9-点光源跟踪系统硬件设计(毕业设计论文).doc

1、 第 I 页基于单片机msp430的点光源跟踪系统硬件设计设计总说明目前太阳能是一种清洁无污染的能源, 发展前景非常广阔, 太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题, 这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的, 没有充分利用太阳能资源, 发电效率低下。据实验, 在太阳能光发电中 , 相同条件下, 采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，因此在太阳能利用中进行跟踪是十分必要的。本设计给出了一种基于单片机的点光源自动跟踪系统设计方案, 该设计使用TI公司的超低功耗的MSP430F149

2、 单片机作为整个系统的控制核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。利用4路光敏三极管(3DU33)来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大传给控制器MSP430F149单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。当水平方向上的2路光敏三极管测量数值相对接近，同时竖直方向上的2路光敏三极管测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。同时将光敏三极管检测的信号显示在LCD液晶屏幕上。本设计可以扩展为以后的太阳能发电的自动跟踪系统。该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向

3、, 结构简单、成本低, 而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广应用价值。关键词：MSP430；光源；跟踪；检测；传感器第 II 页Msp430 microcontroller-based point source tracking system Hardware DesignDesign DescriptionCurrently solar energy is a clean and pollution-free energy, the development prospect

4、s are very bright, solar power has become the worlds fastest-growing technology. But it also has intermittent, light direction and intensity of the problem change over time, which the collection and use of solar energy put forward higher requirements. At present, many solar arrays are basically fixe

5、d, do not make full use of solar energy resources, power generation efficiency is low. According to experiment, solar power, the same conditions, power generation equipment using automatic tracking equipment than the fixed power generating capacity increased by 35%, so to track utilization of solar

6、energy is necessary. This design gives a light source based on single chip design of automatic tracking system, the design uses TIs MSP430F149 ultra-low power microcontroller controls the whole system as the core, mainly by the motor drive module, point source detection module, power supply conversi

7、on module and other modules. Using 4 phototransistor (3DU33) to detect the location of a point source is detected and amplified signal to pass the controller MSP430F149 microcontroller, operation and processing through the MCU to determine trends in the movement of light source, and operation of the

8、 control signal transmission to two stepper motors, to follow the point source movement. When the horizontal direction, 2-way phototransistor relatively close to measured values, while 2-way vertical phototransistor on the measured values are relatively close, the sensor is located in the middle of

9、the vertical laser pointer to point to the exact point of light. Phototransistor detected the same time are shown on the LCD liquid crystal screen. This design can be extended automatically for subsequent sun tracking system. The system can not only automatically adjust the direction of sunlight sol

10、ar panels toward the simple structure, low cost, but also in the process of tracking memory and can automatically correct the coordinates of the location at different times, without human intervention, especially for more complex and non-weather people on duty, effectively improving the utilization

11、of solar energy, has a higher value. Key Words: MSP430; light source; tracking; detection; sensor第 III 页目录1 绪论 .12 点光源跟踪系统硬件设计 .22.1 系统设计概述 22.2 方案论证与比较 32.2.1 主控芯片的选择 32.2.2 电机的选择 42.2.3 电机驱动的选择 42.2.4 传感器的选择 42.2.5 LCD 液晶显示器的选择 52.3 系统硬件设计 52.3.1 硬件方框图 52.3.2 单片机 MSP430 .62.3.3 步进电机 82.3.4 液晶显示器 .

12、102.3.5 信号放大器 .142.4 硬件电路图设计 .142.4.1 电源转换电路设计 .142.4.2 信号检测电路设计 .152.4.3 步进电机驱动电路设计 .152.4.4 键盘设计 .162.4.5 液晶显示器的设计 .162.4.6 系统原理图 .173 印刷电路图的绘制 183.1 PCB 图绘制的准备 .18第 IV 页3.2 PCB 的绘制 .184 仿真步进电机的控制 194.1 硬件仿真 .194.1.1 方案设计 .194.1.2 硬件仿真原理 .194.2 软件仿真 .224.2.1 程序流程图 .224.2.3 源程序 .224.3 系统调试和结果分析 .23

