舵機(jī)角度控制電路設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)

課題:舵機(jī)角度控制電路設(shè)計(jì)學(xué)院:XXXXXXXXXXXXX院專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)生姓名：XXXXXXXX學(xué)號(hào)：XXXXXXXXXX指導(dǎo)老師：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX職稱：高級(jí)工程師題目類型：口理論研究□實(shí)驗(yàn)研究a工程設(shè)計(jì)□工程技術(shù)研究□軟件開(kāi)發(fā)2011年09月15日摘要在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，計(jì)算機(jī)作為科學(xué)工具，在科學(xué)技術(shù)的神圣殿堂里默默地工作，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控領(lǐng)域并沒(méi)有得到真正的實(shí)惠，進(jìn)入21世紀(jì)后，由于電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，新型電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來(lái)越快，以單片機(jī)為核心構(gòu)成的智能化產(chǎn)品具有體積小、功能強(qiáng)、應(yīng)用面廣，使用靈活、價(jià)格便宜、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，目前正以前所未有的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)。與單片機(jī)相結(jié)合，計(jì)算機(jī)才真正地走進(jìn)尋常百姓之家，成為廣大工程技術(shù)人員現(xiàn)代化技術(shù)革新、技術(shù)革命的有利武器。本文針對(duì)舵機(jī)數(shù)字化控制器的設(shè)計(jì)，研究其硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)和關(guān)鍵算法。在分析舵機(jī)控制的性能要求和相關(guān)控制方法的基礎(chǔ)上，提出了基于上位機(jī)和下位機(jī)的控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)串口通信傳輸數(shù)據(jù)和指令，從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)控制。本設(shè)計(jì)以STC12C5A08S2單片機(jī)為核心，利用模擬舵機(jī)的機(jī)械部分，其中包括小型直流電機(jī)和一個(gè)反饋可調(diào)電位器，直流電機(jī)用H橋芯片LG9110來(lái)驅(qū)動(dòng)，電位器進(jìn)行角度測(cè)量，通過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換來(lái)反饋實(shí)時(shí)角度，上位機(jī)通過(guò)RS232串口與單片機(jī)進(jìn)行通信，舵機(jī)根據(jù)上位機(jī)所設(shè)定的角度，利用PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)LG9110控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)來(lái)設(shè)置舵機(jī)地址、波特率、給定角度。經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試驗(yàn)證，舵機(jī)角度在0度?180度范圍內(nèi)可由上位機(jī)設(shè)定，精度為正負(fù)1度，符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：舵機(jī)；單片機(jī)；角度控制；PWM目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言1\o"CurrentDocument"1舵機(jī)控制系統(tǒng)概述12STC12C5A08S2單片機(jī)概述2\o"CurrentDocument"STC12C5A08S2簡(jiǎn)介2\o"CurrentDocument"STC12C5A08S2系列主要性能3A/D轉(zhuǎn)換器3\o"CurrentDocument"脈寬調(diào)制PWM原理3\o"CurrentDocument"3串口通信5\o"CurrentDocument"串口通信的作用5\o"CurrentDocument"RS-232C接口和MAX232芯片簡(jiǎn)介5MAX232芯片引腳描述及其應(yīng)用64驅(qū)動(dòng)芯片8\o"CurrentDocument"5硬件設(shè)計(jì)思路9\o"CurrentDocument"5.1系統(tǒng)基本原理9\o"CurrentDocument"5.