合就可以省去電流驅(qū)動(dòng)器，從而降低了系統(tǒng)成本和電路的復(fù)雜性，但是由于芯片端口溫升散熱問題和不同端口的結(jié)構(gòu)差異，不同端口可提供的總電流并不相同，B口的

55、總灌電流和拉電流可達(dá)150mA和100mA，而其他口則分別為80mA和50mA，所以在使用中需要根據(jù)情況選擇不同端口區(qū)分應(yīng)用[9]。</p><p>　　PIC單片機(jī)主機(jī)引腳功能圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 PIC單片機(jī)主機(jī)引腳功能圖</p><p>　　3.2 鍵盤電路設(shè)計(jì)</p><p>　　開關(guān)量輸入是單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目

56、中經(jīng)常用到的一種輸入方式。本設(shè)計(jì)利用一個(gè)端口RB8的6個(gè)引腳連接一個(gè)3×3矩陣鍵盤。行列式鍵盤的接法比獨(dú)立式鍵盤的接法要復(fù)雜一些，且在編程實(shí)現(xiàn)上也會(huì)復(fù)雜一些，但是在占用相同的I/O端口的情況下，行列式鍵盤接法會(huì)比獨(dú)立式鍵盤接法允許的按鍵數(shù)量多得多。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)需求，需啟/停、加/減1、清零、設(shè)置等按鍵。3×3鍵盤電路的設(shè)計(jì)將單片機(jī)的RB5~RB0與鍵盤電路的KEY1~KEY6

57、相連，其中KEY1 ~KEY3選擇列線，KEY4~KEY6選擇行線。低電平時(shí)表示鍵盤按下。采用獨(dú)立鍵盤掃描模式以單片機(jī)端口電平的高低變化來判斷鍵是否被按下。其中RB3~RB5用來進(jìn)行列掃描，RB0~RB2用來進(jìn)行行掃描。RB0~RB2各自通過一個(gè)電阻接到電源上，并和RB3~RB5通過一個(gè)按鍵連接起來。當(dāng)一個(gè)按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的行輸入口的電平為通過按鍵連接的列輸出端口的電平。普通狀態(tài)下，各個(gè)列端口的輸出是高電平，在掃描到任一行端口的電壓變低

58、后，再掃描4條列端口的電平，檢測(cè)列線是否為低電平，如果是，則可以確定是哪一個(gè)按鍵按下。</p><p>　　鍵盤電路如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 鍵盤電路 </p><p>　　3.2 LCD液晶顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　LCD——Liquid Crystal Display，即液晶顯示器，它是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可

59、以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖像。由于液晶顯示器具有功耗極低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于便攜式和用電池供電的應(yīng)用系統(tǒng)中[6]。液晶顯示器也有其不足之處，如價(jià)格昂貴。</p><p>　　液晶顯示器是沉積在兩塊玻璃之間的“液晶材料”薄層；電極是附在液晶玻璃的兩邊，一邊作為公共極或背板，另一邊是字符段。LCD模型可以把其看成是一個(gè)電容器，一個(gè)電極連接著公共極板，另一個(gè)電極連接著字符段[

60、10],如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　若用直流驅(qū)動(dòng)LCD將會(huì)引起顯示單元永久性的損壞，為了防止不可逆轉(zhuǎn)的電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致LCD顯示器損壞，施加在所有字符段單元上的電壓都必須周期性地翻轉(zhuǎn)極性，以使加在器件上的平均電壓為0。這個(gè)方法被稱作交流電壓驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)LCD的方法有兩種：一種為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方法，一種為多路復(fù)用驅(qū)動(dòng)方法。&

61、lt;/p><p>　　多路復(fù)用的驅(qū)動(dòng)方法是在所給定的安排下以兩倍公共極數(shù)目的時(shí)分?jǐn)?shù)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用（TDM——Time Division Mutiplex）。用多路復(fù)用驅(qū)動(dòng)方法除了可以保持液晶顯示一般特性外，還具有在高亮度環(huán)境下高對(duì)比度、低功耗的特性，還可以減少點(diǎn)陣和字母數(shù)字顯示的外部連接點(diǎn)數(shù)。由此可以減少驅(qū)動(dòng)電路的數(shù)目，如果是使用軟件方法控制，就可以減少對(duì)微控制器的I/O引腳數(shù)的要求。為了防止對(duì)LCD顯示器造成永久性

