第八章單片機控制系統(tǒng)設計及應用

第一節(jié)

單片機控制系統(tǒng)的設計方法

第二節(jié)

提高系統(tǒng)可靠性的常用方法

第三節(jié)

單片機在步進電動機控制中的應用

第四節(jié)

單片機在直流調速中的應用

第五節(jié)

單片機在電子顯示屏中的應用

現(xiàn)在是1頁\一共有28頁\編輯于星期三第一節(jié)

單片機控制系統(tǒng)的設計方法

一、系統(tǒng)設計的內容及步驟

（1）從元件級開始，構成系統(tǒng)

針對具體任務，選用合適的單片機，配以必要的存儲器、接口芯片和外圍設備來構成系統(tǒng)。

（2）應用已有的單片機系統(tǒng)，適當擴展

已有的單片機系統(tǒng)是51、96等系列單片機組成的單板機。根據(jù)實際需要，在此系統(tǒng)的基礎上適當擴展I/O通道或其它器件，構成一個測控系統(tǒng)。

二、控制系統(tǒng)設計的內容和步驟

現(xiàn)在是2頁\一共有28頁\編輯于星期三1．方案設計

(1)單片機機型和器件的選擇

a．性能特點要適合所要完成的任務，避免過多的功能閑置；b．性能價格比要高，以提高整個系統(tǒng)的性能價格比；c．結構原理要熟悉，以縮短開發(fā)周期；d．貨源要穩(wěn)定，有利于批量的增加和系統(tǒng)的維護。(2)硬件與軟件的功能劃分

現(xiàn)在是3頁\一共有28頁\編輯于星期三系統(tǒng)的硬件和軟件要作統(tǒng)一的考慮。因為一種功能往往是既可以由硬件實現(xiàn)，又可以由軟件實現(xiàn)。要根據(jù)系統(tǒng)的實時性和系統(tǒng)的性能價格比進行綜合確定。2．硬件設計(1)單片機電路設計

主要完成時鐘電路、復位電路、供電電路、I/O電路的設計

(2)擴展電路設計

主要完成程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路的設計

現(xiàn)在是4頁\一共有28頁\編輯于星期三(3)輸入/輸出通道設計

主要完成傳感器電路、放大電路、多路開關、A/D轉換電路、D/A轉換電路、開關量接口電路、驅動及執(zhí)行機構的設計。

(4)控制面板設計

主要完成按鍵、開關、顯示器、報警等電路的設計。

3．軟件設計

結合硬件組成，首先明確軟件部分各個模塊的功能，詳細地畫出各模塊的流程圖，然后進行主程序設計和各模塊程序設計，最后連接起來得到完整的應用程序。

現(xiàn)在是5頁\一共有28頁\編輯于星期三4．系統(tǒng)調試

將硬件和軟件相結合，分模塊進行調試，修正和完善原始方案。最后進行整個系統(tǒng)的調試，以達到控制系統(tǒng)的要求。調試完成后將應用程序固化在程序存儲器中。

現(xiàn)在是6頁\一共有28頁\編輯于星期三第二節(jié)

提高系統(tǒng)可靠性的常用方法

一、提高系統(tǒng)可靠性的常用方法

（一）電源干擾及其抑制

1．交流電源干擾及其抑制

在工業(yè)控制現(xiàn)場，生產(chǎn)負荷經(jīng)常變化，大型用電設備的啟動、停止等，往往要造成電源電壓的波動，因此，我們一方面要盡量使控制系統(tǒng)遠離這些干擾源，另一方面可在系統(tǒng)中采用干擾抑制器。

現(xiàn)在是7頁\一共有28頁\編輯于星期三2．直流電源抗干擾措施①采用集成穩(wěn)壓塊單獨供電②直流開關電源③DC-DC變換器（二）地線干擾及其抑制1．一點接地和多點接地的應用2．數(shù)字地與模擬地的連接原則數(shù)字地指的是TTL或CMOS芯片、I/O接口電路芯片、CPU芯片等數(shù)字邏輯電路的地端，以及A/D、D/A轉換器的數(shù)字地端。模擬地指的是運算放大器、采樣保持器等模擬器件的地和A/D、D/A轉換器中模擬信號的接地端?，F(xiàn)在是8頁\一共有28頁\編輯于星期三3．印刷電路板的地線分布原則印刷電路板的地線分布一般應遵循下列幾個原則：①TTL、CMOS器件的地線要呈輻射網(wǎng)狀，避免形成環(huán)狀。②線路板上的地線要根據(jù)通過電流的大小決定其寬度，最好不小于3mm。③旁路電容的地線不要太長④功率地通過的電流信號一般較大，其地線應較寬些，且必須與小信號地分開?，F(xiàn)在是9頁\一共有28頁\編輯于星期三4．屏蔽雙絞線的接地當采用屏蔽雙絞線傳送信號時，應將屏蔽體與工作地連在一起，并應注意只能有一個接地點，否則屏蔽體兩端就會形成回路，在屏蔽體上產(chǎn)生較大的噪聲.5．接地系統(tǒng)在一個完整的單片機應用系統(tǒng)中，存在著三種類型的地：一是低電平電路地線，如數(shù)字地、模擬地等；二是電動機、繼電器、電磁開關等強電設備的地(亦可稱為噪聲地)；三是機殼、控制柜外殼地(也稱為金屬件地)。現(xiàn)在是10頁\一共有28頁\編輯于星期三接地系統(tǒng)示意圖現(xiàn)在是11頁\一共有28頁\編輯于星期三（三）其它提高系統(tǒng)可靠性的方法1．使用微處理器監(jiān)控電路2．軟件抗干擾措施①輸入/輸出抗干擾