13、4.3.1 电机正转运行 .234.3.2 电机反转运行 .244.3.3 仿真结果与分析 .245 总结 25致谢 26参考文献 27附 录 .28第 1 页1 绪论 该设计采用 TI 公司的超低功耗的 MSP430F149 单片 机作为整个系统的核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。利用4 路光敏三极管(3DU33)来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大传给控制器 MSP430F149 单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。当水平方向上的 2 路光敏三极管测量数值相对接近，同时竖直方向上

14、的 2 路光敏三极管测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。同时将光敏三极管检测的信号显示在 LCD 液晶屏幕上。本系统可以扩展为以后的太阳的跟踪。太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展前景非常广阔。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下。据实验，在太阳能光发电中，相同条件下，采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高 35%，因此在太阳能利用中，进行跟踪是十分必要的。本文给出一种基于单片机的太阳光自动跟踪系统设计方案，该系

15、统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向，结构简单、成本低，而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置，不必人工干预，特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况，有效地提高了太阳能的利用率，有较好的推广应用价值。第 2 页2 点光源跟踪系统硬件设计2.1 系统设计概述本设计是一个点光源追踪系统，主要由传感器来对光照检测与处理，控制器分析与处理，执行机构运行和模块显示这几个部分构成。整个系统是以单片机为控制核心，通过四个光敏传感器来检测光照，依据光照度的变化、大小来判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度。当

16、水平方向上的两传感器的测量数值相对接近，同时竖直方向上的两传感器的测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。本系统是有控制核心的单片机对传感器检测的光源的信号进行分析和处理然后控制电机，使其跟随点光源移动。达到跟踪点光源的目的。系统的硬件主要有控制器单片机，电机驱动模块，点光源检测模块，显示模块，键盘，电源转换模块等模块组成的。具体方框图如图2-1所示。第 3 页图2-1 系统方框图2.2 方案论证与比较2.2.1 主控芯片的选择根据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案：方案一：MSP430F149系列单片机。16位低功

17、耗单片机，性能良好。MSP430有以下优点：（1）低电源电压范围：1.8-3.6V。 （2）超低功耗：拥有5种低功耗模式(LPM0-LPM4)。 （3）灵活的时钟使用模式。 （4）高速的运算能力：16位RISC架构，125ns指令周期。 （5）丰富的功能模块：这些功能模块包括 A 多通道1014位AD转换器；B 双路 12位DA转换器；C 比较器；D 液晶驱动器；E 电源电压检测；F 串行口USART(UART/SPI ） ；G 硬件乘法器； H 看门狗定时器，多个16位、8位定时器（可进行捕获，比较，PWM输出） ；I DMA控制器。 （6）FLASH存储器：采用先下载程序到FLASH内，再

18、在器件内通过软件控制程序的运第 4 页行；（7）MSP430芯片上包括JTAG接口：仿真调试通过一个简单的JTAG接口转换器就可以方便的实现如设置断点、单步执行、读写寄存器等调试；（8）快速灵活的变成方式：可通过JTAG和BSL两种方式向CPU内装在程序。方案二：AT89C51系列作为光源跟踪系统的主控芯片。通过上面的比较本系统选取MSP430系列MSP430F149单片机作为控制器，MSP430F149的稳定性很好且功能要比C51系列的强大的多，所以选取方案一。2.2.2 电机的选择本系统电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：方案一：步进电机。在非超载的情况下，

19、电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。每给一次脉冲信号，电机能够转过一个步距角。方案二：直流减速电机。此电机在正常通电状态下，转速平稳，角度的变化也近乎连续，控制简单方便。根据设计的要求可知，直流减速电机存在的明显缺陷速度不容易控制，而步进电机的控制和实现是相对简单一些。因而选用方案一。2.2.3 电机驱动的选择本系统中选的是步进电机，步进电机驱动有一下三种方案可选择：方案一：采用功率三极管作为功率放大器的控制步进电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，但是电路比较复杂。方案二：采用由达林顿晶体管阵列ULN2003。用单片机控制达林顿管使之工作在占

20、空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。单驱动能力比较弱。方案三：采用恒压桥式驱动芯片L298N。驱动能力强，电路简单，使用方便。故选择此方案。2.2.4 传感器的选择本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案：方案一：光敏电阻。从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。方案二：硅光电池。硅光电池是一种直接把光能转换为电能的半导体器件，根据硅光电池光照强度曲线特性可知：硅光电池的开路电压或短路电流与光强呈很好的线性关系。方案三：光敏二极管。光敏二极管具有单向导电性，无光照时，有

