【文章內(nèi)容簡介】 ，擦寫次數(shù) 10萬次以上 ISP（在系統(tǒng)可編程） / IAP 直接下載程序，并直接運(yùn)行，共 6個(gè)定時(shí)器， 2個(gè) 16位可重裝載定時(shí)器兼容普通 8051 的定時(shí)器 T0/T1，并可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘輸定時(shí)器 T2，工作溫度范圍跨度非常大，封裝： LQFP44,LQFP32封裝尺寸很小。 通過上面兩個(gè)單片機(jī)的各自特點(diǎn)， stc15f2k60s2 功能較為強(qiáng)大，由于其出色的穩(wěn)點(diǎn)性能，為我們節(jié)省了復(fù)位電路，其次是他具有較大次數(shù)的擦寫次數(shù)，可達(dá)到十萬次以上，而 stc89c51 只有區(qū)區(qū) 100 次左右，因我們設(shè)計(jì)時(shí)候試驗(yàn)程序次數(shù)較多，選擇stc15f2k60s2 當(dāng)然更好一點(diǎn)，其次是我們找到了 stc15f2k60s2de 最小系統(tǒng)開發(fā)版，開發(fā)板具有非常強(qiáng)大的功能，為我們的設(shè)計(jì)帶來了很多好處，極大程度的減少了我們單片機(jī)模塊的工作量，使我們更多地精力放在電路的設(shè)計(jì)上。 綜合上述，我們決定選用 stc15f2k60s2 作為單片機(jī)模塊。 stc15f2k60s2 單片機(jī)的特性和管腳說明 首先我們在封裝上選擇了 LQFP44，管腳圖如圖 6 所示： ９ 圖 STC15F2K60S2 管腳圖 下面簡單介紹我們用到的引腳 Vcc：電源端 GND：接地端 P0 口 P1 口 P2口：這三個(gè)端口的用法相差不多，值得注意的是 P0口可以用作可驅(qū)動(dòng)TTL 負(fù)載的輸出口，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中 P2 只用到其輸出端口功能。不過這三個(gè)端口在充當(dāng)輸入口時(shí)必須首先對他們進(jìn)行寫 1 P3 口：大致的用法和前面所說的幾個(gè)口相似，但要用到其復(fù)用功能。 下面介紹 P3 口的復(fù)用功能： RXD 用作串口的輸入端 TXD 用作串口的輸出端 １０ INT0 作為單片機(jī)的外部中斷 0輸入 INT0 作為單片機(jī)的外部中斷 1輸入 定時(shí)器 T0 的輸入端 定時(shí)器 t1 的輸入端 單片機(jī)寫使能端 單片機(jī)讀使能端 RST：用作單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)輸入端。其啟動(dòng)需要特定的條件才可用 ALE：存儲(chǔ)區(qū)地址低八位的鎖存，脈沖編程輸入端口 XTAL1：晶振的輸入端口。 XTAL2：與 XTAL1 一起與晶振連接作為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖輸入。 單片機(jī)的供電 本設(shè)計(jì)的邏輯控制電路需要 5V 的電源接入可以保證其正常的工作，在stc15f2k60s2 的開發(fā)板上就已經(jīng)設(shè)計(jì)好了 USB 5v 供電模塊，如圖 7 所示 圖 所以在邏輯電路的電源方面我們并不需要考慮太多。 而電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中我們需要用到 +12V的直流電壓，因?yàn)榇藯l件我們加入了一個(gè)可將 220V的交流電轉(zhuǎn)化為 +24V 的直流電的電源轉(zhuǎn)換器作為我們的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電源輸入。如圖8： １１ 圖 電機(jī)控制模塊 本設(shè)計(jì)中采用 LMD18200T 芯片作為電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片， LMD18200T 較較普遍見到的L298n 的驅(qū)動(dòng)芯片工作起來更加穩(wěn)定， pwm 的信號(hào)輸入更好。所以我們放棄了 L298n 的驅(qū)動(dòng)芯片。 芯片特點(diǎn)：電流輸出持續(xù)穩(wěn)定在 3A，正常使用下承受很高的電 壓（ 550V），在溫度達(dá)到一定程度下會(huì)進(jìn)行熱告警標(biāo)志輸出（ 140 攝氏度），如果熱度換在持續(xù)輸出，為防止意外發(fā)生進(jìn)行熱關(guān)斷（ 170 攝氏度），具備有內(nèi)部二極管，輸出電流峰值可到達(dá) 6A。在驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)方面具有非常大的優(yōu)勢，所以在許多高精尖設(shè)備上運(yùn)用很多。 引腳圖如圖 9所示： １２ 圖 簡單的說明引腳 1 BOOTSTRAP1 自舉 1輸入 2 OUT1 輸出 1：半 H 橋 1 號(hào)輸出 3 DIRECTION 方向輸入 4 BRAKE 制動(dòng)輸入：被有效地縮短其端子用于制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī) 5 PWM PWM 輸入：見表 1。