【導讀】師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學可以將本學位。印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。當在平衡臂的一端放置重物時，平衡臂必然會向掛有重物的一端傾斜。外電機的驅(qū)動芯片選擇的是ULN20xx。電機的端子嵌在螺旋傳動機構(gòu)中，點擊轉(zhuǎn)。母與重物產(chǎn)生的力矩相同時，平衡臂即可達到平衡。程序的設(shè)計及調(diào)試過程，同時給出了原理圖、流程圖等。涵蓋了從需求分析，系。本設(shè)計對無人操作吊塔式起重機具有一定研究意義。

　　

【正文】 VDH PADCH PSH PT1H PX1H PT0H PX0H （ 1） P1 口模擬功能控制寄存器 P1ASF A/D 轉(zhuǎn)換通道與 P1 口復用，上電復位后 P1 口為弱上拉型 I/O 口，用戶可以通過軟件設(shè)置 8 路中的任何一路設(shè)置為 A/D 轉(zhuǎn)換，不需作為 A/D 使用的 P1 口可以繼續(xù)作為 I/O 口使用。需作為 A/D 使用的口需先將 P1ASF 特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置置 1，并將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功能。 =1 表示 口作為模擬功能 A/D 使用。 （ 2） ADC 控制寄存器 ADC_CONTR ADC_POWER為 ADC電源控制位。 0：關(guān)閉 A/D轉(zhuǎn)換器電源； 1：開啟 A/D轉(zhuǎn)換器電源。啟動 A/D轉(zhuǎn)換前一定要確定 A/D電源已打開。 SPEED SPEED0為模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位，當二者皆為一時表示 90個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次， CPU工作頻率 21MHz時， A/D轉(zhuǎn)換速度約 250KHz。 ADC_FLAG為模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標志位，當 A/D轉(zhuǎn)換完成后， ADC_FLAG=1，要由軟件清 0。 ADC_START為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）轉(zhuǎn)換啟動控制位，設(shè)置 1時開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后置 0。 （ 3）輔助寄存器 AUXR1 當 PCA_P4=0， SPI_P4=0,S2_P4=0表示缺省 PCA/SPI/UART2在 P1口， GF2是通用標志位。 ADRJ=1表示 10位 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高 2位放在 ADC_RES寄存器的低 2位，低 8位存放在 ADC_RESL寄存器。 DPS=0表示使用缺省數(shù)據(jù)指針 DPTR0。 第 21 頁 共 34 頁 （ 4） A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器 ADC_RES、 ADC_RESL AUXR1寄存器的 ADRJ位是 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器（ ADC_RES、 ADC_RESL）的數(shù)據(jù)格式調(diào)整控制位。 當 ADRJ=1時， 10位 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果的高 2位存放在 ADC_RES的低 2位中，低8位存放在 ADC_RESL中。 用 Keil 對 C 語言進行編譯如下圖 16。當打開軟件后，輸入 C 語言代碼，當代碼輸入完成后，進行編譯，顯示 0 Error(s)， 0 Warning(s).即沒有錯誤。編譯成功。 圖 16 Keil 編譯 C 程序 6 系統(tǒng)調(diào)試 Protel99se 及其操作簡介 Protel99SE 是 20xx 年由 Protel 公司推出的用于印刷電路板設(shè)計的軟件系統(tǒng)。從 1991 年至今，它經(jīng)歷了 Advanced PCB， Protel98， Protel99， Protel99SE 幾個版本的發(fā)展。不過在眾多的版本中， Protel99SE 是 EDA 行業(yè)能第一個可以在單個應(yīng)用程序中完成所有電路板設(shè)計的處理工具。 Protel99SE 主要是由 PCB 印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)和 FPGA 設(shè)計系統(tǒng)兩部分組成，在這次的設(shè)計中，使用了引用最廣泛的 PCB 設(shè)計系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要是有以下幾個部分。 （ 1）原理圖設(shè)計環(huán)境：主要用來設(shè)計 原理圖文件。 （ 2）原理圖庫文件編輯環(huán)境：用于設(shè)計元件原理圖模型。 （ 3）印刷電路盤設(shè)計環(huán)境：用于設(shè)計印刷電路板文件。 （ 4） PCB 封裝庫文件編輯環(huán)境：用于編輯元件的封裝模型。 第 22 頁 共 34 頁 原理及 PCB 設(shè)計 現(xiàn)在可著手硬件制作，此時運用 Protel99SE 進行原理設(shè)計，填好每個元件封裝，此時有些元件在庫中是沒有原理圖及封裝的，此時就要求設(shè)計者自行根據(jù)所用硬件參數(shù)畫原理圖及封裝。當一切準備就緒后便可開始布線，布線有兩種方式：自動布線和手動布線。自動布線是軟件根據(jù)當前元件布局進行的智能布線操作，但是對于較復雜的設(shè)計 ，會出現(xiàn)較多飛線的情況，因此采用手動布線。如下圖 17是布完線后的 PCB 圖，圖 18是 PCB 圖對應(yīng)的電路板圖，圖 19為整個設(shè)計成品圖。 圖 19 控制系統(tǒng) PCB 圖 第 23 頁 共 34 頁 圖 20 電路板 圖 21 系統(tǒng)效果圖 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試的準備工作 （ 1）掌握相關(guān)器件的工作原理。 （ 2）準備好單片機開發(fā)板，信號源。 調(diào)試過程 （ 1）仔細觀察整板，并著重觀察各元件管腳是否存在虛焊、錯焊、漏焊，一定要注意焊點之間不能有連接的情況，如發(fā)現(xiàn)，用小刀將之割斷。 （ 2）將已燒錄好的單片機插入插座。 （ 3）插上電源，一定要注意電源的正負，不要接反。 （ 4）把重物放置在不同位置，觀察電機轉(zhuǎn)動狀況和平衡臂平衡情況。 設(shè)計結(jié)果 因為在購買元件過程中找不到更長的螺桿，步進電機不能固定在平衡臂的正中間，導致我的設(shè)計結(jié)果在一端放置重物時要考慮到另一端的步進電機的重量，當重物放置離平衡臂中間太近，平衡臂不能達到平衡，同樣，放置得太遠也不能 第 24 頁 共 34 頁 達到平衡，但是在適當?shù)木嚯x時，設(shè)計能達到除要求（ 5）以外的其他要求：通電后 LED 燈有變亮， 平衡臂掛有重物時，電機能自動旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母位置使之平衡，電機的轉(zhuǎn)速也控制在了 1r/s 左 右，但是由于電機的端子長期暴露在空氣中，端子上已經(jīng)開始生銹，電機在快達到平衡時的微調(diào)過程中轉(zhuǎn)動不連貫，導致了電機停止轉(zhuǎn)動之后平衡臂與水平面的角度大概在 5 度左右，未能完全達到 =5 度的要求。 7 結(jié)論與研究展望 主要結(jié)論 塔吊作為當代修建各種大小型建筑物的不可或缺的機械，對其更深入的研究具有重要的意義，平衡臂作為塔吊的主要構(gòu)成成分之一歷來是研究的重點。單片機因為其電路簡單易于調(diào)試而而被廣泛運用，本文著力于用單片機來來控制模擬塔吊平衡臂的平衡，并詳細解釋了其工作原理和實現(xiàn)方法并作出以下結(jié)論： （ 1）詳細 闡述了塔吊在國內(nèi)外的發(fā)展狀況，說明了研究平衡臂的重要性和通過單片機來控制平衡臂的可行性。并且簡要介紹了研究單片機控制平衡臂涉及到的其它結(jié)構(gòu)。 （ 2）對于課題給出了三個研究方向分別是： ； 改變力矩來控制平衡； 。介紹三個方案實施的可行性和他們各自的優(yōu)缺點，最終通過對比論證選用了方案三。 （ 3）介紹了完成此次設(shè)計需要用到的各種硬件，分別是： 12C5A60S2 單片機、 35BYJ46 型四相五線步進電機、 ULN20xx 驅(qū)動芯片、電位器和平衡臂。其中列出 了選用 12C5A60S2 作為本次設(shè)計的控制單片機的原因和其強大的功能，并且給出了它的封裝圖片。介紹了步進電機名稱的由來和內(nèi)部構(gòu)造，通過列表給出了該電機的相序以及驅(qū)動方法。詳細介紹了 ULN20xx 的特點和內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電路。注釋了電位器的阻值為 100k。平衡臂長 20cm，寬 2cm。 （ 4）給出了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，整畫出了個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計圖包含了以下模塊：單片機最小系統(tǒng)，包括時鐘電路模塊和復位電路模塊；以 ULN20xx為主的驅(qū)動電路；為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓的穩(wěn)壓電源電路。 （ 5）選用 Keil 作為編譯軟件，介紹了 Keil 的一些優(yōu)勢。