比賽教材-單片機(jī)

4．5典型驅(qū)動電路電動機(jī)在全國電子設(shè)計(jì)大賽中經(jīng)常使用，如2011年帆板控制系統(tǒng)（F題）用直流電動機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇，2007年電動車蹺蹺板（F題）用直流電動機(jī)驅(qū)動車，2005年懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)（E題）用兩只步進(jìn)電機(jī)通過滑輪的吊繩控制物體在板上運(yùn)動。4．5．1直流電動機(jī)驅(qū)動電路直流電動機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動裝置，因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動中得到廣泛應(yīng)用。1.RS380-ST介紹本節(jié)以RS380-ST直流電機(jī)為例介紹其驅(qū)動電路，此直流電機(jī)為全國智能汽車大賽車模A指定元器件。RS380-ST/3545直流電機(jī)外型如圖4.5.1圖4.5.1直流電極外形圖RS380-ST/3545直流電機(jī)技術(shù)參數(shù)如表4.5.1表4.5.1工作特性電流(A)轉(zhuǎn)速(rpm)扭矩()無負(fù)荷0.48153000最大效率2.851310099最大功率8.617650340停止16.7206802.直流電機(jī)驅(qū)動電路電機(jī)電樞兩端電壓的極性影響電機(jī)的轉(zhuǎn)向，兩端電壓的大小影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過微控制器輸出不同占空比的PWM信號來近似不同幅度的電壓，以達(dá)到控制速度的目的。本節(jié)使用集成電機(jī)驅(qū)動芯片MC33886驅(qū)動直流電機(jī)。MC33886在5~40V電壓下可提供5A電流，完全可以滿足驅(qū)動電機(jī)的工作要求，內(nèi)部就有短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)等功能。MC33886芯片封裝圖如圖4.5.2所示。圖4.5.2產(chǎn)品特性：5.0V~40V連續(xù)操作120mΩ導(dǎo)通電阻H橋TTL/CMOS輸入兼容PWM頻率可達(dá)10KHz輸出短路保護(hù)欠壓保護(hù)故障狀態(tài)報(bào)告無鉛封裝典型應(yīng)用電路如圖4.5.3所示。在實(shí)際使用中，可以將兩片MC33886并聯(lián)，從而增加電流驅(qū)動能力。圖4.5.3MC33886典型驅(qū)動電路圖3.直流電機(jī)驅(qū)動參考程序/view/f3ce6cff04a1b0717fd5dd26.htmlMC33886芯片真值表如表4.5.2所示。在程序設(shè)計(jì)中，通過IN1和IN2來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。編寫的驅(qū)動參考程序如下。表4.5.2MC33886芯片真值表輸入信號輸出信號D1/D2IN1IN2OUT1OUT20110100101010100000111114．5．2步進(jìn)電動機(jī)及驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度，輸出力矩大，動態(tài)性能好；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大，動態(tài)性能差?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)綜合了永磁式和反應(yīng)式不僅電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電機(jī)。分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度，五相步進(jìn)角一般為0.72度。1.35BY48步進(jìn)電機(jī)圖4.5.435BY48步進(jìn)電機(jī)外形圖【改】本節(jié)35BY48兩相六線步進(jìn)電機(jī)為例進(jìn)行介紹。該步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角為7.5oC，一圈360oC，需要48個脈沖完成。35BY48S053C外形如圖4.5.4所示圖4.5.435BY48步進(jìn)電機(jī)外形圖【改】2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路采用ULN2003驅(qū)動芯片驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作。芯片封裝如圖4.5.5所示。圖4.5.5ULN2003芯片封裝圖ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由7個硅達(dá)林管組成。產(chǎn)品特性如下：輸出電流（單輸出）：500mA最大值持續(xù)高電壓輸出：50V最小值輸出鉗位二極管輸入兼容各種類型邏輯DIP-16或SOP-16塑料封裝。使用ULN2003驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的連線圖如圖4.5.6圖4.5.6ULN2003驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)連線圖3.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動參考程序4．5．3繼電器驅(qū)動電路繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用，具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)。