21、很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。方案四：光敏三极管。光敏三极管灵敏度远高于光电池,但受外界环境影响飘动比较严重,用两个光敏三极管采集点光源两侧的光强差,可以有效消除外第 5 页界环境光的干扰.光敏三极管接收面不仅小而且是一个有聚光功能的透镜,更容易确定点光源的位置。用四个光敏三极管组成四象限感光面，上下左右各一个光敏三极管。在测试光敏电阻与硅光电池时，发现光源的距离限制了两者的应用范围。当距离比较大时，两者的灵敏度大大降低。经实践测定，光敏二级管与光敏三极管满足要求，但在反映速度，及变化的灵敏、快速性方面，光敏三极管更胜一筹，因此传感器选择方案四。2.2.5 LCD

22、液晶显示器的选择本系统LCD显示器主要显示的是传感器检测到的信号，可选用以下方案：方案一：FYD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置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、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块

23、的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。2.3 系统硬件设计2.3.1 硬件方框图本系统最终以MSP430F149作为控制器，用光敏三极管做检测元件，通过控制步进电动机来使激光笔指向点光源。系统方框图如下图2-2所示：第 6 页图2-2 系统硬件方框图2.3.2 单片机 MSP430本系统中我们选的是MSP430系列单片机下面介绍一下MSP430系列单片机：MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成

24、在一个芯片上，从而使得用一片MSP430 芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大缩小了产品的体积与成本。如今，MSP430单片机已经用于各个领域，尤其是仪器仪表、监测、医疗器械以及汽车电子等领域。1.MSP430系列单片机的主要特点：（1）低电源电压范围，1.83.6V。 （2）超低功耗，拥有5种低功耗模式(以后会详细介绍)。 （3）灵活的时钟使用模式。 （4）高速的运算能力，16位RISC架构，125ns指令周期。 （5）丰富的功能模块，这些功能模块包括：A：多通道1014位AD转换器；B：双路12位DA转换器；C：比较器；D：液晶驱动器；E：电源电压检测；F：串行口USART(UART/

25、SPI） ；G：硬件乘法器；H：看门狗定时器，多个16位、8位定时器（可进行捕获，比较，PWM输出） ；I：DMA控制第 7 页器。 （6）FLASH存储器，采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行；（7）MSP430芯片上包括JTAG接口，仿真调试通过一个简单的JTAG接口转换器就可以方便的实现如设置断点、单步执行、读写寄存器等调试；（8）快速灵活的变成方式，可通过JTAG和BSL两种方式向CPU内装在程序。2.MSP430单片机的复位MSP430 的复位信号有 2 种：上电复位信号（POR） 、上电清除信号（PUC） 。还有能够触发 POR 和 PUC 的信号：5 种

26、来在看门狗，1 种来自复位管脚，1 种来自写 FLASH 键值出现错误所产生的信号。POR 信号只在 2 种情况下发生：（1）微处理上电；（2）RST/NMI 管脚上产生低电平时系统复位。PUC 信号产生的条件：（1）POR 信号产生；（2）看门狗有效时，看门狗定时器溢出；（3）写看门狗定时器安全键值出现错误；（4）写 FLASH 存储器安全键值出现错误。POR 和 PUC 两者的关系：POR 信号的产生会导致系统复位并产生 PUC 信号。而 PUC 信号不会引起 POR 信号的产生。无论是 POR 信号还是 PUC 信号触发的复位，都会使 MSP430 从地址 0xFFFE处读取复位中断向量

27、，程序从中断向量所指的地址处开始执行。触发 PUC 信号的条件中，除了 POR 产生触发 PUC 信号外，其他的豆科一通过读取相应的中断向量来判断是何种原因引起的 PUC 信号，以便作出相应的处理。系统复位（指 POR）后的状态为：（1）RST/NMI 管脚功能被设置为复位功能；（2）所有 I/O 管脚被设置为输入；（3）外围模块被初始化，其寄存器值为相关手册上的默认值；（4）状态寄存器 SR 复位；（5）看门狗激活，进入工作模式；（6）程序计数器 PC 载入 0xFFFE 处的地址，微处理器从此地址开始执行程序。典型的复位电路有一下 3 种：（1）在 RST/NMI 管脚上接 100K 欧的

