单片机原理与应用系统设计 第09章 单片机应用系统设计实例.ppt

9.1基于AT89C52控制的磁悬浮球演示系统
9.2基于PIC16C54的光栅式定位系统
9.3基于LPC2212的三关节机器人控制系统9.1.1组成及工作原理
9.1.2电路设计
9.1.3程序设计9.1基于AT89C52控制的磁悬浮球演示系统9.1基于AT89C52控制的磁悬浮球演示系统9.1.1磁悬浮球演示系统的组成与工作原理9.1.1组成及工作原理：系统组成9.1.1组成及工作原理：悬浮控制原理9.1.1组成及工作原理：悬浮控制原理9.1.1组成及工作原理：悬浮控制原理9.1.2磁悬浮球演示系统的电路设计9.1.2磁悬浮球演示系统的电路设计控制电路基于AT89C52单片机设计，包括单片机基本电路和控制器参数在线选择电路两个部分。
(1)单片机基本电路
单片机基本电路包括AT89C52单片机、时钟电路、复位电路以及单片机电源等。时钟电路由16MHz晶体振荡器和20pF电容组成，复位电路采用集成看门狗芯片MA813L实现，单片机的工作电源由LM7805产生。(2)控制器参数在线选择电路
为便于在线调试，可将事先设计好的多组PID控制参数存储在单片机的片上程序存储器中，通过拨动拨码开关来选择不同的参数。为此，在单片机的P1口上，扩展了8位拨码开关。工作时，单片机不断读取P1口的状态数据，并据此查表以获得对应的控制器参数。接口电路实现AT89C52和ADC0809之间的连接。
(1)A/D转换器
A/D转换器的功能是将模拟的电压信号转换成数字量。控制系统对A/D转换器的转换速度和转换精度有要求。在转换速度方面，一般要求在1个控制周期内至少完成一轮采样，本系统的控制周期为1ms，考虑到控制算法的时间开销，要求ADC的转换速度不小于10kSPS；在转换精度方面，虽然高精度对控制有利，但是这会增加成本和算法复杂性，因此应本着够用原则进行选型。本系统采用最常用的ADC0809，它是8通道8位逐次逼近型ADC，最大转换速率为10kSPS，输入电压范围0～+5V。(2)A/D转换器与单片机的接口关系
AT89C52通过与ADC0809的接口电路来控制A/D转换器的启动并读取转换结果。该接口电路主要包括数据总线和控制总线接口，其中数据总线有8位，将ADC0809的D0～D7管脚与AT89C52的P0.0～P0.7口对应相接即可；控制总线包括A/D转换器的片选线、数据输出使能线、启动信号及转换结束信号。此外，ADC0809的工作时钟由单片机的ALE脚提供。(3)启动A/D转换及读取转换结果
由电路连接图可知，单片机的#CS（P2.7口）、#WR、#RD与A/D转换器的控制总线START、ENABLE的逻辑关系为：
START=/(#CS+#WR）
ENABLE=/(#CS+#RD）
不妨取ADC0809的片选地址为0x7FFF，这样，当单片机向0x7FFF地址进行一次写操作时（写的内容不限），即启动一次A/D转换。当单片机向0x7FFF地址进行一次读操作时，就可以从数据总线读取8位A/D转换结果。PWM功放电路通过控制电磁铁线圈的电流来调整电磁铁对小球的吸力。本系统采用单管PWM功放电路，并选用MOSFET作为主功率管，它具有电路简单、效率高等优点。PWM型功率放大器的关键是驱动与吸收保护电路设计，其中驱动电路要确保主功率管能够快速而可靠地导通或关断，吸收保护电路的功能是吸收功率管开关瞬时的能量。驱动与吸收保护电路的电路见下图所示。9.1.2电路设计：驱动与吸收保护电路(1)驱动电路
驱动电路中，驱动电压过小，功率管无法导通或导通不充分；驱动电压过大，功率管的GS极容易被击穿。栅极电阻过小，栅极的冲击电流大，容易损坏功率管；栅极电阻过大，功率管的开关速度慢且开关损耗大。因此，功率管的驱动电压和栅极电阻的选择至关重要。
本设计采用基于TLP250的集成驱动电路。TLP250的内置光耦的隔离电压达2500V，上升和下降时间均小于0.5us，输出电流为0.5A，可直接驱动1200V/50A以内的IGBT或MOSFET。上图中R11和D2组成电压偏置电路，使得MOSFET的源极电位约等于0.7V。注意到，TLP250采用单+15V供电，因此功率管GS极上导通电压14.3V，关断电压为-0.7V。关断负压的设计可以使得功率管可靠地截止。此外，栅极驱动电阻取为20Ω。(1)续流和吸收保护电路
电磁铁是感性元件，为此应使用快恢型二极管D1为电感L提供续流回路，以防止MOSFET关断时漏极电位急剧上升而损坏功率管。图中，R、C、D组成的吸收网络能够吸收MOSFET在开关时刻的电压和电流尖峰。其中，C用于限制MOSFET的漏极-源极间电压突变，R用于限制MOSFET开通时C的放电电流，D则便于在MOSFET关断时，C能迅速吸收MOSFET上的关断尖峰。1.控