機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制

1、3.1 緒論1.1 機(jī)械系統(tǒng)控制的分類，按控制用的微機(jī)類型分：?jiǎn)纹瑱C(jī)、DSP、PLC等1.2 機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成：傳感器、運(yùn)算單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。傳感器是將機(jī)械類信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；運(yùn)算單元是控制的核心；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力傳動(dòng)裝置。1.3 微機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)：靈活性好、實(shí)時(shí)性好、集成度高、柔性好、抗干擾能力強(qiáng)、升級(jí)方便等。1.4 傳感器基本參數(shù)包括：靜態(tài)參數(shù):線性度、靈敏度、精度、穩(wěn)定性、分辨率等。動(dòng)態(tài)參數(shù):上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)時(shí)間。其它參數(shù):量程、抗干擾能力、應(yīng)用范圍等。1.5 模擬量輸出通道基本構(gòu)成：計(jì)算機(jī)-

2、鎖存-D/A-被控對(duì)象1.6 單片機(jī)、DSP、PLC的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用：?jiǎn)纹瑱C(jī)的體積小、成本低、控制功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)（4085度），用于簡(jiǎn)單系統(tǒng)的控制和復(fù)雜系統(tǒng)的底層控制。應(yīng)用：洗衣機(jī)、小型加熱爐。DSP可進(jìn)行指令的并行處理，信號(hào)處理能力強(qiáng)，具有高速的運(yùn)算能力，I/O功能非常豐富。應(yīng)用：語(yǔ)音處理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信號(hào)處理、控制；手機(jī)。PLC抗干擾能力強(qiáng)，邏輯控制功能強(qiáng)、運(yùn)算能力相對(duì)較弱，模塊化設(shè)計(jì)使組合設(shè)計(jì)方便，編程方便，適用于全部為開關(guān)量的邏輯控制，或大量邏輯控制加少量模擬量的系統(tǒng)。應(yīng)用：電梯3.2 單片機(jī)2.1 單片機(jī)：?jiǎn)纹⑿陀?jì)算機(jī)，在一塊芯片上集成了CPU、RAM、R

3、OM、I/O、A/D、D/A、CT/TM等功能。2.2 ADuc812屬于增強(qiáng)型8052，ADuc812特點(diǎn)：8位CPU32位雙向可尋址I/O線3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器9個(gè)中斷源分兩個(gè)優(yōu)先級(jí)8KBFlash程序存儲(chǔ)器640BFlash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16MB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器A/D和D/A功能、I2C等2.3 ADuc812的CPU為8位CPU。CPU的一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)（12個(gè)振蕩脈沖）組成。1機(jī)器周期=12內(nèi)核時(shí)鐘大多數(shù)指令的執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)機(jī)器周期，MUL（乘法）和DIV（除法）指令需要4個(gè)機(jī)器周期，中斷響應(yīng)最短需要3個(gè)機(jī)器周期最長(zhǎng)需要8個(gè)機(jī)器周期。定時(shí)器的時(shí)間基準(zhǔn)為機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器

4、的當(dāng)前值1。2.4 ADuC812 有3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每一個(gè)計(jì)時(shí)器包括了兩個(gè)8 位的寄存器，THx 和TLx。當(dāng)作為定時(shí)器使用時(shí)，TLx 在每一個(gè)時(shí)鐘周期都增加。而每一個(gè)時(shí)鐘周期都包含了12個(gè)內(nèi)部核心時(shí)鐘，因此最大計(jì)時(shí)頻率只能是內(nèi)核時(shí)鐘頻率的1/12。當(dāng)作為計(jì)數(shù)器使用時(shí)，TLx 在每一個(gè)外部事件輸入管腳（T0、T1、T2）上的1 到0 跳變將增加1。為了能夠保證外部事件信號(hào)能被正確采樣到，事件信號(hào)必須要在低于內(nèi)核時(shí)鐘頻率的1/24 的頻率下工作。2.5 ADuC812 共有4 個(gè)8 位I/O 口。P0可作為輸入輸出口，也可作為地址總線。P1 是八位的輸入端口，也可作為AD 輸入轉(zhuǎn)

5、換通道，兩功能都是輸入，此端口不能輸出，為了讓P1 作為數(shù)字輸入端口，需要向?qū)?yīng)端口寫0，如果向P1 端口寫1，則P1 的此端口將作為AD 轉(zhuǎn)換通道使用。P2 口是八位的帶上拉電阻的雙向口，也作為擴(kuò)展應(yīng)用中的地址總線使用。P3 是是八位的帶上拉電阻的雙向口，同時(shí)P3 的各個(gè)端口都定義了特殊的用途2.6 單片機(jī)開發(fā)環(huán)境為KeilC；使用5V穩(wěn)壓電源2.7 要進(jìn)行程序下載，首先要進(jìn)行下列重置步驟：先按下PSEN 鍵，在保持PSEN 按下的同時(shí)，按下RESET 鍵并抬起，最后抬起PSEN 鍵，此時(shí)單片機(jī)進(jìn)入等待程序燒寫狀態(tài)。2.8 發(fā)光二極管、按鍵、數(shù)碼管都是I/O 的擴(kuò)展電路2.9 中斷源： 外中

