舵機角度控制電路設(shè)計課程設(shè)計

1、<p>　　編號： </p><p>　　課 題：舵機角度控制電路設(shè)計</p><p>　　學(xué) 院： XXXXXXXXXXXXX院 </p><p>　　專 業(yè)： 自動化 </p><p>　　學(xué)生姓名： XXXXXXXX </p>

2、<p>　　學(xué) 號： XXXXXXXXXX </p><p>　　指導(dǎo)老師： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX </p><p>　　職 稱： 高級工程師 </p><p>　　題目類型： 理論研究 實驗研究 √工程設(shè)計 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)</

3、p><p>　　2011 年 09 月 15日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在相當長的時間里，計算機作為科學(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)場的測控領(lǐng)域并沒有得到真正的實惠，進入21世紀后，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代速度越來越快，以單片機為核心構(gòu)成的智能化產(chǎn)品具有體積小、

4、功能強、應(yīng)用面廣，使用靈活、價格便宜、工作可靠等優(yōu)點，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)。與單片機相結(jié)合，計算機才真正地走進尋常百姓之家，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。</p><p>　　本文針對舵機數(shù)字化控制器的設(shè)計，研究其硬件電路設(shè)計、軟件程序設(shè)計和關(guān)鍵算法。</p><p>　　在分析舵機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

5、上位機和下位機的控制結(jié)構(gòu)，通過串口通信傳輸數(shù)據(jù)和指令，從而實現(xiàn)舵機控制。</p><p>　　本設(shè)計以STC12C5A08S2單片機為核心，利用模擬舵機的機械部分，其中包括小型直流電機和一個反饋可調(diào)電位器，直流電機用H橋芯片LG9110來驅(qū)動，電位器進行角度測量，通過單片機的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換來反饋實時角度，上位機通過RS232串口與單片機進行通信，舵機根據(jù)上位機所設(shè)定的角度，利用PWM信號驅(qū)動LG9110控制電動機

6、轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)通過上位機來設(shè)置舵機地址、波特率、給定角度。經(jīng)過實際調(diào)試驗證，舵機角度在0度～180度范圍內(nèi)可由上位機設(shè)定，精度為正負1度，符合設(shè)計要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：舵機；單片機；角度控制；PWM</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　引言………………………………………………………………………………..1&l

7、t;/p><p>　　1舵機控制系統(tǒng)概述……………………………………………………………….1</p><p>　　2 STC12C5A08S2單片機概述……………………………………………………2</p><p>　　2.1 STC12C5A08S2簡介…………………………………………………………………….2</p><p>　　2.2 STC

8、12C5A08S2系列主要性能……………………………………………………….…3</p><p>　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換器……………………………………………………………………………………3</p><p>　　2.4 脈寬調(diào)制PWM原理………………………………………………………………………....3</p><p>　　串口通信…………………………………………

9、…………………………………5</p><p>　　3.1 串口通信的作用……………………………………………………………………………...5</p><p>　　3.2 RS-232C接口和MAX232芯片簡介………………………………………………………..5</p><p>　　3.3 MAX232芯片引腳描述及其應(yīng)用…………………………………………………

10、………...6</p><p>　　4 驅(qū)動芯片…………………………………………………………………………...8</p><p>　　5 硬件設(shè)計思路……………………………………………………………………...9</p><p>　　5.1 系統(tǒng)基本原理…………………………………………………………………………………….9</p><p>　

11、　5.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計……………………………………………………………………………………..10</p><p>　　6. 系統(tǒng)主程序…………………………………………………………………………..10</p><p>　　6.1 主程序設(shè)計要點…………………………………………………………………………………..10</p><p>　　6.2 上位機……………………

12、………………………………………………………………………11</p><p>　　7.1 硬件調(diào)試……………………………………………………………………………..11</p><p>　　7.2 軟件調(diào)試……………………………………………………………………………….12</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………………….12&

13、lt;/p><p>　　附錄…………………………………………………………………………………………..13</p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著高新技術(shù)在測控領(lǐng)域中的應(yīng)用，有力地促進了控制的系統(tǒng)化和精確化，然而，</p><p>　　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

14、，這些控制系統(tǒng)的設(shè)計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，但是各個領(lǐng)域?qū)ψ詣涌刂葡到y(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)、定性與自適應(yīng)能力的要求越來越高，被控對象或過程的非線性、時變性、多參數(shù)點的強烈耦合、較大的隨機擾動、各種不確定性以及現(xiàn)場測試手段不完善等，使難以按數(shù)學(xué)方法建立被控對象的精確模型；其次，為了提高控制的性能，整個控制系統(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。</p><p>　　人工智

