长的螺杆中，因为电机被固定，螺杆又与端子相连，故电机在转动时螺杆只会转动而不会与平衡臂有仍和的相对位移，那么此时套在螺杆上的螺母就会因为螺杆的转动而或前或后的移动，螺母的移动改变了平衡臂的力矩，为使平衡臂平衡电机必须调整螺母的位置来使得平衡臂达到平衡，电机在杆倾斜时应该转动，平衡时应该停止是整个设计中至关重要的问题。
本次设计选用过的12C5A60S2芯片内含8路10位AD转换，AD值变换范围是0～1024，通过实验室的开发板测得：平衡臂在平衡时相应的AD值为890左右，由于AD值有波动范围，故设置当AD值在888～892范围内时，平衡臂达到平衡，电机停止转动。当平衡角度对应的AD值不在888～892这一范围时电机相应的正转或反转直到平衡臂达到平衡为止。由于每一个AD值都对应P1.0口上不同的电压，为了达到对应的电压值，设计当中巧妙的运用了一个划动电阻器来解决电压的分压。平衡臂的中端有一个轴承，该轴承与划动电阻器相连，当平衡臂左右摇摆时，电阻器上的滑片也相应的改变位置。设定单片机的P1.0口为AD转换口，P1.0与滑片相连，P1.0与滑动电阻器共地，所以P1.0口对应的电压就是滑动变阻器分得的电压[3]。
2.4 设计要求
本设计要完成以下功能：
（1）当单片机插上电源后，位于PCB板上的LED亮，成功表示上电。
（2）当平衡臂挂有重物时，电机能自动旋转调整螺母位置使之平衡。 （3）35BYJ46电机额定转速是可控的，为了提高效率要求转速应在1rs左右。
电机停止转动时有可能不会完全与水平面达到平衡，在误差允许范围内，平衡臂与水平面的角度<=5度。
（5）无论重物放置在平衡臂的什么地方都能通过电机的旋转使平衡臂
重新达到平衡。
3 硬件选型
3.1 单片机选型
3.1.1 12C5A60S2简介
STC12C5A60S2ADPWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟机器周期(1T)的单片机，是高速低功耗超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，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AD转换(250KS，即25万次秒)，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2系列单片机的程序存储器和数据存储器是各自独立编址的。STC12C5A60S2系列单片机的所有程序存储器都是片上Flash存储器，不能访问外部程序存储器，因为没有外部访问使能信号—EA和程序存储启用信号—PSEN。STC12C5A60S2系列单片机内部有1280字节的数据存储器，其在物理和逻辑上都分为两个地址空间:内部RAM(256字节)和内部扩展RAM(1024字节)。另外，STC12C5A60S2系列单片机还可以访问在片外扩展的64KB外部数据存储器。内部RAM共256字节，可分为3个部分：低128字节RAM与传统8051兼容高128字节RAM (Intel在8052中扩展了高128 字节RAM )及特殊功能寄存器区。低128字节的数据存储器既可直接寻址也可间接寻址。高128字节RAM与特殊功能寄存器区貌似共用相同的地址范围，都使用80H-FFH，地址空间虽然貌似重叠，但物理上是独立的，使用时通过不同的寻址方式加以区分。高128字节RAM只能间接寻址，特殊功能寄存器区只可直接寻址，其部分特点：
（1） 增强型8051CPU，1T，单时钟机器周期，指令代码完全兼容传统8051。
（2）工作电压：STC12C5A60S2 系列工作电压： 5.5V ～ 3.5V（5V单片机）。
（3）工作频率范围：0 ～ 35MHz，相当于普通8051的 0 ～ 420MHz。
（4）片上集成1280字节 RAM。 （5）有EPROM功能。
（6）通用IO口（364044个），复位后为：准双向口弱上拉（普通8051传统IO口）可设置成四种模式：准双向口弱上拉，强推挽强上拉，仅为输入高阻，开漏每个IO口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA器可通过串口（P3.0P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
（7）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）。
（8）共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位。
（9）外部高精度晶体时钟，内部RC振荡器(温漂为±5% 到±10% 以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部RC 振荡器还是外部晶体 时钟常温下内部RC振荡器频率为：5.0V 单片机为： 11MHz ～ 17MHz；3.3V 单片机为： 8MHz ～ 12MHz。
（10）3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4T0输出时钟，可由T1的溢出在 P3.5T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟。
（11）外部中断IO口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，，，T0P3.4，T1P3.5，RxDP3.0，CCP0P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2)，
CCP1P1.4(也可通过寄存器设置到P4.3)。
（12）PWM(2路） PCA（可编程计数器阵列，2路）；也可用来当2路DA使用；也可用来再实现2个定时器；也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断下降沿中断均可分别或同时支持)。
（13）AD转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250KS(每秒钟25万次)。
（14）通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口[12]。 3.1.2 12C5A60S2单片机内部结构
STC12C5A60S2系列单片机的内部结构框图如下图2所示。STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时计数器、UART串口、串口2、IO接口、高速AD转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内RC振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包 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[12]。
图2 12C560S2内部结构图
3.1.3 12C5A60S2单片机封装尺寸图
单片机12C5A60S2拥有不同形式的封装，本设计选用的是PDIP-40型封装[10]，如下图3。
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