嵌入式計(jì)算機(jī)(三)-清華大學(xué)精儀系本科課件

嵌入式計(jì)算機(jī)及

機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用

第三講第一節(jié)接口電路總結(jié)已講內(nèi)容三、已學(xué)接口電路分析

2、D/A轉(zhuǎn)換器

3、A/D轉(zhuǎn)換器

第一節(jié)接口電路總結(jié)關(guān)于作業(yè)一

16位總線方式的PC104總線IO方式第一節(jié)接口電路總結(jié)MEM方式第一節(jié)接口電路總結(jié)四、可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器82541.方案設(shè)計(jì)（1）定時(shí)/計(jì)數(shù)器

定時(shí)功能:輸入信號(hào)為精確時(shí)鐘脈沖,起分頻作用,輸出脈沖;

設(shè)置計(jì)數(shù)初值寄存器,保證精確定時(shí);

計(jì)數(shù)功能:輸入任意脈沖,隨時(shí)讀出計(jì)數(shù)值

設(shè)置輸出寄存器,保證讀數(shù)正確,又不影響連續(xù)計(jì)數(shù)（2）定時(shí)/計(jì)數(shù)的控制硬件啟動(dòng)計(jì)數(shù):控制信號(hào)高電平時(shí)計(jì)數(shù),低電平時(shí)停止計(jì)數(shù)控制信號(hào)上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)到0自動(dòng)停止軟件啟動(dòng)計(jì)數(shù)第一節(jié)接口電路總結(jié)（3）輸出多種波形產(chǎn)生分頻信號(hào),即定時(shí)信號(hào)產(chǎn)生方波產(chǎn)生時(shí)間間隔信號(hào),用來(lái)測(cè)量脈沖的頻率或周期第一節(jié)接口電路總結(jié)2、8254結(jié)構(gòu)框圖（第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中要用到）第一節(jié)接口電路總結(jié)D7～D0：數(shù)據(jù)總線，8位，與外部數(shù)據(jù)總線聯(lián)接/WR：寫信號(hào)，輸人，低電平有效/RD：讀信號(hào)，輸入，低電乎有效/CS：片選信號(hào)，輸入，低電平有效A1、A0：地址信號(hào)，輸入，用于選擇內(nèi)部寄存器CLK2一CLK0：3個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)信號(hào)輸入OUT2一OUT0：3個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)回零輸出GATE2—GATE0：3個(gè)11黨器外部門控輸入端，高電平有效8254為減計(jì)數(shù)、16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，下降沿計(jì)數(shù)第一節(jié)接口電路總結(jié)3、工作方式（1）6種工作方式方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷方式1：可重觸發(fā)的單脈沖方式2：分頻器方式3：方波發(fā)生器方式4：軟件觸發(fā)選通方式5：硬件觸發(fā)選通第一節(jié)接口電路總結(jié)（2）控制字及編程第一節(jié)接口電路總結(jié)（2）控制字及編程初始化編程分為兩步（對(duì)每個(gè)計(jì)算器分別編程）1）以計(jì)數(shù)器工作方式確定控制字，寫入控制字寄存器;2）按控制字規(guī)定的格式，把計(jì)數(shù)初值寫入計(jì)數(shù)器讀取計(jì)數(shù)值有兩種情況（對(duì)每個(gè)計(jì)算器分別讀?。?）計(jì)數(shù)已結(jié)束，讀取計(jì)數(shù)值2）在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，先鎖存，后讀取，保證讀數(shù)正確。可向8254寫一個(gè)控制字，使計(jì)數(shù)器中的輸出鎖存器鎖住，CPU就可以讀取鎖存器中的值，并不影響計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。一旦CPU讀取數(shù)值后，鎖存狀態(tài)自動(dòng)解除，恢復(fù)跟隨計(jì)數(shù)器的數(shù)值第一節(jié)接口電路總結(jié)（3）工作方式的時(shí)序圖分析

方式0－計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生中斷方式寫入控制字后OUT輸出低電平，在計(jì)數(shù)回零結(jié)束時(shí)輸出高電平，并一直保持。第一節(jié)接口電路總結(jié)（3）工作方式的時(shí)序圖分析