62、損壞，對(duì)所有字符段單元所施加的電壓進(jìn)行周期性翻轉(zhuǎn)極性，以使其兩端的電壓平均值為零。這就是時(shí)分兩倍的原因，每個(gè)公共極必須用相反極性的電壓脈沖交替驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)頻率必須大于人眼視覺暫留現(xiàn)象不會(huì)感到閃爍的最低頻率25Hz。</p><p>　　如前所述，加在LCD上的直流電壓越小，LCD的壽命就越長(zhǎng)。在理想情況下，所有I/O線的切換應(yīng)該同時(shí)進(jìn)行，但是用軟件實(shí)現(xiàn)的LCD控制器必然會(huì)產(chǎn)生延遲，其延遲時(shí)間與微控制器的直流周期成正

63、比。所以必須設(shè)法減少切換時(shí)間，使其最小[10]。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，LCD顯示的主要是平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)方向。一般來說，液晶顯示器是作為外圍器件來使用的，本設(shè)計(jì)中選用16*2的LCD1602顯示屏。顯示電路的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)RD0~RD7口作為并行口與LCD1602的D0~D7相連接，將RE0~RE2口分別與D/I、WR、EN相連。</p><p>　　LCD1602的顯示特性：&

64、lt;/p><p><b>　　高可靠性。</b></p><p><b>　　內(nèi)置192種字符。</b></p><p>　　具有64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)方式：1/160UTR,1/5BIAS</p><p><b>　　視角方向：6點(diǎn)

65、</b></p><p>　　背光方向：底部LED</p><p>　　通訊方式：4位或8位并口可選</p><p>　　3.3 LED數(shù)碼管電路設(shè)計(jì)</p><p>　　LED(Light-Emitting Diode,發(fā)光二極管顯示器)是由發(fā)光二極管顯示數(shù)字的外圍顯示器件，常用的是7段LED，還有的加了一個(gè)發(fā)光二極管作為小數(shù)點(diǎn)

66、。本設(shè)計(jì)中是8段LED，其中包括小數(shù)點(diǎn)。LED顯示器分為共陰極LED和共陽極LED兩種，本設(shè)計(jì)采用的是共陽極LED。8只發(fā)光二極管的陽極共同接到電源上，所以叫共陽極LED，在每個(gè)發(fā)光二極管的陽極接的電阻將起到保護(hù)作用。在輸入管腳接低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管將會(huì)發(fā)光。適當(dāng)編碼后，8只發(fā)光二極管組合起來就可以表達(dá)數(shù)據(jù)了。</p><p>　　只要有2個(gè)8位及以上I/O端口的PIC系列芯片，都可以直接用I/O引腳驅(qū)動(dòng)4

67、只LED數(shù)碼管。如圖3-4所示，小數(shù)點(diǎn)dp對(duì)應(yīng)著最高位，按照dp-g-f-e-d-c-b-a的次序?qū)?yīng)著各個(gè)輸入管腳。如果要顯示的數(shù)字或內(nèi)容比較多，還可以由多個(gè)7段譯碼器組合起來進(jìn)行顯示。位選端可以為7段譯碼器的公共電源端或者公共接地端。對(duì)于共陽極的7段譯碼器，將公共端設(shè)為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出有效，將公共端設(shè)為設(shè)為低電平時(shí)，則沒有數(shù)據(jù)輸出[11]。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，顯示的主要是坐標(biāo)值。顯示電路的設(shè)計(jì)

68、將單片機(jī)的RD0~RD7口作為并行口與數(shù)碼管的D0~D7相連接，將單片機(jī)的RA1 ~RA4與數(shù)碼管的LED1~ LED4相連。</p><p>　　3.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在自動(dòng)化控制、精密機(jī)械加工、航空航天技術(shù)以及所有要求高精度定位、自動(dòng)記錄、自動(dòng)瞄準(zhǔn)等高新技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品，

