基于FreescaleHCS12系列單片機(jī)的結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)_振動波形發(fā)生

1、 PAGE47 / NUMPAGES54畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)

2、計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳荨Ｗ髡吆灻?日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部

3、門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注意事項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致9）附錄（對論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清

4、單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體與大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它

5、基于Freescale HCS12系列單片機(jī)的結(jié)晶器振動控制振動波形發(fā)生摘 要在現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中，結(jié)晶器是連鑄工藝的關(guān)鍵設(shè)備，為保證連鑄生產(chǎn)的順利進(jìn)行，需要通過一個(gè)控制裝置使結(jié)晶器按一定的規(guī)律振動。目前，先進(jìn)的連鑄機(jī)結(jié)晶器主要采用電液伺服振動裝置,它可以方便地實(shí)現(xiàn)正弦波形和非正弦波形等多種振動規(guī)律、實(shí)時(shí)顯示振動波形、在線修改振動參數(shù)、自動化程度高，是連鑄生產(chǎn)中提高板坯表面和在質(zhì)量的先進(jìn)技術(shù)。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)以Freescale HCS12系列單片機(jī)為核心，通過雙緩沖方式D/A轉(zhuǎn)換電路，可產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波、正弦波以與非正弦波等多種波形，通過所產(chǎn)生的波形可以對結(jié)晶器進(jìn)行振動控制。本設(shè)計(jì)以正弦

6、波的產(chǎn)生和調(diào)試為主，從而達(dá)到我們預(yù)期的目的。關(guān)鍵詞：結(jié)晶器；振動控制系統(tǒng)；Freescale單片機(jī)；正弦波；Series Vibration Control System Mold Based on the Freescale HCS12 MCU Mold Vibration Waveform HappenAbstractIn the modern enterprises of the iron and steel, mold is the key equipment ofthe continuous casting process, in order to ensure the smooth

7、 progress of production, through a control device makes mold according to the definit law of vibration. At present, the advanced mold continuous casting machinesmainly use the device of the electro-hydraulic servo vibration, it can easily achieve sine wave-shaped and non-sinusoidal waveform vibratio

8、n, show the vibration waveform in real time, on-line modify the vibration parameters,improve the degree of automation, even isthe advanced technology with improving the surface and internal quality of billetinthe production of the continuous casting.The control system ofthe design is by way of the c

9、ore with the Freescale HCS12 MCU, through the double buffer mode D / A conversion circuit ,can generate square wave, triangle wave, sawtooth, sine wave, as well as various non-sinusoidal waveforms, and through generated waveform can be to vibration control for mold. The design with the generation an

10、d debugging of the sine wave ismainly in order to achieve our desired objective.Key words: mold; vibration control systems; Freescale microcontroller; sine wave;目 錄 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc233095208摘要 PAGEREF _Toc233095208 h IHYPERLINK l _Toc233095209Abstract PAGEREF _Toc233095209 h IIHYPERL

11、INK l _Toc233095210第一章 緒論 PAGEREF _Toc233095210 h 1HYPERLINK l _Toc2330952111.1 結(jié)晶器的發(fā)展背景 PAGEREF _Toc233095211 h 1HYPERLINK l _Toc2330952121.2 研究的目的與意義 PAGEREF _Toc233095212 h 2HYPERLINK l _Toc2330952131.2.1 研究目的 PAGEREF _Toc233095213 h 2HYPERLINK l _Toc2330952141.2.2 研究意義 PAGEREF _Toc233095214 h 2H

12、YPERLINK l _Toc233095215第二章 結(jié)晶器簡介 PAGEREF _Toc233095215 h 3HYPERLINK l _Toc2330952162.1 結(jié)晶器的功能 PAGEREF _Toc233095216 h 3HYPERLINK l _Toc2330952172.2 結(jié)晶器的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc233095217 h 3HYPERLINK l _Toc2330952182.3 結(jié)晶器振動規(guī)律的發(fā)展 PAGEREF _Toc233095218 h 4HYPERLINK l _Toc2330952192.4 結(jié)晶器的振動方式 PAGEREF _Toc2330

13、95219 h 5HYPERLINK l _Toc233095220第三章 結(jié)晶器總體系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc233095220 h 8HYPERLINK l _Toc2330952213.1 設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc233095221 h 8HYPERLINK l _Toc2330952223.1.1 設(shè)計(jì)方案選擇 PAGEREF _Toc233095222 h 8HYPERLINK l _Toc2330952233.1.2 總體系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc233095223 h 9HYPERLINK l _Toc2330952243.2 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF

14、_Toc233095224 h 9HYPERLINK l _Toc2330952253.2.1 整體電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc233095225 h 9HYPERLINK l _Toc2330952263.2.2 嵌入式系統(tǒng)與Freescale單片機(jī) PAGEREF _Toc233095226 h 10HYPERLINK l _Toc2330952273.2.2.1嵌入式系統(tǒng)介紹 PAGEREF _Toc233095227 h 10HYPERLINK l _Toc2330952283.2.2.2 Freescale單片機(jī)的發(fā)展 PAGEREF _Toc233095228 h 11HYP

15、ERLINK l _Toc2330952293.2.3 Freescale HCS系列單片機(jī)簡介 PAGEREF _Toc233095229 h 12HYPERLINK l _Toc2330952303.2.3.1 Freescale HCS系列單片機(jī)家族介紹 PAGEREF _Toc233095230 h 12HYPERLINK l _Toc2330952313.2.3.2 MC9S12DG128部介紹 PAGEREF _Toc233095231 h 13HYPERLINK l _Toc2330952323.2.3.3MC9S12DG128引腳介紹 PAGEREF _Toc233095232

16、 h 14HYPERLINK l _Toc2330952333.2.3.4MC9S12DG128外圍電路介紹 PAGEREF _Toc233095233 h 17HYPERLINK l _Toc2330952343.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器AD5660 PAGEREF _Toc233095234 h 19HYPERLINK l _Toc2330952353.2.5 單片機(jī)串口通信 PAGEREF _Toc233095235 h 24HYPERLINK l _Toc2330952363.2.5.1RS232介紹 PAGEREF _Toc233095236 h 24HYPERLINK l _Toc23

