基于单片机的自整角机转角测量研究
基于单片机的自整角机转角测量研究
李友毅1, 2, 3 , 李小奇3 , 雷文生3 , 童彭年3
(1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;
2. 中国科学院研究生院,北京100039;
3. 空军航空大学军事仿真技术研究所,吉林长春130022)
摘要: 介绍了一种基于单片机的自整角机转角测量方法,该方法省略了自整角机/数字转换器( SDC)和
交流激磁电源,直接利用单片机进行激磁和采样来确定自整角机的转角,不仅硬件系统组成简单、满足测
量精度,降低系统开发成本,而且,提高了系统的可靠性。
本方法已经应用到航空仪表伺服控制系统中。
关键词: 自整角机; 单片机; 自整角机/数字转换器; 转角测量
中图分类号: TM932 文献标识码: A 文章编号: 1000 - 9787 (2006) 03 - 0015 - 03
Research on measur ing rotation angle of synchro based on
single chip processor
L I You2yi1, 2, 3 , L IXiao2qi3 , LE IWen2sheng3 , TONG Peng2nian3
( 1. Changchun In stitute of Optics FineMechan ics and Physics, Ch inese Academy of Sc iences,
Changchun 130033, Ch ina;
2. Gradua te School, Ch inese Academy of Sc iences, Be ijing 100039, Ch ina;
3. In stitute ofM ilitary S imula tion Technology, Av ia tion Un iversity of A ir Force, Changchun 130022, Ch ina)
Abstract: A new method of measuring rotation angle of synchro is introduced, which is based on single chip
p rocessor. This method elides the synchro /digital converter ( SDC) and AC power supp ly. It only utilizes single
microchip directly to realize the function of measuring angle. The circuit is very simp le in structure and it can
satisfy the accuracy ofmeasuring rotation angle, so it can not only decrease the cost of the entire system, but also
increase the reliability of the system. At p resent, the method has been used in the serve2control of the flight
instruments.
Key words: synchro; single chip p rocessor; synchro /digital converter ( SDC) ; measuring rotation angle
0 引言
自整角机是一种感应式机电元件,它广泛应用在飞行
器姿态控制、导弹控制、雷达天线跟踪、智能仪表等角位置
控制系统中,以完成角位移的检测、传输、接收和变换等功
能。
当自整角机作为角度传感器使用时,它的输出端输出
与所测转角成一定函数关系的交流电压。
近年来,在工业
机器人、数控机床、计算机辅助制造(CAM)等方面,此类控
制电机也得到了广泛应用。
为适应测量、伺服系统数字化
的要求,需要把自整角机的模拟输出信号转变为数字信号再进行处理。
当前,比较通用的方法是在自整角机与计算机之间采用数字角度转换芯片,将自整角机的模拟输出信号直接转换为数字角度。
采用数字转换芯片的电路相对复杂,而且,数字芯片均为国外制造,价格不菲。
