第六章+微控制器的電氣接口

1、編輯ppt1& 第六章第六章 微控制器的電器接口微控制器的電器接口6.1 機器人的微控制器機器人的微控制器 機器人控制器與電機驅(qū)動器的電氣連接合理性和正確性，機器人控制器與電機驅(qū)動器的電氣連接合理性和正確性，是實現(xiàn)機器人可靠工作的重要保障。是實現(xiàn)機器人可靠工作的重要保障。 6.1.1 BS2 微控制器簡介微控制器簡介 常用的機器人控制電路和程序開發(fā)平臺常用的機器人控制電路和程序開發(fā)平臺PC機的并口機的并口Parallax公司的公司的BASIC StampBasicX 公司的微控制器公司的微控制器OOpic 微控制器微控制器National Semiconductor 公司的公司的LM6

2、29運動控制器運動控制器編輯ppt2 BASIC Stamp 2（BS2 ）微控制器特點）微控制器特點微控制器和開發(fā)軟件價格低廉微控制器和開發(fā)軟件價格低廉編程器接口集成于微控制器上編程器接口集成于微控制器上集成集成+5V的電壓調(diào)節(jié)器，輸出電流為的電壓調(diào)節(jié)器，輸出電流為100mA采用全特性的采用全特性的PBASIC語言作為編程語言語言作為編程語言RS-232編程編程/調(diào)試接口調(diào)試接口有幾千個應(yīng)用實例可以借鑒和選擇有幾千個應(yīng)用實例可以借鑒和選擇非常好的售后支持（非常好的售后支持（ Parallax公司）公司） BS2 的不同款式和性能指標(biāo)的不同款式和性能指標(biāo)編輯ppt3 BS2 的引腳布局和擴展電

3、路的引腳布局和擴展電路芯片引腳布局芯片引腳布局BS2 擴展電路擴展電路Education公司的公司的USB口口程序開發(fā)板程序開發(fā)板編輯ppt4 BS2 微控制器的應(yīng)用建議微控制器的應(yīng)用建議 BS2的的VDD的引腳提供一個外部的的引腳提供一個外部的5V穩(wěn)壓電源，因為通穩(wěn)壓電源，因為通 過過PIC的的I/O引腳的電流過大時穩(wěn)壓器會燒壞。引腳的電流過大時穩(wěn)壓器會燒壞。 施加在芯片上的電壓很高時，施加在芯片上的電壓很高時， BS2的的I/O引腳很可能受到引腳很可能受到 損壞，預(yù)防辦法是無論損壞，預(yù)防辦法是無論I/O引腳上連接何裝置，都給它串引腳上連接何裝置，都給它串 接一個接一個220歐姆的電阻，以限

4、制流過歐姆的電阻，以限制流過I/O引腳的電流。引腳的電流。 BS2提供了提供了“-RES”引腳，因而不需要外部復(fù)位控制，引腳，因而不需要外部復(fù)位控制， 只需安裝一個按鈕，當(dāng)按下按鈕時該引腳接地，則只需安裝一個按鈕，當(dāng)按下按鈕時該引腳接地，則BS2就就 復(fù)位。復(fù)位。 給給BS2系統(tǒng)做一個編程接口，可使在寫程序時不用來回拆系統(tǒng)做一個編程接口，可使在寫程序時不用來回拆 卸卸BS2，以減少，以減少I/O引腳的磨損，延長引腳的磨損，延長BS2的使用壽命。的使用壽命。編輯ppt5 6.1.2 LM629 微控制器簡介微控制器簡介 LM629 是是National Semiconductor 生產(chǎn)的一款電機

5、專用運生產(chǎn)的一款電機專用運動控制處理器，動控制處理器，一個芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運動控制器的全部一個芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運動控制器的全部功能，功能，能完成數(shù)字運動控制中的高精度實時計算任務(wù)。能完成數(shù)字運動控制中的高精度實時計算任務(wù)。 該控制器可用于直流、無刷直流電機及其它可提供增量式該控制器可用于直流、無刷直流電機及其它可提供增量式位置反饋信號的伺服機構(gòu)，位置反饋信號的伺服機構(gòu)，使得設(shè)計一個快速、準(zhǔn)確的運動使得設(shè)計一個快速、準(zhǔn)確的運動控制系統(tǒng)的任務(wù)變得輕松、容易控制系統(tǒng)的任務(wù)變得輕松、容易 LM629微控制器特點微控制器特點內(nèi)部有內(nèi)部有32 bit 的位置、速度和加速度寄存器的位置、速度和加速度寄存

6、器l 6 bit 可編程數(shù)字可編程數(shù)字PID 控制器控制器;8 bit 分辨率的分辨率的PWM 輸出輸出可以進行位置和速度控制可以進行位置和速度控制速度、位置和數(shù)字速度、位置和數(shù)字PID 控制器參數(shù)可以在控制過程中改變控制器參數(shù)可以在控制過程中改變實時可編程中斷實時可編程中斷可對增量式光電編碼盤的輸出進行可對增量式光電編碼盤的輸出進行4 倍頻處理倍頻處理編輯ppt6 LM629 的系統(tǒng)框圖的系統(tǒng)框圖LM629 的硬件結(jié)構(gòu)圖的硬件結(jié)構(gòu)圖 LM629微控制器的結(jié)構(gòu)微控制器的結(jié)構(gòu)編輯ppt7 LM629微控制器的工作原理及應(yīng)用微控制器的工作原理及應(yīng)用 LM629通過通過I/ O口與主處理器通訊口與主

