在MSP430和步进电机驱动器之间用PC817做电平匹配。系统电源由可跟踪直流电压源提供。
系统总电路图见图3.1
图3.1 简易旋转倒立摆及控制装置电路原理图
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3.2 程序设计与结构：
开始初始化AD转换N165°<角度<180°||-180°<角度<-160°Y计算角度，角加速度PID输出控制脉冲，方向
图3.2.1 基本要求(3)程序流程图
开始初始化键盘扫描是否有键盘输入YN角度校准1摆动2旋转3倒立4发挥（1）5发挥（2）6发挥（3） 图3.2.2 主函数程序流程图
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四：测试方案与测试结果
4.1基本要求（1）测试方案与测试结果分析 测量仪器：量角器（精度1°），秒表。
测试方法：将E摆杆垂直向下，测量±60 °位置，开启系统用矩阵键盘选择菜单至摆动，并用秒表计时。当E摆杆左右摆动两次超过±60 °计时结束。 重复10次上述操作并记录在表4.1中。
表4.1 基本要求（1）测试结果 测试次数 第一次 第二次 1.0s 第三次 1.5s 第四次 1.2s 第五次 1.3s 到达60°1.2s 时间（s） 测试次数 第六次 第七次 1.0s 第八次 1.5s 第九次 1.6s 第十次 1.5s 到达60°1.1s 时间（s） 平均值=（1.2+1.0+1.5+1.2+1.3+1.1+1.0+15。+1.6+1.5）/10=1.29s 结论：本作品可以很快甚至超标完成基本要求（1），并且运动状态稳定。
4.2基本要求（2）测试方案与测试结果分析 测量仪器：量角器（精度1°），秒表。
测试方法：将E摆杆垂直向下，开启系统用矩阵键盘选择菜单至圆周，并用秒表计时。当E摆杆旋转一周计时结束。 重复10次上述操作并记录在表4.2中。
表4.2基本要求（2）测试结果 测试次数 第一次 第二次 1.6 第三次 1.9 第四次 2.0 第五次 2.1 完成圆周时1.8 间（s） 测试次数 第六次 第七次 2.1 第八次 失败 第九次 1.6 第十次 1.5 完成圆周时2.1 间（s） 平均值=（1.8+1.6+1.9+2.0+2.1+2.1+2.1+1.6+1.5）/9≈1.86s
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第八次测试失败经多方面考虑研究发现：系统完成时间一直增加，由此得出系统C旋转臂周期在增加，经分析得，由于步进电机与C旋转臂之间的连接器材质为铝，质地较软，且根据杠杆原理可得，当步进电机反向运动时，连接器受到很大的力使其产生松动。将连接器紧锢螺丝重新拧紧后系统恢复正常，时间大概在1.8秒左右。
结论：本作品可以很快完成基本要求（2），并且运动状态稳定。
4.3基本要求（3）测试方案与测试结果分析 测量仪器：量角器（精度1°），秒表。
测试方法：测量165°位置，将E摆杆拉至165°位置，开启系统用矩阵键盘选择菜单至倒立，放开E摆杆，并请队友用秒表计时。当E摆杆15s内一直处于倒立状态记为成功，否则失败。
重复10次上述操作并记录在表4.3中。
表4.3基本要求（3）测试结果 测试次数 第一次 第二次 成功 第三次 成功 第四次 失败 第五次 成功 是否倒立失败 15s 测试次数 第六次 第七次 失败 第八次 成功 第九次 成功 第十次 失败 是否倒立成功 15s 结论:由于PID参数调节需要时间，而且在实现第三个基本要求时发现E摆杆质地较轻，反馈不及时，再加之摩擦力的存在，PID参数与计算值存在一定偏差，不易控制。所以成功率低至60%。由于基本要求（1）和基本要求（2）均以此摆杆调节好参数，如果更换E摆杆无法保证短时间从新调节至稳定。因此我们仍然在找更好的算法来解决基本要求（3）。
4.4发挥部分（1）测试方案与测试结果分析 测量仪器：秒表（2块）。
测试方法：将E摆杆处于自然下垂状态，开启系统用矩阵键盘选择菜单至发
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挥1，并使秒表1开始计时，当E摆杆被稳定至最高点时停止计时秒表1并同时使秒表2开始计时，当E摆杆15s内一直处于倒立状态记为成功，否则失败。将秒表1的时间记录在完成倒立时长。秒表2超过15s记为成功。 重复10次上述操作并记录在表4.4中。
表4.4发挥部分（1）测试结果 测试次数 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 完成倒立时 长（s） 倒立超过 15s 测试次数 第六次 第七次 第八次 第九次 第十次 完成倒立时 长（s） 倒立超过 15s
4.5发挥部分（2）测试方案与测试结果分析 测量仪器：量角器，细线（20cm），砝码（5g），
测试方法：用细线把砝码悬挂，将E摆杆处于倒立状态，开启系统，用矩阵键盘选择菜单至发挥2，等E摆杆稳定倒立时将砝码拉至5°并释放砝码使其撞击E摆杆，若E摆杆在2s内恢复稳定倒立状态，记为成功，否则失败。 重复10次上述操作。记录10次中成功次数。
拉起砝码，使细线与垂直线夹角依次增大5°，重复上述操作。并记录至表4.5中。
表4.5发挥部分（2）测试结果 测试次数 成功次数 测试次数 成功次数 15° 40° 20° 45° 25° 50° 30° 35° 10
2013年全国大学生电子设计竞赛 C题