方式1－可重觸發(fā)的單脈沖

猶如一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每觸發(fā)1次，輸出1個(gè)負(fù)的單脈沖，脈沖寬度為計(jì)數(shù)周期第一節(jié)接口電路總結(jié)寫入控制字后，輸出端初始化為高電平門控GATE上升沿到后，下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿計(jì)數(shù)器裝入初值，輸出端變?yōu)榈碗娖疆?dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，輸出變?yōu)楦唠娖?，若?jì)數(shù)初值為N，脈寬則為N個(gè)時(shí)鐘周期如果門控GATE又來(lái)一次上升沿，再一次觸發(fā)，計(jì)數(shù)器會(huì)按原來(lái)的初值重新計(jì)數(shù)，再產(chǎn)生一個(gè)單脈沖第一節(jié)接口電路總結(jié)方式2－分頻器初始化后，輸出端為高電平，在門控GATE為高電平情況下，減到1輸出變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過1個(gè)周期，輸出又恢復(fù)為高電平，重新計(jì)數(shù)，這樣周而復(fù)始，產(chǎn)生一定頻率的脈沖，猶如N分頻的分頻器第一節(jié)接口電路總結(jié)寫入控制字后，輸出端初始化為高電平門控GATE信號(hào)變高后，下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿計(jì)數(shù)器裝入初值在GATE高電平期間計(jì)數(shù)，減到1時(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過1個(gè)周期，輸出又恢復(fù)高電平，重新計(jì)數(shù)在門控GATE變低后，停止計(jì)數(shù)，在GATE變?yōu)楦唠娖降南乱粋€(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿，從計(jì)數(shù)初值重新開始計(jì)數(shù)第一節(jié)接口電路總結(jié)3、應(yīng)用

8253在PC機(jī)中的應(yīng)用：0＃用于系統(tǒng)時(shí)鐘，1＃用于刷新DMA，2＃用于揚(yáng)聲器聲源測(cè)頻率測(cè)周期測(cè)時(shí)間間隔測(cè)轉(zhuǎn)速第一節(jié)接口電路總結(jié)思考題分析：利用PC/104總線嵌入式計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)應(yīng)用8254芯片測(cè)量脈沖信號(hào)頻率f的接口電路。分析：計(jì)數(shù)器0，工作在方式1，如何得到1秒的高電平時(shí)間信號(hào)計(jì)數(shù)器1，工作在方式2，如何測(cè)量脈沖信號(hào)f的頻率若頻率f大于66kHz，在1秒鐘時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)發(fā)生溢出，如何利用計(jì)數(shù)器2擴(kuò)大計(jì)數(shù)范圍

GATE0端的高低電平控制信號(hào)如何由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生哪個(gè)計(jì)數(shù)器的哪一引腳的信號(hào)電平可以用來(lái)判斷1秒鐘時(shí)間已到，計(jì)數(shù)已結(jié)束，如何判斷如何讀取數(shù)據(jù)，如何計(jì)算得到被測(cè)信號(hào)的頻率f第一部分嵌入式計(jì)算機(jī)及接口第一節(jié)接口電路總結(jié)第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和

控制第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制在機(jī)電系統(tǒng)中，需要測(cè)量和控制的主要狀態(tài)量:

位置（線位移、角位移）

速度（線速度、角速度）

加速度、力、振動(dòng)、溫度等

雖然測(cè)量傳感器和控制電路品種繁多，但對(duì)計(jì)算機(jī)接口來(lái)說，就是歸結(jié)到數(shù)字量、模擬量、脈沖量的測(cè)量和輸出。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制一、計(jì)算機(jī)測(cè)量電路的組成1、計(jì)算機(jī)測(cè)量電路的組成第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制2、計(jì)算機(jī)測(cè)量接口電路方案（1）模擬量測(cè)量第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制

