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微控制器范文1
白光LED驅動器的主要構件是一個振蕩器、一個電荷泵和一個穩流電流源。美國國家半導體公司 (national.com)生產一種在高度集成的LM2791/2型 IC內包含以上三種構件的器件。白光LED驅動器通常與手機基帶控制器或微控制器串聯使用。你可以方便地采用LM2791/2來提供一個時鐘源。你只要考慮到在快速充放電電容器（C1）兩個引腳上有一個偽方波，就可以實現一個簡單而有用的電路。你可以從這兩引腳上獲得這一偽方波，并凈化之。
圖1，白光LED驅動器可以兼做微控制器的時鐘源。
為了完成這個任務，你可將這一偽方波信號通過一只330Ω電阻器R1注入一個簡單的倒相器門，如一個DM7404型十六進制倒相器（圖1）。凈信號是一個純凈的2MHz時鐘源。示波器圖形示出了偽方波以及倒相器輸出端的凈化方波（圖2）。你可以將這個信號用做基帶控制器或微控制器的簡單時鐘源，以便執行諸如小鍵盤解碼或電池識別檢測等簡單任務。
圖2，邏輯倒相器凈化來自快速充放電電容器的偽方波（上部）；凈化方波（底部）是微控制器的穩定時鐘源。
微控制器范文2
【關鍵詞】微控制器；實踐教學；改革
0.引言
隨著智能化電子產品的普及，微控制器的應用也得到了空前的發展，各職業院校紛紛開設了微控制器技術課程。微控制器技術是一門結合了硬件設計與軟件開發的綜合性課程，涉及的理論知識包括電子技術、傳感技術、程序設計開發等等，課程有很強的實踐性，由于相關知識面廣、實踐操作性強，學習起來有相當的難度。
1.傳統實踐教學的局限性
微控制器技術課程中，實踐教學占很大的比例，部分專業甚至有專門的微控制器實訓課程，用于完成大型的實踐項目。有效的實驗和實踐教學可以增強學習興趣，幫助學習者更好的掌握理論知識，訓練學習者動手實踐能力，提高學習效率[1]。
然而傳統的實驗和實訓方法有其無法克服的局限性，不利于調動學習者的積極性，具體表現為：
（1）實驗性質多為功能驗證[2]：功能驗證性實驗，是指由教學者設計電路功能、繪制電路圖、編寫好程序、學習者使用準備好的實驗器材，按圖連線、寫入程序語句，并按要求操作，驗證微控制器功能的實驗。在實驗過程中，學習者只需按圖索驥，具備一定的操作技巧，即可完成實驗。
（2）實驗和實訓項目單一：微控制器技術的發展已經日趨成熟，但學校開展的實踐項目還是幾年前一直沿用的那些，缺乏新意與實用性，很難激起學習者的興趣。
（3）實踐內容狹窄：實驗教學目前更集中在兩個方面，一是根據實驗要求編寫指令程序，二是通過仿真軟件，模擬微控制器電路運行功能。這樣，實驗內容局限在軟件編寫，或是計算機的仿真技術，對于實際的微控制器硬件電路的實踐涉及極少，導致學習者在實際應用中缺少解決問題的經驗和能力。
目前，微控制器技術的實踐教學方法，缺乏對學習者的硬件設計能力、安裝調試能力、大中型項目程序指令編寫能力的綜合訓練，學習者在學習的過程中，既沒有被激發學習的興趣，也沒有動手實踐的機會，學習效率大打折扣。
2.實踐教學改革方向
微控制器技術課程對實踐動手能力的要求非常強，在實踐課程的教學中，要注意針對學習者基本實踐技能、開發設計思維、解決實際問題的綜合性能力進行培養和訓練。微控制器技術實踐教學改革可以從以下方面著手：
（1）區分實踐教學性質，有目的性安排實踐內容：在教學中，首先需要區別開課內實作、實驗和實訓的課程性質，以便有針對性的設計實踐內容。課內實作是在理論教學之余，課堂內完成的基本操作性實踐，時間有限，以驗證性的硬件連接或程序指令輸入為主；實驗則可以在完成某一階段的理論教學后，由學習者按照實驗任務要求，根據課堂案例，通過獨立的硬件設計連接、軟件編程調試實現微控制器功能；實訓是大型綜合性應用，需要學習者綜合理論知識，自主設計硬件電路，完成安裝、編程、調試的任務，以實現智能電子產品功能的實踐操作。三種實踐教學的性質對應的實踐內容分別為基本操作、技能應用、創新實踐，逐層遞進。
（2）改革實踐命題方式，鼓勵學習者自主擇題：在實驗與實訓課程教學中，學習者通常接受指定命題的實踐任務，這非常不利于激發學習的興趣。對于不同學習程度的學習者來說，毫無頭緒久攻不下的實踐項目，或者一看即知，都會降低學習者的積極性。最好根據學習程度，準備由易到難的實踐項目組，學習者根據自身能力水平和興趣選擇合適的任務。對于有能力的學習者甚至應該鼓勵他們充分創新，解決實際問題。
（3）以仿真為手段，以實際電子產品為目的：在實踐教學過程中，許多教師已經意識到實驗設備的更新跟不上電子技術的發展速度了，于是仿真軟件被大量應用到實踐教學中。仿真軟件雖然能模擬電路性能，但由于其參數都為理想化參數，與實際硬件參數還有區別，學習者通過仿真軟件學到的技能在面對實際產品時往往體現出束手無策。因此在實踐課程教學中引入仿真軟件，只是作為實現最終教學目的的輔助手段，學習者是否真正掌握微處理器技術的實踐知識仍應以實現電子產品實物為準。
