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微控制器范文1
白光LED驱动器的主要构件是一个振荡器、一个电荷泵和一个稳流电流源。美国国家半导体公司 (national.com)生产一种在高度集成的LM2791/2型 IC内包含以上三种构件的器件。白光LED驱动器通常与手机基带控制器或微控制器串联使用。你可以方便地采用LM2791/2来提供一个时钟源。你只要考虑到在快速充放电电容器（C1）两个引脚上有一个伪方波，就可以实现一个简单而有用的电路。你可以从这两引脚上获得这一伪方波，并净化之。
图1，白光LED驱动器可以兼做微控制器的时钟源。
为了完成这个任务，你可将这一伪方波信号通过一只330Ω电阻器R1注入一个简单的倒相器门，如一个DM7404型十六进制倒相器（图1）。净信号是一个纯净的2MHz时钟源。示波器图形示出了伪方波以及倒相器输出端的净化方波（图2）。你可以将这个信号用做基带控制器或微控制器的简单时钟源，以便执行诸如小键盘解码或电池识别检测等简单任务。
图2，逻辑倒相器净化来自快速充放电电容器的伪方波（上部）；净化方波（底部）是微控制器的稳定时钟源。
微控制器范文2
【关键词】微控制器；实践教学；改革
0.引言
随着智能化电子产品的普及，微控制器的应用也得到了空前的发展，各职业院校纷纷开设了微控制器技术课程。微控制器技术是一门结合了硬件设计与软件开发的综合性课程，涉及的理论知识包括电子技术、传感技术、程序设计开发等等，课程有很强的实践性，由于相关知识面广、实践操作性强，学习起来有相当的难度。
1.传统实践教学的局限性
微控制器技术课程中，实践教学占很大的比例，部分专业甚至有专门的微控制器实训课程，用于完成大型的实践项目。有效的实验和实践教学可以增强学习兴趣，帮助学习者更好的掌握理论知识，训练学习者动手实践能力，提高学习效率[1]。
然而传统的实验和实训方法有其无法克服的局限性，不利于调动学习者的积极性，具体表现为：
（1）实验性质多为功能验证[2]：功能验证性实验，是指由教学者设计电路功能、绘制电路图、编写好程序、学习者使用准备好的实验器材，按图连线、写入程序语句，并按要求操作，验证微控制器功能的实验。在实验过程中，学习者只需按图索骥，具备一定的操作技巧，即可完成实验。
（2）实验和实训项目单一：微控制器技术的发展已经日趋成熟，但学校开展的实践项目还是几年前一直沿用的那些，缺乏新意与实用性，很难激起学习者的兴趣。
（3）实践内容狭窄：实验教学目前更集中在两个方面，一是根据实验要求编写指令程序，二是通过仿真软件，模拟微控制器电路运行功能。这样，实验内容局限在软件编写，或是计算机的仿真技术，对于实际的微控制器硬件电路的实践涉及极少，导致学习者在实际应用中缺少解决问题的经验和能力。
目前，微控制器技术的实践教学方法，缺乏对学习者的硬件设计能力、安装调试能力、大中型项目程序指令编写能力的综合训练，学习者在学习的过程中，既没有被激发学习的兴趣，也没有动手实践的机会，学习效率大打折扣。
2.实践教学改革方向
微控制器技术课程对实践动手能力的要求非常强，在实践课程的教学中，要注意针对学习者基本实践技能、开发设计思维、解决实际问题的综合性能力进行培养和训练。微控制器技术实践教学改革可以从以下方面着手：
（1）区分实践教学性质，有目的性安排实践内容：在教学中，首先需要区别开课内实作、实验和实训的课程性质，以便有针对性的设计实践内容。课内实作是在理论教学之余，课堂内完成的基本操作性实践，时间有限，以验证性的硬件连接或程序指令输入为主；实验则可以在完成某一阶段的理论教学后，由学习者按照实验任务要求，根据课堂案例，通过独立的硬件设计连接、软件编程调试实现微控制器功能；实训是大型综合性应用，需要学习者综合理论知识，自主设计硬件电路，完成安装、编程、调试的任务，以实现智能电子产品功能的实践操作。三种实践教学的性质对应的实践内容分别为基本操作、技能应用、创新实践，逐层递进。
（2）改革实践命题方式，鼓励学习者自主择题：在实验与实训课程教学中，学习者通常接受指定命题的实践任务，这非常不利于激发学习的兴趣。对于不同学习程度的学习者来说，毫无头绪久攻不下的实践项目，或者一看即知，都会降低学习者的积极性。最好根据学习程度，准备由易到难的实践项目组，学习者根据自身能力水平和兴趣选择合适的任务。对于有能力的学习者甚至应该鼓励他们充分创新，解决实际问题。
（3）以仿真为手段，以实际电子产品为目的：在实践教学过程中，许多教师已经意识到实验设备的更新跟不上电子技术的发展速度了，于是仿真软件被大量应用到实践教学中。仿真软件虽然能模拟电路性能，但由于其参数都为理想化参数，与实际硬件参数还有区别，学习者通过仿真软件学到的技能在面对实际产品时往往体现出束手无策。因此在实践课程教学中引入仿真软件，只是作为实现最终教学目的的辅助手段，学习者是否真正掌握微处理器技术的实践知识仍应以实现电子产品实物为准。
