基于单片机的眼肌训练装置的设计制作毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的眼肌训练装置的设计制作毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

超低，因为在降低 其 芯片的电压 和 灵活而 且运行时钟可控的方面都有独到之处； （ 5） 工作系统稳定：复位后， 最先 由 DCOCLK来 启动 CPU，保证程序开始执行 是 从正确位置，晶体振荡器有 充足 的起稳定及振时间； （ 6）充足 的外围模块： MSP430F14X 单片机的各 模块 都集成了较 多 片内外设；它们分别 为 看门狗（ WDT） 和 模拟比较器 A和 定时器 A和 定时器 B和 串口和 硬件乘法器 和 液晶驱动器 和 12位 ADC和 IIC总线 和 端口 1~6和 基本定时器等一些外围 的 不同组合模块。 方案三：采用 STM32f10x 作为主芯片 STM32F10X 大容量 的 ARM 芯片的主要特点： （ 1） ARM 最新的 CortexM3内核。 中断控制器先发制人，为自动的支持，硬件保护和恢复，中断嵌套，只需要保护和恢复站点， 即使在恢复现场的时候再次中断也不需要再次保护现场，只需 6个 Clk 的调整时间 ；（ 2） 外设的引脚可以重影射 ； （ 3）芯片进入低功耗模式，可以通过 “ 事件 ” 醒来，而不中断子程序；（ 4）高达 1M 采样率 2 12位 AD；（ 5）硬件 CRC SPI 通信速度检查了 18mb／ s。 [9] 方案评价 对于方案一评价： （ 1） AT89C52 是目前在大学中最初接触到的一种单片机芯片 ，这款单片机有很多优点： 一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器 ； 丰富的片外的外设； 有三个 16 位的定时器或者计数器，一个有 6 向量和 2级中断的结构， 但是相比于当下应用较广泛的芯片，例如： MSP430，STC32， DSP 等等芯片， 89C52 的缺陷也是很明显的，其中一个最主要的原因就是其内存空间只有 8K，对于大多数芯片来说这个内存空间实在是太小了。 （ 2） AT89C52 这款单片机外设硬件太少，主要应用与微型设 备和初学者学习，对于大多数复杂的设备，其功能就不能 满足了。 嘉兴学院本科生毕业 设计 6 对于方案二评价： （ 1） MSP430F14X 单片机应用在大学生中逐渐广泛，这款单片机 的优点也是很明显的： 单片机 有 较多 的 中断源， 而且能够 任意嵌套，灵活方便 的 使用； 超低 的 功耗： MSP430F14X 单片机功耗之所以超低，因为在降低 其 芯片的电压 和 灵活而 且 运行时钟可控的方面都有独到之处； 充足 的外围模块： MSP430F14X 单片机的各 模块 都集成了较 多 片内外设；它们分别 为 看门狗（ WDT） 和 模拟比较 器 A 和 定时器 A 和 定时器 B和 串口 和 硬件乘法器 和 液晶驱动器 和 12 位 ADC 和 IIC 总线 和 端口 1~6和 基本定时器等一些外围 的 不同组合模块 ，相比于 AT89C52 单片机，这款单片机已经不止提升一个档次这么简单。 （ 2） 其丰富的外设，及灵活的芯片应用正是我这个 项目所需要的。 对于方案三评价： （ 1） STM32 的 ARM 芯片是芯片当中的佼佼者，不管在实际应用当中还是学习认知之中，他都是当之无愧的霸主，其优点很多： 1. 中断控制器先发制人，为自动的支持，硬件保护和恢复，中断嵌套，只需要保护和恢复站点 ； 2. 外设的引脚可以重影射 ； 3. 芯片进入低功耗模式，可以通过 “ 事件 ” 醒来，而不中断子程序 等等。 （ 2） 对于这款芯片我十分推崇，但是在本项目当中用这个芯片真的是大材小用了，他丰富的功能在这个项目上应用的不多。 方案选择 综上所述：我选择用 MSP430 单片机作为本次项目的主芯片。 MSP430 系列单片机具有强大的处理功能，而且其超低功耗的特点非常适合电池供电的仪表仪器。 一个基于单片机的眼肌训练装置的设计制作 7 3 系统硬件设计 MSP430单片机 MSP430F14X是一个具 备 精简指令的 16位超低功耗的混合型 的 单片机 ,具有巨大 的综合优 点。 