【導讀】零部件角度測量應(yīng)用越來越廣泛，對精度要求也越來越高。特別是在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中，角。品的質(zhì)量與壽命，因而角度測量在現(xiàn)代工業(yè)中占有重要的地位。角度傳感器是用來測量固。機械控制、無人駕駛飛行器、指揮儀和雷達等系統(tǒng)的方位角或俯仰角測量。硬件部分主要包括STC89C52單片機最小系統(tǒng)，ULN2021電機驅(qū)動電路，SCA60C傾角傳感器，電源模塊,數(shù)碼管顯示模塊等。系統(tǒng)通過角度傳感器實時采集角度信。而驅(qū)動28BYJ-48步進電機，使步進電機上的平板隨著擺桿的擺動而旋轉(zhuǎn)。電機達到設(shè)置值時，啟動報警裝置。此時步進電機停止工作，數(shù)碼管顯示設(shè)置角度值。第1章緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

　　

【正文】 第 16 頁 位和滿度可調(diào)整，直流供電，同時提供比率和數(shù)字脈寬輸出設(shè)計思路等特點。量程為 20176?！?0176。工作溫度為 20176。C～ 65176。C。 SCA60C 單軸傾角傳感器 應(yīng)用于智能車身平衡檢測、教學實驗演示、產(chǎn)品開發(fā)等等；角度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓信號，輸出為模擬電壓值，可以接帶 AD 的單片機的輸入口。傾角信號模擬電壓輸出［ 0180176。］對應(yīng)［ ］可單片機 AD 采集；雙向傾斜信號報警輸出；輸出有效信號低電平指示燈亮；左傾斜時輸出左傾報警信號綠燈亮， 右傾斜時輸出右傾斜報警信號黃燈亮；左右傾斜角度報警范圍 090176。， 90180176。全范圍可調(diào)，調(diào)整精度為 177。1176。帶安裝孔，方便固定安裝；電路板傾斜信號為 TTL 高低電平，可直接接單片機 IO 口。 步進電機 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機能將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或線位移；具有快速啟動和停止的功能。步進電動機的轉(zhuǎn)子為多極分布，定子上嵌有多相星 形連接的控制繞組，由專門電源輸入電脈沖信號，每輸入一個脈沖信號，步進電動機的轉(zhuǎn)子就前進一步。由于輸入的是脈沖信號，輸出的角位移是斷續(xù)的，所 以又稱為脈沖電動機。 步進電機 為 開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。步距角和轉(zhuǎn)速不受電壓波動和負載變化的影響。再不是不得情況下步距誤差不會長期累積。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控 制變的非常的簡單。 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的 交流電機， 直流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非 容 易 ，它涉及到機械、 電子、計算機及 電機等許多專業(yè)知識。 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度 (稱為 ―步距角 ‖)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制 電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）用 紙 佳木斯大學教務(wù)處 第 17 頁 步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 一般用在精確定位方面 。 步進電機動態(tài)指標及術(shù)語： (1)步距角精度： 步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差 /步距角 *100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。 (2)失步： 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。 (3)失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn) 必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。 (4)最大空載起動頻率： 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 (5)最大空載的運行頻率： 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 (6)運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。 其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。 