本文将在分析现在通用的自整角机转角信号转换方法的基础上,提出收稿日期: 2005 - 11 - 01
一种新的自整角机转角测量方法。
该方法利用单片机直接对自整角机进行激磁和采样,采样信号经过软件算法处理可以实现数字角测量的目的,测量分辨力能达到0. 1°。
该方法仅用2个电阻器和单片机即可实现,省略交流激磁电源、解调器和A /D变换器等中间器件,极大地简化了系统电路组成,降低了开发成本,而且,提高系统的可靠性。
目前,此方法已经成功应用到航空仪表驱动过程中。
1 自整角机测角原理[ 1]
在______控制系统中。
利用8098单片机的角位移检测系统
利用8098单片机的角位移检测系统
李杰;戴文瑞
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】1995(000)002
【摘要】本文介绍一种以8088单片机为核心，以自整角机为检测元件的角位移检测系统。
利用sinθ和cosθ的互补关系，合理的硬件设计和卡尔曼滤波器等软件处理，从而获得高精度的角位移检测系统。
实践证明这种检测方法具有精度高、反应快、检测信号稳定等特点。
【总页数】4页(P31-34)
【作者】李杰;戴文瑞
【作者单位】燕山大学计算机系，河北省秦皇岛市066004;燕山大学计算机系，河北省秦皇岛市066004
【正文语种】中文
【中图分类】TP216
【相关文献】
1.基于传感器的角位移检测系统设计与实现 [J], 张世海;韩泽伟;孙昕;韩云东
2.线阵CCD小幅角位移实时检测系统 [J], 李高勇;孙志宏
3.线阵CCD小幅角位移实时检测系统 [J], 李高勇;孙志宏
4.基于对比检测法的角位移传感器检测系统 [J], 李鹭翔; 朱维斌; 黄垚; 薛梓; 叶树亮
5.利用自整角机的一种新型高精度角位移检测系统 [J], 李惠光;慈春令;侯培国
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自整角机轴角测量模块的设计
（ ｅａｔ ｎ ｆＣ ｎｒｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ａ ｉｔ ｎＵ ｉｅｓ ｙｏ ｉ Ｆ ｒｅ Ｃ ａ ｇｈ ｎ １０ ２ ， ｈｎ ） Ｄ ｐｒ ｍｅ ｔ ｏ ｔ ｇｎｅｉ ， ｖａｉ ｎｖ ｒｉ ｆ ｒ ｏ ｃ ， ｈ ｎ ｃ ｕ ３０ ２ Ｃ ｉａ ｏ ｏＥ ｎ ｏ ｔ Ａ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＲＳ ３２ ｉｔ ｒａ ｅ；ｓｎ ｌ— ｈ ｐ ｃ ｍｐｕｅ ；ａ ｉ— ｎ ｌ ｅ ｓ ｒｎｇ ｍｏ ｕ ｅ；ｓ ｎ ｈｒ ｉｅ ２ ｎ ｅｆ ｃ ｉ ｇｅ ｃ ｉ ｏ ｔｒ ｘ ｓａ ｇｅ ｍ ａ ｕ ｉ ｄｌ ｙ ｃ ｏｎｚ ｒ
０ 引 言
个定子绕 组就会产
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉｅ Ｓ ｏ ｅ ｓ ｄ ｆｒ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ｘ ｓａ ｇｅ ｂ ｃ ｕ ｅ ｏ ｔ ｉ ｌ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｈ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｒ ｉ ｆ ｎ ｕ ｅ ｈ ａ ｕ ｅ ｎ ｆ ａ ｉ— ｎ ｌ ｅ ａ ｓ ｆ ｉ ｓｍｐ ｅ ｔ ｔ ｒ ， ｔ ｏ ｓ ｕ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｈ ｇ ｒｃ ｓ ｎ Ｔ ｅ ｍｏ ｕ ｅ ｕ ｅ ｏ ｍｅ ｓ ｒ ｈ ｘ ｓａ ｇｅ ｏ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｒ ｎ ｗ ｓ ｃ ｍｐ ｅ ｎ ｅｉ ｉ ｔ ｎ ｉｈ ｐ ｅ ｉｉ ． ｈ ｄ ｌ ｓ ｄ ｔ ａ ｕ ｅ ｔ ｅ ａ ｉ—ｎ ｌ ｆ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉｅ ｏ ｉ ｏ ｌｘ ａ ｄ ａ ｉ ｏ ｉ ｃ ｎ ｅ ｉ ｎ ｏ ｓ ｎ ｘ ｅ ｓｖ ． ｍｅｈ ｄ ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｅａ ｉ— ｎ ｌ ｔ ａ ｅｓ ｎ ｈ ｏ ｉｅ ｓｅ ｃｔ ｄ ｂ ｎ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔｆｒｕ ｅａ ｄ ｅ ｐ ｎ ｉｅ Ａ ｔ ｏ ｓ ｎｒ ｕ ｅ ｇ ｔ ｈ ｓ ａ ｇｅ ｈ ｔ ｈ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｒｉ ｘ ｉ ｙ ｏ ｏ ｔ ｘ ｔ ｅ
