第六章+微控制器的电气接口 ppt课件
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● I2C接口——双线接口, 一根I/O线为时钟信号线发数据, 另一根 I/O线为数据传输线，速度稍快。
● SPI接口——三线接口，串行时钟、中级
2020/12/27 光电隔离
串行接口
9
6.2.2 与电源接口
2020/12/27
10
主要参考文献： （1） [美] 丹尼斯. 克拉克等著，宗光华等译，机器人设计与控制，科学出版社，
● LM629 的梯形速度图发生器用于计算所需的梯形速度分布图。 在位置控制方式时，主处理器送来加速度、最高转速、最终位 置数据，LM629 利用这些数据计算运行轨迹。在电动机运行 时，除了加速度，其余参数允许更改。
● LM629在速度控制方式时，电动机用规定的加速度加速到规定 的速度，并一直保持这一速度，直到新的速度指令执行。如果 速度存在扰动，LM629 可使其平均速度恒定不变。
2020/12/27
1
➢ BASIC Stamp 2（BS2 ）微控制器特点
● 微控制器和开发软件价格低廉 ● 编程器接口集成于微控制器上 ● 集成+5V的电压调节器，输出电流为100mA ● 采用全特性的PBASIC语言作为编程语言 ● RS-232编程/调试接口 ● 有几千个应用实例可以借鉴和选择 ● 非常好的售后支持（ Parallax公司）
5
➢ LM629微控制器的结构
LM629 的系统框图
2020/12/27
LM629 的硬件结构图
6
➢ LM629微控制器的工作原理及应用
● LM629通过I/ O口与主处理器通讯,输入运动参数和控制参数， 输出状态和信息。
● LM629的编码器A、B信号逻辑状态每变化一次，内置的位置 寄存器就会加(减) 1 。A 、B、Z 信号同时低电平时，就产生一 个Index 信号送入Index 寄存器，记录电动机的绝对位置。
➢ BS2 的不同款式和性能指标
2020/12/27
2
➢ BS2 的引脚布局和扩展电路
芯片引脚布局 2020E/1d2u/2c7ation公司的USB口
程序开发板
BS2 扩展电路
3
➢ BS2 微控制器的应用建议
● BS2的VDD的引脚提供一个外部的5V稳压电源，因为通 过PIC的I/O引脚的电流过大时稳压器会烧坏。
2020/12/27
4
6.1.2 LM629 微控制器简介
LM629 是National Semiconductor 生产的一款电机专用运 动控制处理器，一个芯片内集成了数字式运动控制器的全部 功能，能完成数字运动控制中的高精度实时计算任务。
该控制器可用于直流、无刷直流电机及其它可提供增量式 位置反馈信号的伺服机构，使得设计一个快速、准确的运动 控制系统的任务变得轻松、容易
● 施加在芯片上的电压很高时， BS2的I/O引脚很可能受到 损坏，预防办法是无论I/O引脚上连接何装置，都给它串 接一个220欧姆的电阻，以限制流过I/O引脚的电流。
● BS2提供了“-RES”引脚，因而不需要外部复位控制， 只需安装一个按钮，当按下按钮时该引脚接地，则BS2就 复位。
● 给BS2系统做一个编程接口，可使在写程序时不用来回拆 卸BS2，以减少I/O引脚的磨损，延长BS2的使用寿命。
➢ LM629微控制器特点Baidu Nhomakorabea
● 内部有32 bit 的位置、速度和加速度寄存器
● l 6 bit 可编程数字PID 控制器;
● 8 bit 分辨率的PWM 输出
● 可以进行位置和速度控制
● 速度、位置和数字PID 控制器参数可以在控制过程中改变
● 实时可编程中断
2020/1●2/27 可对增量式光电编码盘的输出进行4 倍频处理
● 电阻（无源）缓冲 ——与其它接口芯片间 ● 集成芯片（有源）缓冲——PC机与电路间的接口形式
2020/12/27
电阻缓冲
集成芯片缓冲
8
➢ 隔离接口
使两个子系统在电气上相互隔离，但仍可以通过光路来传递数 字信息，也称为光电隔离。可不需要共地连接，但反应慢。
➢ 串行接口
● 异步串行接口——双线接口, 一根发数据, 另一根接收数据，速 度较慢。有RS232和TTL两种逻辑电平方式。
第六章 微控制器的电器接口
机器人控制器与电机驱动器的电气连接合理性和正确性， 是实现机器人可靠工作的重要保障。
6.1 机器人的微控制器
6.1.1 BS2 微控制器简介
➢ 常用的机器人控制电路和程序开发平台
● PC机的并口 ● ParallaxBASIC Stamp ● BasicX ● OOpic ● National Semiconductor LM629运动控制器
2004.5. （2） 王华 等，电机专用运动控制器LM629 的应用研究，电子器件，2005，
28(2)：370-373
思考题：
1、机器人微控制器的主要类型及其应用？
2020/12/27
11
● LM629 内部有一个数字PID 控制器，用来控制闭环系统。数
字PID 控制器采用增量式PID 控制算法，所需的KP 、KI 、KD
2020/12系/27数由主处理器提供。
7
6.2 微控制器、计算机的电气接口
6.2.1 输入/输出接口 微控制器与驱动器及计算机或主处理器的接口有三种标
准方式可以采用：缓冲接口、隔离接口、串行接口。 ➢ 缓冲接口
● SPI接口——三线接口，串行时钟、中级
2020/12/27 光电隔离
串行接口
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6.2.2 与电源接口
2020/12/27
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主要参考文献： （1） [美] 丹尼斯. 克拉克等著，宗光华等译，机器人设计与控制，科学出版社，
