项目31讲解学习

项目三电动车调速系统设计与调试任务1调速信号采集模块内容提要电动车电机驱动有哪些方式？调速方法有哪些？A/D转换器有哪些类型？电机驱动电路如何设计？电机的过流保护有哪些方式？总的仿真效果图主要内容设计要求1硬件设计2软件设计3拓展要求4设计要求电动车的行车速度是通过电动车上的调速手柄来调节的，调速手柄输出的是模拟电压信号，电压范围为1.0V～4.2V。根据调速手柄输出的电压信号的大小来调节电机PWM信号占空比的大小，可以达到速度调节的目的。因此本任务的要求1为实现将调速手柄输入的模拟信号转换为单片机能够识别并处理的数字信号。要求在Proteus平台中绘制调速信号采集电路的仿真图，在Keilc51平台中编辑并调试程序。

硬件电路设计具体可分为硬件电路设计系统方案设计具体电路方案设计总电路原理图设计调速信号采集系统框图具体电路方案设计总电路图模拟通道接口技术计算机只能储存和处理二进制形式的数字量，凡遇到有模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量或数字量向模拟量的转换，这就是数/模和模/数转换问题。将模拟量转换成数字量的过程称为A/D转换，将数字量转换成模拟量的过程称为D/A转换，与之有关的接口技术称为模拟通道接口技术。因为在单片机应用系统中，常需要将检测到的连续变化的模拟量如温度、压力、流量、速度等转换成数字信号，才能输入到单片机中进行处理，然后再将处理结果的数字量转换成模拟量输出，实现对被控对象的控制。

模拟通道接口技术A/D转换器接口A/D转换器的作用是将模拟量转换为数字量，以便计算机接收处理传感器单片机A/D转换A/D转换器A／D转换包括了采样、量化、编码等过程。经A／D转换成为的数字信号，送入单片机，单片机根据接收到的数字信号的大小来计算输入模拟量的大小。一、采样一保持

采样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，就是把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲。采样定理：为了能不失真地恢复原模拟信号，采样频率应不小于输人模拟信号频谱中最高频率的两倍。由于A/D转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压值在一段时间内不变，直到下一次采样开始。这就要在采样后加上保持电路，实际采样一保持是做成一个电路。图1采样—保持电路(a)采样—保持电路(b)采样波形图2采样原理图及波形图(a)采样原理图(b)波形图

二、量化 用数字量表示输入模拟电压的大小时，首先要确定一个单位电压值，然后用与单位电压值比较，取比较的整数倍值表示，这一过程就是量化。如果这个整倍数值用二进制数表示，就称为二进制编码，它就是A/D转换输出的数字信号。图3分量化电平的两种方法(a)量化误差大(b)量化误差小例如，A/D转换中，使用的A/D为分辨率为8位，参考电压URef为5V，输入电压为Ui，转换后得到的数字量为D。转换完成后的数字量与输入的模拟量之间成一定的比例关系，它们之间的关系为:D=Ui*255/URef。A/D转换器的分类A/D转换芯片种类繁多，性能各异，但按其变换原理可分为:积分型逐次逼近型并行比较型/串并行比较型

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调制型电容阵列逐次比较型压频变换型其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。

其优点是速度较高，功耗低，在低分辨率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高

转换速率极高，电路规模也极大，价格也高，只适用于视频A/D转换器等速度特别高的领域

高分辨率，它主要用于音频和测量。低廉成本制成高精度单片A/D转换器

优点是分辨率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成A/D转换。A/D转换器主要技术性能指标(1)分辨率：分辨率表示输出数字量变化一个最低有效位（LeastSignificantBit——LSB）所对应的输入模拟电压的变化量。n

为A/D转换器输出的二进制位数(2)量化误差：模拟量是连续的，而数字量是断续的，当A/D转换器的位数固定后，数字量不能把模拟量所有的值都精确地表示出来，这种由A/D转换器有限分辨率所造成的真实值与转换值之间的误差称为量化误差。一般量化误差为数字量的最低有效位所表示的模拟量，理想的量化误差容限是±1/2LSB。