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10\o"CurrentDocument"6.系統(tǒng)主程序10\o"CurrentDocument"6.1主程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)106.2上位機(jī)117.1硬件調(diào)試117.2軟件調(diào)試12參考文獻(xiàn)12附錄13引言隨著高新技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用，有力地促進(jìn)了控制的系統(tǒng)化和精確化，然而，經(jīng)典的反饋控制、現(xiàn)代控制和大系統(tǒng)理論在應(yīng)用中遇到不少難題。首先，這些控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析都是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的，但是各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)、定性與自適應(yīng)能力的要求越來(lái)越高，被控對(duì)象或過(guò)程的非線性、時(shí)變性、多參數(shù)點(diǎn)的強(qiáng)烈耦合、較大的隨機(jī)擾動(dòng)、各種不確定性以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段不完善等，使難以按數(shù)學(xué)方法建立被控對(duì)象的精確模型；其次，為了提高控制的性能，整個(gè)控制系統(tǒng)變得極其復(fù)雜，增加了設(shè)備的投資，降低了系統(tǒng)的可靠性。人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展，促進(jìn)了自動(dòng)控制向更高的層次，即智能控制發(fā)展?；趩纹瑱C(jī)的智能控制系統(tǒng)，使得舵機(jī)等伺服系統(tǒng)的模塊化和數(shù)字化更容易實(shí)現(xiàn)，極大的促進(jìn)了控制精度、響應(yīng)速度等控制要求的提高。舵機(jī)作為一種伺服電機(jī)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，和一般的直流電機(jī)、交流電機(jī)相比具有較高的控制精度，步進(jìn)電機(jī)雖然也具有一定的控制精度但仍然屬于開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)。于是舵機(jī)在機(jī)器人關(guān)節(jié)控制和航模轉(zhuǎn)舵控制等需要精確控制而又沒(méi)有很高載荷的系統(tǒng)中就顯得十分經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在航空航天儀器、雷達(dá)、導(dǎo)彈、智能自適應(yīng)儀器、各種武器電子和抗惡劣環(huán)境電子等系統(tǒng)中也得到廣泛應(yīng)用。1舵機(jī)控制系統(tǒng)概述舵機(jī)工作原理舵機(jī)，又名伺服電機(jī)，主要是由外殼馬達(dá)、減速齒輪和電位器構(gòu)成。舵機(jī)主要適用于那些角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)，比如人形機(jī)器人的手臂和腿，車模和航模的方向控制。舵機(jī)工作原理：舵機(jī)本質(zhì)上是可定位的馬達(dá)，它的內(nèi)部包括了一個(gè)小型直流馬達(dá)、一組變速齒輪組、一個(gè)反饋可調(diào)電位器和一塊電子控制板。它是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)[1]，減速齒輪組由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其終端(輸出端)帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測(cè)，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號(hào)比較，產(chǎn)生調(diào)整脈沖，并驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正向或反向地轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令調(diào)整脈沖趨于為0，從而達(dá)到使舵機(jī)精確定位的目的。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是發(fā)一個(gè)控制信號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)過(guò)電路板判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)馬達(dá)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過(guò)減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由電位器檢測(cè)送回信號(hào)，判斷是否已經(jīng)達(dá)到指定位置。數(shù)字舵機(jī)(DigitalServo)和模擬舵機(jī)(AnalogServo)在基本的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面是完全一樣的，主要由馬達(dá)、減速齒輪、控制電路等組成，而數(shù)字舵機(jī)和模擬舵機(jī)的最大區(qū)別

