TI杯重庆市电子设计大赛论文的写作.docx
《TI杯重庆市电子设计大赛论文的写作.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TI杯重庆市电子设计大赛论文的写作.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
TI杯重庆市电子设计大赛论文的写作
2012年“TI杯”重庆市大学生电子设计竞赛
激光枪自动射击装置（E题）
参赛学校：
XXXXXX
参赛队员：
XXXXXXXX
指导教师：
XXX
时间：
2012.8.7
激光枪自动射击装置（E题）
摘要：
本系统是以TI公司生产的MSP430G2553为主控芯片，以单片机控制中心为核心，设计并制作的激光枪自动射击装置。
系统包括单片机控制中心、遥控键盘模块、舵机驱动电路模块、液晶显示模块、语音播报模块等五个模块。
系统首先通过遥控键盘控制激光枪进行射靶，再经弹着点检测电路产生对应的数据信息。
该数据信息信号通过MSP430G2553主控单片机，并由单片机对其进行处理，输出对应的处理信息并将其反映在液晶显示屏上。
最后，对击中环数语音播报。
经分析，本系统可以有效利用MSP430系列单片机的低功耗特性及强大的运算处理能力，最大程度地利用MSP430G2553单片机各个部分的功能，实现资源的优化配置，一定程度上节约作业成本。
关键词：
键盘遥控、电机驱动、弹着点检测、液晶显示
Abstract：
ThissystemisbasedontheMSP430G2553producedbyTIcompanyasthecontrollerchip,withthesingle-chipprocessorasthecoretodesignandproducethelasergunfiringautomaticdevice.Thesystemincludesthesingle-chipmicrocomputercontrolcenter,long-rangekeyboardmodule,steeringgeardrivecircuitmodule,liquidcrystaldisplaymodule,speechbroadcastmodule.Firstofall,thesystemcancontrolthelaserguntoshotontargetbypressingkeyboard,thentheimpactareadetectioncircuitwillproducecorrespondingdataandinformation.Further,thisinformationsignalwilloutputprocessinginformationandreflectitontheLCDscreenthroughtheMSP430G2553singlechipmicrocomputercontrol,andtheprocessingofmicrocomputer.Finally,tobroadcasttheringshotted.Accordingtotheanalysis,thesystemcaneffectivelyuselow-powerconsumptioncharacteristicsandstrongabilitytohandleoperationonMSP430MCU,maximumuseMSP430G2553eachfunctionofsinglechipmicrocomputerandoptimizetheallocationofresources,tosomeextent,thissystemcouldsavetheworkcost.
Keywords：
Keyboardremotecontrol、Motordrive、Impactareadetection、Liquidcrystaldisplay
目录
一、系统方案论证
1.驱动电机方案论证和选择
方案一：
采用舵机（伺服机）驱动电路。
由于MSP430G2553仅有20各引脚，可用的I/O端口有限，采用舵机可以一定程度上省去使用某些I/O口，节约系统资源。
同时，舵机较其他类型的电机（如五相步进电机）价格相对低廉，便于节约成本。
该方案电路连接简单，容易进行调试。
方案二：
采用步进电机带动激光枪。
该方案主要利用步进电机的工作特性，用户可以利用其步幅角，对步进电机运作的每一步进行控制。
但低端的步进电机步幅角一般为7°/步，不满足本题目的要求，同时也不便于用户通过键盘对激光枪的方向进行控制。
因此鉴于如上所述，最终确定使用方案一驱动激光枪。
2.物理键盘方案论证和选择
方案一：
采用矩阵键盘对激光枪进行控制，其原理图如图1.2.1所示。
矩阵键盘具有一定程度的拓展性，可一定程度上减少对I/O口的占用。
但涉及的连线较繁琐，对I/O的占用只是相对减少，对于一般需要控制电路，并不会用到全部的按键，造成了资源的一定浪费。
并且加大了单片机的负载，涉及的MSP430G2553单片机的引脚比较多，很容易对单片机其他功能的使用造成影响，不利于用户发挥单片机的功能特性及性能优势。
图1.2.1矩阵键盘原理图
方案二：
利用无线遥控键盘远程控制激光枪射靶。
采用无线数据传输，避免了繁琐的连线，实现了用户的非近距离触控操作，很大程度地提高了操作的自由度。
