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第四章 控制系统电路设计

一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定时/记数器﹑中断系统等能不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备，在本设计中包括电机驱动模块﹑红外传感器模块、蓝牙模块﹑显示模块等，还要设计合适的接口电路。

4.1 MCU的选型

本设计中使用的是STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、PWM发生器、内置看门狗、内置8路高速10位A/D转换、独特波特率发生器、中断系统及特殊功能寄存器等。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。

图4.1 STC12C5A60S2引脚图

12131415161718192021221234567891011U4P1.4/ADC4P1.3/ADC3P1.2/ADC2P1.1/ADC1P1.0/ADC0P4.2/CCPOVCCP0.0P0.1P0.2P0.34443424140393837363534

P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1GNDP4.0/SSP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P1.5/MOSIP0.4P1.6/MISOP0.5P1.7/SCLKP0.6P4.7/RSTP0.7P3.0/RXDP4.6/RST2STC12C5A60S2P4.3/SCLKP4.1/MOSIP3.1/TXDP4.5/ALEP3.2/INTOP4.4/NAP3.3/INT1P2.7E:\\单片机\\STC12C5A60S2-english.pdfP3.4/T0P2.6P3.5/T1P2.53332313029282726252423STC12C5A60S2

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表4.1 STC12C5A60S2硬件结构表 类型 参数 工作电压（V） Flash程序存储器字节 RAM字节 定时器T0、T1 PCA定时器 UART 独立波特率发生器 DPTR EPPROM PCA（16位）PWM（8位） A/D8路25万次每秒 I/O 看门狗 内置复位 外部可调门槛电压 外部中断 STC12C5A60S2 5.5-3.5 60k 1280 有 2 1 有 2 有 2路 10位 44 有 有 有 4路 STC89C51 RC 5.5-3.4 4k 512 有 无 1 无 无 有 无 无 40 有 无 无 4路 由上表可见，STC12C5A60S2单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机CPU中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计

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算机，这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集，计算速度比普通的8051快8 ~12倍。

4.2 电机驱动电路设计

L293D_EN1GNDR11KJ2J3J4J51212121L293D_IN123456L293D_IN278VCC_MotorEN1IN1OUT1GNDGNDOUT2IN2VCC2L293DVCC5vIN4OUT4GNDGNDOUT3IN3EN21615L293D_IN41413121110L293D_IN39R31KL293D_EN212U3VCC

图4.2 电机驱动电路图

本设计采用L293D芯片，L293是ST公司生产的一种高电压、小电流电机驱动芯片。该芯片采用16脚封装，内部是由双极性管组成的H桥电路。其输出电流为100mA，最高电流2A，最高工作电压36V，可以驱动感性负载，可以控制电机的正反转，且很容易被单片机控制。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术。

图4.3 L293D内部结构图

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图示为L293d的内部结构图，L293d内置了与门、非门、三级管组成的两组电路，因为其排列形状像‘H’子母，所以称其为H桥路。通过控制三极管的通断就可以是电机旋转起来，而通过控制不同三极管的导通，电流的流向就会发生改变，电机的转向也就会发生变化。在图4.3中，使ENA与ENB两个使能端始终为1，通过控制IN1 ~IN4输入端的状态来改变电机的转向。

表4.2 L293D真值表

IN1 IN2 IN3 IN4 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 右电机 正 正 反 反 × 左电机 正 反 正 反 × 当IN1、IN2、IN3和IN4分别为1010时，T1、T4、T5和T8导通，左电机和右电机正转；

示例程序1：void Forward(unsigned char Speed_Right,unsigned char Speed_Left)//前进 {

L293D_IN1=1; L293D_IN2=0; L293D_IN3=1; L293D_IN4=0;

PWM_Set(255-Speed_Right,255-Speed_Left); }

脉宽调制器本身是一个由运算放大器和几个输入信号组成的电压比较器。运算放大器工作在开换状态，稍微有一点输入信号就可使其输出电压达到饱和值，当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变化，这样就完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。加在运算放大器反相输入端上的有三个输入信号。一个输入信号是锯齿波调制信号，另一个是控制电压，其极性大小可随时改变，与锯齿波调制信号相减，从

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