《机电一体化》课件.ppt

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1、电子设计竞赛.1.数据存储器定时计数器,4.24 典型单片机结构图THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,一、单片机的硬件结构特点及其最小应用系统时钟程序存储器片内总线CPUI/O口,电子设计竞赛.1.,一、单片机的硬件结构特点,及其最小应用系统目前较流行的单片机类型Intel公司的单片机MCS51系列：8031、8051Atmel公司的单片机AT89S51、AT89S52（8051核Flash技术ISP技术）AVR单片机（1997、一种RISC精简指令集高速8位单片机）PIC公司的单片机PIC单片机

2、是一款很成功的非8051内核单片机Freescale公司的单片机M68HC08系列（采用频率提升技术）THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,一、单片机的硬件结构特点,及其最小应用系统1 MCS-51 系列单片机的结构特点表4.16 INTEL MCS48、51、96系列单片机主要参数共40个引脚，其功能可分为三大部分：I/O 口线P0、P1、P2、P3 共四个 8 位口控制口线PSEN、ALE、EA、RESET电源及时钟电源Vcc、Vss；时钟XTAL1/XTAL2THE COL

3、LEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,一、单片机的硬件结构特点,及其最小应用系统1 MCS-51 系列单片机的结构特点P0口和P2口可用于访问外部存储器P0口分时输出外部低地址、读/写数据P2口输出外部存储器高位地址P1、P2、P3口的驱动能力为4个TTL。THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZH

4、OU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,一、单片机的硬件结构特点及其最小应用系统1 MCS-51 系列单片机的结构特点P3口的第二功能：,P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7,RXD（串行输入）TXD（串行输出）INT0（外部中断）INT1（外部中断）T0（定时器0外部输入）T1（定时器1外部输入）WR（外部数据存储器写脉冲）RD（外部数据存储器读脉冲）,模拟量（模拟量,检测 传感器）,单,数据存储器,开关量（开关量 光电隔离 片 I/O,检测 传感器）,步进电机）光电隔离,显示器,伺服驱（交、直流,D/A 键盘,动控制,电子设计竞赛.1.,一、单片机的硬件

5、结构特点,及其最小应用系统2 MCS-51 系列单片机的最小应用系统及其扩展,通用外部设备外部设备,EPROM程序存储器,数字量（数字量 光电隔离检测 传感器）,A/D RAMI/O机开关量（继电器、控制I/O伺服电机）图4.26 单片机应用系统构成I/O子系统 基本系统THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,析：,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,基于AT89S52的最小系统设计,

6、题目：设计一个具有4位LED数字显示，16个按键的单片机最小系统。分,单片机,AT89S52,段码位码,扫描码键值,？,电子设计竞赛.1.,基于AT89S52的最小系统设计,共阴管的内部接线,器件选择：1、LED数码显示管LED数码显示管分共阴和共阳两种：公共端公共端,共阳管的内部接线,每段驱动所需电流为 28 mATHE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,基于AT89S52的最小系统设计,普通微型按键常开，按下闭合组成44的矩阵THE COLLEGE OF MECHANICAL E

7、NGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,器件选择：2、按键的选择5V,?使用按键时，应注意接上拉电阻。,4位动态显示电路THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,基于AT89S52的最小系统设计部分设计方案：1、显示,每段由P0口的各位驱动，每位由P2口的高4位分别驱动。,P0.,8,8R08,5V,显示采用动态显示方案。P2.7,P2.6,P2.5,P2.4,R14,T0（9013）4,P0口为漏极开路的8位准双向I/O口。每个引脚可驱动8个

8、TTL。,（低电平时约 3.2 mA）,描,44键盘矩阵THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,基于AT89S52的最小系统设计部分设计方案：2、44键盘,0123,P2.1,P2.2P2.3,5VR24,如何求得键值？,P2.7,P2.6,P2.5,P2.4,键值表扫0111 1011 1101 1110,1110 7E,1101 7D1011 7B0111 77,BE,BD DD ED号BB DB EBB7D7E7 P2.0,DE EE信,电子设计竞赛.1.,基于AT89S52

9、的最小系统设计部分设计方案：2、44键盘,键值表0111 1011 1101 1110,1110 7E,1101 7D1011 7B,0111 77,BE,B7,E7,D7,BD DD EDBB DB EB,DE EE,ASCII码键值表0111 1011 1101 1110,1110 30,1101 341011 38,0111 G2,31,G3,3539,G5,G4,36G0,37G1,33,32,?,读入键值到ASCII码键值的转换THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,P1

10、 P0单片机AT89S52,P2,P3,5V,5V,XTAL2XTAL1,5V,基于AT89S52的最小系统设计最小系统设计：外围电路设计复位电路,RST,R3,R4,R5EA,C1,C02,参数确定：,R347R44k7R54k7,C015pC110u,晶振11.0592M时钟电路最小系统的外围电路THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,P0,P1,P2,P3,基于AT89S52的最小系统设计最小系统设计：显示电路设计,4位动态显示电路,8,P0.,8,R08,5V,P2.7,P

11、2.6,P2.5,P2.4,R14,T0（9013）4,8,单片机AT89S524,R0300R11k数码管为共阳,最小系统的显示电路THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,软件流程图设计（1）主程序开始初始化：堆栈指针T0为定时、模式 2,TL0、TL1赋初值中断允许及优先级显示指针、位码及显示缓冲区赋值,工作主程序THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.基于AT89S52的最小系统设计最

