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基于89C52步進電機調(diào)速、細分、測速系統(tǒng)課程設(shè)計報告 單位:小構(gòu)成員:PengSir專業(yè):班級:指引教師:成績:目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 1一系統(tǒng)簡介 11.1步進電機工作原理簡介 11.1.1步進電機基本參數(shù) 21.1.2步進電機細分簡介 3二系統(tǒng)方案 42.1控制器選取 42.2電子驅(qū)動電路與細分方案選取 42.3顯示屏選取方案 52.4轉(zhuǎn)速信號采集方案 52.5開發(fā)軟件選取 5三模塊簡介 53.1STC89C52RC型單片機最小系統(tǒng) 53.2TB6560AHQ驅(qū)動電路 63.3電源模塊 73.4ADC0804模塊 83.5光電開關(guān)模塊 10四程序設(shè)計及流程 104.1系統(tǒng)電路示意圖 104.2程序設(shè)計 11五實物圖 12六心得體會 12參照文獻 14附錄 15摘要:在電氣時代今天,電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們尋常生活中都起著十分重要作用。步進電機作為最常用一種電機,作為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件,步進電機具備構(gòu)造簡樸、運營可靠、控制以便、控制性能好等長處,廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床、機器人、自動化儀表等領(lǐng)域。為了實現(xiàn)步進電機簡易運動控制,普通以單片機作為控制系統(tǒng)微解決器,通過步進電機專用驅(qū)動芯片實現(xiàn)步進電機速度和位置定位控制。本系統(tǒng)采用STC公司STC89C52RC芯片為核心進行設(shè)計,并配合THB6016H驅(qū)動芯片,合理運用了該芯片上豐富資源,采用ADC0804做數(shù)據(jù)采集,作為輸入指定轉(zhuǎn)速。在數(shù)碼管上対實時數(shù)據(jù)進行顯示。單片機與74LS14用光耦連接,提高了抗干擾性,并且可以保護單片機。本系統(tǒng)完畢了題目所有基本規(guī)定和發(fā)揮某些規(guī)定,在整體上保證了設(shè)計任務(wù)超額完畢。核心詞:步進電機PWM光電開關(guān)STC89C52RCTHB6016HADC0804一系統(tǒng)簡介1.1步進電機工作原理簡介步進電機屬于實用典型機電一體化組件。它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移或直線位移執(zhí)行機構(gòu)。又可稱脈沖電機或階躍電機,國外常稱為Stepmotor、Steppingmotor、Steppermotor等等。當不見電機驅(qū)動器接受到一種脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按照設(shè)定方向轉(zhuǎn)動一種固定角度(稱為“步據(jù)角”),它旋轉(zhuǎn)是以固定角度一步一步運營。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到擬定目;同步可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動速度和加速度,從而達到調(diào)速目。步進電機可以作為一種控制用特種電機,運用其沒有累積誤差特點,廣泛運用于各種開環(huán)控制。步進電機問世后來,不久擬定了自己應(yīng)用領(lǐng)域,應(yīng)用發(fā)展己有約30年歷史。步進電機種類依照自身構(gòu)造不同,可分為三大類:反映式(Ⅵt,也稱磁阻式)、永磁式(PM)和混合式(HB)。永磁式步進電機普通為兩項,轉(zhuǎn)矩和體積較小,步進角普通為7.5度或15度;反映式步進電機普通為三相,可以實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出,步進角普通為1.5度,但是噪聲和震動較大。反映式步進電機轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成,定子上面有許多相磁力繞組,運用磁導(dǎo)變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。混合式步進電機兼有反映式和永磁式雙重長處,其自身阻尼作用較好,運營平穩(wěn),噪音低、低頻振動小,當前混合式步進電機是應(yīng)用最廣泛電機之一。步進電機優(yōu)缺陷如下:(1)在不失步前提下步進電機角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比,因而不存在合計誤差,具備良好跟隨性。(2)步進電機動態(tài)響應(yīng)快、易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。