計(jì)算機(jī)對(duì)模擬量通常是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器接口直接進(jìn)行采集，其特點(diǎn)是采集速度快計(jì)算機(jī)對(duì)模擬量測(cè)量還可以通過V/F轉(zhuǎn)換的方法。有些情況下，模擬信號(hào)需要進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，這會(huì)引起信號(hào)的失真和精度下降。為減小誤差，可采用先經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換，將脈沖信號(hào)進(jìn)行傳輸，然后計(jì)算機(jī)再對(duì)脈沖量進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)量的方法。V/F技術(shù)分辨率高，但主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，在非快速模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)用第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（2）脈沖量測(cè)量計(jì)算機(jī)測(cè)量脈沖量電路的組成第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制計(jì)算機(jī)對(duì)脈沖量通常應(yīng)用定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)量，或進(jìn)行頻率、周期測(cè)量，也可以應(yīng)用普通計(jì)數(shù)器或可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后計(jì)算機(jī)通過并行口把計(jì)數(shù)結(jié)果讀入。在需要快速測(cè)量脈沖量的頻率時(shí)，也可以對(duì)脈沖量先進(jìn)行F/V轉(zhuǎn)換，將脈沖量轉(zhuǎn)換為模擬量，然后計(jì)算機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（3）數(shù)字量目前有些功能先進(jìn)的集成芯片，已把傳感器的輸出信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)只要通過并行輸入接口或串行輸入接口就可以把數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制二、轉(zhuǎn)角測(cè)量

測(cè)量轉(zhuǎn)角的傳感器種類很多，例如電位器、增量式光電編碼器、感應(yīng)同步器等。1、電位器

角位移型電位器將轉(zhuǎn)角變化轉(zhuǎn)換成電阻變化，在電位器上加電壓后，電位器的輸出電壓就與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系：

V=kθ

計(jì)算機(jī)對(duì)模擬電壓量測(cè)量方法可采用前面已講述的方法。測(cè)量精度主要決定于電位器質(zhì)量、基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性、A/D轉(zhuǎn)換器精度和電路干擾抑制情況。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制2、增量式光電編碼器測(cè)角（1）工作原理在編碼圓盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，當(dāng)被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼圓盤也隨之旋轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管發(fā)出的光通過編碼器上的窄縫，由光敏三極管所接收，輸出脈沖信號(hào)。一般100－2000脈沖/圈。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制a）如何給出轉(zhuǎn)動(dòng)方向加指示標(biāo)度盤。其上有兩條在空間上相差1/4節(jié)距的窄縫，使編碼器輸出二相相位差的矩形波A、B。A、B矩形波脈沖的相位關(guān)系隨轉(zhuǎn)動(dòng)方向的不同而變化，從而設(shè)別轉(zhuǎn)動(dòng)方向。b）參考零位在編碼圓盤上另刻一窄縫，圓盤每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生1個(gè)脈沖信號(hào)，作為機(jī)械系統(tǒng)的原點(diǎn)第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（2）實(shí)驗(yàn)中使用的光電編碼器

HEDS－5645，500脈沖/圈。

5條引腳：VCC、GND、A、B、參考零位。（3）倍頻和判向電路

加四倍頻、判向電路，分別得到反映轉(zhuǎn)軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的兩路脈沖信號(hào)。（4）計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)角測(cè)量

用8254的兩個(gè)計(jì)數(shù)通道分別測(cè)量正、反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，計(jì)算機(jī)把兩通道的測(cè)量值相減后，計(jì)算得到實(shí)際轉(zhuǎn)角?；蛴每赡嬗?jì)數(shù)器直接測(cè)量脈沖數(shù)，計(jì)算機(jī)通過并行口讀入數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算得到實(shí)際轉(zhuǎn)角。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制三、轉(zhuǎn)速測(cè)量測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器種類很多，例如直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、增量式光電編碼器。1、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在恒定磁場(chǎng)中，電樞繞組旋轉(zhuǎn)切割磁場(chǎng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出為模擬量，測(cè)量方法前面已述。2、增量式光電編碼器測(cè)速通過測(cè)量增量式光電編碼器輸出的脈沖量的頻率或周期的方法，測(cè)量轉(zhuǎn)速。介紹三種測(cè)速方法。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（1）脈沖數(shù)（M）法測(cè)速（即測(cè)頻率）脈沖數(shù)（M）法測(cè)速原理：在時(shí)間間隔Tg內(nèi)，測(cè)得光電編碼器的脈沖數(shù)Mp，若光電編碼器每圈的脈沖數(shù)為P，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為：分子變化第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制相同的時(shí)間間隔Tg內(nèi)，測(cè)得的脈沖數(shù)Mp不同，轉(zhuǎn)速就不同，因此一般稱這種方法為M法。脈沖量測(cè)量過程中總會(huì)有1個(gè)脈沖的檢測(cè)誤差，則相對(duì)誤差為1/Mp。若Tg不變，隨著轉(zhuǎn)速增加，Mp增大，M法測(cè)速相對(duì)誤差減小，說明M法適合于高速測(cè)量場(chǎng)合。轉(zhuǎn)速低時(shí)，要提高測(cè)量精度，可以增大測(cè)量時(shí)間Tg，或選用每圈脈沖數(shù)更高的光電編碼器，或進(jìn)行細(xì)分等。更好的辦法是改變測(cè)量方法，改為測(cè)量周期。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（2）脈沖周期（T）法測(cè)速