（4）引入創新課題、引導學習興趣：把目光局限在實驗教材上學習者的能力與興趣不能得到充分發揮。為了提高大學生的實踐技能，鼓勵大學生科技創新，相關企業、各省市、國家紛紛投入資金和精力舉辦各種科技比賽，微控制器技術在電子產品中的廣泛應用使其在科技大賽中占據了重要的席位。鼓勵學習者參加科技比賽，將實踐教學延伸至課外，有利于引導學習者發展創新技術能力，提高學習者的學習能力與實踐操作技能。
（5）改進考核方式，提高實踐操作在微控制器技術考評中的比例：由于實踐在期終考評中所占比例極少，而且實踐考核也常常以最終的實踐報告作為評分依據，導致學習者對自己缺乏實踐操作技能的現象無動于衷[3]，這對于學習者提高操作技能，綜合利用理論與實踐知識是極為不利的。比起報告，實踐考核更注重的應該是學習者發現問題、解決問題的能力，過程才是實踐考核的依據。只有實踐操作在課程考評中占據重要的比重，學習者才會真正重視實踐教學。
3.結語
實踐教學的質量決定著微控制器技術課程的教學質量。在日常的實踐教學工作中，教師要及時總結經驗，逐步施行改革方案，不斷完善實踐教學方法，提高學習者的實踐技能和創新意識。隨著生產技術的發展，微控制器技術也在不斷進步，實踐教學方法的改革也必須要生產技術一同發展，以適應社會發展的需要。
【參考文獻】
[1]張蘇玲.面向學習者自主建構的游戲化學習情境設計[D].山東師范大學，2010.
微控制器范文3
關鍵詞：StellarisTM微控制器；集成開發環境；Cortex-M3微處理器；PS/2鍵盤接口
中圖分類號：TP335文獻標識碼：A
前言
盡管我們盡力在片內提供所有I/O功能，但是高端嵌入式微處理器在與電路接口時還是經常需要幫助。這些附加的接口電路已經要求包含可編程邏輯器件（PLD）、分立邏輯器件、專用功能集成電路（IC）和8位微控制器。群星（stellaris）微控制器為這些I/O解決方案提供了多個優勢。
現實中，用于設計中的高端微處理器可以完美地集成片內外設。外設可以與期望的管腳相連，并且不會存在系統延遲問題。而事實上，復雜的I/O實現方案還存在很多因素。
1I/O處理器實例
現實中，用于設計中的高端微處理器可以完美地集成片內外設。外設可以與期望的管腳相連，并且不會存在系統延遲問題。而事實上，復雜的I/O實現方案還存在很多因素。表1列出了系統增加I/O處理器的常見原因。
1.1I/O系統選項
群星（Stellaris）微控制器為經濟解決方案和共同的工具鏈提供了主機CPU，從而使得微控制器成為最通用的解決方案。
2主機CPU接口
用戶需要特別考慮的是I/O處理器與主機微處理器之間的接口的類型。群星（stellaris）微控制器為主機微控制器提供3類串行接口。表2列出了每條串行總線的屬性。
2.1開發和調試
在一個包含其他ARM器件的系統中使用群星微控制器的最大好處就是可以使用共同的開發工具。系統中所有目標微控制器都可以使用相同的集成開發環境（IDE）和調試器硬件，因而可以減少開發時間和預算。
3架構
群星（Stellaris）微控制器使用ARM的Cortex-M3微處理器（ARMv7系列的一部分）。Thumb-2技術結合16位和32位指令，可供高性能處理器使用。
與早期的ARM發生器相比，Cortex-M3提供了改良的中斷處理能力，這對于注重時間的嵌入式控制應用非常重要。Cortex-M3的嵌套中斷控制器（NVIC）將進入中斷所需的時鐘周期減少高達70%。I/O處理代碼可以在多個優先中斷源中快速有效地移動。
對于整個靈活性來講，群星（stellaris）微控制器還允許將任意的GPIO管腳配置成邊沿和電平觸發中斷。
3.1 I/O處理器的設計
以下設計向低成本的高端嵌入式微處理器系統增加了以下3個接口：
PS/2鍵盤接口
8個通用輸出管腳
聲音報警器（audio beeper）
在將PS/2端口直接與一個嵌入式微處理器接口時存在幾個挑戰：
主機微處理器不含片內PS/2接口；
PS/2是一個5V接口；
PS/2鍵盤以高于10kHz的速率為數據輸出計時。該格式與SPI和I2C不兼容，因而接收該數據流時需要特定的硬件，或者每個時鐘都帶有中斷。這一點可能大多數嵌入式操作系統都不能做到，也可能是對微處理器帶寬的無效使用。
通過將群星微控制器選作I/O處理器，這三個挑戰都可以迎難而解。Luminary Micro公司的群星LM3S101微控制器通過使用留作將來擴展用的資源，只需一美元就可實現所有這3個功能。本實例使用一個UART接口和基于ASCII的簡單協議與主機通信。使用LM3S102器件取代微控制器將可以使能I2C與主機CPU通信。