則體現(xiàn)在控制電路上，數(shù)字舵機(jī)的控制電路比模擬舵機(jī)的多了微處理器和晶振。相對(duì)于模擬舵機(jī)，數(shù)字舵機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的動(dòng)力，可以由微處理器的程序調(diào)整，以應(yīng)用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，并優(yōu)化舵機(jī)性能。其次，舵機(jī)馬達(dá)能以更高的頻率響應(yīng)控制信號(hào)，而且“死區(qū)”（無(wú)響應(yīng)區(qū)）變小；反應(yīng)變得更快；加速和減速時(shí)也更迅速、更柔和；運(yùn)轉(zhuǎn)精度以及舵機(jī)鎖位能力也更強(qiáng)。本設(shè)計(jì)就是利用模擬舵機(jī)的機(jī)械部分，運(yùn)用單片機(jī)和電位器的閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行角度控制，采用電位器進(jìn)行角度檢測(cè)，由單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理，輸出PWM脈沖信號(hào)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到所設(shè)定的角度。即將模擬舵機(jī)改裝成數(shù)字舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)的數(shù)字化控制。2STC12C5A08S2單片機(jī)概述2.1STC12C5A08S2簡(jiǎn)介新一代宏晶芯片具有1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，高速、高可靠，2路PWM，8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換，25萬(wàn)次/秒1T8051帶總線，無(wú)法解密，管腳直接兼容傳統(tǒng)89C52,有全球唯一ID號(hào)可省復(fù)位電路,36-44個(gè)I/O內(nèi)部R/C時(shí)鐘的新一代宏晶芯片加密性強(qiáng)，解密難度高。2.2STC12C5A08S2系列主要性能?高速：1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比普通8051快8?12倍?寬電壓：5.5?3.3V，2.2?3.6V（STC12LE5A60S2系列）?增加第二復(fù)位功能腳（高可靠復(fù)位，可調(diào)整復(fù)位門檻電壓，頻率<12MHz時(shí)，無(wú)需此功能）?增加外部掉電檢測(cè)電路，可在掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM,正常工作時(shí)無(wú)需操作EEP?低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式,HOLTEK芯片解密，（可由任意一個(gè)中斷喚醒）?低功耗設(shè)計(jì)：掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持下降沿/上升沿和遠(yuǎn)程喚醒?工作頻率：0?35MHz，相當(dāng)于普通8051:0?420MHz?時(shí)鐘：外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選，在ISP下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置?8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)10萬(wàn)次以上?1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?芯片內(nèi)EEPROM功能，擦寫次數(shù)10萬(wàn)次以上?ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程,無(wú)需編程器/仿真器?8通道,10位高速ADC，速度可達(dá)25萬(wàn)次/秒,2路PWM還可當(dāng)2路D/A使用?2通道捕獲/比較單元（PWM/PCA/CCP），---也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器或2個(gè)外部中斷（支持上升沿/下降沿中斷）?4個(gè)16位定時(shí)器，兼容普通8051的定時(shí)器T0/T1,2路PCA實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器?可編程時(shí)鐘輸出功能，T0在P3.4輸出時(shí)鐘，T1在P3.5輸出時(shí)鐘,BRT在P1.0輸出時(shí)鐘?硬件看門狗（WDT）