15、能的出現(xiàn)和發(fā)展，促進了自動控制向更高的層次，即智能控制發(fā)展。基于單片機的智能控制系統(tǒng)，使得舵機等伺服系統(tǒng)的模塊化和數(shù)字化更容易實現(xiàn)，極大的促進了控制精度、響應(yīng)速度等控制要求的提高。</p><p>　　舵機作為一種伺服電機屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，和一般的直流電機、交流電機相比具有較高的控制精度，步進電機雖然也具有一定的控制精度但仍然屬于開環(huán)結(jié)構(gòu)。于是舵機在機器人關(guān)節(jié)控制和航模轉(zhuǎn)舵控制等需要精確控制而又沒有很高載荷的系統(tǒng)

16、中就顯得十分經(jīng)濟實用，在航空航天儀器、雷達、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。</p><p>　　1 舵機控制系統(tǒng)概述</p><p><b>　　舵機工作原理</b></p><p>　　舵機，又名伺服電機，主要是由外殼馬達、減速齒輪和電位器構(gòu)成。舵機主要適用于那些角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)，

17、比如人形機器人的手臂和腿，車模和航模的方向控制。</p><p>　　舵機工作原理：舵機本質(zhì)上是可定位的馬達，它的內(nèi)部包括了一個小型直流馬達、一組變速齒輪組、一個反饋可調(diào)電位器和一塊電子控制板。它是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)[1]，減速齒輪組由馬達驅(qū)動，其終端（輸出端）帶動一個線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標轉(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比較，產(chǎn)生調(diào)整脈沖，并驅(qū)動馬達

18、正向或反向地轉(zhuǎn)動，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，從而達到使舵機精確定位的目的。簡單的說就是發(fā)一個控制信號給舵機，經(jīng)過電路板判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動馬達開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由電位器檢測送回信號，判斷是否已經(jīng)達到指定位置。</p><p>　　數(shù)字舵機(Digital Servo)和模擬舵機(Analog Servo)在基本的機械結(jié)構(gòu)方面是完全一樣的，主要由馬達、減速齒輪、控制

19、電路等組成，而數(shù)字舵機和模擬舵機的最大區(qū)別則體現(xiàn)在控制電路上，數(shù)字舵機的控制電路比模擬舵機的多了微處理器和晶振。</p><p>　　相對于模擬舵機，數(shù)字舵機有如下優(yōu)點：首先，驅(qū)動馬達的動力，可以由微處理器的程序調(diào)整，以應(yīng)用于不同的應(yīng)用場合，并優(yōu)化舵機性能。其次，舵機馬達能以更高的頻率響應(yīng)控制信號，而且“死區(qū)”（無響應(yīng)區(qū)）變?。环磻?yīng)變得更快；加速和減速時也更迅速、更柔和；運轉(zhuǎn)精度以及舵機鎖位能力也更強。</

20、p><p>　　本設(shè)計就是利用模擬舵機的機械部分，運用單片機和電位器的閉環(huán)系統(tǒng)進行角度控制，采用電位器進行角度檢測，由單片機對其進行處理，輸出PWM脈沖信號控制舵機轉(zhuǎn)動到所設(shè)定的角度。即將模擬舵機改裝成數(shù)字舵機，實現(xiàn)了舵機的數(shù)字化控制。</p><p>　　2 STC12C5A08S2單片機概述</p><p>　　2.1STC12C5A08S2簡介</p>

21、<p>　　新一代宏晶芯片具有1個時鐘/機器周期，高速、高可靠，2路PWM，8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換，25萬次/秒1T 8051帶總線,無法解密,管腳直接兼容傳統(tǒng)89C52,有全球唯一ID號可省復(fù)位電路,36-44個I/O內(nèi)部R/C時鐘的新一代宏晶芯片加密性強，解密難度高。 </p><p>　　2.2STC12C5A08S2系列主要性能</p><p>　　●高速：1個時鐘

22、/機器周期，增強型8051內(nèi)核，速度比普通8051快8～12倍 </p><p>　　●寬電壓：5.5～3.3V，2.2～3.6V（STC12LE5A60S2系列） </p><p>　　●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，無需此功能）●增加外部掉電檢測電路,可在掉電時,及時將數(shù)據(jù)保存進EEPROM,正常工作時無需操作EEP </p>

23、<p>　　●低功耗設(shè)計：空閑模式,HOLTEK芯片解密，（可由任意一個中斷喚醒） </p><p>　　●低功耗設(shè)計：掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持下降沿/上升沿和遠程喚醒 </p><p>　　●工作頻率：0～35MHz，相當于普通8051：0～420MHz </p><p>　　●時鐘：外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選，在ISP下載編程用戶程序

24、時設(shè)置 </p><p>　　●8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上 </p><p>　　●1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器 </p><p>　　●芯片內(nèi)EEPROM功能,擦寫次數(shù)10萬次以上 </p><p>　　●ISP / IAP，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程,無

25、需編程器/仿真器 </p><p>　　●8通道,10位高速ADC，速度可達25萬次/秒,2路PWM還可當2路D/A使用 </p><p>　　●2通道捕獲/比較單元（PWM/PCA/CCP），---也可用來再實現(xiàn)2個定時器或2個外部中斷（支持上升沿/下降沿中斷） </p><p>　　●4個16位定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1,2路PCA實現(xiàn)2個定時器