4 功能描述
鍵盤會以10-15kHz的速率向LM3S101微控制器產生同步的PS/2時鐘和數據信號。LM3S101微控制器對數據流中的這些信號、時鐘進行監控，并驗證其奇偶性。PS/2接口實際上是一個雙向接口，但本實例只演示了鍵盤發送的情形。
一旦接收到字節并經過驗證后，LM3S101微控制器軟件將數據寫入UART，并將它傳輸給主機微處理器。軟件可以擴展成將PS/2掃描代碼傳送前轉換至ASCII當量（equivalent）。
整個I/O接口電路如圖2所示。
在I/O處理器實例源代碼中列出的軟件，使用群星（stellaris）系列驅動程序庫DriverLib.來簡化群星外設的訪問過程。
5協議
本實例將一個非常簡單的1字節ASCII協議用于主機微控制器的命令中：
?0..7控制數字輸出0..7
?b和m控制報警器（beeper）
?與主機微處理器的通信完全包括掃描代碼數據（這種情況下是指被稱作Set 2的一系列代碼）。鍵盤中的每個物理鍵在make（鍵按下）和break（鍵釋放）時產生唯一的字節序列。例如，A鍵在make（鍵按下）時產生0x1C，在break（鍵釋放）時產生0xF0 0x1C。
6結語
一個被設計成I/O處理器的群星微控制器，可以解決與高端嵌入式微處理器一起工作時出現的困難的接口問題。通過I/O微控制器，簡單的串行接口可以支持豐富的I/O類型和進行預處理，從而進一步減少主機微處理器的開銷。通過群星器件，在提供一種經濟有效的系統解決方案的同時，開發人員還可以從公共工具鏈中獲益。
參考文獻
[1]王永宏,徐煒,郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008.
[2]Sloss A N ,Symes D. ARM沈建華譯.嵌入式系統開發――軟件設計與優化[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.
[3]鄭扣根譯.操作系統概念[M].北京：高等教育出版社，2004.
[4]邵貝貝等譯.嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ[M].第二版.北京：北京航空航天大學出版社，2005.
[5]PHIL IPS 公司L PC2200 User Manaul [ R].PHILIPS公司,2004,5.
微控制器范文4
【摘要】為實現LED智能化控制，本文提出了一系列的優化設計方案，保障LED能夠在不同的工作環境穩定使用，從PIC微控制器的應用作為控制單元結合LED驅動控制電路，能夠有效地提高LED使用性能。
【關鍵詞】PIC微控制器；控制器設計；LED控制；驅動控制電路
LED，一種供電電壓很低、功耗很小而求壽命長的新型光源被廣泛地應用在我們的日常生活當中。在未來普及LED的使用能夠完全替代傳統的燈泡式日光燈，成為新一代的固態照明用具。在LED的使用中，通常我們都會利用智能控制電路來驅動其進行各種照明工作。例如在保證LED亮度的方面上，為了有效地確保通過LED的電流不會受到供電電壓的影響而導致LED亮度不穩定，這就是智能控制電路系統的作用之一。LED的亮度調節涉及到電流調整以及調光控制等兩個方面，而智能控制電路系統能夠在其中起到很好的控制作用。除了亮度方面，智能控制電路還具有失效識別的功能。在LED的照明運作中由于其具有很強的溫度相關性，因此LED的大多數失效與溫度有著很大的關系，只能控制電路能夠進行對LED的溫度補償。
在智能控制電路中選擇硬件是十分重要的，作為LED驅動控制電路的硬件，PIC微控制器是再適合不過了，PIC微控制器價格低廉而且始終頻率可高達20MHz，PIC微控制器可以在一塊芯片上集成控制電路必要硬件的功能，其具有功率消耗極低工作溫度圍寬的特點，因此PIC微控制器是作為LED秦東控制電路的不二之選。
1.利用PIC微控制器的LED驅動電路配置
在設計LED驅動電路時應該充分考慮LED的配置問題。LED具有三種可能的配置：在電路中利用陣列的方式去組合電阻，每個LED與電阻串聯形成一個陣列連接的結構。如圖1所示。
從圖1中可見每一個LED和一個電阻串聯形成了一個LED列陣連接，每一個LED配備一個電阻的作用是利用其作為二極管電流的基準電阻。這樣的做法的優點是，如若其中一個LED失效的時候，非串聯情況下的其他LED還能正常運作，但是由于并聯電路中，一條斷路，總電流分配在剩下的電路上，導致電路中的電流增大，會出現LED亮度不均勻分配的情況。亮度的損失可以通過增加與失效器同一電路上的LED電流來得到補償。
2.LED驅動控制電路中的PIC微控制器
