1、嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用第三講嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)已講內(nèi)容已講內(nèi)容 三、已學(xué)接口電路分析三、已學(xué)接口電路分析 2、D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 3、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)關(guān)于作業(yè)一關(guān)于作業(yè)一 16位總線方式的位總線方式的PC104總線總線 IO方式方式 嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)MEM方式方式 嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)四、可編程定時(shí)四

2、、可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器82541. 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)（1）定時(shí)）定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 定時(shí)功能定時(shí)功能: 輸入信號(hào)為精確時(shí)鐘脈沖輸入信號(hào)為精確時(shí)鐘脈沖,起分頻作用起分頻作用,輸出脈沖輸出脈沖; 設(shè)置計(jì)數(shù)初值寄存器設(shè)置計(jì)數(shù)初值寄存器,保證精確定時(shí)保證精確定時(shí); 計(jì)數(shù)功能計(jì)數(shù)功能: 輸入任意脈沖輸入任意脈沖,隨時(shí)讀出計(jì)數(shù)值隨時(shí)讀出計(jì)數(shù)值 設(shè)置輸出寄存器設(shè)置輸出寄存器,保證讀數(shù)正確保證讀數(shù)正確,又不影響連續(xù)計(jì)數(shù)又不影響連續(xù)計(jì)數(shù)（2）定時(shí)）定時(shí)/計(jì)數(shù)的控制計(jì)數(shù)的控制硬件啟動(dòng)計(jì)數(shù)硬件啟動(dòng)計(jì)數(shù): 控制信號(hào)高電平時(shí)計(jì)數(shù)控制信號(hào)高電平時(shí)計(jì)數(shù),低電平時(shí)停止計(jì)數(shù)低電平時(shí)停止計(jì)數(shù) 控制信號(hào)上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)控制信號(hào)上

3、升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)到0自動(dòng)停止自動(dòng)停止軟件啟動(dòng)計(jì)數(shù)軟件啟動(dòng)計(jì)數(shù)嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)（3）輸出多種波形）輸出多種波形 產(chǎn)生分頻信號(hào)產(chǎn)生分頻信號(hào),即定時(shí)信號(hào)即定時(shí)信號(hào) 產(chǎn)生方波產(chǎn)生方波 產(chǎn)生時(shí)間間隔信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間間隔信號(hào),用來測量脈沖的頻率或周期用來測量脈沖的頻率或周期嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)2、8254結(jié)構(gòu)框圖（第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中要用到）結(jié)構(gòu)框圖（第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中要用到）嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)D7D0：數(shù)據(jù)總線，：數(shù)據(jù)總線，8位，與外部數(shù)據(jù)總線聯(lián)接位，與

4、外部數(shù)據(jù)總線聯(lián)接/WR：寫信號(hào)，輸人，低電平有效：寫信號(hào)，輸人，低電平有效/RD：讀信號(hào)，輸入，低電乎有效：讀信號(hào)，輸入，低電乎有效/CS：片選信號(hào)，輸入，低電平有效：片選信號(hào)，輸入，低電平有效A1、A0：地址信號(hào)，輸入，用于選擇內(nèi)部寄存器：地址信號(hào)，輸入，用于選擇內(nèi)部寄存器CLK2一一CLK0：3個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)信號(hào)輸入個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)信號(hào)輸入OUT2一一OUT0：3個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)回零輸出個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)回零輸出GATE2GATE0：3個(gè)個(gè)11黨器外部門控輸入端，高電平有效黨器外部門控輸入端，高電平有效8254為減計(jì)數(shù)、為減計(jì)數(shù)、16位定時(shí)位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器，下降沿計(jì)數(shù)下降沿計(jì)數(shù)嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)

5、接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)3、工作方式、工作方式（1）6種工作方式種工作方式 方式方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷：計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷 方式方式1：可重觸發(fā)的單脈沖：可重觸發(fā)的單脈沖 方式方式2：分頻器：分頻器 方式方式3：方波發(fā)生器：方波發(fā)生器 方式方式4：軟件觸發(fā)選通：軟件觸發(fā)選通 方式方式5：硬件觸發(fā)選通：硬件觸發(fā)選通嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)（2）控制字及編程控制字及編程嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)（2）控制字及編程控制字及編程 初始化編程分為兩步（對每個(gè)計(jì)算器分別編程）初始化編程分

6、為兩步（對每個(gè)計(jì)算器分別編程）1）以計(jì)數(shù)器工作方式確定控制字，寫入控制字寄存器）以計(jì)數(shù)器工作方式確定控制字，寫入控制字寄存器;2）按控制字規(guī)定的格式，把計(jì)數(shù)初值寫入計(jì)數(shù)器）按控制字規(guī)定的格式，把計(jì)數(shù)初值寫入計(jì)數(shù)器 讀取計(jì)數(shù)值有兩種情況（對每個(gè)計(jì)算器分別讀取）讀取計(jì)數(shù)值有兩種情況（對每個(gè)計(jì)算器分別讀?。?）計(jì)數(shù)已結(jié)束，讀取計(jì)數(shù)值）計(jì)數(shù)已結(jié)束，讀取計(jì)數(shù)值2）在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，先鎖存，后讀取，保證讀數(shù)正確。）在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，先鎖存，后讀取，保證讀數(shù)正確。可向可向8254寫一個(gè)控制字，使計(jì)數(shù)器中的輸出鎖存器鎖住，寫一個(gè)控制字，使計(jì)數(shù)器中的輸出鎖存器鎖住，CPU就可以讀取鎖存器中的值，并不影響計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)

7、就可以讀取鎖存器中的值，并不影響計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。一旦數(shù)。一旦CPU讀取數(shù)值后，鎖存狀態(tài)自動(dòng)解除，恢復(fù)跟讀取數(shù)值后，鎖存狀態(tài)自動(dòng)解除，恢復(fù)跟隨計(jì)數(shù)器的數(shù)值隨計(jì)數(shù)器的數(shù)值嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)（3）工作方式的時(shí)序圖分析）工作方式的時(shí)序圖分析 方式方式0計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生中斷方式計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生中斷方式 寫入寫入控制字控制字后后OUT輸出低電平，在計(jì)數(shù)回零結(jié)束時(shí)輸輸出低電平，在計(jì)數(shù)回零結(jié)束時(shí)輸出高電平，并一直保持。出高電平，并一直保持。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)（3）工作方式的時(shí)序圖分析）工作方式的時(shí)序圖分析