26、 </p><p>　　●可編程時鐘輸出功能，T0在P3.4輸出時鐘，T1在P3.5輸出時鐘,BRT在P1.0輸出時鐘 </p><p>　　●硬件看門狗（WDT） </p><p>　　●高速SPI串行通信端口 </p><p>　　●全雙工異步串行口(UART),兼容普通8051的串口 </p><p>　　●先進

27、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 </p><p>　　●通用I/O口（36/40/44個），復(fù)位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不得超過100mA</p><p><b>　　2.3A/D轉(zhuǎn)換器</b>

28、</p><p><b>　　特點：</b></p><p><b>　?、?10 位 精度</b></p><p>　?、?0.5 LSB 的非線性度</p><p>　?、?± 2 LSB 的絕對精度</p><p>　　⑷ 13 - 260 µs 的

29、轉(zhuǎn)換時間</p><p>　?、?最高分辨率時采樣率高達15 kSPS</p><p>　?、?6 路復(fù)用的單端輸入通道</p><p>　?、?2 路附加復(fù)用的單端輸入通道 (TQFP與 MLF封裝 )</p><p>　?、?可選的左對齊ADC讀數(shù)</p><p>　?、?0 - VCC 的 ADC輸入電壓范圍&l

30、t;/p><p>　?、?可選的2.56V ADC參考電壓 </p><p>　?、?連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式</p><p>　?、?ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷</p><p>　　2.4脈寬調(diào)制PWM原理</p><p>　　本系統(tǒng)采用內(nèi)部16位定時器T1來產(chǎn)生兩路PWM信號。</p><p>　　16

31、位的T/C可以實現(xiàn)精確的程序定時(事件管理)、波形產(chǎn)生和信號測量。其主要特點如下：</p><p>　?、?真正的16位設(shè)計 (即允許 16 位的PWM)</p><p>　?、?2 個獨立的輸出比較單元</p><p>　　⑶ 雙緩沖的輸出比較寄存器</p><p>　?、?一個輸入捕捉單元</p><p>　?、?

32、輸入捕捉噪聲抑制器</p><p>　?、?比較匹配發(fā)生時清除寄存器( 自動重載)</p><p>　　⑺ 無干擾脈沖，相位正確的PWM</p><p>　　⑻ 可變的PWM周期</p><p>　?、?頻率發(fā)生器；外部事件計數(shù)器</p><p>　?、?4 個獨立的中斷源(TOV1、OCF1A、OCF1B 與 ICF

33、1)</p><p>　　寄存器：定時器 / 計數(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 16 位寄存器必須通過特殊的步驟，T/C 控制寄存器 TCCR1A/B 為 8 位寄存器，沒有 CPU 訪問的限制。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。比

34、較匹配結(jié)果還可置位比較匹配標志 OCF1A/B，用來產(chǎn)生輸出比較中斷請求。在 PWM 模式下用 OCR1A 作為 TOP 值時， OCR1A 寄存器不能用作 PWM 輸出。但此時 OCR1A 是雙向緩沖的， TOP 值可在運行中得到改變。當需要一個固定的 TOP值時可以使用 ICR1寄存器，從而釋放 OCR1A 來用作PWM輸出。</p><p>　　工作模式：工作模式 - T/C 和輸出比較引腳的行為 - 由波

35、形發(fā)生模式 (WGM13:0) 及比較輸出模式(COM1x1:0) 的控制位決定。比較輸出模式對計數(shù)序列沒有影響，而波形產(chǎn)生模式對計數(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 COM1x1:0控制輸出是否應(yīng)該在比較匹配發(fā)生時置位、清零，或電平取反。</p><p>　　本設(shè)計采用相位修正PWM 模式。</p><p>　　相位修正 PWM 模式

36、(WGM13:0 = 1、 2、 3、10 或 11)為用戶提供了一個獲得高精度的、相位準確的 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。計時器重復(fù)地從 BOTTOM 計到 TOP，然后又從 TOP倒退回到 BOTTOM。在一般的比較輸出模式下，當計時器往 TOP 計數(shù)時若 TCNT1 與 OCR1x 匹配，OC1x 將清零為低電平；而在計時器往 BOTTOM 計數(shù)時若 TCNT1 與 OCR1x 匹配， OC

37、1x 將置位為高電平。工作于反向比較輸出時則正好相反。與單斜坡操作相比，雙斜坡操作可獲得的最大頻率要小。但其對稱特性十分適合于電機控制。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)可用下式計算：工作于相位修正 PWM 模式時，計數(shù)器的數(shù)值

38、一直累加到固定值 0x00FF、 0x01FF、0x03FF (WGM13:0 = 1、 2或3</p><p>　　圖2.2相位修正PWM模式時序圖</p><p><b>　　3. 串口通信</b></p><p>　　3.1串口通信的作用</p><p>　　系統(tǒng)需要接收上位機設(shè)置的角度的數(shù)據(jù)，并把下位機的數(shù)據(jù)傳到