17、30952373.2.5.2MAX202E芯片介紹 PAGEREF _Toc233095237 h 26HYPERLINK l _Toc2330952383.3 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc233095238 h 27HYPERLINK l _Toc2330952393.3.1 定時(shí)器中斷程序模塊 PAGEREF _Toc233095239 h 28HYPERLINK l _Toc2330952403.3.2 D/A轉(zhuǎn)換子程序模塊 PAGEREF _Toc233095240 h 30HYPERLINK l _Toc2330952413.3.3 正弦波子程序模塊 PAGEREF _Toc2

18、33095241 h 32HYPERLINK l _Toc2330952423.3.4 主函數(shù)Main模塊 PAGEREF _Toc233095242 h 33HYPERLINK l _Toc2330952433.3.5 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc233095243 h 34HYPERLINK l _Toc2330952443.3.5.1硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc233095244 h 35HYPERLINK l _Toc2330952453.3.5.2軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc233095245 h 35HYPERLINK l _Toc233095246第四章 結(jié)論

19、PAGEREF _Toc233095246 h 36HYPERLINK l _Toc233095247參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc233095247 h 37HYPERLINK l _Toc233095248附錄1：設(shè)計(jì)源程序 PAGEREF _Toc233095248 h 39HYPERLINK l _Toc233095249附錄2：電路原理圖 PAGEREF _Toc233095249 h 45HYPERLINK l _Toc233095250致 PAGEREF _Toc233095250 h 46 緒論結(jié)晶器的發(fā)展背景回顧連續(xù)鑄鋼的發(fā)展歷史，連續(xù)澆鑄的生產(chǎn)方式首先是從有色金屬開始的

20、。結(jié)晶器振動技術(shù)早期也只應(yīng)用于有色金屬的澆鑄，由于沒有弄清與結(jié)晶器振動的關(guān)系，結(jié)晶器振動的概念也經(jīng)歷了各種變化。在1913年瑞典人皮爾遜（AHPehrson）曾提出結(jié)晶器應(yīng)按照一定的振幅和頻率做往復(fù)運(yùn)動的想法，但真正將這一想法付諸實(shí)施的卻是德國人西格弗里德容漢斯（SJunghans）。1933年現(xiàn)代連鑄的奠基人德國的西格弗里德容漢斯(Siegflied Junghans)開發(fā)了結(jié)晶器振動裝置，并成功地應(yīng)用于有色金屬的連鑄。1949年S漢斯的合作者艾爾文羅西(Irving Rossi)獲得了容漢斯振動結(jié)晶器專利的使用權(quán)，并在美國約阿勒德隆鋼公司(Allegheng Lundlum SteelCo

21、rporation)從Waterbliet廠的一臺連鑄試驗(yàn)機(jī)上采用了振動結(jié)晶器。與此同時(shí)，容漢斯振動結(jié)晶器又被用于西德曼斯曼(Mannesmann)公司胡金(Huckingen)廠的一臺連續(xù)鑄鋼試驗(yàn)連鑄機(jī)。容漢斯振動的結(jié)晶器在這兩臺連鑄機(jī)上的成功應(yīng)用，使其在鋼連鑄中迅速得到了廣泛應(yīng)用。從此，結(jié)晶器振動便成了連鑄機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)操作。在連鑄結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展過程中，相繼出現(xiàn)了同步振動、負(fù)滑動振動、正弦振動、非正弦振動等多種振動方式。但迄今為止，工業(yè)中廣泛使用的仍然是用直流電機(jī)或交流變頻電機(jī)通過偏心凸輪驅(qū)動雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器正弦振動。這主要是因?yàn)橛闷耐馆唽?shí)現(xiàn)正弦波振動波形精確，而且加工容易；同時(shí)，正

22、弦波振動與鑄坯拉速沒有嚴(yán)格要求，即不像同步振動那樣，要求結(jié)晶器下降速度與鑄坯同步，上升比拉速大三倍；也不像負(fù)滑動振動那樣，結(jié)晶器上、下振動與鑄坯拉速有較嚴(yán)格的關(guān)系。而且，正弦振動的結(jié)晶器速度和加速度分別按正弦和余弦規(guī)律變化，在上、下死點(diǎn)速度變化瞬間，沖擊力不會過大，速度變化較平穩(wěn)。因此，近年來在板坯和方坯連鑄機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。隨著連鑄和直接軋制的發(fā)展，不僅要求鑄坯質(zhì)量提高，而且還要求提高鑄造速度。但在高速鑄造時(shí)，結(jié)晶器和鑄坯之間的保護(hù)渣潤滑性能降低，易出現(xiàn)漏鋼。因此，保護(hù)渣成了限制振速提高的關(guān)鍵問題。日本鋼管中央研究所和福山研究所研究發(fā)現(xiàn)，采用上升時(shí)間比下降時(shí)間長的非正弦振動可以解決上述問題

23、。但是采用機(jī)械式振動不易實(shí)現(xiàn)非正弦振動。為此，要實(shí)現(xiàn)高速鑄造，解決的辦法之一就是通過液壓伺服系統(tǒng)對振動裝置進(jìn)行控制，則能夠?qū)崿F(xiàn)任選的振動波形。與傳統(tǒng)的結(jié)晶器機(jī)械式正弦振動相比，伺服驅(qū)動的連鑄機(jī)結(jié)晶器振動系統(tǒng)具有能實(shí)現(xiàn)非正弦振動、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制、布置方便和可以實(shí)現(xiàn)多連鑄機(jī)共用泵站節(jié)能與群控等優(yōu)點(diǎn)。采用計(jì)算機(jī)控制的伺服結(jié)晶器振動系統(tǒng)，可以很方便地產(chǎn)生各種振動規(guī)律，實(shí)現(xiàn)控制過程監(jiān)督，實(shí)時(shí)顯示并根據(jù)拉坯速度實(shí)時(shí)修改振動參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)連鑄過程的自動化，是結(jié)晶器振動系統(tǒng)的發(fā)展方向。但是為完成這一振動控制任務(wù)，通常需要許多儀器，如伺服放大器、壓力顯示儀表、位移顯示儀表、信號發(fā)生器等。這些儀器不僅價(jià)格昂貴

