基于单片机的路灯遥控装置的设计外文翻译重点.doc

浙江师范大学本科毕业设计(论文)外文翻译 译文： 基于AT89C2051的多路舵机控制器设计 作者：吴华波　钱春来 摘要 舵机是机器人、机电系统和航模的重要执行机构。舵机控制器为舵机提供必要的能源和控制信号。本文提出一种以外部中断计数为基础的 PWM 波形实现方法。该方法具有简单方便，成本低，可实现多路独立 PWM 输出的优点。 关键词： AT89C2051；舵机；控制器；外部中断；PWM 引言： 舵机是一种位置伺服的驱动器。它接收一定的控制信号，输出一定的角度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在微机电系统和航模中，它是一个基本的输出执行机构。 1 舵机的工作原理 以日本 FUTABA S3003型舵机为例，图1是 FUTABA-S3003 型舵机的内部电路。 舵机的工作原理是:PWM 信号由接收通道进入信号解调电路BA6688L 的12 脚进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688 的 3 脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686，以驱动电机正反转。当电机转速一定时， 通过级联减速齿轮带动电位器 Rw1旋转，直到电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号是 PWM 信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。 2 　舵机的控制方法 标准的舵机有 3 条导线，分别是:电源线、地线、控制线，如图2 所示。电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源，电压通常介于 4～6 V ，一般取5 V。注意，给舵机供电的电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为 20 ms（即频率为50 Hz）。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用图3来表示。 3 　舵机控制器的设计 （1） 舵机控制器硬件电路设计 从上述舵机转角的控制方法可看出，舵机的控制信号实质是一个可调宽度的方波信号（PWM） 。该方波信号可由 FPGA、模拟电路或单片机来产生。采用 FPGA 成本较高，用模拟电路来实现则电路较复杂，不适合作多路输出一般采用单片机作舵机的控制器。目前采用单片机做舵机控制器的方案比较多，可以利用单片机的定时器中断实现 PWM。该方案将20 ms 的周期信号分为两次定时中断来完成: 一次定时实现高电平定时 Th ；一次定时实现低电平定时 Tl 。Th 、Tl的时间值随脉冲宽度的变换而变化但 Th + Tl =20 ms。该方法的优点是，PWM 信号完全由单片机内部定时器的中断来实现，不需要添加外围硬件缺点是一个周期中的 PWM 信号要分两次中断来完成，两次中断的定时值计算较麻烦；为了满足20ms 的周期，单片机晶振的频率要降低；不能实现多路输出。也可以采用单片机+8253 计数器的实现方案。该方案由单片机产生计数脉冲（或外部电路产生计数脉冲）提供给8253 进行计数，由单片机给出8253 的计数比较值来改变输出脉宽该方案的优点是可以实现多路输出，软件设计较简单；缺点是要添加 1 片 8253 计数器，增加了硬件成本。本文在综合上述两个单片机舵机控制方案基础上，提出了一个新的设计方案，如图4 所示。 该方案的舵机控制器以 AT89C2051 单片机为核心，555 构成的振荡器作为定时基准，单片机通过对555 振荡器产生的脉冲信号进行计数来产生 PWM 信号。该控制 器中单片机可以产生 8 个通道的 PWM 信号，分别由AT89C2051 的 P1.0～P1.7（12～19 引脚） 端口输出。输出的8 路 PWM 信号通过光耦隔离传送到下一级电路中。因为信号通过光耦传送过程中进行了反相，因此从光耦出来的信号必须再经过反相器进行反相。方波信号经过光耦传输后，前沿和后沿会发生畸变，因此反相器采用CD40106 施密特反相器对光耦传输过来的信号进行整形，产生标准的 PWM 方波信号。笔者在实验过程中发现，舵机在运行过程中要从电源吸纳较大的电流，若舵机与单片机控制器共用一个电源，则舵机会对单片机产生较大的干扰。因此，舵机与单片机控制器采用两个电源供电，两者不共地，通过光耦来隔离，并且给舵机供电的电源最好采用输出功率较大的开关电源。该舵机控制器占用单片机的1个SCI串口。串口用于接收上位机传送过来的控制命令，以调节每一个通道输出信号的脉冲宽度。MAX232 为电平转换器，将上位机的 RS232 电平转换成 TTL 电平。 （2） 实现多路 PWM信号的原理 在模拟电路中，PWM 脉冲信号可以通过直流电平与锯齿波信号比较来得到。在单片机中，锯齿波可以通过对整型变量加1 操作来实现，如图5 所示。假定单片机程序