繼電器的工作原理是當(dāng)繼電器的輸入量（如電壓、電流、溫度等）達(dá)到規(guī)定值時(shí)，輸出電路導(dǎo)通或斷開。1.固態(tài)繼電器圖4.5.7HK4100DF外形圖本節(jié)以固態(tài)繼電器（SolidStateRelay，SSR）HK4100DF-DC5V為例。固態(tài)繼電器是一種兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。圖4.5.7HK4100DF外形圖主要技術(shù)參數(shù)（1）觸電參數(shù)觸點(diǎn)形式：1C（SPDT）觸電負(fù)載：3A220VAC/30VDC阻抗：≤100mΩ額定電流：3A電氣壽命：≥10萬次機(jī)械壽命：≥1000萬次（2）線圈參數(shù)阻值（±10%）：120Ω線圈功耗：0.2W額定電壓：DC5V吸合電壓：DC3.75V釋放電壓：DC0.5V工作溫度：-25oC~+70oC絕緣電阻：≥100MΩ線圈與觸點(diǎn)間耐壓:4000VAC/1分鐘觸點(diǎn)與觸點(diǎn)間耐壓：750VAC/1分鐘由繼電器線圈參數(shù)可知，繼電器工作吸合電流為：0.2W/5V=40mA。而單片機(jī)I/O口拉電流為4mA~20mA，因此不能直接驅(qū)動繼電器工作。2.繼電器驅(qū)動電路（1）晶體管驅(qū)動繼電器當(dāng)晶體管用來驅(qū)動繼電器時(shí)，必須將晶體管發(fā)射級接地。電路如圖4.5.8所示。晶體管為NPN9014或8050，R1起限流作用，降低晶體管T1功耗，阻值為2kΩ。二極管D1反向續(xù)流，抑制繼電器自感，選IN4148。NPN型晶體管工作在飽和導(dǎo)通和截止兩個狀態(tài)上。當(dāng)晶體管T1輸入高電平時(shí)，晶體管飽和導(dǎo)通，集電極變?yōu)榈碗娖?，因此繼電器線圈通電，觸電RL吸和。當(dāng)晶體管T1輸入低電平時(shí)，晶體管截止，繼電器線圈斷電，觸點(diǎn)RL斷開。圖4.5.8晶體管驅(qū)動繼電器連線圖（2）ULN2003驅(qū)動繼電器ULN2003驅(qū)動繼電器電路接線圖如圖4.5.9所示。4.5.9ULN2003驅(qū)動繼電器連線圖3.繼電器驅(qū)動參考程序4．6A隨著數(shù)字電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛普及與應(yīng)用，數(shù)字信號的傳輸與處理日趨普遍。然而，自然形態(tài)下的物理量多以模擬量的形式存在，如溫度、濕度、壓力、流量、速度等，當(dāng)單片機(jī)要處理這些模擬物理量時(shí)，應(yīng)將其首先轉(zhuǎn)換為電信號，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；當(dāng)電路或計(jì)算機(jī)處理完這些數(shù)字信號后，又必須將其轉(zhuǎn)換成模擬信號，進(jìn)行輸出或者控制相關(guān)對象。AD轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC，AnalogtoDigitalConverter）。DA轉(zhuǎn)換器是數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的電路，稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC，DigitaltoAnalogConverter）。本節(jié)介紹兩款TI公司生產(chǎn)的12位AD和DA轉(zhuǎn)換芯片，串行通信方式，可以節(jié)省I/O資源。4．6．1A／D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)1．TLC2543TLC2543是TI公司生產(chǎn)的12位串行A/D轉(zhuǎn)換器。其芯片封裝如圖4.6.1所示，引腳功能見表4.6.1表4.6.1TLC2543引腳功能表序號引腳名稱表4.6.1TLC2543引腳功能表序號引腳名稱功能1VCC電源+5V2GND地3VREF-正基準(zhǔn)電壓，+5V4VREF+負(fù)基準(zhǔn)電壓，接GNDAIN0~AIN1011路模擬量輸入端/CS片選端EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束端I/OCLOCK時(shí)鐘輸入輸出端DATAOUT轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端DATAIN串行數(shù)據(jù)輸入端圖4.6.1TLC2543芯片封裝圖產(chǎn)品特性12位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器在工作溫度范圍內(nèi)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs11路模擬輸入通道3路內(nèi)置自檢測方式固有采樣和保持功能線性誤差最大為±1LSB片上系統(tǒng)時(shí)鐘轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOC）輸出具有單、雙極性輸出可編程MSB或LSB前導(dǎo)可編程電源可編程輸出數(shù)據(jù)長度CMOS工藝2.TLC2543接線圖圖4.6.2TLC2543接線圖在使用TLC2543時(shí)需要注意：芯片的電源和地之間必須接一個0.1μF的去耦電容。模擬地和數(shù)字地必須分開，以防止數(shù)字噪聲對模擬信號產(chǎn)生干擾。地線盡可能寬或用地線平面，連接線盡可能短。如果使用開關(guān)電源，則開關(guān)電源要遠(yuǎn)離模擬器件。電路板的布線要確保數(shù)字信號和模擬信號分開，模擬線和數(shù)字線特別是時(shí)鐘信號線不能相互平行，也不能在TLC2543芯片下面布數(shù)字信號線。3.TLC2543驅(qū)動程序4．