（4）引入创新课题、引导学习兴趣：把目光局限在实验教材上学习者的能力与兴趣不能得到充分发挥。为了提高大学生的实践技能，鼓励大学生科技创新，相关企业、各省市、国家纷纷投入资金和精力举办各种科技比赛，微控制器技术在电子产品中的广泛应用使其在科技大赛中占据了重要的席位。鼓励学习者参加科技比赛，将实践教学延伸至课外，有利于引导学习者发展创新技术能力，提高学习者的学习能力与实践操作技能。
（5）改进考核方式，提高实践操作在微控制器技术考评中的比例：由于实践在期终考评中所占比例极少，而且实践考核也常常以最终的实践报告作为评分依据，导致学习者对自己缺乏实践操作技能的现象无动于衷[3]，这对于学习者提高操作技能，综合利用理论与实践知识是极为不利的。比起报告，实践考核更注重的应该是学习者发现问题、解决问题的能力，过程才是实践考核的依据。只有实践操作在课程考评中占据重要的比重，学习者才会真正重视实践教学。
3.结语
实践教学的质量决定着微控制器技术课程的教学质量。在日常的实践教学工作中，教师要及时总结经验，逐步施行改革方案，不断完善实践教学方法，提高学习者的实践技能和创新意识。随着生产技术的发展，微控制器技术也在不断进步，实践教学方法的改革也必须要生产技术一同发展，以适应社会发展的需要。
【参考文献】
[1]张苏玲.面向学习者自主建构的游戏化学习情境设计[D].山东师范大学，2010.
微控制器范文3
关键词：StellarisTM微控制器；集成开发环境；Cortex-M3微处理器；PS/2键盘接口
中图分类号：TP335文献标识码：A
前言
尽管我们尽力在片内提供所有I/O功能，但是高端嵌入式微处理器在与电路接口时还是经常需要帮助。这些附加的接口电路已经要求包含可编程逻辑器件（PLD）、分立逻辑器件、专用功能集成电路（IC）和8位微控制器。群星（stellaris）微控制器为这些I/O解决方案提供了多个优势。
现实中，用于设计中的高端微处理器可以完美地集成片内外设。外设可以与期望的管脚相连，并且不会存在系统延迟问题。而事实上，复杂的I/O实现方案还存在很多因素。
1I/O处理器实例
现实中，用于设计中的高端微处理器可以完美地集成片内外设。外设可以与期望的管脚相连，并且不会存在系统延迟问题。而事实上，复杂的I/O实现方案还存在很多因素。表1列出了系统增加I/O处理器的常见原因。
1.1I/O系统选项
群星（Stellaris）微控制器为经济解决方案和共同的工具链提供了主机CPU，从而使得微控制器成为最通用的解决方案。
2主机CPU接口
用户需要特别考虑的是I/O处理器与主机微处理器之间的接口的类型。群星（stellaris）微控制器为主机微控制器提供3类串行接口。表2列出了每条串行总线的属性。
2.1开发和调试
在一个包含其他ARM器件的系统中使用群星微控制器的最大好处就是可以使用共同的开发工具。系统中所有目标微控制器都可以使用相同的集成开发环境（IDE）和调试器硬件，因而可以减少开发时间和预算。
3架构
群星（Stellaris）微控制器使用ARM的Cortex-M3微处理器（ARMv7系列的一部分）。Thumb-2技术结合16位和32位指令，可供高性能处理器使用。
与早期的ARM发生器相比，Cortex-M3提供了改良的中断处理能力，这对于注重时间的嵌入式控制应用非常重要。Cortex-M3的嵌套中断控制器（NVIC）将进入中断所需的时钟周期减少高达70%。I/O处理代码可以在多个优先中断源中快速有效地移动。
对于整个灵活性来讲，群星（stellaris）微控制器还允许将任意的GPIO管脚配置成边沿和电平触发中断。
3.1 I/O处理器的设计
以下设计向低成本的高端嵌入式微处理器系统增加了以下3个接口：
PS/2键盘接口
8个通用输出管脚
声音报警器（audio beeper）
在将PS/2端口直接与一个嵌入式微处理器接口时存在几个挑战：
主机微处理器不含片内PS/2接口；
PS/2是一个5V接口；
PS/2键盘以高于10kHz的速率为数据输出计时。该格式与SPI和I2C不兼容，因而接收该数据流时需要特定的硬件，或者每个时钟都带有中断。这一点可能大多数嵌入式操作系统都不能做到，也可能是对微处理器带宽的无效使用。
通过将群星微控制器选作I/O处理器，这三个挑战都可以迎难而解。Luminary Micro公司的群星LM3S101微控制器通过使用留作将来扩展用的资源，只需一美元就可实现所有这3个功能。本实例使用一个UART接口和基于ASCII的简单协议与主机通信。使用LM3S102器件取代微控制器将可以使能I2C与主机CPU通信。