PIC微控制器是可以用電或者是紫外線擦除以及重寫的多功能集成器件。利用PIC來作為整個LED驅動控制電路的核心，可以將PIC中一些完整的版塊以及管腳設定為模擬輸入。模擬電壓通過A/D模塊會進行轉化，轉化為數字信號。通過軟件的選定被轉化的信號會直接發送回A/D模塊。PIC微控制器的編程相對簡單，不需要太多的硬件設備，利用C編譯器能夠方便簡單地處理編程問題。
圖2所示是PIC微控制器典型的功能框圖。
3.PIC微控制器的基本功能
3.1 利用驅動器實現對電流的調整
在LED驅動控制電路中，電流調整的作用是確保LED的亮度保持恒定不變。要使LED的亮度保持不變則需要保證在電路中流經LED的電流保持恒定，就必須要先確定LED的電流。二極管采用的是串聯電阻的方式能夠更好地測定流經二極管電流，通過測量電阻兩端的電力我們可以計算出電阻流經的電流大小。由于電阻與LED是串聯的關系，串聯電流處處相等，我們可以知道流經LED的電流大小。電壓測試中PIC中的最大電壓為5V，可以由A/D模塊來執行，在連接A/D模版時不能直接連接到串聯電阻兩端，因為這樣的做法很可能會使電壓的電平遠超于5V。此外，PWM信號必須要先轉化成直流信號。在經過兩次測量和對吼的相減會出現雙倍測量誤差的產生，利用圖3的電路方式能夠有效減低雙倍測量誤差的問題。
從圖3中可知，采用這個電路是正輸入電路與U1相連，負輸入電壓與U2相連。
3.2 對電路中的溫度測量
LED受溫度的影響會比較大，因此在電路中電流不變的情況下，亮度也會因溫度的變化而受到影響。在圖4中表示的是LED的亮度與溫度之間的相互關系。
要在唯獨的變化范圍內保持LED的亮度不變就必須要采取度補償的。在溫度的測量上由于補償精度要求并不是很高，控制容差5℃就已經可以了，我們可以使用下面兩種低成本的方法來對溫度進行測量。
（1）采用溫度相關型電阻進行溫度測量
利用溫度相關性電阻來進行測量。首先要將一個溫度相關型電阻與一個溫度不相關的電阻串聯起來，利用電路中的A/D模塊來進行電壓的測量，從而確定溫度。這種利用控制器來做出相應反應的做法的不足之處是要使用數值表的形式來對PIC中的電阻相應曲線進行保存，稍為麻煩。
（2）利用門限定時器測量溫度
利用門限定時器對溫度進行測量是利用了PIC門限定時器模塊的阻礙作用進行操作。門限定時器的構成主體部分是RC震蕩器調節的8位定時器。在一般的情況下，微處理器會對門限定時器在后臺運行中進行重置作用，如果發生控制器因出現差錯而導致死循環的情況，微控制器可以進行重置重新回到設定的狀態。由于RC振蕩器受到溫度的作用，采用外部溫度的始終發生器可以有效地對通過對比的方法來確定溫度。應用門限定時器對溫度進行測量操作簡便不需要任何外部的原件，但是不足之處是其依賴PIC的門限定時器，在不同生產商中不能保證其溫度相關性能是否良好。
3.3 對LED進行調光
對LED亮度進行調光是LED驅動控制電路的最基本功能。通過驅動控制電路中的調光系統我們可以將LED亮度分為不同的等級。利用PWM（脈寬調制）可以有效地解決LED的調光問題，PWM信號的利用實質上就是利用其切換直流電壓的通斷方法，來進行電壓的強弱調整。PIC微處理器中的PWM模塊可以很簡便地對PMW信號進行設置以及控制，從而可以方便地對LED進行調光控制。如果碰上周期維持不便的情況，在LED亮度控制上可以采用脈沖的持續長度，利用占空比D來進行調節。在LED調光控制中利用PIC的PWM來控制其信號可以使流經電路的峰值電流保持一定的恒定值，在一定程度上避免了由于峰值電流的升高而產生的問題，如InGaN器件中波長移位的狀況。
3.4 利用PIC控制器實現電路中不同亮度組的調節
在PIC為控制器的應用來設計LED驅動控制電路可以對不同亮度組進行調節，在一個復雜的電路當中，我們通常會將同類的LED分成各種不同的亮度組，而要使每一組的LED的亮度不同，則需要對其各線路的電流進行不同的控制。在利用PWM信號對LED亮度進行調節的時候，必須要保證有足夠多輸入引腳。如圖5所示，3個輸入引腳可區分2的三次方個不同亮度組，即為8個亮度組。根據輸入引腳的組態選定亮度組的原理，因此我們可以對其亮度進行不同的調節。
3.5 對電路進行故障檢測
LED驅動控制電路可以對故障進行識別，當LED不工作的時候，亮度調節是起不了任何作用的，在電路中測量故障可以利用下列的方法。
如果在串聯電路中對每一個點尊都添加電流檢測電路可以很好地檢測出電路中哪里有故障，但是由于考慮到費用的問題，元件的費用和裝備的限制問題是不能忽略的，因此這個方法是并不明智。但是我們可以采取圖6的電路設計方法來進行檢測。
利用多路復用開關來使每一個二極管都可以被選取為單獨測量。由圖6中我們可以看到三個二極管電路是如何采用多路的復用開關的。利用PIC微控制器可以對復用開關進行數字控制，在每一個LED標上選用地址可以確定電流調節二極管電流大小，有利于識別整個電路哪里出現故障。