24、，操作復(fù)雜，而且體積、重量龐大，效率也比較低；另外，傳統(tǒng)儀器無法實(shí)現(xiàn)測試中所需要的特定要求，其功能無法實(shí)現(xiàn)用戶自己定義。 研究的目的與意義研究目的結(jié)晶器振動是連鑄技術(shù)的一個(gè)基本特征，它在連鑄中的主要作用是一次冷卻。同時(shí)為了保證出料均勻，減小拉坯摩擦力，避免鋼水粘壁、漏鋼和改善鋼坯在質(zhì)量與表面質(zhì)量，還要通過一個(gè)振動機(jī)構(gòu)驅(qū)動使結(jié)晶器按一定波形規(guī)律上下振動。研究意義結(jié)晶器按預(yù)定波形受控振動是連鑄機(jī)正常生產(chǎn)的保障。目前先進(jìn)的連鑄機(jī)結(jié)晶器主要采用電液伺服振動裝置,它可以方便地實(shí)現(xiàn)各種波形等多種振動規(guī)律、實(shí)時(shí)顯示振動波形、在線修改振動參數(shù)、自動化程度高,是連鑄生產(chǎn)中提高板坯表面和在質(zhì)量的先進(jìn)技術(shù)。結(jié)晶器相

25、當(dāng)于連鑄生產(chǎn)的心臟部分，屬于連鑄的關(guān)鍵設(shè)備。因此，結(jié)晶器振動系統(tǒng)運(yùn)行中的振動方式的優(yōu)化顯得異常重要，選擇適當(dāng)?shù)恼駝臃绞綄ιa(chǎn)工藝意義非凡。從理論上了解正弦、非正弦振動參數(shù)（振幅、頻率、偏斜率）和冶金理論參數(shù)（工藝參數(shù)）之間的關(guān)系，根據(jù)不同鋼種和實(shí)際情況，進(jìn)一步優(yōu)化波形曲線，開發(fā)和研制監(jiān)控軟件，然后模擬運(yùn)行，最終將其應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中。結(jié)晶器簡介結(jié)晶器的功能薄板坯連鑄結(jié)晶器是薄板坯連鑄技術(shù)的核心,也是薄板坯連鑄區(qū)別于傳統(tǒng)板坯連鑄的標(biāo)志。結(jié)晶器鋼水的流動、傳熱和應(yīng)力應(yīng)變行為對連鑄工藝和鑄坯質(zhì)量有重要影響,同時(shí)結(jié)晶器鋼水流動與初生坯殼的傳熱與應(yīng)力的研究對改善漏斗型結(jié)晶器的曲面形狀以與水口與結(jié)晶器的

26、適應(yīng)性有重要意義。結(jié)晶器初生凝固坯殼的溫度場、應(yīng)力場與變形分布影響著連鑄工藝的順行和鑄坯質(zhì)量的提高,對結(jié)晶器鋼水流動的模擬研究可通過優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)和浸入深度來改善鋼水的流場,而對結(jié)晶器坯殼與結(jié)晶器的傳熱以與凝殼在生長過程中與漏斗型結(jié)晶器間的應(yīng)力行為進(jìn)行模擬,優(yōu)化工藝參數(shù)和結(jié)晶器腔形狀使凝殼厚度與應(yīng)力分布均勻,從而避免由于凝殼厚度不均勻?qū)е屡鳉ぞ植繎?yīng)力集中而產(chǎn)生破裂。結(jié)晶器是連鑄設(shè)備中最為關(guān)鍵的部件,在相當(dāng)大的程度上影響著鑄坯的質(zhì)量和連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。結(jié)晶器銅板的工作環(huán)境非常嚴(yán)酷,因而對其物理性能的要求也十分苛刻。首先,結(jié)晶器銅板必須具備良好的導(dǎo)熱性。這是為了保證鋼液在結(jié)晶器迅速凝固成一定厚度、一

27、定強(qiáng)度的坯殼,防止鑄坯出結(jié)晶器后漏鋼。其次,它要有高的屈服強(qiáng)度。由于結(jié)晶器銅板要和（14701600）的高溫鋼水接觸,背面又受約30左右的冷卻水冷卻,在如此巨大的溫度梯度下,反復(fù)產(chǎn)生的熱應(yīng)力也是極大的。銅板沒有足夠的強(qiáng)度,就會在表面或冷卻水槽底部產(chǎn)生龜裂,甚至導(dǎo)致冷卻水與鋼水接觸,并可能引起爆炸。此外,其要有足夠的硬度和耐磨性,尤其是要有較高的軟化溫度。這是因?yàn)殂~板表面要直接與鑄坯接觸而產(chǎn)生磨損,在高溫下要求銅板不軟化。結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)按結(jié)晶器的外形，結(jié)晶器可分為直結(jié)晶器和弧形結(jié)晶器。直結(jié)晶器用于立式、立彎式以與直弧形連鑄機(jī)，而弧形結(jié)晶器用在全弧型和橢圓形連鑄機(jī)上。從結(jié)構(gòu)來看，有管式結(jié)晶器和組合式

28、結(jié)晶器。具體結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.1 薄板坯連鑄結(jié)晶器實(shí)物圖1盛鋼桶；2中間罐；3結(jié)晶器圖2.2 結(jié)晶器工藝流程圖結(jié)晶器振動規(guī)律的發(fā)展結(jié)晶器由靜止變?yōu)檎駝?，引起了連鑄工作者的廣泛關(guān)注和興趣，人們紛紛進(jìn)行試驗(yàn)研究工作，對粘結(jié)性漏鋼機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)展了各種結(jié)晶器振動規(guī)律。最早出現(xiàn)的是矩形速度振動規(guī)律，基于“拉裂焊合”理論，其特點(diǎn)是結(jié)晶器在下降時(shí)與鑄坯做同步運(yùn)動，然后以3倍的拉坯速度上升，即所謂的3:1型振動方式。這種振動方式對鑄坯脫模是有效的，早期得到了應(yīng)用。但其主要缺點(diǎn)是機(jī)械加工比較困難，振動機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)構(gòu)之間要有嚴(yán)格的電器連鎖，在上升和下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處速度變化很大，設(shè)備沖擊大，不利于采用高頻振動。