電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不 然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。 步進電機根據(jù)單片機輸出給驅(qū)動電路的脈沖信號確定步數(shù)，從而隨著擺桿擺動調(diào)節(jié)平板的位置保持水平。步進電機分三種：永磁式（ PM） ，反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB） 永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度 或 15 度； 反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家 80 年代已被淘汰； 混合式步進是指混合了永 磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 度而三項步距角為 度，五相步進角一般為 度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）用 紙 佳木斯大學教務(wù)處 第 18 頁 單片機 單片機通常由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有中央處理器 CPU、存儲器、定時器 /計數(shù)器和 I/O 接口電路等主要的計算機部件。單片機又稱單片微型計算機。單片機主要具有以下特點： (1)受集成度的限制，片內(nèi)存儲容量小。 ROM 一般小于 8KB， RAM 小于 256B，但可在外部擴展，通常 ROM 和 RAM 可分別擴展至 64KB。 (2)可靠性高。芯片是按照工業(yè)測控 環(huán)境要求涉及的，其抗工業(yè)噪聲干擾能力優(yōu)于一般通用的 CPU；程序指令、常數(shù)、表格固化在芯片內(nèi) ROM 中不易被破壞；許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。 (3)易擴展。片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多擴展用的總線及并行、串行輸入 /輸出端子，可方便地構(gòu)成各種規(guī)模的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。 (4)控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)有極其豐富的條件分支指令、 I/O 接口的邏輯操作及位處理指令。一般說來，單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微處理器。 (5)體積小、功耗低、價格便 宜、易于產(chǎn)品化。 單片機分為通用型單片機和專用型單片機兩類，通常所說的單片機是指通用型單片機。所謂通用型 單片機就是把所有可開發(fā)的資源全部提供給用戶使用，其適應(yīng)性較強，應(yīng)用范圍較廣。而專用型單片機是針對某些特定場合或功能專門設(shè)計的芯片，其適用范圍有一定的局限性，但它的指令執(zhí)行時間短、運算速度快、精度高。 在未來相當長的時期內(nèi)， 8 位單片機仍是單片機的主流機型。這是因為 8 位廉價單片機會逐漸侵入 4 位機領(lǐng)域；另一方面 8 位增強型單片機在速度及功能上向現(xiàn)在的 16 位單片機挑戰(zhàn)。因此，未來的機型很可能是 8 位機和 32 位機共同發(fā) 展的時代。從單片機的結(jié)構(gòu)和功能 看，單片機的發(fā)展趨勢將向大容量化、高性能化或小容量、低價格化以及外圍電路內(nèi)裝化和增強 I/O 接口功能等幾個方面發(fā)展。 單片機自身的特點決定了其應(yīng)用非常廣泛，單片機的應(yīng)用可分為單機應(yīng)用和多機應(yīng)用。所謂單機應(yīng)用，是指在一個應(yīng)用系統(tǒng)中只使用 1 塊單片機，這是目前應(yīng)用最多的方式。多機應(yīng)用是高科技領(lǐng)域應(yīng)用的主要模式。單片機的高可靠性、控制性能以及高運行速度，必然使未來的高科技工程系統(tǒng)采用單片機多機系統(tǒng)成為主要的發(fā)展方向。 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）用 紙 佳木斯大學教務(wù)處 第 19 頁 (1)Intel 公司推出的 MCS51 系列單片機以其典型的結(jié)構(gòu)、完善 的總線、特殊的功能寄存器的集中管理方式、位操作系統(tǒng)和面向控制的指令系統(tǒng)，為單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。MCS51 系列單片機可分為兩大系列： 51 基本型和 52 增強型。 基于 51 內(nèi)核的單片機依然是 最多的，目前國內(nèi)較常見的有以下幾種。 PHILPS 公司的的 LPC 系列，基于 80C51 內(nèi)核的微控制器，每機器周期只需 6 個時鐘，比標準 51 快一倍；嵌入了諸如掉電檢測、模擬功能以及片內(nèi) RC 振蕩器等功能，可減少外部元件的使用；低功耗。該系列芯片適用于大批量、低成本、低功耗的應(yīng)用，如電子門禁系統(tǒng)、倒車雷達、 里程表等。 Philips 公司的 51 系列單片機是以 MCS51 內(nèi)核為基礎(chǔ)的、增強型 51 單片機系列。