单片机控制系统设计
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第八章 单片机控制系统设计及应用
第一节 单片机控制系统的设计方法 第二节 提高系统可靠性的常用方法 第三节 单片机在步进电动机控制中的应
用 第四节 单片机在直流调速中的应用 第五节 单片机在电子显示屏中的应用
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第一节 单片机控制系统的设计方法
一、系统设计的内容及步骤 （1）从元件级开始，构成系统 针对具体任务，
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2．步进电动机控制程序设计由前面的分 析可知，步进电动机控制的任务就是： ①判断旋转方向；②按顺序送出控制脉 冲；③判断脉冲是否送完。
图8-5 程序延时控制流程图
步进电动机转速控制可由程序延时来完 成，也可由定时器延时来完成。这里以 程序延时为例。其程序流程如图8-5所示。
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过多的功能闲置；
b．性能价格比要高，以提高整个系统的性 能价格比；
c．结构原理要熟悉，以缩短开发周期； d．货源要稳定，有利于批量的增加和系统
的维护。
(2)硬件与软件的功能划分
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系统的硬件和软件要作统一的考虑。因 为一种功能往往是既可以由硬件实现， 又可以由软件实现。要根据系统的实时 性和系统的性能价格比进行综合确定。
选用合适的单片机，配以必要的存储器、接口 芯片和外围设备来构成系统。 （2）应用已有的单片机系统，适当扩展 已有的 单片机系统是51、96等系列单片机组成的单Байду номын сангаас 机。根据实际需要，在此系统的基础上适当扩 展I/O通道或其它器件，构成一个测控系统。 二、控制系统设计的内容和步骤
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1．方案设计 (1)单片机机型和器件的选择 a．性能特点要适合所要完成的任务，避免
LOOP: MOV A,@R0
MOV P1,A
ACALL DLY
INC
R0
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MOV A,#00H
ORL A,@R0
JZ
TPL
LOOP1:DJNZ R4,LOOP
(4)控制面板设计
主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的 设计。
3．软件设计
结合硬件组成，首先明确软件部分各个模块的 功能，详细地画出各模块的流程图，然后进行 主程序设计和各模块程序设计，最后连接起来 得到完整的应用程序。
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4．系统调试
将硬件和软件相结合，分模块进行调试， 修正和完善原始方案。最后进行整个系 统的调试，以达到控制系统的要求。调 试完成后将应用程序固化在程序存储器 中。
2．硬件设计
(1)单片机电路设计
主要完成时钟电路、复位电路、供电电路、 I/O电路的设计
(2)扩展电路设计
主要完成程序存储器、数据存储器、I/O 接口电路的设计
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(3)输入/输出通道设计
主要完成传感器电路、放大电路、多路开关、 A/D转换电路、D/A转换电路、开关量接口电 路、驱动及执行机构的设计。
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第二节 提高系统可靠性的常用方法
一、提高系统可靠性的常用方法 （一）电源干扰及其抑制 1．交流电源干扰及其抑制
在工业控制现场，生产负荷经常变化， 大型用电设备的启动、停止等，往往要 造成电源电压的波动，因此，我们一方 面要尽量使控制系统远离这些干扰源， 另一方面可在系统中采用干扰抑制器。
我们以单片机控制的三相步进电动机为 例来介绍步进电动机的单片机控制系统。 其原理图如图8-4所示。
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1．系统工作原理
由前述步进电动机的工作原理可知，步 进电动机是在一定顺序的电脉冲控制下 运转的。
根据步进电动机控制方式，将环形节拍 控制字按顺序存放在一个表中，然后依 次从表中取出控制字并输出，这样即可 实现按要求对步进电动机的控制。表8-1 列出的为步进电动机工作在三相六拍时 的控制字。
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图8-5 程序延时控制流程图
步进电动机转速控制可由程序延时来完 成，也可由定时器延时来完成。这里以 程序延时为例。其程序流程如图8-5所示
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图8-5 程序延时控制流程图
PUSH A
MOV R4,#N
CLR C
ORL C,D5H
JC
ROTE
MOV R0,#20H
JMPLOOP ROTE： MOV R0,#27H
