第6章-控制系统及接口设计(机电一体化系统设计-冯浩)ppt课件.ppt

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1、第6章控制系统及接口设计6.1概述机电一体化产品的控制系统种类繁多，但基本结构和功能是相同的。以微控制器为基础的数字式控制是控制系统实现的主要形式。6.1.1控制系统的基本构成控制系统是机电一体化产品中重要的组成部分，主要实现控制、协调和信息处理功能。控制系统是由控制装置、执行机构、被控对象及传感与检测装置所构成的整体，其基本构成如图所示。以控制系统（微电子系统）为出发点，机电系统中各要素与子系统的相接处必须具备一定的联系条件，这种联系条件就是接口。接口有联系机械系统与微电子系统（控制系统），对两者进行调整、匹配和缓冲的机电接口；联系操作者与机电系统（主要是控制

2、系统），负责两者之间信息交换的人机接口。6.1.2控制系统的分类被控对象从简单到复杂，千变万化，机电一体化产品所采用的控制系统的形式也各有不同。控制系统的分类方法繁多，常见的分类方法有：1)按控制器所依据的判定准则中是否有被控对象状态的函数，可将控制系统分为顺序控制系统和反馈控制系统。2)按系统输出的变化规律可将控制系统分为镇定控制系统、程序控制系统和随动系统。3)按系统中所处理信号的形式可将控制系统分为连续控制系统和离散控制系统。4)按被控对象自身的特性，还可将控制系统分成线性系统与非线性系统、确定系统与随机系统、集中参数系统与分布参数系统、时变系统与时不变系

3、统等。6.2单片机接口及控制系统设计单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机控制系统的设计的关键在于单片机接口电路设计和控制算法的设计。6.2.1单片机接口的作用和功能单片机接口主要负责接收、解释并执行CPU发出的命令，传送外设的状态，以及双方的数据传输，管理双方的工作逻辑，协调它们的工作时序。总之，单片机接口部件作为CPU与外设之间一个界面，使得双方有条不紊地协调工作，从而完成C

4、PU与外界的信息交换。按CPU与外界交换信息的要求，一般来讲，接口部件应具有如下功能：数据缓冲功能。接口中一般都设置数据寄存器或锁存器，以解决高速CPU和低速外设之间的矛盾，避免丢失数据。另外，这些锁存器常常有驱动作用。设备选择功能。微机系统中通常有多个外设，而CPU在同一时间只能与一台外设交换信息，这就要借助于接口的地址译码对外设进行寻址。信息转换功能。由于外设所能提供和所需要的各种信号常常与微机总线信号不能兼容，因此信号转换不可避免，它是接口设计中的一个很重要方面。通常遇到的信号变换包括：信号的电平转换、模/数和数/模转换，串/并和并/串转换，数据宽度变换等

5、。接收、解释并执行CPU命令的功能。CPU发到外设的各种命令都是以代码的形式先发到接口电炉，再由接口电路解释后，形成一系列控制信号发送到外设（被控对象）的。为了实现CPU与外设之间的联络，接口电路还必须提供一些状态信号。中断管理功能。当外设需要及时得到CPU的服务，例如，在出现故障而要求CPU进行及时处理时，就应该在接口中设置中断控制逻辑，由它完成向CPU提出中断请求，进行中断优先级排队，接收中断响应信号以及向CPU提供中断向量等有关中断事务工作，这样除了能使CPU实时处理紧急情况外，还能使快速CPU与慢速外设并行工作，从而提高CPU的效率。可编程功能。为使接口

6、具有较强的通用性、灵活性和可扩充性，现在的接口芯片多数是可编程的，这样在不改变硬件的条件下，只改变驱动程序就可以改变接口的工作方式和功能，以适应不同的用途。需要注意的是：上述功能并非每个芯片都同时具备，对不同的配置和不同用途的单片机系统，其接口的功能和实现的方式有所不同，接口电路的复杂性相差甚远。6.2.3常用单片机接口设计1.独立式键盘输入接口设计例：如图6－3所示，P1.0—P1.7接8个按健；要求按一个键则进入对应的程序段。分析：断是否有键按下；若有键按下，则消抖，然后把P1的值循环移入进位位，来确定哪一个键被按下。程序流程图如图6－4所示。2.LED显示

7、接口电路设计1）LED显示器。动态显示和静态显示2)LED显示接口电路设计3．A/D转换接口电路设计A/D转换电路的功能是将连续变化的模拟量信号转换成数字信号.ICL7109是美国INTERSIL公司生产的双积分式12位A/D转换器。（1）主要技术指标：1)分辨率：12位；2)噪声：15μv(峰－峰值)3)温漂：1μV／℃；4)输入阻抗：Ω；5)转快速率：7．5次／秒(时钟为3.58MHz)6)输山方式：12位二进制码（2）主要引脚说明B1~B12：A/D转换的具有三态的输出数据。STATUS:ICL7109状态信号，输出，高电平表示A/D正在转换，低电平表示转

8、换结束。RUN/HOLD