(3)可用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制,容易構(gòu)成簡樸便宜但可靠數(shù)字控制系統(tǒng)。同步,在規(guī)定高時它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成高性能閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。(4)停止時具備自鎖能力。(5)速度可在相稱寬范疇內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。(6)無刷,電機本體部件少,可靠性高。(7)普通可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。(8)帶慣性負載能力較差。(9)由于步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象,因而必要對控制系統(tǒng)和機械負載采用相應(yīng)辦法。(10)步進電機只能通過脈沖電源供電才干運營,它不能直接使用普通交直流電源驅(qū)動。1.1.1步進電機基本參數(shù)(1)電機固有步進角它表達控制系統(tǒng)每發(fā)出一種步進脈沖信號,電機所轉(zhuǎn)動角度。電機出廠時給出了一種步距角值,如86BYG250A型電機給出值為0.9/1.8(表達半步工作時為0.9度,整步工作時為1.8度),這個步踞角可以稱為“電機固有步踞角”,它不一定是電機實際工作時真正步進角,真正步進角和驅(qū)動器關(guān)于。(2)步進電機相數(shù)它是指電機內(nèi)部線圈組數(shù),當前慣用有二相、三相、四項、五相步進電機。電機相數(shù)不同,其步進角也不同,普通二相步進電機步進角為0.9/1.8、三相為0.75/1.5、無相為0.36/0.72.在沒有細分驅(qū)動器時,顧客重要靠選取不同相數(shù)步進電機來滿足自己步進角規(guī)定。如果使用細分驅(qū)動器,則“相數(shù)”將變得沒故意義,顧客只需要在驅(qū)動器上變化細分數(shù),就可以變化步進角。(3)保持轉(zhuǎn)矩它是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時,定子鎖住轉(zhuǎn)子力矩。它是步進電機最為重要參數(shù)之一,普通步進電機在低速時力矩接近保持力矩。由于步進電機輸出力矩隨速度增大而不斷衰減,輸出功率也隨速度增大而變化,因此保持力矩就成為衡量步進電機最重要參數(shù)之一。1.2步進電機細分簡介隨著步進電機在數(shù)控機械、自動化領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛,對小步距、低振動和低噪聲步進電機規(guī)定愈來愈迫切。步距角公式式中一轉(zhuǎn)子齒數(shù);一運營拍數(shù),普通等于定子相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍,即;一定子相數(shù);一電機驅(qū)動方式。由上式看出,步距角大小由電機自身參數(shù)m、,和電機驅(qū)動方式k決定,受電機制造工藝限制,靠增長m和,來減小步距角受到一定限制,此時必要通過增大k來獲得更小步距角。當步進電機工作于整步工作方式時,k=l;當步進電機工作于半步工作方式時,k=2;為了獲得更大k,就必要采用細分控制辦法。細分驅(qū)動技術(shù)可以大幅度減小步進電機步距角,并且步距角越小,進入穩(wěn)定區(qū)域越容易,這樣就增長了電機運營平穩(wěn)性,還可以削弱甚至消除電機低頻振蕩和噪聲,提高起動頻率和高速下轉(zhuǎn)矩,同步也可以提高電機定位辨別率和精度。二系統(tǒng)方案2.1控制器選取方案一:采用CPLD為控制核心,適合復(fù)雜邏輯控制和高速運算系統(tǒng);方案二:使用51單片機為核心,適合系統(tǒng)控制。綜合分析,本系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機,STC89C52RC單片機與51單片機兼容同步可以通過下載線下載程序,以便了程序調(diào)試和運營。2.2電子驅(qū)動電路與細分方案選取方案一:由分立元件制作TA8435h驅(qū)動電路。長處是成本低廉、易于控制。缺陷是電路體積大,TA8435H在實體店很難購買,再者網(wǎng)購TA8435H大多數(shù)是拆機件很難保證芯片可用性和可靠性。方案二:使用THB6016H做驅(qū)動電路簡樸,性能穩(wěn)定,調(diào)試以便,并且芯片很容易購買,可靠性強。依照電路規(guī)定分析,本系統(tǒng)采用THB6016H做驅(qū)動電路2.3顯示屏選取方案方案一:選用LED數(shù)碼管顯示電機轉(zhuǎn)速各種信息,LED顯示信息量小、功耗大,同步還需要制作相應(yīng)硬件驅(qū)動電路。顯示效果明顯。方案二:選用字符點陣LCD模塊顯示小車各種信息,LCD信息量大、功耗低,,它提供原則并行或者串行接口,驅(qū)動簡樸,使用以便。顯示規(guī)定明顯且顯示信息量不大,因此采用方案一。