12、小系统设计：（2）中断服务子程序,启动T0工作恢复现场,T0中断入口保护现场取被显示数并送显示修改显示缓冲区指针修改显示位指针,中断返回,一次循环完成？Y显示缓冲区指针赋初值显示位指针赋初值,N,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,基于AT89S52的最小系统设计,D0D1D2D3PTERWEI,EQUEQUEQUEQUEQUEQU,20H21H22H23H28H29H,最小系统设计：软件设计：（1）设置显示缓冲区及工作寄存器,；设置显示缓冲区；显示缓冲区指针寄存器；显示位指针

13、寄存器,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,ORGAJMPORGAJMP,0000HMAIN000BHXIANSHI,基于AT89S52的最小系统设计最小系统设计：软件设计：（2）设置中断向量表,；复位向量；T0中断向量，显示定时；显示中断服务程序,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,ORG,0020H,MAIN:MOVMOVMOVMOVMOVMOVMOV,SP

14、,TMOD,TCON,TL0,TH0,IE,IP,#4FH#02H#00H#00H#00H#02H#02H,基于AT89S52的最小系统设计最小系统设计：软件设计：（3）初始化程序段a,；初始化堆栈指针；T0为定时、模式 2；TR00，T0暂不工作；定时值为 0；装载值为 0；允许T0中断；T0为高优先级,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,MOVMOVMOV,WEI,D0,D1,#10000000B#02H#00H,#00H#08H,MOVMOVSETBSETB,D2,D3,

15、EATR0,基于AT89S52的最小系统设计最小系统设计：软件设计：（4）初始化程序段b,；位码初值；显示缓冲区初始化；开机显示2008,；开系统中断；启动T0工作,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,LOOP:NOPLJMP,LOOP,基于AT89S52的最小系统设计最小系统设计：软件设计：（5）系统主程序,；系统主程序区；预留,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.

16、1.,CLRPUSHPUSHSETBCLR,ET0PSWACCRS0RS1,基于AT89S52的最小系统设计最小系统设计：软件设计：（5）动态扫描中断服务程序aXIANSHI:,；禁止T0中断；保护现场；设置为2号工作寄存器区,电子设计竞赛.1.,MOVMOVMOVMOVCMOVMOVINCMOVRRMOVJNBMOVMOV,DPTR,R0,A,A,P0,P2,PTERA,AWEI,ACC.3,WEI,PTER,#TABPTERR0A+DPTRAWEIWEIAFINISH#10000000B#20H,FINISH:THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AU

17、TOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,基于AT89S52的最小系统设计最小系统设计：软件设计：（5）动态扫描中断服务程序b,；段码表指针 DPTR；PTERR0；取被显示数；取被显示数段码；被显示数段码送 P2口；显示该数；指向下一位数；修改位码,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,FINISH:,ACCPSWET0,POPPOPSETBRETI,TAB:,DB 50H,0DDH,31H,15H,9CHDB 16H,12H,5DH,10H,14H,0EFH,基于

18、AT89S52的最小系统设计最小系统设计：软件设计：（5）动态扫描中断服务程序c,；恢复现场；允许T0中断；中断返回,；段码表,基于AT89S52的最小系统设计部分设计方案：键盘接入,0123,扫描信号,P2.0,P2.1P2.2P2.344键盘矩阵THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,5VR24,P1 P0单片机AT89S52,P2,P3,?P2.7,P2.6,P2.5,电子设计竞赛.1.R24k7P2.4,电子设计竞赛.1.,t,基于AT89S52的最小系统设计部分设计方案：键盘接入按键信号的特

19、点：V,0,20mS,20mS,必须考虑信号前后的抖动THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,若用软件解决，,如何编写程序？,电子设计竞赛.1.,二、,微机应用系统输入/输出的,可靠性设计输入/输出对硬件电路的要求：能够可靠的传递控制信号，并能输入有关运动机构的状态信息；能够进行相应的信息转换，以满足微机对输入/输出信息的转换要求。如D/A、并行/串行、电平转换/功率匹配、电量/非电量、弱电/强电等；具有较强的阻断干扰信号进入微机控制系统的能力，以提高系统的可靠性。THE COLLEGE OF MEC

20、HANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,二、,微机应用系统输入/输出的,可靠性设计1、光电隔离电路使微机与强电部件没有“电”上的联系，阻断干扰信号的传导。,5V,12V,微机信号,执行系统,12V,5V,去微机,机械系统信号由光传递光电隔离电路THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,b.d.,a.c.,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVER

21、SITY,电子设计竞赛.1.,二、,微机应用系统输入/输出的,可靠性设计,1、光电隔离电路,输入输入,输出输出,输入输入,输出输出,图4.40 几种常用光电耦合器结构原理图,普通型,快速型,达林顿输出,晶闸管输出,电子设计竞赛.1.,二、,微机应用系统输入/输出的,可靠性设计1、光电隔离电路光电隔离电路的作用：可将输入部分与输出部分从“电”上隔离开来，各用一套电源，信号仅通过“光”传递；可以进行电平转换；提高驱动能力。THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,二、,微机应用系统输入/

22、输出的,可靠性设计2、光电隔离电路应用,输出AT89S52信号输出电路THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,12V,5V,电子设计竞赛.1.,二、,微机应用系统输入/输出的,可靠性设计2、光电隔离电路应用,AT89S52信号输出电路一例THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,5V,12VJ,负载,AC220V,J,电子设计竞赛.1.,二、,微机应用系统的输入/输出,的可靠性设计2、光电隔离电路应用,AT89S52信号输入电路THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,12V,5V,THE COLLEGE OF MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION,FUZHOU UNIVERSITY,电子设计竞赛.1.,本次讲座结束,谢 谢！,