8、方式方式1可重觸發(fā)的單脈沖可重觸發(fā)的單脈沖 猶如一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每觸發(fā)猶如一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每觸發(fā)1次，輸出次，輸出1個(gè)負(fù)的單脈個(gè)負(fù)的單脈沖，脈沖寬度為計(jì)數(shù)周期沖，脈沖寬度為計(jì)數(shù)周期嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié) 寫入控制字后，輸出端初始化為高電平寫入控制字后，輸出端初始化為高電平 門控門控GATE上升沿到后，下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿計(jì)上升沿到后，下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿計(jì)數(shù)器裝入初值，輸出端變?yōu)榈碗娖綌?shù)器裝入初值，輸出端變?yōu)榈碗娖?當(dāng)計(jì)數(shù)到當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，輸出變?yōu)楦唠娖?，若?jì)數(shù)初值為時(shí)，輸出變?yōu)楦唠娖剑粲?jì)數(shù)初值為N，脈，脈寬則為寬則為N個(gè)時(shí)鐘周期個(gè)時(shí)鐘周期

9、 如果門控如果門控GATE又來一次上升沿，再一次觸發(fā)，計(jì)數(shù)又來一次上升沿，再一次觸發(fā)，計(jì)數(shù)器會(huì)按原來的初值重新計(jì)數(shù)，再產(chǎn)生一個(gè)單脈沖器會(huì)按原來的初值重新計(jì)數(shù)，再產(chǎn)生一個(gè)單脈沖嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié) 方式方式2分頻器分頻器 初始化后，輸出端為高電平，在門控初始化后，輸出端為高電平，在門控GATE為高電平為高電平情況下，減到情況下，減到1輸出變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過輸出變?yōu)榈碗娖剑?jīng)過1個(gè)周期，輸出又恢個(gè)周期，輸出又恢復(fù)為高電平，重新計(jì)數(shù)，這樣周而復(fù)始，產(chǎn)生一定頻率的復(fù)為高電平，重新計(jì)數(shù)，這樣周而復(fù)始，產(chǎn)生一定頻率的脈沖，猶如脈沖，猶如N分頻的分頻器分頻的

10、分頻器嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié) 寫入控制字后，輸出端初始化為高電平寫入控制字后，輸出端初始化為高電平 門控門控GATE信號(hào)變高后，下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿計(jì)信號(hào)變高后，下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿計(jì)數(shù)器裝入初值數(shù)器裝入初值 在在GATE高電平期間計(jì)數(shù)，減到高電平期間計(jì)數(shù)，減到1時(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖剑?jīng)過經(jīng)過1個(gè)周期，輸出又恢復(fù)高電平，重新計(jì)數(shù)個(gè)周期，輸出又恢復(fù)高電平，重新計(jì)數(shù) 在門控在門控GATE變低后，停止計(jì)數(shù)，在變低后，停止計(jì)數(shù)，在GATE變?yōu)楦唠娖阶優(yōu)楦唠娖降南乱粋€(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿，從計(jì)數(shù)初值重新開始計(jì)數(shù)的下一個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿，從計(jì)

11、數(shù)初值重新開始計(jì)數(shù)嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)3、應(yīng)用、應(yīng)用 8253在在PC機(jī)中的應(yīng)用：機(jī)中的應(yīng)用：0用于系統(tǒng)時(shí)鐘，用于系統(tǒng)時(shí)鐘，1用于刷用于刷新新DMA，2用于揚(yáng)聲器聲源用于揚(yáng)聲器聲源 測頻率測頻率 測周期測周期 測時(shí)間間隔測時(shí)間間隔 測轉(zhuǎn)速測轉(zhuǎn)速嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一節(jié) 接口電路總結(jié)思考題分析：思考題分析： 利用利用PC/104總線嵌入式計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)應(yīng)用總線嵌入式計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)應(yīng)用8254芯片測芯片測量脈沖信號(hào)頻率量脈沖信號(hào)頻率f 的接口電路。的接口電路。分析：分析： 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0，工作在方式，工作在方式1，如

12、何得到，如何得到1秒的高電平時(shí)間信號(hào)秒的高電平時(shí)間信號(hào) 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1，工作在方式，工作在方式2，如何測量脈沖信號(hào)，如何測量脈沖信號(hào)f 的頻率的頻率 若頻率若頻率f 大于大于66kHz，在，在1秒鐘時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器秒鐘時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)發(fā)生計(jì)數(shù)發(fā)生溢出，如何利用計(jì)數(shù)器溢出，如何利用計(jì)數(shù)器2擴(kuò)大計(jì)數(shù)范圍擴(kuò)大計(jì)數(shù)范圍 GATE0端的高低電平控制信號(hào)如何由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生端的高低電平控制信號(hào)如何由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生 哪個(gè)計(jì)數(shù)器的哪一引腳的信號(hào)電平可以用來判斷哪個(gè)計(jì)數(shù)器的哪一引腳的信號(hào)電平可以用來判斷1秒鐘時(shí)秒鐘時(shí)間已到，計(jì)數(shù)已結(jié)束，如何判斷間已到，計(jì)數(shù)已結(jié)束，如何判斷 如何讀取數(shù)據(jù)，如何計(jì)算得到被測信號(hào)的頻率如何

13、讀取數(shù)據(jù)，如何計(jì)算得到被測信號(hào)的頻率f嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第一部分 嵌入式計(jì)算機(jī)及接口 第一節(jié)第一節(jié) 接口電路總結(jié)接口電路總結(jié) 第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和 控制控制嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制在機(jī)電系統(tǒng)中，需要測量和控制的主要狀態(tài)量在機(jī)電系統(tǒng)中，需要測量和控制的主要狀態(tài)量: 位置（線位移、角位移）位置（線位移、角位移） 速度（線速度、角速度）速度（線速度、角速度） 加速度、力、振動(dòng)、溫度等加速度、力、振動(dòng)、溫度等 雖然測量傳感器和控制電路品種繁多，但雖然測量

14、傳感器和控制電路品種繁多，但對計(jì)算機(jī)接口來說，就是歸結(jié)到數(shù)字量、模對計(jì)算機(jī)接口來說，就是歸結(jié)到數(shù)字量、模擬量、脈沖量的測量和輸出。擬量、脈沖量的測量和輸出。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制一、計(jì)算機(jī)測量電路的組成一、計(jì)算機(jī)測量電路的組成1、計(jì)算機(jī)測量電路的組成、計(jì)算機(jī)測量電路的組成嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制2、計(jì)算機(jī)測量接口電路方案、計(jì)算機(jī)測量接口電路方案（1）模擬量測量）模擬量測量嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制