T法測(cè)速原理：通過測(cè)量光電編碼器1個(gè)脈沖周期時(shí)間來(lái)確定被測(cè)速度。若在被測(cè)信號(hào)周期內(nèi)測(cè)得已知頻率為fc的時(shí)鐘脈沖數(shù)為mc個(gè)，光電編碼器每圈的脈沖數(shù)為P，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為：脈沖量測(cè)量過程中總會(huì)有1個(gè)脈沖的檢測(cè)誤差，T法測(cè)速的相對(duì)誤差為1/mc。隨著轉(zhuǎn)速減小，mc增大，相對(duì)誤差減小，說明T法適合于低速測(cè)量場(chǎng)合。分母變化第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（3）M/T法測(cè)速對(duì)被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)速變化范圍大，又要求測(cè)量精度高的情況，可采用M/T法測(cè)速。分析：M法測(cè)速誤差在于測(cè)量時(shí)間Tg是固定的，總會(huì)產(chǎn)生1個(gè)被測(cè)脈沖的測(cè)量誤差，測(cè)量的不是完整的脈沖周期。

T法測(cè)速誤差在于只測(cè)1個(gè)周期，高頻時(shí)測(cè)速時(shí)間太短。

克服兩者缺點(diǎn)：既保證一定測(cè)量時(shí)間，同時(shí)又保證測(cè)量完整的被測(cè)脈沖周期，其原理如圖所示。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制

M/T法測(cè)速，是用被測(cè)脈沖的下降沿啟動(dòng)對(duì)時(shí)間間隔Tg計(jì)時(shí)和對(duì)時(shí)間脈沖fc計(jì)數(shù)，在達(dá)到時(shí)間Tg后第一個(gè)被測(cè)脈沖的下降沿終止時(shí)間脈沖計(jì)數(shù)。

M/T法與M法比較：測(cè)量的是完整的被測(cè)脈沖周期；

M/T法與T法比較：測(cè)量時(shí)間T不再是1個(gè)脈沖周期，而是Tg＋ΔT。

M/T法測(cè)速的計(jì)算公式：分子分母均可變化第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制3、用8254實(shí)現(xiàn)三種測(cè)量的電路（1）M法測(cè)量電路要點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)時(shí)間間隔Tg

測(cè)量時(shí)間間隔Tg內(nèi)光電編碼器的脈沖數(shù)Mp

8254有三個(gè)計(jì)數(shù)通道，則需要8254的幾個(gè)通道？如何實(shí)現(xiàn)？第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制三態(tài)緩沖器Y1IORD0Y0IOW鎖存器D0方式2，門控分頻方式，計(jì)被測(cè)脈沖個(gè)數(shù)Mp方式1，可重觸發(fā)脈沖方式，得到TgM法測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)0#計(jì)數(shù)器GATE0CLK0OUT00#計(jì)數(shù)器CLK1OUT1GATE10#計(jì)數(shù)器CLK2OUT2GATE2……時(shí)間基準(zhǔn)被測(cè)脈沖第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制8254實(shí)現(xiàn)M法測(cè)量的流程：由計(jì)數(shù)器0得測(cè)量時(shí)間間隔由計(jì)數(shù)器1測(cè)量被測(cè)脈沖數(shù)初始化前準(zhǔn)備：計(jì)算機(jī)先通過鎖存器輸出低電平，使GATE0為低電平初始化計(jì)數(shù)器啟動(dòng)測(cè)量：通過鎖存器輸出高電平，使GATE0端產(chǎn)生一個(gè)上升沿判斷測(cè)量結(jié)束：可以采用如圖的查詢方式（中斷方式自己設(shè)計(jì)）讀入數(shù)值和計(jì)算：讀入計(jì)數(shù)器1的高8位和低8位數(shù)值，經(jīng)減法計(jì)算得到實(shí)際測(cè)量值，再計(jì)算得到被測(cè)信號(hào)的頻率第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（2）T法測(cè)量電路要點(diǎn)：得到被測(cè)脈沖周期Tp或整數(shù)倍周期NTp

