基于单片机的直流电机PWM调速控制系统.docx

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1、基于单片机的直流电机PWM调速控制系统摘要本文介绍了基于单片机用PWM实现直流电机的调速的基本方法，51系列单片机的相关知识，直流电机驱动芯片的相关介绍，以及直流电机的PWM调速系统控制原理。重点介绍了一种基于STC12C5410AD单片机控制的PWM直流电机脉宽调速系统。系统以高可靠性，低功耗，廉价的STC12C5410AD单片机为控制中心，以直流电机为控制对象。从系统的角度出发，对电路进行总体方案论证设计，确定电路的各个功能模块之间的功能衔接和接口设置，详细的介绍了各个模块的方案论证和参数设置。整个系统利用51单片机的可编程计数器阵列PCA模块的脉宽调节模式产生PWM脉冲。通过一个内部集成

2、了4个DMOS管，组成一个标准的H型驱动桥的直流电机驱动芯片LMD18200来实现对直流电机的调速。提高整个系统的智能化、自动化水平, 为工业生产应用提供可能。关键字 单片机，PWM，直流电机调速，LMD18200The PWM speed regulating system of DC motor based on single-chip microcomputerAbstractThis thesis introduces the basic method of DC motor speed based on single-chip microcomputer with PWM. It s

3、hows the relevant knowledge of 51 SCM and the DC motor drive chip, and the PWM speed regulating system theory of DC motor. And this paper mainly introduces the PWM speed regulating system of DC motor based on STC12C5410AD microcontroller. The system is designed on high reliability, low power consump

4、tion and affordable STC12C microcontroller for the DC motor. From the systematic perspective, the thesis describes the circuit design and its comprehensive evaluation, which determines how to do with the functional linkage and interface between functional modules in the electric circuit. Besides, th

5、e evaluation of each module the involved parameters are fully explained in the thesis. The whole system is using PCA module of 51 microcontroller to generate PWM pulse. Using a DC motor drive chip-LMD18200 which inside integration a normal H-type circuit with 4 DMOS thyristor to achieve the DC motor

6、 speed regulation. The above considerations finally help to improve intelligentization and automation of the overall system and give the possibility to the industrial application.Keywords SCM, PWM, DC motor speed regulation, LMD18200 目录1前沿41.1电气传动的发展现状41.2微处理器对直流电机的控制41.3数字直流调速的意义42系统整体设计42.1系统方案比较与

7、选择42.2系统整体设计框图43直流调速系统43.1直流调速系统概述43.2直流电机调速原理43.3直流电动机的可逆PWM系统4单、双极性驱动可逆PWM系统的控制原理4直流电动机驱动芯片LMD18200实现单、双极控制44 STC12C5A60S2单片机简介44.1 STC12C5A60S2单片机的特点44.2 STC12C5A60S2单片机的结构及引脚44.2.1 STC12C5A60S2单片机的引脚44.2.2 STC12C5A60S2单片机的内部结构44.3 STC12C5A60S2单片机的管脚说明45各模块硬件电路设计45.1单片机的最小系统设计45.2PWM信号输出系统设计4与PCA

8、/PWM应用有关的特殊功能寄存器4脉宽调节模式45.3LED显示系统设计45.4按键输入系统设计46系统的软件设计与实现46.1系统软件简介46.2编程语言简介46.3设计流程及分析4系统软件模块4程序4总结4致谢4参考文献41前沿1.1 电气传动的发展现状20世纪70年代以来，直流电机传动经历了重大的技术、装备变革。整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置是直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成为控制电路的发展方向。使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化

9、、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件比较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性降低。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛应用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。1.2 微处理器对直流电机的控制微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着大规模集成电路及超

10、大规模集成电路制造工艺的发展，微处理器的性价比越来越高。此外，由于电力电子技术的发展，制作工艺的提升，使得大功率的电子器件的性能迅速提高。为微处理器普遍用于控制电机提供了可能，利用微处理器控制电机完成新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用要求，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。对于简单的微处理器控制电机，只需利用用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或者关断就可以实现对电机的控制。现在带微处理器的可编程控制器，已经在各种机床设备和各种的生产流