69、廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，它是將數(shù)字電脈沖直接轉(zhuǎn)換為位移角度的機(jī)電設(shè)備。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)依個(gè)固定的角度（稱為“步距角”）它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。一般情況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的總角度與輸入的脈沖個(gè)數(shù)成正比?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從

70、而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的[11]。</p><p>　　與一般的電動(dòng)機(jī)相比，步進(jìn)電機(jī)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1)電動(dòng)機(jī)輸入的信號(hào)為數(shù)字量，采用微處理器作為控制器能很好兼容。</p><p>　　2)在開環(huán)或半閉環(huán)的控制狀態(tài)下，仍具有良好的定位精度。</p><p>　　3)位移與輸入脈沖個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間積累。</p

71、><p>　　4)無電刷、可靠性高。</p><p>　　5)易于啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)變化和變速響應(yīng)好。</p><p>　　6)停止時(shí)具有自鎖功能。</p><p>　　7)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶慣性負(fù)載能力較差。</p><p>　　8)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能采用普通的交直流驅(qū)動(dòng)，需要專用的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。</p><p&g

72、t;　　單片機(jī)是性能極佳的控制處理器，它與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)控制部件相比，無論從功能、靈活性、可靠性等方面來說都要好。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際應(yīng)用參數(shù)，選擇ULN2003A芯片作為驅(qū)動(dòng)器件。將單片機(jī)的RA1 ~RA4與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的LED1~ LED4相連。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要闡述了構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)部件的電路結(jié)構(gòu)及

73、其連接，具體介紹了個(gè)部件的硬件功能和實(shí)現(xiàn)要求。</p><p>　　鍵盤電路完成3×3矩陣電路與單片機(jī)的連接，實(shí)現(xiàn)按鍵和查詢鍵值功能。</p><p>　　LCD顯示電路實(shí)現(xiàn)根據(jù)鍵值顯示相應(yīng)坐標(biāo)軸的功能。LED數(shù)碼管顯示電路實(shí)現(xiàn)根據(jù)鍵值顯示運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相應(yīng)位移的功能。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)根據(jù)單片機(jī)控制信息驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。</p><p><b&g

74、t;　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1開發(fā)環(huán)境及編程語言的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用的PIC單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境是MPLAB—IDE，此開發(fā)環(huán)境整合了源程序的編寫、機(jī)器碼的編譯連接、各種開發(fā)調(diào)試工具的支持和燒寫編程器的掛接。由于此開發(fā)環(huán)境支持多種不同的第三方程序語言編譯連接工具，所以給用戶帶來很大方便[10]。本系統(tǒng)采用的是在MPLAB--IDE集成開

75、發(fā)環(huán)境下掛接PICC編譯器。</p><p>　　用C語言開發(fā)PIC單片機(jī)相比于匯編語言有如下優(yōu)點(diǎn)[10]：</p><p>　　1. 可以加快開發(fā)速度，對(duì)于是一些需要復(fù)雜計(jì)算的單片機(jī)系統(tǒng)，用C語言開發(fā)就越發(fā)地顯示出優(yōu)勢(shì)[10]。</p><p>　　2. 不需精通單片機(jī)的指令集和具體的硬件結(jié)構(gòu)，只要有一定的了解就能夠編寫出水平較好的程序[10]。</p>

76、;<p>　　3. 可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，便于分工合作和集體開發(fā)[10]。</p><p>　　4. 用C語言編寫的源程序具有邏輯結(jié)構(gòu)清晰、條理性強(qiáng)、可讀性和可維護(hù)性好等特點(diǎn)[10]。</p><p>　　5. 用C語言編寫的源程序可移植性好。</p><p><b>　　4.2需求分析</b></p><

77、p>　　需求分析是軟件生存周期中非常重要的一個(gè)階段。</p><p>　　該單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的需求功能包括：</p><p>　　1)鍵盤掃描子程序。當(dāng)按下4鍵時(shí)，系統(tǒng)開始工作。但有時(shí)是由于人的主觀愿望以外的原因致使按鈕動(dòng)作，如不小心觸動(dòng)按鈕或其他原因致使按鈕動(dòng)作，這種動(dòng)作是我們不需要的。鍵盤掃描程序的作用，就是防止這些誤動(dòng)作使系統(tǒng)工作。</p><p>　

