运动控制合集07单片机

1、51核的结构MCS-51的器组织FFH0000H7FH80HFFFFH00H扩展数据区(RAM、I/O) 64K程序代码(Code) 64K特殊功能寄存器(SFR)128内部数据区(RAM) 128/2560000H0001H0002H程序代码(Code)(EA=1)(EA=0)0000HXX+FFFEHFFFFHFFFFH逻辑空间ld89C5189C5289C55W77E58X0FFFH1FFFH4FFFH7FFFH扩展ROM扩展ROM片内ROM内部RAM与SFR间接寻址RAM(IDATA) 128Bytes(仅增强型有)间接和直接寻址RAM（DATA)128Bytes堆栈与变量分配直接寻址

2、SFR(部分SFR可位寻址)可位寻址区16Bytes四组(R0-R7)寄存器通用寄存器组1FHBank3Bank2Bank1Bank000HPSWCyAcF0RS1RS0OVPR7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R3R2R1R0R5R4R7R6R5R4R3R2R1R0模拟通道D/AA/D 原理（并行比较、逐次比较、双、V/F等） 指标（精度、转换时间、接口形式等） 典型应用举例(ADC0809,AD574,AD578,ICL7135,ICL7109)6ADC0809指标：8位精度8通道逐次比较式转换速度100us左右(时钟500kHz) 量程0-+5V，无0

3、点和满单一+5V供电锁存、三态输出引脚图7总线方式接口8ADC0809与端口连接9AD5748位、12位25us单极性、双极性接口：高8位、低4位先后输出或12位一次输出（三态）操作：10PL Wldcom1213141516L W传感器前级信号处理20测量放大器在许多检测技术应用场合传感器输出的信号往往较弱，而且其中还包括工频、静电和电磁耦合等共模干扰，对这种信号的放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。习惯上将具有这种特点的放大器称为测量放大器或仪表放大器。2122程控增益放大器当模拟信号送到模数变换器时为减少转换误 差一般希望送来的模拟信号尽可能大，如采用A

4、D变换器进行模数转唤时，在AD输入的范围内，希望输入的模拟信号尽可能达到最大值； 然而，当被测参量变化范围较大时，经传感器转换后的模拟小信号变大，在这种情况下、如果单纯只使用一个放大倍数的放大器，就无法满足上述要求；在进行小信号转换时，可能会引入较大的误差。为解决这个问题，工程上常采用通过改变放大器增益的方法，来实现不同幅度信号的放大，如万用表、水波器等许多测量仪器的量程变换等。2324放大器在有强电或强电磁干扰的环境中，为f防止电网电压等对测虽回路的损坏，具信号输入通道采用技术，能完成这种任务具有这种功能的放大器称为放大器。25传感器接术传感器信号的采样保持2627多通道模拟信号输入技术28

5、AD转换器接术逐次逼近型AD转换器及接口293031双AD转换器及接口32采样保持器33模拟量多路开关34353637后向通道在微机道输出各种系统中，微机要通过一定的通信号，使被装置实现所要求的操作。这一通道称为输出通道，也称为后向通道。通道是微机与被控制装置之间的重要环节。38开关量驱动接口3940功率晶体管驱动接口电路41晶闸管驱动电路42功率场效应晶体管驱动电路43继电器驱动接口电路444546光电接口47数字量输入通道的光电48输出通道中的光电49数模转换5051525354555657习题585960617.1测控系统中前向和后向通道的一、前向通道1、模拟通道传感器把非电量的模拟量（

6、温度、流量等）转换成电压或电流信号。量程放大器通常传感器输出的电压信号仅为毫伏级或微伏级，而A/D转换器要求的输入电压为几伏，因此必须用量程放大器进行信号放大。多路模拟开关为使多个模拟信号能共用一个A/D转换器，依次从多路模拟信号 中选取一路转换。采样/保持电路把连续不断变化的模拟量送入AD转换器之前进行时间上的离 散。A/D转换器把模拟量转换为数字量。2、数字通道整形电路使数字信号或开关量（编码器、行程开关、光电开关等信号）满足TTL电平要求。防止现场干扰进入微型机。光电三态缓冲现场信号在需要时进入微型机数据总线。二、后向通道1、模拟通道D/A转换器把数字量转换为使输出模拟量。平滑滤波器使输