28、上拉电阻。 （2）在（1）的基础上再接 0.1uf 的电容，电容的一端接地，可以使复位更加可靠。 （3）再（2）的基础上，再在电阻上并接一个型号为 IN4008 的二极管，可以可靠的实现系统断电后立即上电。3.MSP430 单片机的时钟系统MSP430 根据型号的不同最多可以选择使用 3 个振荡器。我们可以根据需要选择合适的振荡频率，并可以在不需要时随时关闭振荡器，以节省功耗。这 3个振荡器分别为：（1）DCO 数控 RC 振荡器。它在芯片内部，不用时可以关闭。DCO 的振荡频率会受周围环境温度和 MSP430 工作电压的影响，且同一型号的芯片所产生的频率也不相同。但 DCO 的调节功能可以改

29、善它的性能，他的调节分为以下 3步：a：选择 BCSCTL1.RSELx 确定时钟的标称频率；b：选择 DCOCTL.DCOx 在标称频率基础上分段粗调；c：选择 DCOCTL.MODx 的值进行细调。第 8 页（2）LFXT1 接低频振荡器。典型为接 32768HZ 的时钟振荡器，此时振荡器不需要接负载电容。也可以接 450KHZ8MHZ 的标准晶体振荡器，此时需要接负载电容。（3）XT2 接 450KHZ8MHZ 的标准晶体振荡器。此时需要接负载电容，不用时可以关闭。低频振荡器主要用来降低能量消耗，如使用电池供电的系统，高频振荡器用来对事件做出快速反应或者供 CPU 进行大量运算。4.MS

30、P430 的 3 种时钟信号：MCLK 系统主时钟；SMCLK 系统子时钟；ACLK辅助时钟。（1）MCLK 系统主时钟。除了 CPU 运算使用此时钟以外，外围模块也可以使用。MCLK 可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行 1、2、4、8 分频作为其信号源。（2）SMCLK 系统子时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。SMCLK 可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8 分频作为其信号源。（3）ACLK 辅助时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。但 ACLK 只能由 LFXT1 进行 1、2、4、8 分频作为信号源。

31、PUC 复位后，MCLK 和 SMCLK 的信号源为 DCO，DCO 的振荡频率为800KHZ。ACLK 的信号源为 LFXT1。MSP430 内部含有晶体振荡器失效监测电路，监测 LFXT1（工作在高频模式）和 XT2 输出的时钟信号。当时钟信号丢失 50us 时，监测电路捕捉到振荡器失效。如果 MCLK 信号来自 LFXT1 或者 XT2，那么 MSP430 自动把 MCLK 的信号切换为 DCO，这样可以保证程序继续运行。但 MSP430 不对工作在低频模式的 LFXT1进行监测。5.低功耗模式超低功耗 MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运

32、行时钟方面都有其独到之处。 首先， MSP430 系列单片机的电源电压采用的是 1.8-3.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时， 芯片的电流会在 200-400uA 左右，时钟关断模式的最低功耗只有 0.1uA 。 其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环（ FLL 和 FLL+ ）时钟系统或 DCO 数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器（ 32768Hz ） ，有的使用两个晶体振荡器） 。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由于

33、系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（ AM ）和五种低功耗模式（ LPM0-LPM4 ） 。在等待方式下，耗电为 0.7uA，在节电方式下，最低可达 0.1uA 。第 9 页2.3.3 步进电机本系统中步进电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源。我们选的是两相混合式步进电机，型号是56BYG250B-0241，步距角0.9/1.8度，相电流2.4A，保持转矩0.65N*m，转动惯量180g*cm，重量0.48kg，外形尺寸（56*56*45）mm。本系统中我们选用的是L298N驱动芯片，L298N是ST公司生产的一种高电

34、压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。1.步进电机的控制步进电机是数字控制电机，它将脉冲信