由于减少了端口连线，同时也很好地避免了调试过程中各功能模块之间的相互影响。
经分析，确定使用方案二控制激光枪射靶，其原理如图1.2.2所示。
图1.2.2遥控键盘原理图
3.摄像头采集方案论证
结合题目要求，采用OV7725作摄像头采集数据，同时利用STM32芯片作为外围电路处理OV7725所采集到得数据。
OV7225是一款不带FIFO数据缓存器的摄像头，因此需要外围电路的驱动。
但其配以STM32芯片具有较佳的图像数据采集及显示性能。
该电路的优点是：
电路比较简单，芯片及摄像头价格适中，可靠性高。
缺点是：
摄像头像素有限，数据处理范围有限（针对本题目要求，其像素大小已经适用）。
二、理论分析与计算
1.弹着点检测原理
弹着点检测即对激光枪射靶的环数进行探测，转换为单片机可识别的信息。
根据题目要求，选取摄像头来采集和捕获数据。
同时，由于拍摄出来数据图像的色彩都是由RGB来构成，因此可利用各种颜色构成的RGB差异，对胸靶上激光枪的射靶情况进行处理。
激光枪射出的光点为红斑，纯红色的RGB为（255，0，0），但激光枪射出的光线受室内的明暗程度及摄像头采集情况的影响，其RGB可在砖红（156，102，31）、镉红（227，23，13）等红色类属里变化。
因此，在调试程序中需设定弹着点的RGB，利用单片机控制芯片对所采集的数据进行筛选，使得弹着点检测电路在用户射靶后能探测到正确的弹着点。
2.激光枪自动控制原理
激光枪自动控制电路的发挥，需要在弹着点检测电路的基础上完成。
对于自动控制激光枪，同时还需与舵机驱动电路的进行结合。
弹着点检测电路在探测到激光枪当前位置未能击中10环时，能再次调用舵机驱动电路带动激光枪进行射靶。
此处需要注意舵机的工作频率，由于驱动电路选用的舵机为数字舵机，其出厂工作频率为300Hz，需对应将MSP430G2553的时钟设置为SMCLK，转动角度也需作对应调整。
为使得激光枪自动控制电路能探测到并击中10环，可采取方案将靶心进行标记。
例如标记为蓝色，其RGB为（0，0，255），弹着点检测电路在探测激光枪当前位置能否击中10环时，便可直接利用舵机驱动电路通过摄像头采集到的数据，搜寻RGB为（0，0，255）的点。
三、电路与程序设计
1.无线收发电路设计
本无线收发电路，采用了TI公司制造生产的CC1101系列模块，CC1101收发部分波特率均设为9600。
要实现单片机、PC机之间的无线通信，固需2块CC1101模块，对不同单片机的发射端、接收端的信号进行处理。
该模块设计主要完成以下功能：
（1）减少整个电路的连线，避各模块电路之间的相互影响。
（2）实现单片机数据的无线传输，增加用户操作的自由度以及避免电路连线的繁琐。
2.舵机（伺服机）驱动电路设计
由于电路各个模块集成后，需实现激光枪手动、自动射靶等功能，因此在电路设计时，需要加入有效的驱动电路以便于对激光枪进行操作。
如图3.2所示，该电路需要由MSP430G2553单片机输出PWM波形，并对舵机进行控制。
同时，鉴于电路需要对激光枪的方向进行控制，故此处需要两个舵机对激光枪进行驱动。
图3.2舵机驱动电路
3.液晶显示电路设计
题目要求在图形点阵显示器上显示胸靶的相应图形，并闪烁弹着点，故需要采用必要的液晶对弹着点检测电路的检测结果予以显示。
针对该电路，我们选取了STM32外围芯片电路对采集到的图像进行输出处理。
为满足题目相应的显示要求，我们将其与摄像头OV7725相连接，信号经其他外围电路（此处略去）处理后，传入该主控芯片，使单片机控制中心的数据能够很好地反映在液晶显示界面上。
同时，该电路部分还含有LCD12864液晶显示部分，其原理图如下所示：
图3.3液晶显示原理图
4.音频播报电路设计
该音频模块电路，是针对题目发挥部分所设计的电路。
在此同样采取了TI公司生产的MSP430G2553作为主控芯片。
音频信号在经外界传入单片机后，需要采取必要的芯片对其进行转换，才能输出正确的声音。
此处，采用了WT588D-U芯片进行数据转换，信号经该芯片处理后，再由其I/O输出信号使扬声器进行发声。
其原理图，如图3.4所示。
图3.4音频播报电路原理图
5.程序设计
图3.5主程序流程图
（需要对流程进行文字说明）
四、系统测试及结果分析
1.键盘控制激光枪射靶测试
测试方法：
通过遥控键盘按下有效键，调整激光枪的方向并进行击靶。
测试条件：
单片机除接收端引脚外，其他引脚均空载。
表4.1键盘控制激光枪射靶测试记录表
序号
按键
偏转方向
备注
1
A
向左
无异常
2
B
向右
无异常
3
C
向下
无异常
4
D
向上
无异常
测试结果分析：
从数据可以看出，遥控按键基本正常，能达到题目键盘控制激光枪转向的要求。
2.弹着点检测电路测试
测试方法：
通过遥控键盘进行射靶。
测试条件：
液晶显示电路及遥控按键电路均正常。
表4.2弹着点检测电路测试记录表
次数
实际击中环数
液晶显示环数
弹着点闪烁
备注
1
10
9
是
存在一定误差
2
9
9
是
无异常
3
脱靶
无
否
无异常
4
6
6
是
无异常
5
7
8
是
无异常
测试结果分析：
弹着点检测电路液晶显示环数与弹着点闪烁基本匹配，但与实际击中环数比较存在略微误差。
误差造成原因：
系统刚接入电源进行初始化，运行状态还不太稳定。
总体而言，弹着点检测电路的精度基本符合要求。
3.语音播报测试