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2．直流电源抗干扰措施
①采用集成稳压块单独供电
②直流开关电源
③DC-DC变换器
（二）地线干扰及其抑制
1．一点接地和多点接地的应用
2．数字地与模拟地的连接原则
数字地指的是TTL或CMOS芯片、I/O接口电路 芯片、CPU芯片等数字逻辑电路的地端，以及 A/D、D/A转换器的数字地端。模拟地指的是 运算放大器、采样保持器等模拟器件的地和 A/D、D/A转换器中模拟信号的接地端。
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3．印刷电路板的地线分布原则 印刷电路板的地线分布一般应遵循下列 几个原则：
①TTL、CMOS器件的地线要呈辐射网状， 避免形成环状。
②线路板上的地线要根据通过电流的大小 决定其宽度，最好不小于3mm。
③旁路电容的地线不要太长
④功率地通过的电流信号一般较大，其地 线应较宽些，且必须与小信号地分开。
一、步进电动机的组成及工作原理
步进电动机种类很多，按运动方式分有旋转运 动式、直线运动式和平面运动式
错齿是促使步进电动机旋转的原因。
二、步进电动机的主要参数
步进电动机的主要特性参数有：
1．步距角：
2．起动频率 :
3．连续运行频率:
4．最大静转矩：
5．静态步距角误差：可编辑ppt
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三、步进电动机的单片机控制
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4．屏蔽双绞线的接地
当采用屏蔽双绞线传送信号时，应将屏蔽 体与工作地连在一起，并应注意只能有 一个接地点，否则屏蔽体两端就会形成 回路，在屏蔽体上产生较大的噪声 .
5．接地系统
在一个完整的单片机应用系统中，存在 着三种类型的地：一是低电平电路地线， 如数字地、模拟地等；二是电动机、继 电器、电磁开关等强电设备的地(亦可称 为噪声地)；三是机壳、控制柜外壳地(也 称为金属件地)。
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接地系统示意图
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（三）其它提高系统可靠性的方法
1．使用微处理器监控电路 2．软件抗干扰措施 ①输入/输出抗干扰 ②避免系统“死机”的方法
避免系统“死机”的方法有很多，除了 单片机集成的Watchdog功能外，还可以 采用软件陷阱的方法。
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第三节 单片机在步进电动机控制中的应用
第一节 单片机控制系统的设计方法 第二节 提高系统可靠性的常用方法 第三节 单片机在步进电动机控制中的应
用 第四节 单片机在直流调速中的应用 第五节 单片机在电子显示屏中的应用
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第一节 单片机控制系统的设计方法
一、系统设计的内容及步骤 （1）从元件级开始，构成系统 针对具体任务，
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2．步进电动机控制程序设计由前面的分 析可知，步进电动机控制的任务就是： ①判断旋转方向；②按顺序送出控制脉 冲；③判断脉冲是否送完。
图8-5 程序延时控制流程图
步进电动机转速控制可由程序延时来完 成，也可由定时器延时来完成。这里以 程序延时为例。其程序流程如图8-5所示。
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过多的功能闲置；
b．性能价格比要高，以提高整个系统的性 能价格比；
c．结构原理要熟悉，以缩短开发周期； d．货源要稳定，有利于批量的增加和系统
的维护。
(2)硬件与软件的功能划分
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系统的硬件和软件要作统一的考虑。因 为一种功能往往是既可以由硬件实现， 又可以由软件实现。要根据系统的实时 性和系统的性能价格比进行综合确定。
选用合适的单片机，配以必要的存储器、接口 芯片和外围设备来构成系统。 （2）应用已有的单片机系统，适当扩展 已有的 单片机系统是51、96等系列单片机组成的单Байду номын сангаас 机。根据实际需要，在此系统的基础上适当扩 展I/O通道或其它器件，构成一个测控系统。 二、控制系统设计的内容和步骤
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1．方案设计 (1)单片机机型和器件的选择 a．性能特点要适合所要完成的任务，避免
LOOP: MOV A,@R0
MOV P1,A
ACALL DLY
INC
R0
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MOV A,#00H
ORL A,@R0
JZ
TPL
LOOP1:DJNZ R4,LOOP
(4)控制面板设计
主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的 设计。
3．软件设计
