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1單片機簡介

單片機具有集成度高、功能強、結構合理、抗干擾性強和指令豐富的特點，它的應用打破了傳統的設計思想，原來很多用模擬電路、脈沖數字電路、邏輯部件來實現的功能，現在都可通過軟件來完成。ATMEL公司于1997年研發并推出了全新配置的、采用精簡指令集RISC結構的新型單片機，簡稱單片機。在AVR家族中，Atmega8是一個非常特殊的單片機，它的芯片內部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路，具有AVR高檔單片機系列的MEGA全部性能和特點，但由于采用了小引腳封裝(為DIP28和TQEP/MLF32)。所以其價格僅與低檔單片機相當，成為具有極高性價比、深受廣大用戶喜愛的單片機。

2單片機系統的硬件設計

單片機系統主要完成給定的輸入，兩路控制脈沖的輸出，調速電壓的控制信號RWM波的輸出，還有對反饋脈沖的輸入。具體的是單片機通過通用異步串行通訊口，接收上位機來自圖像處理器的目標數據，然后單片機在其內部轉化成相應的控制信號，并輸出給它的下一綴，也即主電路，從而控制電機的正反轉和啟停。同時單片機還要完成PWM波的輸出，控制斬波電路，從而控制電機兩端的電壓。進而控制電機的轉速。當電機轉動起來以后，單片機要實時檢測來自光電碼盤的反饋脈沖。并與目標值(給定值)相比較，決定關閉輸出的時刻。

2.1單片機系統的時鐘振蕩電路

Atmega8的XATU和XATL2引腳分別是片內振蕩器的反相放大器輸入、輸出端。可在外部連接一個石英晶體或陶瓷振蕩器，組成系統的時鐘源。無論外接使用的是石英晶體還是陶瓷振蕩器，電容Cl和c2的值總是相等的。本系統中電容C1，c2的值選擇為30pF。其中，+5V的電源接到了單片機的電源輸入端。同時單片機的電源輸入端還外接了一個電容。然后接地，這樣設計的目的是為了防止外接干擾信號對單片機的電源產生影響，因為電源電壓的波動會影響到單片機輸出口輸出的高電平的電壓大小，也就影響了單片機輸出的控制信號，從而影響到后級電路。這樣設計也是硬件可靠設計的一個方面。

2.2單片機復位電路

單片機的復位方式有上電復位和手動按鍵復位2種。復位電路中的電阻。電容數值的設置，是為了確保引RST腳至少保持z個機器周期的高電平而完成復位過程。工作原理，上電瞬間，RST端電壓與VCC相同，隨著充電電流的減少。RST端的電位逐漸下降。只要RST端有足夠長的時間的電壓在閡值以上就可以復位。

3電機位置檢測電路設計方案

對電動機的控制可以分為開環系統和閉環系統兩大類。開環系統比較簡單，能夠滿足一般的控制要求，閉環系統則用于精度控制的要求。

由于本系統工作的環境范圍只是在一個有限的，且相對很小的空間里，所以對電機轉過的圈數(確切地說是電機實際角位移量)的精度要求比較高。實現對這些物理量的精確控制，就必須通過精度較高的檢測傳感器對這些物理進行檢測，將檢測的結果轉換成數字量，反饋給單片機，通過單片機對這些數進行處理，處理的結果作為控制量對電機進行控制，從而實現了閉環控制。在本系統中，對電機位置的檢測，可以說是系統的一個非常重要的環節，因為它直接決定電機的實際轉數。確切的說。電機的實際轉數又決定了執行器件也即攝像頭的位置。也就是本系統二維定位的中心環節。所以如何設計電機位置檢測與反饋環節，是本文的一個重點。

4自制光電碼盤

基于對電動機角位移要求較高的設甘要求，控制系統必須是個閉環控制系統。以滿足系統的整體設計要求。但是如何對電動機實際角位移進行實時檢測，并把檢測到的實際角位移量反饋給單片機，這也是本次設計的一個比較重要的硬件設計。在此情況下自制的光電碼盤便應運而生。

4.1光電碼盤的制作

光電編碼盤角度檢測傳感器是一種廣泛應用的編碼式數字傳感器，它將測得的角位移轉換為脈沖形式的數字信號輸出。光電編碼盤角度檢測傳感器可分為兩種絕對式光電編碼盤和增量式光電編碼盤。絕對式編碼器是利用自然二進制或循環二進制葛萊碼方式進行光電轉換的。絕對式縮碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光，不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。

本系統采用的是增量式光電編碼盤，當軸旋轉時，在碼盤的兩側分別安裝光源和光敏元件，當碼盤轉動時。光源經過透光和不透光區域，相應地，每條碼道將有一系列不規則脈沖信號從光敏元件輸出。這樣碼道上有多少縫晾。當碼盤旋轉一圈時，就會有多少個這種不規則脈沖輸出。電動機轉子所轉過的角度即可通過自制的光電編碼盤檢測到，并以脈沖的形式反饋給單片機，在單片機中一記錄下來。以便我們進行更為精確的位置計算。

4.2光電碼盤系統的原理

穿插在光電傳感器中間的，表示的碼盤的一部分，碼盤中間一段顏色較淺的部分表示的是碼盤上的孔。發光二極管發出的光可以透過碼盤上的孔照射到光敏三極管的基極。光敏三極管基極接收到光信號，之后導通，輸出電壓信號。這樣當電機帶動碼盤旋轉時，當碼盤轉到圓孔時則透光，光敏三極管可以接收到信號，光電傳感器的輸出端便有電壓信號輸出，當碼盤旋轉到它不透光的部位，也就是沒有孔的地方。對準光電傳感器時，光敏三極管就收不到光信號，因而輸出端沒有電壓信號輸出。

5整形電路設計

由于光電碼盤的輸出要與單片機相連，單片機T/CO的時鐘源外部輸入引腳與此相連。這樣相連的目的是通過單片機的計數器來計數，確定電機的實際位置的。也就是說光電碼盤的輸出要觸發單片機T/CO計數，這就要求觸發脈沖要有足夠陡的上升沿，此波形并不是標準的脈沖信號，它的上升沿坡度很大，為了得到足夠陡的前沿脈沖信號，需要對上述光電碼盤輸出的信號進行整形。已得到較理想的脈沖信號，觸發計數，因此需要設計整形電路。

整形電路的設計思路是這樣的，讓上述輸出的電壓跟一個定值相比較，如果電壓大于定值了，就表示這是一個可靠的脈沖，計數器可以計數(加1)，這樣不僅可以得到前沿足夠陡的脈沖信號，還可以防止小的干擾信號讓計數器T/CO誤計數。減小出現計數出錯的現象的概率。增加了系統整體可靠性。在實際應用電路中比較器選用的是集成器件LM339，它是一個內部集成了4個比較器的集成芯片，由于LM339內部輸出端沒有上拉電阻，所以在外接電路中需要接上這個上拉電阻。

6結語

本文就單片機在整個系統的控制部分關鍵作用進行分析。首先詳細介紹了硬件控制器，并進行了控制方法原理的詳細介紹。除此之外，本章中還對整形電路進行了原理分析，對整形波形進行了理論分析。