7、出模拟量连续。分路器将转换后的模拟量依次分配到多个模拟设备，使多个设备能共用一 个D/A转换器。2、数字通道数据锁存锁存数据总线输出信号防止现场干扰光电7.2 D/ A转换器7.2.1基本概念一、D/A转换原理D/A转换器的电路是网络，网络的主要形式有两种：一种是权电阻网络；另一种是T型电阻网络。D/A转换器有电压输出型和电流输出型两种输出方法，电流输出型需外接电流电压转换电路得到电压输出，一大器使用。二、D/A转换器的主要性能指标D/A转换器的主要性能指标是分辨率和建立时间。1、分辨率（Resolution）指最小模拟输出量（对应输入数字量仅最低位为1）与最大量（对应输入数字量 所有有效位为

8、1）之比。通常用D/A转换器输入的二进制数的位数来描述.2、建立时间（Setting Time）是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间，也可以认为是转换时间7.2.2典型的D/A转换器DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片，电流输出，电流建立时间1s，输入数字量8位，与微机并行连接。www PLcWDAC0832内部有两个8位寄存器：输入寄存器，DAC寄存器。可实现三种工作方式： 双缓冲、单缓冲和直通方式。双缓冲工作方式是指两个寄存器分别 接收转换数据。使两个输入寄存器具有各 自的地址，转换数据分别写入输入寄存器。而并联使两个DAC寄存器具有相同的地址， 输入寄存器中的数据可以同时

9、写入两个DAC寄存器，而后同时进行D/A转换。此 工作方式一般用来实现多路模拟信号的同 步输出。单缓冲工作方式指两个寄存器在控制信号作用下，同时接收转换数据。一般用来实现一路信号模拟的输出。直通工作方式是指两个寄存器的入D/A转换器进行转换，不需单片机参与信号全部接固定的有效电平，使数字量直接进二、电压输出电路DAC0832电流输出型转换器两种电压输出电路。根据输出设备需要的信号极性选择。1、单极性输出电路2、双极性输出电路三、DAC0832接口设计及应用程序举例A/D转换器A/D转换器工作原理一、基本概念（1） 逐次逼近型ADC逐次逼近型ADC由比较器、D/A转换器、比较寄存

10、器SAR、时钟发生器以及 辑电路组成，将采样输入信号与已知电压不断进行比较，然后转换成二进制数。（2） 并行比较型ADC逻并行比较型ADC是现今速度最快的模/数转换器，通常称为“闪烁式”ADC。它由电 阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四（3）型ADC型ADC又称为双斜率或多斜率ADC基本原理是通过两次将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数， 从而实现A/D转换。（4） 压频变换型ADC压频变换型ADC是先将输入模拟信号的电压转换成频率与其成正比的脉冲信号，然 后在固定的时间间隔内对此脉冲信号进行计数，计数结果即为正比于输入模拟电压信号的数字

11、量。（5） -型ADC-型ADC是根据前一量值与后一量值的差值即所谓的增量的大小来进行量化编码。三、A/D转换（1）分辨率的主要性能指标习惯上以输出的二进制位数或BCD码位数表示分辨率。如一个输出为8位二进制数的 A/D转换器，称其分辨率为8位。分辨率还可以用百分数来表示，例如8位A/D转换器的百分数分辨率为（1/255）×100%=0.39%。（2） 转换精度转换精度是指一个实际的A/D转换器与理想的A/D转换器相比的转换误差。（3） 转换时间转换时间是指A/D转换器完成一次转换所需要的时间。其倒数为转换速率。7.3.2典型的A/D转换器举例ADC0809是8通道8位逐次逼近型A/