6．2D／A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)1.TLV5636TLV5636是TI公司生產(chǎn)的內(nèi)置基準(zhǔn)電源的串行12位電壓輸出型高速D/A轉(zhuǎn)換器。內(nèi)置的4線串行接口，串行接口時(shí)鐘頻率最高可達(dá)20MHz，輸出刷新頻率可達(dá)1.25MHz。其輸出建立時(shí)間可縮短至1μs。電源電壓范圍為2.7V~5.5V。封裝形式有SOIC-8和MSOP-8兩種。其引腳如圖4.6.3所示。圖4.6.3圖4.6.3TLV5636引腳圖12位電壓輸出型DAC可編程可編程建立時(shí)間：快速模式1μs，慢速模式3.5μs與TMS320和SPITM串口兼容微分非線性...<0.5LSBTyp與溫度成線性關(guān)系表4.6.2TLV5636引腳功能表序號名稱功能1DIN串行數(shù)據(jù)輸入2SCLK串行時(shí)鐘輸入3/CS片選，低電平有效4FS幀起始輸入5AGND電源地6REF基準(zhǔn)輸入/輸出7OUT轉(zhuǎn)換輸出8VDD電源2.TLV5636接線圖TLV5636與微控制器或其他數(shù)字系統(tǒng)采用3線制同步串行接口通信。圖4.6.4TLV5636典型應(yīng)用電路圖3.TLV5636驅(qū)動程序參考驅(qū)動程序/view/f04a5628bd64783e09122bec.html4．7串行通信串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時(shí)間長度。只需要少數(shù)幾條線就可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)間交換信息，特別使用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。在比賽中，經(jīng)常使用單片機(jī)的串行通信接口完成單片機(jī)與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，以查看系統(tǒng)運(yùn)行過程數(shù)據(jù)。目前，RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)等串行通信技術(shù)應(yīng)用很廣，如錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)以及許多工業(yè)控制設(shè)備上都配備有RS-232串行通信接口。本節(jié)以RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹。在硬件電路方面，計(jì)算機(jī)的串行口是RS-232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的。因此，必須通過電路實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS-232電平的轉(zhuǎn)換。常用的電平轉(zhuǎn)換集成電路是MAX232或者與它兼容轉(zhuǎn)換芯片。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信的硬件連接如圖4.6.5所示。圖4.6.5單片機(jī)串口與計(jì)算機(jī)串口在軟件程序設(shè)計(jì)方面，包括上位機(jī)程序設(shè)計(jì)和單片機(jī)程序設(shè)計(jì)兩部分。上位機(jī)程序可以直接使用現(xiàn)成的串口調(diào)試助手軟件。也可以使用VisualC++等可視化程序開發(fā)環(huán)境自行設(shè)計(jì)圖4.6.6圖4.6.6MCS-51單片機(jī)串行口編程要點(diǎn)：（1）設(shè)置串口的工作方式設(shè)置SCON寄存器的內(nèi)容。若要串口接收，需將其中的REN位置1。（2）設(shè)置正確的波特率使用定時(shí)器作為波特率發(fā)生器時(shí)，需要設(shè)置定時(shí)器的工作方式和時(shí)間常數(shù)，即，設(shè)定TMOD和THX、TLX寄存器的內(nèi)容；啟動定時(shí)器，置位TRX。（X=0，或1）。（3）設(shè)置串口的中斷優(yōu)先級，設(shè)置PS，或取默認(rèn)值。（4）設(shè)置相應(yīng)的中斷控制位，ES和EA。（5）如要串口發(fā)送，將數(shù)據(jù)送入SBUF。（6）編制串行中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中要有清除中斷標(biāo)志指令，將TI和RI清零。假設(shè)，單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘為11.0592MHz，通信參數(shù)為“9600，n，8，1”（表示波特率為9600bit/s，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，沒有奇偶校驗(yàn)）。在計(jì)算機(jī)上顯示從單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。編寫的控制程序如下。#include"reg51.h"http://包含8051單片機(jī)寄存器定義文件unsignedcharADDRT[10]={0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08}

;//傳輸?shù)臄?shù)據(jù)unsignedcharnum=0

;//傳輸數(shù)據(jù)個數(shù)voidmain(void){ SCON=0x40;//8位可變波特率，無奇偶校驗(yàn)位，不允許接收TMOD=0x20;//定時(shí)器T1工作方式2TH1=0xFD;//產(chǎn)生9600bps的時(shí)間常數(shù)TL1=0xFD; ES=