机械系统微机控制

1、3.1 绪论1.1 机械系统控制的分类，按控制用的微机类型分：单片机、DSP、PLC等1.2 机械自动控制系统的基本结构由三部分构成：传感器、运算单元和执行机构。传感器是将机械类信号转换为电信号的装置，是实现自动检测和自动控制的关键环节；运算单元是控制的核心；执行机构是将电能转换为机械能的动力传动装置。1.3 微机控制的优点：灵活性好、实时性好、集成度高、柔性好、抗干扰能力强、升级方便等。1.4 传感器基本参数包括：静态参数:线性度、灵敏度、精度、稳定性、分辨率等。动态参数:上升时间、响应时间、峰值时间、超调时间。其它参数:量程、抗干扰能力、应用范围等。1.5 模拟量输出通道基本构成：计算机-

2、锁存-D/A-被控对象1.6 单片机、DSP、PLC的优势和应用：单片机的体积小、成本低、控制功能强大、抗干扰能力强。广泛应用于工业控制现场（4085度），用于简单系统的控制和复杂系统的底层控制。应用：洗衣机、小型加热炉。DSP可进行指令的并行处理，信号处理能力强，具有高速的运算能力，I/O功能非常丰富。应用：语音处理、网络协议、信号处理、控制；手机。PLC抗干扰能力强，逻辑控制功能强、运算能力相对较弱，模块化设计使组合设计方便，编程方便，适用于全部为开关量的逻辑控制，或大量逻辑控制加少量模拟量的系统。应用：电梯3.2 单片机2.1 单片机：单片微型计算机，在一块芯片上集成了CPU、RAM、R

3、OM、I/O、A/D、D/A、CT/TM等功能。2.2 ADuc812属于增强型8052，ADuc812特点：8位CPU32位双向可寻址I/O线3个16位定时器/计数器9个中断源分两个优先级8KBFlash程序存储器640BFlash数据存储器16MB外部数据存储器A/D和D/A功能、I2C等2.3 ADuc812的CPU为8位CPU。CPU的一个机器周期由6个状态（12个振荡脉冲）组成。1机器周期=12内核时钟大多数指令的执行时间为1个机器周期，MUL（乘法）和DIV（除法）指令需要4个机器周期，中断响应最短需要3个机器周期最长需要8个机器周期。定时器的时间基准为机器周期，每个机器周期定时器

4、的当前值1。2.4 ADuC812 有3 个16 位定时器/计数器，每一个计时器包括了两个8 位的寄存器，THx 和TLx。当作为定时器使用时，TLx 在每一个时钟周期都增加。而每一个时钟周期都包含了12个内部核心时钟，因此最大计时频率只能是内核时钟频率的1/12。当作为计数器使用时，TLx 在每一个外部事件输入管脚（T0、T1、T2）上的1 到0 跳变将增加1。为了能够保证外部事件信号能被正确采样到，事件信号必须要在低于内核时钟频率的1/24 的频率下工作。2.5 ADuC812 共有4 个8 位I/O 口。P0可作为输入输出口，也可作为地址总线。P1 是八位的输入端口，也可作为AD 输入转

5、换通道，两功能都是输入，此端口不能输出，为了让P1 作为数字输入端口，需要向对应端口写0，如果向P1 端口写1，则P1 的此端口将作为AD 转换通道使用。P2 口是八位的带上拉电阻的双向口，也作为扩展应用中的地址总线使用。P3 是是八位的带上拉电阻的双向口，同时P3 的各个端口都定义了特殊的用途2.6 单片机开发环境为KeilC；使用5V稳压电源2.7 要进行程序下载，首先要进行下列重置步骤：先按下PSEN 键，在保持PSEN 按下的同时，按下RESET 键并抬起，最后抬起PSEN 键，此时单片机进入等待程序烧写状态。2.8 发光二极管、按键、数码管都是I/O 的扩展电路2.9 中断源： 外中

6、断：INT0（P3.2）和INT1（P3.3）引脚产生 电平中断：低电平引起中断。 脉冲中断：下降沿引起中断。状态至少维持1个机器周期。 定时中断：T0和T1 串行中断：接收和发送完成。2.10 响应某个中断需要4个条件：（1） EA=1（2） 屏蔽寄存器相应位为1（3） 中断事件发生：TCON（8位寄存器，对应不同中断）或SCON中相应位为1（8位寄存器对应不同中断）（4） 当前中断优先级最高中断的响应：产生可执行中断后，硬件系统会自动产生一条长调用指令，LCALL Addr16。不同中断对应的地址如下表。中断请求的撤销：中断响应后，TCON或SCON中相应的中断标志位应该清除，否则还可能再

7、引起中断。1 定时器中断请求是自动清除的。2 脉冲方式的外中断可以认为是自动清除的。3 电平方式的外中断标志是自动清除的，但中断请求不能自动清除。4 串行通讯中断的标志位需要软件清除。因为在中断程序中需要判定是TI还是RI。2.11 中断控制：有4个SFR（特殊功能寄存器Special Function Register）与中断控制有关。分别是： IE、IP 、TCON、SCON1：允许中断0：禁止中断2.12 定时器/计数器：ADuC812 有3 个16 位定时器/计数器，每一个计时器包括了两个8 位的寄存器，THx 和TLx。当作为定时器使用时，TLx 在每一个时钟周期都增加。而每一个时钟

