机电一体化系统设计课件(第7章).ppt

第7章 软件设计技术,7.1 软件的总体功能,2,软件运行于微处理器，其功能由微处理器来决定。 微处理器功能由系统的功能结构、与微处理器相连的三个子系统和控制算法所决定。 这些功能也可以分成两部分：控制算法功能和一般控制功能,3,软件功能的实时性,意义：强调在规定的时间里执行相应的操作 ，误时操作会导致严重的后果。 软件的实时性要满足两方面的要求:一是实时动作响应。二是实时数据处理。,4,72 机电一体化系统软件的任务和任务管理,为了便于分析和编程，把各种软件功能化分为小的、单元式的子功能。软件功能是由子功能某种方式组合在一起的。 由此，从学术的角度，把子功能提练为任务（类似：进程），软件功能就是任务的组合。 软件的编程就包含两个技术，任务的编程和任务的管理。,5,任务的划分原则,1每个任务必须是独立的; 2 每个任务不再可分； 3 所有任务的集合能满足整个系统的功能要求。 4 划分得到的任务常常按程序运行方式来加以分类描述，如驱动程序、初始化程序、中断程序、控制算法程序、显示程序和键盘（或触摸）输入程序等。 5 还可以按分层结构来理解。,6,基于任务的编程方法,1 前后台编程方法：如果编程人员将全部程序都自行编制，即把任务和任务的管理看做后台程序，中断处理看做前台程序，就是前后台程序编程方法。这是初级的、然而应用很多的编程方法。 2.操作系统编程方法：如果任务的管理有通用的、现成的程序，即操作系统，而编程人员只编制任务程序，就称为操作系统编程方法。但是有时也需要 编写驱动程序。,7,3.设定式编程方法：这是一种近几年刚刚出现的编程方法,如联发科技推出的MTK平台的软件编程方法。任务和任务的管理均已完成，方便地提供给了开发人员。设定式编程方法编程简单、节省开发时间、程序系统稳定可靠和功能强大，是今后程序编制方法的发展方向。,73 机电一体化系统的程序设计方法,731 程序设计方法,9,1确定程序功能：根据控制系统设计方案确定控制软件功能，根据系统的功能结构确定前面没有提到的其它软件功能。 2划分任务：将各类软件功能划分成具体的任务。 3确定软件编程要素：任务的组合方式 和编程方法 使用和前边类似的产生和选择方法。（产生与选择）,10,732 模块化编程技术,应用领域：单片机、操作系统和S7-300 分成不同的程序，即不同的模块 由单独的程序（头文件）组合到一起。有全局变量问题 优点：模块不用更改，结构清晰 区分：子程序在一个程序。,733 运水机器人编程实例,1 软件功能,12,运水机器人功能结构（用文字简单叙述）,主要事件是将水装入容器、微处理器控制电机驱动轮式行走机构运输容器和从容器卸水。使用锂电池作为能源输入，分别为驱动电机和电控部分提供电能，有克服摩擦力和电气部件能耗等能量损失。有循迹和开关机等输入信号送微处理器处理，显示水量和时间等。,13,外围部件软件功能,使用C8051F020单片机。控制162字符点阵液晶显示器显示水容量和运水时间。以PWM方式控制电机驱动芯片L298N驱动两路直流减速电机，以开关方式控制微型继电器卸水。对循迹开关信号进行采集。,14,控制算法功能,对运水机器人行走轨迹进行闭环控制，采用比例（P）调节。,15,任务划分,任务划分为：初始化配置（config），延时（delay1ms），PCA初始化（PCA_Init ），产生PWM脉宽调制的两个任务（PWM0_set、PWM1_set），电机正反转及速度的控制的六个任务（L_FORD、R_FORD、L_BACK、R_BACK、L_BREAK、 R_BREAK），八路寻迹（Founding_Line），给lcd送命令（sendc），给lcd送数据（sendd），显示地址定位函数（lcd_pos），lcd初始化函数（lcd_ini），第一次水量显示（lcddisplay1），第二次水量显示（lcddisplay2），显示时间（lcddisplay3）。,16,任务的组合,在八路寻迹（Founding_Line）中根据取入的八路传感数字信号调用产生PWM脉宽调制的两个任务（PWM0_set、PWM1_set）和电机正反转及速度的控制的六个任务（L_FORD、R_FORD、L_BACK、R_BACK、L_BREAK、 R_BREAK），并按控制问题的要求调用第一次水量显示（lcddisplay1）、第二次水量显示（lcddisplay2）和显示时间（lcddisplay3）。,17,第一次水量显示（lcddisplay1）、第二次水量显示（lcddisplay2）和显示时间（lcddisplay3）中使用给lcd送命令（sendc）、给lcd送数据（sendd）和显示地址定位函数（lcd_pos）。 加入延时（delay1ms）以保证外围部件的响应。 任务管理进行初始化配置（config）、PCA初始化（PCA_Init ）、电机正转（L_FORD、R_FORD）和调用八路寻迹（Founding_Line）。,18,编程方法,使用前后台编程方法。