這如何輸入（和方向輸入引腳 3）用于通過 PWM 信號(hào)的格式來確定 6 VS 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸入端口 7 GND 接地連接 8 SENSE 電流檢測輸出：該引腳提供拉電流檢測輸出信號(hào) 9 FLAG 熱標(biāo)志輸出：該引腳提供熱警告標(biāo)志輸出信號(hào) 10 OUT2 輸出 2：半 H橋 2號(hào)輸出 11 BOOTSTRAP2 自舉 2輸入：自舉電容引腳半 H橋 2號(hào) 光電編碼器模塊 . 本設(shè)計(jì)采用 HCTL2021 作為光電編碼器 引腳圖如圖 10所示，我們將對 對本論文用到的引腳進(jìn)行簡單的描述見表 1 １３ 圖 符號(hào) 引腳 功能 Vss 8 電源 VDD 16 接地 CH A 7 CHA 和 CHB 是接受輸出的施密特觸發(fā)器輸入來自正交編碼的源，例如增量光軸編碼器。 兩個(gè)通道， A和 B，標(biāo)稱 90度相位，是必要的。 CH B 6 RST 5 該低有效的施密特觸發(fā)輸入可清除內(nèi)部位置計(jì)數(shù)器位置鎖存器。它也會(huì)復(fù)位禁止邏輯。 RST 是相對于任何其他輸入信號(hào)是異步的。 OE 4 該 CMOS 有源低電平輸入使能三態(tài)輸出緩沖器。 的 OE 和 SEL 輸入通過內(nèi)部禁止邏輯進(jìn)行采樣時(shí)鐘的下降沿來控制內(nèi)部位置的加載數(shù)據(jù)鎖存。 SEL 3 該 CMOS 輸入直接控制位置中的哪個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)鎖存器使能到 8位三態(tài)輸出緩沖器。如上面的 OE，SEL 還控制內(nèi)部禁止邏輯。 0 的高電位 ， 1 的時(shí)候低電位 CLK 2 CLK 是外部時(shí)鐘信號(hào)的施密特觸發(fā)輸入。 D0 1 這些與 LSTTL兼容的三態(tài)輸出形成 8位輸出端口 可以讀取 12/16位位置鎖存器的內(nèi)容 2個(gè)連續(xù)字節(jié)。 首先讀取包含位 815的高字節(jié)（在 ...上） HCTL2021，該字節(jié)的最高有效 4 位在內(nèi)部設(shè)置為 0）。低位字節(jié)，位 07，被讀取第二個(gè)。 D1 15 D2 14 D3 13 D4 12 D5 11 １４ 表 n數(shù)字閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入系統(tǒng) ， 它做到這一點(diǎn)將時(shí)間密集的正交解碼器功能轉(zhuǎn)換成一個(gè)成本有效的硬件解決方案。 HTEL20XX系列是 4x正交解碼器，二進(jìn)制向上 /向下狀態(tài)計(jì)數(shù)器和 8位總線接口。 輸出信號(hào)和級(jí)聯(lián)信號(hào)用于許多標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器 IC。 HCTL20XX系列提供了 LSTTL兼容的三態(tài)輸出 緩沖區(qū) 工作溫度范圍為 40至 + 85176。C，時(shí)鐘頻率高達(dá) 14 MHz 它的特征： 接口編碼器到微處理器 14 MHz時(shí)鐘操作 全 4X解碼 高抗噪能力：施密特觸發(fā)器輸入數(shù)字噪聲濾波器 12位或 16位二進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器 鎖存輸出 8位三態(tài)接口 8,12或 16位操作模式 正交解碼器輸出信號(hào)，上 /下和計(jì)數(shù) 級(jí)聯(lián)輸出信號(hào)，上 /下和計(jì)數(shù) 大幅降低系統(tǒng)軟件 應(yīng)用 ： 接口正交增量編碼器到微處理器 接口數(shù)字電位器到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入總線 描述 ： HCTL2021， 2021年， 2020年是執(zhí)行正交解碼器，計(jì)數(shù)器和總線接口功能的 CMOS IC。 HCTL2021的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)允許位置讀取超過兩個(gè)字節(jié)?？梢酝ㄟ^對所有字節(jié)進(jìn)行比較，然后按照 8位總線順序?qū)ψ止?jié)進(jìn)行讀取來實(shí)現(xiàn)。假設(shè)在外部使用與鎖存器相關(guān)的計(jì)數(shù)器來計(jì)數(shù)超過 16位的計(jì)數(shù)。這個(gè)配置是兼容 HCTL20216內(nèi)部計(jì)數(shù)器 /鎖存器組合?？紤]以HCTL2021的內(nèi)部反傾銷為起點(diǎn)的閱讀周期的事件順序。在上升的鐘表上，計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)在內(nèi)部計(jì)數(shù)器更新，滾動(dòng)。級(jí)聯(lián)脈沖（ CNTCAS）將在上升時(shí)鐘邊沿（ tCHD）之后產(chǎn)生 一些延遲。