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专业综合项目设计

专业综合项目设计. 学院 : 中德学院 班级 : 中德电气 07 级 制作 : 邹 轩 日期 : 2010-8-20. 课程意义. 对若干专业课程知识的综合运用 训练动手能力 ( 硬件 , 软件 ) 建立自动化系统 ( 非局部模块 ) 的概念 培养工程师素质 ( 发现 , 分析，解决问题的能力 ). 课程目标.

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专业综合项目设计

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  1. 专业综合项目设计 学院: 中德学院 班级: 中德电气07级 制作: 邹 轩 日期: 2010-8-20

  2. 课程意义 • 对若干专业课程知识的综合运用 • 训练动手能力(硬件,软件) • 建立自动化系统(非局部模块)的概念 • 培养工程师素质(发现,分析，解决问题的能力)

  3. 课程目标 通过该课程的学习，提高学生查阅专业资料的能力，工程实践动手能力，和团队协作的能力。该课程的任务将启发、引导学生设计、开发、调试一个小型的自动化控制系统。在设计过程中，使学生学习分析问题，解决问题的方法.小组成员如何分解任务，配合协调，共同完成课题内容。为后期的工业实习、毕业设计打下一个良好的基础。

  4. 相关课程 • 自控原理—系统控制目标?,策略 • 微机原理—软硬件如何实现控制 • 检测技术—物理量如何转换成电信号 • C语言—高级语言编制控制程序 • 数字/模拟电路—对象与控制芯片之间的接口

  5. 参考资料 • 项目设计指导书 • 相关课程教材 • 计算机控制实验教程pdf文件 • 网上搜寻 • 补充知识(定时器8253,ADC0809,DAC-TLC7528)

  6. 任务进度安排 • 第1周 明确任务,熟悉装置 • 第2周 完成任务一 • 第3周 完成任务二,三(选做) • 第4周 完成任务四 • 第5周 完成任务五 • 第6,7周 完成任务六 • 第8周 整理报告,机动

  7. 注意事项 • 1、进入实验室时必须作好准备工作，带好相关书籍、电路图、程序草稿、笔记等，便于查阅参考，签到时检查。 2、任务所涉及的电路图、程序框图及说明可参考实验教程文件。 3、每个任务完成后请指导教师验收。 4、成绩由准备情况、工作态度、提问、报告质量等综合组成。 5、设计报告每组交一份，最后部分每人写各自体会并署名，交打印稿和电子文档。 6、所有曲线、波形均处理成白底深色线打印。

  8. 实验室安排 • 每周四分2批进行,上/下午各1批,3或2人/组,共16组. • 时间:上午8:00~11:30 下午13:00~16:30 课代表?,分组表 志愿者问题? 几人? 1~3周保证志愿者全天进实验室.4~6周其余同学全天进实验室,7/8周按上述安排

  9. 计数器/定时器接口芯片8253 实现定时／计数功能的常用方法可归纳为以下三种： （1）软件定时—程序计数 （2）纯硬件定时 （3）可编程定时器—8253芯片

  10. 基本功能 1）有3个独立的16位计数通道。 2）计数频率范围为0～2MHz，改进型8254－2的计数频率范围为0～10MHz。 3）2种数制计数：可以按照二进制或十进制计数。 4）每个计数通道都有6种工作方式，可由程序设置或改变。 5）所有输入/输出引脚都与TTL兼容。

  11. 工作原理 • 芯片核心—减1计数器 • 作定时器由系统内部时钟触发计数 • 作计数器由外部脉冲触发计数

  12. 图10.1　计数器／定时器的基本原理图

  13. 1、控制寄存器 从数据总线缓冲器中接收控制字，以确定计数器的操作方式。 2、初始值寄存器 用来存放计数器所需要的初始值，0000-ffff/9999。 3、计数输出寄存器 用来存放计数器中的内容，可由CPU读出。 4、 状态寄存器 提供计数器／定时器当前所处的状态. 5、计数器 实际是一个具有减“1”功能的减法器,减为零则输出信号。

  14. 计数器对外有三个重要信号 （1）OUT0-2信号 计数到0输出信号,通知外部,常作为中断申请信号. （2）CLK0-2信号 CLK是一个触发信号，它决定了计数速率。 定时器的定时时间取决于计数脉冲的频率和计数器的初值，即： 定时时间＝时钟脉冲周期*预置的计数初值 （3）GATE0-2信号 GATE是一个门控信号, GATE =1允许计数。

