新型乒乓球发球机的研制(附件)
随着我国乒乓球运动员不断在世界各级比赛中取得优异成绩，喜爱乒乓球运动和打乒乓球的人越来越多，同时，利用乒乓球发球机来提高乒乓球技术水平的人也越来越多。 为了使练习者能更好地学习乒乓球技术以达到健身和训练的目的，本文设计了一种基于单片机的新型乒乓球发球机,详细介绍了该控制系统的设计过程，具体包括外围设备的选择、电动机的选择、电动机的驱动等。 在本文中，AT89C51单片机将被作为控制的核心，使其可以通过按键来控制供球的快慢，发球的力度、旋转、球速，通过显示器显示乒乓球发球机目前的状态，复位电路可以使发球机进行复位，电机转速测量电路对电机转速进行测量。使用方便，可满足不同的用户训练需求。关键词 单片机，步进电动机，液晶显示屏，L298目 录
1引言1
1.1研究背景及课题意义1
1.2国内外发展现状1
1.3主要研究内容2
2 总体方案设计 2
2.1控制系统总体设计2
3 控制系统各硬件电路设计3
3.1 AT89C51 3
3.2看门狗电路系统设计4
3.3键盘的选择6
3.4显示器的选择7
3.5电机转速测量电路系统设计8
3.6直流电机控制系统设计10
3.7步进电机控制系统设计13
4 乒乓球发球机的软件设计分析15
结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录A 硬件原理图 20
附录B 乒乓球发球机控制系统程序 21
1 引言
1.1 研究背景及课题意义
当今社会，生活水平的不断提高，使得人们对生活质量也有了更高的要求，而运动作为一种方便环保的方法被越来越多的人所重视，大家在运动方面的花费也在逐渐增加，北京奥运会的成功举行将运动热潮推向了新的高度，各类运动器材热卖，市场需求持续增加。乒乓球作为运动的一种，也是我国国球，被广大中国民众所喜爱，它既可以用于锻炼身体，也可以提高自生的反应以及身体的协调性，集娱乐，健身等功能于一体。
但是当我们一个人的时候，就不能进行这方面的训练，有人的时候也会因为各自的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
，而运动作为一种方便环保的方法被越来越多的人所重视，大家在运动方面的花费也在逐渐增加，北京奥运会的成功举行将运动热潮推向了新的高度，各类运动器材热卖，市场需求持续增加。乒乓球作为运动的一种，也是我国国球，被广大中国民众所喜爱，它既可以用于锻炼身体，也可以提高自生的反应以及身体的协调性，集娱乐，健身等功能于一体。
但是当我们一个人的时候，就不能进行这方面的训练，有人的时候也会因为各自的水平参差不齐而产生很多问题，初学者会因为没人愿意陪着练习而丧失对于这个运动的兴趣，也会因为水平不够而在球台下浪费很多的时间，水平较高者难以找到水平相当的对手，丧失了很多的乐趣。就连职业选手也由于人手发球速度会有一个极限，陪练长时间发球也不太现实，难以进行变化大，强度高的长时间发球练习，所以发球机的使用成为了必然，将来也将越来越普遍。
1.2 国内外发展现状
乒乓球发球机是一种非常常见的运动与训练器材，在1960年前后，乒乓球发球机便已在欧洲诞生。无论是在学校还是在家庭，专业亦或是非专业训练场馆都能看到它的身影。发球机可发各种性质的球，既可用于娱乐健身，又适合于专业训练，性价比特别高[1]。
如今涌现的种类繁多的乒乓球发球机，如果依据发球的方法可以分为三种:一种是轮式，一种是压气式，还有一种是捶击式。如果按控制类型可以分为两种:一种是半自动，特点是简单操作；另一种是全自动，完全由电脑控制 [2]。
1.1.1 国外乒乓球发球机的研究现状
国外的乒乓球发球机出现时间较早，发展速度也相对较快，功能也更为强大，可以同时满足普通人和专业运动员的需求。需求推动市场，我们可以从多种渠道了解到种类繁多的乒乓球发球机，其中比较知名的有：
