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1、乒乓球发球机控制器软件设计摘 要 本文针对乒乓球发球的特点，模拟设计了一种乒乓球发球机控制器。该发球机控制器由8位单片机STC89C51为核心的硬件电路和相关软件编程组合而成。实现改变发球速度、发球高度及角度等的功能，以满足练习者的不同技术需求，同时设置了随机发球模式，实现落球点的随机变化。本课题的软件设计采用了主函数调用各状态子程序的方法，完成了按键控制、液晶显示、驱动电机调速的功能。配合本组同学的硬件设计完成了单片机外围硬件电路的设计，其中包括电动机驱动模块、键盘模块及液晶显示模块。最后我们在完成硬件电路的分析和软件模块调试的基础上，进行了联机调试，对各模块电路实行软硬件检测，有效地将两者
2、结合起来，完成了系统的整体控制。关键词：乒乓球发球机，控制器，发球模式，单片机ABSTRACT Considering the characteristics of the table tennis served，the thesis designs a kind of table tennis serving controller. It is consist of traditional 8 monolithic integrated circuitsSTC89C51 for the hardware circuit design and related software C51 for
3、programming design. It can accomplish the function of changing the balls speed，altitude and angle，in order to satisfy the needs of people. Meanwhile the random serving patten was designed and the fall points of the table tennis become randomly. The software in this essay is designed using the form t
4、hat the main function calls a subroutine，and finishing the function of button control，liquid crystal display，drive motor speed regulation.The hardware design produced a peripheral circuit of monolithic integrated circuits including the drive motor module，keyboard module and LCD display module. Final
5、ly，on the basis of finishing hardware circuit analysis and software module debug, we match the soft and hardware and test all modules carefully, then the basic function of the system achieves the desired effect.KEYWORDS: the table tennis serving machine，controller，serving pattern，single chip microco
6、mputer 目录第一章 绪论11.1本课题的研究背景和意义11.2国内外乒乓球发球机的研究现状1121国外乒乓球发球机的研究现状2122国内乒乓球发球机的研究现状41.3 本课题研究内容与设计步骤51.3.1本课题研究内容51.3.2本课题设计步骤6第2章 乒乓球发球机控制器设计分析82.1乒乓球发球机的结构及电动机选择82.2主控单片机的选型92.2.1单片机的主要特性92.3液晶显示芯片的选择102.3.1 LCD12864引脚说明112.3.2 LCD12864工作时序122.4驱动芯片的选择132.4.1 L298N引脚说明132.5步进电机的调速方法152.5.1步进电动机概述15
7、2.5.2步进电动机的调速152.6直流电动机的调速方法152.6.1直流电动机概述152.6.2直流电动机的调速16第3章 乒乓球发球机控制器硬件设计173.1总体设计183.2单片机的最小系统183.3驱动电路模块193.4按键电路模块203.5 LCD液晶显示电路模块20第4章 乒乓球发球机控制器软件设计214.1 系统软件设计概述214.1.1 软件程序编写的原则214.1.2 程序设计方法224.1.3 软件设计步骤234.2 编译软件介绍234.3系统各部分流程图244.3.1 主程序流程244.3.2 LCD12864流程254.3.3 按键流程274.3.4 电机驱动流程294
8、.3.4.1 直流电机驱动流程304.3.4.2 步进电机驱动流程31第5章 系统调试325.1 硬件调试325.1.1 硬件静态调试325.1.2 硬件动态调试335.2 软件调试335.3 联机调试345.4 调试结果35第6章 结束语376.1总结376.2心得体会37致 谢38参考文献39附 录40附录一 硬件实物图40附录二 硬件原理图41附录三 程序421第一章 绪论 本章从该课题的研究背景出发，提出了本设计的必要性。其次，介绍了国内外的研究现状。最后，对该课题的研究内容和设计流程进行了简单的描述。从整体上把握了基于51单片机控制的乒乓球发球机控制器的设计原则和内容，为完成本次设计
