基于C8051F的模數(shù)轉(zhuǎn)換及直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、基于c8051f的模數(shù)轉(zhuǎn)換及直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用 隨著微型計(jì)算機(jī)的快速進(jìn)展，的性能也大大增加。本文介紹silicon labs公司的8位單片機(jī)c8051f001系列，該系列器件內(nèi)部集成了ad轉(zhuǎn)換器，這給測(cè)量模擬信號(hào)帶來了極大便利。利用單片機(jī)自身的口可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)數(shù)字系統(tǒng)的控制，提高了控制精度，大大簡(jiǎn)化了，符合小型化和低功耗的設(shè)計(jì)要求。 2 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)c8051f0012567系列自帶一個(gè)9通道的可配置模擬開關(guān)(amux)，一個(gè)可編程增益(pga)和一個(gè)100 kss，12位辨別率的逐次靠近型adc，adc還集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測(cè)器。amux、pga、模數(shù)轉(zhuǎn)換方式和窗口檢測(cè)器

2、都可通過軟件對(duì)特別功能寄存器的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。模擬多路開關(guān)amux中的8個(gè)通道用于外部測(cè)量，第9通道內(nèi)部接至片內(nèi)溫度。采樣的模擬量由多路開關(guān)配置后進(jìn)入可編程放大器。值得注重的是，pga的增益對(duì)也起作用。pga增益可以用軟件編程為0.5、1、2、4、8或16，復(fù)位時(shí)的默認(rèn)增益為1?？梢詫?duì)amux編程為工作在差分方式或單端方式。系統(tǒng)復(fù)位后amux的默認(rèn)方式為單端輸入。adc功能框圖如1所示。3 adc工作原理從外圍設(shè)備中采集出來的模擬量被選通后，由采樣和保持電路通過pga增益放大，經(jīng)過一個(gè)12位的逐次靠近寄存器(sar)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，詳細(xì)過程是將二進(jìn)制規(guī)章變幻的參考逐次與模擬輸入電壓作比較，以尋覓一個(gè)

3、與輸入電壓最臨近的參考電壓，最后在逐次靠近寄存器(sar)中獲得12位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。4 初始化設(shè)置設(shè)置寄存器ref0cnr的0位挑選是否應(yīng)用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)緩沖器，設(shè)置amux配置寄存器a-mux0cf以挑選模擬端口的輸入方式。通道挑選寄存器amux0sl的低3位用于挑選07個(gè)通道或者溫度傳感器(amxad0)，配置寄存器adc0cf用來設(shè)置sar轉(zhuǎn)換時(shí)鐘和adc內(nèi)部放大增益?？刂萍拇嫫鱝dcocn用于設(shè)置adc啟動(dòng)方式、adc窗口比較中斷及adcoh和adcol的對(duì)齊方式。最后將adcen置1，使能adc，預(yù)備轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。寄存器adcocn的內(nèi)容2所示。5 adc的啟動(dòng)方式ad轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)方式有4種，

4、由adc0cn的adc啟動(dòng)轉(zhuǎn)換方式挑選位(adstm1，adstm0)的狀態(tài)打算。轉(zhuǎn)換觸發(fā)源有：1) 寫1到adc0cn的adbusy位；2) 定時(shí)器3溢出(即定時(shí)的延續(xù)轉(zhuǎn)換)；3) 外部adc轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)的升高沿，cnvstr；4) 定時(shí)器2溢出(即定時(shí)的延續(xù)轉(zhuǎn)換)。向adbusy寫1方式提供在需要時(shí)用軟件控制adc啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的性能。adbusy位在轉(zhuǎn)換期間置1，轉(zhuǎn)換結(jié)束后復(fù)0。adbusy位的下降沿觸發(fā)一個(gè)中斷(當(dāng)被允許時(shí))并置1中斷標(biāo)記adcint。注重：當(dāng)轉(zhuǎn)換是由軟件(on-demand)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)查詢adcint標(biāo)記(而不是adbusy)推斷轉(zhuǎn)換何時(shí)結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在adc數(shù)據(jù)字的m

5、sb和lsb寄存器：adc0h和adc0l中。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在寄存器對(duì)adc0h：adc0l中的存儲(chǔ)方式可以是左對(duì)齊或右對(duì)齊，由adc0cn寄存器中adljst位的編程狀態(tài)打算。6 adc可編程窗口檢測(cè)器8051中的adc可編程窗口檢測(cè)器十分實(shí)用。它不停地將adc輸出與用戶編程的限制量舉行比較，并在檢查到越限條件時(shí)通知系統(tǒng)控制器，這在中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中尤其有效，既可以節(jié)約代碼空間和cpu帶寬，又能提供迅速響應(yīng)時(shí)光。窗口檢測(cè)器中斷標(biāo)記(adcocn中的adwint位)也可被用于查詢方式。參考字的高字節(jié)和低字節(jié)被裝入到adc下限(大于)和adc上限(小于)寄存器(adc0gth、adc0gtl、adc0l

