課程設(shè)計(jì)單片機(jī)控制的角度和位移控制

1、自動(dòng)角度控制設(shè)計(jì)單片機(jī)控制的角度和位移控制指導(dǎo)老師張宏鵬專 業(yè)自動(dòng)化姓 名王磊 王杰 朱嬌學(xué) 號(hào)090403114設(shè)計(jì)時(shí)間2012年5月1、 角度控制篇2、 濾波環(huán)節(jié)3、 AD環(huán)節(jié)4、 單片機(jī)控制5、 DA環(huán)節(jié)6、 濾波環(huán)節(jié)7、 執(zhí)行器1、 設(shè)計(jì)目的及意義（1）、理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)控制理論的理解。增強(qiáng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。（2）、熟悉單片機(jī)軟件，掌握它在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用，能熟練進(jìn)行系統(tǒng)建模、性能分析、模型仿真等操作。（3）、用單片機(jī)進(jìn)行編程。（4）、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，增進(jìn)對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣。（5）、培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。 總的框架圖功率放大器電動(dòng)機(jī)傳感器1、 角度控制2、 為了使輸

2、出電壓在高頻段以更快的速率下降，以改善濾波效果，再加一節(jié)RC低通濾波環(huán)節(jié)，稱為二階有源濾波電路。它比一階低通濾波器的濾波效果更好3、 0809的芯片說(shuō)明：ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 由上圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出

3、鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （2） 引腳結(jié)構(gòu) IN0IN7：8條模擬量輸入通道     ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條     ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量

4、輸入。通道選擇表如下表所示。CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條     ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因A

5、DC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 2 ADC0809應(yīng)用說(shuō)明（1） ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 （2） 初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。 （3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4） 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 （5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷。 （6） 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 如下圖所示，從ADC0809的通道IN3輸入05V之間的模擬量，通過(guò)A

6、DC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量在數(shù)碼管上以十進(jìn)制形成顯示出來(lái)。ADC0809的VREF接5V電壓。  1、圖中A/D轉(zhuǎn)換為查詢方式（3分） 2、圖中8255A的地址。（4分） G1     G2A     G2B     C     B     AP2.7  P2.6P2.5   0     P2.4  P2.3&

7、#160;  P2.2    P2.1   P2.0 1     1  1      0       1     1     0        X    X  Y68255A的地址是:F80

8、0HFB00H(或:F8FFH6BFFH) （3）畫出實(shí)現(xiàn)該A/D轉(zhuǎn)換的流程圖如下（5分） · A/D轉(zhuǎn)換程序（8分）· START：MOV  A，#82H                      ；8255初始化    2分MOV  DPTR，#0FB00HMOVX  DPTR.，AMOV  A

9、，#09H             ；啟動(dòng)A/D       2分 MOVX  DPTR.，AMOV  DPTR，#0F900HLOOP：MOV  DPTR，#0FA00HMOVX  A， DPTR            ；判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束  2分ANL  A

10、，#01HJZ，LOOPDEC DPHMOVX  A，DPTR        ；讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果   2分 END START7、執(zhí)行器2直流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性靜態(tài)特性是指電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)情況下工作時(shí)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電磁力矩和電樞控制電壓三者之間的關(guān)系。圖3、2 直流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性原理圖直流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性的一般表達(dá)式為：= Ua/(Ce)-Ra/(CeCm2)Tm在采用電樞電壓控制時(shí)，令o= Ua/(Ce); k= Ra/(CeCm2)所以：=o-kTm。此式即為電樞控制時(shí)，直流伺服電動(dòng)機(jī)

11、靜態(tài)特性方程。（1）當(dāng)Tm=0，即空載時(shí)，=o= Ua/(Ce)o：理想空載角速度（2）當(dāng)o=0，即啟動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)，Tm=Td= Ua/(Ce)Td：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式： =o -Ra/(CeCm2)Tm圖3、3 機(jī)械特性圖 圖3、4 調(diào)節(jié)特性圖直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性表達(dá)式：= Ua/(Ce)-kTm3、3直流伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性直流伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性是指當(dāng)給電動(dòng)機(jī)電樞加上階躍電壓時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，用=f(t)描述。建立其平衡方程：轉(zhuǎn)矩T與電流I有關(guān)，電動(dòng)勢(shì)e與旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，通過(guò)常數(shù)Kt、Ke建立方程式。在單輸入單元中，Kt=Ke根據(jù)牛頓定律和基爾霍夫定理，可列出下列方程式：利用 Laplace 轉(zhuǎn)換可以把上面的式子變換如下式：通過(guò)消除I(s) 我們就能得到開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù), 其中轉(zhuǎn)動(dòng)速度作為輸出，而電壓作為輸入。根據(jù)增益K不同選值，我們可以看到電動(dòng)機(jī)角速度的單位階躍響應(yīng)規(guī)律。圖3、5 電動(dòng)機(jī)角速度的單位階