?高速SPI串行通信端口?全雙工異步串行口（UART）,兼容普通8051的串口?先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令?通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不得超過(guò)100mA2.3A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)：⑴10位精度⑵0.5LSB的非線性度⑶土2LSB的絕對(duì)精度⑷13-260期的轉(zhuǎn)換時(shí)間⑸最高分辨率時(shí)采樣率高達(dá)15kSPS⑹6路復(fù)用的單端輸入通道⑺2路附加復(fù)用的單端輸入通道（TQFP與MLF封裝）⑻可選的左對(duì)齊ADC讀數(shù)⑼0-VCC的ADC輸入電壓范圍⑽可選的2.56VADC參考電壓（11）連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式（12）ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷2.4脈寬調(diào)制PWM原理本系統(tǒng)采用內(nèi)部16位定時(shí)器T1來(lái)產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)。16位的T/C可以實(shí)現(xiàn)精確的程序定時(shí)（事件管理）、波形產(chǎn)生和信號(hào)測(cè)量。其主要特點(diǎn)如下：⑴真正的16位設(shè)計(jì)（即允許16位的PWM）⑵2個(gè)獨(dú)立的輸出比較單元⑶雙緩沖的輸出比較寄存器⑷一個(gè)輸入捕捉單元⑸輸入捕捉噪聲抑制器⑹比較匹配發(fā)生時(shí)清除寄存器（自動(dòng)重載）⑺無(wú)干擾脈沖，相位正確的PWM⑻可變的PWM周期⑼頻率發(fā)生器；外部事件計(jì)數(shù)器⑽4個(gè)獨(dú)立的中斷源（TOV1、OCF1A、OCF1B與ICF1）寄存器：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TCNT1、輸出比較寄存器OCR1A/B與輸入捕捉寄存器ICR1均為16位寄存器。訪問(wèn)16位寄存器必須通過(guò)特殊的步驟，T/C控制寄存器TCCR1A/B為8位寄存器，沒(méi)有CPU訪問(wèn)的限制。雙緩沖輸出比較寄存器OCR1A/B一直與T/C的值做比較。波形發(fā)生器用比較結(jié)果產(chǎn)生PWM或在輸出比較引腳OC1A/B輸出可變頻率的信號(hào)。比較匹配結(jié)果還可置位比較匹配標(biāo)志OCF1A/B，用來(lái)產(chǎn)生輸出比較中斷請(qǐng)求。在PWM模式下用OCR1A作為TOP值時(shí)，OCR1A寄存器不能用作PWM輸出。但此時(shí)OCR1A是雙向緩沖的，TOP值可在運(yùn)行中得到改變。當(dāng)需要一個(gè)固定的TOP值時(shí)可以使用ICR1寄存器，從而釋放OCR1A來(lái)用作PWM輸出。工作模式：工作模式-T/C和輸出比較引腳的行為-由波形發(fā)生模式（WGM13:0）及比較輸出模式（COM1x1:0）的控制位決定。比較輸出模式對(duì)計(jì)數(shù)序列沒(méi)有影響，而波形產(chǎn)生模式對(duì)計(jì)數(shù)序列則有影響。COM1x1:0控制PWM輸出是否為反極性。非PWM模式時(shí)COM1X1:0控制輸出是否應(yīng)該在比較匹配發(fā)生時(shí)置位、清零，或電平取反。本設(shè)計(jì)采用相位修正PWM模式。相位修正PWM模式（WGM13:0=1、2、3、10或11）為用戶提供了一個(gè)獲得高精度的、相位準(zhǔn)確的PWM波形的方法。與相位和頻率修正模式類似，此模式基于雙斜坡操作。計(jì)時(shí)器重復(fù)地從BOTTOM計(jì)到TOP，然后又從TOP倒退回到BOTTOM。在一般的比較輸出模式下，當(dāng)計(jì)時(shí)器往TOP計(jì)數(shù)時(shí)若TCNT1與OCR1x匹配，OC1x將清零為低電平；而在計(jì)時(shí)器往BOTTOM計(jì)數(shù)時(shí)若TCNT1與OCR1x匹配，OC1x將置位為高電平。工作于反向比較輸出時(shí)則正好相反。與單斜坡操作相比，雙斜坡操作可獲得的最大頻率要小。但其對(duì)稱特性十分適合于電機(jī)控制。相位修正PWM模式的PWM分辨率固定為8、9或10位，或由ICR1或OCR1A定義。最小分辨率為2比特（ICR1或OCR1A設(shè)為0x0003），最大分辨率為16位（ICR1或OCR1A設(shè)為MAX）。PWM分辨率位數(shù)可用下式計(jì)算：工作于相位修正PWM模式時(shí)，計(jì)數(shù)器的數(shù)值一直累加到固定值0x00FF、0x01FF、0x03FF（WGM13:0=1、2或3）、ICR1（WGM13:0=10）或OCR1A（WGM13:0=11），然后改變計(jì)數(shù)方向。在一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘里TCNT1值等于TOP值。具體的時(shí)序圖為圖2.2。圖中給出了當(dāng)使用OCR1A或ICR1來(lái)定義TOP值時(shí)的相位修正PWM模式。圖中柱狀的TCNT1表示這是雙邊斜坡操作。方框圖同時(shí)包含了普通的PWM輸出以及反向PWM輸出。TCNT1斜坡上的短水平線表示OCR1x和TCNT1的匹配比較。比較匹配后OC1x中斷標(biāo)志置位。