11、水线中普遍得到应用，通过对可编程控制器进行编程就可以实现对电机的规律化控制。对于复杂的微处理器控制电机，则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。通过为处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，他们的速度不能方便而经济的调节。高性能的微处理器如DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即数字信号处理器)的出现，为采用新的控制

12、理论和控制策略提供了良好的物质基础，使电机传动的自动化程度大为提高。在先进的数控机床等数控位置伺服系统，已经采用了如DSP等的高速微处理器，其执行速度可达数百万兆以上每秒，且具有适合的矩阵运算。1.3 数字直流调速的意义现在电气传动的主要方向之一是电机调速系统采用微处理器实现数字化控制。从上世纪80年代中后期起，世界各大电气公司如ABB、通用、西屋、西门子等都在竞相开发数字式调速传动装置，经过二十几年的发展，当前直流调速已发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安装技术；控制方式采用电源换相、相位控制。特别是采用了微处理器及其他先进的电力电子技术，使数字式直流调速装置在精度

13、的准确性、控制性能的优良性和抗干扰的性能有很大的提高和发展，在国内外得到广泛的应用。数字化直流调速装置作为目前最新控制水平的传动方式显示了强大优势。全数字化直流调速系统不断升级换代，为工程应用和工业生产提供了优越的条件。采用微处理器控制，使整个调速系统的数字化程度，智能化程度有很大的改观；采用微处理器控制，使调速系统在结构上简单化，可靠性提高，操作维护变得简捷，电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。由于微处理器具有较佳的性价比，所以微处理器在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。近年来，尽管交流调速系统发展很快，但是直流电机凭借其良好的启动、制动性能，在金属切削机床、轧钢机、海洋钻机、挖

14、掘机、造纸机、矿井卷扬机、电镀、高层电梯等需要广泛范围内平滑调速的高性能可控电力拖动领域中仍得到了广泛的应用。现阶段，我国还没有自主的全数字化直流调速控制装置生产商，而国外先进的控制器价格昂贵，且技术转让受限，为此研究及更好地使用国外的先进控制器，吸收国外先进的数字化直流电机调速装置的优点，具有重大的实际意义和重大的经济价值。2 系统整体设计2.1 系统方案比较与选择方案一：采用专用PWM集成芯片，IR2110功率驱动芯片构成整个系统的核心，现在市场上已经有很多种型号，如T1公司的TL494芯片，东芝公司的ZSK313I芯片等。这些芯片除了有PWM信号发生功能外，还有“死区”调节功能、过流过压

15、保护功能等。这种专用PWM集成芯片可以减轻单片机的负担，工作更可靠，但其价格相对较高，难于控制工业成本不宜采用。方案二：采用STC12C系列单片机，直流电机驱动芯片LMD18200构成直流调速装置。STC12C系列单片机是深圳宏晶科技有限公司推出的新一代单时钟/机器周期（1T）8051单片机，具有高速、低功耗及超强抗干扰等特点，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换器。LMD18200是专用于直流电动机驱动的集成电路芯片，可以通过输入的PWM信号实现PWM控制。由于采用了LMD18200功率集成驱动电路，是整个电路元件少，体积小，适合在仪器仪表控制中使用。综合以

16、上两种方案比较，本论文采用第二种方案。2.2 系统整体设计框图此系统由单片机、驱动芯片和直流电机组成一个开环系统，并能通过按键调节占空比以及由LED显示占空比。图2-1 整体系统框图单片机显示键盘控制电机驱动芯片直流电机直流电源3 直流调速系统3.1 直流调速系统概述直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。从机械特性上看，就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。 调速通常通过给定环节，中间放大环节，校正环节，反馈环节和保护环节等来实现。电动机的转速不能自动校正

