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1、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,2,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？,3,总的仿真效果图,4,主要内容,5,设计步骤,1,2,3,5,4,任务分析,确定方案,硬件设计,软件设计,系统调试,6,调速信号 采集模块,6,设计要求,7,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,8,调速信号采集系统框图,9,具体电路方案设计,10,总电路图,11,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
2、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。,12,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,13,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,14,A/D转换器,AD转换包括了采样、量化、编码等过程。经AD转换成
3、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。,15,一、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。,16,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。,17,图1 采样保持电路 (a)采样保持电路 (b)采样波形,18,图2 采样原理图及波
4、形图 (a)采样原理图 (b)波形图,19,二、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。,20,图3 分量化电平的两种方法 (a)量化误差大 (b)量化误差小,21,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。,22,A/D转换器的分类,A/D转换芯片种类繁
5、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 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。,23,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（Leas
6、t Significant BitLSB）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。,24,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
7、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/)。,25,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。,26,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,27,引脚功能,ADC0809采用DIP-28（双列直插式）封装,28,引脚功能表,29,ADC0809的时序,30,ADC0809与
8、MCS-51单片机的接口电路,31,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。ADDAADDC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。,
9、32,各个通道的地址,设无关地址位为“1”，则模拟通道IN0IN7的地址依次为7FF8H7FFFH,33,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。,34,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
10、的转换时间，可以通过计算和调试获得。,35,总的仿真效果图,36,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。,uchar code led_7seg10 = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; uchar dis_buff3; uint ad_data; void data2voltage() dis_buff0 = voltage/100; dis_buff1 = voltage%100/10; dis_buff2 = voltage%10; ,举例,#include #include #de
11、fine OE P3_0 #define EOC P3_1 #define ST P3_2 #define adda P3_4 #define addb P3_5 #define addc P3_6 #define uint unsigned int #define uchar unsigned char,37,程序,while(1) OE = 0; ST = 0; ST = 1; _nop_();/保证足够的上升沿 ST = 0; while(!EOC);/wait conv OE = 1; ad_data = P1; OE = 0; data2voltage(); ,void main(v
12、oid) /0口作为模拟输入口 adda = 0; addb = 0; addc = 0;,38,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。,39,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5 V电压供电，与微处理器接口非常方便。时钟频率范围为10600 kHz。在250 kHz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ADC
13、0834和ADC0838，总不可调整误差为士1LSB。,40,TLC0834引脚,41,TLC0834引脚功能,42,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。,43,TLC0834地址控制逻辑表,44,TLC0834操作时序图,45,转换过程如下： 片
14、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。,46,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
15、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（D7D6 D5D4D3D2D1D0）。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2 0个脉冲，直接结束这一次转换周期，即置CS高电平。,47,TLC0834与单片机接口设计,48,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
16、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）。,49,设计流程图,50,#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #include #define clock P1_0 #define cs P1_2 #define dio P1_1 void delay(int k) uchar i; uint j; for(i=0;i124;+i) for(j=0;jk;+j); ,51,void display(unsigned char t) unsigned char n1,n2; unsigned char
17、chr16=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=chrn1; delay(10); P3_0=1; P3_1=0; P2=chrn2; delay(10); ,52,uchar adconvert(uchar addr) uchar i,ad=0; cs=1; dio=0; clock=0; cs=0; for(i=0;i4;i+) if(addr ,clock=1; /第五个上升沿 dio=1
18、; for(i=0;i8;i+) clock=0; /第五个下降沿 if(dio=0) ad=ad ,53,main() uchar a; while(1) a=adconvert(0xc0); display(a); P0=a; ,54,练习题： 将ADC0834输入的电压转换成数字量，并将转换得到的数字量通过换算成外部输入的电压值，将电压值用两位数码管显示出来（单位为伏特）。,D=Ui*255/URef,55,布置作业,课后自己多练习，消化案例，讨论确定超限报警系统的设计方案。 讨论完成超限报警系统的设计方案PPT。 各小组成员做好下次上课被抽查汇报设计方案的准备。,56,方案汇报,小组成员代表进行方案汇报,57,老师点评,58,布置作业,根据老师及同学的意见修改设计方案，并制定具体实施方案。 消化完成超限报警系统设计所需的知识。 小组确定了实施方案后，由小组长组织整理设计方案及实施方案。 各小组成员独立做好完成设计的准备。,59,具体设计 !,60,布置作业,课后总结项目3任务1的学习情况，认真完成学习记录单的填写。 根据项目3任务2的学习任务单中的引导问题先预习。 做好下次课被抽查汇报预习情况的准备。,