參考文獻
微控制器范文5
本文主要圍繞著基于微控制器的智能閥門定位器控制系統展開分析，探討了智能閥門定位器控制系統的設計思路和具體的設計方法，以期可以為智能閥門定位器控制系統的設計提供參考。
【關鍵詞】
微控制器；智能閥門定位器；控制系統；設計
中圖分類號：S611 文獻標識碼： A
一、前言
智能閥門定位器控制系統的設計必須要符合其使用的需要，目前，從微控制器的角度出發，對智能閥門定位器控制系統進行設計是較為科學和有效的方法，值得探討。
二、智能閥門定位器控制系統設計概述
氣動系統因其結構簡單、價格低廉、以空氣為介質，不污染環境等特點，使氣動調節閥成為工業過程控制中的一種重要的執行部件，但由于空氣介質的壓縮性大、精度小，獲得高精度的位置控制是當前氣動技術的一大難點。
閥門定位器是氣動調節閥的核心控制附件。它的智能化可以顯著改善閥門的特性，提高控制精度、速度和靈活性。目前該產品因其低功耗、總線供電、本質安全等要求大多采用進口。該器件原理為將電信號轉化為氣信號結合氣動執行機構最終來控制閥門。此外，定位器有總線供電，本質安全等要求，其關鍵技術為如何實現低功耗。
定位器能夠增大執行器的輸出功率,減少調節信號的傳遞滯后,加快閥桿的移動速度,提高調節速度,克服閥桿移動中產生的摩擦力和閥芯不平衡力,以提高調節閥的精度。通過更換反饋元件可以實現對調節閥整體流量特性的變換。
三、智能閥門定位器的特點
1、智能閥門定位器的控制精度較高
可以實現控制閥的精確控制，從而提高系統的控制水平。另外，智能閥門定位器可以方便設置閥門特性曲線，比如等百分比特性，西門子PS2系列就提供了1：25、1：33、1：50三種特性，ABB公司提供了1：25、1：50兩種特性。另外，如果用戶對定位器內置閥門特性不滿意或有特殊要求，可以通過自定義特性曲線功能進行自定義閥門特性曲線的設置。各公司智能閥門定位器提供10~20段曲線的設置。
2、省氣、節約能耗，保持氣源壓力的穩定
常規定位器的穩態耗氣量在350升/小時，智能定位器穩態耗氣量在30升/小時，一方面可節約運行成本，另一方面保持儀表風壓力的穩定，保證裝置的可靠運行。
3、調試過程簡單
對智能定位器來說，調試過程非常簡單，只需進行簡單的初始化即可。以西門子PS2為例，只需按3個按紐并設置幾個簡單參數，就可以自動完成初始化過程。更方便的是，把設置好的參數上載到計算機中，可以再通過下載成批的復制到相同工況的定位器中，大大節約人力和時間。
四、系統設計原理
閥門定位器控制系統采用89系列微控制器為核心,它接收來自調節器的設定閥門開度的電流信號(4~20mA),用這個信號與從調節閥閥桿反饋回來的實際開度信號進行比較,如果微處理器得到一個偏差信號,就利用這個信號去控制壓電閥,使一定量的壓縮空氣經過壓電閥進入到調節閥執行機構的氣室,推動閥心的移動或轉動,從而達到閥心的準確定位。閥門定位器的控制原理圖如圖1所示。
圖1閥門定位器的控制原理圖
五、系統的硬件設計
1、系統的基本組成
系統采用89系列微控制器,A/D轉換芯片ADC0808,可編程鍵盤、顯示接口芯片8279,兼有看門狗功能、電源電壓監測和EEPROM功能的X25045芯片以及標準RS-232接口轉換芯片MAX232組成基本系統。此外,還有一些基本的附加電路,如復位電路、報警電路、4~20mA電流轉換到0~5V電壓的轉換電路、壓電閥控制電路等。其電路原理圖如圖2所示。
2、A/D轉換電路
ADC0808是價格適中的逐次比較式8位A/D轉換器,可輸入8路模擬信號,在這里用IN0和IN1作為模擬信號輸入通道。ADC0808典型時鐘頻率為640kHz,每一通道的轉換時間約為100Ls.89系列微控制器與ADC0808的接口電路如圖2所示。
圖2微控制器控制系統電路原理圖
微控制器通過地址線P2.0和讀、寫控制線來控制轉換模擬輸入通道的地址鎖存、啟動和輸出允許。模擬輸入通道地址譯碼的輸入A、B、C由P010~P012提供,因為ADC0808具有通道地址鎖存功能,所以省掉了地址鎖存器74LS373,直接將P010~P012分別與A、B、C相連。例如,當要選中IN0路模擬電路送入ADC0808的時候,執行如下程序:
MOVDPTR,#0FEFFH;輸入ADC0808的地址FEFFH給DPTRMOVA,#00H;將IN0模擬電壓地址送AMOVX@DPTR,A;將A中的數據送入A、B、C,并啟動ADC0808由于閥心的移動速度很慢,所以在前向通道中無需設置采樣保持器。為了消除現場的電磁及噪聲干擾,采用復合數字濾波程序來消除采樣系統中由于干擾造成的誤差。因為ADC0808只接收模擬電壓信號,而從調節器過來的信號是4~20mA電流信號,所以ADC0808在采集調節器過來的信號前,需將4~20mA電流信號轉換成0~+5V電壓信號。其I/V轉換電路如圖2所示。