測(cè)量Tp或NTp內(nèi)基準(zhǔn)時(shí)鐘的脈沖數(shù)Mc如何實(shí)現(xiàn)？如何接中斷方式？第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制T法測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)Y0IOW鎖存器D0……時(shí)間基準(zhǔn)被測(cè)脈沖0#計(jì)數(shù)器GATE0OUT00#計(jì)數(shù)器CLK1OUT1GATE10#計(jì)數(shù)器CLK2OUT2GATE2CLK0IRQ2申請(qǐng)中斷方式1，得到被測(cè)脈沖周期NTp方式2，得到基準(zhǔn)時(shí)鐘數(shù)Mc第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制8254實(shí)現(xiàn)T法測(cè)量的流程：由計(jì)數(shù)器0得被測(cè)脈沖周期由計(jì)數(shù)器1計(jì)量時(shí)鐘脈沖數(shù)初始化前準(zhǔn)備：計(jì)算機(jī)先通過鎖存器輸出低電平，使GATE0為低電平初始化計(jì)數(shù)器啟動(dòng)測(cè)量：通過鎖存器輸出高電平，使GATE0端產(chǎn)生一個(gè)上升沿判斷測(cè)量結(jié)束：可以采用如圖的中斷方式（查詢方式自己設(shè)計(jì)）讀入數(shù)值和計(jì)算：讀入計(jì)數(shù)器1的高8位和低8位數(shù)值，經(jīng)減法計(jì)算得到實(shí)際測(cè)量值，再計(jì)算得到被測(cè)信號(hào)的周期和頻率（3）M/T法測(cè)量電路要點(diǎn)：

實(shí)現(xiàn)時(shí)間間隔Tg

測(cè)量在總測(cè)量時(shí)間T內(nèi)基準(zhǔn)時(shí)鐘的脈沖數(shù)Mc

測(cè)量在總測(cè)量時(shí)間T內(nèi)光電編碼器的脈沖數(shù)Mp第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制M/T法測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)申請(qǐng)中斷BA0#計(jì)數(shù)器GATE0OUT01#計(jì)數(shù)器CLK1OUT1GATE12#計(jì)數(shù)器CLK2OUT2GATE2CLK0……時(shí)間基準(zhǔn)被測(cè)脈沖鎖存器IOWD0Y0DCPPRQQ方式0，定時(shí)方式，得到Tg定時(shí)，方式2，計(jì)總測(cè)量時(shí)間T即得到Mc方式2，計(jì)被測(cè)脈沖個(gè)數(shù)Mp第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制8254實(shí)現(xiàn)M/T法測(cè)量的流程：

