課程設(shè)計(jì)---單片機(jī)控制的角度和位移控制

1、<p><b>　　自動(dòng)角度控制設(shè)計(jì)</b></p><p>　　——單片機(jī)控制的角度和位移控制</p><p><b>　　角度控制篇</b></p><p><b>　　濾波環(huán)節(jié)</b></p><p><b>　　AD環(huán)節(jié)</b></

2、p><p><b>　　單片機(jī)控制</b></p><p><b>　　DA環(huán)節(jié)</b></p><p><b>　　濾波環(huán)節(jié)</b></p><p><b>　　執(zhí)行器</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的及意義&l

3、t;/b></p><p>　　（1）、理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)控制理論的理解。增強(qiáng)分析問(wèn)題、 解決問(wèn)題的能力。</p><p>　?。?）、熟悉單片機(jī)軟件，掌握它在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用，能熟練進(jìn)行系統(tǒng)建模、性能分析、模型仿真等操作。</p><p>　?。?）、用單片機(jī)進(jìn)行編程。</p><p&

4、gt;　?。?）、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，增進(jìn)對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣。</p><p>　　（5）、培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。</p><p><b>　　總的框架圖</b></p><p><b>　　角度控制</b></p><p>　　為了使輸出電壓在高頻段以更快的速率下降，以改善濾波效果，再加一節(jié)RC低通濾波

5、環(huán)節(jié)，稱(chēng)為二階有源濾波電路。它比一階低通濾波器的濾波效果更好</p><p>　　3、 0809的芯片說(shuō)明：</p><p>　　ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 </p><p>　?。?）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) </p><p&

6、gt;　　由上圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 </p><p>　　（2）． 引腳結(jié)構(gòu) </p><p>　　IN0－IN7：8條模擬量

7、輸入通道 </p><p>　　ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 </p><p>　　地址輸入和控制線：4條 </p><p>　　ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，

8、C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。</p><p>　　數(shù)字量輸出及控制線：11條 </p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平

9、時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 </p><p>　　CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， </p><p>　　VREF（＋），VRE

10、F（－）為參考電壓輸入。 </p><p>　　2． ADC0809應(yīng)用說(shuō)明 </p><p>　　（1）． ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 </p><p>　?。?）． 初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。 </p><p>　?。?）． 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 </p

11、><p>　?。?）． 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 </p><p>　?。?）． 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷。 </p><p>　?。?）． 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 </p><p>　　如下圖所示，從ADC0809的通道IN3輸入0－5V之間的模擬量，通過(guò)AD

12、C0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量在數(shù)碼管上以十進(jìn)制形成顯示出來(lái)。ADC0809的VREF接＋5V電壓。 </p><p>　　1、圖中A/D轉(zhuǎn)換為查詢方式（3分） 2、圖中8255A的地址。（4分） G1     G2A     G2B     C     B&

13、#160;    AP2.7  P2.6P2.5   0     P2.4  P2.3   P2.2    P2.1   P2.0 1     1  1    

14、60; 0       1     1     0        X    X  Y68255A的地址是:F800H—FB00H(或:F8FFH—6BFFH) （3）畫(huà)出實(shí)現(xiàn)該A/D轉(zhuǎn)

15、換的流程圖如下（5分） </p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換程序（8分）</p><p>　　START：MOV  A，#82H                      ；

16、8255初始化    2分MOV  DPTR，#0FB00HMOVX  @DPTR.，AMOV  A，#09H             ；啟動(dòng)A/D       2分 MOVX  @

17、DPTR.，AMOV  DPTR，#0F900HLOOP：MOV  DPTR，#0FA00HMOVX  A， @DPTR            ；判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束  2分ANL  A，#01HJZ，LOOPDEC DPHMOVX  A，@DPTR 

18、0;      ；讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果   2分 END START</p><p><b>　　7、執(zhí)行器</b></p><p>　　2直流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性</p><p>　　靜態(tài)特性是指電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)情況下工作時(shí)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電磁力矩和電樞控制電壓三者之間的關(guān)系。&

19、lt;/p><p>　　圖3、2 直流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性原理圖</p><p>　　直流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性的一般表達(dá)式為：ω= Ua/(Ceφ)-Ra/(CeCmφ2)Tm</p><p>　　在采用電樞電壓控制時(shí)，令ωo= Ua/(Ceφ); k= Ra/(CeCmφ2)</p><p>　　所以：ω=ωo-kTm。此式即為電樞控制時(shí)，直

20、流伺服電動(dòng)機(jī)靜態(tài)特性方程。</p><p>　　（1）當(dāng)Tm=0，即空載時(shí)，ω=ωo= Ua/(Ceφ) ωo：理想空載角速度</p><p>　　（2）當(dāng)ωo=0，即啟動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)，Tm=Td= Ua/(Ceφ) Td：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式： ω=ωo -Ra/(CeCmφ2)Tm</p><p&

21、gt;　　圖3、3 機(jī)械特性圖 圖3、4 調(diào)節(jié)特性圖</p><p>　　直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性表達(dá)式：ω= Ua/(Ceφ)-kTm</p><p>　　3、3直流伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　直流伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性是指當(dāng)給電動(dòng)機(jī)電樞加上階躍電壓時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，用ω=f(t)描述。建立其平衡方程：</

22、p><p>　　轉(zhuǎn)矩T 與電流 I有關(guān) ，電動(dòng)勢(shì) e 與旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，通過(guò)常數(shù) Kt、Ke建立方程式。</p><p>　　在單輸入單元中，Kt=Ke根據(jù)牛頓定律和基爾霍夫定理，可列出下列方程式：</p><p>　　利用 Laplace 轉(zhuǎn)換可以把上面的式子變換如下式：</p><p>　　通過(guò)消除I(s) 我們就能得到開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù), 其中轉(zhuǎn)動(dòng)

23、速度作為輸出，而電壓作為輸入。</p><p>　　根據(jù)增益K不同選值，我們可以看到電動(dòng)機(jī)角速度的單位階躍響應(yīng)規(guī)律。</p><p>　　圖3、5 電動(dòng)機(jī)角速度的單位階躍響應(yīng)圖</p><p>　　從響應(yīng)圖上可以看出，當(dāng)取不同值時(shí)，電動(dòng)機(jī)角速度的過(guò)渡過(guò)程也不同。在欠阻尼情況（0<ζ<1）下，電動(dòng)機(jī)角速度的過(guò)渡過(guò)程是一個(gè)衰減的震蕩過(guò)程；在臨界阻尼情況(ζ