17、与给定转速的偏差的调速系统称为开环控制系统。这种调速系统的电动机的转速要受到负载波动及电源电压波动等外界扰动的影响。电动机的转速能自动的校正与给定转速的偏差，不受负载及电网电压波动等外界扰动的影响，使电动机的转速始终与给定转速保持一致的调速系统称为闭环控制系统。这是由于闭环控制系统具有反馈环节。 电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置三部分组成。它能按照规定的指令，及时的控制电动机的启动、制动、运转方向、位置、速度和加速度等，以满足工作机械及生产过程的要求。 随着电机、传感器、控制器件、变流技术和控制理论的发展，电气传动控制系统也得到了很大的发展。目前，所用电机的单机容量从几百瓦发展

18、到数万千瓦，变流设备从旋转式电机变流机组发展到大功率晶闸管静止变流装置，中小功率自关断器件静止变频装置；控制单元从模拟量触发器、调节器、给定积分器发展到以微处理器芯片为核心的交、直流通用的数字量控制模块；系统的控制方式从手动操作的开关控制发展到闭环多参量控制；电气传动以从单纯的调速系统扩展为实现位置、速度、加速度控制的运动控制中的重要分支。 总之，现代电气传动控制系统业已发展成为全新的电气传动自动化系统。3.2 直流电机调速原理直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。直流电动机的转速n的表达式为 n= （2-1）式中 U电枢端

19、电压； I电枢电流； R电枢电路总电阻； 每极磁通量； K电动机结构参数。由上式可得，直流电动机的转速控制方法可分为两类：对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压控制的电枢控制法。其中励磁控制法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用的很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制法。对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制中，对半导体功率器件的使用上又可分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式。线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是：控制原理简单，输出波动小，线

20、性好，对临近电路干扰小；但是功率器件在线性区工作时会将大部分电功率用于产生热量，效率和散热问题严重，因此这种方式只用于数瓦以下的微功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关式驱动方式。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM来控制电动机电枢电压，实现调速。图3-1是利用开关管对直流电动机进行PWM调速控制的原理图和输入输出电压波形。在图2-1（a）中，当开关管MOSFET的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压。秒后，栅极输入变为低电平时，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。 秒后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。直流电机t

21、Uit图3-1 PWM调速控制原理和电压波形这样，对应着输入的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图2-1（b）所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值为 = （2-2）式中 占空比，=。占空比表示了在一个周期T里，开关管导通的时间与在周期的比值。的变化范围为。由式（2-2）可知，当电源电压不变的情况下，点数的端电压的平均值取决于占空比的大小，改变的值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。在PWM调速时，占空比是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值。（1） 定宽调频法 这种方法是保持不变，只改变，这样是周期T(或频率)也随之改变。（2） 调宽调频法

22、 这种方法是保持不变，而改变，这样使周期T（或频率)也随之改变。（3） 定频调宽法这种方法是使周期T(或频率)保持不变，而同时改变和。前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起震荡，因此这两种方法用的很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。PWM控制信号的产生方法有4种。（1） 分立电子元件组成的PWM信号发生器这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PWM信号电路。它是最早期的方式，现在已被淘汰了。（2） 软件模拟法利用单片机的一个I/O引脚，通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PWM波输出。这种方法要占用CPU大量时间

23、，使单片机无法进行其他工作，因此也逐渐被淘汰。（3） 专用PWM集成电路从PWM控制技术出现之日起，就有芯片制造上生产专用的PWM集成电路芯片，现在市场上已有许多种。这些芯片除了有PWM信号发声功能外，还有“死区”调节功能、保护功能等。在用单片机控制直流电动机中，使用专用PWM集成电路可以减轻单片机负担，工作更可靠。（4） 单片机的PWM口新一代的单片机增加了许多功能，其中包括PWM功能。单片机通过初始化设置，使其功能自动地发出PWM脉冲波，只有在改变占空比时CPU才进行干预。3.3 直流电动机的可逆PWM系统直流电动机常要求工作在正反转的场合，这时需要使用可逆PWM系统。可逆PWM系统分为双

