第5章 微机测控系统设计 本章重点: 本章难点: 1.掌握微机测控系统的基本组成 2.掌握微机测控系统整体设计方法 第5章 微机测控系统设计 本章重点: 1.掌握微机测控系统的基本组成 2.掌握微机测控系统整体设计方法 本章难点: 1.微机测控系统的测量技术 2. 微机测控系统的控制技术
5.1 微机测控系统基本组成 5.1.1 测控系统硬件组成 5.1.2 测控系统软件组成 5.1 微机测控系统基本组成 5.1.1 测控系统硬件组成 1.主机 2.输入输出通道 3.外部设备 4.接口电路 5.运行操作台 6.系统总线 5.1.2 测控系统软件组成 分为两大类,一是系统软件;二是应用软件。
5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.1 模拟量输入通道的一般组成
5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.2 多路转换器 分为: 机械触点式;如 干簧继电器和振子式 继电器等. 电子式开关;如 5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.2 多路转换器 分为: 机械触点式;如 干簧继电器和振子式 继电器等. 电子式开关;如 晶体管和场效应管等。
5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.3 采样-保持器 主要由模拟开关、存储电容及 缓冲放大器组成。 捕获时间:跟随输入信号到达 5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.3 采样-保持器 主要由模拟开关、存储电容及 缓冲放大器组成。 捕获时间:跟随输入信号到达 所规定的百分比误差之内所需 要的最小时间。
5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.4 模/数转换器接口 连接A/D芯片需注意: (1)A/D芯片能都与微处理机总线直接兼容 5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.4 模/数转换器接口 连接A/D芯片需注意: (1)A/D芯片能都与微处理机总线直接兼容 指该A/D芯片的数据输出线可以直接挂在CPU的数据总线上。 要求A/D芯片输出TTL电平,具有三台输出功能。 (2)启动A/D转换的方式 脉冲启动信号(ADC0809、ADC1210)和电平控制信号(AD570、 AD571、AD572) 一般采用D触发器或利用并行I/O口实现电平控制 (3)转换结束信号的应用方式 CPU采用中断方式,转换结束后信号送到CPU的中断申请输入引脚 或可允许中断的I/O口上向CPU申请中断。 CPU采用查询方式,转换结束后信号经三态门送到数据总线某一位 上,或者将信号直接连到并行I/O口的某一位。
5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.5 8位A/D转换器与微机接口设计 1.ADC0809管脚 1)IN0~IN7:8个模拟量输入端 5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.5 8位A/D转换器与微机接口设计 1.ADC0809管脚 1)IN0~IN7:8个模拟量输入端 2)START:启动A/D转换。 3)EOC:转换结束信号。 4)OUTPUT ENABLE(OE):输出允许信号 5)CLOCK:实时适中。 6)ALE:地址锁存允许。 7)ADD-A、ADD-B、ADD-C通道号端口 8)D7~D0:数字量输出端 9)VREF(+),VREF(-):参考电压端口 10)VCC:电源电压,+5V 11)GND:接地端
5.2 微机测控系统模拟测量技术
5.2 微机测控系统模拟测量技术 2.ADC0809转换器与微机接口硬件电路设计
5.2 微机测控系统模拟测量技术 3. 8位A/D程序设计方法 程序查询方式、定时采样方式、中断方式 (1)程序查询方式 5.2 微机测控系统模拟测量技术 3. 8位A/D程序设计方法 程序查询方式、定时采样方式、中断方式 (1)程序查询方式 先选通模拟量输入通道,发出启动 A/D转换的信号,延时60ms,用程序看 P2.3口是否为0,若为0,则表示A/D转 换已结束,可以读入数据,否则再继续 查询,直到P2.3为0 为止、