主要技术性能指标(3)转换精度：转换精度是一个实际的A/D转换器和理想的A/D转换器相比的转换误差。绝对精度一般以LSB为单位给出，相对精度则是绝对精度与满量程的比值。(4)转换时间：指A/D转换器完成一次A/D转换所需时间。转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。其倒数是转换速率。(5)温度系数：是指A/D转换器受温度影响的程度。一般用环境温度变化1℃所产生的相对误差来表示，单位是PPM/℃(10-6/℃)。ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道、8位逐次逼近式A/D转换器。STARTCLOCKEOCD0D7IN0IN7ADDAADDBADDCALE八位转换器A/D三态输出锁存器VCCGNDOEREF(+)REF(-)38地址锁存与译码八路模拟量开关......结构及转换原理（1）八路模拟开关及地址锁存与译码器（2）8位A/D转换器（3）三态输出寄存器引脚功能ADC0809采用DIP-28（双列直插式）封装12345678910111213142827262524232221201918171615IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCREF(+)GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7(MSB)D6D5D4D0(LSB)REF(-)D2ADC0809引脚功能表ADC0809的时序

ADC0809与MCS-51单片机的接口电路写信号、P2.7有效时，启动AD转换。转换结束后，输出高电平，向CPU发出中断请求读信号、P2.7有效时，允许输出AD转换结果。转换时钟由ALE分频得到。A1A2AT89C51

74LS373ADC0809分频CLOCKD0~D7≥1≥11GEOCSTARTALEOERDP2.7WRALEP0A0~A7A0REF(+)REF(-)+5VGNDIN0IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1转换结果由此输出ADDAADDBADDCINT1主要功能信号的处理方法(1)时钟信号：当单片机时钟频率高于6MHz时，ALE信号必须经2或4分频后才能接到ADC0809的CLOCK引脚上，否则不能正常工作。(2)地址线和数据线：ADC0809的地址选择信号线和输出数据线均与P0口相接。ADDA～ADDC三根地址线的连接与芯片及模拟通道选择又密切关系，地址线经地址锁存器可提高输入信号的稳定性。(3)控制信号：通过、和P2.7的组合实现对ADC0809控制，显然只有当P2.7为低电平时才能对ADC0809进行操作。转换结束信号EOC通过非门与8031的连接，用来发出中断请求或供CPU查询转换状态。各个通道的地址选择的通道000001010011100101110111

IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7CBA

8031A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00809ST××××××××××××CBA

0××××××××××××000

…

…

0××××××××××××111设无关地址位为“1”，则模拟通道IN0～IN7的地址依次为7FF8H～7FFFH程序设计单片机的A/D转换编程有两条基本原则：一方面要满足所选A/D转换器的转换时序要求，另一方面要根据具体的接口电路编写具体的转换程序——即应用软件要和硬件协调、统一。对于ADC0809而言，其控制程序的主要任务是如何判断一次A/D转换何时结束，只有以此为前提才能保证取回的转换结果的正确性。软件延时等待方式完成一次A/D转换的一般流程是：单片机工作寄存器初始化送通道地址及启动转换信号软件延时等待转换结束送读取转换结果信号输出转换结果。其中软件延时时间取决于ADC器件的转换时间，可以通过计算和调试获得。总的仿真效果图例要求采用软件延时等待方式采集IN0通道模拟信号。设fOSC=6MHz。ucharcodeled_7seg[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};uchardis_buff[3];uintad_data;voiddata2voltage(){

dis_buff[0]=voltage/100;

dis_buff[1]=voltage%100/10;

dis_buff[2]=voltage%10;}举例

#include<at89x51.h>#include<intrins.h>#defineOEP3_0#defineEOCP3_1#defineSTP3_2#defineaddaP3_4#defineaddbP3_5#defineaddcP3_6#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar程序

while(1)

{

OE=0;

ST=0;