15、計(jì)算機(jī)對模擬量通常是經(jīng)計(jì)算機(jī)對模擬量通常是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器接口直接進(jìn)行采轉(zhuǎn)換器接口直接進(jìn)行采集，其特點(diǎn)是采集速度快集，其特點(diǎn)是采集速度快 計(jì)算機(jī)對模擬量測量還可以通過計(jì)算機(jī)對模擬量測量還可以通過V/F轉(zhuǎn)換的方法。有些轉(zhuǎn)換的方法。有些情況下，模擬信號(hào)需要進(jìn)行長距離傳輸，這會(huì)引起信號(hào)情況下，模擬信號(hào)需要進(jìn)行長距離傳輸，這會(huì)引起信號(hào)的失真和精度下降。為減小誤差，可采用先經(jīng)的失真和精度下降。為減小誤差，可采用先經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，將脈沖信號(hào)進(jìn)行傳輸，然后計(jì)算機(jī)再對脈沖量進(jìn)行計(jì)數(shù)將脈沖信號(hào)進(jìn)行傳輸，然后計(jì)算機(jī)再對脈沖量進(jìn)行計(jì)數(shù)測量的方法。測量的方法。V/F技術(shù)分辨率高，但主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率技術(shù)分辨率高，但

16、主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，在非快速模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)用低，在非快速模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)用嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制（2）脈沖量測量脈沖量測量計(jì)算機(jī)測量脈沖量電路的組成計(jì)算機(jī)測量脈沖量電路的組成嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制 計(jì)算機(jī)對脈沖量通常應(yīng)用定時(shí)計(jì)算機(jī)對脈沖量通常應(yīng)用定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器8253進(jìn)行計(jì)數(shù)測進(jìn)行計(jì)數(shù)測量，或進(jìn)行頻率、周期測量，也可以應(yīng)用普通計(jì)數(shù)器或量，或進(jìn)行頻率、周期測量，也可以應(yīng)用普通計(jì)數(shù)器或可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后計(jì)算機(jī)通過并行口把計(jì)數(shù)結(jié)可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后

17、計(jì)算機(jī)通過并行口把計(jì)數(shù)結(jié)果讀入。果讀入。 在需要快速測量脈沖量的頻率時(shí)，也可以對脈沖量先在需要快速測量脈沖量的頻率時(shí)，也可以對脈沖量先進(jìn)行進(jìn)行F/V轉(zhuǎn)換，將脈沖量轉(zhuǎn)換為模擬量，然后計(jì)算機(jī)通過轉(zhuǎn)換，將脈沖量轉(zhuǎn)換為模擬量，然后計(jì)算機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集。轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制（3）數(shù)字量）數(shù)字量 目前有些功能先進(jìn)的集成芯片，已把傳感目前有些功能先進(jìn)的集成芯片，已把傳感器的輸出信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)只器的輸出信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)只要通過并行輸入接口或串行輸入接口就可以把要通過并行輸入接口或串行輸

18、入接口就可以把數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)。數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制二二、轉(zhuǎn)角測量轉(zhuǎn)角測量 測量轉(zhuǎn)角的傳感器種類很多，例如電位器、增量式測量轉(zhuǎn)角的傳感器種類很多，例如電位器、增量式光電編碼器、感應(yīng)同步器等光電編碼器、感應(yīng)同步器等。1、電位器、電位器 角位移型電位器將轉(zhuǎn)角變化轉(zhuǎn)換成電阻變化，在電角位移型電位器將轉(zhuǎn)角變化轉(zhuǎn)換成電阻變化，在電位器上加電壓后，電位器的輸出電壓就與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)位器上加電壓后，電位器的輸出電壓就與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系系： V = k 計(jì)算機(jī)對模擬電壓量測量方法可采用前面已講述的計(jì)算機(jī)對模擬電壓量測量方法可采

19、用前面已講述的方法方法。 測量精度主要決定于電位器質(zhì)量、基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性、測量精度主要決定于電位器質(zhì)量、基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性、A/D轉(zhuǎn)換器精度和電路干擾抑制情況。轉(zhuǎn)換器精度和電路干擾抑制情況。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制2、增量式光電編碼器測角、增量式光電編碼器測角（1）工作原理在編碼圓盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄）工作原理在編碼圓盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，當(dāng)被測軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼圓盤也隨之旋轉(zhuǎn)，發(fā)光二極縫，當(dāng)被測軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼圓盤也隨之旋轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管發(fā)出的光通過編碼器上的窄縫，由光敏三極管所接收，管發(fā)出的光通過編碼器上的窄縫，由光敏三極管

20、所接收，輸出脈沖信號(hào)。一般輸出脈沖信號(hào)。一般1002000脈沖脈沖/圈。圈。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制a）如何給出轉(zhuǎn)動(dòng)方向）如何給出轉(zhuǎn)動(dòng)方向 加指示標(biāo)度盤。其上有兩條在空間上相差加指示標(biāo)度盤。其上有兩條在空間上相差1/4節(jié)距的節(jié)距的窄縫，使編碼器輸出二相相位差的矩形波窄縫，使編碼器輸出二相相位差的矩形波A、B。A、B矩形波脈沖的相位關(guān)系隨轉(zhuǎn)動(dòng)方向的不同而變化，從而矩形波脈沖的相位關(guān)系隨轉(zhuǎn)動(dòng)方向的不同而變化，從而設(shè)別轉(zhuǎn)動(dòng)方向。設(shè)別轉(zhuǎn)動(dòng)方向。b）參考零位）參考零位 在編碼圓盤上另刻一窄縫，圓盤每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生在編碼圓盤上另刻一窄縫，圓盤

21、每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生1個(gè)脈沖信號(hào)，作為機(jī)械系統(tǒng)的原點(diǎn)個(gè)脈沖信號(hào)，作為機(jī)械系統(tǒng)的原點(diǎn)嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制（2）實(shí)驗(yàn)中使用的光電編碼器）實(shí)驗(yàn)中使用的光電編碼器 HEDS5645，500脈沖脈沖/圈。圈。 5條引腳：條引腳：VCC、GND、A、B、參考零位。、參考零位。（3）倍頻和判向電路）倍頻和判向電路 加四倍頻、判向電路，分別得到反映轉(zhuǎn)軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)加四倍頻、判向電路，分別得到反映轉(zhuǎn)軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的兩路脈沖信號(hào)的兩路脈沖信號(hào)。（4）計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)角測量）計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)角測量 用用8254的的兩個(gè)計(jì)數(shù)通道分別測量正、反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，計(jì)算兩個(gè)計(jì)數(shù)通道分別測