3.38279鍵盤、顯示器接口芯片與微控制器連接電路8279是專用鍵盤、顯示控制芯片,能對顯示器自動掃描;能識別鍵盤上按下的鍵號,充分提高CPU的工作效率。因此,對于此系統的按鍵和顯示電路,采用8279鍵盤、顯示器接口芯片。它為16個按鍵及8位顯示的接口芯片。將它的按鍵設置為10個數字鍵、3個字母鍵、2個功能鍵、1個小數點鍵。
六、軟件設計
1、功能鍵說明
因為調節閥有直線流量特性、百分比流量特性和快開流量特性3種基本的流量特性。當閥門定位器安裝在不同流量特性的調節閥上時,用戶可通過按鍵A、B或C分別進入直線流量特性、百分比流量特性和快開流量特性的功能程序區,從而針對不同的流量特性設置不同的參數。
2、調節閥開度顯示的設計
因為系統設計中要求0~100%的閥門開度,而通過A/D轉換后得到的是0~255的數,為此采用式(1)來把A/D轉換的數據換算成閥門的開度。
式中:X為電位器動觸點輸出轉換后的實際值;H為電位器動觸點最大行程時輸出轉換后的值,其默認值為255;h為電位器動觸點最小行程時輸出轉換后的值,其默認值為0。
通過式(1),可以為閥門定位器的電位器在現場與閥芯反饋桿的連接帶來方便。因為電位器的最大行程距離與閥芯的最大行程距離是不可能相同的,而要通過改變機械結構使閥芯的最大行程與電位器的最大行程完全匹配是相當困難的,所以,可以根據實際安裝時候閥芯的最大行程的X1來替換默認的h值。這樣就可以在閥芯的最大行程距離小于且接近電位器的最大行程距離的條件下,無論閥芯的最大行程距離是多少,都可以準確的測出閥芯的開度。從調節器過來的信號經A/D轉換后得到的數據也需通過式(1)進行轉換。所得到的設定開度與閥門的實際開度進行比較即可得出偏差,如果偏差大于所允許的誤差值(小于012%),89系列微控制器便輸出控制信號給壓電閥。
4.3數字濾波
由微控制器組成的自動控制系統中,為了減少對采樣值的干擾,提高系統的可靠性,常常采用數字濾波的方法。系統采用算術平均值濾波和中值濾波相結合的復合數字濾波。它即可消除周期性脈沖干擾,又可以消除隨機脈沖干擾。中值濾波是把幾次采樣值按一定順序排列,如從小到大排列,然后取其中間值為該次采樣值。這種方法適用于變量變化比較緩慢的過程,消除由于偶然因素造成的干擾。算術平均值濾波是把幾次連續采樣值相加求和,除以采樣次數n,所得結果作為該次采樣值。設第K個采樣周期內共采樣i次,每次采樣為xi,則該次采樣值Y(K)計算公式為
這種方法適用于周期性脈沖變化的采樣信號。
4、偏差判別與條件控制
在對閥門定位器的控制中,采用五接點開關控制算法。所謂五接點開關,是指把誤差范圍分正大、正中、死區、負中、負大五大區域,在不同區域中執行不同的動作來減小誤差。當誤差在正大或負大區時,控制器輸出連續信號給壓電控制閥,持續進氣或排氣,使行程快速變化;在正中或負中區,輸出一定寬度的脈沖信號,斷續進氣或排氣,行程緩慢改變;在死區內,不輸出信號,行程不改變。
5、程序框圖
閥門定位器控制系統的軟件主要由3部分組成。INT1中斷服務程序如圖3所示。INT0中斷服務程序如圖4所示,控制系統主程序見圖5。
七、結束語
總而言之，要想進一步提高智能閥門定位器控制系統的設計科學性，就必須要分析其系統設計的流程和方法，同時，結合微控制器的原理，設計出科學的智能閥門定位器控制系統。
【參考文獻】
[1]武自才,郭萬軍.多轉式智能閥門電動執行機構控制系統設計[J].閥門.2012(01)
[2]施健健.新型智能化、數字化調節閥應用特點[J].寧夏機械.2011(03)
[3]周紅燕,薛心喜.關于閥門定位器的研究[J].實用測試技術.2011(02)
基于微控制器的智能閥門定位器控制系統的設計
趙雁冰
天津奧美自動化系統有限公司天津300457
【摘要】
本文主要圍繞著基于微控制器的智能閥門定位器控制系統展開分析，探討了智能閥門定位器控制系統的設計思路和具體的設計方法，以期可以為智能閥門定位器控制系統的設計提供參考。
【關鍵詞】
微控制器；智能閥門定位器；控制系統；設計
中圖分類號：S611 文獻標識碼： A
一、前言
智能閥門定位器控制系統的設計必須要符合其使用的需要，目前，從微控制器的角度出發，對智能閥門定位器控制系統進行設計是較為科學和有效的方法，值得探討。
二、智能閥門定位器控制系統設計概述
氣動系統因其結構簡單、價格低廉、以空氣為介質，不污染環境等特點，使氣動調節閥成為工業過程控制中的一種重要的執行部件，但由于空氣介質的壓縮性大、精度小，獲得高精度的位置控制是當前氣動技術的一大難點。
