基于自由摆的平板控制系统设计学士学位论文(编辑修改稿)

基于自由摆的平板控制系统设计学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

3）的 状态分析： 在步进电机位置处设一接触开关和按键开关，当摆杆到达一定角度时，操作者打开按键开关，此时开启异步电机转动，异步电机迅速转动。 当碰到接触开关时，接触开关将信号反馈给单片机，从而使异步电机停止转动 [7]。 与此同时 步进电机带 动平板迅速达到与摆杆垂直的状态。 整个过程如 图 32 所示： 采 集 数 据 单 片 机步 进 电 机平 板 图 32 平板状态控制框图 基于自由摆的平板控制系统设计 作者：颜芳 第 页 共 16页 6 第 4章 电路与程序设计 电路设计 一般 直流稳压电源 主要由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。 如 图 41所示： 图 41 直流稳压源框图 1． 电源变压器：将 220V 的 交流电压变为整流电路需 要 的交流电压，一般次级 电压 u2较小。 2． 整流电路：将 经 变压器 变压后的 次级交流电压 u2变成单向的直流电压 u3，它包含 许多谐波分量 和 直流成份。 3． 滤波电路： 将 脉动电压 u3中的谐波分量 滤除 ， 并 输出较 为 平滑的直流电压 u4。 该电压 比较不稳定， 往往 会 随电网电压和负载电流的变化而变化。 4． 稳压电路：它能在 不稳定的 电网电压和负载电流变化 的 同 时，保持输出电压的稳定。 它是 设计 直流稳压电源 时 重要 的一 部分，决定着直流 稳压 电源的重要性能指标。 5． 电源模块为整个系统提供电源， 可以提供 3V、 5V 和 12V 的电压。 不 但可以给单片机供电，而且也为角度传感器的提 供了电压选择 [8]。 如 图 42所示： COMP1OSC2S3S4DRAIN5NC6VDD7TOVL8UieVIPer53D1dUF4007C3d1KΩR2d1KΩR3d100nFC4d10nFC5dN8KΩR1dC2dC1d247μF/35VE1dD1cUF40072200pF/1kVC1c2200pF/250V 177。 20% Y5UC2c2WR1c51kΩ1C1bCD263 47μF/400VE1bD2bFR157D4bFR157D1bFR157D3bFR157T1a5mHC1a2200pF/X1Y2C3a2200pF/X1Y2C2aZNRAS14K38510Ω/NTCA123CN2FB3BVIIL1 N1PENT1cWTR1D4d1N4004D3dFR303D2dFR601100pFC10dCap220μF/35VE7d560Ω/1WR6d470μF/25VE5dC8d220μF/16VE6dC9d510ΩR5d16VE2d1000μF/16VE3d1000μF/C6d470μF/16VE4dC7d510ΩR4dL2dL1d4535V/P12V5VFUA 基于自由摆的平板控制系统设计 作者：颜芳 第 页 共 16页 7 图 42 电源原理图 STC12C5A60S2 最小系统 STC12C5A60S2 最小系统包括复位电路，晶振电路，电源和接地 [9]。 具体电路如图 43 所示。 最小系统的应用特点： I/O 口线。 [10]。 1234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940C L K O U T 2 / A D C 0 / P 1. 0A D C 1/ P 1. 1E C I / A D C 2 / P 1. 2C C P 0 / A D C 3 / P 1. 3S S / C C P 1/ A D C 4/ P 1. 4M O S I / A D C 5 / P 1. 5M O S I / A D C 6 / P 1. 6S C L K / A D C 7 / P 1. 7R S T / P 4 .7R X D / P 3 .0T X D / P 3 .1I N T O / P 3. 2I N T 1 / P 3 .3C L K O U T O / T O / P 3. 4C L K O U T 1 / T 1/ P 3 .5W R / P 3. 6E D / P 3. 7X T A L 2X T A L 1G N DV c cP 0 .0 / A D 0P 0 .1 / A D 1P 0 .2 / A D 2P 0 .3 / A D 3P 0 .4 / A D 4P 0 .5 / A D 5P 0 .6 / A D 6P 0 .7 / A D 7E X _L V D / P 4 .6 / R S T 2A L E / P 4 .5N A / P 4. 4P 2 .7 / A D 1 5P 2 .0 / A D 8P 2 .1 / A D 9P 2 .2 / A D 1 0P 2 .3 / A D 1 1P 2 .4 / A D 1 2P 2 .5 / A D 1 3P 2 .6 / A D 1 4C610 4C510 uFV i nP ow e r O n S W 1系统电源 / 5V / 3VC110 uF116R 1A10 KC 2 4 7p FC 3 4 7p F 图 43 单片机最小系统 单元设计 主控板单元 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技 公司 生产的单时钟的单片机，是高速 /低功耗 /超强抗干扰的新一 代 C51 单片机， 其 指令代码完全兼容传统8051,但 运行 速度快 812 倍。 内部集成 MAX810 专用复位电路 , 8 路高速 10 位A/D 转换 (250K/S), 2路 PWM,针对电机控制，强干扰场合。 它具有以下特点： 基于自由摆的平板控制系统设计 作者：颜芳 第 页 共 16页 8 1． 增强型 C51 内核的 MCU， 1T，单时钟 /机器周期，指令代码完全兼8051。 2． 工作电压： STC12C5A60S2 系列工作电压： (5V 单片机 )。 STC12LE5A60S2 系列工作电压； (3V 单片机 )。 3． 用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节 ...... 4． 通用 I/O 口（ 36/40/44 个），复位后为：准双向口 /弱上拉（普通 8051传统 I/O 口）可设置成四种模式：准双向口 /弱上拉，强推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开漏每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 120mA[11]。 5． A/D 转换 , 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次 ) [13]。 6． PWM(2 路） / PCA（可编程计数器阵列 ,2 路） 也可 用来当 2路 D/A 使用 也可用来再实现 2 个定时器 也可用来再实现 2 个外部中断 (上升沿中断 /下降沿中断均可分别或同时支持 ) 7． ISP（在系统可编程） / IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（ ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 [12]。 驱动系统单元 步进电机驱动控制器主要由脉冲发生器 、 脉冲分配器（环形分配器）和功率放大器组成部分 [14]，如图 44所示。 脉冲发生器产生的脉冲信号的频率 从几 Hz到 几十 Hz连续变化，脉冲分配器 根据 指令。