结合硬件组成，首先明确软件部分各个模块的 功能，详细地画出各模块的流程图，然后进行 主程序设计和各模块程序设计，最后连接起来 得到完整的应用程序。
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4．系统调试
将硬件和软件相结合，分模块进行调试， 修正和完善原始方案。最后进行整个系 统的调试，以达到控制系统的要求。调 试完成后将应用程序固化在程序存储器 中。
2．硬件设计
(1)单片机电路设计
主要完成时钟电路、复位电路、供电电路、 I/O电路的设计
(2)扩展电路设计
主要完成程序存储器、数据存储器、I/O 接口电路的设计
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(3)输入/输出通道设计
主要完成传感器电路、放大电路、多路开关、 A/D转换电路、D/A转换电路、开关量接口电 路、驱动及执行机构的设计。
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第二节 提高系统可靠性的常用方法
一、提高系统可靠性的常用方法 （一）电源干扰及其抑制 1．交流电源干扰及其抑制
在工业控制现场，生产负荷经常变化， 大型用电设备的启动、停止等，往往要 造成电源电压的波动，因此，我们一方 面要尽量使控制系统远离这些干扰源， 另一方面可在系统中采用干扰抑制器。
我们以单片机控制的三相步进电动机为 例来介绍步进电动机的单片机控制系统。 其原理图如图8-4所示。
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1．系统工作原理
由前述步进电动机的工作原理可知，步 进电动机是在一定顺序的电脉冲控制下 运转的。
根据步进电动机控制方式，将环形节拍 控制字按顺序存放在一个表中，然后依 次从表中取出控制字并输出，这样即可 实现按要求对步进电动机的控制。表8-1 列出的为步进电动机工作在三相六拍时 的控制字。
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图8-5 程序延时控制流程图
步进电动机转速控制可由程序延时来完 成，也可由定时器延时来完成。这里以 程序延时为例。其程序流程如图8-5所示
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图8-5 程序延时控制流程图
PUSH A
MOV R4,#N
CLR C
ORL C,D5H
JC
ROTE
MOV R0,#20H
JMPLOOP ROTE： MOV R0,#27H
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2．直流电源抗干扰措施
①采用集成稳压块单独供电
②直流开关电源
③DC-DC变换器
（二）地线干扰及其抑制
1．一点接地和多点接地的应用
2．数字地与模拟地的连接原则
数字地指的是TTL或CMOS芯片、I/O接口电路 芯片、CPU芯片等数字逻辑电路的地端，以及 A/D、D/A转换器的数字地端。模拟地指的是 运算放大器、采样保持器等模拟器件的地和 A/D、D/A转换器中模拟信号的接地端。
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3．印刷电路板的地线分布原则 印刷电路板的地线分布一般应遵循下列 几个原则：
①TTL、CMOS器件的地线要呈辐射网状， 避免形成环状。
②线路板上的地线要根据通过电流的大小 决定其宽度，最好不小于3mm。
③旁路电容的地线不要太长
④功率地通过的电流信号一般较大，其地 线应较宽些，且必须与小信号地分开。
一、步进电动机的组成及工作原理
步进电动机种类很多，按运动方式分有旋转运 动式、直线运动式和平面运动式
错齿是促使步进电动机旋转的原因。
二、步进电动机的主要参数
步进电动机的主要特性参数有：
1．步距角：
2．起动频率 :
3．连续运行频率:
4．最大静转矩：
5．静态步距角误差：可编辑ppt
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三、步进电动机的单片机控制
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4．屏蔽双绞线的接地
当采用屏蔽双绞线传送信号时，应将屏蔽 体与工作地连在一起，并应注意只能有 一个接地点，否则屏蔽体两端就会形成 回路，在屏蔽体上产生较大的噪声 .
5．接地系统
在一个完整的单片机应用系统中，存在 着三种类型的地：一是低电平电路地线， 如数字地、模拟地等；二是电动机、继 电器、电磁开关等强电设备的地(亦可称 为噪声地)；三是机壳、控制柜外壳地(也 称为金属件地)。
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接地系统示意图
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（三）其它提高系统可靠性的方法
1．使用微处理器监控电路 2．软件抗干扰措施 ①输入/输出抗干扰 ②避免系统“死机”的方法
避免系统“死机”的方法有很多，除了 单片机集成的Watchdog功能外，还可以 采用软件陷阱的方法。
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第三节 单片机在步进电动机控制中的应用