Period圖2.2相位修正PWM模式時(shí)序圖Period串口通信3.1串口通信的作用系統(tǒng)需要接收上位機(jī)設(shè)置的角度的數(shù)據(jù)，并把下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)。因此串口模塊的作用就是把單片機(jī)需要傳送到上位機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口數(shù)據(jù)，以便把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。3.2RS-232C接口和MAX232芯片簡(jiǎn)介本系統(tǒng)串口通信模塊設(shè)計(jì)采用的是MAX232芯片把單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口數(shù)據(jù)。以下對(duì)RS-232C接口和MAX232芯片做簡(jiǎn)要的介紹。RS-232C的全稱是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，適合于短距離通信或帶調(diào)制解調(diào)器的通信應(yīng)用場(chǎng)合.PC機(jī)上一般都會(huì)有RS-232C接口，MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片，其結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成

TIA/EIA-232-F電平。3.3MAX232芯片引腳描述及其應(yīng)用MAX232芯片引腳圖如圖3.1所示:116]215]314]413]512]6111710]87C1+gC1一C2+CSVs-T2OUTR2INGNDT1OUTR1INR1OUTtunT2INR2OUT圖3.1MAX232芯片引腳圖本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送引腳選用的是T21N,R21N,R2OUT,T2OUT四個(gè)引腳，其中T21N、R2OUT與標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C接口相連。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)把轉(zhuǎn)化好的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)；T2OUT、R21N與單片機(jī)相連，負(fù)責(zé)接收從單片機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)。3.3.1MAX232應(yīng)用電路介紹MAX232外圍需要4個(gè)電解電容C1、C2、C3、C4，是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容。其取值均為1UF/25V。宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片°C5為0.1UF的去耦電容。如圖3.2所示。但本設(shè)計(jì)均采用104電容。<161卜「■■二1|.卜FromCMOSofTILToCMOSorHL15CND塵1iiFJ-?-~*kR5V+二偵—EIWTIA-232O?put—EIAJTIAJ12Output13——EIATA-232Input&—EIATAJJ?Input圖<161卜「■■二1|.卜FromCMOSofTILToCMOSorHL15CND塵1iiFJ-?-~*kR5V+二偵—EIWTIA-232O?put—EIAJTIAJ12Output13——EIATA-232Input&—EIATAJJ?Input圖3.2MAX232應(yīng)用接口電路JUR11LED7DB99IS470:C2一―VCCVCCGND104U521613不SSL3□4VDDCL+VCCC1-T1OUTT1INK1QNT2INT2QUTK1QUTR2IWR2OUTVEEC2+GNDC2-HIK232CP1T"TT1012y-礦T"214104JillCOM2GNDC2L51043.3.2串口模塊原理圖設(shè)計(jì)單片機(jī)要通過(guò)與MAX232芯片與上位機(jī)的串口相連才能與上位機(jī)通訊。單片機(jī)與上位機(jī)連接電路圖如圖3.3所示。本系統(tǒng)是通過(guò)單片機(jī)的控制通過(guò)串口與PC通信來(lái)實(shí)現(xiàn)的，首先，串口的2,3腳與232芯片的任一路接收端和發(fā)送端相連；然后再通過(guò)對(duì)應(yīng)路的發(fā)送端和接收端與單片機(jī)的對(duì)應(yīng)RXD和TXD相連，再串口中斷打開(kāi)后發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)串口異步通信。在異步傳送方式中，字符是按幀格式進(jìn)行發(fā)送的。異步通信的幀格式如表3.1所示。表3.1異步通信的幀格式n-1第N個(gè)字符（一串行幀）n+1P10D0D1D2D3D4D5D6D7P10D0起始位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位停止位