24、极性驱动和单极性驱动。3.3.1 单、双极性驱动可逆PWM系统的控制原理双极性驱动是指在一个PWM周期里，电动机电枢的电压极性呈正负变化。其中H型双极性驱动应用较多。H型双极性可逆PWM驱动系统，它由4个开关管和4个徐流二极管组成，单电源供电。4个开关管分成两组，、为一组，、为另一组。同一组的开关管同步导通或关断，不同组的开关管的导通与关断正好相反。在每个PWM周期里，当控制信号高电平时，开关管、导通，此时为低电平，因此、截止，电枢绕组承受从A到B的正向电压；当控制信号低电平时，开关管、截止，此时为高电平，因此、导通，电枢绕组承受从B到A的方向电压，这就是所谓的“双极”。双极性可逆系统虽然有低

25、速运行平稳性的优点；但也存在着电流波动大，功率损耗较大的缺点，尤其是必须增加死区来避免开关管直通的危险，限制了开关频率的提高，因此只用于中小功率直流电动机的控制。可逆系统的另一种驱动方式是单极性驱动方式，单极性驱动方式是指在一个PWM周期内，电动机电枢只承受单极性的电压。图2-2是单极可逆PWM驱动系统。它与双极性可逆系统的驱动电路相同，只是控制方式不同。图3-2 PWM驱动原理图 在要求电动机正转时，开关管受PWM控制信号控制，开关管施加高电平使其常开；开关管、施加低电平，使它们全都截止。在要求电动机反转时，开关管受PWM控制信号控制，开关管施加高电平使其常开；开关管、施加低电平，使它们全都

26、截止。3.3.2 直流电动机驱动芯片LMD18200实现单、双极控制3.3.2.1 LMD18200的主要性能 额定电流3A，峰值电流6A，电源电压55V； 额定输出电流2A，输出电压30V； 可通过输入的PWM信号实现PWM控制； 可通过输入的方向控制信号实现转向控制； 可以接受TTL或CMOS以及与它们兼容的输入控制信号； 可以实现直流电动机的双极性和单极性控制； 没设过热报警输出和自动关断保护电路； 内设防桥臂直通的电路。3.3.2.2 LMD18200的内部结构和引脚说明 图3-4 LMD18200内部结构原理图 各引脚的功能如下： 引脚名称功能描述1、11桥臂1，2的自举输入电容连接

27、端在脚1与脚2、脚10与脚11之间应接入10uF的自举电容2、10H桥输出端3方向输入端转向时，输出驱动电流方向见表1。该脚控制输出1与输出2（脚2、10）之间电流的方向，从而控制马达旋转的方向。4刹车输入端刹车时，输出驱动电流方向见表1。通过该端将马达绕组短路而使其刹车。刹车时，将该脚置逻辑高电平，并将PWM信号输入端（脚5）置逻辑高电平，3脚的逻辑状态决定于短路马达所用的器件。3脚为逻辑高电平时，H桥中2个高端晶体管导通；3脚呈逻辑低电平时，H桥中2个低端晶体管导通。脚4置逻辑高电平、脚5置逻辑低电平时，H桥中所有晶体管关断，此时，每个输出端只有很小的偏流（1.5mA）。5PWM信号输入端

28、PWM信号与驱动电流方向的关系见表1。该端与3脚（方向输入）如何使用，决定于PWM信号类型。6、7电源正端与负端8电流取样输出端提供电流取样信号，典型值为377 A/A。9温度报警输出温度报警输出，提供温度报警信号。芯片结温达145时，该端变为低电平；结温达170时，芯片关断。注释：光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的，即判断方位。3.3.2.3 LMD18200的工作原理 它内部集成了四个DMOS管，组成一个标准的H型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个300kHz左右的工作频率。可在引脚1、11