4 功能描述
键盘会以10-15kHz的速率向LM3S101微控制器产生同步的PS/2时钟和数据信号。LM3S101微控制器对数据流中的这些信号、时钟进行监控，并验证其奇偶性。PS/2接口实际上是一个双向接口，但本实例只演示了键盘发送的情形。
一旦接收到字节并经过验证后，LM3S101微控制器软件将数据写入UART，并将它传输给主机微处理器。软件可以扩展成将PS/2扫描代码传送前转换至ASCII当量（equivalent）。
整个I/O接口电路如图2所示。
在I/O处理器实例源代码中列出的软件，使用群星（stellaris）系列驱动程序库DriverLib.来简化群星外设的访问过程。
5协议
本实例将一个非常简单的1字节ASCII协议用于主机微控制器的命令中：
・0..7控制数字输出0..7
・b和m控制报警器（beeper）
・与主机微处理器的通信完全包括扫描代码数据（这种情况下是指被称作Set 2的一系列代码）。键盘中的每个物理键在make（键按下）和break（键释放）时产生唯一的字节序列。例如，A键在make（键按下）时产生0x1C，在break（键释放）时产生0xF0 0x1C。
6结语
一个被设计成I/O处理器的群星微控制器，可以解决与高端嵌入式微处理器一起工作时出现的困难的接口问题。通过I/O微控制器，简单的串行接口可以支持丰富的I/O类型和进行预处理，从而进一步减少主机微处理器的开销。通过群星器件，在提供一种经济有效的系统解决方案的同时，开发人员还可以从公共工具链中获益。
参考文献
[1]王永宏,徐炜,郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[2]Sloss A N ,Symes D. ARM沈建华译.嵌入式系统开发――软件设计与优化[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[3]郑扣根译.操作系统概念[M].北京：高等教育出版社，2004.
[4]邵贝贝等译.嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ[M].第二版.北京：北京航空航天大学出版社，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】为实现LED智能化控制，本文提出了一系列的优化设计方案，保障LED能够在不同的工作环境稳定使用，从PIC微控制器的应用作为控制单元结合LED驱动控制电路，能够有效地提高LED使用性能。
【关键词】PIC微控制器；控制器设计；LED控制；驱动控制电路
LED，一种供电电压很低、功耗很小而求寿命长的新型光源被广泛地应用在我们的日常生活当中。在未来普及LED的使用能够完全替代传统的灯泡式日光灯，成为新一代的固态照明用具。在LED的使用中，通常我们都会利用智能控制电路来驱动其进行各种照明工作。例如在保证LED亮度的方面上，为了有效地确保通过LED的电流不会受到供电电压的影响而导致LED亮度不稳定，这就是智能控制电路系统的作用之一。LED的亮度调节涉及到电流调整以及调光控制等两个方面，而智能控制电路系统能够在其中起到很好的控制作用。除了亮度方面，智能控制电路还具有失效识别的功能。在LED的照明运作中由于其具有很强的温度相关性，因此LED的大多数失效与温度有着很大的关系，只能控制电路能够进行对LED的温度补偿。
在智能控制电路中选择硬件是十分重要的，作为LED驱动控制电路的硬件，PIC微控制器是再适合不过了，PIC微控制器价格低廉而且始终频率可高达20MHz，PIC微控制器可以在一块芯片上集成控制电路必要硬件的功能，其具有功率消耗极低工作温度围宽的特点，因此PIC微控制器是作为LED秦东控制电路的不二之选。
1.利用PIC微控制器的LED驱动电路配置
在设计LED驱动电路时应该充分考虑LED的配置问题。LED具有三种可能的配置：在电路中利用阵列的方式去组合电阻，每个LED与电阻串联形成一个阵列连接的结构。如图1所示。
从图1中可见每一个LED和一个电阻串联形成了一个LED列阵连接，每一个LED配备一个电阻的作用是利用其作为二极管电流的基准电阻。这样的做法的优点是，如若其中一个LED失效的时候，非串联情况下的其他LED还能正常运作，但是由于并联电路中，一条断路，总电流分配在剩下的电路上，导致电路中的电流增大，会出现LED亮度不均匀分配的情况。亮度的损失可以通过增加与失效器同一电路上的LED电流来得到补偿。
2.LED驱动控制电路中的PIC微控制器