78、　2)LCD顯示子程序。顯示運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)方向，可分別顯示X、Y、Z。</p><p>　　3)數(shù)碼管顯示子程序。顯示運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位移，當(dāng)按鍵錯(cuò)誤時(shí)，顯示亂碼。以示提醒。</p><p>　　4)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序。接收單片機(jī)的控制信息，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)。</p><p><b>　　4.3總體設(shè)計(jì)</b></p>

79、<p>　　4.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理</p><p>　　PIC單片機(jī)控制三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在X軸、Y軸、Z軸方向上運(yùn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來表示平臺(tái)的移動(dòng)。在本設(shè)計(jì)中，只用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)來模擬在一個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，若要實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)，只需在每個(gè)方向上個(gè)設(shè)置一個(gè)步進(jìn)電機(jī)來模擬平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)采用PIC16F877A作為主控芯片, 系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本功能：</p><p>

80、;　　1. 根據(jù)按鍵來選擇所需功能，當(dāng)按1鍵時(shí)，選擇X坐標(biāo)；此時(shí)按4鍵，LED數(shù)碼管清零；按5鍵，加1，表示在X軸方向前進(jìn)一個(gè)單位；按6鍵，減1，表示在X軸上倒退一個(gè)單位。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的位置都是在X軸的正方向的，若運(yùn)動(dòng)到X軸的小于0的位置，則LED數(shù)碼管顯示亂碼。</p><p>　　2. 若想切換運(yùn)動(dòng)方向，則必須按復(fù)位鍵，否則LED數(shù)碼管的個(gè)位將全部顯示。例如，當(dāng)在X軸坐標(biāo)方向的情況下不按復(fù)位鍵而直接切換到Y(jié)軸

81、坐標(biāo)方向，此時(shí)數(shù)碼管不再顯示位置數(shù)值，而是在個(gè)位全部顯示（包括小數(shù)點(diǎn)），而在此時(shí)按4鍵的話，會(huì)再原來數(shù)值上加1，顯示的是X軸加上Y軸的位移量之和，這樣會(huì)造成錯(cuò)誤。所以切換坐標(biāo)軸方向時(shí)，必須先按復(fù)位鍵。</p><p>　　3. 具有良好的控制功能，保證運(yùn)動(dòng)平臺(tái)按設(shè)定的路線移動(dòng)。</p><p>　　4. 能有效防止外界誤動(dòng)作而引發(fā)的系統(tǒng)動(dòng)作。</p><p>　　系

82、統(tǒng)的總流程框圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 軟件總體結(jié)構(gòu)流程框圖</p><p><b>　　4.4編程實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　在明確了軟件的設(shè)計(jì)任務(wù)以后，采用模塊化思想的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。采用模塊化思想的設(shè)計(jì)方法，便于軟件的維護(hù)和二次開發(fā)。</p><p>　　4.4.1 初始化子程序

83、</p><p>　　初始化子程序?yàn)閱纹瑱C(jī)軟件的運(yùn)行設(shè)置初始環(huán)境。該子程序主要完成以下工作：</p><p>　　1)清片內(nèi)RAM。每次單片機(jī)加電時(shí)，都將引起單片機(jī)的上電復(fù)位操作。復(fù)位操作完成以后，單片機(jī)的寄存器會(huì)被置以一些未知的值，會(huì)產(chǎn)生無法讓人掌握的后果。因此，在單片機(jī)加電運(yùn)行后，首先要清除RAM，使之置零。</p><p><b>　　2)初始參數(shù)設(shè)

84、定。</b></p><p>　　3)A／D設(shè)定。用以設(shè)定A／D端口。</p><p><b>　　4)中斷設(shè)定。</b></p><p>　　5)定時(shí)器設(shè)定。因?yàn)镻ICl6F877A單片機(jī)有3個(gè)定時(shí)器。這3個(gè)定時(shí)器結(jié)構(gòu)不同，功能也不同。因此，需為程序選用合適的定時(shí)器，并根據(jù)系統(tǒng)的要求，為定時(shí)器設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)。</p>