39、上位機。因此串口模塊的作用就是把單片機需要傳送到上位機的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電腦的RS-232標準串口數(shù)據(jù)，以便把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。</p><p>　　3.2 RS-232C接口和MAX232芯片簡介</p><p>　　本系統(tǒng)串口通信模塊設(shè)計采用的是MAX232芯片把單片機傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS-232標準串口數(shù)據(jù)。以下對RS-232C接口和MAX232芯片做簡要的介紹。</p>&

40、lt;p>　　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) 之間的串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”,適合于短距離通信或帶調(diào)制解調(diào)器的通信應(yīng)用場合.PC機上一般都會有RS-232C接口，MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標準串口設(shè)計的一款兼容RS232標準的芯片, 其結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。該器件包含2個驅(qū)動器2個接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA

41、-232-F標準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。</p><p>　　3.3 MAX232芯片引腳描述及其應(yīng)用</p><p>　　MAX232芯片引腳圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 MAX232芯片引腳圖</p>

42、<p>　　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四個引腳，其中T21N、R2OUT與標準的RS-232C接口相連。負責數(shù)據(jù)把轉(zhuǎn)化好的數(shù)據(jù)傳送到上位機；T2OUT、R21N與單片機相連，負責接收從單片機送來的數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.3.1 MAX232應(yīng)用電路介紹</p><p>　　MAX232 外圍需要4個電解電容C1 、C2

43、、C3 、C4 ,是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容。其取值均為1μF/25V。宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片。C5為0.1μF的去耦電容。如圖3.2所示。但本設(shè)計均采用104電容。</p><p>　　圖3.2 MAX232應(yīng)用接口電路</p><p>　　圖3.3串口模塊原理圖</p><p>　　3.3.2串口模塊原理圖設(shè)計</p><p>　　單

44、片機要通過與MAX232芯片與上位機的串口相連才能與上位機通訊。單片機與上位機連接電路圖如圖3.3所示。</p><p>　　本系統(tǒng)是通過單片機的控制通過串口與PC通信來實現(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；然后再通過對應(yīng)路的發(fā)送端和接收端與單片機的對應(yīng)RXD和TXD相連，再串口中斷打開后發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)串口異步通信。在異步傳送方式中，字符是按幀格式進行發(fā)送的。異步通信的幀格式如

45、表3.1所示。</p><p>　　表3.1異步通信的幀格式</p><p>　　n-1 第N個字符（一串行幀） n+1</p><p>　　起始位 數(shù) 據(jù) 位 校驗位 停止位</p><p><b>　　4.驅(qū)動芯片</b&g

46、t;</p><p>　　電機驅(qū)動芯片LG9110 </p><p>　　⑴ 低靜態(tài)工作電流； </p><p>　?、?寬電源電壓范圍：2.5V-12V； </p><p>　?、?每通道具有800mA 連續(xù)電流輸出能力； </p><p>　?、?較低的飽和壓降； </p><p>　?、?

47、TTL/CMOS輸出電平兼容，可直接連CPU；</p><p>　　⑹ 輸出內(nèi)置鉗位二極管，適用于感性負載； </p><p>　?、?控制和驅(qū)動集成于單片IC之中； </p><p>　?、?具備管腳高壓保護功能； </p><p>　?、?工作溫度：0℃-80℃。 </p><p>　　LG9110 是為控制和驅(qū)動

48、電機設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，</p><p>　　將分立電路集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高。該芯片有</p><p>　　兩個 TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅(qū)動電</p><p>　　機的正反向運動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過 750～800mA 的持續(xù)</p

49、><p>　　電流，峰值電流能力可達1.5～2.0A；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位</p><p>　　二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機、步進電機或</p><p>　　開關(guān)功率管的使用上安全可靠。管腳定義如表4.1所示。</p><p>　　表4.1 LG9110管腳定義</p><

50、p>　　圖4.1 LG9110管腳波形圖</p><p><b>　　圖4.2 應(yīng)用電路</b></p><p><b>　　5.硬件設(shè)計思路</b></p><p>　　5.1 系統(tǒng)基本原理</p><p>　　本文以STC12C5A80S2為核心，利用模擬舵機的機械部分，其中包括小型直流電

51、機和一個反饋可調(diào)電位器，來組成一個閉環(huán)的舵機控制系統(tǒng)，直流電機用H橋芯片LG9110來驅(qū)動，電位器進行角度測量，通過單片機的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換來反饋實時角度，上位機通過RS232串口與單片機進行通信，將所設(shè)定的角度送到單片機，單片機通過編程產(chǎn)生PWM信號，經(jīng)由LG9110驅(qū)動，控制電機的正反轉(zhuǎn)。</p><p>　　整體電路原理框圖如圖5.1所示</p><p>　　圖5.1整體電路原理框圖&