6、th和adc0ltl)。注重，窗口檢測(cè)器標(biāo)記即可以在測(cè)量數(shù)據(jù)位于用戶編程的極限值以內(nèi)時(shí)有效，也可以在測(cè)量數(shù)據(jù)位于用戶編程的極限值以外時(shí)有效，這些所有取決于adc0gtx和adc0ltx的編程值。7 實(shí)際應(yīng)用圖3是直流測(cè)速發(fā)電機(jī)與單片機(jī)的接口電路。在該系統(tǒng)中，通過單片機(jī)口產(chǎn)生pwm信號(hào)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在直流電機(jī)的軸上安裝直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，用來測(cè)量的轉(zhuǎn)速，測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出是模擬量，所以必需經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字測(cè)速信號(hào)，通過單片機(jī)將測(cè)速信號(hào)和給定的pwm信號(hào)舉行比較，用于加速或減速。從而形成電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該電路采納了c8051005單片機(jī)。用模擬通道0采集信號(hào)，采納2.4 v內(nèi)部

7、參考電壓，模擬輸入端具有限流和限壓庇護(hù)。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)要與被測(cè)電機(jī)同軸，兩者以相同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓必需經(jīng)過rc濾波處理后才干得到穩(wěn)定的直流電壓。r1為限壓，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的位置使測(cè)速電機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時(shí)，滑變抽頭采樣得到的電壓為2.4 v。通過脈寬調(diào)制pwm控制開關(guān)管工作的開關(guān)狀態(tài)，柵極輸入高電平常，開關(guān)管導(dǎo)通，12 v電壓加在電動(dòng)機(jī)兩端，時(shí)光為t1；柵極輸入低電平常，開關(guān)管截止，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為0，時(shí)光為t2?？傻玫秸伎毡萢=t1(t1+t2)。在t2時(shí)段內(nèi)，電源斷開，電動(dòng)機(jī)通過d1釋放電能，d1起到續(xù)流作用。圖4為產(chǎn)生pwm波的程序圖，圖5為調(diào)速子程序的流程圖。ca生成pwm波

8、主要是調(diào)整pca0cph0的值轉(zhuǎn)變pwm波的占空比a=256-(pca0cph0)256。下面是調(diào)速子程序，設(shè)電機(jī)給定值存放在50h單元中。8 舉行ad轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)注重的問題8.1 信號(hào)處理c8051f內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的范圍為agndav±0.3 v，隨意引腳在任何狀況下(不論adc或pga的設(shè)置如何)必需使其輸入電壓保持在agnd和av+之間，假如測(cè)試的模擬輸入電壓范圍為05 v，必需使信號(hào)衰減才干輸入adc引腳。這里用到8051內(nèi)部的pga(可編程增益放大器)。假如選用放大倍數(shù)為0.5倍，那么信號(hào)將衰減一半。如用法外部1.25 v參考電壓，pga增益gain為0.5，允許的電壓輸入范圍是

9、0 v2.5 v，ain電壓還必需在agnd和vrefgain之間。假設(shè)一個(gè)12位的adc，ainx引腳的輸人電壓小于agnd，結(jié)果將是0x000；假如輸入電壓大于(vrefgain)，結(jié)果將是0xfff。要注重的是，pga不會(huì)轉(zhuǎn)變信號(hào)的最大輸入范圍。同樣當(dāng)用法外部vref時(shí)，也要求vref的最大值比av+小300 mv，建議采納max873作為外部基準(zhǔn)電壓源。8.2 抗擾處理c8051f的adc轉(zhuǎn)換結(jié)果普通很精確，但假如ad轉(zhuǎn)換后測(cè)得的數(shù)據(jù)跳變很大，那么很有可能是輸入信號(hào)中有干擾脈沖，需要加抗擾處理：1) 將模擬電源和數(shù)字電源分開，電源之間的電壓差必需滿足數(shù)據(jù)手冊(cè)中的規(guī)定 d2) 將模擬地和數(shù)字地分開，不能混用。注重一定要在遠(yuǎn)離cpu處(或電源處)通過導(dǎo)線銜接，否則會(huì)在cpu的模擬地和數(shù)字地引腳之間產(chǎn)生電勢(shì)差，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至死機(jī)現(xiàn)象。3) 沒實(shí)用到的模擬引腳要接模擬地