ST=1;_nop_();//保证足够的上升沿

ST=0;

while(!EOC);//waitconv

OE=1;

ad_data=P1;

OE=0;

data2voltage();

}}voidmain(void){

//0口作为模拟输入口

adda=0;

addb=0;

addc=0;程序查询方式将A/D转换器的转换结束信号EOC接至单片机的某端口(如接入P3.3，即)，启动转换开始后用程序查询该输入端是否出现转换结束信号，没有则继续查询，一旦出现结束信号即可取回转换结果。串行A/D转换器TIL0834是4通道、8位分辨率的串行数据接口ADC，输人通道多路开关采用数字逻辑控制，输人输出兼容TTL和MOS电平，单5V电压供电，与微处理器接口非常方便。时钟频率范围为10～600kHz。在250kHz时钟下，转换时间为32us，功能相当于片内没有齐纳调整网络的ADC0834和ADC0838，总不可调整误差为士1LSB。

TLC0834引脚TLC0834引脚功能

TLC0834输入电压有单端（SGL）和差分（DIF）两种方式。单端为对地输入，差分输人则需要分配输入端子正负极性，当正极性输入端电压小于负极性端时，输出为全“0”。控制器（单片机）通过串行数据链路，采用软件来控制通道选择和输入配置（参见表5-2）。

采用串行通信方式的优点是：不需要增大ADC电路的尺寸就可以再增加新的功能，而且可将ADC与传感器一起放置，消除了模拟信号传送带来的干扰。

TLC0834地址控制逻辑表TLC0834操作时序图

转换过程如下：

片选

置CS为低（保证CS有一个从高到低的跳变），该电平能使所有的逻辑功能有效，CS引脚在整个转换过程中应保持低电平。此时DO端为高阻，DI端等待指令。

起始

向DI端输出第一个逻辑高，表示起始位。由于DI端的数据移入多路器地址移位寄存器是在每个时钟的上升跳变时发生的，因此每次向DI端置入一位数据时，应在CLK端输出一个从“0”到“1”的跳变。

配置

接下来的3位是配置位，用以选择输入通道及输入方式。连续3个时钟的上升沿将3位配置位移入移位寄存器。

转换当启始位、3位配置位移入移位寄存器后，转换便开始，即在第4个时钟的下降沿转换开始。同时DI端转为高阻状态，DO端脱离高阻状态，为输出数据做准备。

读取在第5个脉冲的下降沿单片机即可读取DO端的数据，第5至第12个脉冲，共读取8位数据，读取的顺序是从高到低（D7D6D5D4D3D2D1D0）。TLC0834在输出以最高位（MSB）开头的数据流后，又以最低位（LSB）开头重输出一遍数据流，最低位共用。如果需要，可以接着向CLK端输出第12至19个脉冲，以读取7位数据（D1D2D3D4D5D6D7）；如果不需要，可以省去第13至第20个脉冲，直接结束这一次转换周期，即置CS高电平。

TLC0834与单片机接口设计

本节主要内容：利用TLC0834做A/D转换实验，实训开发平台上的电位器提供模拟量输入。编制程序，将模拟量转换成二进制数字量，该数字量通过数码管显示（两位16进制显示）。设计流程图#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#include<AT89X51.h> #defineclockP1_0#definecsP1_2#definedioP1_1voiddelay(intk){ uchar i; uint j; for(i=0;i<124;++i) for(j=0;j<k;++j);}voiddisplay(unsignedchart){ unsignedcharn1,n2; unsignedcharchr[16]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71} ; n1=t/16; n2=t%16; P3_1=1; P3_0=0; P2=chr[n1]; delay(10); P3_0=1; P3_1=0; P2=chr[n2]; delay(10);}ucharadconvert(ucharaddr){

uchari,ad=0;cs=1;dio=0;clock=0;cs=0;for(i=0;i<4;i++){

if((addr&0x80)==0x80)

dio=1;

else

dio=0;

clock=1;

addr=addr<<1;