閥門定位器是氣動調節閥的核心控制附件。它的智能化可以顯著改善閥門的特性，提高控制精度、速度和靈活性。目前該產品因其低功耗、總線供電、本質安全等要求大多采用進口。該器件原理為將電信號轉化為氣信號結合氣動執行機構最終來控制閥門。此外，定位器有總線供電，本質安全等要求，其關鍵技術為如何實現低功耗。
定位器能夠增大執行器的輸出功率,減少調節信號的傳遞滯后,加快閥桿的移動速度,提高調節速度,克服閥桿移動中產生的摩擦力和閥芯不平衡力,以提高調節閥的精度。通過更換反饋元件可以實現對調節閥整體流量特性的變換。
三、智能閥門定位器的特點
1、智能閥門定位器的控制精度較高
可以實現控制閥的精確控制，從而提高系統的控制水平。另外，智能閥門定位器可以方便設置閥門特性曲線，比如等百分比特性，西門子PS2系列就提供了1：25、1：33、1：50三種特性，ABB公司提供了1：25、1：50兩種特性。另外，如果用戶對定位器內置閥門特性不滿意或有特殊要求，可以通過自定義特性曲線功能進行自定義閥門特性曲線的設置。各公司智能閥門定位器提供10~20段曲線的設置。
2、省氣、節約能耗，保持氣源壓力的穩定
常規定位器的穩態耗氣量在350升/小時，智能定位器穩態耗氣量在30升/小時，一方面可節約運行成本，另一方面保持儀表風壓力的穩定，保證裝置的可靠運行。
3、調試過程簡單
對智能定位器來說，調試過程非常簡單，只需進行簡單的初始化即可。以西門子PS2為例，只需按3個按紐并設置幾個簡單參數，就可以自動完成初始化過程。更方便的是，把設置好的參數上載到計算機中，可以再通過下載成批的復制到相同工況的定位器中，大大節約人力和時間。
四、系統設計原理
閥門定位器控制系統采用89系列微控制器為核心,它接收來自調節器的設定閥門開度的電流信號(4~20mA),用這個信號與從調節閥閥桿反饋回來的實際開度信號進行比較,如果微處理器得到一個偏差信號,就利用這個信號去控制壓電閥,使一定量的壓縮空氣經過壓電閥進入到調節閥執行機構的氣室,推動閥心的移動或轉動,從而達到閥心的準確定位。閥門定位器的控制原理圖如圖1所示。
圖1閥門定位器的控制原理圖
五、系統的硬件設計
1、系統的基本組成
系統采用89系列微控制器,A/D轉換芯片ADC0808,可編程鍵盤、顯示接口芯片8279,兼有看門狗功能、電源電壓監測和EEPROM功能的X25045芯片以及標準RS-232接口轉換芯片MAX232組成基本系統。此外,還有一些基本的附加電路,如復位電路、報警電路、4~20mA電流轉換到0~5V電壓的轉換電路、壓電閥控制電路等。其電路原理圖如圖2所示。
2、A/D轉換電路
ADC0808是價格適中的逐次比較式8位A/D轉換器,可輸入8路模擬信號,在這里用IN0和IN1作為模擬信號輸入通道。ADC0808典型時鐘頻率為640kHz,每一通道的轉換時間約為100Ls.89系列微控制器與ADC0808的接口電路如圖2所示。
圖2微控制器控制系統電路原理圖
微控制器通過地址線P2.0和讀、寫控制線來控制轉換模擬輸入通道的地址鎖存、啟動和輸出允許。模擬輸入通道地址譯碼的輸入A、B、C由P010~P012提供,因為ADC0808具有通道地址鎖存功能,所以省掉了地址鎖存器74LS373,直接將P010~P012分別與A、B、C相連。例如,當要選中IN0路模擬電路送入ADC0808的時候,執行如下程序:
MOVDPTR,#0FEFFH;輸入ADC0808的地址FEFFH給DPTRMOVA,#00H;將IN0模擬電壓地址送AMOVX@DPTR,A;將A中的數據送入A、B、C,并啟動ADC0808由于閥心的移動速度很慢,所以在前向通道中無需設置采樣保持器。為了消除現場的電磁及噪聲干擾,采用復合數字濾波程序來消除采樣系統中由于干擾造成的誤差。因為ADC0808只接收模擬電壓信號,而從調節器過來的信號是4~20mA電流信號,所以ADC0808在采集調節器過來的信號前,需將4~20mA電流信號轉換成0~+5V電壓信號。其I/V轉換電路如圖2所示。
3.38279鍵盤、顯示器接口芯片與微控制器連接電路8279是專用鍵盤、顯示控制芯片,能對顯示器自動掃描;能識別鍵盤上按下的鍵號,充分提高CPU的工作效率。因此,對于此系統的按鍵和顯示電路,采用8279鍵盤、顯示器接口芯片。它為16個按鍵及8位顯示的接口芯片。將它的按鍵設置為10個數字鍵、3個字母鍵、2個功能鍵、1個小數點鍵。
六、軟件設計
1、功能鍵說明
因為調節閥有直線流量特性、百分比流量特性和快開流量特性3種基本的流量特性。當閥門定位器安裝在不同流量特性的調節閥上時,用戶可通過按鍵A、B或C分別進入直線流量特性、百分比流量特性和快開流量特性的功能程序區,從而針對不同的流量特性設置不同的參數。
2、調節閥開度顯示的設計