3個(gè)計(jì)數(shù)器的測(cè)量?jī)?nèi)容和工作方式：見上圖說明初始化前準(zhǔn)備：通過鎖存器輸出低電平，使D觸發(fā)器置位，這時(shí)觸發(fā)器的Q端為低電平，使三個(gè)計(jì)數(shù)器的門控信號(hào)端為低電平。初始化8254的3個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器0為方式0，計(jì)數(shù)器1、2為方式2。啟動(dòng)測(cè)量：計(jì)算機(jī)通過鎖存器輸出高電平，使D觸發(fā)器進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)脈沖的上升沿到來(lái)時(shí)，Q變?yōu)楦唠娖剑ㄓ捎贒端在計(jì)數(shù)器0初始化后已為低電平），這時(shí)三個(gè)計(jì)數(shù)器的門控端全變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)開始計(jì)數(shù)。測(cè)量結(jié)束：當(dāng)計(jì)數(shù)器0減到0，OUT0變高，但直到被測(cè)脈沖的上升沿到來(lái)時(shí)，Q才變低，另2個(gè)計(jì)數(shù)器這才停止計(jì)數(shù)。判斷計(jì)數(shù)結(jié)束：可以采用如圖中A端向計(jì)算機(jī)申請(qǐng)中斷方式（查詢方式自己設(shè)計(jì)）。讀入數(shù)值和計(jì)算：讀入計(jì)算器1和2的數(shù)值，經(jīng)減法運(yùn)算，得到測(cè)量值，再按公式計(jì)算得到精確的頻率值。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制四、直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)由于具有良好的線性調(diào)速特性、簡(jiǎn)單的控制性能、高的效率、優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，因此仍然是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)先選擇。1、直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式：電樞控制。在直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞上加控制電壓Ua，設(shè)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為T，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為：式中：Ra為電機(jī)電樞電阻，ke、kt為電機(jī)的電勢(shì)常數(shù)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制公式表明，轉(zhuǎn)速是控制電壓和電磁轉(zhuǎn)矩的二元函數(shù)：若控制電壓Ua不變，得到的n與T的關(guān)系曲線稱為機(jī)械特性曲線：若電磁轉(zhuǎn)矩T不變，得到的n與Ua的關(guān)系曲線稱為調(diào)節(jié)特性曲線：實(shí)驗(yàn)一就是要測(cè)量電機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制2、線性功率放大器電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)TM實(shí)際是包含了功率放大器的輸出阻抗Ri，即：在控制系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)的快速性好，即要求電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)TM小，也就要求直流伺服電動(dòng)機(jī)的線性功率放大器的輸出阻抗小。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（1）線性功率放大器電路形式要求功放電路輸出阻抗小，可采用射極跟隨器要求電機(jī)能正反轉(zhuǎn)，可采用互補(bǔ)對(duì)稱電路（2）互補(bǔ)對(duì)稱電路的幾點(diǎn)改進(jìn)：功率管采用復(fù)合管－－擴(kuò)大電流放大倍數(shù)設(shè)置工作點(diǎn)－－減小交越失真在功率管上并聯(lián)二極管－－續(xù)流電機(jī)的反電勢(shì)（3）功率運(yùn)算放大器（4）計(jì)算機(jī)對(duì)直流電機(jī)的控制（5）線性功率放大器的缺點(diǎn)線性功率放大器的缺點(diǎn)是效率低，只適合小功率電機(jī)的功率放大，大功率電機(jī)的功放一般采用PWM脈寬調(diào)制放大器。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制3、PWM脈寬調(diào)制放大器

(PulseWidthModulation）（1）原理

功率管工作在開關(guān)狀態(tài)：導(dǎo)通時(shí)，電流大、壓降??；截止時(shí)，壓降高、電流小。因此功率管工作時(shí)功耗小。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制

PWM脈寬調(diào)制放大器的工作頻率在1KHz到幾十KHz，這么高頻率的電壓加到電樞繞組上，由于繞組電感的濾波作用，繞組中的電流實(shí)際為PWM脈寬調(diào)制放大器的直流分量。通過改變脈寬就可以改變脈沖信號(hào)的直流分量，從而可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（2）PWM脈寬調(diào)制放大器組成

脈寬調(diào)制器：三角波發(fā)生器、比較器開關(guān)功率放大器第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（3）開關(guān)功率放大器及改進(jìn)原理圖功率管采用復(fù)合管－－擴(kuò)大電流放大倍數(shù)在功率管上并聯(lián)二極管－－續(xù)流電機(jī)的反電勢(shì)在功率管輸入端加延時(shí)電路－－避免功率管共態(tài)導(dǎo)通（4）專用芯片：集成PWM功放

L292：15引腳，36V、2A，過載保護(hù)，工作頻率1～30kHz（5）計(jì)算機(jī)控制應(yīng)用專用PWM芯片全數(shù)字計(jì)算機(jī)控制（6）應(yīng)用中注意的問題噪聲干擾L292第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制4、實(shí)驗(yàn)介紹5、ADT650接口電路板介紹

具有并行口71055：功能同8255AD1674A：12位A/D，量程±5V，±10V或0～10V，16路輸入通道定時(shí)/計(jì)數(shù)器：82C54（即8254）

DAC7724：12位D/A，量程±5V，±10V，0～5V或0～10V，4路輸出

電路板上占有連續(xù)的16個(gè)端口地址：300H～30FH

電路板有三個(gè)可用跳線選擇的中斷源

A/D變換結(jié)束信號(hào)EOC82C54定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的輸出OUT0

