基于自由摆的平板控制系统设计报告(5)

2011年 全国大学生电子设计竞赛 基于自由摆的平板控制系统 B题

基于自由摆的平板控制系统（B题）

1.系统方案

1.1系统方案论证与选择

本系统主要由处理器模块、角度检测模块和电机模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。此外，对于键盘输入模块和显示模块，因为结构简单，所以不再进行详细论证。

1.1.1处理器模块的论证与选择1.1.1

方案一：采用AT89C51系列单片机作为控制的核心。51单片机应用广泛，品种繁多，按单纯的控制和数据处理是比较经济实惠的。但是冯诺依曼总线结构使51内核单片机运算速度较低。另外，几种常用的51单片机内部资源较少，完成系统功能较为困难。

方案二：采用FPGA作为控制核心。FPGA速度快、稳定性高、扩展性能好、体积小，可以提供丰富的逻辑单元和I/O资源，采用并行的输入/输出方式，可以达到很高的速度。但是FPGA成本较高，算术能力不强。

方案三：采用STM32F103VE系列单片机作为控制核心。STM32是意法半导体公司生产的基于Cortex-M3内核的32位ARM嵌入式处理器。Cortex-M3核性价比更高,价格低,可以与8位单片机竞争。由于采用了最新的设计技术，它的门数更低，性能却更强，处理速度更快，完全满足了本设计所要求的很高的精密度和快速的处理速度。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.2角度检测模块的论证与选择1.1.1.1.2

方案一：采用MMA7455加速度传感器检测平台倾角。其核心为飞思卡尔公司的MMA7455L数字三轴加速度传感器，它体积小，工作可靠。但其8位模式还是限制了其测量精度，在测量微小的角度变化上存在误差。

方案二：采用电位器检测摆杆倾角。用电阻分压方式可以实现电位器对角度变化的感应，但必须经过模数转换才能将信号传给处理器处理。此时，电位器的灵敏度和模数转换器的精度都会对测量结果产生直接影响，误差一般很大。

方案三：采用增量式旋转编码器检测摆杆倾角。增量式旋转编码器的转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。需要提高分辨