  15. 8253的内部结构及引脚 图10.2 8253的内部结构及引脚图

  16. 数据总线缓冲器 (2) 读/写逻辑电路 各控制信号及作用如下： A1和A0：端口选择信号,00-11,4个寄存器。 RD：读信号，低电平有效。 WR：写信号，低电平有效。 CS：片选信号，低电平有效。

  17. 8253输入信号与各功能的对应关系

  18. (3) 计数器 图10.38253计数器结构图

  19. 8253的控制字 图10.4 8253的控制字

  20. 8253的工作方式 1、方式0——计数结束中断方式 控制字CW=10H，初值LSB=4 图10.5方式0波形图

  21. （1）OUT信号 控制字写入后，OUT变低电平，直到计数器减到0时才变为高电平。OUT输出可以作为计数结束的中断信号。 （2）GATE信号 计数器受GATE信号控制，当GATE＝0时，停止计数器的计数操作；当GATE＝1时，计数器继续计数。 （3）初始值 一是每次装入初始值后计数器只计数一遍。 二是计数过程中可重新装入计数初值。 另外，若设置初值为N，则输出信号OUT是在N+1个CLK脉冲之后才变高的。

  22. 2、方式1——可编程单稳触发器 图10.6方式1波形图

  23. 3、方式2——分频器 图10.7方式2波形图

  24. 4、方式3——方波发生器 图10.8方式3波形图

  25. 5、方式4——软件触发选通 图10.9方式4波形图

  26. 6、方式5——硬件触发选通 图10.10方式5波形图

  27. 8253各工作方式之间的异同点 1、各工作方式的共同点 （1）当控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即复位，输 出端OUT进入初始状态：高电平或者低电平。 （2）初始值写入后，要经过一个时钟上升沿和一个下降沿，计数执行部件才开始工作。 （3）在时钟脉冲CLK的上升沿时，门控信号GATE才被采样。 2、各工作方式的不同点 （1）软件触发启动计数 （2）硬件触发启动计数 （3）自动装入计数初值 （4）门控信号GATE的控制作用

  28. 表10-2 GATE信号功能表

  29. 计算计数初值 1) 已知:要求定时31.25us,外部脉冲f=2.432MHz 求:计数初值？ 2) 已知:系统时钟f=1MHz,要求每20us在out0输出方波,每200us在out1输出一个负脉冲. 求: 通道0/1方式，初值0/1？ 3)如要求定时的时间大于定时器能设定的范围,即初值大于FFFFH,怎么办?

  30. CS CS 数据线 数据线 模拟量输入 D7 ┇ D0 IN：输入 EOC：转换结束 START：A/D转换启动 A/D IN D7～D0 8255A CPU EOC PC4 PC3 INTR START 地址译码 CLK0 GATE0 OUT0 方式2 时钟发生器 CLK1 GATE1 OUT1 · 方式1 数据线 +5V D7～D0 CLK2 GATE2 OUT2 D7～D0 方式3 · 手动开关或继电器 转换 8253 停止 10.5 8253的应用举例 设要求A/D转换器的采样周期为250ms，采样信号持续时间为1s。试用8253连接硬件电路，并编程实现此功能。 图10.11 8253作为定时器

  31. 具体的程序段如下：MOV AL，14H OUT 43H，AL MOV AL，0FAH OUT 40H，AL MOV AL，73H OUT 43H，AL MOV AX，05H OUT 41H，AL MOV AL，AH OUT 41H，AL MOV AL，96H OUT 43H，AL MOV AL，0C8H OUT 42H，AL

  32. 模/数转换器-- ADC 0809 性能 • 8bit逐次逼近式模/数转换 • 转换时间=100us, • 8通道（路）模拟量输入 • 分辨率=输入范围/28（mv/bit） 输入范围：0~5v，0~10v，-5~+5v • 最大量化误差1/2LSB（最低位二进制所表示的物理量）, 如分辨率=20mv /bit，最大量化误差=？ • 28脚双列直插式封装

  33. ADC0809逻辑结构 逻辑框图 • 8路通道模拟开关，接收模拟信号 • 通道选择逻辑，地址锁存与译码 • 8位A/D转换器，有比较器、开关树、电阻网络、控制时序组成 • 三态输出锁存缓冲器，存放转换后的数字量

  34. ADC0809引脚 • D7~0--数据线（已连CPU） • IN0-7--模拟量输入 IN1-5范围0~4.98v， IN6/7范围-5~4.98v， IN0对地500欧专用 • A、B、C--通道选择 000~111对应IN0-7 • ALE--锁存ABC端的通道号 • OE—三态锁存 OE上跳边 D7-0 输出， OE下跳边 D7-0 高阻