29、但這種波形的采用，使固定的結(jié)晶器變?yōu)檎駝拥慕Y(jié)晶器，使結(jié)晶器技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)飛躍。隨著負(fù)滑動理論的出現(xiàn)，矩形速度規(guī)律被梯形速度規(guī)律所代替，其特點(diǎn)是結(jié)晶器向下運(yùn)動過程中有較長一段時(shí)間其速度稍大于拉坯速度，即“負(fù)滑脫運(yùn)動”，使坯殼中產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以使拉裂的坯殼壓合，使粘結(jié)的坯殼強(qiáng)制脫模，結(jié)晶器在上升、下降轉(zhuǎn)折點(diǎn)處速度變化較緩和，提高了設(shè)備的平穩(wěn)性，梯形波的出現(xiàn)使連鑄的生產(chǎn)更加順暢，這種速度波形沿用了很多年，負(fù)滑動理論一直沿用至今。隨著負(fù)滑動理論的不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了正弦速度規(guī)律，正弦振動速度規(guī)律采用偏心輪實(shí)現(xiàn)。這種振動規(guī)律打破了結(jié)晶器和鑄坯之間要有一定的速度關(guān)系的限制，著重發(fā)揮它的脫模作用，用偏心輪代

30、替凸輪，正弦振動仍有一小段負(fù)滑動階段，有利于脫模，速度、加速度變化平緩，采用偏心輪設(shè)備簡單，易于加工制造、安裝和維護(hù)，運(yùn)動精度高，設(shè)備運(yùn)動平穩(wěn)，沖擊小，易于采用較高頻率振動。正弦振動目前仍被廣泛應(yīng)用。結(jié)晶器的振動方式在結(jié)晶器振動技術(shù)發(fā)展過程中，在振動形式與振動裝置的結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了多種多樣的形式，主要可歸納為如下四種:同步振動(矩形波)、負(fù)滑振動(梯形波)、正弦振動和非正弦振動。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用量多的主要是正弦波模式。近年來，隨著先進(jìn)的液壓振動裝置的出現(xiàn)，采用了各種各樣的非正弦波模式的振動曲線。(1) 同步振動采用同步振動方式，結(jié)晶器下降時(shí)與鑄坯保持同步，可使拉裂的坯殼在下降階段得以愈合，其

31、愈合時(shí)間約占振動周期的75%。由于同步振動減少了拉坯阻力，漏鋼事故明顯減少，鑄坯質(zhì)量有所改善，因而，在連鑄技術(shù)開發(fā)初期同步振動得到了廣泛的應(yīng)用。同步振動一般是由凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，其設(shè)備的加工、制造比較復(fù)雜。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步運(yùn)動，結(jié)晶器振動機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)構(gòu)之間要進(jìn)行嚴(yán)格的電氣連鎖；此外，在向下與向上振動的轉(zhuǎn)折處速度變化很快，機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生很大的沖擊力，進(jìn)而影響了結(jié)晶器振動的平穩(wěn)性，對于鑄坯質(zhì)量和設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。同步振動在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中已不再使用。(2) 負(fù)滑振動采用負(fù)滑振動，結(jié)晶器下降的速度稍大于拉坯速度，使凝固坯殼在結(jié)晶器下降過程中承受一定的壓力，有利于使拉裂坯殼有效地愈合，同時(shí)有利

32、于脫模。在結(jié)晶器下降和上升的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，速度的變化較同步式有所緩和，使運(yùn)動的平穩(wěn)性有所提高。該振動方式仍保留同步式振動愈合時(shí)間較長的特點(diǎn)，愈合時(shí)間約占整個(gè)周期的66% 71%。但負(fù)滑振動模式也需由凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，與同步振動相仿，其在機(jī)械、電氣與使用效果上的弱點(diǎn)仍然得到保留，因此，負(fù)滑振動在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中同樣不再被采用。(3) 正弦振動正弦振動就是結(jié)晶器的運(yùn)動速度和時(shí)間成正弦曲線關(guān)系，這種振動規(guī)律的最大優(yōu)點(diǎn)就是只要用簡單的偏心機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)，易于維護(hù)，速度變化平穩(wěn)，無沖擊。由于正弦振動的速度始終處于變化之中，在振動機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)構(gòu)之間沒有嚴(yán)格的速度關(guān)系。因此，也不必建立嚴(yán)格的連鎖關(guān)系。同時(shí)，在運(yùn)動中仍有

33、一小段負(fù)滑脫階段，具有脫模作用。由于加速度比較小，這種振動還能實(shí)現(xiàn)高頻振動，減少負(fù)滑動時(shí)間以得到較淺的振痕，有利于改善鑄坯表面質(zhì)量，為了使這兩個(gè)參數(shù)最佳化，曾經(jīng)歷了不同方向的發(fā)展。從大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以得出結(jié)論，高頻率小振幅對改善鑄坯表面質(zhì)量有明顯的效果。但是，正弦振動的特性完全決定于其振幅和頻率的數(shù)值，即正弦振動只有兩個(gè)相互獨(dú)立的振動參數(shù)。變量少，其波形的調(diào)節(jié)能力就小，難以完全滿足高速連鑄的工藝要求，特別是對于那些易于粘結(jié)的鋼種，在高速澆注條件下采用具有較長的正滑動時(shí)間的非正弦式結(jié)晶器振動是更有利的，而且采用帶可調(diào)程序控制裝置的液壓機(jī)構(gòu)很容易實(shí)現(xiàn)這種非正弦振動方式。(4) 非正弦振動結(jié)晶器振動速

34、度隨時(shí)間變化的規(guī)律不是正弦曲線的都稱為非正弦振動。隨著高速鑄機(jī)的開發(fā)，拉坯速度越來越快，結(jié)晶器上振時(shí)與鑄坯間的相對運(yùn)動速度加大，特別是高頻振動后此速度更大，由于拉速提高后結(jié)晶器保護(hù)渣用量相對減少，坯殼與結(jié)晶器壁之間發(fā)生粘結(jié)而導(dǎo)致了漏鋼的可能性增加，為了解決這一問題，除了使用新型保護(hù)渣外，另一個(gè)措施就是采用非正弦振動；非正弦振動是結(jié)晶器上振動時(shí)間大于下振時(shí)間，以縮小結(jié)晶器上振與鑄坯之間的相對運(yùn)動速度。由此可見非正弦振動具有以下特點(diǎn):（1）在正滑動時(shí)間里結(jié)晶器振動速度與拉坯速度之差減小。因此,可減小結(jié)晶器施加給鑄坯向上作用的摩擦力,作用在彎月面下坯殼的拉應(yīng)力減小,減少拉裂;（2）在負(fù)滑動時(shí)間里結(jié)晶