外部中斷

306H端口的D2位用于選擇中斷使能（0＝IRQdisable，1=IRQenable）第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制6、中斷程序編寫（1）中斷知識(shí)要點(diǎn)PC機(jī)和PC/104總線嵌入式計(jì)算機(jī)有兩種類型的中斷：由執(zhí)行某些指令引起的軟中斷（也稱內(nèi)中斷）和接口設(shè)備引起的硬中斷（也稱外中斷）。硬中斷的過程受8259中斷控制器控制。ISA總線的硬中斷共有15個(gè)，結(jié)構(gòu)見下圖。除IRQ0、IRQ1外，都在ISA插槽上有中斷申請(qǐng)線。上升沿申請(qǐng)中斷。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制中斷優(yōu)先級(jí)排列為：IRQ0、IRQ1、IRQ8???IRQ15、IRQ3???IRQ7。

PC機(jī)和PC/104總線嵌入式計(jì)算機(jī)（以下簡(jiǎn)稱PC機(jī)）的內(nèi)存的前1024個(gè)字節(jié)（即地址為00000～003FFH）建立了一個(gè)中斷向量表，可存儲(chǔ)256個(gè)中斷向量，每個(gè)中斷向量占4個(gè)字節(jié)，前2個(gè)字節(jié)為中斷服務(wù)程序的入口地址偏移量，后兩個(gè)字節(jié)為段地址。取用時(shí)，將這兩個(gè)字節(jié)分別裝入IP及CS中，以轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。每個(gè)中斷向量用類型碼加以區(qū)別，當(dāng)執(zhí)行中斷時(shí)，CPU根據(jù)類型碼乘4后，得到中斷向量地址，進(jìn)而得到IP及CS，它就是中斷服務(wù)程序的入口地址，程序由此轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序執(zhí)行。硬中斷IRQ0～I(xiàn)RQ7對(duì)應(yīng)的中斷類型碼為8H～0FH，硬中斷IRQ8～I(xiàn)RQ15對(duì)應(yīng)的中斷類型碼為70H～77H。

IRQ0系統(tǒng)時(shí)鐘和IRQ8實(shí)時(shí)鐘二者是有區(qū)別的：系統(tǒng)時(shí)鐘是指由定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253的0號(hào)通道產(chǎn)生的18.2次/秒的時(shí)鐘源，主要用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)校正，而實(shí)時(shí)鐘是由CMOS內(nèi)部的計(jì)時(shí)電路產(chǎn)生的時(shí)間基準(zhǔn)。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制（2）中斷程序編寫舉例中斷程序類型說明及定義中斷指針，放在主函數(shù)main()前

voidinterruptZD（）;voidinterrupt（*old）（）;

主函數(shù)main()中：

disable（）；/*關(guān)中斷*/old=getvect（0x0b）;/*保存原中斷向量（例如硬中斷）*/

setvect（0x0b，ZD）;/*設(shè)置新中斷向量*/

outportb(0x306,0x04);/*置ADT650接口板中斷使能*/enable（）;/*開中斷*/??/*程序主體*/?

setvect（0x0b，old）;/*退出中斷返回DOS前，恢復(fù)原中斷向量*/outportb(0x306,0x00);/*關(guān)接口板中斷使能*/。第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制編寫中斷服務(wù)程序（進(jìn)入中斷服務(wù)程序后關(guān)中斷，中斷退出前向8259發(fā)出中斷結(jié)束命令，開中斷），一般放在主函數(shù)main()后面

voidinterruptZD（）

{?disable（）；/*關(guān)中斷*/??/*程序主體*/?

outportb（0x20，0x20）;/*向8259發(fā)出中斷結(jié)束命令EOI*/enable（）；/*開中斷*/}第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制7、實(shí)驗(yàn)安排第一次實(shí)驗(yàn)熟悉接口電路板功能、熟悉C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)：

8254方式3輸出方波

A/D采集并行口輸入、輸出

4個(gè)單位時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中首先以延時(shí)、查詢方式完成實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上再應(yīng)用中斷完成實(shí)驗(yàn)第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制五、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及控制1、原理和結(jié)構(gòu)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成。如圖為三相步進(jìn)電機(jī)，6個(gè)大極，對(duì)稱的大極繞組形成一相控制繞組