大連民族學院機電資訊工程學院
自動化系
微控制器系統課程設計報告
設計完成日期： 2023年 10月18日
目錄1任務分析和效能指標 1
1.1任務分析 1
1.2效能指標 1
2總體方案設計 1
3硬體設計與實現 3
3.1檢測電路 3
3.2顯示電路 3
3.3轉動電路 4
4軟體設計與實現 5
4.1主程式 6
4.2子程式 6
5 除錯及效能分析 7
5.1 除錯分析 7
5.1.1 軟體除錯 7
5.1.2 硬體除錯 7
5.2 效能分析 8
總結 9
參考文獻 10
附錄1 元器件清單 11
附錄2 除錯系統** 12
附錄3 技術資料 13
附錄4 原理圖 14
附錄5 主要程式 15
主程式 15
子程式 18
該作品需要達到的目標：
1 測量前方障礙物距離；
2 可以旋轉，測量多個角度；
3 能夠顯示測得的距離，以及旋轉的角度。
該作品在常見的超聲波測距儀的基礎上，增加了旋轉功能，即可在同乙個水平面上測量多個角度上的障礙物距離。使測距功能更加靈活，簡單有效。
題目要求：
1 測量範圍10 cm—4m；
2 測量精度1 cm；
3 測量時與被測物體無直接接觸，能夠清晰穩定地顯示測量結果。
圖1該作品以msp430g2553微控制器為核心，控制超聲波模組發射和接收超聲波，並採集發射和接收到的超聲波的時間差，再送到顯示電路顯示，並且控制超聲波模組下方的舵機轉動，從而達到多角度的測量。
主要硬體電路：
控制cpu：msp430g2553微控制器，作為整個系統的控制器。
顯示電路：以諾基亞5110液晶屏為核心，用來顯示超聲波測得的距離和角度。
檢測電路：超聲波模組hc-sr04，用來探測與障礙物之間的距離。
轉動電路：mg995舵機以及雙向緩衝器74hc245，放在超聲波模組的下方，帶動超聲波模組轉動，達到多個角度測距的功能。
以超聲波測距模組hc-sr04為核心。
圖2基本工作原理：
(1)採用io口trig觸發測距，給最少10us的高電平訊號。
(2)模組自動傳送8個40khz的方波，自動檢測是否有訊號返回；
(3)有訊號返回，通過io口echo輸出乙個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340m/s))/2；
圖3圖4
以諾基亞5110液晶屏為核心，可以顯示感測器測得的距離，以及旋轉角度。
nokia/諾基亞5110 lcd模組具有以下特點：
(1)84x48 的點陣lcd，可以顯示4 行漢字，
(2)採用序列介面與主處理器進行通訊，介面訊號線數量大幅度減少。
(3)lcd 控制器／驅動器晶元已繫結到lcd 晶元上，模組的體積很小。
(4)採用低電壓供電，正常顯示時的工作電流在200μa 以下，且具有掉電模式。
以mg995舵機以及74hc245為核心。
圖5將msp430g2553發出pwm波的p2.2引腳接入74hc245輸入端，將74hc245的輸入接入舵機。
兩個按鍵分別接到p2.4和p2.5，控制pwm占空比變化，從而控制舵機。
舵機是一種位置伺服的驅動器。它接收一定的控制訊號，輸出一定的角度，適用那些需要角度不斷變化並可以保持的控制系統。在微機電系統和航模中，它是乙個基本的輸出執行機構。
程式流程圖：
圖6超聲波模組hc-sr04從發射出超聲波時接收端即接收到高電平，直至超聲波反射回來被接受到時才變為低電平，也就是說高電平維持的時間即為超聲波的傳播時間。因此可以用msp430g2553微控制器的ta0模組的捕獲功能，分別捕捉上公升沿和下降沿的時間，再算出時間差，就可求出超聲波傳播的時間。
諾基亞5110液晶屏為序列輸入，用msp430g2553微控制器io口普通功能模擬spi協議輸入資料。
舵機是利用pwm來控制轉動的角度，運用msp430g2553微控制器的ta1的定時功能發出pwm波，按鍵控制pwm的占空比，從而控制舵機。
⑴ 關閉看門狗。
⑵ 設定主系統時鐘和主輔助系統時鐘。
4 開啟msp430g2553微控制器總中斷功能。
5 初始化按鍵子程式；初始化pwm輸出子程式；初始化顯示子程式。初始化超聲波觸發子程式。
6 在死迴圈中呼叫超聲波觸發子程式測量距離。
7 在死迴圈中顯示測得的距離和旋轉的角度。
8 編寫p2口中斷服務程式，用於按鍵掃瞄。
⑼ 編寫定時器ta0中斷服務程式，用於計算傳播時間。
⑴ pwm輸出子程式：運用msp430g2553微控制器定時器ta1定時功能，選擇p2.2引腳的模組功能，可以輸出占空比可調的pwm波形。
⑵ 按鍵掃瞄子程式：開啟msp430g2553微控制器p2.4和p2.5引腳的i/o中斷功能，掃瞄按鍵，從而控制pwm占空比。
⑶ 超聲波觸發子程式：運用msp430g2553微控制器定時器ta0捕獲功能，捕獲超聲波發出時間和和接收時間。p1.0和p1.1和分別接超聲波模組的輸入和輸出引腳。
⑷ 顯示子程式：編寫lcd清屏函式，編寫lcd寫資料函式，編寫lcd寫命令函式。用以上三個函式為框架編寫成寫數字函式以及寫文字函式，等待主程式呼叫。
4 漢字**陣列：編寫陣列，存放需要顯示的漢字的**，等待顯示子程式呼叫。
5 數字**陣列：編寫陣列，存放需要顯示的數字的**，等待顯示子程式呼叫。
(1) msp430g2553微控制器不能進行位操作，所以對某一位進行置1或清0的時候，需要用與、或運算來對整個位元組進行操作。
(2) 在運用msp430g2553微控制器ta0的捕獲功能時，當捕獲到上公升沿時需要立即改變捕獲方式，改為下降沿捕獲，然後在捕獲到下降沿之後再立即改為上公升沿捕獲，如此兩次捕獲的值作差才是超聲波傳播的時間。
(3) 在允許的範圍內，可以選擇更高頻率的輔助系統時鐘源，輔助系統時鐘頻率越高，ta0捕獲時計數值就越多，如此計算出的傳播時間和距離就越精確。
(4) 液晶屏上顯示的文字分為兩部分：一部分不需改變的文字（距離、角度），一部分需要不斷更新的數值。所以可以將不需改變的文字放在死迴圈前，只執行一次即可。
(5) 根據舵機控制的需要，msp430g2553微控制器輸出的pwm為週期20ms，高電平為0.5ms-2.5ms。
(1) 整個系統需要兩個電源，分別5v電源和3.3v電源，5v電源為74hc245、舵機、超聲波模組供電，3.3v電源為5110液晶屏和msp430微控制器供電。
(2) msp430g2553微控制器的最小系統上有5v電源的介面，內部有晶元可把5v轉化為3.3v，所以可以用5v電池接微控制器最小系統的5v插口，再從最小系統已引出的3.3v電源引腳接觸供液晶屏使用。
方便電路設計。
(3) 74hc245為雙向緩衝器，在應用前應把「dir」引腳設定好，選擇好輸出的方向。
(4) 諾基亞5110液晶7引腳「light」為背光控制引腳，接地可以背光，5110液晶的電源為3.3v，所以控制時不需要電平轉換。
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