在芯片內(nèi)部增加了非易失性 Flash ROM 存儲器作為程序存儲器，同時還采用電可擦除的 EEPROM 作為數(shù)據(jù)存儲器。此外，該系列的單片機還增加了程序監(jiān)視器（ WDT）、脈沖寬度調(diào)制器（ PWM）、模擬比較器、可編程計數(shù)器陣列（ PCA）、 8 位ADC 和串行 I2C 擴展總線等功能。這種總線是主機系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速設(shè)備同步等功能的高性能串行總線，可以通過 I2C 總線對系統(tǒng)進行擴展，使單片機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，多機通信實現(xiàn) 更加容易。 SST 公司的 SST89C5 SST89C58，具有在應(yīng)用中編程（ IAP）功能、在系統(tǒng)可編程（ ISP）功能，不占用戶資源，串口下載，無需編程器、仿真機，芯片就是仿真機，是教 學用單片機的首選 。 Cygnal 公司的 C8051F 系列單片機 該系列單片機大部份指令只需一個時鐘周期即可完成（ 89C51 的一條指令最少為 12 個時鐘周期），因而，該系列單片機的運行速度大大加快。其余改進包括加多了中斷源、復位源，帶有 JTAG 接口，可在系統(tǒng)編程調(diào)試，可實現(xiàn)捕捉、高速輸出、 PWM 功能等，是 51 系列單片機中的高端產(chǎn)品。由于該系列單片機基于 51 內(nèi)核，因而，對于愛好者來說，當標準 51 單片機功能無法滿足要求時，選擇這一單片機比較容易上手，不需重新學習一種全新的單片機。 AD 公司的 AduC81 AduC824 AD 公司是著名的模擬器件生產(chǎn)公司，其運放、 AD轉(zhuǎn)換器等產(chǎn)品是高品質(zhì)的象征，這兩款單片機是 AD 公司結(jié)合其模擬技術(shù)特長而推出的基于 51 內(nèi)核的單片機，其中 Aduc812 芯片內(nèi)集成有 8K FLASH ROM， 640 字節(jié) EEPROM， 256 字節(jié) RAM， 8 通道 12 位 A/D、 2 通道 12 位 D/A，另有 μP監(jiān)控電路、溫度傳感器、 SPI 和 I2C 總線接口等豐富資源，而 Aduc824 內(nèi)部更是集成了兩路 24 位 +16 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）用 紙 佳木斯大學教務(wù)處 第 20 頁 位 A/D，這是另一類 51 高端芯片，該芯片適合用于各類智能儀表、智能傳感器、變送器和便攜式儀器等領(lǐng)域。 (2)美國微芯科技股份有限公司的 PIC 系列，久負盛名的 RISC 單片機，工藝性能優(yōu)良，抗干擾能力強，系列品種齊全，其 OTP（一次性可編程）產(chǎn)品大批量用于家電控制等場合，某些內(nèi)置 FLASH ROM 的型號用于工業(yè)控制也很合適。順 便提一下，該系列型號中的 PIC16F84 是一款很好用的單片機入門芯片，該款芯片內(nèi)置 flash ROM，支持 ISP 下載 。 (3)ATMEL 公司的 AVR 系列，號稱速度最快的 8 位單片機，該系列單片機的特點是片內(nèi)采用 FLASH ROM，可多次擦寫，高速度、低功耗，每條指令只需一個時鐘周期即可執(zhí)行完畢，具有串行下載功能，高低檔品種齊全，便于選擇。美國 Atmel 將 Flash 存儲器與MCS51 控制器相結(jié)合，開發(fā)生產(chǎn)了新型的 8 位單片機 AT89 系列單片機。 AT89 系列單片機不僅具有一般 MCS51 單片機的所 有特性，而且還具有以下幾個獨特的的優(yōu)點。 ① 和 51 系列單片機的引腳分布相同，所以當用 89 系列單片機取代 51 系列單片機時，可直接進行代換。 ② 芯片內(nèi)部配有電可擦寫型程序存儲器，在系統(tǒng)開發(fā)時可以重復進行編程，這大大降低了開發(fā)成本，縮短了系統(tǒng)開發(fā)的周期。 ③ 具有兩種可編程方式，既可采用 12V電壓編程，也可以采用 Vcc 電壓編程，其中Vcc 為 ～ 6V。 ④ 89 系列單片機采用靜態(tài)時鐘方式，工作頻率范圍為 0～ 24MHz，便于系統(tǒng)的功耗控制。 總之， AT89 系列單片機與 MCS51 系列單片機具有兼容性，而且前者的性能價 格比等指標更優(yōu)越，是目前取代傳統(tǒng)的 MCS51 系列單片機的主流單片機之一。 (4)MSP430 系列 德州儀器公司出品的 MSP430 系列是一種特低功耗的混合信號微控制器，該系列芯片具有 16 位 RISC 結(jié)構(gòu)，價格低廉，人們常常把它與 8 位機放在一起比較，該單片機最大的特點是用電極省，據(jù)稱由此芯片做成的水表可以十年才換一次電池。該系列 單片機主要用于各種智能儀表、測試測量系統(tǒng)等 。 (5)Motorola 公司是世界上最大的單片機生產(chǎn)廠商。推出的 M68HC08 系列單片機，具有速度快、功能強、價格低、功耗 低、指令系統(tǒng)豐富等特點，是具有極高性價比的新一代 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）用 紙 佳木斯大學教務(wù)處 第 21 頁 8 位