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1、1,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,2,5.1 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。,3,5.2 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,4,5.2 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
2、应管等。,5,5.2 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。,6,5.2 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
3、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。,7,5.2 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）IN0IN7：8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）
4、D7D0：数字量输出端9）VREF（+），VREF（-）：参考电压端口10）VCC：电源电压，+5V11）GND：接地端,8,5.2 微机测控系统模拟测量技术,9,5.2 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,10,5.2 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、,11,5.2 微机测控系统模拟测量技术,（2）定
5、时采样方式,（3）中断方式方式,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。,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。,12,5.2 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,13,5.2 微机测控系统模拟测量技术,2. AD574的技术指标,14,5.2 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,15,5.2 微机测控系统
6、模拟测量技术,4. AD574与单片机的接口,16,5.3 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。,17,5.3 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
7、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,18,5.3 微机频率测量技术,5.3.2 周期测量法,1所引起的误差E:,19,5.3 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=03）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,20,5.3 微机频率测量技术,21,5.4 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,22,5.4 模拟量输出技术,23,5.4 模拟
8、量输出技术,2. 微机总线兼容型D/A转换器接口,24,5.4 模拟量输出技术,3. 双极性模拟量输出的实现,25,5.4 模拟量输出技术,26,5.5 步进电机基本控制技术,5.5.1 步进电机的功率放大电路,27,5.5 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：,28,5.5 步进电机基本控制技术,5.5.3 双电压功率放大电路,29,5.5 步进电机基本控制技术,1. 高压工作状态,30,5.5 步进电机基本控制技术,31,5.5 步进电机基本控制技术,2. 低压工作状态,3. 关断状态,Vh为
9、低电平，V1为高电平，晶体管T1介质，T2导通,绕组电流：,32,5.5 步进电机基本控制技术,33,5.6 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：,34,5.6 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,35,5.6 直流电动机（PWM）脉宽调速系统,5
10、.6.2 直流电动机的调速方式,36,5.6 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）,VT1VT2为大功率晶体管VD1VD2为续流二极管；SM为直流伺服电动机。,37,5.6 直流电动机（PWM）脉宽调速系统,为正，VT1、VT4饱和导通；,时：,为负，VT2、VT3截止。,时：,为负，VT1、VT4截止；,为负，VT2、VT3饱和导通。,，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,38,2. 脉宽调制器（PWM系统控制回路）,5.6 直流电动机（PWM）脉宽调速系统,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。,