將會(huì)有額外的傳播延遲通過外部計(jì)數(shù)器和寄存器。同時(shí)， SEL和 OE低開始讀取，內(nèi)部鎖存器在下降沿被禁止，不再更新，直到禁止被復(fù)位。如果 CNTCASpulsD6 10 D7 9 １５ e現(xiàn)在切換外部計(jì)數(shù)器，并且該計(jì)數(shù)被取消了主要的計(jì)數(shù)錯(cuò)誤 willoccur。當(dāng)內(nèi)部鎖存被禁止時(shí)，計(jì)數(shù)錯(cuò)誤是由外部鎖存器更新的。有效數(shù)據(jù)可以保證當(dāng)高字節(jié)讀取開始（ SEL和 OE為低電平）時(shí)，鎖存外部計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)。這個(gè) latched外部字節(jié)對應(yīng)于計(jì)數(shù)在禁止的內(nèi)部。當(dāng)讀取開始時(shí)，在時(shí)鐘周期內(nèi)產(chǎn)生的級(jí)聯(lián)脈沖由外部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不丟失。 例如，假設(shè) HCTL2020計(jì)數(shù) 為 FFFFH，外部計(jì)數(shù)器為 F0H，計(jì)數(shù)上升。一個(gè)計(jì)數(shù) 發(fā)生在 HCTL2021中將會(huì)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生級(jí)聯(lián)脈沖。從該時(shí)鐘周期開始的讀數(shù)將從 HCTL2021顯示 FFFFH。外部鎖存器應(yīng)該為 F0H，但是如果主機(jī)在級(jí)聯(lián)信號(hào)傳播之后計(jì)數(shù)，則外部信號(hào)將讀取 F1H。 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖紙模塊 為了完成我們預(yù)期的設(shè)計(jì)，需要自行設(shè)計(jì)調(diào)速的圖紙下面本設(shè)計(jì)主要講述了最小開發(fā)版的原理圖的理解，以及整體原理圖的的繪制。 原理圖模塊 stc15f2k60s2 最小開發(fā)板模塊的原理圖如圖 11 所示 圖 １６ 這一塊主要就是芯片和兩個(gè)排插，通過排插上的每個(gè)點(diǎn)就可以和相應(yīng)的管腳相連接，還具有一個(gè)正的 5V 引腳和負(fù)的 引腳。四個(gè)接地口。 接下來是 USB 驅(qū)動(dòng)芯片，串口的輸入輸出口的指示燈以及晶振模塊，電源的指示燈 接通電源，按下按鈕 D3電源指示燈會(huì)亮 進(jìn)行程序燒寫的時(shí)候 R2 R3會(huì)按設(shè)定好的程序閃爍。 相關(guān)圖如圖 12所示： 圖 整體的原理圖 這里包括了單片機(jī) stc15f2k60s2 與電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 LMD18200T 和光電編碼器HCTL2021 之間的連接圖，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路圖，一個(gè)時(shí)鐘電路和一個(gè)復(fù)位電路。值得說明的是這里的單片機(jī)我們用運(yùn)的是 stc15f2k60s2 的管腳圖并沒有用到上述的最小開發(fā)板的原理圖，以為我們用運(yùn)最小開發(fā)版只是給我們搭建了一個(gè)程序燒寫的平臺(tái)使得我們的設(shè)計(jì)并不用再去為燒寫程序而專門設(shè)計(jì)電路節(jié)省了我們大量的時(shí)間。但效果都是一樣的單片機(jī)是通過直接的引腳連接，開發(fā)板是通過間接的連接，不同的是后者只是經(jīng)過開發(fā)板板罷了。 在剛開始接 觸原理圖制作的時(shí)候，因原理圖庫并不能找見恩設(shè)計(jì)所需要的芯片類型，需要自己動(dòng)手進(jìn)行芯片的繪制和封裝，并且要嚴(yán)格按照尺寸進(jìn)行。 １７ 圖 圖的設(shè)計(jì) 在我們繪制完原理圖后，就需要我們自己動(dòng)手完成 PCB 圖的設(shè)計(jì)，其中包括了光電編碼器 HCTL2021 模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 LMD18200T 模塊，與開發(fā)板連接的排針。需要說明的是：在大多數(shù)情況下 PCB 圖是可以由原理圖直接編譯過來再覆銅進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置就可以完成，但因?yàn)槲覀冞\(yùn)用了最小開發(fā)版，并不能直接由原理圖編譯過來，而采用了自己繪制。當(dāng)然所有的尺寸都是按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行的。 圖 圖 下面進(jìn)行 PCB 圖的說明： １８ 左邊大焊盤插座部分是兩個(gè) +12V的直流電源輸入接口，兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電源輸出 端口，這四個(gè)端口經(jīng)過的都是