29、外接电容形成第二个充电泵电路，外接电容越大，向开关管栅极输入的电容充电速度越快，电压上升的时间越短，工作频率可以更高。引脚 2、10接直流电机电枢，正转时电流的方向应该从引脚步到引脚10；反转时电流的方向应该从引脚10到引脚2。电流检测输出引脚8可以接一个对地电阻，通过电阻来输出过流情况。内部保护电路设置的过电流阈值为10A，当超过该值时会自动封锁输出，并周期性的自动恢复输出。如果过电流持续时间较长，过热保护将关闭整个输出。过热信号还可通过引脚9输出，当结温达到145度时引脚9有输出信号。3.3.2.4 LMD18200与电机的接口系统M图3-5 LMD18200的电机驱动4 STC12C5A

30、60S2单片机简介4.1 STC12C5A60S2单片机的特点STC12C5A60S2单片机是深圳宏晶科技有限公司推出的新一代单时钟/机器周期（1T）8051单片机，具有高速、低功耗及超强抗干扰等特点，指令代码完全兼容传统的8051单片机，但速度快8-12倍；内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换器（速度达25万次/秒）。STC12C5A60S2单片机几乎包含了设计典型测控系统所必需的全部部件，可以称为片上系统（SOC，System On Chip）；该系列单片机可广泛应用于衡器、电动车、工业控制、汽车电子、医疗设备、智能通信等领域，特别适合于电机控制等强干扰场

31、合。STC12C5A60S2单片机具有以下典型的共同特点：1. 增强型8051内核，先进的指令集结构，兼容普通8051单片机的指令集，有硬件乘法/除法指令。2. 高速度：1个时钟/机器周期，速度比普通8051单片机快8-12倍；可用低频晶振，大幅降低EMI。3. 片内集成60KB的Flash程序存储器，擦写次数10万次以上，并具有较强的加密性，无法解密。4. 片内集成1280字节数据存储器（RAM）。5. 芯片内EEPROM功能，擦写次数10万次以上。6. 最多可以有44根通用I/O口线。可设置成4种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，输入/高阻，开漏。复位后为准双向口/弱上拉工作模式，与普

32、通8051单片机I/O口工作模式兼容。每根I/O口线驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过120mA。7. 8通道10位高速ADC，速度可达25万次/秒。8. 2通道PWM/可编程计数器阵列/捕获/比较单元（PWM/PCA/CCU）。PWM单元也可用作DCA；PCA单元也可用来实现定时器功能；捕获/比较单元也可用作外部中断（可分别或同时支持上升沿/下降沿中断）。9. 2个16位定时器，兼容普通8051单片机的定时器T0/T1,2路PCA也可作为2个16位定时器使用。10. 可编程时钟输出功能，T0在P3.4输出时钟，T1在P3.5输出时钟，BRT在P1.0输出时钟。11. 2个全双工

33、异步串行口（UART）,兼容8051单片机的串行口。后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2（可以通过寄存器设置到P4.2）,TxD2/P1.3(可以通过寄存器设置到P4.3)。具有独立的波特率发生器。12. 高速同步通信端口（SPI），支持主模式和从模式。13. 7路外部中断I/O口，除了传统的下降沿中断或低电平触发中断，还有支持上升沿中断的PCA模块。7路外部中断I/O口分别为：INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(也可以通过寄存器设置到P4.2)，CCP1/P1.4(也可以通过寄存器设置到P4.3)。14. 内

34、部集成MAX810专用复位电路，可以省掉外部复位电路。外部晶体12MHz以下时，复位引脚可以直接接1k电阻到地。15. 内部集成硬件看门狗（WDT）.16. 外部掉电检测电路，可在掉电时及时将数据保存进EEPROM，正常工作时无须操作EEPROM。在P4.6口有一个低电压门槛比较器，5V单片机的门槛电压为1.32V（误差为5%）；3.3V单片机的门槛电压为1.30V（误差为3%）。17. 工作频率：0-35MHz，相当于普通8051单片机的0-420MHz。工作时钟可由外部晶体或内部RC振荡器（温漂在8%以内）提供，在ISP下载编程用户程序时设置。常温下内部R/C振荡器频率为：（5.0V单片机