因為系統設計中要求0~100%的閥門開度,而通過A/D轉換后得到的是0~255的數,為此采用式(1)來把A/D轉換的數據換算成閥門的開度。
式中:X為電位器動觸點輸出轉換后的實際值;H為電位器動觸點最大行程時輸出轉換后的值,其默認值為255;h為電位器動觸點最小行程時輸出轉換后的值,其默認值為0。
通過式(1),可以為閥門定位器的電位器在現場與閥芯反饋桿的連接帶來方便。因為電位器的最大行程距離與閥芯的最大行程距離是不可能相同的,而要通過改變機械結構使閥芯的最大行程與電位器的最大行程完全匹配是相當困難的,所以,可以根據實際安裝時候閥芯的最大行程的X1來替換默認的h值。這樣就可以在閥芯的最大行程距離小于且接近電位器的最大行程距離的條件下,無論閥芯的最大行程距離是多少,都可以準確的測出閥芯的開度。從調節器過來的信號經A/D轉換后得到的數據也需通過式(1)進行轉換。所得到的設定開度與閥門的實際開度進行比較即可得出偏差,如果偏差大于所允許的誤差值(小于012%),89系列微控制器便輸出控制信號給壓電閥。
4.3數字濾波
由微控制器組成的自動控制系統中,為了減少對采樣值的干擾,提高系統的可靠性,常常采用數字濾波的方法。系統采用算術平均值濾波和中值濾波相結合的復合數字濾波。它即可消除周期性脈沖干擾,又可以消除隨機脈沖干擾。中值濾波是把幾次采樣值按一定順序排列,如從小到大排列,然后取其中間值為該次采樣值。這種方法適用于變量變化比較緩慢的過程,消除由于偶然因素造成的干擾。算術平均值濾波是把幾次連續采樣值相加求和,除以采樣次數n,所得結果作為該次采樣值。設第K個采樣周期內共采樣i次,每次采樣為xi,則該次采樣值Y(K)計算公式為
這種方法適用于周期性脈沖變化的采樣信號。
4、偏差判別與條件控制
在對閥門定位器的控制中,采用五接點開關控制算法。所謂五接點開關,是指把誤差范圍分正大、正中、死區、負中、負大五大區域,在不同區域中執行不同的動作來減小誤差。當誤差在正大或負大區時,控制器輸出連續信號給壓電控制閥,持續進氣或排氣,使行程快速變化;在正中或負中區,輸出一定寬度的脈沖信號,斷續進氣或排氣,行程緩慢改變;在死區內,不輸出信號,行程不改變。
5、程序框圖
閥門定位器控制系統的軟件主要由3部分組成。INT1中斷服務程序如圖3所示。INT0中斷服務程序如圖4所示,控制系統主程序見圖5。
七、結束語
總而言之，要想進一步提高智能閥門定位器控制系統的設計科學性，就必須要分析其系統設計的流程和方法，同時，結合微控制器的原理，設計出科學的智能閥門定位器控制系統。
【參考文獻】
[1]武自才,郭萬軍.多轉式智能閥門電動執行機構控制系統設計[J].閥門.2012(01)
微控制器范文6
近日，意法半導體宣布STM32F4系列微控制器產品上市。作為STM32平臺的新產品，STM32F4系列基于最新的ARMCortex-M4內核，在現有出色的STM32微控制器產品組合中新增了信號處理功能，并提高了運行速度。
“STM32F4系列引起市場關注有多方面的原因，其中最直接的原因為該系列是迄今性能最高的Cortex-M微控制器，且已上市。意法半導體量產的STM32微控制器平臺擁有250佘種兼容產品、界最好的應用開發生態系統、以及出色的功耗和整體功能。F4系列是STM32產品家族的頂級產品，目前，意法半導體的Cortex-M微控制器共有4個產品系列：STM32F1系列、STM32F2系列和SqWl32L1系列，這3個系列均基于Cortex-M3內核；新的F4系列基于Cortex-M4內核?！盋laudeDardanne表示。
除引腳和軟件兼容高性能的F2系列外，F4的主頻(168MHz)高于F2系列(120MHz)，并支持單周期DSP指令和浮點單元、更大的SRAM容量(192KB，F2是128KB)、512KB一1MB的嵌入式閃存以及影像、網絡接口和數據加密等更先進的外設。意法半導體的90nmCMOS制造技術和芯片集成的ST實時自適應“ART加速器”實現了領先的零等待狀態下程序運行性能(168MHz)和最佳的動態功耗。
意法半導體現有的$3W132產品適合各種應用領域，包括醫療服務、銷售終端設備(POS)、建筑安全系統和工廠自動化、家庭娛樂等。意法半導體正在利用新的STM32F4系列進一步拓寬應用范圍。STM32F4的單周期DSP指令將會催生數字信號控制器(DSC)市場，數字信號控制器適用于高端電機控制、醫療設備和安全系統等應用。新的STM32F4系列的引腳和軟件完全兼容STM32F2系列，如果STM32F2系列的用戶想要更大的SRAM容量、更高的性能和更快速的外設接口，則可輕松地從F2升級到F4系列。此外，目前采用微控制器和數字信號處理器雙片解決方案的客戶可以選擇STM32F4，其在一個芯片中整合了傳統兩個芯片的特性。