,19,5具体编程（1）资源分配,P00电机 1 PWM输出 左轮 P01电机 2 PWM输出 右轮 L_DIR1A=P22左轮电机方向控制 L_DIR1B=P21左轮电机方向控制 R_DIR1A=P25右轮电机方向控制 R_DIR1B=P26右轮电机方向控制,20,P10-水泵控制 P11蜂鸣器控制 PCA0CPM0 电机 1 PWM 输出，工作在8位定时器模式，允许比较器匹配中断，每次中断加载新的比较值，实现电机输出的脉宽控制。 PCA0CPM1 电机 2 PWM 输出，工作在8位定时器模式，允许比较器匹配中断，每次中断加载新的比较值，实现电机输出的脉宽控制。 P6.0-P6.7；传感器接口 lcdrw=P32;-读写控制5 lcdcs=P37;-E使能 6 lcdrs=P36;-命令数据选择控制 4,21,传感器规定,前四个传感器在低四位，后四个传感器在高四位 左右各两个传感器 不压黑线为低电平,头:低四位,尾:高四位,22,记录行走情况,遇垂直黑线次数:int fb=0 微偏:0100/0010 中偏:1100/0011 大偏:1000/0001,23,（2）引用与定义,#include #include #include typedef unsigned char uchar; typedef unsigned long ulong; typedef unsigned int uint; #define L_MOTO_BREAK L_DIR1A=L_DIR1B #define L_MOTO_BACK L_DIR1A=0;L_DIR1B=1 #define L_MOTO_FORD L_DIR1A=1;L_DIR1B=0 #define R_MOTO_BREAK R_DIR1A=R_DIR1B #define R_MOTO_BACK R_DIR1A=0;R_DIR1B=1 #define R_MOTO_FORD R_DIR1A=1;R_DIR1B=0,24,sbit L_DIR1A=P22; sbit L_DIR1B=P21; sbit R_DIR1A=P25; sbit R_DIR1B=P26; sbit P1_0=P10; sbit P1_1=P11; sbit P1_2=P12;,25,int fb=0;/控制前后方向 sbit lcdrw=P32;/5 sbit lcdcs=P37;/6 sbit lcdrs=P36;/4 void lcddisplay3(void); void lcddisplay1(void); void lcddisplay2(void);,26,此部分包括头文件的定义、宏定义、位定义等，例如定义#define L_MOTO_BREAK L_DIR1A=L_DIR1B，即表示在程序中以L_MOTO_BREAK来表示L_DIR1A=L_DIR1B；L_DIR1A代表P22口，表示左轮电机方向的控制；L_DIR1B代表P21口，亦表示左轮电机方向控制；当L_DIR1A=L_DIR1B，即L_DIR1A与L_DIR1B都为1或都为0时，即以L_MOTO_BREAK来表示。下面还有液晶显示屏的I/O配置以及液晶显示屏的显示等。,27,（3）初始化配置, 以保证单片机控制功能工作,void config (void) WDTCN = 0x07; WDTCN = 0xde; /看门狗禁止 WDTCN = 0xad; /看门狗禁止 XBR0 = 0x50; /配置交叉开关， XBR1 = 0x00; XBR2 = 0x40; /交叉开关允许 P0MDOUT=0x00; /p0.4p0.5为推挽输出,28,P1MDOUT=0xff; P2MDOUT=0xff; P3MDOUT=0xFF; P74OUT=0x00; /p4-p6 P6=0xff; OSCXCN = 0x00; OSCICN = 0x16; /采用内部晶振,频率为 8MHZ ,29,此部分主要进行初始化配置，以保证单片机的控制功能 WDTCN即为看门狗定时器控制寄存器，此处通过WDTCN各位的设置使看门狗禁止 XBR0、XBR1、XBR2 是用来配置交叉开关的特殊功能寄存器。XBR0 = 0x50即把XBR0的位6和位4置1，表示PCA0外部计数器输入连接端口引脚及CEX0和CEX1链接两个端口引脚；XBR1 = 0x00表示此特殊功能寄存器各位全置0，即各使能位不连接端口引脚；XBR2 = 0x40表示位6置1，即交叉开关使能。,30,P0MDOUT是端口0输出方式寄存器，P0MDOUT=0x00表示端口引脚的输出方式为漏极开路方式。 P1MDOUT、P2MDOUT、P2MDOUT分别是端口1、2、3输出方式寄存器，各端口设置为0xff表示端口引脚的输出方式为推挽方式。 P74OUT是端口47的输出方式寄存器，各位置0即表示输出方式配置为漏极开路输出方式 此处表示采用内部振荡器作为系统时钟，OSCICN = 0x16表示对内部振荡器使能，并使内部振荡器典型频率为8MHZ。