（1）NEWGY公司的乐吉发球机：其发射机构包括由电动机带动的位置可调旋转轮和固定的摩擦块，当球被放置到发球处，由旋转轮将球运送到发球口，旋转轮的位置改变，球的旋向也会相应发生改变。
(2) Butterfly公司的Amicus型：通过两个旋转方向相反的的旋转轮将乒乓球射出，乒乓球的直径比旋转轮的空间要大，当球进入两轮间后，旋转轮将球发出，其不足是仅能发出45°的侧旋球。该球发射速度对旋转速度不产生影响，能够射出缓慢旋转的短球和快速球，这是其他发球机不能够相媲美的。
1.1.2 国内乒乓球发球机的研究现状
我国乒乓球发球机发展过程虽然起点较低，但进步迅速,短短时间从手动控制到自动控制,性能指标甚至已经不输其他国家。类型有以下几种:
一是半自动式乒乓球发球机，由林清云研发制造，优点为构造简易，而且球速比较快，价格合理;缺点是容易出现故障，质量一般、变化少，不容易调节。
二是双蛇牌乒乓球发球机，由双蛇公司开发制造，特点为一键一功能，灵活多变，操作方便，设置了除尘装置，制作精良，提高了其的使用寿命，携带和维护都非常方便。
三是许绍发智能发球机，三鼎公司开发，微电脑操控，能够自主的进行日常练习任务，其将桌面分为多块，通过设定程序将球准确地输送到所需地点。其不足之处在于发球依然有规律可循，并不能真的像人一样随机应变的去处理发球[3]。
1.3 主要研究内容
本文以89C51作为主控芯片，设计制作发球电机组驱动与控制电路、落点电机组驱动与控制电路、发球点电机（组）驱动与控制电路、回收与供球电机驱动与控制电路、控制面板与主控电路等硬件，实现可编程自动发球功能。
2 总体方案设计
2.1 控制系统总体设计
本次毕业设计的将单片机89C51作为核心芯片，外围电路包括:电机驱动电路、转速测量电路、键盘控制、液晶显示电路等[4]。89C51对采集得到的信号进行分析，得出与标准转速之间的误差，运用软件进行调节，通过过驱动电路向直流电动机发出信号，通过调节直流电动机对速度进行控制，同时驱动各步进电动机执行相关动作。通过键盘控制品牌球的速度、发球的方向等，显示器能够告诉使用者乒乓球发球机的状态。控制系统总体设计如图2.1所示。调节发球机构的2个直流电机控制摩擦轮将球射出，并且控制球的速度，调节左右移动的步进电机控制发球点的不同，调节上球器供球快慢的直流电机控制发球的频率，调节水平左右摆动和竖直上下摆动的步进电机控制发出各种旋转球。
图2.1 控制系统总体设计硬件原理图
3控制系统各硬件电路设计
3.1 AT89C51
AT89C51为本次设计的核心芯片，这个系列的芯片由ATMEL公司开发。AT89C51是效率很高的单片机，它既有能实现多种功能的8位CPU，也有闪烁存储器，并且它们被成功的组合起来。作为价格低廉且灵活性高的一款芯片，AT89C51被广泛使用,其引脚图如图3.1所示。
3.2 看门狗电路系统设计
复位是单片机在启动时必然发生的动作，这样就可以使单片机各部件处于起始状态，然后由起始状态进入工作状态。处于工作状态的单片机由于被各种因素影响会产生死机等问题，这样，单片机系统就无法进行正常工作，为了改变这一问题，除了利用好单片机自身所配备的看门狗定时器外，还需要另外增加看门狗电路。此外，许多单片机在掉电的时候还要求可以保留重要的数据，因为掉电的发生是不可预测的，所以电源监控电路也是此类单片机系统所必要的，能够在掉电刚发生时告知单片机[5]。
如果在1.6s内，没有脉冲信号在看门狗检测输入端输入，就会有一个低电平信号在看门狗输出端输出，即看门狗电路输出信号。死机等问题会严重影响控制系统的实时监控，所以看门狗电路的存在十分必要。在此选用了MAXIM公司的MAX813L，它