● LM629 的梯形速度图发生器用于计算所需的梯形速度分布图。 在位置控制方式时，主处理器送来加速度、最高转速、最终位 置数据，LM629 利用这些数据计算运行轨迹。在电动机运行 时，除了加速度，其余参数允许更改。
● LM629在速度控制方式时，电动机用规定的加速度加速到规定 的速度，并一直保持这一速度，直到新的速度指令执行。如果 速度存在扰动，LM629 可使其平均速度恒定不变。
2020/12/27
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➢ BASIC Stamp 2（BS2 ）微控制器特点
● 微控制器和开发软件价格低廉 ● 编程器接口集成于微控制器上 ● 集成+5V的电压调节器，输出电流为100mA ● 采用全特性的PBASIC语言作为编程语言 ● RS-232编程/调试接口 ● 有几千个应用实例可以借鉴和选择 ● 非常好的售后支持（ Parallax公司）
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➢ LM629微控制器的结构
LM629 的系统框图
2020/12/27
LM629 的硬件结构图
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➢ LM629微控制器的工作原理及应用
● LM629通过I/ O口与主处理器通讯,输入运动参数和控制参数， 输出状态和信息。
● LM629的编码器A、B信号逻辑状态每变化一次，内置的位置 寄存器就会加(减) 1 。A 、B、Z 信号同时低电平时，就产生一 个Index 信号送入Index 寄存器，记录电动机的绝对位置。
➢ BS2 的不同款式和性能指标
2020/12/27
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➢ BS2 的引脚布局和扩展电路
芯片引脚布局 2020E/1d2u/2c7ation公司的USB口
程序开发板
BS2 扩展电路
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➢ BS2 微控制器的应用建议
● BS2的VDD的引脚提供一个外部的5V稳压电源，因为通 过PIC的I/O引脚的电流过大时稳压器会烧坏。
2020/12/27
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6.1.2 LM629 微控制器简介
LM629 是National Semiconductor 生产的一款电机专用运 动控制处理器，一个芯片内集成了数字式运动控制器的全部 功能，能完成数字运动控制中的高精度实时计算任务。
该控制器可用于直流、无刷直流电机及其它可提供增量式 位置反馈信号的伺服机构，使得设计一个快速、准确的运动 控制系统的任务变得轻松、容易
● 施加在芯片上的电压很高时， BS2的I/O引脚很可能受到 损坏，预防办法是无论I/O引脚上连接何装置，都给它串 接一个220欧姆的电阻，以限制流过I/O引脚的电流。
● BS2提供了“-RES”引脚，因而不需要外部复位控制， 只需安装一个按钮，当按下按钮时该引脚接地，则BS2就 复位。
● 给BS2系统做一个编程接口，可使在写程序时不用来回拆 卸BS2，以减少I/O引脚的磨损，延长BS2的使用寿命。
➢ LM629微控制器特点Baidu Nhomakorabea
● 内部有32 bit 的位置、速度和加速度寄存器
● l 6 bit 可编程数字PID 控制器;
● 8 bit 分辨率的PWM 输出
● 可以进行位置和速度控制
● 速度、位置和数字PID 控制器参数可以在控制过程中改变
● 实时可编程中断
2020/1●2/27 可对增量式光电编码盘的输出进行4 倍频处理
● 电阻（无源）缓冲 ——与其它接口芯片间 ● 集成芯片（有源）缓冲——PC机与电路间的接口形式
2020/12/27
电阻缓冲
集成芯片缓冲
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➢ 隔离接口
使两个子系统在电气上相互隔离，但仍可以通过光路来传递数 字信息，也称为光电隔离。可不需要共地连接，但反应慢。
➢ 串行接口
● 异步串行接口——双线接口, 一根发数据, 另一根接收数据，速 度较慢。有RS232和TTL两种逻辑电平方式。
第六章 微控制器的电器接口
机器人控制器与电机驱动器的电气连接合理性和正确性， 是实现机器人可靠工作的重要保障。
6.1 机器人的微控制器
6.1.1 BS2 微控制器简介
➢ 常用的机器人控制电路和程序开发平台
● PC机的并口 ● ParallaxBASIC Stamp ● BasicX ● OOpic ● National Semiconductor LM629运动控制器
2004.5. （2） 王华 等，电机专用运动控制器LM629 的应用研究，电子器件，2005，
28(2)：370-373
思考题：
1、机器人微控制器的主要类型及其应用？
2020/12/27
11
● LM629 内部有一个数字PID 控制器，用来控制闭环系统。数
字PID 控制器采用增量式PID 控制算法，所需的KP 、KI 、KD
2020/12系/27数由主处理器提供。
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6.2 微控制器、计算机的电气接口
6.2.1 输入/输出接口 微控制器与驱动器及计算机或主处理器的接口有三种标
准方式可以采用：缓冲接口、隔离接口、串行接口。 ➢ 缓冲接口