22、量正、反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，計(jì)算機(jī)把兩通道的測量值相減后，計(jì)算得到實(shí)際轉(zhuǎn)角?；蛴每蓹C(jī)把兩通道的測量值相減后，計(jì)算得到實(shí)際轉(zhuǎn)角?；蛴每赡嬗?jì)數(shù)器直接測量脈沖數(shù)，計(jì)算機(jī)通過并行口讀入數(shù)據(jù)，逆計(jì)數(shù)器直接測量脈沖數(shù)，計(jì)算機(jī)通過并行口讀入數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算得到實(shí)際轉(zhuǎn)角。經(jīng)計(jì)算得到實(shí)際轉(zhuǎn)角。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制三、轉(zhuǎn)速測量三、轉(zhuǎn)速測量 測量轉(zhuǎn)速的傳感器種類很多，例如直流測速發(fā)電機(jī)、測量轉(zhuǎn)速的傳感器種類很多，例如直流測速發(fā)電機(jī)、增量式光電編碼器。增量式光電編碼器。1、直流測速發(fā)電機(jī)、直流測速發(fā)電機(jī) 在恒定磁場中，電樞繞組旋轉(zhuǎn)切割磁場，產(chǎn)生的感在恒定磁場中，

23、電樞繞組旋轉(zhuǎn)切割磁場，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)速成正比：直流測速發(fā)電機(jī)輸出為模擬量，應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)速成正比：直流測速發(fā)電機(jī)輸出為模擬量，測量方法前面已述。測量方法前面已述。2、增量式光電編碼器測速、增量式光電編碼器測速 通過測量增量式光電編碼器輸出的脈沖量的頻率或通過測量增量式光電編碼器輸出的脈沖量的頻率或周期的方法，測量轉(zhuǎn)速。介紹三種測速方法。周期的方法，測量轉(zhuǎn)速。介紹三種測速方法。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制（1）脈沖數(shù)（）脈沖數(shù)（M）法測速（即測頻率）法測速（即測頻率） 脈沖數(shù)（脈沖數(shù)（M）法測速原理：在時(shí)間間隔）法測速原理：在時(shí)間間隔

24、Tg內(nèi)，測得內(nèi)，測得光電編碼器的脈沖數(shù)光電編碼器的脈沖數(shù)Mp，若光電編碼器每圈的脈沖數(shù)，若光電編碼器每圈的脈沖數(shù)為為P，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為：，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為：pg60 M(rpm)TPn嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制 相同的時(shí)間間隔相同的時(shí)間間隔Tg內(nèi)，測得的脈沖數(shù)內(nèi)，測得的脈沖數(shù)Mp不同，轉(zhuǎn)速就不不同，轉(zhuǎn)速就不同，因此一般稱這種方法為同，因此一般稱這種方法為M法。法。 脈沖量測量過程中總會(huì)有脈沖量測量過程中總會(huì)有1個(gè)脈沖的檢測誤差，則相對誤個(gè)脈沖的檢測誤差，則相對誤差為差為1/Mp。若。若Tg不變，隨著轉(zhuǎn)速增加，不變，隨著轉(zhuǎn)速增加，Mp

25、增大，增大，M法測速法測速相對誤差減小，說明相對誤差減小，說明M法適合于高速測量場合。法適合于高速測量場合。 轉(zhuǎn)速低時(shí)，要提高測量精度，可以增大測量時(shí)間轉(zhuǎn)速低時(shí)，要提高測量精度，可以增大測量時(shí)間Tg，或，或選用每圈脈沖數(shù)更高的光電編碼器，或進(jìn)行細(xì)分等。更好選用每圈脈沖數(shù)更高的光電編碼器，或進(jìn)行細(xì)分等。更好的辦法是改變測量方法，改為測量周期。的辦法是改變測量方法，改為測量周期。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制（2）脈沖周期（）脈沖周期（T）法測速）法測速 T法測速原理：通過測量光電編碼器法測速原理：通過測量光電編碼器1個(gè)脈沖周期時(shí)間來確定

26、被測速度。若在個(gè)脈沖周期時(shí)間來確定被測速度。若在被測信號(hào)周期內(nèi)測得已知頻率為被測信號(hào)周期內(nèi)測得已知頻率為f c的時(shí)的時(shí)鐘脈沖數(shù)為鐘脈沖數(shù)為m c個(gè)，光電編碼器每圈的脈個(gè)，光電編碼器每圈的脈沖數(shù)為沖數(shù)為P，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為：，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為：cc60 f(rpm)P mn 脈沖量測量過程中總會(huì)有脈沖量測量過程中總會(huì)有1個(gè)脈沖的檢測誤差，個(gè)脈沖的檢測誤差，T法測法測速的相對誤差為速的相對誤差為1/mc。隨著轉(zhuǎn)速減小，。隨著轉(zhuǎn)速減小，mc增大，相對誤差增大，相對誤差減小，說明減小，說明T法適合于低速測量場合。法適合于低速測量場合。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量

27、的計(jì)算機(jī)測量和控制（3）M/T法測速法測速 對被測對象轉(zhuǎn)速變化范圍大，對被測對象轉(zhuǎn)速變化范圍大，又要求測量精度高的情況，可采又要求測量精度高的情況，可采用用M/T法測速。法測速。 分析：分析：M法測速誤差在于測量法測速誤差在于測量時(shí)間時(shí)間Tg是固定的，總會(huì)產(chǎn)生是固定的，總會(huì)產(chǎn)生1個(gè)被個(gè)被測脈沖的測量誤差，測量的不是測脈沖的測量誤差，測量的不是完整的脈沖周期。完整的脈沖周期。 T法測速誤差在于只測法測速誤差在于只測1個(gè)周期，高頻時(shí)測速時(shí)間太短。個(gè)周期，高頻時(shí)測速時(shí)間太短。 克服兩者缺點(diǎn)：既保證一定測量時(shí)間，同時(shí)又保證測量克服兩者缺點(diǎn)：既保證一定測量時(shí)間，同時(shí)又保證測量完整的被測脈沖周期，其原理如