驅(qū)動(dòng)芯片電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LG9110⑴低靜態(tài)工作電流；⑵寬電源電壓范圍：2.5V-12V；⑶每通道具有800mA連續(xù)電流輸出能力；⑷較低的飽和壓降；⑸TTL/CMOS輸出電平兼容，可直接連CPU；⑹輸出內(nèi)置鉗位二極管，適用于感性負(fù)載；⑺控制和驅(qū)動(dòng)集成于單片IC之中；⑻具備管腳高壓保護(hù)功能；⑼工作溫度：0°C-80°C。LG9110是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個(gè)TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)，它具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道能通過(guò)750?800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá)1.5?2.0A；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開(kāi)關(guān)功率管的使用上安全可靠。管腳定義如表4.1所示。表4.1LG9110管腳定義序號(hào)符號(hào)功能1OAA路輸出管卿2VCC電源電壓3VCC電源電壓4OBB路輸出管卵SGND地線6[AA路輸入管腳7IBB路輸入管邱8GND地線怕入A日iiAHHllIIA■hiIB

圖4.1LG9110管腳波形圖直流電機(jī)圖4.2應(yīng)用電路硬件設(shè)計(jì)思路5.1系統(tǒng)基本原理直流電機(jī)圖4.2應(yīng)用電路本文以STC12C5A80S2為核心，利用模擬舵機(jī)的機(jī)械部分，其中包括小型直流電機(jī)和一個(gè)反饋可調(diào)電位器，來(lái)組成一個(gè)閉環(huán)的舵機(jī)控制系統(tǒng)，直流電機(jī)用H橋芯片LG9110來(lái)驅(qū)動(dòng)，電位器進(jìn)行角度測(cè)量，通過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換來(lái)反饋實(shí)時(shí)角度，上位機(jī)通過(guò)RS232串口與單片機(jī)進(jìn)行通信，將所設(shè)定的角度送到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)編程產(chǎn)生PWM信號(hào)，經(jīng)由LG9110驅(qū)動(dòng)，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。整體電路原理框圖如圖5.1所示圖5.1整體電路原理框圖控制流程如下：

⑴上位機(jī)設(shè)定-90°到+90°之間的角度，通過(guò)串口發(fā)送到單片機(jī)；⑵單片機(jī)讀取角度v并將其轉(zhuǎn)換成10位二進(jìn)制數(shù)r；⑶電位器測(cè)量當(dāng)前角度，并將結(jié)果送到單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果為10為二進(jìn)制數(shù)y;5.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)CLi-VI-QHDgJI-Oai-iC3-h-dVJl-1k-a141U-O~I~~|~~~~~I~-II=,==iM-4__\-□□a,U1JLFt1.1PiiT—L—f'Ei：cxifjII~~|eorMCLi-VI-QHDgJI-Oai-iC3-h-dVJl-1k-a141U-O~I~~|~~~~~I~-II=,==iM-4__\-□□a,U1JLFt1.1PiiT—L—f'Ei：cxifjII~~|eorMH'V的血B)M1ijKDL；iPOJiADJ)時(shí)血MS)H.+iACt)5|KCTijPflJfADi)蹄皿JEK,^rAiE.-Jld&|P￡BHFkTAl?)GtnsgI~~~~hd"-Wm3LDA.IM]DILTJU]dWDJLW5DJLUJ4EDMFmrE5Ji(-ZTEli更i貯WLJEM-tD)XI心R-S；A1S)FJ.*：￡!：：lP!i；M.L)lPJl(AP)10州U)7DLTIL7:，，-n-5圖5.1系統(tǒng)原理圖6.系統(tǒng)主程序系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案確定以后，主要功能將依賴于系統(tǒng)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)能否正常可靠地工作，除了硬件設(shè)計(jì)合理外，功能完善的軟件設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的。