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摘 要
摘 要:本自由摆的平板控制系统采用STC12C5A60S2单片机作为主控系统,L298N作为电机驱动模块,STC12C5A60S2单片机通过L298N驱动模块驱PK545-NAC-C29步进机,使步进机上的平板随着摆杆的摆动而旋转。硬件部分主要包括STC12C5A60S2单片机最小系统,L298N电机驱动电路,N1000060倾角传感器,电源模块等。本设计主要运用STC12C5A60S2单片机控制4相6线步进电机,由单片机产生脉冲信号精确控制步进机的转速和角度,使步进电机上的平板能够随着摆杆摆动而保持水平平衡。
关键词:STC单片机;L298N电机驱动芯片;传感器
目 录
摘 要 1
目 录 i
1 设计任务与要求 1
1.1 设计任务 1
1.2 设计要求 1
2 方案比较与论证 2
2.1 主控器的选择与论证 2
2.2 电机的选择与论证 2
2.3 驱动模块的选择与论证 3
3 系统硬件设计 3
3.1 总体电路框图 3
3.2 单元电路设计 4
3.3 整体电路图 7
4 系统软件设计 7
4.1 总体软件框图 7
4.2 各模块软件设计 8
4.3 总程序 10
5 系统调试与测试 10
5.1 测试仪器 10
5.2 测试指标 10
5.3 测试结果分析 11
6 设计总结 11
参考文献 11
附录 12
附录A:电路图 12
附录B:电路板图 13
附录C:元器件清单 13
附录D:总程序 14
设计题目
设计任务与要求
设计任务
1、设计并制作一个自由摆上的平板系统,其结构如图1-1所示。摆杆的一端通过转轴固定在一支架上,另一端固定安装一台电机,平板固在电机转轴上;当摆杆如图1-2所示摆动时,驱动电机可以控制平板转动。
图1-1 图1-2
设计要求
1、控制电机使平板可以随着摆杆的摆动而旋转(3~5周) ,摆杆摆一个周期,平板旋转一周(360o) ,偏差绝对值不大于 45°。
2、在平板上粘贴一张画有一组间距为1cm平行线的打印纸。用手推动摆杆至一个角度θ(θ在 30o~45o间) ,调整平板角度,在平板中心稳定放置一枚 1 元硬币(人民币) ;启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆杆摆动过程中,要求控制平板状态,使硬币在 5 个摆动周期中不从平板上滑落,并尽量少滑离平板的中心位置。
3、用手推动摆杆至一个角度θ(θ在 45o~60o间) ,调整平板角度,在平板中心稳定叠放 8 枚 1 元硬币,见图 1-2;启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆杆摆动过程中,要求控制平板状态使硬币在摆杆的 5 个摆动周期中不从平板上滑落,并保持叠放状态。根据平板上非保持叠放状态及滑落的硬币数计算成绩。
方案比较与论证
主控器的选择与论证
方案一:采用STC12C5A60S2
方案二:采用STC89C52
方案三:采用AT89C52
方案论证:方案一,STC12C5A60S2芯片价格便宜,应用范围广,功能强大,高速运转,低功耗,强抗静电,强抗干扰,内部集成双串口、8路10bitADC和两路八位PWM;方案二,STC89C52芯片价格便宜,应用范围广,运转速度慢,抗静电抗干扰弱,内部无ADC;方案三,AT89C52芯片价格便宜,应用范围广,运转速度慢,抗静电抗干扰弱,内部无ADC。鉴于设计要求,故采用方案一。
电机的选择与论证
方案一:采用步进电机
方案二:采用直流电机
方案三:舵机
方案论证:方案一,步进电机价格便宜,容易控制,旋转角度于脉冲成正比,每步的旋转角度精确度高,不会将一步的误差积累到下一步,且具有优秀的起停和反转响应;方案二,直流电机价格低,调速范围广,易于平滑调节,过载、起动、制动转矩大,难于控制转轴的角度和转速;方案三,舵机价格偏高,性能易受电压影响,控制旋转的角度精确度不高。鉴于设计要求,故采用方案一。
驱动模块的选择与论证
方案一:采用L298N芯片
方案二:采用ULN2803芯片
方案三:采用三极管
方案论证:方案一,L298N芯片价格便宜,电路设计简单,驱动电流大,足以驱动大功率的步进电机;方案二,ULN2803芯片价格便宜,电路设计简单,驱动电流小,不能驱动大功率的步进电机;方案三,三极管价格便宜,驱动电路设计复杂,不稳定,出问题难于查询。本设计采用PK545-NAC-C29步进电机,故采用方案一。
系统硬件设计
总体电路框图
为了使系统能够实现各种复杂的控制功能,本设计采用一种功能强大的、高速低功耗性价比高的单片机STC12C5A60S2完成对其他部分控制。本设计采用N1000060倾角传感器对摆杆的倾斜角度的采集数据,通过STC12C5A60S2单片机内部自带的A/D转换将数据送给单片机,单片机通过数据分析控制L298N驱动电路,使步进机旋转保持平板的水平平
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