85、<p><b>　　6)看門狗設(shè)定。</b></p><p>　　初始化子程序流程框圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 初始化子程序結(jié)構(gòu)流程圖</p><p>　　4.4.2鍵盤按鍵程序設(shè)計(jì)</p><p>　　程序設(shè)計(jì)的任務(wù)主要分為兩個(gè)部分：一個(gè)部分不停地監(jiān)測(cè)是否有鍵按下，</p>

86、;<p>　　另一個(gè)部分查看哪一個(gè)鍵按下。</p><p>　　在PIC16F877A系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)應(yīng)用端口B連接矩陣3×3矩陣鍵盤，RB3~RB5為列線，通過上拉電阻連接到VCC電源上，當(dāng)沒有鍵按下時(shí)，各列線均為高電平。RB0~RB2為行線，通過上拉電阻連接到VCC電源上，當(dāng)沒有鍵按下時(shí)，各行線均為高電平。鍵盤掃描時(shí)要解決鍵盤抖動(dòng)問題，可通過軟件的適當(dāng)延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，就是在掃描到有鍵按下后，適

87、當(dāng)延時(shí)一段時(shí)間，然后再次掃描看是否是誤觸鍵。如果確定有鍵按下，則調(diào)用按鍵查詢子程序，檢測(cè)是哪個(gè)鍵按下并查詢鍵值。因此該程序設(shè)計(jì)主要分為兩部分：一部分不停地掃描檢測(cè)是否有按鍵按下，另一部分則是查看哪一個(gè)按鍵按下。</p><p>　　(1)在初始狀態(tài)下，4個(gè)列輸出端口輸出低電平，即RB3～RB5輸出低電平，然后持續(xù)檢測(cè)4個(gè)行輸出端口RB0～RB2的狀態(tài)是不是高電平。如果沒有按鍵按下，則RB0～RB2的狀態(tài)是高電平；

88、如果有鍵按下，則被按下的鍵對(duì)應(yīng)的行輸入端口的電平就會(huì)被拉低，RB0-RB2中會(huì)出現(xiàn)低電平。</p><p>　　鍵盤掃描子程序流程如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 鍵盤掃描子程序流程圖</p><p>　　鍵盤掃描子程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：</p><p>　　以定時(shí)中斷掃描方式來掃描鍵是否按下。判斷鍵是否按下的過程是當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下

89、時(shí)，statekey置1，此時(shí)判斷是否已消抖。若已消抖，則查鍵并算鍵值，消抖標(biāo)值Key_flag清零，否則消抖標(biāo)值Key_flag置1。當(dāng)沒有檢測(cè)到鍵按下時(shí)，statekey置0，state置1。</p><p>　　(2)當(dāng)有按鍵按下時(shí)，就轉(zhuǎn)到按鍵查詢子程序中，在列輸出端口RB3~RB5輸出掃描字，判斷是哪一個(gè)按鍵按下。</p><p>　　按鍵查詢結(jié)束后，獲得按下鍵的鍵碼值。查詢到結(jié)果

90、后，進(jìn)入下一級(jí)的輸出程序。</p><p>　　按鍵查詢并算鍵值子程序的流程圖如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 按鍵查詢并算鍵值子程序</p><p>　　(3)當(dāng)查詢到鍵值后，程序便進(jìn)入根據(jù)鍵值顯示相應(yīng)部分的子程序。根據(jù)鍵值顯示相應(yīng)部分的子程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：</p><p>　　當(dāng)按下鍵時(shí)，調(diào)用按鍵掃描子程序來判斷按鍵是否釋

91、放，若釋放，則調(diào)用查鍵并算鍵值子程序，算出鍵值。當(dāng)鍵值等于1時(shí)，LCD顯示X,表示選擇X軸為運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)方向；當(dāng)鍵值等于2時(shí)，LCD顯示Y , 表示選擇Y軸為運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)方向；當(dāng)鍵值等于3時(shí)，LCD顯示Z , 表示選擇Z軸為運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)方向。當(dāng)鍵值等于4時(shí)，LCD顯示的內(nèi)容不變，數(shù)碼管顯示0，表示清零；當(dāng)鍵值等于5時(shí)，表示運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在所選定的方向上向正方向前進(jìn)一個(gè)單位；當(dāng)鍵值等于6時(shí)。表示運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在所選定的方向上向負(fù)方向后退一個(gè)單位。</