這一部分將詳細(xì)闡述本設(shè)計(jì)方案所需實(shí)現(xiàn)的功能、系統(tǒng)軟件資源分配，上位機(jī)的設(shè)計(jì)方案及具體實(shí)現(xiàn)方法。6.1主程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)在論述具體的軟件程序設(shè)計(jì)之前，先對(duì)軟件設(shè)計(jì)的原則、方法等軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)作簡(jiǎn)要的闡述，這是進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)的依據(jù)和手段。應(yīng)用程序的主要設(shè)計(jì)原則是：⑴軟件設(shè)計(jì)與硬件電路設(shè)計(jì)需綜合考慮。⑵軟件設(shè)計(jì)必須保證系統(tǒng)的各個(gè)硬件功能模塊能夠協(xié)調(diào)工作，完成指定的系統(tǒng)功能。⑶各項(xiàng)功能程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模塊化。⑷合理規(guī)劃程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，為功能的擴(kuò)展預(yù)留空間，方便今后系統(tǒng)的功能完善和軟件升級(jí)。⑸采取軟件抗干擾措施，保證系統(tǒng)更可靠的運(yùn)行。6.2上位機(jī)目前，在許多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，上、下位機(jī)分工明確，作為下位機(jī)核心器件的單片機(jī)往往只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和通信，而上位機(jī)通常以基于圖形界面的Windows核心為操作平臺(tái)，為便于查詢和保存數(shù)據(jù)，還需要數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，這種應(yīng)用的核心是數(shù)據(jù)通信，它包括單片機(jī)和上位機(jī)之間、客戶端和服務(wù)器之間以及客戶端和客戶端之間的通信，而單片機(jī)和上位機(jī)之間數(shù)據(jù)通信則是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。單片機(jī)和PC的通信是通過(guò)單片機(jī)和PC串口之間的硬件連接實(shí)現(xiàn)的。7.系統(tǒng)調(diào)試7.1硬件調(diào)試由于本設(shè)計(jì)硬件比較簡(jiǎn)單，分兩個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，所以硬件調(diào)試主要是單片機(jī)模塊。在電路制作完成后，不要急于上電測(cè)試，而首先必須做好以下調(diào)試前的檢查工作。檢查連線情況：⑴經(jīng)常碰到的有錯(cuò)接（即連線的一端正確，而另一端誤接）、少接（指安裝時(shí)漏接的線）及多接（指在電路上完全是多余的連線），等連線錯(cuò)誤。檢查連線可以直接對(duì)照電路原理圖進(jìn)行，但若電路中布線較多，則可以以元器件（如運(yùn)放、三極管）為中心，依次檢察查其引腳的有關(guān)連線，這樣不僅可以查出錯(cuò)接或少接的線，而且也較易發(fā)現(xiàn)多余的線。⑵為確保連線的可靠，在查線的同時(shí)，還可以用萬(wàn)用表電阻檔對(duì)接線作連通檢查，而且最好在器件外引線處測(cè)量，這樣有可能查出某些“虛焊”的隱患。⑶檢查元器件焊接情況：元器件的檢查，重點(diǎn)要查有極性的元件有否接錯(cuò)，以及外引線間有否短路，同時(shí)還須檢查元器件焊接處是否可靠。這里需要指出，在焊接前，必須對(duì)元器件進(jìn)行檢測(cè)，確保元器件能正常工作，以免給調(diào)試帶來(lái)不必要的麻煩。⑷檢查電源輸入端與公共接地端間有否短路在通電前，還需用萬(wàn)用表檢查電源輸入端與地之間是否存短路，若有則須進(jìn)一步檢查其原因。⑸在完成了以上各項(xiàng)檢查并確認(rèn)無(wú)誤后，才可通電調(diào)試，但此時(shí)應(yīng)注意電源的正、負(fù)極性不能接反?？紤]到本設(shè)計(jì)只是一次學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)性能要求不是很高，所以采用下載線的5VVCC供電這樣的方法，電路也盡可能的精簡(jiǎn)。在檢查驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，在未加單片機(jī)使能控制的情況下，通電待系統(tǒng)工作后，用萬(wàn)用表測(cè)量LG9110的1腳和4腳是否有輸出。若輸出電壓大小不符合要求，則說(shuō)明驅(qū)動(dòng)芯片有問(wèn)題。若確定驅(qū)動(dòng)電路無(wú)誤，則對(duì)單片機(jī)使能，下載調(diào)試好的程序到單片機(jī)，使系統(tǒng)運(yùn)行。