35、器振動速度與拉坯速度之差較大。因此,作用于坯殼上的壓力增大,有利于鑄坯脫膜。（3）負(fù)滑動時(shí)間短,鑄坯表面振痕淺;正滑動時(shí)間長,可增加保護(hù)渣的消耗量,有利于結(jié)晶器的潤滑。可以通過調(diào)節(jié)振動頻率、振幅和波形偏斜因子來控制波形的變化,使非正弦運(yùn)動的位移、速度和加速度都發(fā)生了變化,從而能夠得到高質(zhì)量鑄坯,并能有效避免粘結(jié)的振動波形。近年來，現(xiàn)代連鑄發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)是拉坯速度日益提高，同時(shí)，連鑄坯熱送直接軋制技術(shù)的發(fā)展也對連鑄坯的表面質(zhì)量提出了更高的要求。結(jié)晶器總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前，結(jié)晶器的振動控制可以由單片機(jī)、虛擬儀器、VB等各種編程語言和可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。利用單片機(jī)來控制波形的發(fā)生已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子電路、

36、智能儀表、自動控制等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)所介紹的是一種基于Freescale HCS12系列單片機(jī)來控制結(jié)晶器的波形發(fā)生。它不同于以往的51系列單片機(jī)，它引腳眾多可實(shí)現(xiàn)多功能的輸入輸出、結(jié)構(gòu)緊湊有序、外圍設(shè)備和電子電路可滿足生產(chǎn)中各種需求，是一種比較前衛(wèi)和現(xiàn)代的微控制器。設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)以Freescale HCS12系列單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)來控制各種外圍芯片與電路。波形的產(chǎn)生是通過Freescale HCS12單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，在其數(shù)據(jù)線上送出一系列按一定規(guī)律變化的數(shù)據(jù)信息，通過D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出波形。本設(shè)計(jì)主要以正弦波的發(fā)生為主，通過在函數(shù)中對一個(gè)數(shù)組附值，經(jīng)過AD5660輸出，在示波

37、器上就會觀察到對應(yīng)的波形。通過函數(shù)對數(shù)組中的數(shù)附值之后不是一次就輸出顯示出來的，這要對Freescale單片機(jī)編寫控制字，使其開中斷，再用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)便提出中斷請求，這時(shí)調(diào)用中斷函數(shù)，將數(shù)組中一個(gè)值送到AD5660中，這樣連續(xù)不斷的進(jìn)行送值，輸出的就是一完整波形。設(shè)計(jì)方案選擇實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器振動波形發(fā)生的方法很多，可有單片機(jī)、虛擬儀器、VB等等。但是選擇一個(gè)比較合適和最佳方案要進(jìn)行如下比較：方案1：采用函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038集成模擬芯片，它是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的專用集成電路。但是這種模塊產(chǎn)生的波形都不是純凈的波形，會寄生一些高次諧波分量，采用其他的措施雖可濾除一

38、些，但不能完全濾除掉。方案2：首先，利用Freescale單片機(jī)和AD5660數(shù)模轉(zhuǎn)換器來生成波形。這種方案不同于方案1會同時(shí)產(chǎn)生多種波形，它是通過對各種波形進(jìn)行編寫程序，設(shè)定數(shù)值送入單片機(jī)中，再經(jīng)過AD5660輸出，在示波器上就會觀察到不同函數(shù)值的波形。每產(chǎn)生一種波形就伴隨著軟件濾波，而不會有寄生的高次諧波分量，產(chǎn)生的波比較純凈、清晰。其次，F(xiàn)reescale這種單片機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越、低功耗、可靠性和穩(wěn)定性高、專用性很強(qiáng)而且技術(shù)含量高。綜合以上各方面，最終選擇方案2?？傮w系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)主要是基于Freescale HCS系列單片機(jī)在結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過以單片機(jī)為核心控

39、制各種外圍芯片和電路。具體如下框圖所示：圖3.3 波形發(fā)生系統(tǒng)方框圖由框圖可以看出，HCS系列單片機(jī)系統(tǒng)接收數(shù)字信號，然后通過D/A轉(zhuǎn)換變成模擬信號，由于單片機(jī)本身具有波形發(fā)生功能以此執(zhí)行波形發(fā)生程序，進(jìn)而會有正弦或非正弦等波形輸出，在示波器上就會觀察到不同函數(shù)值的波形。再通過對波形參數(shù)值的控制和調(diào)節(jié)來掌握結(jié)晶器的振動規(guī)律。本設(shè)計(jì)主要是以輸出正弦波為例，通過實(shí)驗(yàn)的方法希望達(dá)到預(yù)期的效果。硬件設(shè)計(jì)整體電路設(shè)計(jì)在結(jié)晶器振動的控制中，包括各種控制模塊：數(shù)字量輸入/輸出模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、閥芯反饋拉速模塊、CAN總線模塊以與單片機(jī)主體模塊。本設(shè)計(jì)主要討論利用單片機(jī)通過D/A

40、轉(zhuǎn)換使波形輸出這一塊，其他模塊由其他同學(xué)負(fù)責(zé)。波形發(fā)生的主要原理是通過Freescale單片機(jī)來執(zhí)行用C語言編寫的波形程序，在其數(shù)據(jù)線上送出一系列按一定規(guī)律變化的數(shù)據(jù)信息，通過D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出波形。具體硬件原理圖如下：圖3.4 波形發(fā)生硬件原理嵌入式系統(tǒng)與Freescale單片機(jī)3.2.2.1嵌入式系統(tǒng)介紹在任何大系統(tǒng)中由計(jì)算機(jī)控制的電氣或機(jī)械系統(tǒng)都可以稱為一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)就是指由位于該系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)可以采用和通用計(jì)算機(jī)一樣的高性能CPU，但通常只需要完成系統(tǒng)所需的某些特定功的任務(wù)。因此，嵌入式計(jì)算機(jī)在應(yīng)用時(shí)必須滿足特定系統(tǒng)的要求。在通信、測控與數(shù)據(jù)