PIC微控制器是可以用电或者是紫外线擦除以及重写的多功能集成器件。利用PIC来作为整个LED驱动控制电路的核心，可以将PIC中一些完整的版块以及管脚设定为模拟输入。模拟电压通过A/D模块会进行转化，转化为数字信号。通过软件的选定被转化的信号会直接发送回A/D模块。PIC微控制器的编程相对简单，不需要太多的硬件设备，利用C编译器能够方便简单地处理编程问题。
图2所示是PIC微控制器典型的功能框图。
3.PIC微控制器的基本功能
3.1 利用驱动器实现对电流的调整
在LED驱动控制电路中，电流调整的作用是确保LED的亮度保持恒定不变。要使LED的亮度保持不变则需要保证在电路中流经LED的电流保持恒定，就必须要先确定LED的电流。二极管采用的是串联电阻的方式能够更好地测定流经二极管电流，通过测量电阻两端的电力我们可以计算出电阻流经的电流大小。由于电阻与LED是串联的关系，串联电流处处相等，我们可以知道流经LED的电流大小。电压测试中PIC中的最大电压为5V，可以由A/D模块来执行，在连接A/D模版时不能直接连接到串联电阻两端，因为这样的做法很可能会使电压的电平远超于5V。此外，PWM信号必须要先转化成直流信号。在经过两次测量和对吼的相减会出现双倍测量误差的产生，利用图3的电路方式能够有效减低双倍测量误差的问题。
从图3中可知，采用这个电路是正输入电路与U1相连，负输入电压与U2相连。
3.2 对电路中的温度测量
LED受温度的影响会比较大，因此在电路中电流不变的情况下，亮度也会因温度的变化而受到影响。在图4中表示的是LED的亮度与温度之间的相互关系。
要在唯独的变化范围内保持LED的亮度不变就必须要采取度补偿的。在温度的测量上由于补偿精度要求并不是很高，控制容差5℃就已经可以了，我们可以使用下面两种低成本的方法来对温度进行测量。
（1）采用温度相关型电阻进行温度测量
利用温度相关性电阻来进行测量。首先要将一个温度相关型电阻与一个温度不相关的电阻串联起来，利用电路中的A/D模块来进行电压的测量，从而确定温度。这种利用控制器来做出相应反应的做法的不足之处是要使用数值表的形式来对PIC中的电阻相应曲线进行保存，稍为麻烦。
（2）利用门限定时器测量温度
利用门限定时器对温度进行测量是利用了PIC门限定时器模块的阻碍作用进行操作。门限定时器的构成主体部分是RC震荡器调节的8位定时器。在一般的情况下，微处理器会对门限定时器在后台运行中进行重置作用，如果发生控制器因出现差错而导致死循环的情况，微控制器可以进行重置重新回到设定的状态。由于RC振荡器受到温度的作用，采用外部温度的始终发生器可以有效地对通过对比的方法来确定温度。应用门限定时器对温度进行测量操作简便不需要任何外部的原件，但是不足之处是其依赖PIC的门限定时器，在不同生产商中不能保证其温度相关性能是否良好。
3.3 对LED进行调光
对LED亮度进行调光是LED驱动控制电路的最基本功能。通过驱动控制电路中的调光系统我们可以将LED亮度分为不同的等级。利用PWM（脉宽调制）可以有效地解决LED的调光问题，PWM信号的利用实质上就是利用其切换直流电压的通断方法，来进行电压的强弱调整。PIC微处理器中的PWM模块可以很简便地对PMW信号进行设置以及控制，从而可以方便地对LED进行调光控制。如果碰上周期维持不便的情况，在LED亮度控制上可以采用脉冲的持续长度，利用占空比D来进行调节。在LED调光控制中利用PIC的PWM来控制其信号可以使流经电路的峰值电流保持一定的恒定值，在一定程度上避免了由于峰值电流的升高而产生的问题，如InGaN器件中波长移位的状况。
3.4 利用PIC控制器实现电路中不同亮度组的调节
在PIC为控制器的应用来设计LED驱动控制电路可以对不同亮度组进行调节，在一个复杂的电路当中，我们通常会将同类的LED分成各种不同的亮度组，而要使每一组的LED的亮度不同，则需要对其各线路的电流进行不同的控制。在利用PWM信号对LED亮度进行调节的时候，必须要保证有足够多输入引脚。如图5所示，3个输入引脚可区分2的三次方个不同亮度组，即为8个亮度组。根据输入引脚的组态选定亮度组的原理，因此我们可以对其亮度进行不同的调节。
3.5 对电路进行故障检测
LED驱动控制电路可以对故障进行识别，当LED不工作的时候，亮度调节是起不了任何作用的，在电路中测量故障可以利用下列的方法。
如果在串联电路中对每一个点尊都添加电流检测电路可以很好地检测出电路中哪里有故障，但是由于考虑到费用的问题，元件的费用和装备的限制问题是不能忽略的，因此这个方法是并不明智。但是我们可以采取图6的电路设计方法来进行检测。
利用多路复用开关来使每一个二极管都可以被选取为单独测量。由图6中我们可以看到三个二极管电路是如何采用多路的复用开关的。利用PIC微控制器可以对复用开关进行数字控制，在每一个LED标上选用地址可以确定电流调节二极管电流大小，有利于识别整个电路哪里出现故障。