52、lt;/p><p><b>　　控制流程如下：</b></p><p>　?、?上位機設(shè)定-90°到+90°之間的角度，通過串口發(fā)送到單片機；</p><p>　?、?單片機讀取角度v并將其轉(zhuǎn)換成10位二進制數(shù)r；</p><p>　?、?電位器測量當前角度，并將結(jié)果送到單片機的A/D轉(zhuǎn)換通道進行轉(zhuǎn)換，&

53、lt;/p><p>　　轉(zhuǎn)換結(jié)果為10為二進制數(shù)y;</p><p>　　5.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　圖5.1 系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　6. 系統(tǒng)主程序</b></p><p>　　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計方案確定以后，主要功能將依賴于系統(tǒng)軟件編程來實現(xiàn)。控制系統(tǒng)能否正?？煽康毓?/p>

54、作，除了硬件設(shè)計合理外，功能完善的軟件設(shè)計是非常關(guān)鍵的。這一部分將詳細闡述本設(shè)計方案所需實現(xiàn)的功能、系統(tǒng)軟件資源分配，上位機的設(shè)計方案及具體實現(xiàn)方法。</p><p>　　6.1主程序設(shè)計要點</p><p>　　在論述具體的軟件程序設(shè)計之前，先對軟件設(shè)計的原則、方法等軟件設(shè)計要點作簡要的闡述，這是進行軟件程序設(shè)計的依據(jù)和手段。</p><p>　　應(yīng)用程序的主要設(shè)

55、計原則是：</p><p>　　⑴ 軟件設(shè)計與硬件電路設(shè)計需綜合考慮。</p><p>　?、?軟件設(shè)計必須保證系統(tǒng)的各個硬件功能模塊能夠協(xié)調(diào)工作，完成指定的系統(tǒng)功能。</p><p>　?、?各項功能程序設(shè)計實現(xiàn)模塊化。</p><p>　?、?合理規(guī)劃程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)，為功能的擴展預(yù)留空間，方便今后系統(tǒng)的功能完善和軟件升級。<

56、/p><p>　?、?采取軟件抗干擾措施，保證系統(tǒng)更可靠的運行。</p><p><b>　　6.2 上位機</b></p><p>　　目前，在許多單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，上、下位機分工明確，作為下位機核心器件的單片機往往只負責數(shù)據(jù)采集和通信，而上位機通常以基于圖形界面的Windows核心為操作平臺，為便于查詢和保存數(shù)據(jù)，還需要數(shù)據(jù)庫的支持，這種應(yīng)用的

57、核心是數(shù)據(jù)通信，它包括單片機和上位機之間、客戶端和服務(wù)器之間以及客戶端和客戶端之間的通信，而單片機和上位機之間數(shù)據(jù)通信則是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。</p><p>　　單片機和PC的通信是通過單片機和PC串口之間的硬件連接實現(xiàn)的。7.系統(tǒng)調(diào)試</p><p><b>　　7.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　由于本設(shè)計硬件比較簡單，分兩個模塊：

58、單片機模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，所以硬件調(diào)試主要是單片機模塊。</p><p>　　在電路制作完成后，不要急于上電測試，而首先必須做好以下調(diào)試前的檢查工作。 </p><p><b>　　檢查連線情況：</b></p><p>　?、?經(jīng)常碰到的有錯接（即連線的一端正確，而另一端誤接）、少接（指安裝時漏接的線）及多接（指在電路上完全是多余的連線），等

59、連線錯誤。檢查連線可以直接對照電路原理圖進行，但若電路中布線較多，則可以以元器件（如運放、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接或少接的線，而且也較易發(fā)現(xiàn)多余的線。 </p><p>　　⑵ 為確保連線的可靠，在查線的同時，還可以用萬用表電阻檔對接線作連通檢查，而且最好在器件外引線處測量，這樣有可能查出某些“虛焊”的隱患。 </p><p>　?、?檢查元器件焊接

60、情況：元器件的檢查，重點要查有極性的元件有否接錯，以及外引線間有否短路，同時還須檢查元器件焊接處是否可靠。這里需要指出，在焊接前，必須對元器件進行檢測，確保元器件能正常工作，以免給調(diào)試帶來不必要的麻煩。 </p><p>　?、?檢查電源輸入端與公共接地端間有否短路在通電前，還需用萬用表檢查電源輸入端與地之間是否存短路，若有則須進一步檢查其原因。 </p><p>　?、?在完成了以上各項

61、檢查并確認無誤后，才可通電調(diào)試，但此時應(yīng)注意電源的正、負極性不能接反。</p><p>　　考慮到本設(shè)計只是一次學(xué)習過程，對性能要求不是很高，所以采用下載線的5V VCC供電這樣的方法，電路也盡可能的精簡。</p><p>　　在檢查驅(qū)動電路時，在未加單片機使能控制的情況下，通電待系統(tǒng)工作后，用萬用表測量LG9110的1腳和4腳是否有輸出。若輸出電壓大小不符合要求，則說明驅(qū)動芯片有問題。&