41、傳輸?shù)阮I(lǐng)域，人們對計(jì)算機(jī)技術(shù)給予了更大的期待。這些領(lǐng)域的應(yīng)用與單純的高速計(jì)算要求不同，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：直接面向控制對象；（2） 嵌入到具體的應(yīng)用體中，以非計(jì)算機(jī)的面貌出現(xiàn)；（3） 能在現(xiàn)場連續(xù)可靠地運(yùn)行；（4） 體積小，應(yīng)用靈活；（5） 突出控制功能，特別是對外部信息的捕捉與豐富的輸入/輸出功能等。由此可以看出，滿足這些要求的計(jì)算機(jī)與滿足高速數(shù)值計(jì)算的計(jì)算機(jī)是不同的。因此一種稱之為單片機(jī)或微控制器的技術(shù)得以產(chǎn)生并發(fā)展。3.2.2.2 Freescale單片機(jī)的發(fā)展在嵌入式處理器領(lǐng)域, 飛思卡爾打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 1974年,Freescale發(fā)布了MC6800處理器,這是第一個(gè)僅需要單

42、個(gè)5V電源輸入的模塊產(chǎn)品。同年，F(xiàn)reescale推出第一款HC088位到MCU。到30余年后的今天 ,Freescale已生產(chǎn)出超過80億個(gè)單位的MCU。這些被廣泛應(yīng)用于微波爐尺、調(diào)制解調(diào)器、安全系統(tǒng)和汽車領(lǐng)域等。微處理器也是Freescale的強(qiáng)項(xiàng)之一。1984年,Freescale推出首顆32位微處理器。在亞洲,首片PDA處理器 “龍珠”處理器在1995年與palm一起打造了全新的手持設(shè)備市場。80年代后期Freescale開發(fā)處理器,并在1989年創(chuàng)造出通信處理器?，F(xiàn)在powerQUICC成為業(yè)界使用極其廣泛的通信處理器架構(gòu),這使Freescale在通信處理器領(lǐng)域成為排名第一的供應(yīng)商。

43、Freescale 系列中都包含了一個(gè)MCU（微控制器），它的基本含義是：在一塊芯片上集成了中央處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM等）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以與多種輸入/輸出（I/O）接口的比較完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。具體框圖如下：圖3.5 MCU部框圖就MCU組成而言，雖然它只是一塊芯片，但包含了計(jì)算機(jī)的基本組成單元，仍有運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備5部分組成，只不過這些都集成在一塊芯片上，這種結(jié)構(gòu)使得MCU成為具有獨(dú)特功能的計(jì)算機(jī)。由于MCU具有體積小、價(jià)格低、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，它的出現(xiàn)和迅猛發(fā)展給控制系統(tǒng)領(lǐng)域帶來了一場技術(shù)革命。MCU又以較高的性價(jià)比、靈活性等特點(diǎn)，在現(xiàn)代控制系統(tǒng)

44、中占有十分重要部分。MCU是在計(jì)算機(jī)制造技術(shù)發(fā)展到一定階段的背景下出現(xiàn)的，它使計(jì)算機(jī)技術(shù)從科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)入到智能化控制領(lǐng)域。從此，計(jì)算機(jī)技術(shù)在兩個(gè)重要領(lǐng)域通用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域都獲得了極其重要的發(fā)展，為計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開辟了更廣闊的空間。認(rèn)識了MCU，它是在CPU基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，增加了滿足測控對象要求的外圍接口電路，用于測控領(lǐng)域。也就是說，MCU是最典型、最廣泛的嵌入式系統(tǒng)。具有如下特點(diǎn)：（1）嵌入式系統(tǒng)資源受限（2）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要專用工具和特殊方法（3）嵌入式系統(tǒng)要求較高可靠性和穩(wěn)定性（4）嵌入式系統(tǒng)有實(shí)時(shí)約束（5）嵌入式系統(tǒng)比較關(guān)注成本（6）嵌入式系統(tǒng)大多要求低功耗（7）嵌入式

45、系統(tǒng)專用性很強(qiáng)、技術(shù)含量高而且生命周期長從MCU出現(xiàn)以來，MCU制造技術(shù)迅猛發(fā)展，各種用途、各種類型的MCU不斷出現(xiàn)。目前MCU正向大容量、高性能化；小容量、低價(jià)格化；外圍電路裝化等幾個(gè)方向快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。同時(shí)，8位、16位、32位、64位MCU也將有各自的應(yīng)用領(lǐng)域。Freescale HCS系列單片機(jī)簡介3.2.3.1 Freescale HCS系列單片機(jī)家族介紹Freescale公司的MC家族以8位、16位、32位機(jī)為主，采用CISC體系，目前的主流8位機(jī)是9S08系列，16位機(jī)是HC9S12（X）系列，高級16位機(jī)是56F系列。從應(yīng)用角度，F(xiàn)reescale的S12系列

46、微控制器可分為以下兩大類：（1）高性能通用型的微處理器，如HC9S12（X）系列。這類微控制器既可工作在總線擴(kuò)充方式，也可以工作在單片方式，因此可以增加功能，提高可靠性，減小體積，在工業(yè)控制和汽車電子領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。（2）適合用于廣闊家電領(lǐng)域的微控制器，如HC9S08系列。這類微控制器性價(jià)比高，無需外接存儲器，集成度高，對外不提供地址和數(shù)據(jù)總線，置了高性能的I/O接口，工作在單片方式。Freescale微控制器的特點(diǎn)：技術(shù)成熟，可靠性高，抗干擾和電磁兼容性強(qiáng)，部資源較多，品種全，選擇余地大，新品種多。8位機(jī)有HC08，HCS08與RS08系列；16位機(jī)有HC12，S12與S12X系列；32位