参考文献
微控制器范文5
本文主要围绕着基于微控制器的智能阀门定位器控制系统展开分析，探讨了智能阀门定位器控制系统的设计思路和具体的设计方法，以期可以为智能阀门定位器控制系统的设计提供参考。
【关键词】
微控制器；智能阀门定位器；控制系统；设计
中图分类号：S611 文献标识码： A
一、前言
智能阀门定位器控制系统的设计必须要符合其使用的需要，目前，从微控制器的角度出发，对智能阀门定位器控制系统进行设计是较为科学和有效的方法，值得探讨。
二、智能阀门定位器控制系统设计概述
气动系统因其结构简单、价格低廉、以空气为介质，不污染环境等特点，使气动调节阀成为工业过程控制中的一种重要的执行部件，但由于空气介质的压缩性大、精度小，获得高精度的位置控制是当前气动技术的一大难点。
阀门定位器是气动调节阀的核心控制附件。它的智能化可以显著改善阀门的特性，提高控制精度、速度和灵活性。目前该产品因其低功耗、总线供电、本质安全等要求大多采用进口。该器件原理为将电信号转化为气信号结合气动执行机构最终来控制阀门。此外，定位器有总线供电，本质安全等要求，其关键技术为如何实现低功耗。
定位器能够增大执行器的输出功率,减少调节信号的传递滞后,加快阀杆的移动速度,提高调节速度,克服阀杆移动中产生的摩擦力和阀芯不平衡力,以提高调节阀的精度。通过更换反馈元件可以实现对调节阀整体流量特性的变换。
三、智能阀门定位器的特点
1、智能阀门定位器的控制精度较高
可以实现控制阀的精确控制，从而提高系统的控制水平。另外，智能阀门定位器可以方便设置阀门特性曲线，比如等百分比特性，西门子PS2系列就提供了1：25、1：33、1：50三种特性，ABB公司提供了1：25、1：50两种特性。另外，如果用户对定位器内置阀门特性不满意或有特殊要求，可以通过自定义特性曲线功能进行自定义阀门特性曲线的设置。各公司智能阀门定位器提供10~20段曲线的设置。
2、省气、节约能耗，保持气源压力的稳定
常规定位器的稳态耗气量在350升/小时，智能定位器稳态耗气量在30升/小时，一方面可节约运行成本，另一方面保持仪表风压力的稳定，保证装置的可靠运行。
3、调试过程简单
对智能定位器来说，调试过程非常简单，只需进行简单的初始化即可。以西门子PS2为例，只需按3个按纽并设置几个简单参数，就可以自动完成初始化过程。更方便的是，把设置好的参数上载到计算机中，可以再通过下载成批的复制到相同工况的定位器中，大大节约人力和时间。
四、系统设计原理
阀门定位器控制系统采用89系列微控制器为核心,它接收来自调节器的设定阀门开度的电流信号(4~20mA),用这个信号与从调节阀阀杆反馈回来的实际开度信号进行比较,如果微处理器得到一个偏差信号,就利用这个信号去控制压电阀,使一定量的压缩空气经过压电阀进入到调节阀执行机构的气室,推动阀心的移动或转动,从而达到阀心的准确定位。阀门定位器的控制原理图如图1所示。
图1阀门定位器的控制原理图
五、系统的硬件设计
1、系统的基本组成
系统采用89系列微控制器,A/D转换芯片ADC0808,可编程键盘、显示接口芯片8279,兼有看门狗功能、电源电压监测和EEPROM功能的X25045芯片以及标准RS-232接口转换芯片MAX232组成基本系统。此外,还有一些基本的附加电路,如复位电路、报警电路、4~20mA电流转换到0~5V电压的转换电路、压电阀控制电路等。其电路原理图如图2所示。
2、A/D转换电路
ADC0808是价格适中的逐次比较式8位A/D转换器,可输入8路模拟信号,在这里用IN0和IN1作为模拟信号输入通道。ADC0808典型时钟频率为640kHz,每一通道的转换时间约为100Ls.89系列微控制器与ADC0808的接口电路如图2所示。
图2微控制器控制系统电路原理图
微控制器通过地址线P2.0和读、写控制线来控制转换模拟输入通道的地址锁存、启动和输出允许。模拟输入通道地址译码的输入A、B、C由P010~P012提供,因为ADC0808具有通道地址锁存功能,所以省掉了地址锁存器74LS373,直接将P010~P012分别与A、B、C相连。例如,当要选中IN0路模拟电路送入ADC0808的时候,执行如下程序:
MOVDPTR,#0FEFFH;输入ADC0808的地址FEFFH给DPTRMOVA,#00H;将IN0模拟电压地址送AMOVX@DPTR,A;将A中的数据送入A、B、C,并启动ADC0808由于阀心的移动速度很慢,所以在前向通道中无需设置采样保持器。为了消除现场的电磁及噪声干扰,采用复合数字滤波程序来消除采样系统中由于干扰造成的误差。因为ADC0808只接收模拟电压信号,而从调节器过来的信号是4~20mA电流信号,所以ADC0808在采集调节器过来的信号前,需将4~20mA电流信号转换成0~+5V电压信号。其I/V转换电路如图2所示。