基于单片机的步进电机转角定位控制系统
基于单片机的步进电机转角定位控制系统步进电机在现阶段的工业生产实践中发挥着重要的作用，明确步进电机在生产实践中的价值，了解其使用的标准程序，这于步进电机的合理应用有显著的效果。
针对步进电机的应用实践做分析可知其转角定位控制系统的作用发挥效果和自身的价值表达有显著的关系，所以在诸多应用中，需要基于生产实践对自身的转角定位控制系统做优化和调整。
在系统优化和调整的过程中，单片机的利用会让系统优化效果更佳，因此在单片机的应用根底上讨论研究步进电机转角定位控制系统，这可以为系统设计优化和建设实施提供更有效的参考与帮助，以下是基于单片机的控制系统分析。
一、转角控制硬件电路设计〔一〕转角控制工作原理基于单片机的具体利用对步进电机的转角定位控制系统做详细的分析可知其根本控制原理为：单片机的定时器中断可以产生驱动步进电机的驱动信号，该信号利用可以使步进电机出现角位移。
分析步进电机的现实利用，角度编码器会与其转轴连接，所以当步进电机处在不同位置的时候，其可以产生与角度具有对应性的电压输出。
电压信号被送入到单片机之后，单片时机利用自带的A/D转换功能实现模拟电压量的数字化。
利用大量的实验测试分析角度值与转化后的数字量对应关系，然后基于MATLAB软件做角度和A/D转换后数字量之间的函数关系拟合。
基于拟合的函数关系对单片机然间程序当中的驱动脉冲信号等进行修正控制，这样可以实现精准的角度控制。
总而言之，对转角控制工作的原理做详细的分析，了解控制工作实施的具体过程和细节，这对于控制系统的设计优化有重要的意义。
〔二〕电路设计在步进电机转角定位控制系统的具体应用中，要保证应用效果，需要有稳定的可利用电路，所以做好电路的设计也非常的必要。
基于实践分析可知在硬件电路的具体设计中，以下内容要重点强调。
第一是角度输入电路的预设。
此电路设计主要实现的手段为按键控制。
在设计实践中，可以基于单片机的端口线构建键盘，然后配置按键，之后利用按键进行期望的旋转角度值输入并对系统进行操控。
高精度自整角机轴_角测量系统设计
理, 即得:
44卷
F1 = 1 / 2 Vm2 s in
F2 = 1 / 2 Vm2 cos
( 5)
由滤波器输出值 ( 5) 可知, 通 过直角坐标 - 极
坐标转换即可计算出所求的轴 /角测量信号 。设计 中我们可通过预先计算 arctan , 即可通过查找表的 方式求旋转角度。由于所求的旋转角 值取值范围
析。本设计重点研究了轴 /角测量的一种全数字信号处理 方法, 在 FPGA 器 件上实现了 系统的时序 控制、数字 混频、
F IR 滤波器和轴 /角转换等模块的数字电路设计, 保证了系统的抗干扰性和可靠性。设计仿真与分 析结果表明, 采用
14位数字输出可获得 1 3 的轴 /角测量精度, 满足了自整角机轴 /角测量的高精度设计要求。
轴角信号的数字化, 系统组成如图 1所示。
自整角机相对于轴线旋转 角时, 形成一组自
整角信号, 经过数字转换器可解算出数字化角度 :
V1 = Vm sin t sin
V2 = Vm sin t sin( - 120 )
( 1)
V3 = Vm sin t sin( - 240 )
收稿日期: 2010 07 13 基金项 目: 安 徽 省 教 育 厅 自 然 科 学 重 点 科 研 计 划 项 目 资 助 ( 2009A JZR0606 ) , 合 肥 工 业 大 学 青 年 发 展 基 金 项 目
0C 78
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基于自整角机数字转换器SDC1742的轴角检测电路设计
基于自整角机数字转换器SDC1742的轴角检测电路设计摘要:本文介绍了高精度自整角机数字转换器SDC1742模块的主要特点和工作原理,并给出了该模块在轴角检测电路中的软硬件设计,实现了将三相模拟信号转换成数字信号的功能。