47、機(jī)有MPC56F8X00、68K/ColdFire系列，Power Architecture處理器，基于ARM處理器的i.MX系列以與專門用于高性能、成本敏感性、可電池供電的MCORE處理器等。3.2.3.2 MC9S12DG128部介紹由于Freescale公司的大力推出新的芯片，使得產(chǎn)品在用戶手中越來越普遍。其中MC9S12DG128是公司推出的S12系列微控制器中的一種增強(qiáng)型16位微控制器。其集成度高、片資源豐富，接口模塊包括SPI、SCI、C、A/D、PWM等。MCU是Freescale公司HCS12系列16位中的一種，其部主要由MCU的基本和CAN功能模塊組成。1.時(shí)鐘和復(fù)位產(chǎn)生模塊

48、、存儲器與封裝形式時(shí)鐘和復(fù)位產(chǎn)生模塊CRG包括低電流振蕩器或是標(biāo)準(zhǔn)振蕩器的選擇、鎖相環(huán)時(shí)鐘頻率放大器、看門狗、實(shí)時(shí)中斷和時(shí)鐘監(jiān)控器。存儲器包括128KB的Flash EEPROM、8KB的RAM、2KB的EEPROM。DG128采用80引腳TQFP和112引腳LQFP兩種形式的封裝，具有5V輸入和驅(qū)動能力，CPU的工作頻率可達(dá)到50MHz，總線頻率可達(dá)到25 MHz，并支持單線背景調(diào)試模式（BDM），可以在線設(shè)置硬件斷點(diǎn)。2.豐富的I/O接口（1）通用I/O接口：29路獨(dú)立的數(shù)字I/O接口，20路帶中斷和喚醒功能的數(shù)字I/O接口。（2）A/D轉(zhuǎn)換接口：兩個(gè)8通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器、具有外部轉(zhuǎn)

49、換觸發(fā)能力。（3）CAN總線接口：部集成了3個(gè)CAN協(xié)議控制器MSCAN12模塊，符合CAN2.0A/B協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；可編程傳輸率達(dá)到1Mb/s；具有5個(gè)接收緩沖區(qū)和3個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)；靈活的標(biāo)識符濾波模式，可配置成2個(gè)32位過濾碼或4個(gè)16位過濾碼，或者8個(gè)8位過濾碼；含有4個(gè)獨(dú)立的中斷輸入引腳Rx、Tx、error和wakeup；置低通濾波的喚醒功能。（4）輸入捕捉/輸出比較與PWM：具有8通道的輸入捕捉/輸出比較，還具有8個(gè)可編程PWM通道，可配置成8通道8位或4通道16位PWM，其每個(gè)通道的周期和占空比均可通過編程獨(dú)立設(shè)置?？删幊痰臅r(shí)鐘選擇邏輯，使得輸入脈沖的頻率可設(shè)定在較寬的圍。（5）串行通

50、信口：具有2個(gè)串行異步通信接口SCI、2個(gè)同步串行外設(shè)接口SPI、Bytelight、InterIC總線以與SAE J1850 Class B數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)接口。3.運(yùn)行模式DG128MCU的運(yùn)行模式可分為單片運(yùn)行模式、擴(kuò)展運(yùn)行模式和其他運(yùn)行模式。單片運(yùn)行模式包括普通單片運(yùn)行模式和特殊單片運(yùn)行模式；擴(kuò)展運(yùn)行模式包括普通擴(kuò)展寬模式、普通擴(kuò)展窄模式、仿真擴(kuò)展寬模式和仿真擴(kuò)展窄模式；其他運(yùn)行模式包括測試模式和外設(shè)模塊測試模式。（1）單片運(yùn)行模式單片運(yùn)行模式又分為普通單片模式和特殊單片模式。單片運(yùn)行模式是DG128MCU最常用的一類運(yùn)行模式。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，若CPU檢測到MODA(PE5)和MODE(PE6

51、)引腳為低電平，則進(jìn)入單片運(yùn)行模式。普通單片模式是正常運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)應(yīng)使用的模式；而特殊單片模式又稱為背景調(diào)試模式，是需要進(jìn)行背景調(diào)試時(shí)應(yīng)使用的模式。在MCU復(fù)位時(shí)，若引腳MODC為低電平，則進(jìn)入特殊單片模式；反之，則進(jìn)入普通單片模式。擴(kuò)展運(yùn)行模式DG128的擴(kuò)展運(yùn)行模式允許通過CPU外部總線擴(kuò)展RAM、Flash、I/O等。擴(kuò)展運(yùn)行模式又分為窄模式和寬模式。前者使用8位外部數(shù)據(jù)總線，后者使用16位外部數(shù)據(jù)總線。DG128MCU采用地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式實(shí)現(xiàn)外部總線的擴(kuò)展，在MCU的A口和B口的16位上交替出現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)信號。擴(kuò)展時(shí)，地址總線信號須通過外部鎖存電路得到；數(shù)據(jù)信號可直接使用A口

52、（8位窄模式）和B口（16位寬模式）。K口的6位給出頁面地址的高位，E口給出總線控制信號。由于DG128 80引腳MCU的A口、B口、K口都沒有引出，因此80引腳的DG128單片機(jī)不能使用擴(kuò)展運(yùn)行模式。擴(kuò)展運(yùn)行模式也有普通運(yùn)行模式和特殊運(yùn)行模式之分，其區(qū)別是有些寄存器只能在特殊模式下讀/寫。另外，還有仿真擴(kuò)展模式，在該模式下，可以看到總線上的控制信號，可接邏輯分析儀用于調(diào)試。3.2.3.3MC9S12DG128引腳介紹DG128MCU具有兩種封裝形式，分別為80引腳和112引腳。本設(shè)計(jì)所用到時(shí)112引腳的形式，具體引腳圖如下：圖3.6 DG128的112引腳圖引腳功能說明：I/O口:模擬量輸入

53、：ATD1引腳號為68、70、72、74、76、78、80、82作為第一功能時(shí)普通輸入口；第二功能是ADT1輸入引腳；第三功能82引腳是ADT1外部觸發(fā)輸入引腳。 ATD0引腳號為67、69、71、73、75、77、79、81作為第一功能也是普通的輸入口；第二功能是ADT0輸入引腳；第三功能81引腳是ADT0外部觸發(fā)輸入引腳。A口：引腳號5764，作為第二功能，寬總線模式下，多路復(fù)用外部地址和數(shù)據(jù)。B口：引腳號2431，作為第二功能，寬總線模式下，多路復(fù)用外部地址和數(shù)據(jù)。E口：36號引腳，作為第二功能，總線模式下當(dāng)前總線是否處于空閑周期；作為第三功能，晶振選擇。 37、38號引腳，作為第二功能