3.38279键盘、显示器接口芯片与微控制器连接电路8279是专用键盘、显示控制芯片,能对显示器自动扫描;能识别键盘上按下的键号,充分提高CPU的工作效率。因此,对于此系统的按键和显示电路,采用8279键盘、显示器接口芯片。它为16个按键及8位显示的接口芯片。将它的按键设置为10个数字键、3个字母键、2个功能键、1个小数点键。
六、软件设计
1、功能键说明
因为调节阀有直线流量特性、百分比流量特性和快开流量特性3种基本的流量特性。当阀门定位器安装在不同流量特性的调节阀上时,用户可通过按键A、B或C分别进入直线流量特性、百分比流量特性和快开流量特性的功能程序区,从而针对不同的流量特性设置不同的参数。
2、调节阀开度显示的设计
因为系统设计中要求0~100%的阀门开度,而通过A/D转换后得到的是0~255的数,为此采用式(1)来把A/D转换的数据换算成阀门的开度。
式中:X为电位器动触点输出转换后的实际值;H为电位器动触点最大行程时输出转换后的值,其默认值为255;h为电位器动触点最小行程时输出转换后的值,其默认值为0。
通过式(1),可以为阀门定位器的电位器在现场与阀芯反馈杆的连接带来方便。因为电位器的最大行程距离与阀芯的最大行程距离是不可能相同的,而要通过改变机械结构使阀芯的最大行程与电位器的最大行程完全匹配是相当困难的,所以,可以根据实际安装时候阀芯的最大行程的X1来替换默认的h值。这样就可以在阀芯的最大行程距离小于且接近电位器的最大行程距离的条件下,无论阀芯的最大行程距离是多少,都可以准确的测出阀芯的开度。从调节器过来的信号经A/D转换后得到的数据也需通过式(1)进行转换。所得到的设定开度与阀门的实际开度进行比较即可得出偏差,如果偏差大于所允许的误差值(小于012%),89系列微控制器便输出控制信号给压电阀。
4.3数字滤波
由微控制器组成的自动控制系统中,为了减少对采样值的干扰,提高系统的可靠性,常常采用数字滤波的方法。系统采用算术平均值滤波和中值滤波相结合的复合数字滤波。它即可消除周期性脉冲干扰,又可以消除随机脉冲干扰。中值滤波是把几次采样值按一定顺序排列,如从小到大排列,然后取其中间值为该次采样值。这种方法适用于变量变化比较缓慢的过程,消除由于偶然因素造成的干扰。算术平均值滤波是把几次连续采样值相加求和,除以采样次数n,所得结果作为该次采样值。设第K个采样周期内共采样i次,每次采样为xi,则该次采样值Y(K)计算公式为
这种方法适用于周期性脉冲变化的采样信号。
4、偏差判别与条件控制
在对阀门定位器的控制中,采用五接点开关控制算法。所谓五接点开关,是指把误差范围分正大、正中、死区、负中、负大五大区域,在不同区域中执行不同的动作来减小误差。当误差在正大或负大区时,控制器输出连续信号给压电控制阀,持续进气或排气,使行程快速变化;在正中或负中区,输出一定宽度的脉冲信号,断续进气或排气,行程缓慢改变;在死区内,不输出信号,行程不改变。
5、程序框图
阀门定位器控制系统的软件主要由3部分组成。INT1中断服务程序如图3所示。INT0中断服务程序如图4所示,控制系统主程序见图5。
七、结束语
总而言之，要想进一步提高智能阀门定位器控制系统的设计科学性，就必须要分析其系统设计的流程和方法，同时，结合微控制器的原理，设计出科学的智能阀门定位器控制系统。
【参考文献】
[1]武自才,郭万军.多转式智能阀门电动执行机构控制系统设计[J].阀门.2012(01)
[2]施健健.新型智能化、数字化调节阀应用特点[J].宁夏机械.2011(03)
[3]周红燕,薛心喜.关于阀门定位器的研究[J].实用测试技术.2011(02)
基于微控制器的智能阀门定位器控制系统的设计
赵雁冰
天津奥美自动化系统有限公司天津300457
【摘要】
本文主要围绕着基于微控制器的智能阀门定位器控制系统展开分析，探讨了智能阀门定位器控制系统的设计思路和具体的设计方法，以期可以为智能阀门定位器控制系统的设计提供参考。
【关键词】
微控制器；智能阀门定位器；控制系统；设计
中图分类号：S611 文献标识码： A
一、前言
智能阀门定位器控制系统的设计必须要符合其使用的需要，目前，从微控制器的角度出发，对智能阀门定位器控制系统进行设计是较为科学和有效的方法，值得探讨。
二、智能阀门定位器控制系统设计概述
气动系统因其结构简单、价格低廉、以空气为介质，不污染环境等特点，使气动调节阀成为工业过程控制中的一种重要的执行部件，但由于空气介质的压缩性大、精度小，获得高精度的位置控制是当前气动技术的一大难点。