9、做出预备工作。1.1本课题的研究背景和意义随着中国在世界上的地位越来越举足轻重，我国的体育事业也正在蓬勃发展。从第一届奥林匹克运动会没有亚洲人的身影，到2008年我们中国作为东道主，自己举办奥运会，很多项目都取得了零随着我国运动员在奥运会中连续取得佳绩，让人们在为体育健儿加油喝彩的同时，也极大地调动了全国人民投入体育运动的热情。乒乓球作为我国的国球，更是得到很多人的喜爱。它集健身、竞技、娱乐于一体，不仅可以锻炼身体，还可以练习头脑的灵活性、眼睛的反应力以及全身的协调性。但是对于初学者，捡球的时间却比真正在台上打球的时间多，这样要提高技术水平就很慢，也会削弱人们对乒乓球的兴趣。对于一些高水平的选
10、手，由于人手发球速度和频率比较慢，而且陪练员长时间发球也不太可能，因此要进行变化多、强度大的多球练习比较困难，而且从经济观点或科研方面考虑，乒乓球发球机的开发、研究与应用都能极大地推动体育运动事业的发展。正是在这种情况下，研究乒乓球发球机是极其必要的。1.2国内外乒乓球发球机的研究现状对于乒乓球发球机的研究可以追溯至六十年代末和七十年代初，当时欧洲出现了乒乓球发球机。它通过一定的机械装置，按乒乓球技术训练的不同要求，将球不断发射出来。发球机发出的球，比人速度更快，力量大，且旋转更强，所以，它对提高乒乓球运动员的训练水平有一定的作用。目前市场上销售的乒乓球发球机，按控制类型可以分为两类:一类是半
11、自动，简单操作系列;另一类是全自动，电脑程控系列。半自动式，无论是安装还是使用都比较麻烦，而且发球的方式、力量、速度都是固定的，如果要改变各项技术参数，就必须停下来，人工来校准调整机头旋转角度，来实现各种旋转球，手动抬高或降低机头，来调整球的射程弧度，而且机械性能比较差，经常卡球，但这类产品还是受到很多人的青睐，因为它的价格低，符合大多数人的需求。全自动式，是由全电脑程控的，能模拟运动员常用的技术，可发出很多高性能的球，可以模拟真人发球，还能发多种速度不同的球，人性化的设计能够满足不同技术水平的人的需要，技术好的可以选择多速度和角度发球；技术不好的可以选择基本发球。而且其电脑记忆功能还能记录球
12、员打球的路数，能起到专业陪练效果。这种机器虽然性能很高，但价格也比较贵，令很多人望而止步。 按出球方式可以分为三类:一类是轮式发球机，一类是压气式发球机，另一类是捶击式发球机。其中轮式发球机的原理是由于装有轮子的通道空间很小，当球从滑轨滚入通道时，轮子就将球喷出。这种情况和小石头被打滑的车轮喷出是一样的。这种发球方式有两种，一种是单轮驱动，另一种是双轮驱动。单轮驱动发球机的弊端是:发出来的球如果速度快，那么同时旋转也强;如果速度慢，那么同时旋转也弱。这和人们实战打球是完全不同的，实际上球速和旋转并不是完全成正比的，比如攻球的速度最快，但是旋转并不强;而弧圈球虽然旋转极强，但是速度未必很快。双轮
13、驱动的发球机完全解决了单轮驱动速度和旋转的矛盾，可发出各种旋转的球，同时也可以发出不转球。压缩式发球机是利用空气压缩机来发射球的，球被装入长桶的底部由一个窄口固定住，这个窄口的直径比球的直径略小一些。当压缩空气推挤乒乓球穿过窄口的时候，球就被发射出去了。这种发球机的缺点是噪音极大而且不能提供高的性能，同时，空气压缩消耗的功率很大，难以使用电池来供电;它的优点是价格比较便宜。捶击式发球机有多种设计方案，最常见的是通过凸轮带动摆杆，将落入发球口的乒乓球击出去，这种方式性能单一，而且不方便控制，已经逐渐被淘汰。121国外乒乓球发球机的研究现状国外的乒乓球发球机发展比较快，其功能比较齐全，自动性能也比
14、较高，既可以满足普通练习者的需求，也可以满足专业运动员的要求。目前，世界上生产乒乓球发球机的厂家比较多，具有代表意义的厂家是美国的LNEWGY公司和日本的Butterfly公司。1 LNEWGY公司之乐吉发球机:其发球原理是由电动机带动的位置可调旋转轮和一固定的摩擦块组成发射机构，当球进入发球通道，由旋转轮将球旋出发球口来，旋转轮的位置不同，则可得到不同旋向的球。该系列乒乓球发球机一般可分为三个等级，初级发球机是为初学者和娱乐者设计的，中级发球机是为中级和比赛级球员设计的，而高级发球机是专为专业运动员和爱好乒乓球的行家设计。该系列发球机的特点之一是使用者可以根据自己的水平状况选择合适的发球机等
15、级，当水平提高时，该发球机可以通过升级包，快速方便的达到高的等级。通过控制球桌旁的控制盒可以调节发球速度、发球频率、旋转速度以及出球口角度:通过手动调节出球口上的旋钮可以发射出上旋、逆旋、侧旋甚至混合旋转等各种旋向的球;通过手动调节发球机后的两个控制杆可以实现发球角度摆动范围的变化，利用两杆的不同组合可有八种摆动范围选择，还可实现定点发球;通过设置球型号开关调节旋转轮与摩擦块之间距离，可以选择适合所使用球型的发射轨道;通过将发球机安装在不同的位置可以实现不同的发球角度和发射弧度。2.Butterfly公司之Amicus发球机:其发球原理是采用两个高速旋转的轮子(旋转方向相反)，由于轮子的空间小于球的直径，当球从滚道滚入两轮之间的时候，轮子将球旋出，但它只能形成45的侧旋球。其旋转速度和球发射速度没有关联，可以发射慢旋的短球和快速的突发球，这是同类发球机无法做到的。该发球机有三个不同的发球模式可选择，一种是规则模式，发射固定落点的球;一种是自动模式，发射随机球或组合球;另外一种是自定义模式，根据需求自己编写发球模式的程序。同时它具有记忆功能，能