為整個系統(tǒng)畫出了系統(tǒng)流程圖，詳細介紹了編譯時需要用到的單片機的一些寄存器和它們每個位的具體值，編譯成功沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，警告也是 0，在每行程序的右邊詳細地做了注釋，并且截取了一張通過 Keil編寫的程序的圖片。 （ 6）畫出了整個系統(tǒng)的 PCB 圖和最終的效果圖。程序編譯完后被燒盡單片機并開始調(diào)試，驗證是否達到最初的設(shè)計要求，最后得出除了平衡角度未能達標外其余都達標。 第 25 頁 共 34 頁 展望 本次的設(shè)計僅僅是模擬了塔吊工作時的一個平衡過程，故給出了一個非常簡易的設(shè)計。還可以更加完善這個設(shè)計并最終作出大型的仿真 塔吊工作過程。 （ 1）提高設(shè)計精度 本次雖然達到了平衡效果，但是并沒有完全達到事先設(shè)定好的要求，具體還有一些改進的地方如可以選用更的螺桿，固定步進電機于平衡臂的中央，這樣無論重物放置在什么地方，平衡臂都能達到平衡。此外電機轉(zhuǎn)速還有提高的空間，因為之前沒有考慮電機端子的摩擦力，電機的平衡不是很理想。 （ 2）智能化 隨著科技的飛速發(fā)展，人們希望機器人能代替我們做更多的事，我目前的設(shè)計只能解決對那些已經(jīng)懸掛在平衡臂上的物體的平衡問題，在需要不停運送重物的工地上并沒有起到任何作用，可以考慮講傳感器與塔吊結(jié)合從而實現(xiàn) 智能化，至于怎樣結(jié)合，這需要我以后更深入研究。 到此整個設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，我相信有一天無人操作的塔吊一定會被研制出來，并會得到廣泛運用。 在進行硬件設(shè)計過程中，我學會了將這幾年所學的書本知識與實際應(yīng)用起來，做到了學以致用，并深深地體會到，只有擁有扎實的基本功，對書本知識足夠的了解才能做出一個經(jīng)得起考驗的設(shè)計。通過各個元器件的應(yīng)用加深了我對其作用的了解，更明確了怎么在一個設(shè)計中選擇一個合適參數(shù)的元件，讓整個設(shè)計更加協(xié)調(diào)有序工作。在進行軟件設(shè)計過程中，我發(fā)現(xiàn)這次的編程較以前學習的更加龐大，模塊多樣，要考慮的因素多了 起來，正是這樣，我才明白了程序編寫的重要性及嚴謹性，每一個模塊都牽一發(fā)而動全身，要編寫出好的程序必定要預先設(shè)計好程序框圖，這樣才會使思維清晰，不易出錯。這樣才能編寫出一個合格的程序。 總之，通過本次畢業(yè)設(shè)計，我的制作硬件電路的能力和編程能力都得到了較大增強，受益匪淺。 第 26 頁 共 34 頁 參考文獻 [1] 鄭郁正 .單片機原理及應(yīng)用 [M].四川：四川大學出版社， 20xx [2] 吳飛青 ,丁曉 ,李林功 .單片機原理與應(yīng)用實踐指導 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 20xx [3] 張迎新 .單片機基礎(chǔ)教程 [M].北京 ：北京航空航天大學出版社， 20xx [4] 沙占有 .單片機外圍電路設(shè)計 [M].電子工業(yè)出版社， [5] 陳章龍 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，他的孜孜教誨讓我受益匪淺。同時我還要感謝我的同學，周圍很多同學的設(shè)計原理是想通的，同學不經(jīng)意的一句話總會把我點醒，正是由于大家的相互鼓勵和相互幫組才有了今天。還有也要感謝我的公司對我做畢業(yè)設(shè)計的大力支持，正是因為公司給了我 3 個月的時間來做畢業(yè)設(shè)計我才能順利完成。最后還要感謝花了 3 個月時間認真專研學習相關(guān)知識的自己，感謝自己堅持了下來并成功完成畢業(yè)設(shè)計，謝謝。 作者簡介： 姓 名：張均 性別：男 出生年月： 1988 年 11 月 10 日 民族：漢 Email: 第 28 頁 共 34 頁 聲 明 本論文的工作是 20xx 年 02 月至 20xx 年 06 月在成都信息工程學院完成的。文中除了特別加以標注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得成都信息工程學院或其他教學機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。除非另有說明，本文的工作是原始性工作。 關(guān)于學位論文使用權(quán)和研究成果知識產(chǎn)權(quán)的說明： 本人完全了解成都信息工程學院有關(guān) 保管使用學位論文的規(guī)定，其中包括： （ 1）學校有權(quán)保管并向有關(guān)部門遞交學位論文的原件與復印件。 （ 2）學?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復制方式保存學位論文。 （ 3）學?？梢詫W術(shù)交流為目的復制、贈送和交換學位論文。 （ 4）學校可允許學位