题目要求在发挥部分需有一定的其他模块添加，因此对电路的语音播报进行测试。
测试方法及条件同上一部分“弹着点检测电路测试”，因其与液晶显示环数同属于弹着点检测电路的拓展结果。
经测试，语音播报的结果与液晶显示环数的结果完全吻合，符合对弹着点环数语音播报的指标要求。
五、设计总结
*****
参考文献
[1]黄根春,周立青,张望先.全国大学生电子设计竞赛教程[M]——基于TI器件设计方法.北京:
电子工业出版社,2011
[2]高吉祥,王晓鹏,宋克慧.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程[M].北京:
电子工业出版社,2011
[3]张金.电子设计与制作100例[M].北京:
电子工业出版社,2009
[4]秦龙.MSP430单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京:
电子工业出版社,2006
[5]全国大学生电子设计竞赛组委会.第九届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京:
北京理工大学出版社,2010
附录程序：
/*舵机驱动程序*/
#include"msp430g2553.h"
#defineD0P1IN&BIT0
#defineD1P1IN&BIT1
#defineD2P1IN&BIT2
#defineD3P1IN&BIT3
voidpwm_p（floatp）
{
//初始化TA1为两通道pwm,smclk（如果低频输出300hz可出三路pwm）
P2DIR|=BIT1;//P2.1andP2.4output
P2SEL|=BIT1;//P2.1andP2.4TA1options
TA1CCR0=3444;//PWM_DEPTH-1;//PWMPeriod
TA1CCTL1=OUTMOD_7;//CCR1reset/set
TA1CCR1=p;
TA1CTL=TASSEL_2+MC_1;//SMCLK,upmode
}
voidpwm_s（floats）
{
P2DIR|=BIT4;//P2.1andP2.4output
P2SEL|=BIT4;//P2.1andP2.4TA1options
TA1CCR0=20000;//PWM_DEPTH-1;//PWMPeriod
TA1CCTL2=OUTMOD_7;//OUTMOD_6反极性
TA1CCR2=s;
TA1CTL=TASSEL_2+MC_1;//SMCLK,upmode
}
voiddelay_1s（intm）
{
intb;
for（b=m;b>0;b--）
__delay_cycles（1000000）;
}
voidjiaodu0（floatw）
{
floatn;
n=（（w+45）/1800）*3444;
pwm_p（n）;
__delay_cycles（700000）;
}
voidjiaodu1（floatw）
{
floatn;
n=（（w+45）/1800）*3444;
pwm_s（n）;
__delay_cycles（700000）;
}
voidzy（floatn）//控制舵机左右旋转
{
floatm,a;
if（n>0）
{
m=90-n;
jiaodu0（m）;
}
else
{
if（n==0）
{
jiaodu0（90）;
}
else
{
a=（-n）;
m=90+a;
jiaodu0（m）;
}
}
}
voidsx（floatn）//控制舵机上下旋转
{
floatm,a;
if（n>0）
{
m=90-n;
jiaodu1（m）;
}
else
{
if（n==0）
{
jiaodu1（90）;
}
else
{
a=（-n）;
m=90+a;
jiaodu1（m）;
}
}
}
voidmain（void）
{
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
P1DIR=0Xf0;
inti=848;
intj=850;
while
（1）
{
if（D0）//按键A
{
jiaodu0（i）;
i=i-15;
while（D0）;
}
if（D1）//按键B
{
jiaodu0（i）;
i=i+15;
while（D1）;
}
if（D2）//按键C
{
jiaodu1（j）;
j=j-15;
while（D2）;
}
if（D3）//按键D
{
jiaodu1（i）;
j=j+15;
while（D3）;
}
}
}
/************************/
/*无线接收程序*/
/************************/
#include"msp430g2553.h"
#include"hb12864.h"
#defineCPU_F（（double）1000000）
#definedelay_us（x）__delay_cycles（（long）（CPU_F*（double）x/1000000.0））
#definedelay_ms（x）__delay_cycles（（long）（CPU_F*（double）x/1000.0））
unsignedcharstring1[]={"HelloWorld\r\n"};
unsignedchari;
unsignedchara;