关键词:数字转换器SDC1742 检测自整角机自整角机是一种能对角位移或角速度的偏差自动整步的感应式控制电机,自整角机被广泛应用于随动控制系统中。
自整角机数字转换器(又称为同步机数字转换器,Synchro Digital Converter,SDC)用于将自整角机发出的对应于旋转角度或角速度的模拟电压信号转换成数字信号输出。
SDC专用芯片的产生,改变了自整角机的应用形式。
SDC专用芯片产生之前,需要两台自整角机配合使用,然后输出与自整角机失调角对应的电压。
SDC专用芯片产生之后,只需要一台自整角机。
自整角机的励磁绕组的引线、三相整步绕组的引线都直接接入SDC专用芯片,该芯片就会输出偏离电气零位的角度的数字信息。
1 工作原理及引脚功能SDC1742是一款混合式12位连续跟踪自整角机数字转换器。
在这款混合器件的内核中,转换过程由基于ADI专有BiMOS II工艺制成的一个单芯片IC完成,在同一芯片中有机地结合了CMOS逻辑和双极性高精度线性电路的优势。
通过内部隔离微变压器实现信号与基准电压输入之间的真正隔离。
12位数字字采用三态数字形式,由2个字节构成。
通过最高有效8位和最低有效4位分别配置ENABLE输入,不但简化了将一个器件以多路复用方式连接至单个数据总线的过程,同时为INHIBIT输入提供了支持,无需中断跟踪环路的操作。
上电后,SDC1742芯片内部模块处于工作状态,接收自整角机励磁绕组和整步绕组的交流信号输入,在芯片内部转变成为正弦信号和余弦信号,输入数字转换器进行转换后送入输出锁存器,进而送到输出引脚。
模块并行输出的12位数码随着自整角机轴的旋转而发生变化。
在数字转换完成后,BUSY端送出低电平,表示SDC输出的数字码有效,允许单片机或DSP等器件将数字码取走。
基于AVR单片机的角度测量系统研究
基于AVR单片机的角度测量系统研究摘要：随着科学技术的进步，特别是以传感器技术、通信技术和计算机技术为基础的现代信息技术的发展，数据采集技术的发展也是日新月异。
各类设备的自动化、智能化程度越来越高，人力逐渐得到解放，效率得到了提高。
我们所研究的角度测量系统属于数据采集系统，其目的是迅速稳定的得到我们想要的角度值，从而完成其他控制。
本文主要对其硬件部分进行了一点研究。
关键词：数据采集角度测量 avr单片机中图分类号：tp274 文献标识码：a 文章编号：1007-9416(2012)02-0077-021、引言角度测量是数据采集的一种。
数据采集是指将温度、压力、流量、负荷、位移等模拟量采集并转换成数字信号,送入处理器进行存储、处理和输出结果的过程。
数据采集系统的任务是采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号,然后送入计算机或专用信号处理设备进行处理，按需要输出处理结果[1]。
在本文中，主要是利用光电编码器对一些不便于人工测量或者人工测量效率较低的角度值进行测量，输出若干位的2进制代码，传输给单片机，再由单片机传输给显示端显示。
2、系统总体设计系统总体设计思想是以avr单片机atmega16为控制核心, 实现数据的存储、传输和显示。
根据系统所需完成的功能,包括数据的采集、处理、传输、显示以及数据通信、键盘/显示等。
所设计的系统总体结构如下图所示。
3、系统硬件设计3.1 光电编码器光电编码器又称光电角位置传感器，是一种集光、机、电为一体的数字式角度、速度传感器，它采用光电技术将轴角信息转换成数字信号，与计算机和显示装置连接后可实现动态测量和实时控制[2]。
这是目前应用最多的一种传感器，由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
基于AVR单片机的角度测量系统研究
基于AVR单片机的角度测量系统研究角度测量在现代工业和科技中是非常重要的，而基于AVR单片机的角度测量系统是一种常见的解决方案。
该系统涉及了一些硬件和软件技术的应用，下面将对其进行详细介绍。
硬件部分设计：硬件部分主要包括传感器、数据采集电路、单片机和驱动电路四个部分。
1. 传感器：角度感测器普遍使用旋转式非接触式磁性传感器。
该传感器可感应到磁性盘上的磁极，交替产生高电平和低电平，从而产生一定频率的脉冲信号，其周期与磁性盘上的磁极数和旋转角度有关。
2. 数据采集电路：数据采集电路主要包括电路板和电源电路，其功能在于将角度感测器的信号变为可处理的数字信号，以传输到单片机进行处理。
该电路的设计需要考虑抗干扰能力、精度和稳定性等方面的参数。