6、斷：INT0（P3.2）和INT1（P3.3）引腳產(chǎn)生 電平中斷：低電平引起中斷。 脈沖中斷：下降沿引起中斷。狀態(tài)至少維持1個(gè)機(jī)器周期。 定時(shí)中斷：T0和T1 串行中斷：接收和發(fā)送完成。2.10 響應(yīng)某個(gè)中斷需要4個(gè)條件：（1） EA=1（2） 屏蔽寄存器相應(yīng)位為1（3） 中斷事件發(fā)生：TCON（8位寄存器，對(duì)應(yīng)不同中斷）或SCON中相應(yīng)位為1（8位寄存器對(duì)應(yīng)不同中斷）（4） 當(dāng)前中斷優(yōu)先級(jí)最高中斷的響應(yīng)：產(chǎn)生可執(zhí)行中斷后，硬件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一條長(zhǎng)調(diào)用指令，LCALL Addr16。不同中斷對(duì)應(yīng)的地址如下表。中斷請(qǐng)求的撤銷：中斷響應(yīng)后，TCON或SCON中相應(yīng)的中斷標(biāo)志位應(yīng)該清除，否則還可能再

7、引起中斷。1 定時(shí)器中斷請(qǐng)求是自動(dòng)清除的。2 脈沖方式的外中斷可以認(rèn)為是自動(dòng)清除的。3 電平方式的外中斷標(biāo)志是自動(dòng)清除的，但中斷請(qǐng)求不能自動(dòng)清除。4 串行通訊中斷的標(biāo)志位需要軟件清除。因?yàn)樵谥袛喑绦蛑行枰卸ㄊ荰I還是RI。2.11 中斷控制：有4個(gè)SFR（特殊功能寄存器Special Function Register）與中斷控制有關(guān)。分別是： IE、IP 、TCON、SCON1：允許中斷0：禁止中斷2.12 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：ADuC812 有3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每一個(gè)計(jì)時(shí)器包括了兩個(gè)8 位的寄存器，THx 和TLx。當(dāng)作為定時(shí)器使用時(shí)，TLx 在每一個(gè)時(shí)鐘周期都增加。而每一個(gè)時(shí)鐘

8、周期都包含了12個(gè)內(nèi)部核心時(shí)鐘，因此最大計(jì)時(shí)頻率只能是內(nèi)核時(shí)鐘頻率的1/12。當(dāng)作為計(jì)數(shù)器使用時(shí)，TLx 在每一個(gè)外部事件輸入管腳（T0、T1、T2）上的1 到0 跳變將增加1。為了能夠保證外部事件信號(hào)能被正確采樣到，事件信號(hào)必須要在低于內(nèi)核時(shí)鐘頻率的1/24的頻率下工作。2.13 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器四種工作模式（TMOD）TMOD=0：13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)8192；12M內(nèi)核（CORECLK）時(shí)鐘下最大定時(shí)范圍8.192msTMOD=1：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其他與0模式相同TMOD=2：8位自動(dòng)裝載方式TMOD=3：定時(shí)器的工作方式0、1、2對(duì)定時(shí)器0和1都是相同的，而方式3對(duì)定時(shí)器

9、0和1是不同的。（自學(xué)，不重要）2.14 定時(shí)器2：定時(shí)器2是一個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有三種工作方式：事件捕獲，自動(dòng)重新加載，波特率產(chǎn)生2.15 在主程序中使用中斷禁區(qū)，可以在進(jìn)入禁區(qū)前向EA 寫0，出禁區(qū)后向EA 寫1。2.16 ADuC812 有三個(gè)特殊寄存器來(lái)控制三個(gè)定時(shí)器，他們分別為TMOD、TCON 和T2CON。TMOD和TCON用于控制定時(shí)器0和定時(shí)器1的工作模式，T2CON用于控制定時(shí)器2。2.17 ADuC812 集成了兩個(gè)12 位的電壓輸出DAC（數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換輸出Digital to Analog Converter），每一個(gè)都能滿量程輸出，即若單片機(jī)供電為5V

10、，其最大可輸出電壓也可以到達(dá)5V。兩路DAC 都有兩種可選的輸出電壓范圍，0Vref 或者0AVdd。其中Vref 為內(nèi)部參考電壓，為2.5V，AVdd為單片機(jī)的供電電壓，為5V。每一路DAC 可工作在12 位或者8 位的輸出精度上。兩路共享一個(gè)控制寄存器DACCON，四個(gè)數(shù)據(jù)寄存器DAC0H/L，DAC1H/L。2.18 ADuC812 提供了一組快速8 通道，12 位的AD 轉(zhuǎn)換模塊。這8 個(gè)AD 轉(zhuǎn)換通道與IO 口P1 復(fù)用。AD 轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)3 個(gè)特殊功能寄存器管理。他們分別是ADCCON1，ADCCON2，ADCCON3。其中ADCCON1 與ADCCON2 是AD 轉(zhuǎn)換控制器，AD