MSP430 单 片机特点 在运算 本领 方面， MSP430F14X 单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令 的 集 合 ，具有 很多 的寻址方式 (源操作数 的 寻址 7种、操作数的寻址 4种目 )、简 明 的 27 条内核 的 指令 和 大量模拟 的 指令；大量寄存器 和 片内 的 数据存储器都是 可 以 参加 各种 运算；还有查表处理指令 很 高效的；处理速度较高，在 8MHz 的晶体 的 驱动下指令 的 周期 仅 为 125ns。 这 一 些特点 足以 保证了可编出 有 高效率的源程序。 在运算 速率 方面， MSP430F14X 单片机能在 8MHz 的 晶体的驱动下，实现多功能的硬件 的 乘法器 (并且 能实现乘加 )相 适 合 ，能 够 实现数字 的 信号处理的某一 些算法 (如 FFT 等 )。 MSP430F14X 单片机的中断源 很 多， 而且 且可以 随意 嵌套，使用 很 灵活方便。 当系统 在 省电的状态时， 可以 用中断 的 请求 把 它唤醒只 需要 6181。 ｓ。 超低功耗 MSP430F14X 单片机有超低功耗， 因为在降低 其 芯片的电压 和 灵活而 且 运行时钟可控的方面都有独到之处。 而 由于系统 在 运行时 能 打开的功能模块 是 不同， 那么 采用的工作模式不同，芯片有着显著的不同的功耗。 在系统中有一种活动 的 模式 (AM)以及 五种低功耗 的 模式 (LPM0～ LPM4)。 在等待 的 方式下，耗电 仅 为 ，在节电 的 方式下，最低可 以 达 到。 此 外， MSP430F14X单片机的各 模块 都集成了 很 丰富的片内 的 外设。 MSP430F14X 单片机的这些片内的 外设为系统的 编程 解决方案提供了 很大 的方便。 MSP430F149 是 MSP430X14X 中 的一种， 、两个 16 位 的 定时器 和 一个 14 路 12位模数 的 转换器 和 看门狗 和 6路 的 P口 和 两路 的 USART 通信 的 端口 和 一个比较器 和 一个 DCO 的 内部振荡器和两个外部 的 时钟 ,支持 8M 时钟。 [10] 嘉兴学院本科生毕业 设计 8 MSP430 单片机结构介绍 图 31 MSP430 结构图 MSP430F14X 单片机 包含 有 CPU 、程序 的 存储器、数据 的 存储器 (RAM) 、运行 的 控制、外围 的 模块 、 振荡器和倍频器等主要 的 功能模块。 由此 可以看出， MSP430F14X 内部包含了所有计算机 的 部件，是一个真正的微控制器。 外围模块 ： 分 之 为（ 16 位）字模块和（ 8位）字节模块两种。 对 于 大多数的 外围模块， MAB 是 16 位 ,MDB 是 8位或 者 16 位 ， 包括基本 的 定时器（ Basic Timer）、 16 位 的 定时器 (Timer_A 及 Timer_B) 、 ADC 的 转换器、 I/O 的 端口、异步 和 同步串行 的 通讯口（ USART）以及液晶 的 显示驱动 的 模块等。 外围模块经 过 MAB 和 MDB 与 CPU 相 互 连 接。 CPU： 是 由一个 16位 的 ALU、 16个寄存器 以及 一套指令 的 控制逻辑组成。 在 CPU 的 内部有组 16 位 的 数据总线 已经 16 位地址总线； CPU 的 运行正交 的设计、对模块 的 高度透明精简 的 指令集； PC 、 SR 和 SP 配合精简 的 指令组 能实现控制，使 得 应用开发 能 实现复杂的软件算法和寻址模式。 存储器 ： MSP430F14X 单片机 采用 的是 “ 冯 — 纽曼结构 ”。 所以 ， RAM、 ROM和全部 的 外围模块都 在 同一个地址 的 空间内， 就是 共用一 个空间对全部 的 功能模块 来 寻址。 支持外部 的 扩展存储器 就 是性能增强的目标。 而 特殊功能 的 寄存器 和 外围模块 都 安排在 000H1FFH 区域 ； RAM和 ROM 共享 0200HFFFFH 区域，数据 的 存储器（ RAM）起始地址是 0200H。 运行控制 MSP430F14X单片机 的运行主要 被 存储在特殊 的 寄存器 (SFR) 中的信息 控制。 不同 SFR 中的位可以 被 允许中断， 用来 支持取决 在 中断标志状态一个基于单片机的眼肌训练装置的设计制作 9 的软件 和 定义外围模块的工作模式。 