阀门定位器是气动调节阀的核心控制附件。它的智能化可以显著改善阀门的特性，提高控制精度、速度和灵活性。目前该产品因其低功耗、总线供电、本质安全等要求大多采用进口。该器件原理为将电信号转化为气信号结合气动执行机构最终来控制阀门。此外，定位器有总线供电，本质安全等要求，其关键技术为如何实现低功耗。
定位器能够增大执行器的输出功率,减少调节信号的传递滞后,加快阀杆的移动速度,提高调节速度,克服阀杆移动中产生的摩擦力和阀芯不平衡力,以提高调节阀的精度。通过更换反馈元件可以实现对调节阀整体流量特性的变换。
三、智能阀门定位器的特点
1、智能阀门定位器的控制精度较高
可以实现控制阀的精确控制，从而提高系统的控制水平。另外，智能阀门定位器可以方便设置阀门特性曲线，比如等百分比特性，西门子PS2系列就提供了1：25、1：33、1：50三种特性，ABB公司提供了1：25、1：50两种特性。另外，如果用户对定位器内置阀门特性不满意或有特殊要求，可以通过自定义特性曲线功能进行自定义阀门特性曲线的设置。各公司智能阀门定位器提供10~20段曲线的设置。
2、省气、节约能耗，保持气源压力的稳定
常规定位器的稳态耗气量在350升/小时，智能定位器稳态耗气量在30升/小时，一方面可节约运行成本，另一方面保持仪表风压力的稳定，保证装置的可靠运行。
3、调试过程简单
对智能定位器来说，调试过程非常简单，只需进行简单的初始化即可。以西门子PS2为例，只需按3个按纽并设置几个简单参数，就可以自动完成初始化过程。更方便的是，把设置好的参数上载到计算机中，可以再通过下载成批的复制到相同工况的定位器中，大大节约人力和时间。
四、系统设计原理
阀门定位器控制系统采用89系列微控制器为核心,它接收来自调节器的设定阀门开度的电流信号(4~20mA),用这个信号与从调节阀阀杆反馈回来的实际开度信号进行比较,如果微处理器得到一个偏差信号,就利用这个信号去控制压电阀,使一定量的压缩空气经过压电阀进入到调节阀执行机构的气室,推动阀心的移动或转动,从而达到阀心的准确定位。阀门定位器的控制原理图如图1所示。
图1阀门定位器的控制原理图
五、系统的硬件设计
1、系统的基本组成
系统采用89系列微控制器,A/D转换芯片ADC0808,可编程键盘、显示接口芯片8279,兼有看门狗功能、电源电压监测和EEPROM功能的X25045芯片以及标准RS-232接口转换芯片MAX232组成基本系统。此外,还有一些基本的附加电路,如复位电路、报警电路、4~20mA电流转换到0~5V电压的转换电路、压电阀控制电路等。其电路原理图如图2所示。
2、A/D转换电路
ADC0808是价格适中的逐次比较式8位A/D转换器,可输入8路模拟信号,在这里用IN0和IN1作为模拟信号输入通道。ADC0808典型时钟频率为640kHz,每一通道的转换时间约为100Ls.89系列微控制器与ADC0808的接口电路如图2所示。
图2微控制器控制系统电路原理图
微控制器通过地址线P2.0和读、写控制线来控制转换模拟输入通道的地址锁存、启动和输出允许。模拟输入通道地址译码的输入A、B、C由P010~P012提供,因为ADC0808具有通道地址锁存功能,所以省掉了地址锁存器74LS373,直接将P010~P012分别与A、B、C相连。例如,当要选中IN0路模拟电路送入ADC0808的时候,执行如下程序:
MOVDPTR,#0FEFFH;输入ADC0808的地址FEFFH给DPTRMOVA,#00H;将IN0模拟电压地址送AMOVX@DPTR,A;将A中的数据送入A、B、C,并启动ADC0808由于阀心的移动速度很慢,所以在前向通道中无需设置采样保持器。为了消除现场的电磁及噪声干扰,采用复合数字滤波程序来消除采样系统中由于干扰造成的误差。因为ADC0808只接收模拟电压信号,而从调节器过来的信号是4~20mA电流信号,所以ADC0808在采集调节器过来的信号前,需将4~20mA电流信号转换成0~+5V电压信号。其I/V转换电路如图2所示。
3.38279键盘、显示器接口芯片与微控制器连接电路8279是专用键盘、显示控制芯片,能对显示器自动扫描;能识别键盘上按下的键号,充分提高CPU的工作效率。因此,对于此系统的按键和显示电路,采用8279键盘、显示器接口芯片。它为16个按键及8位显示的接口芯片。将它的按键设置为10个数字键、3个字母键、2个功能键、1个小数点键。
六、软件设计
1、功能键说明
因为调节阀有直线流量特性、百分比流量特性和快开流量特性3种基本的流量特性。当阀门定位器安装在不同流量特性的调节阀上时,用户可通过按键A、B或C分别进入直线流量特性、百分比流量特性和快开流量特性的功能程序区,从而针对不同的流量特性设置不同的参数。
2、调节阀开度显示的设计