用萬(wàn)用表檢查單片機(jī)的各個(gè)引腳，尤其是PB1、PB2的PWM輸出引腳的電壓大小是否接近理論值，若不是或者沒(méi)有輸出，則直接給定該端口賦固定的位變量值，觀察輸出情況，符合要求，則說(shuō)明是軟件問(wèn)題。具體調(diào)試見(jiàn)軟件調(diào)試。單片機(jī)輸出符合要求后，連接上舵機(jī)，觀察舵機(jī)是否在指定位置停住轉(zhuǎn)動(dòng)，若在指定位置左右來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明PD參數(shù)沒(méi)調(diào)好；若舵機(jī)一直轉(zhuǎn)到盡頭停不下來(lái)則說(shuō)明舵機(jī)反饋端斷開(kāi)，或者單片機(jī)讀不到正確的A/D轉(zhuǎn)換值。綜合調(diào)試過(guò)程中的各種問(wèn)題后，在老師的指導(dǎo)下，最終得出期望的結(jié)果，調(diào)試成功。7.2軟件調(diào)試把調(diào)試好的程序下載到單片機(jī)中，接上電源，檢驗(yàn)程序是否如自己所設(shè)計(jì)的那樣可以實(shí)現(xiàn)所要求的功能。如果電路板上的結(jié)果和設(shè)想的不同，由于在硬件檢查部分已經(jīng)確定了硬件沒(méi)問(wèn)題。則應(yīng)該是軟件部分即程序方面的問(wèn)題。需要檢查程序。首先檢外接收中斷部分，接收到的數(shù)據(jù)是否能夠正確讀取，并轉(zhuǎn)換成設(shè)定的角度值。接收部分沒(méi)問(wèn)題再檢查T1定時(shí)器的設(shè)置，選用的頻率、工作模式，PB1、PB2端口是否設(shè)置為輸出。因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)確定硬件沒(méi)有問(wèn)題了，所以，在軟件調(diào)試的時(shí)候可以結(jié)合硬件來(lái)在線調(diào)試，這樣很直觀，而且發(fā)現(xiàn)問(wèn)題也很容易，觀察舵機(jī)是否還在所指定角度來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，耐心的調(diào)試，直到舵機(jī)準(zhǔn)確的達(dá)到指定的角度并停止轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)試是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，調(diào)試的成功與否關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的成功與否，所以在調(diào)試時(shí)要格外的細(xì)心和有耐心，在自己的努力和老師的指導(dǎo)下最終調(diào)試成功。參考文獻(xiàn)：童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2000.先鋒工作室.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京:清華大學(xué)出版社，2003.馬忠梅等.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.潘新民，王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.金春林，邱慧芳，張皆喜.AVR系列單片機(jī)C語(yǔ)言編程與應(yīng)用實(shí)例[M].北京清華大學(xué)出版社，2003.李江全，朱東芹.VisualBasic數(shù)據(jù)采集與串口通信測(cè)控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2010.#include<stc12c5a.h>〃頭文件#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuncharsig=0,count,s1num,miao,shi,fen;floatflag=0,init=0,miao1=0,shi1=0,fen1=0,AD=0;sbitrs=P3A2;〃定義1602液晶RS端sbitrw=P2A6;sbitlcden=P3A3;//定義1602液晶LCDEN端sbits1=P2A3;〃定義按鍵--功能鍵sbits2=P2A2;//定義按鍵--增加鍵sbits3=P2A1;〃定義按鍵--減小鍵sbits4=P2A0;〃確定鍵ucharcodetable[]="trueangle:";//定義初始上電時(shí)液晶默認(rèn)顯示狀態(tài)ucharcodetable1[]="angle:";voiddelay(uintz)//延時(shí)函數(shù)(uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=120;y>0;y--);}voidPWM_init(void){CMOD=0x80;〃設(shè)置PCA定時(shí)器CCON=0x00;CL=0x00;CH=0x00;CCAPM0=0x42;//PWM0設(shè)置PCA工作方式為PWM方式(01000010)CCAP0L=0x00;〃設(shè)置PWM0初始值與CCAP0H相同CCAP0H=0x00;//PWM0初始時(shí)為0C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