35、号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR） 、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB） 。（1）两相四拍的工作模式时序图（如表2-1所示）：表2-1 两相四拍的工作模式时序图步进电机 信号输入 第一步 第二步 第三步 第四步 返回第一步IN1 0 1 1 1 返回IN2 1 0 1 1 返回IN3 1 1 0 1 返回正转IN4 1 1 1 0 返回IN1 1 1 1 0 返回IN2 1 1 0 1 返回IN3 1 0 1 1 返回反转IN4 0 1 1 1 返回（2）控制换相顺序两相四线步进电机的

36、四拍工作方式，其各相通电顺序为(A-B-AB)依次循环。两相四线步进电机的八拍工作方式，其各相通电顺序为:(AABBBAAAB-BBA)。（3）控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。第 10 页（4）控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 （注意：如果脉冲频率的速度大于了电机的反应速度，那么步进电机将会出现失步现象） 。2.直流电机的控制使用直流/步进两用驱动器可以驱动两台直流电机。分别为 M1

37、和 M2。引脚 A，B 可用于输入 PWM 脉宽调制信号对电机进行调速控制。 （如果无须调速可将两引脚接 5V，使电机工作在最高速状态，既将短接帽短接）实现电机正反转就更容易了，输入信号端 IN1 接高电平输入端 IN2 接低电平，电机 M1 正转。（如果信号端 IN1 接低电平， IN2 接高电平，电机 M1 反转。 ）控制另一台电机是同样的方式，输入信号端 IN3 接高电平，输入端 IN4 接低电平，电机 M2 正转。 （反之则反转） ，PWM 信号端 A 控制 M1 调速，PWM 信号端 B 控制 M2 调速。可参考下表 2-2：表 2-2 驱动两台直流电机控制信号输入 PWM 信号改变

38、脉宽可调速电机 旋转方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4 调速端A调速端B正转 高 低 / / 高 /反转 低 高 / / 高 /M1停止 低 低 / / 高 /正转 / / 高 低 / 高反转 / / 低 高 / 高M2停止 低 低 / / / 高2.3.4 液晶显示器本系统中显示器是用来显示光敏三极管检测到的信号，是需要显示汉字的。所以我们选用的是 LCD 液晶显示器，型号：FYD12864-0402B。FYD12864-0402B是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 12

39、864, 内置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、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84 行 1616 点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。1.基本特性:第 11 页（1）低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）（2）显示分辨率:12864 点（3）内置汉字字库，提供 8192 个 1616 点阵汉字(简繁体可选)（4）内

40、置 128 个 168 点阵字符（5）2MHZ 时钟频率（6）显示方式：STN、半透、正显（7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）背光方式：侧部高亮白色 LED，功耗仅为普通 LED 的 1/5-1/10（9）通讯方式：串行、并口可选（10）内置 DC-DC 转换电路，无需外加负压（11）无需片选信号，简化软件设计（12）工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +60第 12 页2.并行接口引脚说明（如表 2-3 所示）表 2-3 并行接口引脚说明管脚号 管脚名称电平 管脚功能描述1 VSS 0V 电源地2 VCC 3.0+5V 电源正3 V0 - 对比度（亮度）调

41、整4 RS(CS） H/L RS=“H”,表示 DB7-DB0 为显示数据RS=“L”,表示 DB7-DB0 为显示指令数据5 R/W(SID) H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到 DB7-DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7-DB0 的数据被写到IR 或 DR6 E(SCLK) H/L 使能信号7 DB0 H/L 三态数据线8 DB1 H/L 三态数据线9 DB2 H/L 三态数据线10 DB3 H/L 三态数据线11 DB4 H/L 三态数据线12 DB5 H/L 三态数据线13 DB6 H/L 三态数据线14 DB7 H/L 三态数据线15 PSB H/L H：8 位或

42、 4 位并口方式，L：串口方式（见注释1）16 NC - 空脚17 /RESET H/L 复位端，低电平有效（见注释 2）18 VOUT - LCD 驱动电压输出端19 A VDD 背光源正端（+5V） （见注释 3）20 K VSS 背光源负端（见注释 3）*注释 1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将 PSB 接固定高电平，也可以将模块上的 J8 和“VCC”用焊锡短接。*注释 2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。 *注释 3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的 JA、JK 用焊锡短接。3.控制器接口信号说明（1）RS，R/W 的配合选择决定控制