5.2 微机测控系统模拟测量技术 (2)定时采样方式 在向A/D发出启动脉冲后,后 进行软件延时,此延时取于A/D转 5.2 微机测控系统模拟测量技术 (2)定时采样方式 在向A/D发出启动脉冲后,后 进行软件延时,此延时取于A/D转 换器完成A/D转换所需的时间,经 延时后才可读入数据。 (3)中断方式方式 CPU启动A/D转换后,即可转 而处理其他事情,一旦A/D转换结 束,则有A/D转换器发一转换结束 信号到单片机INT1管脚,CPU响 应中断后,便可读入数据。
5.2 微机测控系统模拟测量技术 5.2.6 12位A/D转换器与微机接口设计 1. AD574的管脚
5.2 微机测控系统模拟测量技术 2. AD574的技术指标
5.2 微机测控系统模拟测量技术 3. AD574的应用 1)单极性输入 2)双极性输入
5.2 微机测控系统模拟测量技术 4. AD574与单片机的接口
5.3 微机频率测量技术 5.3.1 计数测频法(闸门时间法) 在某一选定的时间间隔内对被测信号进行计数,然后将计数值除以时间 5.3 微机频率测量技术 5.3.1 计数测频法(闸门时间法) 在某一选定的时间间隔内对被测信号进行计数,然后将计数值除以时间 间隔就得到所测频率。 具体操作步骤: 1)从P2线取出一个脉冲将计数器清零; 2)从P2线输出高电平开始计数,同时启动内部定时器; 3)内部定时时间到,从P1线输出低电平停止计数,读入计数数值,计算出 频率,送显示。
5.3 微机频率测量技术 设所选的闸门开启时间间隔为t,在此间隔内计得的计数值为N,则测得频率 频率测量的误差一是闸门时间误差即时基误差: 5.3 微机频率测量技术 设所选的闸门开启时间间隔为t,在此间隔内计得的计数值为N,则测得频率 频率测量的误差一是闸门时间误差即时基误差: 二是计数误差,由 误差引起的。 低频时,误差主要由 1引起。用Tm表示闸门 时间,fm代表被测频率,则一次测量计得的总脉冲数 为 , 1所引起的误差E
5.3 微机频率测量技术 5.3.2 周期测量法 1所引起的误差E:
5.3 微机频率测量技术 多倍测量过程: 1)由微机赋给计数器CT2一个数值较小的m值,用以快速粗略确定被测频率 5.3 微机频率测量技术 多倍测量过程: 1)由微机赋给计数器CT2一个数值较小的m值,用以快速粗略确定被测频率 2)微机向P1输出低电平使基本RS触发器复位,Q=0 3)当计数器CT2计数达到预先给定的m值时,输出一个低电平关闭闸门式CT1 停止计数,CT2输出低电平,CT1值被取走
5.3 微机频率测量技术
5.4 模拟量输出技术 1. 不带输入数据寄存器的D/A转换器接口
5.4 模拟量输出技术
5.4 模拟量输出技术 2. 微机总线兼容型D/A转换器接口
5.4 模拟量输出技术 3. 双极性模拟量输出的实现
5.4 模拟量输出技术
5.5 步进电机基本控制技术 5.5.1 步进电机的功率放大电路
5.5 步进电机基本控制技术 5.5.2 基本型改进电路 外界电阻RC上并联一个电容C;续流 二极管D回路中串联一个电阻Rd。 5.5 步进电机基本控制技术 5.5.2 基本型改进电路 外界电阻RC上并联一个电容C;续流 二极管D回路中串联一个电阻Rd。 回路的放电时间:
5.5 步进电机基本控制技术 5.5.3 双电压功率放大电路
5.5 步进电机基本控制技术 1. 高压工作状态
5.5 步进电机基本控制技术
5.5 步进电机基本控制技术 2. 低压工作状态 Vh为低电平,V1为高电平, 晶体管T1介质,T2导通 绕组电流: 3. 关断状态
5.5 步进电机基本控制技术
5.6 直流电动机(PWM)脉宽调速系统 5.6.1 直流电动机的脉宽调制的工作原理和特点 PWM驱动装置是利用 大功率晶体管的开关特性来 调制固定电压的直流电源, 按一个固定的频率来接通和 断开,并根据需要改变一个 周期内“接通”与“断开”时间的 长短,通过改变直流伺服电 动机电枢上的占空比来改变 平均电压的大小,从而控制 电动机的转速。 电压平均值: 占空比:
5.6 直流电动机(PWM)脉宽调速系统 5.6.1 直流电动机的脉宽调制的工作原理和特点
5.6 直流电动机(PWM)脉宽调速系统 5.6.2 直流电动机的调速方式
5.6 直流电动机(PWM)脉宽调速系统 1. 脉冲功率放大器(PWM系统主回路) VT1~VT2为大功率晶体管 VD1~VD2为续流二极管; SM为直流伺服电动机。
5.6 直流电动机(PWM)脉宽调速系统 时: 为正,VT1、VT4饱和导通; 为负,VT2、VT3截止。 时: 为负,VT1、VT4截止; ,电枢电压平均值 ,电动机正转 ,电枢电压平均值 ,电动机反转 ,电机停转
5.6 直流电动机(PWM)脉宽调速系统 2. 脉宽调制器(PWM系统控制回路) 脉宽调制优点:响应快;电源利用率高;动态特性好,响应频带宽;稳速精度 高;损耗小。