图3.2展示了 MAX813L与单片机的电路连接[6]，应用过程中，P1.0会不断有脉冲信号输出，如果出现问题CPU进入死循环，则P1.0没有脉冲输出， 引脚会于1.6s后产生一个低电平信号，然后低电平传到引脚，然后便会产生复位输出，从而使单片机不产生死循环的问题，而能够有效复位。而
1引言1
1.1研究背景及课题意义1
1.2国内外发展现状1
1.3主要研究内容2
2 总体方案设计 2
2.1控制系统总体设计2
3 控制系统各硬件电路设计3
3.1 AT89C51 3
3.2看门狗电路系统设计4
3.3键盘的选择6
3.4显示器的选择7
3.5电机转速测量电路系统设计8
3.6直流电机控制系统设计10
3.7步进电机控制系统设计13
4 乒乓球发球机的软件设计分析15
结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录A 硬件原理图 20
附录B 乒乓球发球机控制系统程序 21
1 引言
1.1 研究背景及课题意义
当今社会，生活水平的不断提高，使得人们对生活质量也有了更高的要求，而运动作为一种方便环保的方法被越来越多的人所重视，大家在运动方面的花费也在逐渐增加，北京奥运会的成功举行将运动热潮推向了新的高度，各类运动器材热卖，市场需求持续增加。乒乓球作为运动的一种，也是我国国球，被广大中国民众所喜爱，它既可以用于锻炼身体，也可以提高自生的反应以及身体的协调性，集娱乐，健身等功能于一体。
但是当我们一个人的时候，就不能进行这方面的训练，有人的时候也会因为各自的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
，而运动作为一种方便环保的方法被越来越多的人所重视，大家在运动方面的花费也在逐渐增加，北京奥运会的成功举行将运动热潮推向了新的高度，各类运动器材热卖，市场需求持续增加。乒乓球作为运动的一种，也是我国国球，被广大中国民众所喜爱，它既可以用于锻炼身体，也可以提高自生的反应以及身体的协调性，集娱乐，健身等功能于一体。
但是当我们一个人的时候，就不能进行这方面的训练，有人的时候也会因为各自的水平参差不齐而产生很多问题，初学者会因为没人愿意陪着练习而丧失对于这个运动的兴趣，也会因为水平不够而在球台下浪费很多的时间，水平较高者难以找到水平相当的对手，丧失了很多的乐趣。就连职业选手也由于人手发球速度会有一个极限，陪练长时间发球也不太现实，难以进行变化大，强度高的长时间发球练习，所以发球机的使用成为了必然，将来也将越来越普遍。
1.2 国内外发展现状
乒乓球发球机是一种非常常见的运动与训练器材，在1960年前后，乒乓球发球机便已在欧洲诞生。无论是在学校还是在家庭，专业亦或是非专业训练场馆都能看到它的身影。发球机可发各种性质的球，既可用于娱乐健身，又适合于专业训练，性价比特别高[1]。
如今涌现的种类繁多的乒乓球发球机，如果依据发球的方法可以分为三种:一种是轮式，一种是压气式，还有一种是捶击式。如果按控制类型可以分为两种:一种是半自动，特点是简单操作；另一种是全自动，完全由电脑控制 [2]。
1.1.1 国外乒乓球发球机的研究现状
国外的乒乓球发球机出现时间较早，发展速度也相对较快，功能也更为强大，可以同时满足普通人和专业运动员的需求。需求推动市场，我们可以从多种渠道了解到种类繁多的乒乓球发球机，其中比较知名的有：
（1）NEWGY公司的乐吉发球机：其发射机构包括由电动机带动的位置可调旋转轮和固定的摩擦块，当球被放置到发球处，由旋转轮将球运送到发球口，旋转轮的位置改变，球的旋向也会相应发生改变。
