大学生电子大赛.docx

1、大学生电子大赛此处贴密封纸，注明【XX组】，然后掀起并折向报告背面，最后用胶水在后面粘牢。2012“TI”杯天津市大学生电子设计竞赛激光枪自动射击装置（E题）是否使用TI器件：否具体使用情况详见报告2012年8月7日摘 要 为了满足激光枪可受电路控制发射激光束，通过摄像头枪投射在胸环靶上的弹着点光斑，并显示弹着点的环数与方位信息，最终确定了以STC89S52单片机为控制核心，对于关键的激光枪瞄准部分，经过充分比较、论证，最终选用了控制精确的步近电机，易于控制；环数测试模块采用摄像头，显示环数与方位信息，电源模块采用两节6V和9.6V的充电镍电池进行稳压供电，充电电池可循环使用，环保节能。关键词

2、：STC89C52 、步进电机、摄像头、镍电池、节能Abstract : In order to meet the laser gun can be circuit control launch laser beams, through camera projection in the chest HuanBa gun on the spot the impact area, and display the ring number and azimuth impact area information, final to STC89S52 microcontroller as control

3、core, for key laser guns part, after a full comparison, reasoning, ultimately choose the control precision of nearly step motor, easy to control; Ring count test module USES a camera, show ring number and location information, the power supply module USES two 6 V and 9.6 V battery charging nickel vo

4、ltage power supply, the rechargeable battery recycling, environmental protection and energy saving.Key word: STC89C52, stepping motor, camera, nickel battery, the energy conservation目录目录 2一、设计任务及要求 31.1任务 31.2、要求 3二、方案比较与选择 42.1主控制器选择 42.2电机选择 42.3电机驱动选择 42.4摄像头控制器选择 52.5显示模块选择 5三、系统的具体设计与实现 53.1系统设

5、计总框图 53.2系统硬件设计 63.2.1步进电机驱动 63.2.3电源 73.3系统软件设计 73.3.1程序总框图 7四、系统理论分析与计算 9五、最小系统原理图 9六、最小系统PCB图 9七、系统测试 107.1测试仪器 107.2.4定寻线光点偏移距离（单位mm） 107.2.5动寻线光点偏移距离（单位mm） 10八、总结 10十、附录 11附录一原件清单 11一、设计任务及要求1.1任务设计一个能够控制激光枪击发、自动报靶及自动瞄准等功能的电子系统。该系统由激光枪及瞄准机构、胸环靶、弹着点检测电路组成，其结构示意见图1。1.2、要求1基本要求（1） 用激光笔改装激光枪，激光枪可受电

6、路控制发射激光束，激光束照射于胸环靶上弹着点的光斑直径5mm；激光枪与胸环靶间距离为3m。 图1 激光枪自动射击装置示意图（2） 激光枪固定在一机构上，可通过键盘控制激光枪的弹着点（用键盘设置激光束在靶纸上上下、左右移动一定距离）。（3） 制作弹着点检测电路，通过摄像头识别激光枪投射在胸环靶上的弹着点光斑，并显示弹着点的环数与方位信息。其中环数包括：10、9、8、7、6、5、脱靶；方位信息是指弹着点与10环区域的相对位置，包括：中心、正上、正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下。详见图2-b。2发挥部分（1） 在图形点阵显示器上显示胸环靶的相应图形，并闪烁显示弹着点。（2） 自动控制激光枪，

7、在15秒内将激光束光斑从胸环靶上的指定位置迅速瞄准并击中靶心（即10环区域）。（3） 可根据任意设定的环数，控制激光枪瞄准击中胸环靶上相应位置。（4） 其他 2-a 胸环靶尺寸 2-b胸环靶 环数及方位信息示意图2 胸环靶示意图二、方案比较与选择 本系统主要有控制器STC89C52模块、步进电机组成的云台、步进电机驱动模块、摄像头模块、显示模块，下面对这几个模块进行比较论证。2.1主控制器选择方案一：STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式

8、控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。方案二：ARM处理器是一种体积小、低功耗、高性

9、能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。ARM处理器虽然耗电少功能强、16位/32位双指令集，但是比较昂贵，而STC89C52完全能胜任本题目的要求而且性价比很高，所以STC89C52更适合选为本题目控制器。故选方案一。2.2电机选择方案一：选用直流电机，直流电机控制简单、价格低廉、速度快，但是精度不高、转矩小。方案二：选用步进电机，步进电机通过脉冲控制，步进角可达1.8度，通过细分可更加精确，平稳，控制简单，可控制正反转，连续转动。通过比