35、）或8MHz-12MHz（3.3V单片机）。精度要求不高时，可选择使用内部时钟。18. 工作电压：（STC12C5A60S2系列），（STC12C5A60S2系列）。19. 低功耗设计：掉电模式的典型电流0.1A,可由外部中断唤醒，支持下降沿/上升沿/低电平和远程唤醒；空闲模式的典型电流为1.3mA，可由任意一个中断唤醒；正常工作模式的典型电流为2-7。20. 具有在系统可编程/在应用可编程功能（ISP/IAP,In-System Programming/In-Application Programming）；通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，无需专用编程器，可远程升级用户程序。

36、21. 超强的抗干扰能力：具有ESD保护功能，可以抵抗2万伏的静电干扰。22. 工作温度范围：-4085（工业级）/075（商业级）。23. 多种封装形式：可选用的封装形式有LQFP48、PLCC44、QFP44、PDIP48和PDIP40。4.2 STC12C5A60S2单片机的结构及引脚4.2.1 STC12C5A60S2单片机的引脚STC12C5A60S2单片机的引脚图：图4-1 STC12C5A60S2单片机的引脚图 STC12C5A60S2单片机的内部结构STC12C5A60S2单片机的内部结构框图如下图所示。STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器（CPU）、程序存储器（Fl

37、ash）、数据存储区（RAM）、EEPROM、定时/计数器、I/O接口、UART接口和中断系统、SPI接口、高速A/D转换、PWM（或捕获/比较单元）、看门狗电路、电源监控以及片内RC振荡器等模块。STC12C5A60S2单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。图4-2 STC12C5A60S2单片机的内部结构框图4.3 STC12C5A60S2单片机的管脚说明管脚说明P0口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当PO口作为地址/数据复用总线使用时，是低8位

38、地址线A0-A7，数据线的D0-D7。P1.0/ADC0/CLKOUT2P1.0标准I/O口ADC0ADC输入通道-0CLKOUT2独立波特率发生器的时钟输出P1.1/ADC1P1.1标准I/O口ADC1ADC输入通道-1P1.2/ADC2/ECI/RxD2标准I/O口，ADC输入通道-2，PCA计数器的外部脉冲输入脚，第二串口数据接收端P1.3/ADC3/CCP0/TxD2标准I/O口，ADC输入通道-3，外部信号捕获（频率测量或当外部中断使用）、高速脉冲输出及脉宽调制输出，第二串口数据发送端P1.4/ADC4/CCP1/SS标准I/O口，ADC输入通道-4，外部信号捕获（频率测量或当外部中

39、断使用）、高速脉冲输出及脉宽调制输出，SPI同步串行接口的从机选择信号P1.5/ADC5/MOSI标准I/O口，ADC输入通道-5，SPI同步串行接口的主出从入P1.6/ADC6/MISO标准I/O口，ADC输入通道-6，SPI同步串行接口的主入从出P1.7/ADC7/SCLK标准I/O口，ADC输入通道-7，SPI同步串行接口的时钟信号P2口内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可作为高8位地址总线使用（A8-A15）P3.0/RxD标准I/O口,串口1数据接收端P3.1/TxD标准I/O口,串口1数据发送端P3.2/INT0标准I/O口,外部中断0P3.3/INT1标准I/O口,外部中断

40、1P3.4/T0/INT/CLKOUT0标准I/O口,定时器/计数器0的外部输入，定时器0下降沿中断，定时器/计数器0的时钟输出P3.5/T1/INT/CLKOUT1标准I/O口, 定时器/计数器1的外部输入，定时器1下降沿中断，定时器/计数器1的时钟输出P3.6/WR标准I/O口,外部数据存储器写脉冲P3.7/RD标准I/O口,外部数据存储器读脉冲P4.4标准I/O口P4.5/ALE标准I/O口,地址锁存允许P4.6/EX_LVD/RST2标准I/O口,外部低压检测中断/比较器，第二复位功能脚P4.7/RST标准I/O口,复位脚XTAL1内部时钟电路反相放大器输入端，接外部晶振的一个引脚。当

