【正文】 ................... 14 復位電路設計 .......................................................................................... 15 驅動電路模塊 ................................................................................................... 16 穩(wěn)壓電源模塊 ................................................................................................... 17 變壓器 .............................................................................................................. 17 5 系統(tǒng)軟件設計 ............................................................................................................. 18 編譯軟件 Keil C51 簡介 ..................................................................................... 19 軟件編譯 .......................................................................................................... 20 6 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................... 21 Protel99se 及其操作簡介 ..................................................................................... 21 原理及 PCB 設計 ............................................................................................... 22 硬件調(diào)試 .......................................................................................................... 23 硬件調(diào)試的準備工作 ............................................................................... 23 調(diào)試過程 ................................................................................................. 23 設計結果 .......................................................................................................... 23 7 結論與研究展望 .......................................................................................................... 24 主 要結論 .......................................................................................................... 24 展望 ................................................................................................................. 25 參考文獻 ........................................................................................................................ 26 致 謝 ........................................................................................................................ 27 聲 明 ........................................................................................................................ 28 附 錄 ........................................................................................................................ 29 第 1 頁 共 34 頁 1 引言 選題背景及意義 隨著社會的不斷進步，人們對生活條件的不斷優(yōu)化，人們對衣食住行的要求越來越高，高樓大廈不斷平地而起。塔式起重機的金屬結構不斷被人們所了解，其中包括起重臂、前臂拉桿、塔帽、后壁拉桿、平衡臂、旋轉塔身、上下轉臺、頂升套架、塔身、底架、基礎等。 在日常的工作、學習、生活以及工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)實踐中，單片機的使用越來越廣泛，貫穿始終，單片機的 電路簡單，容易調(diào)試，若是把單片機與吊塔結合起來對塔式起重機的發(fā)展有很大的作用，到時后工地上的吊塔都是自動運行，一方面提高了工作效率另一方面也降低了事故發(fā)生率雖然現(xiàn)在還不好找到適合大型塔式起重機的單片機，但假以時日，該研究方向肯定會對塔式起重機的發(fā)展有巨大的推動作用 [1]。自升塔頂有截錐柱式、前傾或后傾截錐柱式、人字架式 及斜撐架式。除平衡重外，還常在其尾部裝設起升機構。平衡重的用量與平衡臂的長度成反比關系，而平衡臂長度與起重臂長度之間又存在一定比例關系。 我國的塔機行業(yè)于 20 世紀 50 年代開始起步，塔機在中國發(fā)展的比較 快速，相對于中西歐國家由于建筑業(yè)疲軟造成的塔機業(yè)的不景氣，我國的塔機業(yè)正處于一個迅速的發(fā)展時期。 根據(jù)此課題主要著手研究以下內(nèi)容： 掌握平衡系 第 2 頁 共 34 頁 統(tǒng)的基本構架，熟悉相關的硬件和軟件知識，再結合實際需要設計出控制平衡臂達到平衡的硬件框架結構和軟件設計流程。