62、lt;/p><p>　　若確定驅(qū)動電路無誤，則對單片機使能，下載調(diào)試好的程序到單片機，使系統(tǒng)運行。用萬用表檢查單片機的各個引腳，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，則說明是軟件問題。具體調(diào)試見軟件調(diào)試。</p><p>　　單片機輸出符合要求后，連接上舵機，觀察舵機是否在指定位置停住轉(zhuǎn)動，若

63、在指定位置左右來回轉(zhuǎn)動，說明PD參數(shù)沒調(diào)好；若舵機一直轉(zhuǎn)到盡頭停不下來則說明舵機反饋端斷開，或者單片機讀不到正確的A/D轉(zhuǎn)換值。</p><p>　　綜合調(diào)試過程中的各種問題后，在老師的指導(dǎo)下，最終得出期望的結(jié)果，調(diào)試成功。</p><p><b>　　7.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　把調(diào)試好的程序下載到單片機中，接上電源，檢驗程

64、序是否如自己所設(shè)計的那樣可以實現(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)確定了硬件沒問題。則應(yīng)該是軟件部分即程序方面的問題。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。接收部分沒問題再檢查T1定時器的設(shè)置，選用的頻率、工作模式，PB1、PB2端口是否設(shè)置為輸出。因為前面已經(jīng)確定硬件沒有問題了，所以，在軟件調(diào)試的時候可以結(jié)合硬件來在線調(diào)試，這樣很直觀，而且發(fā)現(xiàn)問題也很

65、容易，觀察舵機是否還在所指定角度來回轉(zhuǎn)動，耐心的調(diào)試，直到舵機準確的達到指定的角度并停止轉(zhuǎn)動。</p><p>　　調(diào)試是整個設(shè)計的關(guān)鍵部分，調(diào)試的成功與否關(guān)系到系統(tǒng)運行的成功與否，所以在調(diào)試時要格外的細心和有耐心，在自己的努力和老師的指導(dǎo)下最終調(diào)試成功。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 童詩白,華

66、成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社, 2000.</p><p>　　[2] 先鋒工作室.單片機程序設(shè)計實例[M]. 北京:清華大學(xué)出版社，2003. </p><p>　　[3] 馬忠梅等.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[4] 潘新民，王燕芳.微型計算機控制技術(shù)[M].北京：電

67、子工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[5] 金春林，邱慧芳，張皆喜.AVR系列單片機C語言編程與應(yīng)用實例[M].北京清華大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[6] 李江全，朱東芹.Visual Basic數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應(yīng)用實戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2010.</p><p>　　#include<stc12c5a.h>

68、; //頭文件</p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　unchar sig=0, count,s1num, miao,shi,fen;</p><p>　　float flag=0,init=0,miao1=0,

69、shi1=0,fen1=0, AD=0; </p><p>　　sbit rs=P3^2; //定義1602液晶RS端</p><p>　　sbit rw=P2^6;</p><p>　　sbit lcden=P3^3;//定義1602液晶LCDEN端</p><p>　　sbit s1=P2^3; //定義按鍵--功能鍵</p&

70、gt;<p>　　sbit s2=P2^2;//定義按鍵--增加鍵</p><p>　　sbit s3=P2^1;//定義按鍵--減小鍵</p><p>　　sbit s4=P2^0; //確定鍵</p><p>　　uchar code table[]="true angle:";//定義初始上電時液晶默認顯示狀態(tài)<

71、/p><p>　　uchar code table1[]=" angle:";</p><p>　　void delay(uint z) //延時函數(shù)</p><p>　　{uint x,y;</p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=120

72、;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void PWM_init (void)</p><p>　　{CMOD=0x80; //設(shè)置PCA定時器</p><p>　　CCON=0x00;</p><p><b>　　CL=0x00; &

73、lt;/b></p><p><b>　　CH=0x00;</b></p><p>　　CCAPM0=0x42; //PWM0設(shè)置PCA工作方式為PWM方式（0100 0010）</p><p>　　CCAP0L=0x00; //設(shè)置PWM0初始值與CCAP0H相同</p><p>　　CCAP0H=0x00; /

74、/ PWM0初始時為0</p><p>　　CCAPM1=0x42; //PWM1設(shè)置PCA工作方式為PWM方式（使用時刪除//）</p><p>　　CCAP1L=0x00; //設(shè)置PWM1初始值與CCAP0H相同</p><p>　　CCAP1H=0x00; // PWM1初始時為0</p><p>　　CR=1; //啟動PCA定時器

75、</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void PWM0_set (unsigned char a,unsigned char b)</p><p>　　{CCAP0L= a; //設(shè)置值直接寫入CCAP0L</p><p>　　CCAP0H= a; //設(shè)置值直接寫入CCAP0H</p&