2.4轉(zhuǎn)速信號采集方案方案一:使用光譯碼盤。長處;測量比較精準。缺陷:調(diào)試很負載,程序量大。方案二:采用光電開關(guān)。有點:調(diào)試簡樸,只需要MCU在單位時間內(nèi)計算輸入MCU脈沖數(shù),就能通過簡便程序計算出轉(zhuǎn)速。缺陷:誤差較大,碼盤缺口很難控制寬度。綜上,采用光電開關(guān)進行轉(zhuǎn)速信號采集較為合理。2.2.4開發(fā)軟件選取方案一:匯編語言。比較直接、簡潔,不適合復(fù)雜運算。不易讀。方案二:C語言。比較靈活,適合復(fù)雜判斷和運算。依照實際,選取用KEILC進行編程。三模塊簡介3.1STC89C52RC型單片機最小系統(tǒng)單片機重要擅長系統(tǒng)控制,而不適合做復(fù)雜數(shù)據(jù)解決,在設(shè)計單片機最小系統(tǒng)時咱們選用STC89C528位DIP-40封裝單片機作為MCU,本系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、外圍總線接口等某些構(gòu)成。圖1為單片機最小系統(tǒng)構(gòu)造框圖。圖13.2TB6560AHQ驅(qū)動電路THB6016H兩相混合式步進電機驅(qū)動芯片,內(nèi)置雙全橋MOSFET驅(qū)動、溫度保護及過流保護,采用HZIP25封裝(尺寸:36.5×17mm),耐壓40V、電流3.5A(峰值)、16細分,外圍電路簡樸。適配57mm機座及其如下所有兩相混合式步進電機。TB6560AHQ驅(qū)動芯片優(yōu)勢:(1)電機振動小噪音低:由于芯片自帶2、8、16細分可選,足夠滿足每分鐘從幾到近千轉(zhuǎn)應(yīng)用規(guī)定。(2)嵌入式驅(qū)動器發(fā)熱少:芯片自帶散熱面積足以單獨支持小電流驅(qū)動散熱規(guī)定。(3)支持各種步進電機選型:客戶可選取力矩稍大混合式或永磁式步進電機,使電機工作在容許最大轉(zhuǎn)矩百分之30至50之間,電機成本幾乎不變;芯片提供多檔電流設(shè)立和電流衰減模式,支持相似動力指標下各種不同參數(shù)步進電機??傊?,因TB6560AHQ芯片集成度很高,外圍電路極其簡樸,可靠性極高,支持57和某些86步進電機從每分鐘幾十到近千轉(zhuǎn)寬調(diào)速應(yīng)用,可使數(shù)控設(shè)備研發(fā)成本和生產(chǎn)成本雙雙下降。實物如圖2:圖2工作電流設(shè)立表3:表3靜止時自動半流如表4:表4細分設(shè)立如表5表5衰減設(shè)立如表6:表63.3電源模塊本系統(tǒng)規(guī)定有5V電源輸入,因而咱們選用了LM317作為電源芯片。LM317作為輸出電壓可變集成三端穩(wěn)壓塊,是一種使用以便、應(yīng)用廣泛集成穩(wěn)壓塊。其應(yīng)用電路如圖7所示。圖8為電源濾波電路。圖7圖8穩(wěn)壓電源輸出電壓可用下式計算,Vo=1.25(1+R2/R1)。本系統(tǒng)中取R1為240n,R2取5K可調(diào)電位器。通過調(diào)節(jié)R2阻值大小,進而可以變化輸出電壓大小,實現(xiàn)電壓可調(diào),其可調(diào)范疇是Vo=1.25V—37V。在應(yīng)用中,為了電路穩(wěn)定工作,在普通狀況下,還需要接二極管作為保護電路,防止電路中電容放電時高壓把317燒壞。3.4ADC0804ADC0804是一種初期A/D轉(zhuǎn)換器,因其價格低廉而在規(guī)定不高場合得到廣泛應(yīng)用。ADC0804是一種8位、單通道、低價格A/D轉(zhuǎn)換器,重要特點是:摸數(shù)轉(zhuǎn)換時間大概100us;以便TTL或CMOS原則接口;可以滿足差分電壓輸入;具備參照電壓輸入端;內(nèi)含時鐘發(fā)生器;單電源工作時(0V~5V)輸入信號電壓范疇是0V~5V;不需要調(diào)零,等等。ADC0804是一種20引腳芯片,引腳排列如圖9所示。圖9CLK_R,CLK,GND之間用電阻和電容構(gòu)成RC震蕩電路,用來給ADC0804提供工作所需脈沖,其脈沖頻率為1/(1.1RC)。端用兩個電阻分壓得到電壓,即2.5v,將該電壓作為AD芯片工作時內(nèi)部參照電壓。其電路圖如圖10:圖103.5光電開關(guān)模塊光電開關(guān)模塊采用簡易連接方式,在調(diào)節(jié)時候注意將R2和R4電阻調(diào)盡量小這樣才干是產(chǎn)生信號可以達到TTl電平,從而讓單片機辨認。其電路如圖11:圖11其整形電路,采用是74LS14,74LS14是集成施密特觸發(fā)器,通過預(yù)設(shè)閥值將輸入正弦波整形為方波這樣才干是MCU外部中斷能更好辨認下降沿,從而使計數(shù)達到精確。其內(nèi)部電路如圖12:圖12四程序設(shè)計4.1系統(tǒng)電路示意圖本次設(shè)計“步進電機控制“這一套系統(tǒng),重要運用ADC0890實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)為05V電壓,轉(zhuǎn)換為0—255數(shù)字量,使單片機產(chǎn)生相應(yīng)脈沖,數(shù)碼管前2位顯示步進電機抱負轉(zhuǎn)速。