54、，MCU工作模式的選擇；作為第三功能，指令隊(duì)列跟蹤信號引腳；并且部下拉。 39號引腳，作為第二功能，非正常單片模式，總線時(shí)鐘外部引腳。 53號引腳，作為第二功能，低字節(jié)選通；作為第三功能，的引腳。 54號引腳，作為第二功能，外部讀寫功能引腳且部上拉。 55、56號引腳，作為第二功能，外部中斷輸入引腳且部上拉。H口：引腳號3235，作為第三功能，中斷輸入引腳。 引腳號4952，作為第二功能，串行外圍接口（SPI1）；作為第三功能，中斷輸入引腳。J口：98、99號引腳，作為第二功能，CAN4的發(fā)送數(shù)據(jù)的輸出引腳；作為第三功能，模塊的串行時(shí)鐘引腳。 21、22號引腳，作為第二功能，KWJ1、KWJ0

55、；作為第三功能，PJ1、PJ0。K口：108號引腳，作為第二功能，仿真芯片選擇輸出引腳；作為第三功能，決定MISC寄存器的ROMON位值且部上拉。 19、20、58號引腳，作為第二功能，總線模式下外部總線擴(kuò)展地址且部是那個(gè)拉。M口：87、88號引腳，作為第二功能，Byteflight。 100、101號引腳，作為第二功能，Byteflight；作為第三功能，SPI0。 102105號引腳，作為CAN/BDLC。P口：109112號引腳，作為第二功能，中斷輸入引腳；作為第三功能，PWM模塊。 14號引腳，作為第二功能，中斷輸入引腳；作為第三功能，PWM模塊且作為SPI1。S口：9396號引腳，作

56、為第二功能，SPI0。8992號引腳，作為第二功能，SCI。 T口：1518、912號引腳，作為第二功能，定時(shí)器模塊。電源：、分別是107、106號引腳作為I/O的外部電源。、分別是41、40號引腳作為I/O和部電壓調(diào)節(jié)模塊的外部電源。、分別是13、14、65、66號引腳作為MCU的電源。、分別是83、86號引腳作為電壓調(diào)節(jié)與部A/D轉(zhuǎn)換的電源。、分別是84、85號引腳作為A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓端。、分別是43、45號引腳作為PLL的電源供給端。是97號引腳作為片電壓調(diào)節(jié)模塊的使能端。控制： RESET是42號引腳作為復(fù)位引腳（有部上拉）。 BKGD/MODC/是23號引腳作為背景調(diào)試（有部上拉

57、）。其他： XFC是44號引腳作為PLL的外部濾波電容連接引腳。 EXTAL、XTAL分別是46、47號引腳作為片振蕩器引腳。3.2.3.4MC9S12DG128外圍電路介紹MCU最小系統(tǒng)是指可使部程序運(yùn)行所需要的外圍電路。DG128芯片的最小系統(tǒng)包括電源電路、PLL電路、復(fù)位電路、晶振電路、BDM調(diào)試接口電路等，具體介紹如下：電源電路：HCS12MCU的芯片部使用3V電壓，I/O端口和外部供電電壓為5V。在圖3.7給出的DG128最小系統(tǒng)電路中，電源電路部分的Cd和Cs構(gòu)成濾波電路，可以改善系統(tǒng)的電磁兼容性，降低電源波動對系統(tǒng)的影響，增強(qiáng)電路工作穩(wěn)定性。另外，為標(biāo)識系統(tǒng)通電與否，可以增加一個(gè)

58、電源指示燈。圖3.7 電源電路PLL電路：片的PLL電路兼有頻率放大和信號提純的功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時(shí)鐘信號獲得較高的工作頻率，以降低因高速開關(guān)時(shí)鐘所造成的高頻噪聲。圖3.8 PLL電路在圖所示的PLL電路中，引腳由片提供2.5V電壓；C1、C2和R5的取值與晶振、REFDV寄存器和SYNR寄存器有關(guān)。MCU系統(tǒng)時(shí)鐘電路和電源電路在布PCB板時(shí)，要按照以下規(guī)則布線，才能使系統(tǒng)的電磁兼容性得到保證：（1）盡量讓時(shí)鐘信號回路周圍電場趨近于零。用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來，時(shí)鐘線要盡量短。（2）石英晶振下面與噪聲特別敏感的器件下面不要走線。（3）PLL的濾波電路要盡可能靠近MCU，每個(gè)電源端和接

59、地端都要接一個(gè)去耦電容，去耦電容要盡可能靠近MCU。復(fù)位電路：HCS12系列MCU在響應(yīng)各種外部或偵測到的部系統(tǒng)故障時(shí)可進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)MCU檢測到需要復(fù)位時(shí)，它將寄存器和控制位設(shè)置成已知的起始默認(rèn)值。系統(tǒng)復(fù)位的用途是錯(cuò)誤復(fù)位，即當(dāng)MCU檢測到部故障時(shí)，它嘗試回到一個(gè)已知的、明確的狀態(tài)而從故障中恢復(fù)。具體電路圖如下：圖3.9 復(fù)位電路晶振電路：晶體振蕩器分為無源晶振和有源晶振兩種類型。需要外接電源的晶振稱為有源晶振。相反無需外接電源的稱為無源晶振。本設(shè)計(jì)用無源晶振，引腳XTAL和EXTAL分別接該單片機(jī)的輸入端和輸出端。這個(gè)單片機(jī)與作為反饋元件的片外石英晶體或瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。具體電

60、路圖如下：圖3.10 晶振電路外接石英晶體（或瓷諧振器）與電容C9、C10接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C9、C10雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度與溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF10pF，而如使用瓷諧振器建議選擇40pF10pF。D/A轉(zhuǎn)換器AD56601.D/A轉(zhuǎn)換器的基本問題D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度有兩種衡量方法：（1）分辨率：D/A轉(zhuǎn)換器在理論上可達(dá)到精度。其定義是，電路所能分辨的最小輸出電壓(輸入的n位數(shù)字代碼最低有效位LSB為1，其余各位為0)與最大輸出電