28、圖所示完整的被測脈沖周期，其原理如圖所示。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制cpc60 fM(rpm)P mn M/T法測速，是用被測脈沖的下降沿啟動(dòng)對時(shí)間間隔法測速，是用被測脈沖的下降沿啟動(dòng)對時(shí)間間隔Tg計(jì)時(shí)和對時(shí)間脈沖計(jì)時(shí)和對時(shí)間脈沖fc計(jì)數(shù)，在達(dá)到時(shí)間計(jì)數(shù)，在達(dá)到時(shí)間Tg后第一個(gè)被測后第一個(gè)被測脈沖的下降沿終止時(shí)間脈沖計(jì)數(shù)脈沖的下降沿終止時(shí)間脈沖計(jì)數(shù)。 M/T法與法與M法比較：測量的是完整的被測脈沖周期；法比較：測量的是完整的被測脈沖周期； M/T法與法與T法比較：測量時(shí)間法比較：測量時(shí)間T不再是不再是1個(gè)脈沖周期，而個(gè)脈沖周期，而

29、是是TgT。 M/T法測速的計(jì)算公式：法測速的計(jì)算公式：嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制3、用、用8254實(shí)現(xiàn)三種測量的電路實(shí)現(xiàn)三種測量的電路（1）M法測量電路法測量電路要點(diǎn)：要點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)時(shí)間間隔實(shí)現(xiàn)時(shí)間間隔Tg 測量時(shí)間間隔測量時(shí)間間隔Tg內(nèi)光電編碼器的脈沖數(shù)內(nèi)光電編碼器的脈沖數(shù)Mp 8254有三個(gè)計(jì)數(shù)通道，則需要有三個(gè)計(jì)數(shù)通道，則需要8254的幾個(gè)通道？如何實(shí)現(xiàn)？的幾個(gè)通道？如何實(shí)現(xiàn)？嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制三態(tài)緩沖器三態(tài)緩沖器Y1IORD0Y0IOW鎖存器鎖存器D0

30、方式方式2，門控分頻門控分頻方式方式，計(jì)被測脈計(jì)被測脈沖個(gè)數(shù)沖個(gè)數(shù)Mp方式方式1，可重觸可重觸發(fā)脈沖方式發(fā)脈沖方式，得到得到TgM 法測量電路實(shí)現(xiàn)法測量電路實(shí)現(xiàn)0#計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器GATE0CLK0OUT00#計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器CLK1OUT1GATE10#計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器CLK2OUT2GATE2時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)被測脈沖被測脈沖嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制8254實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)M法測量的流程：法測量的流程： 由計(jì)數(shù)器由計(jì)數(shù)器0得測量時(shí)間間隔得測量時(shí)間間隔 由計(jì)數(shù)器由計(jì)數(shù)器1測量被測脈沖數(shù)測量被測脈沖數(shù) 初始化前準(zhǔn)備：計(jì)算機(jī)先通過鎖存器輸出低電平，使初

31、始化前準(zhǔn)備：計(jì)算機(jī)先通過鎖存器輸出低電平，使GATE0為低電平為低電平 初始化計(jì)數(shù)器初始化計(jì)數(shù)器 啟動(dòng)測量：通過鎖存器輸出高電平，使啟動(dòng)測量：通過鎖存器輸出高電平，使GATE0端產(chǎn)生一端產(chǎn)生一個(gè)上升沿個(gè)上升沿 判斷測量結(jié)束：可以采用如圖的查詢方式（中斷方式自判斷測量結(jié)束：可以采用如圖的查詢方式（中斷方式自己設(shè)計(jì)）己設(shè)計(jì)） 讀入數(shù)值和計(jì)算：讀入計(jì)數(shù)器讀入數(shù)值和計(jì)算：讀入計(jì)數(shù)器1的高的高8位和低位和低8位數(shù)值，經(jīng)位數(shù)值，經(jīng)減法計(jì)算得到實(shí)際測量值，再計(jì)算得到被測信號(hào)的頻率減法計(jì)算得到實(shí)際測量值，再計(jì)算得到被測信號(hào)的頻率嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測

32、量和控制（2）T法測量電路法測量電路要點(diǎn)：要點(diǎn)： 得到被測脈沖周期得到被測脈沖周期Tp或整數(shù)倍周期或整數(shù)倍周期NTp 測量測量Tp或或NTp內(nèi)基準(zhǔn)時(shí)鐘的脈沖數(shù)內(nèi)基準(zhǔn)時(shí)鐘的脈沖數(shù)Mc如何實(shí)現(xiàn)？如何接中斷方式？如何實(shí)現(xiàn)？如何接中斷方式？嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制T法測量電路實(shí)現(xiàn)法測量電路實(shí)現(xiàn)Y0IOW鎖存器鎖存器D0時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)被測脈沖被測脈沖0# 計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器GATE0OUT00# 計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器CLK1OUT1GATE10# 計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器CLK2OUT2GATE2CLK0IRQ2申請中斷申請中斷方式方式1 ， 得到被得到被測脈沖

33、周期測脈沖周期NTp方式方式2 ， 得到基準(zhǔn)得到基準(zhǔn)時(shí)鐘數(shù)時(shí)鐘數(shù)Mc嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制8254實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)T法測量的流程：法測量的流程： 由計(jì)數(shù)器由計(jì)數(shù)器0得被測脈沖周期得被測脈沖周期 由計(jì)數(shù)器由計(jì)數(shù)器1計(jì)量時(shí)鐘脈沖數(shù)計(jì)量時(shí)鐘脈沖數(shù) 初始化前準(zhǔn)備：計(jì)算機(jī)先通過鎖存器輸出低電平，使初始化前準(zhǔn)備：計(jì)算機(jī)先通過鎖存器輸出低電平，使GATE0為低電平為低電平 初始化計(jì)數(shù)器初始化計(jì)數(shù)器 啟動(dòng)測量：通過鎖存器輸出高電平，使啟動(dòng)測量：通過鎖存器輸出高電平，使GATE0端產(chǎn)生一個(gè)端產(chǎn)生一個(gè)上升沿上升沿 判斷測量結(jié)束：可以采用如圖的中斷方式（查

34、詢方式自己判斷測量結(jié)束：可以采用如圖的中斷方式（查詢方式自己設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)） 讀入數(shù)值和計(jì)算：讀入計(jì)數(shù)器讀入數(shù)值和計(jì)算：讀入計(jì)數(shù)器1的高的高8位和低位和低8位數(shù)值，經(jīng)減位數(shù)值，經(jīng)減法計(jì)算得到實(shí)際測量值，再計(jì)算得到被測信號(hào)的周期和頻率法計(jì)算得到實(shí)際測量值，再計(jì)算得到被測信號(hào)的周期和頻率嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日（3）M/T法測量電路法測量電路要點(diǎn)：要點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)時(shí)間間隔實(shí)現(xiàn)時(shí)間間隔Tg 測量在總測量時(shí)間測量在總測量時(shí)間T內(nèi)基準(zhǔn)時(shí)鐘的脈沖數(shù)內(nèi)基準(zhǔn)時(shí)鐘的脈沖數(shù)Mc 測量在總測量時(shí)間測量在總測量時(shí)間T內(nèi)光電編碼器的脈沖數(shù)內(nèi)光電編碼器的脈沖數(shù)Mp第二節(jié) 機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控