8、周期都包含了12个内部核心时钟，因此最大计时频率只能是内核时钟频率的1/12。当作为计数器使用时，TLx 在每一个外部事件输入管脚（T0、T1、T2）上的1 到0 跳变将增加1。为了能够保证外部事件信号能被正确采样到，事件信号必须要在低于内核时钟频率的1/24的频率下工作。2.13 定时器/计数器四种工作模式（TMOD）TMOD=0：13位定时器/计数器，最大计数8192；12M内核（CORECLK）时钟下最大定时范围8.192msTMOD=1：16位定时器/计数器，其他与0模式相同TMOD=2：8位自动装载方式TMOD=3：定时器的工作方式0、1、2对定时器0和1都是相同的，而方式3对定时器

9、0和1是不同的。（自学，不重要）2.14 定时器2：定时器2是一个16位的定时器/计数器，具有三种工作方式：事件捕获，自动重新加载，波特率产生2.15 在主程序中使用中断禁区，可以在进入禁区前向EA 写0，出禁区后向EA 写1。2.16 ADuC812 有三个特殊寄存器来控制三个定时器，他们分别为TMOD、TCON 和T2CON。TMOD和TCON用于控制定时器0和定时器1的工作模式，T2CON用于控制定时器2。2.17 ADuC812 集成了两个12 位的电压输出DAC（数字量到模拟量转换输出Digital to Analog Converter），每一个都能满量程输出，即若单片机供电为5V

10、，其最大可输出电压也可以到达5V。两路DAC 都有两种可选的输出电压范围，0Vref 或者0AVdd。其中Vref 为内部参考电压，为2.5V，AVdd为单片机的供电电压，为5V。每一路DAC 可工作在12 位或者8 位的输出精度上。两路共享一个控制寄存器DACCON，四个数据寄存器DAC0H/L，DAC1H/L。2.18 ADuC812 提供了一组快速8 通道，12 位的AD 转换模块。这8 个AD 转换通道与IO 口P1 复用。AD 转换模块通过3 个特殊功能寄存器管理。他们分别是ADCCON1，ADCCON2，ADCCON3。其中ADCCON1 与ADCCON2 是AD 转换控制器，AD

11、CCON3 是AD 转换状态寄存器。AD 转换的输入电压范围为0VVref，其中Vref 为内部参考电压2.5V。也可以采用外部电路调整到范围为0VAVddV。为了加快AD 转换速度，ADC 模块可以工作在连续模式下，在这种模式下，AD 转换完成后，数据通过DMA 技术（内存直读，即不通过处理器就可以访问内存的技术）将转换数据存储到内存中。ADC 的转换精度为12 位，因此当转换范围为0VAVddV，转换精度可达到AVdd/4096，当AVdd 为5V 时，转换精度为1.22mV。ADC 的转换结果将保存在ADCDATAL 和ADCDATAH 中，其中ADCDATAL 保存了转换数据的低8 位

12、，ADCDATAH 的低四位保存了转换结果的高4 位的结果。ADCDATAH 的高四位保存了当前转换的通道号。2.19 DAC0H = triangleH; /写入高位数据DAC0L = triangleL; /写入低位数据（必须先写高位数据，否则写完低位就更新）void adci(void) interrupt 6/取转换结果dataL = ADCDATAL;dataH = ADCDATAH;/对转换的结果进行处理/*res = dataH & 0x0F;res = res << 8;res = res + dataL;/开始一次AD 转换*/SCONV = 1;3.3

13、DSP3.1 DSP：Digital Signal Processor，数字信号处理器。3.2 DSP的发展方向：一是继续提高数字信号处理能力；二是设计了丰富的控制功能以实现实时数据处理和控制功能的集成。3.3 TMS320LF2407A的特点 采用高性能的静态CMOS技术，供电电压为3.3V，减小了器件的功耗。30MIPS的执行速度提高了器件的实时控制能力。 片内有32K字的Flash程序存储器，2.5K字的数据程序RAM544字的双口RAM（DARAM），2K字的单口RAM（SARAM） 两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括：两个16位通用定时器，8个16位PWM通道，3个捕获单元。

14、 16个A/D转换通道，10位的A/D转换器最小转换时间为500ns。 41个可单独编程或复用的通用I/O。 WDT、CAN、SCI、SPI 独立的64K字程序、数据和I/O寻址空间，共192K字。3.4 TMS320LF2407基于增强的哈佛结构，有三组独立的总线：程序地址总线、数据读地址总线、数据写地址总线。访问程序和数据是分开的，在一个周期内CPU可以进行3次并行的存储器操作。其程序区、数据区和I/O区是独立的。3.5 INTM：中断模式位，1所有可屏蔽的中断禁止。可以通过SETC INTM置1，或CLRC INTM清零。CPU支持六个可屏蔽的中断INT1INT6。通过外设中断扩展控制器

15、PIE实现中断的扩展。3.6 系统配置：两个系统控制和状态寄存器SCSR1和SCSR2。3.7 IFR：与中断有关的寄存器0没有中断登记1至少有一个中断登记W1C：写1可以将某位清除3.8 IMR：0中断被屏蔽1中断被使能3.9 外设中断寄存器包括：外设中断向量寄存器PIVR、外设中断请求寄存器PIRQR0/1/2，外设中断应答寄存器PIACKR0/1/2外设中断请求寄存器PIRQR0/1/2：相应位为1表示有中断请求被悬挂。外设中断应答寄存器PIACKR0/1/2：写1表示插入中断应答，从而将PIRQR相应位清除。3.10 TMS320LF2407A系列DSP芯片有多达41个通用的双向数字I/O引脚数字I/O的控制主要涉及到两类的专用寄存器：I/O口复用控制寄存器（MCRx，这里x可以指代A/B/C）数据方向控制寄存器（PxDATDIR，这里x可以指代A/B/C/D/E/F）。3.11 MCRA控制着IOPA和IOPB的功能：1基本功能，0一般IOPADATADIR控制着