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1、第八章 单片机控制系统设计及应用 n 第一节 单片机控制系统的设计方法 n 第二节 提高系统可靠性的常用方法 n 第三节 单片机在步进电动机控制中的应用 n 第四节 单片机在直流调速中的应用 n 第五节 单片机在电子显示屏中的应用 第一节 单片机控制系统的设计方法 一、系统设计的内容及步骤 （1）从元件级开始，构成系统 针对具体任务，选用合适的单片机，配以必要的存储器、接口芯片和外围设备来构成系统。 （2）应用已有的单片机系统，适当扩展 已有的单片机系统是51、96等系列单片机组成的单板机。根据实际需要，在此系统的基础上适当扩展I/O通道或其它器件，构成一个测控系统。 二、控制系统设计的内容和
2、步骤 1方案设计 (1)单片机机型和器件的选择 a性能特点要适合所要完成的任务，避免过多的功能闲置；b性能价格比要高，以提高整个系统的性能价格比；c结构原理要熟悉，以缩短开发周期；d货源要稳定，有利于批量的增加和系统的维护。(2)硬件与软件的功能划分 系统的硬件和软件要作统一的考虑。因为一种功能往往是既可以由硬件实现，又可以由软件实现。要根据系统的实时性和系统的性能价格比进行综合确定。2硬件设计 (1)单片机电路设计 主要完成时钟电路、复位电路、供电电路、I/O电路的设计 (2)扩展电路设计 主要完成程序存储器、数据存储器、I/O接口电路的设计 (3)输入/输出通道设计 主要完成传感器电路、放
3、大电路、多路开关、A/D转换电路、D/A转换电路、开关量接口电路、驱动及执行机构的设计。 (4)控制面板设计 主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的设计。 3软件设计 结合硬件组成，首先明确软件部分各个模块的功能，详细地画出各模块的流程图，然后进行主程序设计和各模块程序设计，最后连接起来得到完整的应用程序。 4系统调试 将硬件和软件相结合，分模块进行调试，修正和完善原始方案。最后进行整个系统的调试，以达到控制系统的要求。调试完成后将应用程序固化在程序存储器中。 第二节 提高系统可靠性的常用方法 n 一、提高系统可靠性的常用方法 （一）电源干扰及其抑制 1交流电源干扰及其抑制 在工业控制现场，
4、生产负荷经常变化，大型用电设备的启动、停止等，往往要造成电源电压的波动，因此，我们一方面要尽量使控制系统远离这些干扰源，另一方面可在系统中采用干扰抑制器。 2直流电源抗干扰措施 采用集成稳压块单独供电 直流开关电源 DC-DC变换器 （二）地线干扰及其抑制 1一点接地和多点接地的应用 2数字地与模拟地的连接原则 数字地指的是TTL或CMOS芯片、I/O接口电路芯片、CPU芯片等数字逻辑电路的地端，以及A/D、D/A转换器的数字地端。模拟地指的是运算放大器、采样保持器等模拟器件的地和A/D、D/A转换器中模拟信号的接地端。 3印刷电路板的地线分布原则 印刷电路板的地线分布一般应遵循下列几个原则：
5、 TTL、CMOS器件的地线要呈辐射网状，避免形成环状。 线路板上的地线要根据通过电流的大小决定其宽度，最好不小于3mm。 旁路电容的地线不要太长 功率地通过的电流信号一般较大，其地线应较宽些，且必须与小信号地分开。 4屏蔽双绞线的接地 当采用屏蔽双绞线传送信号时，应将屏蔽体与工作地连在一起，并应注意只能有一个接地点，否则屏蔽体两端就会形成回路，在屏蔽体上产生较大的噪声 .5接地系统 在一个完整的单片机应用系统中，存在着三种类型的地：一是低电平电路地线，如数字地、模拟地等；二是电动机、继电器、电磁开关等强电设备的地(亦可称为噪声地)；三是机壳、控制柜外壳地(也称为金属件地)。 接地系统示意图