3. 单片机：主控单片机可选用Atmel公司的AVR系列单片机，通过捕捉角度感测器的脉冲信号进行计数和处理，从而输出角度数据。
4. 驱动电路：驱动电路主要是将单片机输出的数据转化为人可读的显示输出，比如LED等。
软件部分设计：AVR单片机上的角度测量系统的软件部分包括中断程序、计算程序和数据显示程序。
1. 中断程序：中断程序用于捕捉角度感测器传来的脉冲信号，记录下来该信号每次出现的时间，并进行中断处理。
这些中断脉冲的数量，即可以通过所控件60Hz的脉冲进行校准，计算得到旋转角度。
2. 计算程序：计算程序用于将捕捉到的中断信号计算成角度。
通过使用公式θ= n×360 / T ，其中n代表脉冲个数，T代表相邻两个中断时间的时间差，计算得到角度数据。
3. 数据显示程序：数据显示程序主要用于将已经计算好的角度数据存放在单片机的内存中，并在驱动电路的帮助下显示出来。
总结：基于AVR单片机的角度测量系统是一种应用非常广泛的解决方案，主要应用于工业，医疗和军事领域，能够实现精确的角度测量。
其硬件设计固然重要，但软件部分的设计也是至关重要的。
了解其整体工作原理，可以帮助让我们更好地理解其在实际应用中的使用和维护方式，也有助于我们有能力进行该系统的进一步升级和优化，以满足不同场景中的需求。
(完整word版)单片机实现舵机转角控制
舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。
它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。
最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。
当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。
舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。
一般舵机的控制要求如图1所示。
图1 舵机的控制要求单片机实现舵机转角控制可以使用FPGA、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号，但FPGA成本高且电路复杂。
对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电压，但是需要50Hz(周期是20ms)的信号，这对运放器件的选择有较高要求，从电路体积和功耗考虑也不易采用。
5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载的测控系统而言，电源和其他器件的信号噪声都远大于5mV，所以滤波电路的精度难以达到舵机的控制精度要求。
也可以用单片机作为舵机的控制单元，使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高舵机的转角精度。
单片机完成控制算法，再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机，由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件计数，所以受外界干扰较小，整个系统工作可靠。
单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM 周期信号，本设计是产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。
当系统中只需要实现一个舵机的控制，采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时中断。
这样既节省了硬件电路，也减少了软件开销，控制系统工作效率和控制精度都很高。
基于单片机的角度测量仪的设计
