【正文】 蕩器頻率為： 單片機(jī)為： 11MHz ～ 17MHz ，單片機(jī)為： 8MHz ～ 12MHz 精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測試為準(zhǔn) 13. 共 4個(gè) 16位定時(shí)器 兩個(gè)與傳統(tǒng) 8051兼容的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,16位定時(shí)器 T0和T1，沒有定時(shí)器 2，但有獨(dú)立 波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器 ,再加上 2路 PCA模塊可再實(shí)現(xiàn) 2個(gè) 16位定時(shí)器 14. 3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由 T0的溢 出在 ，可由 T1的溢出在 輸出時(shí)鐘 ,獨(dú) 立波特率發(fā)生器可以在 15. 外部中斷 I/O口 7路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒，INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ), CCP1/(也可通過寄存器設(shè)置到 ) 16. PWM(2路） / PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列 ,2路） 也可用來當(dāng) 2路 D/A使用 也可用來再實(shí)現(xiàn) 2個(gè)定時(shí)器 也可用來再實(shí)現(xiàn) 2個(gè)外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持 ) , 10位精度 ADC，共 8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25萬次 ) (UART)，由于 STC12系列是高速的 8051，可再用定時(shí)器或 PCA軟件 實(shí)現(xiàn)多串口 19. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有 S2標(biāo)志的才有雙串口， RxD2/(可通過寄存器設(shè) 置到 )， TxD2/(可通過寄存器設(shè)置 到 ) 20. 工作溫度范圍： 40 ~ +85℃ (工業(yè)級 ) / 0 ~ 75℃ (商業(yè)級 ) ： LQFP48, LQFP44, PDIP40, PLCC44, QFN40 I/O口不夠時(shí)，可用 2到 3西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 根普通 I/O口線外接 74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴(kuò)展 I/O口 , 還可用 A/D做按鍵掃描來節(jié)省 I/O口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口 圖 單片機(jī)引腳 加速度傳感器 課題采用 MMA7260QT三軸加速傳感器 , MMA7260能在 XYZ三個(gè)軸上讀 取水平墜落、傾斜、移動(dòng)、震動(dòng)和搖擺。 3% 12. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體 /時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C振蕩器 (溫漂為 177。 1. 增強(qiáng)型 8051 CPU， 1T，單時(shí)鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 2. 工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： （ 5V單片機(jī)） 3. 工作頻率范圍： 0～ 35MHz，相當(dāng)于普通 8051的 0～ 420MHz 4. 用戶應(yīng)用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié) ...... 5. 片上集成 1280字節(jié) RAM 6. 通用 I/O口（ 36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O口） 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，強(qiáng)推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 漏每個(gè) I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過 120mA 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） / IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 8. 有 EEPROM功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部 EEPROM) 9. 看門狗 MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體 12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接 1K電阻到 地） : 在 5V單片機(jī)為 ，誤差為 177。 單片機(jī)功能介紹 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超 強(qiáng) 抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快 812 倍。 硬件電路圖 圖 PMM8713 硬件電路 單片機(jī)硬件原理 單片機(jī)使用 STC12C5A60S2 單片機(jī)，其兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)干擾的新一代 8051 單片機(jī)。