單片機讀取數(shù)字量變化步進電機轉(zhuǎn)速,光電開關(guān)和74LS14采集由碼盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生信號量,并將其轉(zhuǎn)換為方波,輸入MCU,通過MCU計算將實際轉(zhuǎn)速用數(shù)碼管后2位顯示出來。其系統(tǒng)電路示意圖如下:圖134.2程序設(shè)計脈沖產(chǎn)生有T0和T1定期中斷產(chǎn)生,之說以要用兩個定期中斷是為了是產(chǎn)生脈沖頻率盡量低,由于步進電機只有在低速旋轉(zhuǎn)時才具備它區(qū)別與直流電機意義,如果用一種定期器,就不能較好和前面電位器和ADC0804相結(jié)合,其大體程序如下,讓TI滯后于T1定期器25ms,之后在使她們自動裝載時間相等,這樣就能產(chǎn)生較抱負脈沖。TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;//設(shè)立PWM波周期TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-52500)/256;;//脈寬調(diào)節(jié)TL1=(65536-52500)%256;;ET0=1;//開定期器0中斷ET1=1;//開定期器1中斷TR0=1;//啟動定期器0 TR1=1;//啟動定期器1voidtimer0()interrupt1{TR0=0;TH0=(15536+180*adval)/256;TL0=(15536+180*adval)%256; CLK1=1; TR0=1;}voidtimer1()interrupt3{TR1=0;TH1=(15536+180*adval)/256;//重新裝載TL1=(15536+180*adval)%256;CLK1=0;//結(jié)束輸出 TR1=1;}計數(shù)是由外部中斷0來實現(xiàn),設(shè)立外部中斷0下降沿觸發(fā),這樣每來一種下降沿,num就自加,已達到對碼盤空位計數(shù)。實際測速顯示程序是由52單片機獨有T2定期器來實現(xiàn),在規(guī)定期間內(nèi)產(chǎn)生中斷,以計算此時碼盤轉(zhuǎn)過空隙數(shù),來計算實際轉(zhuǎn)速。由于咱們只采用T2定期器計時功能,故自需對RCAP2H和RCAP2L進行賦值就可以了。由于52單片機在上電后自動默認T2OMD和T2CON為0,故不用在去設(shè)立。在T2中斷處必要規(guī)定TF2進行軟件清零,由于這個標志位是硬件不能清零。其程序大體如下:voidtimer2()interrupt5//{a++;TF2=0;//復(fù)位中斷標志位if(a>=10){a=0;TRU=(num*12)/35;num=0;}}五實物圖圖14六心體會本次綜合設(shè)計是基于單片機步進電機調(diào)速、細分、測速實驗。步進電機本是我從來沒有接觸過電機,本著挑戰(zhàn)心態(tài)我選取來了這個從未做過實驗,通過為期幾種星期設(shè)計還真使我受益匪淺。所謂“紙上談兵終覺淺,覺知此事要躬行?!边@句話還真不假,從開始設(shè)計實驗框架就讓我頭疼,由于不理解怎么樣通過AD和電位器給步進電機給定速度,整個實驗就無從下手,目先后頭看看此前想法還真比較幼稚,由于但是思考問題是分開考慮,沒有將整個設(shè)計綜合考慮,給定速度是通過調(diào)節(jié)輸出脈沖個數(shù),而輸出脈沖個數(shù)是通過單片機來調(diào)節(jié),而單片機是通過I/O收集來8位數(shù)據(jù)來進行運算從未通過中斷來產(chǎn)生脈沖。另一方面到日后穩(wěn)壓電路制作,簡簡樸單一種電路我卻耗費兩天都沒有調(diào)節(jié)出來,最后通過挨著排查才發(fā)現(xiàn)問題所在,為了防止穩(wěn)壓電路輸入端正負極接錯,我特意增長了一種發(fā)光二極管,然而發(fā)光二極管在導(dǎo)通是電阻特別大,以至于分擔了諸多電壓使輸出電壓始終達不到5V,闡明設(shè)計電路時候不能想固然,而是要通過理論推敲。再到日后就是細分實現(xiàn)浮現(xiàn)了很大問題,最重要是由于此前沒有接觸過步進電機不懂得怎么去控制它,最開始我使用了TA8435h去控制它,然而TA8435h這塊芯片在市面上很少,并且在網(wǎng)上購買都不能買到新,且都是拆機,可靠性不能得到保障,以至于日后沒有焊接成功驅(qū)動板,其實這些都應(yīng)當歸結(jié)于對細分原理沒有完全弄清晰,概念沒有吃透,導(dǎo)致選取芯片失誤。日后通過教師指引才找到了適當芯片。調(diào)節(jié)程序還不叫順利,就是在測量實際轉(zhuǎn)速是,由于我采用了兩個定期器去產(chǎn)生低頻脈沖,以至于不能找到一種基準時間去衡量轉(zhuǎn)速,最后還好是使用52單片機,其內(nèi)部有一種特殊T2定期器,這樣才解決這個問題。尚未解決就是在實際測量轉(zhuǎn)速時候,由于步進電機在整步運營時,每走一步會產(chǎn)生抖動,這樣就使得買盤沒轉(zhuǎn)動一種小格,本應(yīng)產(chǎn)生一種脈沖即一種下降沿,卻由于抖動產(chǎn)生各種脈沖,通過示波器觀測到,最多時候產(chǎn)生9個脈沖,即外部中斷就多計算了諸多次使得實際轉(zhuǎn)速現(xiàn)實很不準。