文章编号:1673-1255(2005)02-0060-04基于单片机的角度测量仪的设计杨凤年1,何文德1,刘光灿2(1.长沙学院计算机系,湖南长沙410003;2.北京理工大学光电工程系,北京100081)摘 要:分析了基于A T89S51单片机的角度测量的硬件组成、电路设计原理.给出了主函数的工作流程和源代码.设计样机已通过多种环境实验的测试.关键词:单片机;A T89S51;角度测量;C51中图分类号:TP302.7 文献标识码:ADesign of Angle Measuring Device B ased on Monolithic MicroprocessorYAN G Feng 2nian 1,HE Wen 2de 1,L IU Guang 2can 2(1.Depart ment of Com puter Science and Technology ,Changsha U niversity ,Changsha 410003,China ;2.Depart ment of Optical Engineering ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China ) Abstract :The hardware structure and principles of the circuit design of the angle measuring device based on A T89S51are analyzed.The flow chart and source code of the main function on C51are provid 2ed.The samples has passed many environment tests.K ey w ords :monolithic microprocessor ;A T89S51;angle measuring ;C51 角度测量仪是某控制系统中瞄准装置的关键部件.在以往的控制系统中,多数都是仅凭设备操作人员眼睛瞄准指定目标,然后作出相应的控制,这样就带来一系列问题,如操作人员的经验、瞄准装置转盘的空回都可能会严重会影响瞄准目标的精确程度,从而严重影响控制系统的精度.为了提高控制系统的瞄准精度,在控制系统的瞄准装置中增加了角度测量仪部件,操作人员瞄准目标后的角度值能够精确定量地显示在操作面板上,帮助操作人员更加准确地瞄准目标,因此,极大地提高了控制系统的控制精确度.角度测量仪利用光电编码器读取角度值,采用A T89S51单片机实现角度值数码显示、角度值偏差范围的发光二极管指示功能(有三个指示灯,分别指示:偏高、偏低、适中).不论在操作的复杂程度上还是在测量的精度上,都是传统的眼瞄方法、刻度测量及标识方法无法比拟的.作为某控制系统的瞄准装置的重要技术改进,此仪器的应用大大提高了控制系统瞄准的精度,增加瞄准偏差范围的可读性,淘汰了传统的用刻度测量和标识角度的方法,使该控制系统的整体性能得到了显著提高.此外,该角度测量仪只要稍作改动即可广泛用于其它工业控制系统中.1 硬件基本原理首先,角度测量仪利用单片机读取光电编码器测出的角度值,再将角度值转换成密位值并显示在数码屏上(注意:密位(mil )是一种角度单位,密位100=角度6°).单片机判断当前角度值的偏差范围,给出控制信号点亮相应的发光二极管指示灯.此外,角度测量仪还可以通过控制面板上的开关控制实现瞄准镜照明和低温环境下瞄准镜自动除霜功能.单片机的主要功能是实现角度值数码管显示、角度值范围的发光二极管指示.该系统的难点在于确保角度值转换成密位值收稿日期:2005-01-24作者简介:杨凤年(1966-),女,工学硕士,高级工程师,研究方向为计算机系统结构和嵌入式系统.第20卷第2期2005年4月 光电技术应用EL ECTRO -OPTIC TECHNOLO GY APPL ICA TION Vol.20,No.2 April.2005图1 电路模块图的转换精度和系统在非常温环境下的工作可靠性.硬件分为以下几个模块:控制面板、单片机、光电编码器、电源、数码显示器、发光二极管匹配指示装置、周视镜与直瞄镜照明与除霜,如图1所示.1.1 单片机的选用首先,根据项目的需求分析可以得知单片机要完成的主要功能是:从光电编码器(数据总线宽度是15位)读取角度值后,将该角度值与系统预设的角度值比较,判断瞄准的角度值范围,点亮相应的指示灯.然后将从光电编码器读得的角度值转换成密位值,发送给串行L ED显示驱动器MAX7219,显示在L ED显示器上.从以上分析可以得知,适合此需求的单片机至少应具备3个8位并行I/O端口(其中光电编码器占用2个端口,其它占用1个端口),才能有效工作.众所周知,产品的品质等级通常分为三级:军用级、工业级和商用级,其中,军用级等级最高,商用级等级最低.由于此工业控制设备通常在户外作业,工作环境比较恶劣,故单片机的品质的等级也是需要考虑的一个重要因素.