35、制嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié) 機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制M/T法測量電路實(shí)現(xiàn)法測量電路實(shí)現(xiàn)申請中斷申請中斷BA0# 計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器GATE0OUT01# 計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器CLK1OUT1GATE12# 計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器CLK2OUT2GATE2CLK0時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)被測脈沖被測脈沖鎖存器鎖存器IOWD0Y0DCP PRQQ方式方式 0， 定時(shí)定時(shí)方式方式 ， 得到得到Tg 定時(shí)定時(shí)，方式方式 2 ， 計(jì)總計(jì)總測量時(shí)間測量時(shí)間 T即得到即得到 Mc方式方式 2 ，計(jì)計(jì)被測脈沖個(gè)被測脈沖個(gè)數(shù)數(shù)Mp嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量

36、的計(jì)算機(jī)測量和控制8254實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)M/T法測量的流程：法測量的流程： 3個(gè)計(jì)數(shù)器的測量內(nèi)容和工作方式：見上圖說明個(gè)計(jì)數(shù)器的測量內(nèi)容和工作方式：見上圖說明 初始化前準(zhǔn)備：通過鎖存器輸出低電平，使初始化前準(zhǔn)備：通過鎖存器輸出低電平，使D觸發(fā)器置位，這時(shí)觸發(fā)觸發(fā)器置位，這時(shí)觸發(fā)器的器的Q端為低電平，使三個(gè)計(jì)數(shù)器的門控信號(hào)端為低電平。端為低電平，使三個(gè)計(jì)數(shù)器的門控信號(hào)端為低電平。 初始化初始化8254的的3個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器0為方式為方式0，計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器1、2為方式為方式2。 啟動(dòng)測量：計(jì)算機(jī)通過鎖存器輸出高電平，使啟動(dòng)測量：計(jì)算機(jī)通過鎖存器輸出高電平，使D觸發(fā)器進(jìn)入工作狀態(tài)。觸發(fā)器進(jìn)

37、入工作狀態(tài)。當(dāng)被測脈沖的上升沿到來時(shí)，當(dāng)被測脈沖的上升沿到來時(shí)，Q變?yōu)楦唠娖剑ㄓ捎谧優(yōu)楦唠娖剑ㄓ捎贒端在計(jì)數(shù)器端在計(jì)數(shù)器0初始初始化后已為低電平），這時(shí)三個(gè)計(jì)數(shù)器的門控端全變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)開化后已為低電平），這時(shí)三個(gè)計(jì)數(shù)器的門控端全變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)開始計(jì)數(shù)。始計(jì)數(shù)。 測量結(jié)束：當(dāng)計(jì)數(shù)器測量結(jié)束：當(dāng)計(jì)數(shù)器0減到減到0，OUT0變高，但直到被測脈沖的上升沿變高，但直到被測脈沖的上升沿到來時(shí)，到來時(shí)，Q才變低，另才變低，另2個(gè)計(jì)數(shù)器這才停止計(jì)數(shù)。個(gè)計(jì)數(shù)器這才停止計(jì)數(shù)。 判斷計(jì)數(shù)結(jié)束：可以采用如圖中判斷計(jì)數(shù)結(jié)束：可以采用如圖中A端向計(jì)算機(jī)申請中斷方式（查詢方端向計(jì)算機(jī)申請中斷方式（查詢方式自己設(shè)計(jì)）。

38、式自己設(shè)計(jì)）。讀入數(shù)值和計(jì)算：讀入計(jì)算器讀入數(shù)值和計(jì)算：讀入計(jì)算器1和和2的數(shù)值，經(jīng)減法運(yùn)算，得到測量值，的數(shù)值，經(jīng)減法運(yùn)算，得到測量值，再按公式計(jì)算得到精確的頻率值。再按公式計(jì)算得到精確的頻率值。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制四、直流伺服電動(dòng)機(jī)四、直流伺服電動(dòng)機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī)由于具有良好的線性調(diào)速特性、簡單直流伺服電動(dòng)機(jī)由于具有良好的線性調(diào)速特性、簡單的控制性能、高的效率、優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，因此仍然是大的控制性能、高的效率、優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，因此仍然是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)先選擇。多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)先選擇。1、直流伺服電動(dòng)機(jī)

39、的轉(zhuǎn)速公式、直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式：電樞控制。直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式：電樞控制。 在直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞上加控制電壓在直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞上加控制電壓Ua，設(shè)電機(jī)的，設(shè)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩為T，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為：，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為：式中：式中：Ra為電機(jī)電樞電阻，為電機(jī)電樞電阻，ke、kt為電機(jī)的電勢常數(shù)、轉(zhuǎn)矩為電機(jī)的電勢常數(shù)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)。常數(shù)。aaeetUR Tnkk k嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制公式表明，轉(zhuǎn)速是控制電壓和電磁轉(zhuǎn)矩的二元函數(shù)：公式表明，轉(zhuǎn)速是控制電壓和電磁轉(zhuǎn)矩的二元函數(shù)：若

40、控制電壓若控制電壓Ua不變，得到的不變，得到的n與與T的關(guān)系曲線稱為機(jī)械特性的關(guān)系曲線稱為機(jī)械特性曲線：曲線：若電磁轉(zhuǎn)矩若電磁轉(zhuǎn)矩T不變，得到的不變，得到的n與與Ua的關(guān)系曲線稱為調(diào)節(jié)特性的關(guān)系曲線稱為調(diào)節(jié)特性曲線：曲線：實(shí)驗(yàn)一就是要測量電機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線。實(shí)驗(yàn)一就是要測量電機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線。01aaaeeteUR TnUTkk kk0aaeetUR TnnkTkk k嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制2、線性功率放大器、線性功率放大器 電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)TM實(shí)際是包含了功率放大器的輸實(shí)際是包含了功率放大器的輸出阻抗出阻