因为系统设计中要求0~100%的阀门开度,而通过A/D转换后得到的是0~255的数,为此采用式(1)来把A/D转换的数据换算成阀门的开度。
式中:X为电位器动触点输出转换后的实际值;H为电位器动触点最大行程时输出转换后的值,其默认值为255;h为电位器动触点最小行程时输出转换后的值,其默认值为0。
通过式(1),可以为阀门定位器的电位器在现场与阀芯反馈杆的连接带来方便。因为电位器的最大行程距离与阀芯的最大行程距离是不可能相同的,而要通过改变机械结构使阀芯的最大行程与电位器的最大行程完全匹配是相当困难的,所以,可以根据实际安装时候阀芯的最大行程的X1来替换默认的h值。这样就可以在阀芯的最大行程距离小于且接近电位器的最大行程距离的条件下,无论阀芯的最大行程距离是多少,都可以准确的测出阀芯的开度。从调节器过来的信号经A/D转换后得到的数据也需通过式(1)进行转换。所得到的设定开度与阀门的实际开度进行比较即可得出偏差,如果偏差大于所允许的误差值(小于012%),89系列微控制器便输出控制信号给压电阀。
4.3数字滤波
由微控制器组成的自动控制系统中,为了减少对采样值的干扰,提高系统的可靠性,常常采用数字滤波的方法。系统采用算术平均值滤波和中值滤波相结合的复合数字滤波。它即可消除周期性脉冲干扰,又可以消除随机脉冲干扰。中值滤波是把几次采样值按一定顺序排列,如从小到大排列,然后取其中间值为该次采样值。这种方法适用于变量变化比较缓慢的过程,消除由于偶然因素造成的干扰。算术平均值滤波是把几次连续采样值相加求和,除以采样次数n,所得结果作为该次采样值。设第K个采样周期内共采样i次,每次采样为xi,则该次采样值Y(K)计算公式为
这种方法适用于周期性脉冲变化的采样信号。
4、偏差判别与条件控制
在对阀门定位器的控制中,采用五接点开关控制算法。所谓五接点开关,是指把误差范围分正大、正中、死区、负中、负大五大区域,在不同区域中执行不同的动作来减小误差。当误差在正大或负大区时,控制器输出连续信号给压电控制阀,持续进气或排气,使行程快速变化;在正中或负中区,输出一定宽度的脉冲信号,断续进气或排气,行程缓慢改变;在死区内,不输出信号,行程不改变。
5、程序框图
阀门定位器控制系统的软件主要由3部分组成。INT1中断服务程序如图3所示。INT0中断服务程序如图4所示,控制系统主程序见图5。
七、结束语
总而言之，要想进一步提高智能阀门定位器控制系统的设计科学性，就必须要分析其系统设计的流程和方法，同时，结合微控制器的原理，设计出科学的智能阀门定位器控制系统。
【参考文献】
[1]武自才,郭万军.多转式智能阀门电动执行机构控制系统设计[J].阀门.2012(01)
微控制器范文6
近日，意法半导体宣布STM32F4系列微控制器产品上市。作为STM32平台的新产品，STM32F4系列基于最新的ARMCortex-M4内核，在现有出色的STM32微控制器产品组合中新增了信号处理功能，并提高了运行速度。
“STM32F4系列引起市场关注有多方面的原因，其中最直接的原因为该系列是迄今性能最高的Cortex-M微控制器，且已上市。意法半导体量产的STM32微控制器平台拥有250佘种兼容产品、界最好的应用开发生态系统、以及出色的功耗和整体功能。F4系列是STM32产品家族的顶级产品，目前，意法半导体的Cortex-M微控制器共有4个产品系列：STM32F1系列、STM32F2系列和SqWl32L1系列，这3个系列均基于Cortex-M3内核；新的F4系列基于Cortex-M4内核。”ClaudeDardanne表示。
除引脚和软件兼容高性能的F2系列外，F4的主频(168MHz)高于F2系列(120MHz)，并支持单周期DSP指令和浮点单元、更大的SRAM容量(192KB，F2是128KB)、512KB一1MB的嵌入式闪存以及影像、网络接口和数据加密等更先进的外设。意法半导体的90nmCMOS制造技术和芯片集成的ST实时自适应“ART加速器”实现了领先的零等待状态下程序运行性能(168MHz)和最佳的动态功耗。
意法半导体现有的$3W132产品适合各种应用领域，包括医疗服务、销售终端设备(POS)、建筑安全系统和工厂自动化、家庭娱乐等。意法半导体正在利用新的STM32F4系列进一步拓宽应用范围。STM32F4的单周期DSP指令将会催生数字信号控制器(DSC)市场，数字信号控制器适用于高端电机控制、医疗设备和安全系统等应用。新的STM32F4系列的引脚和软件完全兼容STM32F2系列，如果STM32F2系列的用户想要更大的SRAM容量、更高的性能和更快速的外设接口，则可轻松地从F2升级到F4系列。此外，目前采用微控制器和数字信号处理器双片解决方案的客户可以选择STM32F4，其在一个芯片中整合了传统两个芯片的特性。