41、直接使用外部时钟源时，此引脚是外部时钟源的输入端。XTAL2内部时钟电路反相放大器输出端，接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时，此引脚浮空。VCC电源正极Gnd电源负极，接地5 各模块硬件电路设计5.1 单片机的最小系统设计关于复位电路：时钟频率低于12MHz时，可以不用C1、R1接1K电阻到地时钟频率高于12MHz时，可使用第二功能引脚（STC12C5A60S2系列在RST2/EX_LVD/P4.6口）关于晶振电路：如果外部时钟频率在33MHz以上时，可直接使用外部有源晶振。如果使用内部R/C振荡器时钟（室温情况下5V单片机为：11MHz-17MHz）XTAL1和XTAL2脚浮空。图

42、5-1 STC12C5A60S2单片机最小系统图5.2 PWM信号输出系统设计STC12C5A60S2系列单片机集成了两路可编程计数器阵列（PCA）模块，可用于软件定时器、外部脉冲的捕捉、高速输出及脉宽调制（PWM）输出。5.2.1 与PCA/PWM应用有关的特殊功能寄存器STC12C5A60S2系列1T 8051单片机PCA/PWM特殊功能寄存器表符号地址B7B6B5B4B3B2B1B0复位值CCOND8HCFCR-CCF1CCF000XXXX00CMODD9HCIDL-CPS2CPS1CPS0ECF0XXX0000CCAPM0DAH-ECOM0CAPP0CAPN0MAT0TOG0PWM0E

43、CCF0X0000000CCAPM1DBH-ECOM1CAPP1CAPN1MAT1TOG1PWM1ECCF1X0000000CLE9H00000000CHF9H00000000CCAP0LEAH00000000CCAP0HFAH00000000CCAP1LEBH00000000CCAP1HFBH00000000PCA_PWM0F2H-EPC0HEPC0LXXXXXX00PCA_PWM1F3H-EPC1HEPC1LXXXXXX00AUXR1A2H-PCA_P4SPI_P4S2_P4GF2ADRJ-DPSX00000X05.2.2 脉宽调节模式脉宽调制（PWM，Pulse Width Modula

44、tion）是一种使用程序来控制波形占空比、周期、相位波形的技术，在三相电机驱动、A/D转换等场合有广泛的应用。STC12C5A60S2系列单片机的PCA模块可以通过程序设定，使其工作于8位PWM模式。PWM模式的结构如下图所示。图5-2 PCA PWM mode/可调制脉冲宽度输出模式所有PCA模块都可用作PWM输出（上图）。输出频率取决于PCA定时器的时钟源。由于所有模块共用仅有的PCA定时器，所以它们的输出频率相同。各个模块的输出占空比是独立变化的，与使用的捕获寄存器EPCnL,CCAPnL有关。当寄存器CL的值小于EPCnL,CCAPnL时，输出为低；当寄存器CL的值等于或大于EPCnL

45、,CCAPnL时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时，EPCnH,CCAPnH的内容装载到EPCnL,CCAPnL中。这样就可实现无干扰地更新PWM。要使能PWM模式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。由于PWM是8位的，所以：PWM的频率=PCA时钟输入源可以从以下8种中选择一种：SYSclk，SYSclk/2，SYSclk/4，SYSclk/6，SYSclk/8，SYSclk/12，定时器0的溢出，ECI/P3.4输入。举例：要求PWM输出频率为38KHz，选SYSclk为PCA/PWM时钟输入源，求出SYSclk的值由计算公式38000=SYSclk/256，得到外部时钟频率SYSclk=38000*256*1=9728000如果要实现可调频率的PWM输出，可选择定时器0的溢出率或者ECI脚的输入作为PCA/PWM的时钟输入源。当EPCnL=0及CC