通過專業(yè)設(shè)計,使我學(xué)到了諸多知識,同步也鍛煉了我動手能力。此前自己總是對動手操作這方面很憂心。可是通過了幾周調(diào)試使我自己深深喜歡上了這一項活動。知識是無窮,只有咱們不畏艱辛,堅信學(xué)無止境念頭,努力拼搏咱們才干獲得更優(yōu)秀成績。固然也同步讓我感覺到了不認真就會出錯,咱們要以精益求精態(tài)度規(guī)定自己。讓我感到很充實,我努力了,我付出了,我也得到了回報,由于咱們組實驗成功了。感謝隊友合伙,感謝教師指引。參照文獻[1]張洪潤,藍清華.單片機應(yīng)用技術(shù)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,1997.[2]秦曾煌.電工學(xué)[M].北京:高等教誨出版社,1999.[3]常斗南,等.可編程序控制器原理、應(yīng)用、實驗[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.[4]于海生,等.微型計算機控制技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999.[5]王福瑞,等.單片機微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998.[6]陳理壁.步進電機及其應(yīng)用[M].上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1989.[7]劉保延,等.步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997.[8]郭敬樞,莊繼東,孔峰.微機控制技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1994.[9]劉國榮.單片微型計算機技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996.[10]王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998[11]潘新民等:單片微型計算機實用系統(tǒng)設(shè)計1北京:人民郵電出版社,1992.[12]何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1993.[13]潘新民等:單片微型計算機實用系統(tǒng)設(shè)計1北京:人民郵電出版社,1992.[14]翟玉文梁偉艾學(xué)忠施云貴編著,電子設(shè)計與實踐,中華人民共和國電力出版社,附錄#include<reg52.h>#include<intrins.h> //調(diào)用intrins.h中得函數(shù)#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitCLK1=P3^1;sbitwei1=P0^0; sbitwei2=P0^1;sbitwei3=P0^2;sbitwei4=P0^3;sbitCSAD_=P0^5;sbitRD_=P0^6;sbitWR_=P0^7;uchara,b,adval,num,TRU;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71};voiddelayms(uintxms){uinti,j;for(i=xms;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}voiddisplay(ucharqian,ucharbai,ucharshi,ucharge){wei1=1;wei2=1;wei3=1;wei4=0;P2=table[qian];delayms(1);wei1=1;wei2=1;wei3=0;wei4=1;P2=table[bai];delayms(1);wei1=1;wei2=0;wei3=1;wei4=1;P2=table[shi];delayms(1);wei1=0;wei2=1;wei3=1;wei4=1;P2=table[ge];delayms(1);} voidmain() { ucharA1,A2,A3,A4,Est,num; num=0; a=0;//計算實際顯示所用時間計數(shù) TRU=0; //用于實際顯示TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;//設(shè)立PWM波周期TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-52500)/256;;//脈寬調(diào)節(jié)TL1=(65536-52500)%256;; EX0=1;//打開外部中斷0IT0=1;//下降沿觸發(fā)ET0=1;//開定期器0中斷ET1=1;//開定期器1中斷TR0=1;//啟動定期器0 TR1=1;//啟動定期器1PX0=1;//外部中斷0優(yōu)先級高 CLK1=1; 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