12、D转换器。首先逻辑使逐次逼近寄存器最高位为1，接着该值经D/A转换后与输入电压比较。比较器输出决定该位1的去留，该工作如 此向低位推进，直到完成最低位的转换，转换结果被锁存到逐次逼近寄存器作为ADC输出。7.3.3ADC与CPU接口1、数据输出线的连接ADC相当于给CPU提供数据的输入设备。为了防止总线，其数据输出端通过三态门接数据总线。ADC内部带有三态门，与CPU数据总线可直接相连。ADC内部不带三态门，与CPU数据总线通过三态锁存器相连。当ADC位数大于CPU数据总线宽度时，也应考虑外接锁存器和逻辑，分两次或多次数据。也有串行连接ADC。2、A/D转换的启动信号当一个ADC在开始转换时，

13、必须加一个启动信号。一般分脉冲启动信号和电平信号，用软件或硬件产生。脉冲信号启动转换的ADC，只要在启动引脚加一个脉冲即可。电平信号启动转换是在启动引脚上加3、转换结束信号的处理方式电平。当A/D转换结束，ADC输出一个转换结束信号，通知C/D转换已经结束，可以结果。CPU可以利用该信号作为中断请求信号接到CPU的中断请求线上，在中断服务程序中数据；或把结束信号作为状态进行，一旦查到转换结束，便数据；还可以不使用转换结束信号，定时4、时钟的提供数据。整个A/D转换过程都是在时钟作用下完成的。5、参考电压的接法当模拟信号为单极性时，VREF（-）接地，VREF（+）接正极电源。当模拟信号为 双极

14、性时，VREF（+）和VREF（-）分别接参考电源的正、负极性端。7.4传感器及信号调理电路传感器是将能够感受到得及规定的被测量按照一定的规律将其转换成可用输出信号 的器件或装置。由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受被 测量（输入量）的部分，转换元件是指传感器中将敏感元件感受的被测量转换成适于传 输或测量的电信号部分。由于传感器的输出信号一般都很微弱，存在非线性等因素，因 此需要有信号调理与转换电路对其进行放大、运算后，才能由计算机处理。7.4.7信号调理电路集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路.当理想运放外部接入不同的元件形成负反馈时，称线分等

15、模拟运算。以实现比例、加法、减法、微反相放大器同相比例运算器测量放大器二阶有源低通滤波器放大7.5驱动电路一、I/O口驱动电路在单片机应用系统中，开关量都是通过单片机的I/O口或扩展I/O口输出的。这些I/O口 的驱动能力有限，一般不足以驱动功率开关（如继电器等），因此经常需要增加I/O口的驱动能力。常用的集电极开路反向驱动器7406或同向驱动器7407。二、功率晶体管驱动电路当晶体管用作开关元件时，要保证使其工作在开关状态。晶体管导通时，驱动电流 必须足够大并使其饱和。晶体管关断时要可靠截止。四、晶闸管驱动电路晶闸管（SCR，又称可控硅）是一种半导体功率器件，当阳极高于阴极电位，并且 门控极

16、加触发，方可导通。一般用作整流和功率开关器件。双向可控硅适用于交流负载。由于SCR通常用于开关高电压和大功率负载，故实际使用时常采用的开关措施，例如光电。五、机械继电器继电器是工业系统中常用的设备，利用它可以实现电源的通断、阀门的开关、设备的启停等。继电器内部由电磁铁、金属与两个触点，在继电器不工作时，常开触点处于断开状态，常闭触点处于接通状态。六、功率场效应管（MOSFET）功率场效应管用作功率开关，具有开关频率高、输入电流小的特点，有晶体管开关 和SCR的全部优点。七、光电耦合器光电元器件由发光二极管和光电三极管 转换、逻辑电路、长线传输、过载保护、高压八、固态继电器。可应用于信号和电路变