11、CCON3 是AD 轉(zhuǎn)換狀態(tài)寄存器。AD 轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍為0VVref，其中Vref 為內(nèi)部參考電壓2.5V。也可以采用外部電路調(diào)整到范圍為0VAVddV。為了加快AD 轉(zhuǎn)換速度，ADC 模塊可以工作在連續(xù)模式下，在這種模式下，AD 轉(zhuǎn)換完成后，數(shù)據(jù)通過(guò)DMA 技術(shù)（內(nèi)存直讀，即不通過(guò)處理器就可以訪問(wèn)內(nèi)存的技術(shù)）將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存中。ADC 的轉(zhuǎn)換精度為12 位，因此當(dāng)轉(zhuǎn)換范圍為0VAVddV，轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到AVdd/4096，當(dāng)AVdd 為5V 時(shí)，轉(zhuǎn)換精度為1.22mV。ADC 的轉(zhuǎn)換結(jié)果將保存在ADCDATAL 和ADCDATAH 中，其中ADCDATAL 保存了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低8 位

12、，ADCDATAH 的低四位保存了轉(zhuǎn)換結(jié)果的高4 位的結(jié)果。ADCDATAH 的高四位保存了當(dāng)前轉(zhuǎn)換的通道號(hào)。2.19 DAC0H = triangleH; /寫入高位數(shù)據(jù)DAC0L = triangleL; /寫入低位數(shù)據(jù)（必須先寫高位數(shù)據(jù)，否則寫完低位就更新）void adci(void) interrupt 6/取轉(zhuǎn)換結(jié)果dataL = ADCDATAL;dataH = ADCDATAH;/對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行處理/*res = dataH & 0x0F;res = res 8;res = res + dataL;/開始一次AD 轉(zhuǎn)換*/SCONV = 1;3.3 DSP3.1 DSP：Di

13、gital Signal Processor，數(shù)字信號(hào)處理器。3.2 DSP的發(fā)展方向：一是繼續(xù)提高數(shù)字信號(hào)處理能力；二是設(shè)計(jì)了豐富的控制功能以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和控制功能的集成。3.3 TMS320LF2407A的特點(diǎn) 采用高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)，供電電壓為3.3V，減小了器件的功耗。30MIPS的執(zhí)行速度提高了器件的實(shí)時(shí)控制能力。 片內(nèi)有32K字的Flash程序存儲(chǔ)器，2.5K字的數(shù)據(jù)程序RAM544字的雙口RAM（DARAM），2K字的單口RAM（SARAM） 兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)包括：兩個(gè)16位通用定時(shí)器，8個(gè)16位PWM通道，3個(gè)捕獲單元。 16個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，1

14、0位的A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns。 41個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用I/O。 WDT、CAN、SCI、SPI 獨(dú)立的64K字程序、數(shù)據(jù)和I/O尋址空間，共192K字。3.4 TMS320LF2407基于增強(qiáng)的哈佛結(jié)構(gòu)，有三組獨(dú)立的總線：程序地址總線、數(shù)據(jù)讀地址總線、數(shù)據(jù)寫地址總線。訪問(wèn)程序和數(shù)據(jù)是分開的，在一個(gè)周期內(nèi)CPU可以進(jìn)行3次并行的存儲(chǔ)器操作。其程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)和I/O區(qū)是獨(dú)立的。3.5 INTM：中斷模式位，1所有可屏蔽的中斷禁止。可以通過(guò)SETC INTM置1，或CLRC INTM清零。CPU支持六個(gè)可屏蔽的中斷INT1INT6。通過(guò)外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器PIE實(shí)現(xiàn)中斷的擴(kuò)展。3.

15、6 系統(tǒng)配置：兩個(gè)系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器SCSR1和SCSR2。3.7 IFR：與中斷有關(guān)的寄存器0沒(méi)有中斷登記1至少有一個(gè)中斷登記W1C：寫1可以將某位清除3.8 IMR：0中斷被屏蔽1中斷被使能3.9 外設(shè)中斷寄存器包括：外設(shè)中斷向量寄存器PIVR、外設(shè)中斷請(qǐng)求寄存器PIRQR0/1/2，外設(shè)中斷應(yīng)答寄存器PIACKR0/1/2外設(shè)中斷請(qǐng)求寄存器PIRQR0/1/2：相應(yīng)位為1表示有中斷請(qǐng)求被懸掛。外設(shè)中斷應(yīng)答寄存器PIACKR0/1/2：寫1表示插入中斷應(yīng)答，從而將PIRQR相應(yīng)位清除。3.10 TMS320LF2407A系列DSP芯片有多達(dá)41個(gè)通用的雙向數(shù)字I/O引腳數(shù)字I/O的控制主要涉及到兩類的專用寄存器：I/O口復(fù)用控制寄存器（MCRx，這里x可以指代A/B/C）數(shù)據(jù)方向控制寄存器（PxDATDIR，這里x可以指代A/B/C/D/E/F）。3.11 MCRA控制著IOPA和IOPB的功能：1基