41、抗Ri，即：，即：260aiMetJ RRTk k 在控制系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)的快速性好，即要求電機(jī)的在控制系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)的快速性好，即要求電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)機(jī)械時(shí)間常數(shù)TM小，也就要求直流伺服電動(dòng)機(jī)的線性功率小，也就要求直流伺服電動(dòng)機(jī)的線性功率放大器的輸出阻抗小。放大器的輸出阻抗小。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制（1）線性功率放大器電路形式）線性功率放大器電路形式 要求功放電路輸出阻抗小，可采用射極跟隨器要求功放電路輸出阻抗小，可采用射極跟隨器 要求電機(jī)能正反轉(zhuǎn)，可采用互補(bǔ)對稱電路要求電機(jī)能正反轉(zhuǎn)，可采用互補(bǔ)對稱電路（2）互補(bǔ)對稱電路

42、的幾點(diǎn)改進(jìn)：）互補(bǔ)對稱電路的幾點(diǎn)改進(jìn)： 功率管采用復(fù)合管擴(kuò)大電流放大倍數(shù)功率管采用復(fù)合管擴(kuò)大電流放大倍數(shù) 設(shè)置工作點(diǎn)減小交越失真設(shè)置工作點(diǎn)減小交越失真 在功率管上并聯(lián)二極管續(xù)流電機(jī)的反電勢在功率管上并聯(lián)二極管續(xù)流電機(jī)的反電勢（3）功率運(yùn)算放大器）功率運(yùn)算放大器（4）計(jì)算機(jī)對直流電機(jī)的控制）計(jì)算機(jī)對直流電機(jī)的控制（5）線性功率放大器的缺點(diǎn)）線性功率放大器的缺點(diǎn) 線性功率放大器的缺點(diǎn)是效率低，只適合小功率電機(jī)的線性功率放大器的缺點(diǎn)是效率低，只適合小功率電機(jī)的功率放大，大功率電機(jī)的功放一般采用功率放大，大功率電機(jī)的功放一般采用PWM脈寬調(diào)制放大器。脈寬調(diào)制放大器。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用202

43、1年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制3、PWM脈寬調(diào)制放大器脈寬調(diào)制放大器 (Pulse Width Modulation）（1）原理）原理 功率管工作在開關(guān)狀態(tài)：導(dǎo)通時(shí)，電流大、壓降?。唤毓β使芄ぷ髟陂_關(guān)狀態(tài)：導(dǎo)通時(shí)，電流大、壓降小；截止時(shí)，壓降高、電流小。因此功率管工作時(shí)功耗小。止時(shí)，壓降高、電流小。因此功率管工作時(shí)功耗小。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制 PWM脈寬調(diào)制放大器的工作頻率在脈寬調(diào)制放大器的工作頻率在1KHz到幾十到幾十KHz，這，這么高頻率的電壓加到電樞繞組上，由于繞組電感的濾波作用，么高頻率的電壓

44、加到電樞繞組上，由于繞組電感的濾波作用，繞組中的電流實(shí)際為繞組中的電流實(shí)際為PWM脈寬調(diào)制放大器的直流分量。脈寬調(diào)制放大器的直流分量。 通過改變脈寬就可以改變脈沖信號(hào)的直流分量，從而可以通過改變脈寬就可以改變脈沖信號(hào)的直流分量，從而可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)?？刂齐姍C(jī)的正反轉(zhuǎn)。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制（2）PWM脈寬調(diào)制放大器組成脈寬調(diào)制放大器組成 脈寬調(diào)制器：三角波發(fā)生器、比較器開關(guān)功率放大器脈寬調(diào)制器：三角波發(fā)生器、比較器開關(guān)功率放大器嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制（3）

45、開關(guān)功率放大器及改進(jìn)）開關(guān)功率放大器及改進(jìn) 原理圖原理圖 功率管采用復(fù)合管擴(kuò)大電流放大倍數(shù)功率管采用復(fù)合管擴(kuò)大電流放大倍數(shù) 在功率管上并聯(lián)二極管續(xù)流電機(jī)的反電勢在功率管上并聯(lián)二極管續(xù)流電機(jī)的反電勢 在功率管輸入端加延時(shí)電路避免功率管共態(tài)導(dǎo)通在功率管輸入端加延時(shí)電路避免功率管共態(tài)導(dǎo)通（4）專用芯片：）專用芯片： 集成集成PWM功放功放 L292 ：15引腳，引腳，36V、2A，過載保護(hù)，工作頻率，過載保護(hù)，工作頻率130kHz（5）計(jì)算機(jī)控制）計(jì)算機(jī)控制 應(yīng)用專用應(yīng)用專用PWM芯片芯片 全數(shù)字計(jì)算機(jī)控制全數(shù)字計(jì)算機(jī)控制（6）應(yīng)用中注意的問題）應(yīng)用中注意的問題 噪聲干擾噪聲干擾L292嵌入式計(jì)算機(jī)

46、及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制4、實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)介紹5、ADT650接口電路板介紹接口電路板介紹 具有具有 并行口并行口71055：功能同：功能同8255 AD1674A：12位位A/D，量程，量程5V，10V或或010V，16路輸入通道路輸入通道 定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：82C54（即（即8254） DAC7724：12位位D/A，量程，量程5V，10V，05V或或010V，4路輸路輸 出出 電路板上占有連續(xù)的電路板上占有連續(xù)的16個(gè)端口地址：個(gè)端口地址：300H30FH 電路板有三個(gè)可用跳線選擇的中斷源電路板有三個(gè)可用跳線選擇的中斷源 A/

47、D變換結(jié)束信號(hào)變換結(jié)束信號(hào)EOC 82C54定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0的輸出的輸出OUT0 外部中斷外部中斷 306H端口的端口的D2位用于選擇中斷使能（位用于選擇中斷使能（0IRQ disable，1=IRQ enable）嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制6、中斷程序編寫、中斷程序編寫（1）中斷知識(shí)要點(diǎn)）中斷知識(shí)要點(diǎn) PC機(jī)和機(jī)和PC/104總線嵌入式計(jì)算機(jī)有兩種類型的中斷：由執(zhí)行某些指總線嵌入式計(jì)算機(jī)有兩種類型的中斷：由執(zhí)行某些指令引起的軟中斷（也稱內(nèi)中斷）和接口設(shè)備引起的硬中斷（也稱外中令引起的軟中斷（也稱內(nèi)中斷）和接口設(shè)備引起的硬

48、中斷（也稱外中斷）。斷）。 硬中斷的過程受硬中斷的過程受8259中斷控制器控制。中斷控制器控制。ISA總線的硬中斷共有總線的硬中斷共有15個(gè)，個(gè)，結(jié)構(gòu)見下圖。除結(jié)構(gòu)見下圖。除IRQ0、IRQ1外，都在外，都在ISA插槽上有中斷申請線。上升插槽上有中斷申請線。上升沿申請中斷。沿申請中斷。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制 中斷優(yōu)先級排列為：中斷優(yōu)先級排列為：IRQ0、IRQ1、IRQ8IRQ15、IRQ3IRQ7。 PC機(jī)和機(jī)和PC/104總線嵌入式計(jì)算機(jī)（以下簡稱總線嵌入式計(jì)算機(jī)（以下簡稱PC機(jī)）的內(nèi)存的前機(jī)）的內(nèi)存的前1024個(gè)字節(jié)（即