目前,MCS-51系列单片机技术成熟,开发所用的教材和技术资料多,开发工具齐全,市场上产品种类丰富、性价比较高、购买容易,开发语言简单易学(可以用汇编或C51),因此,该系列产品应用广泛,经久不衰.经过综合考虑,单片机采用A TM EL公司生产的A T89S51芯片(MCS-51系列单片机的工业级产品),兼容MCS51微控制器,4K字节FLASH存贮器支持在系统编程(ISP)1000次擦写周期,128字节片内RAM,工作电压4.0V到5.5V,全静态时钟0Hz到33MHz,三级程序加密,4个8位的可编程I/O端口,2/3个16位定时/计数器,6/8个中断源,全双工UAR T,低功耗支持Idle和Power down模式,Power down模式支持中断唤醒,双数据指针,上电复位标志.A TM EL公司生产的89系列单片机在工业、交通、仪器仪表、自动生产过程、航空、运输、汽车、家电等领域都有着极及其广泛的应用.所选型号为A TM EL公司的A T89S51-24PI,工业级.能适应-45℃～+80℃环境工作.单片机的I/O端口资源分配是:P0和P2口分配给光电编码器,P1口分配给显示驱动和匹配指示发光二极管控制以及MAX813.1.2 单片机主要外围电路的设计监控电路:为了提高单片机在恶劣环境下的可靠性,必须采用μP监控电路来增加单片机的稳定性和抗干扰能力.硬件监控电路有以下功能:(1)上电复位:保障系统加电时能正确地启动.(2)掉电复位:当电源失效或电压降到某一电压值以下时,产生复位信号对系统进行复位.(3)看门狗定时器:当处理器遇干扰,程序运行混乱产生“死锁”时,对系统复位.此处采用MAXIM 公司的军用级芯片MAX813LMJA.显示驱动电路:为了节省单片机I/O口资源,降低单片机的计算量,选用串行L ED显示驱动器MAX7219.它能控制8位共阴级L ED数码管,具有16级亮度控制、译码灵活,上电发光二极管全熄、只占用三根单片机I/O口线等优点.单片机及主要外围电路的原理如图2所示.图2 电路原理图1.3 单片机与外围器件的数据通信单片机与光电编码器:因为光电编码器获得角度值的速度远大于单片机的工作速度,所以,单片机可以认为光电编码器上的数据总是处于16第2期 杨凤年等:基于单片机的角度测量仪的设计 “准备好”状态,单片机随时可以读取有效数据,16位的角度值分成高8位和低8位两次读取,它们之间的数据是并行无条件传送.单片机与MAX7219:从单片机和MAX7219的工作速度来看,CPU 两次发送数据给MAX7219的时间间隔,足以保证单片机访问MAX7219时,MAX7219总是处于“准备好”状态.而MAX7219又是串行L ED 显示驱动器,因此,单片机与MAX7219的数据传送是串行无条件传送.单片机与MAX813:因为单片机向MAX813发送数据时,MAX813只等待接收单片机的初始化数据而并无其它的工作其工作速度足够快,可以认为MAX813总是处于“准备好”状态.因此,单片机与MAX813的数据传送也是串行无条件传送.2 软件设计原理角度测量仪启动工作后,单片机的工作过程是:系统启动后,初始化外部看门狗,初始化显示驱动芯片MAX7219,给看门狗计数器赋初值,读取光电编码器获取的角度值,当角度偏差值处在某一特定范围时,单片机发出控制信号点亮与该范围相对应的指示灯,将当前的角度值转换成密位值显示在数码屏,又重新给看门狗计数器赋初值,进入下一个工作循环.主函数的工作流程如图3所示.图3 主函数流程图 请注意,流程图中,带双线边的矩形框表示该部分为函数.在本课题的软件设计中,采用了C51编程语言,因为用C51编程不仅效率高,而且可读性很强.下面给出主函数的源代码.void main (void ){WDI =0; //初始化看门狗InitMax7219();//初始化MAX7219的函数while (1){WDI =1; //“喂狗”WDI =0;//“喂狗”G etAngle ();//读角度值的函数MachView ();//指示灯匹配显示的函数G etMil ();//计算密位值的函数DisplayMil ();//显示密位的函数}}在主函数调用的几个函数中,InitMax7219()的功能是初始化L ED 显示驱动器MAX7219,单片机向MAX7219发送消影控制、亮度、扫描范围、译码方式信息.G etAngle ()的功能是从光电编码器读角度值,先读高8位,再读低8位,然后将高8位和低8位合并,最后舍去最低位(光电编码器的有效数据是15位).MachView ()的功能是角度偏差指示灯匹配显示,将该角度值与系统预设的角度值比较,判断瞄准的角度值是偏高、偏低还是适中.