6、（三）其它提高系统可靠性的方法 1使用微处理器监控电路 2软件抗干扰措施输入/输出抗干扰 避免系统“死机”的方法 避免系统“死机”的方法有很多，除了单片机集成的Watchdog功能外，还可以采用软件陷阱的方法。 第三节 单片机在步进电动机控制中的应用一、步进电动机的组成及工作原理 步进电动机种类很多，按运动方式分有旋转运动式、直线运动式和平面运动式 错齿是促使步进电动机旋转的原因。 二、步进电动机的主要参数 步进电动机的主要特性参数有：1步距角： 2起动频率 :3连续运行频率:4最大静转矩： 5静态步距角误差： 三、步进电动机的单片机控制 我们以单片机控制的三相步进电动机为例来介绍步进电动机的
7、单片机控制系统。其原理图如图8-4所示。 n 1系统工作原理 n 由前述步进电动机的工作原理可知，步进电动机是在一定顺序的电脉冲控制下运转的。 n 根据步进电动机控制方式，将环形节拍控制字按顺序存放在一个表中，然后依次从表中取出控制字并输出，这样即可实现按要求对步进电动机的控制。表8-1列出的为步进电动机工作在三相六拍时的控制字。 n 2步进电动机控制程序设计由前面的分析可知，步进电动机控制的任务就是：判断旋转方向；按顺序送出控制脉冲；判断脉冲是否送完。 图8-5 程序延时控制流程图n 步进电动机转速控制可由程序延时来完成，也可由定时器延时来完成。这里以程序延时为例。其程序流程如图8-5所示。
8、 n 图8-5 程序延时控制流程图n 步进电动机转速控制可由程序延时来完成，也可由定时器延时来完成。这里以程序延时为例。其程序流程如图8-5所示 图8-5 程序延时控制流程图 PUSH A MOV R4,#N CLR C ORL C,D5H JC ROTE MOV R0,#20H JMP LOOP ROTE： MOV R0,#27HLOOP: MOV A,R0 MOV P1,A ACALL DLY INC R0 MOV A,#00H ORL A,R0 JZ TPLLOOP1:DJNZ R4,LOOP POP A RETTPL: MOV A,R0 CLR C SUBBA,#06H MOV R0,
9、A AJMP LOOP1 DLY1： MOV A,#M1LOOP:DEC ADLY：MOV R2,#M DJNZR2,DLY1 RET JNZ LOOP n 3步进电动机变速控制 n 通常为了提高步进电动机的速率，使步进电动机运行在其工作频率(此频率大于启动频率)，需要低速启动、高速运转、最后降速停止 n 变频控制的方式很多，如直线方式、指数方式、频率阶梯表法等。这里，以三相六拍运行方式、定时器延时、直线升、降频方式为例编写步进电动机的变速控制程序。程序流图8-7 变频调速程序流程图n 程如图8-7所示。 图 8-7 变 频 调 速 程 序 流 程 图 n (3)在升、降频过程中，考虑步进电动
10、机的惯性，要求每改变一次频率，需持续运行一定步数，称频率阶梯步长。采用直线方式时，该值为常数。 第四节 单片机在直流调速中的应用n 一、直流电动机调速原理 n 对于直流电动机，其转速的表达式为：n 式中：n为电动机的转速；U表示电动机电枢端电压；I表示电枢电流；R表示电枢电路总电阻；K为电动机结构参数； 为每极磁通量。 K IRUn n 二、单片机控制的脉宽调速系统n 利用脉宽调速法，其占空比以及占空比与电动机转速的关系如图8-8所示。 n 在图8-8a中，若电压变换周期为，电压接通时间为t，则占空比为D。设电动机固定接通电源时的最大转速为V，则利用脉冲宽度调速的电动机的转速为： 图8-9列出了直流电动机在不同转向转速时的脉宽调速方法。 maxVVd D 如图8-10所示为使用DAC0832进行电动机正反转控制的电路图。 第五节 单片机在电子显示屏中的应用 n 一、点矩阵显示器的基本应用 如图8-12所示为显示英文A、B的示意图 n 二、利用单片机控制点矩阵显示器 二、利用单片机控制点矩阵显示器 n 图8-14所示，为利用单片机控制的4个57的点矩阵显示器的硬件连接图。因为从该系统硬件连接图可知
单片机控制系统设计PPT课件02