49、地址為個(gè)字節(jié)（即地址為00000003FFH）建立了一個(gè)中斷向量表，可存儲(chǔ)）建立了一個(gè)中斷向量表，可存儲(chǔ)256個(gè)中斷向量，每個(gè)中斷向量占個(gè)中斷向量，每個(gè)中斷向量占4個(gè)字節(jié)，前個(gè)字節(jié)，前2個(gè)字節(jié)為中斷服務(wù)程序個(gè)字節(jié)為中斷服務(wù)程序的入口地址偏移量，后兩個(gè)字節(jié)為段地址。取用時(shí)，將這兩個(gè)字節(jié)分別的入口地址偏移量，后兩個(gè)字節(jié)為段地址。取用時(shí)，將這兩個(gè)字節(jié)分別裝入裝入IP及及CS中，以轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。中，以轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。 每個(gè)中斷向量用類型碼加以區(qū)別，當(dāng)執(zhí)行中斷時(shí)，每個(gè)中斷向量用類型碼加以區(qū)別，當(dāng)執(zhí)行中斷時(shí)，CPU根據(jù)類型碼乘根據(jù)類型碼乘4后，得到中斷向量地址，進(jìn)而得到后，得到中斷向量地址，進(jìn)而得到

50、IP及及CS，它就是中斷服務(wù)程序的入，它就是中斷服務(wù)程序的入口地址，程序由此轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序執(zhí)行?？诘刂?，程序由此轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序執(zhí)行。 硬中斷硬中斷IRQ0IRQ7對應(yīng)的中斷類型碼為對應(yīng)的中斷類型碼為8H0FH ，硬中斷，硬中斷IRQ8IRQ15對應(yīng)的中斷類型碼為對應(yīng)的中斷類型碼為70H77H 。 IRQ0系統(tǒng)時(shí)鐘和系統(tǒng)時(shí)鐘和IRQ8實(shí)時(shí)鐘二者是有區(qū)別的：實(shí)時(shí)鐘二者是有區(qū)別的： 系統(tǒng)時(shí)鐘是指由定時(shí)系統(tǒng)時(shí)鐘是指由定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器8253的的0號(hào)通道產(chǎn)生的號(hào)通道產(chǎn)生的18.2次次/秒的時(shí)鐘源，主要用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)秒的時(shí)鐘源，主要用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)校正，而實(shí)時(shí)鐘是由的時(shí)間基準(zhǔn)校正，而實(shí)時(shí)鐘是

51、由CMOS內(nèi)部的計(jì)時(shí)電路產(chǎn)生的時(shí)間基準(zhǔn)。內(nèi)部的計(jì)時(shí)電路產(chǎn)生的時(shí)間基準(zhǔn)。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制（2）中斷程序編寫舉例）中斷程序編寫舉例 中斷程序類型說明及定義中斷指針，放在主函數(shù)中斷程序類型說明及定義中斷指針，放在主函數(shù)main()前前 void interrupt ZD（）（）; void interrupt （*old）（）（）; 主函數(shù)主函數(shù)main()中：中： disable（）；（）； /*關(guān)中斷關(guān)中斷*/ old=getvect（0 x0b）; /*保存原中斷向量（例如硬中斷）保存原中斷向量（例如硬中斷）*/ set

52、vect（0 x0b，ZD）; /*設(shè)置新中斷向量設(shè)置新中斷向量*/ outportb( 0 x306,0 x04); /*置置ADT650接口板中斷使能接口板中斷使能*/ enable（）（）; /*開中斷開中斷*/ /* 程序主體程序主體*/ setvect（0 x0b，old）; /*退出中斷返回退出中斷返回DOS前，恢復(fù)原中斷向量前，恢復(fù)原中斷向量*/ outportb(0 x306,0 x00); /*關(guān)接口板中斷使能關(guān)接口板中斷使能*/。嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制 編寫中斷服務(wù)程序（進(jìn)入中斷服務(wù)程序后關(guān)中斷，中斷退出前

53、向編寫中斷服務(wù)程序（進(jìn)入中斷服務(wù)程序后關(guān)中斷，中斷退出前向8259發(fā)出中斷結(jié)束命令，開中斷），一般放在主函數(shù)發(fā)出中斷結(jié)束命令，開中斷），一般放在主函數(shù)main()后面后面 void interrupt ZD（）（） disable（）；（）； /* 關(guān)中斷關(guān)中斷*/ /* 程序主體程序主體*/ outportb（0 x20，0 x20）; /* 向向8259發(fā)出中斷結(jié)束命令發(fā)出中斷結(jié)束命令EOI */ enable（）；（）； /* 開中斷開中斷*/ 嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制7、實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)安排 第一次實(shí)驗(yàn)熟悉接口電路板功能、

54、熟悉第一次實(shí)驗(yàn)熟悉接口電路板功能、熟悉C語言編程語言編程 實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)： 8254 方式方式3 輸出方波輸出方波 A/ D 采集采集 并行口輸入、輸出并行口輸入、輸出 4個(gè)單位時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中首先以延時(shí)、查詢方式完個(gè)單位時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中首先以延時(shí)、查詢方式完成實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上再應(yīng)用中斷完成實(shí)驗(yàn)成實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上再應(yīng)用中斷完成實(shí)驗(yàn)嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021年12月18日第二節(jié)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)量的計(jì)算機(jī)測量和控制五、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及控制五、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及控制1、原理和結(jié)構(gòu)、原理和結(jié)構(gòu) 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成。如圖為三相步反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成。如圖為三相步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)電機(jī)，6個(gè)大極，對稱的大極繞組形成一相控制繞組。個(gè)大極，對稱的大極繞組形成一相控制繞組。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，產(chǎn)生電磁力轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，產(chǎn)生電磁力。 定子上磁場是步進(jìn)的，轉(zhuǎn)子也是步進(jìn)的定子上磁場是步進(jìn)的，轉(zhuǎn)子也是步進(jìn)的。 通電方式通電方式：單三拍：單三拍：A-B-C雙三拍：雙三拍：AB-BC-CA六拍：六拍：A-AB-B-BC-C-CA嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用2021