92、p><p>　　根據(jù)鍵值顯示相應(yīng)部分的子程序如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 根據(jù)鍵值顯示相應(yīng)部分的子程序</p><p>　　(4)根據(jù)以上各部分所述功能，鍵盤程序總流程如圖4-5所示：</p><p>　　圖4-5 鍵盤程序總流程框圖</p><p>　　4.4.3 LCD液晶顯示程序設(shè)計(jì)</p&

93、gt;<p>　　LCD主流程主要實(shí)現(xiàn)的功能是：</p><p>　　當(dāng)按1鍵時(shí)，第一行顯示X，第二行不顯示；當(dāng)按2鍵時(shí)，第一行顯示Y，第二行不顯示；當(dāng)按1鍵時(shí)，第一行顯示Z，第二行不顯示。</p><p>　　LCD主流程如圖4-6所示：</p><p>　　圖4-6 LCD主流程框圖</p><p>　　4.4.4步進(jìn)電機(jī)

94、驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主程序流程圖如圖4-7所示：</p><p>　　圖4-7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主程序流程圖</p><p><b>　　4.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了系統(tǒng)的各個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)的功能和整個(gè)系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計(jì)。</p><p&g

95、t;　　鍵盤掃描子程序?qū)崿F(xiàn)判斷鍵是否按下的功能。按鍵查詢并算鍵值子程序?qū)崿F(xiàn)根據(jù)鍵值顯示相應(yīng)數(shù)值及驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的功能。LCD顯示子程序?qū)崿F(xiàn)LCD的初始化及顯示功能。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)初始化及根據(jù)鍵值判斷是否轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。</p><p><b>　　5系統(tǒng)軟硬件調(diào)試</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的軟件編譯成功后，在硬件實(shí)物上運(yùn)行。實(shí)物圖如下。</p>

96、<p>　　實(shí)物整體圖如圖5-1所示：</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　當(dāng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位于坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)且選定X軸坐標(biāo)方向時(shí)，此時(shí)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位于坐標(biāo)原點(diǎn)，已選定的運(yùn)動(dòng)方向是X軸方向。如圖5-2所示：</p><p><b>　　圖5-2</b></p><p>　

97、　當(dāng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向是Y且位移為10個(gè)單位軸時(shí)實(shí)物圖如圖5-3所示：</p><p><b>　　圖5-3</b></p><p>　　當(dāng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向是Z軸且位移為5個(gè)單位時(shí)的顯示實(shí)物圖如圖5-4所示：</p><p><b>　　圖5-4 </b></p><p>　　當(dāng)切換坐標(biāo)軸方向時(shí)沒

98、有先按復(fù)位鍵，則數(shù)碼管全顯示，亂碼，如圖5-5所示：</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)了基于PIC單片機(jī)控制的三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)。詳細(xì)闡述了單片機(jī)的選型、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，采用模塊化思想，分別詳細(xì)敘述了各個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的功能。</p><p>　　本論文具體完成如下

99、工作：</p><p>　　完成了基本的硬件電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試，包括PIC控制電路的設(shè)計(jì)、鍵盤輸入及顯示控制、步進(jìn)電路驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)等。</p><p>　　介紹了PIC單片機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，闡述了選擇PIC16F877A的原因。</p><p>　　重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)及其實(shí)現(xiàn)的功能。</p><p>　　4. 在實(shí)物上進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試

100、，能實(shí)現(xiàn)本文中所闡述的各項(xiàng)功能。</p><p>　　受水平的限制，該系統(tǒng)還有很多不足之出，如不能做到在按加鍵和減鍵的同時(shí)設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的停轉(zhuǎn)，只能另外設(shè)置7鍵來設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。敬請(qǐng)多多批評(píng)指教。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］余張國(guó)．嵌入式多軸運(yùn)動(dòng)控制器的開發(fā)與應(yīng)用[J]．西南科技大學(xué)，2005．

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