所以脈沖分配芯片 PMM8713 的 EA、EB 管腳接高電平， BA、 D 管腳接低電平， R 管腳是復(fù)位端， VCC、 GND 分別接電源和地，由于我們采用單片機(jī)輸出脈沖控制步進(jìn)電機(jī)，并不需要脈沖發(fā)生器，所以 CU（ UP 計(jì)時(shí)脈沖 ）、 CD（ DOWN 計(jì)時(shí)脈沖 ）都接地。 （ a） (b) 圖 PMM8731 PMM8713 的功能表 : 輸入 輸出 勵(lì)磁方式 Φ C EA EB CU CD CK U/D CO EM Φ 1 Φ 2 Φ3 Φ 4 三相單 雙勵(lì)磁 0 1 1 Χ Χ Χ Χ 1 1 0 1 0 三相雙勵(lì)磁 0 0 0 Χ Χ Χ Χ 1 1 0 1 0 三相單勵(lì)磁 0 01or10 Χ Χ Χ Χ 0 1 0 0 0 四相單 雙勵(lì)磁 1 1 1 Χ Χ Χ Χ 1 1 0 0 1 四相雙勵(lì)磁 1 0 0 Χ Χ Χ Χ 1 1 0 0 1 四相單勵(lì) 1 01or10 Χ Χ Χ Χ 0 1 0 0 0 Χ ： Don’t Care。片中的激勵(lì)方式控制電路用來選擇采用何種勵(lì)磁方式。采用雙脈沖輸入法的連線方式如圖 （ａ）所示，其中ＣＰ、ＣＵ兩端分別輸方向信號 脈沖 單片機(jī) 脈沖分配器 電源 步進(jìn)電機(jī) 功率放大電路 圖 PMM8713原理框圖框圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 入步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。 在ＰＭＭ８７１３的內(nèi)部電路中，時(shí)鐘選通部分用于設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。該器件采用DIP16 封裝，適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。 圖 串行控制示意圖 步進(jìn)電機(jī)脈沖分配 目前對步進(jìn)電機(jī)的控制主要有分散器件組成的環(huán)形脈沖 分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等 ，本題目采用 PMM8731 脈沖分配器。 用單片機(jī)系統(tǒng)接口的數(shù)條數(shù)據(jù)線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)線路的方法稱為并行控制。 控制線可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)方向的控制，如為低電平： “ 0” 時(shí)，環(huán)形分配器按正方向進(jìn)行脈沖分配，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)；而為高電平 “ 1” 時(shí)，環(huán)形分配器按反方向 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 進(jìn)行脈沖分配，電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)行時(shí)，就發(fā)出恒定周期的脈沖串；當(dāng)需要加減速運(yùn)行時(shí)，就發(fā)出周期遞減活周期遞增的脈沖串；當(dāng)需要鎖定狀態(tài)時(shí)，只要停止發(fā)脈沖串就 可以了。 由于單片機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器之間只有兩條控制線，使系統(tǒng)構(gòu)成簡單。 具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間只需兩條 控制線，一條用來發(fā)出時(shí)鐘脈沖串，另一條用來發(fā)出方向電平。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖 、 b、 c 所示： 圖 波形 串并行控制 采用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，有串行控制和并行控制兩種方法。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。依次類推， A、 B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì) 沿著 A、B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)開關(guān) SC 接通電源， SB、 SA、 SD 斷開時(shí)，由于 C 相繞組的磁力線和 4 號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)， 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。 圖 是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。 /(50*8)=176。 /(50*4)=176。 a=360176。拍數(shù)：完成一 個(gè)磁場周期性變化所需脈沖用 n 表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，四相電機(jī)有四相四拍運(yùn)行方式即AB→BC→CD→DA→AB, 四相八拍運(yùn)行方A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 。當(dāng)某一相繞組通電時(shí)，對應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，這時(shí)，如果定子和轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，在磁場的作用下，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，則轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使轉(zhuǎn)子與定子的齒相互對齊，由此可見，錯(cuò)齒是促使電機(jī)旋轉(zhuǎn)的原因。 四相步進(jìn)電機(jī) 工作原理：四相步進(jìn)電機(jī) 采用單極性直流電源供電。