7、處理器通訊,輸入運動參數(shù)和控制參數(shù)，輸入運動參數(shù)和控制參數(shù)， 輸出狀態(tài)和信息。輸出狀態(tài)和信息。 LM629 的梯形速度圖發(fā)生器用于計算所需的梯形速度分布圖。的梯形速度圖發(fā)生器用于計算所需的梯形速度分布圖。 在位置控制方式時，主處理器送來加速度、最高轉(zhuǎn)速、最終位在位置控制方式時，主處理器送來加速度、最高轉(zhuǎn)速、最終位 置數(shù)據(jù)，置數(shù)據(jù)，LM629 利用這些數(shù)據(jù)計算運行軌跡。在電動機運行利用這些數(shù)據(jù)計算運行軌跡。在電動機運行 時，除了加速度，其余參數(shù)允許更改。時，除了加速度，其余參數(shù)允許更改。 LM629的編碼器的編碼器A、B信號邏輯狀態(tài)每變化一次，內(nèi)置的位置信號邏輯狀態(tài)每變化一次，內(nèi)置的位置 寄存器

8、就會加寄存器就會加(減減) 1 。A 、B、Z 信號同時低電平時，就產(chǎn)生一信號同時低電平時，就產(chǎn)生一 個個Index 信號送入信號送入Index 寄存器，記錄電動機的絕對位置。寄存器，記錄電動機的絕對位置。 LM629在速度控制方式時，電動機用規(guī)定的加速度加速到規(guī)定在速度控制方式時，電動機用規(guī)定的加速度加速到規(guī)定 的速度，并一直保持這一速度，直到新的速度指令執(zhí)行。如果的速度，并一直保持這一速度，直到新的速度指令執(zhí)行。如果 速度存在擾動，速度存在擾動，LM629 可使其平均速度恒定不變?？墒蛊淦骄俣群愣ú蛔?。 LM629 內(nèi)部有一個數(shù)字內(nèi)部有一個數(shù)字PID 控制器，用來控制閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù)控制器，

9、用來控制閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù) 字字PID 控制器采用增量式控制器采用增量式PID 控制算法，所需的控制算法，所需的KP 、KI 、KD 系數(shù)由主處理器提供。系數(shù)由主處理器提供。編輯ppt8 電阻緩沖電阻緩沖集成芯片緩沖集成芯片緩沖 緩沖接口緩沖接口6.2 微控制器、計算機的電氣接口微控制器、計算機的電氣接口 微控制器與驅(qū)動器及計算機或主處理器的接口有三種標(biāo)準(zhǔn)微控制器與驅(qū)動器及計算機或主處理器的接口有三種標(biāo)準(zhǔn)方式可以采用：方式可以采用：緩沖接口緩沖接口、隔離接口隔離接口、串行接口串行接口。 電阻（無源）緩沖電阻（無源）緩沖與其它接口芯片間與其它接口芯片間 集成芯片（有源）緩沖集成芯片（有源）緩沖PC機與

10、電路間的接口形式機與電路間的接口形式 6.2.1 輸入輸入/輸出接口輸出接口編輯ppt9 光電隔離光電隔離串行接口串行接口 隔離接口隔離接口 使兩個子系統(tǒng)在電氣上相互隔離，但仍可以通過光路來傳遞數(shù)使兩個子系統(tǒng)在電氣上相互隔離，但仍可以通過光路來傳遞數(shù)字信息，也稱為光電隔離。可不需要共地連接，但反應(yīng)慢。字信息，也稱為光電隔離?？刹恍枰驳剡B接，但反應(yīng)慢。 串行接口串行接口 異步串行接口異步串行接口雙線接口雙線接口, 一根發(fā)數(shù)據(jù)一根發(fā)數(shù)據(jù), 另一根接收數(shù)據(jù)，速另一根接收數(shù)據(jù)，速 度較慢。有度較慢。有RS232和和TTL兩種邏輯電平方式。兩種邏輯電平方式。 I2C接口接口雙線接口雙線接口, 一根一根I/O線為時鐘信號線發(fā)數(shù)據(jù)線為時鐘信號線發(fā)數(shù)據(jù), 另一根另一根 I/O線為數(shù)據(jù)傳輸線，速度稍快。線為數(shù)據(jù)傳輸線，速度稍快。 SPI接口接口三線接口，串行時鐘、中級三線接口，串行時鐘、中級編輯ppt10 6.2.2 與電源接口與電源接口編輯ppt11 主要參考文獻：主要參考文獻：（1） 美美 丹尼斯丹尼斯. 克拉克等著，宗光華等譯，機器人設(shè)計與控