17、换。、开关电路、数模固态继电器（SSR）是无触点式电子开关。它是一个四端模块，两个为输入端，两个为输出端，在输入信号下可以开关大功率的交流或直流负载。第六章系统的技术第一节工业现场的干扰及对系统的影响第二节 硬件技术第三节软件技术第四节接地技术第五节电源系统的技术干扰的来源外部干扰来自系统的外部：电网的波动、大型用电设备的启停、电磁辐射等。内部干扰来自系统的内部：系统的软件干扰、分布电容、多点接地等。干扰的作用途径传导耦合干扰从导线进入电路。静电耦合干扰信号通过分布电容进行传递。电磁耦合在空间磁场中电路之间的互感耦合。公共阻抗耦合多个电路的电流流经同一公共阻抗时所产生的相互影响。干扰的作用形式

18、共模干扰在电路输入端相对公共接地点同时出现干扰。串模干扰串联叠加在工作信号上的干扰。硬件共模干扰的抑制串模干扰的抑制长线传输干扰的抑制技术共模干扰的抑制消除不同接地点之间的电位差。变压器光电浮地采用具有高共模抑制比的仪表放大器作为输入放大器变压器利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，即把模拟地与数字地断开，使共模干扰电压不成回路，抑制共模干扰。光电利用光电耦合器完成信号的传送，实现电路的。浮地采用浮地输入双层所谓浮地，就是利用放大器来抑制共模干扰。方法使信号的“模拟地”浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。串模干扰的抑制在输入回路中接入模拟滤波器使干扰式A/D转换器，抑制尖峰型串模当串模

19、干扰和被测绞线作为信号线电流传送的频率相当时，采长线传输的干扰长线传输易受到外界干扰具有信号延时高速度变化的信号在长线中传输时，会出现波反射现象。长线传输干扰的抑制波阻抗Rp的测量终端匹配降低高电平的能力。R1R2R =R1 + R2降低低电平的能力。始端匹配R = Rp- Rsc软件技软件出错对系统的影响数字滤波输入/输出软件措施程序运行失常的软件软件出错对系统的影响不可靠的数据失灵造成确形成误差。条件状态的偏差和成的误差较大，甚至失灵。程序运行失常程序计数器PC值的改变，造成的程序“跑飞”。数字滤波所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。数字滤波的优点：（1）

20、可靠性高、好；（2） 可以对频率很低的信号实现滤波；（3） 灵活、方便、功能强。数字滤波方法程序滤波中值滤波算术平均值滤波 平均值滤波 滑动平均值滤波惯性滤波复合数字滤波程序滤波法根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可现的最大偏差。若超过此偏差，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉，如小于此偏差，可将信号作次采样值。限幅滤波法Y (k) - Y (k -1) £ DY ,则Y (k) = Y (k),本次采样值Y (k) - Y (k -1) > DY ,则Y (k) = Y (k -1), 取上次采样值限速滤波法Y (2) - Y (1) £ DY , 取Y (

21、2)输入计算机Y (2) - Y (1) >留Y (2)，采样Y (3)Y (3) - Y (2) £ DY , 取Y (3)输入计算机Y (3) - Y (2) > DY ,Y (2) = Y (3) + Y (2)2中值滤波将被测参数连续采样N次，然后把采样值按大小顺序排列，再取中间值作次的采样值。算术平均值滤波法这种方法就是在一个采样期内，对信号x的N次测量值进行算术平均，作为时刻k的输出，即x(k) = 1 å xiNi=1适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况，如流量、液位等信号的测量。平均值滤波为了提高滤波效果，将各采样值取不同的比例，然后再相加，此方法称为平均值法，n-1n-1Y (k) = åCi xn-ii=0åCii=0= 1并且滑动平均值滤波法依次存放N次采样值，每采进一个新数据，就将最早那个数据丢掉，然后求包含新值在内的N个数据的算术平惯性滤波法仿照模拟滤波器，用数字形式实现低通滤波。一阶RC滤波器的传递函数为G(s) = Y (s) =1中滤波时间常数T= RC1+ T sfU (s)f离散化整理为x(k) = (1-a)u(k)