如果角度值偏高,那么单片机就发出控制命令,使偏高指示灯亮,如果偏低,则令偏低指示灯亮,否则令适中指示灯亮.值得注意的是,计算密位值的函数G etMil ()的代码编写,要考虑角度的转换精度,在本课题中,采用了C51中的long 型变量来分别存放密位的整数和小数部分,并将角度的小数部分放大十万倍后参加运算,保证转换精度.DisplayMil ()的功能是驱动MAX7219显示密位.首先显示密位,判断此角度是否进入预设区,如果是,熄灭符号灯,各位显示“0”;如果没有,判断角度值是否为负,如果是,显示负号,如果是正,不显示负号,然后将角度值显示在L ED 显示屏上.26 光 电 技 术 应 用 第20卷由于篇幅所限,程序的源代码没有给出.3 结束语为了使角度测量仪能在各种可能的恶劣环境下(如高温、低温、振动等环境)正常工作,在整个设计过程中,要着重考虑的问题是硬件的可靠性和软件的可靠性.设计时的注意事项如下:(1)电源芯片的额定功率选择要留有余量.(2)元器件选择工业级或军用级产品.(3)采用硬件看门狗方案,防止单片机程序锁死.本课题设计的样机已处于测试阶段,目前已通过了常温和多种环境试验的测试.参 考 文 献1 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社,2002.231-2402 徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言C51Windows环境编程与应用[M].北京:电子工业出版社,20013 Atmel Corporation.8-bit Microcontroller With4K Bytes In-System Programmable Flash[M],Atmel Corporation,20014 G etting Started and Greating Applications User’s Gui2 de[M].K eil Elektronik GmbH.and K eil S oftware,Inc, 20005 C51Compiler User’s Guide[M].K eil Elektronik GmbH.And K eil S oftware,Inc,2000简讯:法国的Scorpio轻型红外探测器 法国S ofradir公司投入市场的先进的高分辨率红外探测器Scorpio主要用于国土安全、军事及政府应用等领域。
基于单片机的自整角机转角测量研究
一种新的自整角机转角测量方法 。该方法利用单片机直接 对自整角机进行激磁和采样 ,采样信号经过软件算法处理 可以实现数字角测量的目的 ,测量分辨力能达到 0. 1°。该 方法仅用 2个电阻器和单片机即可实现 ,省略交流激磁电 源 、解调器和 A /D 变换器等中间器件 ,极大地简化了系统 电路组成 ,降低了开发成本 ,而且 ,提高系统的可靠性 。目 前 ,此方法已经成功应用到航空仪表驱动过程中 。 1 自整角机测角原理 [ 1]
第 3期 李友毅等 :基于单片机的自整角机转角测量研究 17
理 [4 ] 。如果需要 ,采样的数据经过单片机的通信模块送给 PC计算机进行分析处理 。 3. 2 自整角机的激磁
在把自整角机作为模拟测量元件使用时 ,需要交流电 源来对自整角机转子绕组或者定子绕组进行激磁 ,而且 ,对 激磁信号的波形要求比较苛刻 ,额外增加了系统消耗 。在 本方法中省略交流电源 ,利用单片机 I/O 引脚输出电流方 波脉冲 ,直接对自整角机转子绕组进行激磁 ,具体原理如 下:
收稿日期 : 2005 - 11 - 01
16 传 感 器 与 微 系 统 第 25卷
右 。这种芯片随性能指标的不同价格从几十美元到几百美 元不等 ,芯片的使用增加了系统的开发成本 。另外 ,利用角 度转换芯片需要附加电源 ,并且 ,对电源的要求比较苛刻 , 也增加了系统电路的功耗和复杂程度 [3 ] ,降低了可靠性 。
图 1 自整角机测角原理
F ig 1 Pr inc iple d iagram of m ea sur ing angle of synchro 自整角机的转子绕组轴线上 。它将在自整角机定子的三相
绕组中产生变压器感应电动势 。感应电动势的大小取决于
各相绕组和激磁绕组轴线之间的相对位置 ,如图 1 所示 。