76、gt;<p>　　CCAP1L= b; //設(shè)置值直接寫入CCAP0L</p><p>　　CCAP1H= b; //設(shè)置值直接寫入CCAP0H</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void ad_init() //AD初始化函數(shù)</p><p>　　{ADC_CONTR|=0x8

77、0;//開A/D電源</p><p>　　delay(100); //必要的延時</p><p>　　P1ASF=0x01;//P1.0作為模擬量輸入口</p><p>　　delay(100); //必要的延時</p><p>　　ADC_CONTR=0xc0;//開A/D電源</p><p>　

78、　delay(100); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void con_init(void) </p><p>　　{ SCON = 0x5a; PCON=0X80; //8 bit data ,no parity bit</p><p>　　TMOD

79、 = 0x20; //T1 as 8-bit auto reload</p><p>　　TH1 = TL1 = -13; //Set Uart baudrate</p><p>　　TR1 = 1; </p><p><b>　　}</b>&l

80、t;/p><p>　　void SendData(char dat)</p><p>　　{ TI = 0; //Clear TI flag</p><p>　　SBUF = dat; </p><p>　　while (!TI);

81、 //Wait for the previous data is sen</p><p><b>　　}</b></p><p>　　RecData(void)</p><p>　　{ int dat;</p><p>　　while (!RI); //Wai

82、t for the previous data is sen</p><p>　　RI = 0; //Clear TI flag</p><p>　　dat =SBUF ; </p><p>　　return dat; //Send current d

83、ata</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_com(uchar com)//液晶寫命令函數(shù)</p><p><b>　　{rw=0;</b></p><p><b>　　rs=0;</b></p><p>

84、<b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　P0=com;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　lcden=1;</b></p><p><b>　　delay(5);

85、</b></p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_date(uchar date)//液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù)</p><p><b>　　{rw=0;</b></p&g

86、t;<p><b>　　rs=1;</b></p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　P0=date;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>

87、　　lcden=1;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_sfm(uchar add,uchar d

88、ate)//寫時分秒函數(shù)</p><p>　　{uchar ge;</p><p><b>　　ge=date;</b></p><p>　　write_com(0x80+0x40+add);//設(shè)置顯示位置</p><p>　　write_date(0x30+ge); //送去液晶顯示個位</p>&l

89、t;p><b>　　}</b></p><p>　　void lcdinit()//初始化函數(shù)</p><p>　　{uchar num;</p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　rw=0 ;</b></p>&l

90、t;p>　　fen=0; //初始化種變量值</p><p><b>　　miao=0;</b></p><p><b>　　shi=0;</b></p><p><b>　　count=0;</b></p><p><b>　　s1num=0;</b&g

91、t;</p><p>　　write_com(0x38);//初始化1602液晶</p><p>　　write_com(0x0c);</p><p>　　write_com(0x06);</p><p>　　write_com(0x01);</p><p>　　write_com(0x80);//設(shè)置顯示初始坐標&l

92、t;/p><p>　　for(num=0;num<11;num++)//顯示年月日星期</p><p>　　{write_date(table[num]);</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　

93、　write_com(0xc0);//設(shè)置顯示初始坐標</p><p>　　for(num=0;num<11;num++)//顯示年月日星期</p><p>　　{write_date(table1[num]);</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　}&l

94、t;/b></p><p>　　write_sfm(14,miao);//分別送去液晶顯示</p><p>　　write_sfm(13,fen);</p><p>　　write_sfm(12,shi);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void keyscan

95、()//按鍵掃描函數(shù)</p><p>　　{if(s1==0)</p><p>　　{delay(5);</p><p>　　if(s1==0)//確認功能鍵被按下</p><p>　　{s1num++;//功能鍵按下次數(shù)記錄</p><p>　　while(!s1);//釋放確認</p><

96、;p>　　if(s1num==1)//第一次被按下時</p><p>　　{write_com(0x80+0x40+14);//光標定位到秒位置</p><p>　　write_com(0x0f); //光標開始閃爍</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(s1num==2)//第二次按

97、下光標閃爍定位到分鐘位置</p><p>　　{write_com(0x80+0x40+13);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(s1num==3)//第三次按下光標閃爍定位到小時位置</p><p>　　{write_com(0x80+0x40+12);</p>&l

98、t;p><b>　　}</b></p><p>　　if(s1num==4)//第四次按下</p><p>　　{s1num=0;//記錄按鍵數(shù)清零</p><p>　　write_com(0x0c);//取消光標閃爍</p><p><b>　　}</b></p><

99、;p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(s1num!=0)//只有功能鍵被按下后，增加和減小鍵才有效</p><p>　　{if(s2==0)</p><p>　　{delay(5);</p><p>　　if

100、(s2==0)//增加鍵確認被按下</p><p>　　{while(!s2);//按鍵釋放</p><p>　　if(s1num==1)//若功能鍵第一次按下</p><p>　　{miao++; //則調(diào)整秒加1</p><p>　　if(miao==10)//若滿60后將清零</p><p><b>