,31,（4） 延时,void delay1ms(uint time)/延迟子程序0.5MS uint ii; uint jj; for (ii=0;iitime;ii+) for(jj=0;jj4000;jj+) ; ,32,（5）PCA初始化,void PCA_Init() PCA0MD=0x08; /PCA采用系统时钟，且PCA溢出中断禁止 PCA0CN=0x40; /启动PCA计数器 void PCA0_Init() PCA0CPM0=0x42;/CEX0为8位PWM输出模式 PCA0CPM1=0x42; /CEX1为8bit PWM输出模式 ,33,此部分即表示对PCA进行初始化 PCA0MD即为C8051F020内部集成的可编程技术阵列PCA0的方式选择寄存器，PCA0MD=0x08即表示选择系统时钟作为计数脉冲源且PCA0定时器/计数器溢出中断禁止。PCA0CN即为PCA控制寄存器，PCA0CN=0x40表示允许PCA0定时器/计数器。PCA0CPMn表示PCA0捕捉/比较寄存器，PCA0CPMn=0x42表示比较器允许，并使用8位PWM输出方式,34,（6） 产生PWM脉宽调制,void PWM0_set(uchar val) /高电平占空比为val/256 PCA0CPH0=val+1; void PWM1_set(uchar val) /高电平占空比为val/256 PCA0CPH1=val+1; ,35,此部分用来产生PWM脉宽调制 此语句表示对val按位取反再加1,val越大,则val越小,即PCA0CPH0也越小,所以高电平占空比就越大,即val与高电平占空比成正比;,36,（7）电机正反转及速度的控制,void L_FORD(uchar L_spe_ford) L_MOTO_FORD; PWM0_set(L_spe_ford);/电机速度 void R_FORD(uchar R_spe_ford) R_MOTO_FORD; PWM1_set(R_spe_ford);,37,void L_BACK(uint L_spe_back) L_MOTO_BACK; PWM0_set(L_spe_back); void R_BACK(uint R_spe_back) R_MOTO_BACK; PWM1_set( R_spe_back); void L_BREAK() L_MOTO_BREAK; void R_BREAK() R_MOTO_BREAK; ,38,（8）八路寻迹,void Founding_Line() if(P6,39,P6&0x0F进行按位与运算作用是屏蔽后四路寻迹，避免小车前进过程中后四路寻迹对小车路径的影响。按位与运算，即1&0=0&1=0&0=1，1&1=1，假如P6口的返回值为 00100100，与0x0F（即00001111）按位与的结果为00000100，即P6口前四路返回值不变，后四路返回值全变为0，也即屏蔽掉后四路寻迹的作用。然后判断(P6&0x0F)=0x0F，如果成立，则执行下面的程序，否则跳到后面的else语句。,40,if(fb=2) P1_0=1; lcddisplay1(); delay1ms(210);/延时4s P1_0=0; delay1ms(25); ,41,fb=2表示小车第二次遇到黑线停, P1_0=1表示水泵放水,然后进行第一次液晶显示屏显示,延时4s, P1_0=0表示放水停止,关闭水泵,然后再进行延时,42,if(fb=4) P1_0=1; lcddisplay2(); delay1ms(210);/延时4s P1_0=0; P1_1=1; lcddisplay3(); ,43,当满足fb=4时,执行下面的程序,先进行水泵放水,然后进行第二次液晶显示屏显示,延时4s,关闭水泵, P1_1=1表示蜂鸣器响,然后再进行延时,44,if(fb=1)|(fb=3) P1_2=1; delay1ms(600); P1_2=0; delay1ms(25); R_FORD(229); delay1ms(1); L_FORD(236); delay1ms(50);/延时0.5s ,45,当fb=1或者是fb=3时,小车回到起点位置, P1_2=1表示对小车进行注水,然后延时一段时间,注水停止,再延时25ms,小车前进,46,if(fb=2) L_BACK(240); R_BACK(249); delay1ms(50);/延时0.5s ,47,else if(fb=1)|(fb=3) if(P6=0x00) R_FORD(229); L_FORD(236); ,此语句与前面if(P6&0x0F)=0x0F)对应,当不满足条件时,执行下面的程序,48,P6=0x00,用二进制表示即为00000000,即各路传感器返回值均为0,表示8路传感器均未压黑线,小车前进未跑偏,49,if(P6 当P6=0x02,用二进制表示为00000010时,即前四路传感器的右边第二位压黑线,此种情况下即表示小车左小偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,50,if(P6 ,51,当P6=0x04,用二进制表示为00000100时,即前四路传感器的右边第三位压黑线,此种情况下即表示小车右小偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,52,if(P6 ,53,(P6&0x04)&(P6&0x08)即表示前四路寻迹的右边第三、四位寻迹压黑线，此种情况下即表示小车右中偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,54,if(P6 (P6&0x02)&(P6&0x01)即表示前四路寻迹的右边第一、二位寻迹压黑线，此种情况下即表示小车左中偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,55,if(P6 ,56,当P6=0x08,用二进制表示为00001000时,即前四路传感器的右边第四位压黑线,此种情况下即表示小车右大偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,57,if(P6 当P6=0x01,用二进制表示为00000001时,即前四路传感器的右边第一位压黑线,此种情况下即表示小车左大偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,58,if(fb=2) if(P6=0x00) L_BACK(240); R_BACK(250); if(P6 ,59,P6=0x00,用二进制表示即为00000000,即各路传感器返回值均为0,表示8路传感器均未压黑线,小车后退未跑偏 当P6=0x40,用二进制表示为01000000时,即后四路传感器的右边第三位压黑线,此种情况下即表示小车右小偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,60,if(P6 ,61,当P6=0x20,用二进制表示为00100000时,即后四路传感器的右边第二位压黑线,此种情况下即表示小车左小偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整 (P6&0x40)&(P6&0x80)即表示后四路寻迹的右边第三、四位寻迹压黑线，此种情况下即表示小车右中偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,62,if(P6 ,63,(P6&0x20)&(P6&0x10)即表示后四路寻迹的右边第一、二位寻迹压黑线，此种情况下即表示小车左中偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整 当P6=0x80,用二进制表示为10000000时,即后四路传感器的右边第四位压黑线,此种情况下即表示小车右大偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,64,if(P6 ,65,当P6=0x10,用二进制表示为00010000时,即前四路传感器的右边第一位压黑线,此种情况下即表示小车左大偏,然后重新调整PWM值对小车进行调整,66,循迹反馈形成分析,b=1,b=2,b=3,b=4,67,垂线 检测,偏移 检测,占空 比,L298 驱动,车轮,轨迹,TCRT 循迹,68,（9）LCD控制,void sendc(uchar c)/给lcd送命令 P4=c; lcdrs=0;/RS=L lcdrw=0;/RW=L EA=0;/关中断 delay1ms(1); lcdcs=0;/E的高脉冲 lcdcs=1;/E的高脉冲,69,delay1ms(1); lcdrw=1; P4=0xff;/先置1，后读取 delay1ms(1); EA=1; /开中断 ,70,void sendd(uchar c)/给lcd送数据 EA=0; P4=c; lcdrs=1; lcdrw=0; delay1ms(1); lcdcs=1; lcdcs=0; lcdcs=1; delay1ms(1);,71,lcdrw=1; P4=0xff;/先置1，后读取 lcdrs=0; delay1ms(1); while(P4=0x80); lcdcs=0; lcdcs=1; EA=1; /* if(c=c) delay1ms(3);*/ ,72,void lcd_pos(uchar pos)/显示地址定位函数 sendc(pos|0x80); ,73,void lcd_ini(void)/lcd初始化函数 delay1ms(100); lcdcs=1; delay1ms(5); lcdrs=0; delay1ms(5); lcdrw=0; delay1ms(5);,74,sendc(0x38);/8位,2行,5*7字体 delay1ms(30); sendc(0x38);/8位,2行,5*7字体 delay1ms(30); sendc(0x38);/8位,2行,5*7字体 delay1ms(30); sendc(0x08);/显示开,光标关;不闪 delay1ms(30); sendc(0x01);/清屏 delay1ms(30);,75,/ sendc(0x01);/清屏 / delay1ms(30); sendc(0x06);/ delay1ms(30); sendc(0x0C);/ delay1ms(30); ,76,（10）第一次显示,void lcddisplay1(void)/显示主函数 uchar i=0; uchar line1=“once:550ml“; uchar line2=“all:550ml“; sendc(0x01); i=0; lcd_