  35. ADC0809引脚 • START -- 启动转换信号，上跳边有效，可 连Pci接口输出，程序启动 • EOC-- 转换结束信号，上跳边有效，告知CPU可读转换结果。启动后，CPU可用查询方式或 中断方式了解A/D 转换是否结束 查询：EOC—PC7 中断： EOC—IOR（INT） IN AL ,DX 申请中断 TEST AL , 80H 进入服务程序 JNZ（转入读结果） 读结果

  36. 时序图： 应用见任务书图1、3、4 ALE C.B.A START EOC t OE DATAOUT DO7-0

  37. 其他引脚： VREF(+) =5.12V VREF(-)=0V CLOCK—时钟 VCC—5V 电源 GND—地

  38. 数/模转换器-- DAC -TLC7528 一、性能 • 8位并行数据输入 • 2路电压型模拟量输出，电流型模拟量输出（DAC0832） • 转换时间100ns • 数字量范围00~FFH • 输出电压：-5v~+4.96v

  39. TLC7528引脚 CS—片选 WR—写信号 A0—通道A/B选择 D7~0—数据线 OUTA、B—模拟量输出端 RFBA、B—反馈电阻

  40. DAC输出调零 • 线性关系： 00h-- -5v，80h--0v，ffh--+5v 将80h输出到2个通道，调节W101/102电位器，使out1/2端为0v。 • 应用见任务书图2、3、4

  41. 其他问题 • 驱动模块（达林顿电路） ABCD—数字量来自并行口 A’B’C’D’—驱动输出0~12v，经功放可驱动对象 • LED点亮 A~H对应的8个段码要输入低电平

  42. 任务一（模/数转换） • 启动ADC STR连接OUT1（TMROUT1），定时器每1ms由上跳边触发SRT引脚，见图1 • 采样周期定时 AD0-9十个采样值间隔时间，由软件计数延时实现，CX计数值=3000H • 系统初始化程序 对各个芯片进行初始化，后续程序直接应用

  43. 任务一（数/模转换） • 产生锯齿和三角波 把时间坐标拉开后的波形？ • 算法 锯齿波值: 00,01,02~ff, 00,01,02~ff… 三角波值: 00,01 ,02 ~ff, fe,fd~01,00,01… • 输出值保持定时 软件计数定时,定时器定时(成绩有区别) **出示程序初稿,完成后验收

  44. 任务二 采样和保持 • 输入正玄波 转换成数字量再输出 功能是将任务一的两部分合成 • 采样时间和保持时间 软件计数定时,定时器定时(成绩有区别) • 有时间和兴趣,试用C语言实现功能 • 任务三选做

  45. 下周准备工作 • 学习补充教程文件 • 任务四编程 提供主程序,自己编1ms定时程序 PWM波输出程序: 占空比=高电平时间VH/脉冲周期TK*100%, • 任务五提供程序,填入相关信息

  46. 任务四 PWM电机调速 • 端口描述 利用P2.0口输出脉宽变化的脉冲，引脚端是DOUT0，地址为：0F86AH • 驱动模块 A端为并行口输出0~5v，A’端经驱动输出0~12v，连接直流电机。 A端经反相器连接驱动模块， 故 DOUT0=0，电机转动 DOUT0=1，电机停止

  47. 任务四 PWM电机调速 • 测速方法 HR0为霍尔元件输出端，电机每转一圈， HR0输出一个负脉冲 • 程序计算转速 如设定时1MS，在1MS内读得n个脉冲， 转速= 1MS*103*60*n（rpm） • 看波形测转速 用虚拟示波器测HR0，由脉冲周期求得转速

  48. 实际对象 386 驱动 给定值 PWM/PID 电机 _ A/D 测速传感器 给定值 被控参数 控制器 执行机构 被控对象 转速调节原理 • 开环控制系统

  49. 转速程序原理 • 变量说明 TK—PWM周期 占空比—PWM-T=脉宽/TK*100% FPWM—PWM标志 FPWM=1，00=》 DOUT0 FPWM=0，01=》 DOUT0 • 高/低电平持续时间计算 VH=周期*占空比=TK* PWM-T/100 VL=周期- VH

  50. 转速程序原理 • 主程序 系统初始化、定时1MS初始化 • 中断程序 1MS定时时间到，判断应该输出00还是01，VL通过计数不为0输出低电平， VH通过计数不为0输出高电平

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