【摘要】 本系統採用凌陽16位微控制器SPCE061A作為控制中心，由直流步進電機、紅外收發對管、4*4鍵盤及中文液晶顯示屏構成的懸掛運動控制系統。該系統能自由控制懸掛物體完成自行設定運動、畫圓運動、沿黑線運動等，並能正確顯示物體到達的座標位置。
【關鍵詞】SPCE061A微控制器 中文液晶顯示屏 逼近畫圓演算法
A Control System For Suspension Movement
[Abstract]This design uses SPCE061A as the control core to build a suspension movement control system which consists of a DC step motor, infrared emitting tube, 4X4 keyboard and an LCD display screen for Chinese characters. The system can control the suspended objects to complete the movements set by itself, such as drawing the circles, moving along the black lines and doing other movements. It also can display the correct location of the coordinate where the object reaches.
Key words: SPCE061A Single chip， Chinese characters LCD， Closing Algorithm for circle drawing
一、方案的選擇與論證
1、微控制器選擇
方案一：採用傳統的8位89C51微控制器作為運動物體的控制中心。51 微控制器具有價格低廉,使用簡單等特點，但其運算速度低，功能單一，RAM、ROM空間小等缺點。本題目在確定圓周座標值時，需要進行大量的浮點數運算，若採用89C51需要做RAM，ROM來擴充套件其記憶體空間，其硬體工作量必然大大增多。
方案二:採用16位微控制器SPCE061A作為運動物體的控制中心。SPCE061A具有豐富的資源：RAM，ROM空間大、指令週期短、運算速度快、低功耗、低電壓、可程式音訊處理，易於編寫和除錯等優點。尤其在複雜的數學運算，其運算速度快，精度高，在控制步進電機時執行速度比一般51微控制器快。
基於上述分析，擬選擇方案二。
2、電動機選擇
方案一：用步進電機實現物體的精確定位和方向控制。步進電機是一種脈衝控制電機，它是一種能將脈衝訊號轉換為角位移的數模轉換器，可廣泛用於無需反饋控制但要求有精確位置的場合。
方案二：採用帶旋轉編碼器控制直流電機，電機運轉平穩，精度可以得到保證。但其驅動電路複雜，在短時間內難與實現。
在本題中因考慮到控制畫筆畫圖準確性和電路的複雜性，擬選擇選用方案一，並採用控制性能高的步進電機來控制運動物體。
3、控制物體運動演算法
方案一：直線插補法。直線插補法是在繪圖系統中常用的一種逐點比較演算法。它的原理是：執行機構每走一步，都要和給定軌跡上的座標值進行一次比較，看當前位置和軌跡位置的關係，從而確定下一步的進給方向。如果當前位置在給定軌跡的下方，下一步向給定軌跡的上方走，反之則相反。如果當前位置在給定軌跡的裡面，下一步向給定軌跡的外面走，反之則相反。這樣走一步看一步，決定下一步走向，形成“逐點比較”, 使走線逼近給定軌跡。
方案二：直線簡易演算法。這種演算法是根據計算機圖形學中直線的顯示方法改變而來，基本原理也是“逐點比較”，執行機構根據當前位置和軌跡位置的關係，從而確定下一步的進給方向，但是資料的處理過程不同。在直線插補法中，一次迴圈只能確定一個走向（X向或Y向），而在直線簡易演算法中，一次迴圈可以走兩步，這樣可以大大提高效率。同時，直線插補法要考慮象限的問題，不同的象限有不同的計算公式，而直線簡易演算法繞開了象限的問題，可以節省很多程式碼。
結合軟體程式設計的難易和上面的比較，擬選擇選用方案二。
4、黑線探測模組
方案一：採用紅外反射式探測，即用已調的紅外線垂直射到板面，經反射後轉換為電訊號送入微控制器處理，這是一種很普遍的應用，但是它存在著缺點：（1）由於反射距離較短，紅外反射功率小，如果板面的紙凹凸不平或白紙表面有雜物，也會使微控制器誤判。（2）由於板面的黑線可能是墨水或者膠布，兩種雖然都是黑色，但經實際應用發現其反光程度均不同，也會對紅外感測器造成一定的干擾。
方案二：採用多路陣列式光敏電阻組成的光電探測器。因為光敏電阻探測到黑線時，黑線上方的電阻值發生變化，經過電壓比較器比較將訊號送給微控制器處理，從而控制物體做相應的動作。光敏電阻對環境光的識別，要求考慮外界環境光的影響，測試時可能在室內或室外，為了消除外界光照強度的干擾，在每個光敏電阻旁邊加了一個高亮度發光二極體，這樣每個光敏電阻的環境一樣，即使在黑暗的條件下也可以正常工作。測試結果表明使用這種方法就可以消除外界光的干擾。
基於上面的討論，選用了抗干擾能力強的方案二。
5、顯示方案
方案一：採用LED數碼管顯示器。LED 數碼管亮度高，醒目，但是其電路複雜，佔用資源較多，顯示資訊量較小。
方案二：採用漢字LCD液晶顯示器。LCD有明顯的優點：微功耗、尺寸小，超薄輕巧、顯示資訊量大、字跡清晰、美觀、視覺舒適；可以用中文LCD液晶進行選單顯示，使整個控制系統更加人性化。
基於上面的比較分析和現有的LCD器件，擬選用方案二。
二、系統的具體設計與實現