另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱硬環(huán)形分配器。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度由輸入的電脈沖數(shù)確定，所以，也有人稱步進(jìn)電機(jī)為數(shù)字 /角度轉(zhuǎn)換器。 步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（ PM），反應(yīng)式（ VR）和混合式 (HB)，步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，是工業(yè)過程控制和 儀表中一種能夠快速啟動(dòng)，反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的執(zhí)行元件，其功用是將電脈沖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移，由于開環(huán)下就能實(shí)現(xiàn)精確定位的特點(diǎn)，使其在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。每輸入一個(gè)電 脈沖 ，電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。 通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過 定子繞組 時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量 磁場 。 步進(jìn)電機(jī)是一種 感應(yīng)電機(jī) ，它的工作原理是利用 電子 電路， 步進(jìn)電機(jī)將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器 。在非超載的情況下，電機(jī)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(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的。 單 片 機(jī) 加速傳感器 橫向驅(qū)動(dòng)器 鍵盤 座椅 前置電路 縱向驅(qū)動(dòng)器 電源 圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 本課題選著混合式步進(jìn)電機(jī)，考慮到 兩 相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 會(huì)有振動(dòng) 以及 噪聲 的缺點(diǎn)，所以我們選著步距角更小的四相混合式步進(jìn)電機(jī)，并采用四相八拍的工作方式，這樣步距角會(huì)更小，這就很好的解決了 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 缺點(diǎn)。電機(jī)控制程序，控制輸出脈沖個(gè)數(shù)及輸出脈沖速度，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度。 車輛座椅自平衡軟件部分主要由加速傳感器數(shù)據(jù)采集處理程序、電機(jī)控制程序程序、鍵盤子程序、判斷采樣周期的中斷子程序組成。 單片機(jī)使用 STC12C5A60S2 單片機(jī)，其兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)干擾的新一代 8051 單片機(jī)。課題采用MMA7260QT 三軸加速傳感器， MMA7260 能在 XYZ 三個(gè)軸上讀取水平墜落、傾斜、移動(dòng)、震動(dòng)和搖擺。 ● 常規(guī)可靠性設(shè)計(jì)。 ● 2 路座椅自平衡調(diào)節(jié)電機(jī)控制算法。 自主設(shè)計(jì)車輛自平衡座椅，含以下部分： ● 典型 51 內(nèi)核的單片機(jī)系統(tǒng)軟件（推薦采用 STC 系列 8051）。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)基于 STC12C5A60S2 單片機(jī)的車輛自平衡控制系統(tǒng)。 2020 年 ,周惠興、趙建萍申請了兩輪自平衡電動(dòng)車實(shí)用新型專利。上述兩種都基本實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自平衡控制。用永磁直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行裝置來驅(qū)動(dòng)左右兩輪。用 KY2020 型水平儀和 M0CH21A 光電傳感器來采集車體姿態(tài)信息 。 2020 年 ,中國科技大學(xué)屠動(dòng)武、張培仁等研制出了兩輪自平衡代步車一 Free Mover,它是一種兩輪左右布置于人體腳下且具有自平衡控制系統(tǒng)的電動(dòng)車 ,其結(jié)構(gòu)類似于 Segway PT。 2020 年通用汽車公司聯(lián)合 Segway 公司在紐約宣布將來會(huì)在都市個(gè)人交通工具領(lǐng)域進(jìn)行合作 ,并發(fā)布了第一款新型汽車 —— 。 Segway 于 2020 年 10 月發(fā)布了自己的又一新作 :一輛四輪電動(dòng)概念車 半人馬號 。 2020 年初 ,由美國 Dean Kamen 研究的兩輪自平衡單車面市 ,是世界上第一臺(tái)可以載人的兩輪自平衡電動(dòng)車 ,取名為 SegwayHTil67。 身高只有 50 cm,重約 5 Kg的村田頑童應(yīng)用了陀螺傳感器和各種當(dāng)時(shí)的高科技產(chǎn)品 ,最終以完成停而不倒 ,在坡道上行駛和汽車通過 S 型平衡木等多項(xiàng)技能征服 了世界人民的眼睛。 2020 年 ,日本村田制作所本著利用最先進(jìn)的制造技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化而培養(yǎng)技術(shù)技能的目的 ,開發(fā)了 村田頑童 。它采用了當(dāng)時(shí)流行的紅外測距儀來反饋機(jī)器人的姿態(tài)信號 ,通過差動(dòng)傳動(dòng)方式 來實(shí)現(xiàn)控制 ,并且設(shè)置了無線接口 。 B2 作