停止 外围模块，可以 有效 减少电流 的 消耗， 但 保留在模块寄存器中所存储的数据。 外围 的 模块工作 的 模式 可以用 SFR 特定 的 位置来标明。 振荡器 以及 时钟发生器 ： 振荡器 LFXT1（ LF）是 用来 专门为低功耗 32768 Hz 的 时钟晶振 进行 设计的。 除了 其 晶体外接 之 外，所有模拟 的 元件都集成在片内。 但也可以 仅 用一个高速晶振工作，这时 侯 需要外接负载 的 电容。 [10] LCD12864 液晶显示屏 LCD12864 介绍 本项目所用的 的 带 有 中文字库的 12864ZW是一 块 有 4位 或 8位并行 和 2线或 3 线 的 串行接口方式多种， 在 内部 都 含有国标 的 一级 和 二级简体 的 中文字库点阵 的 图形 和 液晶显示 的 模块； 他的 显示分辨率 是 128 64, 内 部有 8192 个16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集 .利用该模块灵活的接口方式和简单的指令，可构 建 成全 部 中文 以便 人机交互 的 图形界面。 他 可以显示 8 4行和 16 16 的点阵汉字 . 可完成 来 图形 的 显示。 由 这个 模块 组 成的液晶显示 的 方案，不论 是 硬件 的 电路结构 还是 显示 的 程序都简洁 很 多， 而 且 这个 模块的价格也 是 低于 其他 点阵液晶模块。 [11] LCD12864 电路连接 图 32 LCD12864 电路连接 嘉兴学院本科生毕业 设计 10 步进电机 步进电机介绍 步进电机 称之为 能够将电 的 脉冲信号 用来 转换成角 的 位移或 是 线位移的元件，它 事实上 是种单相或 者 多相 的 同步 的 电动机。 单相 的 步进电动机 是 有单路的 电脉冲 来 驱动，输出 的 功率一般 都 很小， 他的 用途 是给 微小功率 的 驱动。 多相 的 步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。 步进电机的工作原理： 步进电机能够将电 的 脉冲信号 用来 转换成为角位移的 元件。 当步进 的 驱动器接 接 收到一个脉冲 的 信号，它就 会 驱动步进电机按 照设定 好 的方向 进行 转动固定角度 (称 之 为 “ 步距角 ”) ，它旋转是 按照 固定的角度 进行 运行的。 要 控制角位 的 移量可以 用 控制脉冲个数来 实现 ， 可以 达到准确的 定位；同时 也 可 以控制脉冲 的 频率 作为 控制电机 的 转动速度和加速度， 来 达到调速目的。 [12] 本项目所采用的是两相四线制步进电机。 步进电机选择 （ 1）计算惯性转矩 根据本项目的实际应用，设步进电机上的用长度为 L mm，空心，质量为 W 的材质。 根据公式计算电机惯性矩： （ 31） （ 32） 副电机上需要用齿轮以及齿条。 齿条齿间距为 D,负载质量为 M； 根据公式计算电机惯性矩： （ 33） （ 2）计算负载转矩 根据计算公式： （ 34） M：负载质量；μ：摩擦系数；γ：机械效率； D：直径 一个基于单片机的眼肌训练装置的设计制作 11 （ 3）临时选择电机容量 J=JD 100``````````````在速度控制中缓慢移动 J=JD 30````````````````在位置控制中定位 T=TR ``````````````` 安全系数 （ 4）计算最短的加速 /减速时间（转矩） （ 35） （ 36） N：转速； JD：额定惯性矩； TD：额定转矩 （ 5）计算实际转矩 （ 37） tr：间歇时间； tp：负载转矩运行时间 根据以上公式，测量得本项目所需要的用的机械器材的参数变量，得出：本项目控制周期性转动的步进电机采用 42BYGH47401A 型号，而在控制机器前后运动的步进电机则采用 57BYGH78401A 型号。 步进电机电路连接 图 33 步进电机电路连接 电机脉冲 O1（ O2）接步进电机驱动器的 PUL上，正反转 O1（ O2）接步进电机驱 动器的 DIR上，这样通过单片机发送脉冲信号给步进电机驱动器，用步进电机驱动器控制步进电机安装自己需设计的方式运作 嘉兴学院本科生毕业 设计 12 按键设计 3*3 矩阵键盘设计 矩阵键盘 可 称 之 为行列式 的 键盘，它 就 是用 几。