43、界面的 4 种模式（如表 2-4 所示）：表 2-4 四种模式RS R/W 功能说明第 13 页L L MPU 写指令到指令暂存器（IR）L H 读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状 态H L MPU 写入数据到数据暂存器（DR）H H MPU 从数据暂存器（DR）中读出数据（2）E 信号（如表 2-5 所示）表 2-5 E 信号E 状态 执行动作 结果高低 I/O 缓冲DR 配合/W 进行写数据或指令高 DRI/O 缓冲 配合 R 进行读数据或指令低/低高 无动作 忙标志:BFBF 标志提供内部工作情况.BF=1 表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.BF=0 时,模块

44、为准备状态,随时可接受外部指令和数据。利用STATUS RD 指令,可以将 BF 读到 DB7 总线,从而检验模块之工作状态。字型产生 ROM（CGROM）字型产生 ROM（CGROM）提供 8192 个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1 为开显示（DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上，DFF=0为关显示（DISPLAY OFF)。DFF 的状态是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信号控制的。显示数据 RAM（DDRAM）模块内部显示数据 RAM 提供 642 个位元组的空间，最多可控制 4 行 16字（64 个字）的中文字型显示，当写入显示数

45、据 RAM 时，可分别显示 CGROM与 CGRAM 的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8)、CGRAM 字型及 CGROM 的中文字型，三种字型的选择，由在 DDRAM 中写入的编码选择，在 0000H-0006H 的编码中（其代码分别是 0000、0002、0004、0006 共4 个）将选择 CGRAM 的自定义字型，02H-7FH 的编码中将选择半角英数字的字型，至于 A1 以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码 BIG5（A140-D75F） ，GB（A1A0-F7FFH） 。 字型产生 RAM(CGRAM)字型产生 RAM

46、提供图象定义(造字)功能, 可以提供四组 1616 点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到 CGRAM 中，便可和 CGROM 中的定义一样地通过 DDRAM 显示在屏幕中。地址计数器 AC地址计数器是用来贮存 DDRAM/CGRAM 之一的地址,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入 DDRAM/CGRAM 的值时，地址计数器的值就会自动加一，当 RS 为“0”时而 R/W 为“1”时，地址计数器的值会被读取到 DB6-DB0中。第 14 页光标/闪烁控制电路该模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定 DDRAM 中的光标或闪烁位置。2.

47、3.5 信号放大器因为传感器检测到的信号是比较微弱的，单片机不好处理，为了是单片机很好更方便的处理检测到的微弱信号，我们需要将其放大然后送给单片机处理。在本系统中我们选择的是信号放大器 LM324。LM324 是四运放集成电路，它采用 14 脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图 2-8 所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“+”、 “-”为两个信号输入端， “V+”、 “V-”为正、负电源端， “Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的

48、相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324 的引脚排列见图 2-9。图 2-3 运算放大器 图 2-4 LM324 引脚图由于 LM324 四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。2.4 硬件电路图设计2.4.1 电源转换电路设计本系统中用的电压有+12V，+5V，+3V。所以我们用下面的转换电路为系统各元件提供电源。电路图如下图2-3所示。第 15 页图2-5 电源转换电路2.4.2 信号检测电路设计3DU33 采集到光信号后，使整个电路导通，再通过运算放大器将微弱的电流信号放大

49、，从而使单片机 MSP40F149 更好的处理信号。图中的 R1 为偏执电阻，可以调解工作点及稳定电路。3DU33,在正常室内关照下，电流为微安级，选择 15k 的偏置电阻，放大十一倍后送至 A/D。电路图如下图 2-4 所示：图 2-6 信号采集电路2.4.3 步进电机驱动电路设计为了构造完美的跟踪系统，本次设计应用了两个步进电机来配合跟踪系统工作。其驱动电机电路如下图 2-5 所示第 16 页图 2-7 步进电机驱动电路基本原理作用如下：(1)控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为 A-B-CD,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D 相的通断。(2)控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。(3)控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。该电路采用恒压桥式驱动芯片 L298N。L298N 芯片可以驱动一个四相电机输出电压可高达 50V，可