②避免系統(tǒng)“死機”的方法避免系統(tǒng)“死機”的方法有很多，除了單片機集成的Watchdog功能外，還可以采用軟件陷阱的方法?，F(xiàn)在是12頁\一共有28頁\編輯于星期三第三節(jié)

單片機在步進電動機控制中的應用

一、步進電動機的組成及工作原理

步進電動機種類很多，按運動方式分有旋轉運動式、直線運動式和平面運動式錯齒是促使步進電動機旋轉的原因。二、步進電動機的主要參數(shù)

步進電動機的主要特性參數(shù)有：1．步距角：2．起動頻率:3．連續(xù)運行頻率:4．最大靜轉矩：5．靜態(tài)步距角誤差：現(xiàn)在是13頁\一共有28頁\編輯于星期三三、步進電動機的單片機控制我們以單片機控制的三相步進電動機為例來介紹步進電動機的單片機控制系統(tǒng)。其原理圖如圖8-4所示?，F(xiàn)在是14頁\一共有28頁\編輯于星期三1．系統(tǒng)工作原理由前述步進電動機的工作原理可知，步進電動機是在一定順序的電脈沖控制下運轉的。根據(jù)步進電動機控制方式，將環(huán)形節(jié)拍控制字按順序存放在一個表中，然后依次從表中取出控制字并輸出，這樣即可實現(xiàn)按要求對步進電動機的控制。表8-1列出的為步進電動機工作在三相六拍時的控制字?，F(xiàn)在是15頁\一共有28頁\編輯于星期三2．步進電動機控制程序設計由前面的分析可知，步進電動機控制的任務就是：①判斷旋轉方向；②按順序送出控制脈沖；③判斷脈沖是否送完。圖8-5程序延時控制流程圖步進電動機轉速控制可由程序延時來完成，也可由定時器延時來完成。這里以程序延時為例。其程序流程如圖8-5所示。現(xiàn)在是16頁\一共有28頁\編輯于星期三圖8-5程序延時控制流程圖

步進電動機轉速控制可由程序延時來完成，也可由定時器延時來完成。這里以程序延時為例。其程序流程如圖8-5所示現(xiàn)在是17頁\一共有28頁\編輯于星期三圖8-5程序延時控制流程圖

PUSH A MOV R4,#N CLR C ORL C,D5HJC ROTEMOV R0,#20H JMP LOOPROTE： MOV R0,#27H LOOP:MOV A,@R0MOV P1,A ACALL DLY INC R0 現(xiàn)在是18頁\一共有28頁\編輯于星期三MOV A,#00H ORL A,@R0 JZ TPLLOOP1:DJNZ R4,LOOPPOP A RET TPL:MOV A,R0 CLR CSUBB A,#06HMOV R0,AAJMP LOOP1DLY1： MOV A,#M1LOOP:DEC ADLY：MOV R2,#MDJNZ R2,DLY1RETJNZ LOOP現(xiàn)在是19頁\一共有28頁\編輯于星期三3．步進電動機變速控制

通常為了提高步進電動機的速率，使步進電動機運行在其工作頻率(此頻率大于啟動頻率)，需要低速啟動、高速運轉、最后降速停止

變頻控制的方式很多，如直線方式、指數(shù)方式、頻率階梯表法等。這里，以三相六拍運行方式、定時器延時、直線升、降頻方式為例編寫步進電動機的變速控制程序。程序流圖8-7變頻調速程序流程圖程如圖8-7所示。現(xiàn)在是20頁\一共有28頁\編輯于星期三圖8-7變頻調速程序流程圖

現(xiàn)在是21頁\一共有28頁\編輯于星期三(3)在升、降頻過程中，考慮步進電動機的慣性，要求每改變一次頻率，需持續(xù)運行一定步數(shù)，稱頻率階梯步長。采用直線方式時，該值為常數(shù)。

現(xiàn)在是22頁\一共有28頁\編輯于星期三第四節(jié)單片機在直流調速中的應用

一、直流電動機調速原理

對于直流電動機，其轉速的表達式為：式中：n為電動機的轉速；U表示電動機電樞端電壓；I表示電樞電流；R表示電樞電路總電阻；K為電動機結構參數(shù)；Φ為每極磁通量。

現(xiàn)在是23頁\一共有28頁\編輯于星期三二、單片機控制的脈寬調速系統(tǒng)利用脈寬調速法，其占空比以及占空比與電動機轉速的關系如圖8-8所示。

在圖8-8a中，若電壓變換周期為，電壓接通時間為t，則占空比為D＝。設電動機固定接通電源時的最大轉速為V，則利用脈沖寬度調速的電動機的轉速為：

現(xiàn)在是24頁\一共有28頁\編輯于星期三圖8-9列出了直流電動機在不同轉向轉速時的脈寬調速方法?！?/p>

現(xiàn)在是25頁\一共有28頁\編輯于星期三如圖8-10所示為使用DAC0832進行電動機正反轉控制的電路圖。

現(xiàn)在是26