(2) Butterfly公司的Amicus型：通过两个旋转方向相反的的旋转轮将乒乓球射出，乒乓球的直径比旋转轮的空间要大，当球进入两轮间后，旋转轮将球发出，其不足是仅能发出45°的侧旋球。该球发射速度对旋转速度不产生影响，能够射出缓慢旋转的短球和快速球，这是其他发球机不能够相媲美的。
1.1.2 国内乒乓球发球机的研究现状
我国乒乓球发球机发展过程虽然起点较低，但进步迅速,短短时间从手动控制到自动控制,性能指标甚至已经不输其他国家。类型有以下几种:
一是半自动式乒乓球发球机，由林清云研发制造，优点为构造简易，而且球速比较快，价格合理;缺点是容易出现故障，质量一般、变化少，不容易调节。
二是双蛇牌乒乓球发球机，由双蛇公司开发制造，特点为一键一功能，灵活多变，操作方便，设置了除尘装置，制作精良，提高了其的使用寿命，携带和维护都非常方便。
三是许绍发智能发球机，三鼎公司开发，微电脑操控，能够自主的进行日常练习任务，其将桌面分为多块，通过设定程序将球准确地输送到所需地点。其不足之处在于发球依然有规律可循，并不能真的像人一样随机应变的去处理发球[3]。
1.3 主要研究内容
本文以89C51作为主控芯片，设计制作发球电机组驱动与控制电路、落点电机组驱动与控制电路、发球点电机（组）驱动与控制电路、回收与供球电机驱动与控制电路、控制面板与主控电路等硬件，实现可编程自动发球功能。
2 总体方案设计
2.1 控制系统总体设计
本次毕业设计的将单片机89C51作为核心芯片，外围电路包括:电机驱动电路、转速测量电路、键盘控制、液晶显示电路等[4]。89C51对采集得到的信号进行分析，得出与标准转速之间的误差，运用软件进行调节，通过过驱动电路向直流电动机发出信号，通过调节直流电动机对速度进行控制，同时驱动各步进电动机执行相关动作。通过键盘控制品牌球的速度、发球的方向等，显示器能够告诉使用者乒乓球发球机的状态。控制系统总体设计如图2.1所示。调节发球机构的2个直流电机控制摩擦轮将球射出，并且控制球的速度，调节左右移动的步进电机控制发球点的不同，调节上球器供球快慢的直流电机控制发球的频率，调节水平左右摆动和竖直上下摆动的步进电机控制发出各种旋转球。
图2.1 控制系统总体设计硬件原理图
3控制系统各硬件电路设计
3.1 AT89C51
AT89C51为本次设计的核心芯片，这个系列的芯片由ATMEL公司开发。AT89C51是效率很高的单片机，它既有能实现多种功能的8位CPU，也有闪烁存储器，并且它们被成功的组合起来。作为价格低廉且灵活性高的一款芯片，AT89C51被广泛使用,其引脚图如图3.1所示。
3.2 看门狗电路系统设计
复位是单片机在启动时必然发生的动作，这样就可以使单片机各部件处于起始状态，然后由起始状态进入工作状态。处于工作状态的单片机由于被各种因素影响会产生死机等问题，这样，单片机系统就无法进行正常工作，为了改变这一问题，除了利用好单片机自身所配备的看门狗定时器外，还需要另外增加看门狗电路。此外，许多单片机在掉电的时候还要求可以保留重要的数据，因为掉电的发生是不可预测的，所以电源监控电路也是此类单片机系统所必要的，能够在掉电刚发生时告知单片机[5]。
如果在1.6s内，没有脉冲信号在看门狗检测输入端输入，就会有一个低电平信号在看门狗输出端输出，即看门狗电路输出信号。死机等问题会严重影响控制系统的实时监控，所以看门狗电路的存在十分必要。在此选用了MAXIM公司的MAX813L，它
图3.2展示了 MAX813L与单片机的电路连接[6]，应用过程中，P1.0会不断有脉冲信号输出，如果出现问题CPU进入死循环，则P1.0没有脉冲输出， 引脚会于1.6s后产生一个低电平信号，然后低电平传到引脚，然后便会产生复位输出，从而使单片机不产生死循环的问题，而能够有效复位。而
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