10、较，根据设计要求，直流电机达不到题目要求，而步进电机可以完成设计要求，故选方案二。2.3电机驱动选择 方案一：只用L298N制作的驱动电路，可按八拍书写程序控制电机，优点控制简单，缺点，容易发热，功耗大，慢速控制易颤动。 方案二：使用步进电机驱动器，通过时钟信号，控制转速，可以有128细分，转动平稳，控制精度高，占用单片机输出资源少。 步进电机驱动器虽然控制精度高，但是L298完全能达到本设计的要求，因此选用步进电机驱动器，故选方案一。2.4摄像头控制器选择方案一：选用DSP,DSP在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；片内具有快速RAM，通常可

11、通过独立的数据总线在两块中同时访问；具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；快速的中断处理和硬件I/O支持；具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；可以并行执行多个操作；支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。方案二：选用STC89C52，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB

12、 EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。DSP虽然性能高但是价格也高。STC89C52虽然性能低，但是本设计只是处理简单的数据，所以STC89C52可以完成设计要求，故选择方案二。2.5显示模块选择方案一：LCD12864可串行传输节省

13、I/O的使用，可以显示数字、字符、汉字、图片，每页可写入四行显示，实现功能多。方案二：LCD12232并行传输，可以显示数字、字符、汉字、图片，但屏幕窄每页写入两行，同时占用I/O口较多。为了节省单片机资源，同时实现多种功能，使用LCD12864显示，故选方案一三、系统的具体设计与实现3.1系统设计总框图 控制过程：LCD12864显示菜单目录，目录内容为要完成任务的子菜单，通过按键扫描选择子菜单要完成任务，调用任务程序，通过控制器80c51F020控制电机的转动。角度传感器是在摆杆摆动过程中根据偏差角度采集变化电压，根据电压的变化量控制电机正反转，完成载物台旋转任务。光敏电阻是为了完成激光笔

14、的定点扫描，通过信号传输给控制器，控制电机转动，是激光笔定点照射在零线上。3.2系统硬件设计3.2.1步进电机驱动电机驱动 PCB顶层 PCB底层 步进电机驱动器由主要由L297-L298共同作用组成电路，通过光耦隔离保护电路，通过时钟信号的频率调节电机的快慢，使能信号高低控制电机转与停。3.2.3电源 本系统主要用到6V和9.6V电压。3.3系统软件设计3.3.1程序总框图 如下图(B-3-8)初始化进入主菜单，可五种选法执行任务，选中哪一项将会控制系统执行选中的操作。 图B-3-8 四、系统理论分析与计算胸环靶是在不反光的白纸画有一组相距5cm的同心圆(线宽不超过1mm)，最内圆环直径10

15、cm，圆环内为10环区域，从最内环至最外环间分别为9、8、7、6、5环区域内 五、最小系统原理图 图B-5-1 六、最小系统PCB图 图B-6-1（PCB顶层） 图B-6-2（PCB底层）七、系统测试7.1测试仪器 量角器 卷尺 万用表 圆规 支架一个 激光笔 7.2.4定寻线光点偏移距离（单位mm） 次数1234偏移距离2512表B-7-47.2.5动寻线光点偏移距离（单位mm）次数1234偏移距离3752表B-7-5八、总结经过为期三天的模拟赛设计，感触颇深的是解决问题的方法、技巧。在这几天中，我们遇到许许多多问题，对待问题要多方法处理，多角度处理。通过这几天的设计竞赛，我们不但增强了实践

16、能力和协作精神，而且懂得了联系实际的重要性，这对我们以后的学习和工作不无裨益。当然，我们的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请各位老师批评指正。九、参考文献1、周航慈 编著 单片机应用程序设计 北京航空航天大学出版社2、51单片机开发宝典3、黄智伟 编著 全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作 北京航空航天大学出版社4、杨金松，郑应强，张振仁.8051单片机数字传输接口扩展技术与应用实例.第1版.北京:人民邮电出版社 .2005十、附录附录一原件清单1、基本仪器清单50MHz（以上）双通道数字示波器双路可调直流稳压电源函数信号发生器（0.1Hz20MHz，具有外调制功能）通用双踪示波器秒表10米卷尺4位半(以上)数字多用表2、在竞赛中使用（或选用）的主要元器件清单单片机最小系统板（仅含单片机芯片、键盘与显示装置、存储器、A/D、D/A）Lauchpad (MSP430单片机开发板)为核心的最小系统 激光笔摄像头128*64以上分辨率的显示屏附录2单片机最小系统系统连接图 LCD12864使用串口通讯键盘输入4X4 16键扫描