軟件包括：主程序、步進電機驅動模塊、平衡判斷模塊。 2 總體方案設計 方案比較論證 方案一 本設計要求平衡臂自動達到平衡，實現(xiàn)平衡臂的平衡可通過多種方式實現(xiàn)。 方案二 通過小車來控制平衡臂平衡，在平衡臂上端放置小車，最初時小車放在平衡臂正中央，平衡臂失去平衡時，為達到平衡，小車向著向上翹起的一段移動，小車靠電動馬達驅動，馬達與角度傳感器相連，當角度傳感器檢測出平衡臂與水平面平衡時馬達停止轉 動 [10]。 方案對比 方案一運用舵機，由于舵機控制臂桿左右的偏向是非線性控制，程序實現(xiàn)相對較為復雜，且舵機能夠承受的力矩較小，其在平衡臂的應用的并不合適，故方案一不能采用。在方案三中即使平衡臂偏移非常大，電機在旋轉時仍然可以改變螺母的位置從而使平衡臂重新達到平衡，而且方案三電路整體設計簡潔，軟件編寫也更為簡單，制成硬件電路后更易于調(diào)試，所以最終采用方案三。 本次設計選用過的 12C5A60S2芯片內(nèi)含 8路 10位 A/D轉換， AD值變換范圍是0～ 1024，通過實驗室的開發(fā)板測得：平衡臂在平衡時相應的 AD值為 890左右，由于 AD值有波動范圍，故設置當 AD值在 888～ 892范圍內(nèi)時，平衡臂達到平衡，電機停止轉動。由于每一個 AD值都對應 壓，為了達到對應的電壓值， 設計當中巧妙的運用了一個劃動電阻器來解決電壓的分壓。 設定單片機的 A/D轉換口， ，所以 器分得的電壓 [3]。 （ 2）當平衡臂掛有重物時，電機能自動旋轉調(diào)整螺母位置使之平衡。 （ 4）在設計中平衡臂角度對應的 AD 值本來就設定在 888892 之間，所以電機停止轉動時有可能不會完全與水平面達到平衡，在誤差允許范圍內(nèi)，平衡臂與水平面的角度 =5 度。 3 硬件選型 單片機選型 12C5A60S2 簡介 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期(1T)的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。STC12C5A60S2 系列單片機的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是各自獨立編址的。 STC12C5A60S2 系列單片機內(nèi)部有 1280 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，其在物理和邏輯上都分為兩個地址空間 :內(nèi)部 RAM(256 字節(jié) )和內(nèi)部擴展 RAM(1024 字節(jié) )。內(nèi)部 RAM 共 256 字節(jié)，可分為 3 個部分：低 128 字節(jié) RAM 與傳統(tǒng)8051 兼容高 128 字節(jié) RAM (Intel 在 8052 中擴展了高 128 字節(jié) RAM )及特殊功能寄存器區(qū)。高 128 字節(jié)RAM 與特殊功 能寄存器區(qū)貌似共用相同的地址范圍，都使用 80HFFH，地址空間雖然貌似重疊，但物理上是獨立的，使用時通過不同的尋址方式加以區(qū)分。 （ 2） 工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： ～ （ 5V 單片機）。 （ 4）片上集成 1280 字節(jié) RAM。 （ 6）通用 I/O 口（ 36/40/44 個），復位后為：準雙向口 /弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O 口）可設置成四種模式：準雙向口 /弱上拉，強推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個 I/O 口驅動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不要超過 120mA器可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 （ 8）共 4 個 16 位定時器兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 /計數(shù)器， 16 位定時 第 5 頁 共 34 頁 器 T0 和 T1，沒有定時器 2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上 2 路 PCA 模塊可再實現(xiàn) 2 個 16 位。 5% 到 177。 （ 10） 3 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 ，獨立波特率發(fā)生器可 以在 口輸出時鐘。 （ 12） PWM(2 路） / PCA（可編 程計數(shù)器陣列， 2 路）；也可用來當 2 路 D/A使用；也可用來再實現(xiàn) 2 個定時器；也可用來再實現(xiàn) 2 個外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時支持 )。 （ 14）通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時器或 PCA 軟件實現(xiàn)多串口 [12]。 STC12C5A60S2單片機中包含中央 處理器 (CPU)、程序存儲器 (Flash)、數(shù)據(jù)存儲器 (SRAM)、定時/計數(shù)器、 UART 串口、串口 I/O 接口、高速 A/D 轉換、 SPI 接口、 PCA、看門狗及片內(nèi) R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。 第 6 頁 共 34 頁 圖 2 12C560S2 內(nèi)部結構圖 12C5A60S2 單片機封裝尺寸圖 單片機 12C5A60S2 擁有不同形式的封裝，本設計選用的是 PDIP40 型封裝[10]，如下圖 3。當 P0口作為輸入 /輸出口時， P0是一個 8位準雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。 標準 I/O 口 PORT1[0] ADC0 ADC 輸入通道 0 CLKOUT2 獨立波特率發(fā)生器的時鐘輸出可通過設置 WAKE_CLKO[2]位/BRTCLKO將該管腳配置為CLKOUT2 2128 Port2: P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入 /輸出口，也可作為高 8位地址總線使用 (A8 ~ A15)。當直接使用外部時鐘源時，此引腳是 外部時鐘源的輸入端 XTAL2 18 內(nèi)部時鐘電路反相放大器的輸出端，接外部晶振 的另一端。 VCC 40 電源正極 Gnd 20 電源負極，接地 步進電機 很顯然，本次設計中最為重要也是核心的原件非步進電機莫屬，市場上的步進電機按力矩