/*系统时钟初始化函数MCLK（主系统时钟）=1MHZSMCLK（子系统时钟）=1MHZACLK（辅助时钟）=1MHZ*/
voidConfigClocks（void）
{
if（CALBC1_1MHZ==0xFF||CALDCO_1MHZ==0xFF）
while
（1）;//异常挂起
//runFaultRoutine（）
BCSCTL1=CALBC1_1MHZ;//Setrange
DCOCTL=CALDCO_1MHZ;//SetDCOstep+modulation
BCSCTL3|=LFXT1S_2;//LFXT1=VLO
IFG1&=~OFIFG;//ClearOSCFaultflag
BCSCTL2=0;//MCLK=DCO=SMCLK（MCLK=1MHZSMCLK=1MHZ）
}
voidConfigUART（void）
{
UCA0CTL1|=UCSWRST;
UCA0CTL1|=UCSSEL_2;//SMCLK时钟源选择SMCLK（子系统时钟）
UCA0BR0=109;//1MHz设置波特率9600
UCA0BR1=0;//1MHz
UCA0MCTL=UCBRS1;//ModulationUCBRSx=5调整波特率
UCA0CTL1&=~UCSWRST;//**InitializeUSCIstatemachine**
}
voidConfigPins（void）
{
P2DIR|=tx;//P2.0接液晶的RXD端
P2OUT|=tx;//clearoutputpins
P1DIR|=BIT0;
P1OUT|=BIT0;
P1SEL=BIT1+BIT2;//P1.1=RXD,P1.2=TXD
P1SEL2=BIT1+BIT2;
}
voidmain（void）
{
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//StopWDT关闭看门狗
ConfigClocks（）;//设置初始化时钟
ConfigPins（）;//引脚初始化
ConfigUART（）;//串行通信初始化
/*液晶显示部分*/
LCD_clear（）;
delay_ms（10）;LCD_rst（）;
delay_ms（10）;
dis_s（string1,0,5）;
delay_ms（10）;
IE2|=UCA0RXIE+UCA0TXIE;//EnableUSCI_A0RXinterrupt//RXD中断使能TXD中断使能
delay_ms（10）;
__bis_SR_register（LPM0_bits）;
}
//串行接受中断服务程序
#pragmavector=USCIAB0RX_VECTOR
__interruptvoidUSCI0RX_ISR（void）
{
//while（!
（IFG2&UCA0TXIFG））;//USCI_A0TXbufferready?
IE2|=UCA0TXIE;//开启TXD中断使能
a=UCA0RXBUF;//将接受缓冲器送给a
//delay_ms（50）;
if（a=='10'）
{
LCD_clear（）;
dis_s（"10环",2,9）;//在液晶上显示pc机传送回来的数据
}
if（a=='9'）
{
LCD_clear（）;
dis_s（"9环",2,9）;
}
if（a=='8'）
{
LCD_clear（）;
dis_s（"8环",2,9）;//在液晶上显示pc机传送回来的数据
}
if（a=='7'）
{
LCD_clear（）;
dis_s（"7环",2,9）;
}
if（a=='6'）
{
LCD_clear（）;
dis_s（"6环",2,9）;//在液晶上显示pc机传送回来的数据
}
else
LCD_clear（）;
dis_s（"脱靶",2,9）;
delay_ms（10）;
P1OUT^=0x01;
}
//串行发送中断服务程序
#pragmavector=USCIAB0TX_VECTOR
__interruptvoidUSCI0TX_ISR（void）
{
//UCA0TXBUF=a;//将a送给发送缓冲器
//UCA0TXBUF=string1[i++];//TXnextcharacter在PC机上显示HelloWorld
if（i==sizeofstring1-1）//TXover?
IE2&=~UCA0TXIE;//关闭TXD中断使能
}
******************************************************
设计报告内容：
1．封面：
单独1页
2．摘要、关键词：
中文、英文；
3．目录：
内容必要对应页码号
4．正文：
一、前言：
二、总体方案设计：
包括方案比较、方案论证、方案选择
（以方框图的形式给出各方案，并简要说明）
三、单元模块设计：
①各单元模块功能介绍及电路设计；
②电路参数的计算及元器件的选择；
③特殊器件的介绍；
④各单元模块的联接，以一个模块为一个框，画出框的联接图并简要说明。
四、系统调试：
说明调试方法与调试内容，软件仿真放这里。
五、系统功能、指标参数：
①说明系统能实现的功能；②系统指标参数测试，说明测试方法，要求有测试参数记录表；③系统功能及指标参数分析（与设计要求对比进行）。
六、设计总结：
包括：
①对设计的小结；②设计收获体会；③对设计的进一步完善提出意见或建议。
5．参考文献：
6．附录：
①系统原理图；关键程序等。
升级会员 