101、;　　miao=0;</b></p><p>　　write_sfm(14,miao);//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p>　　write_com(0x80+0x40+14);//顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(s1num==2)//若功能鍵

102、第二次按下</p><p>　　{fen++;//則調(diào)整分鐘加1</p><p>　　if(fen==10)//若滿60后將清零</p><p><b>　　fen=0;</b></p><p>　　write_sfm(13,fen);//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p>　　write

103、_com(0x80+0x40+13);//顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(s1num==3)//若功能鍵第三次按下</p><p>　　{shi++;//則調(diào)整小時加1</p><p>　　if(shi==2)//若滿24后將清零</p><

104、p><b>　　shi=0;</b></p><p>　　write_sfm(12,shi);;//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p>　　write_com(0x80+0x40+12);//顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p><p><b>　　}</b></p><p><b>

105、;　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(s3==0)</b></p><p>　　{delay(5);</p><p>　　if(s3==0)//確認減小鍵被按下</p><p>　　{while(!s3);

106、//按鍵釋放</p><p>　　if(s1num==1)//若功能鍵第一次按下</p><p>　　{miao--;//則調(diào)整秒減1</p><p>　　if(miao==-1)//若減到負數(shù)則將其重新設(shè)置為59</p><p><b>　　miao=9;</b></p><p>　　writ

107、e_sfm(14,miao);//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p>　　write_com(0x80+0x40+14);//顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(s1num==2)//若功能鍵第二次按下</p><p>　　{fen--;//則調(diào)整分鐘減1&l

108、t;/p><p>　　if(fen==-1)//若減到負數(shù)則將其重新設(shè)置為59</p><p><b>　　fen=9;</b></p><p>　　write_sfm(13,fen);//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p>　　write_com(0x80+0x40+13);//顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p&g

109、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　if(s1num==3)//若功能鍵第二次按下</p><p>　　{shi--;//則調(diào)整小時減1</p><p>　　if(shi==-1)//若減到負數(shù)則將其重新設(shè)置為23</p><p><b>　　shi=1;</b>

110、</p><p>　　write_sfm(12,shi);//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p>　　write_com(0x80+0x40+12);//顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p&

111、gt;<b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_sfm1(uchar add1,uchar date1)</p><p>　　{uchar ge1;</p&g

112、t;<p>　　ge1=date1;</p><p>　　write_com(0x80+add1);</p><p>　　write_date(0x30+ge1);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void sfm1(float x)</p><p>&l

113、t;b>　　{int n;</b></p><p><b>　　n=x;</b></p><p>　　shi1=n/100;</p><p>　　fen1=n/10%10;</p><p>　　miao1=n%10;</p><p>　　write_sfm1(12,shi1);

114、//分別送去液晶顯示</p><p>　　write_sfm1(13,fen1);</p><p>　　write_sfm1(14,miao1);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()//主函數(shù)</p><p><b>　　{</b&

115、gt;</p><p>　　int temp=0;</p><p>　　lcdinit();//首先初始化各數(shù)據(jù)</p><p>　　PWM_init(); //PWM初始化</p><p>　　ad_init();</p><p>　　con_init() ;</p><p>　　while

116、(1)//進入主程序大循環(huán)</p><p>　　{ keyscan();//不停的檢測按鍵是否被按?</p><p>　　ADC_CONTR|=0x08;//開A/D電源</p><p><b>　　sig=0;</b></p><p>　　while(sig==0)</p><p><

117、b>　　{</b></p><p>　　sig=ADC_CONTR&0x10;</p><p><b>　　} </b></p><p>　　ADC_CONTR&=0xE7;//ADC_FLAG清零</p><p>　　AD=ADC_RES*4+ADC_RESL; //10位

118、AD的結(jié)果</p><p>　　AD=AD*180/1024;</p><p>　　if(RI==1){ delay(100); init = RecData(); temp=1; }//1024*180</p><p><b>　　sfm1(AD);</b></p><p>　　flag=init-AD;

119、</p><p>　　if(flag<-40) PWM0_set (0x00,0xff);</p><p>　　if(flag<-10&&flag>=-40) PWM0_set (0x00,0xaf);</p><p>　　if(flag<-3&&flag>=-10) PWM0_se

120、t (0x00,0x9f);</p><p>　　if(flag>40) PWM0_set (0xff,0x00);</p><p>　　if(flag>10&&flag<=40) PWM0_set (0xaf,0x00);</p><p>　　if(flag>3&&flag<=10)

121、 PWM0_set (0x9f,0x00);</p><p>　　if(flag>=-3&&flag<=3) {PWM0_set (0x00,0x00);if(temp)SendData( AD);temp=0;}</p><p>　　if(s4==0) </p><p><b>　　{</b></p>

122、<p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　if(s4==0) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　init=shi*100+fen*10+ miao;</p><p><b>　　}</b></p>