【文章內(nèi)容簡介】 正余弦信號滯后 2 度 。 2R 減小 10 %可使正余弦信號超前 2 度 。 大范圍改變2R 時(shí)將會影響 4R 的選擇 ， 并可能引起 ―閃爍 ‖， 建議不使用。 積分器 直流誤差經(jīng) 4R 進(jìn)入積分器 ， 積分器積分后即得到轉(zhuǎn)速模擬量信號。該環(huán)節(jié)可通過調(diào)節(jié) 4R 、 5R 、 4C 和 5C 來改變系統(tǒng)閉環(huán)帶寬 BMf 。高于閉環(huán)帶寬的高頻信號被衰減。選擇閉環(huán)帶寬時(shí)應(yīng) 該 不小于表 中的參考頻率與閉環(huán)帶寬之比 ， 還應(yīng)注意閉環(huán)帶寬取得過高 ， 抑制高頻干擾的能力將減弱。因此 : 264 21 BWfRC ?? 45 5 CC ?? （ ） 55 24 CfRBW ?? ? 若無調(diào)節(jié)措施 ， 當(dāng) θ 的變化小于一個(gè) LSB 時(shí) ， 為使交流誤差和直流誤差為零 ， 可逆計(jì)數(shù)器將會不停的加 減 1 計(jì)數(shù)。但由于 θ 的變化小于一個(gè) LSB， ψ始終不能與 θ 相等 ， 造成計(jì)數(shù)器不停的加減計(jì)數(shù) ， 即 ―閃爍 ‖。為 防止轉(zhuǎn)換器 ―閃爍 ‖， 芯片內(nèi)部從 VCO 引出反饋信號給積分器。這樣 ， 只要輸入積分器的電流是 100nA/bit， 那么 VCO 就只在 θ 的變 化 大于一個(gè) LSB 時(shí)才計(jì)數(shù) ， 有效避免了閃爍現(xiàn)象。 若省去了高頻濾波器 : 1004 DCER ? （ ） 否則： 10034 ?? DCER （ ） DCE 取值如表 所示。 表 DCE 對應(yīng) 表 分辨率 10 12 14 16 參考頻率與閉環(huán)帶寬之比 :1 4:1 6:1 ： 1 DCE （ V/bit） ? （ r/s） 1040 260 65 壓控振蕩器 (VCO) 轉(zhuǎn)速信號控制壓控振蕩器發(fā)出計(jì)數(shù)脈沖 ， 使可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù) ， 計(jì)數(shù)方向由輸入 VCO的電流方向來決定 ， 計(jì)數(shù)脈沖頻率由流入 VCO 的電流大小 來 決定 ， 為 。假設(shè) θ 的最大變化速率為 ω， 此時(shí)希望模擬轉(zhuǎn)速輸 出為 U (不得超過 8V) ， 選取的是 n位分辨率 ， 6R 可按如下公式選取 : 8500102 66 ???? nUR? （ ） ω 在不同的分辨率下有不同的極限值 ， 如表 所示。 偏置調(diào)整 積分器輸入側(cè)的漂移和偏移電流引起的位置偏移量最大為 ′。若這個(gè)誤差可以忽略 不計(jì) ， 則可省略 8R 和 9R ， 否則 ， 可通過調(diào)節(jié) 9R 來校正位置偏差 : ?? MR ?? MR 19 (可調(diào)電阻 ) （ ） 單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 單片機(jī) 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實(shí)用，因它不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的， 這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器都帶有這些功能。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動成果。再者， AT89C5 AT89S51 目前的售價(jià)比 8031 還低，市場供應(yīng)也很充足 [17]。 而 8031 片內(nèi)不帶程序存儲器 ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲器多為 EPROM 的 2764 系列。用戶若想對寫入到 EPROM 中的程序進(jìn)行修改，必須先用一 種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入 18]。 8051 片內(nèi)有 4k ROM，無須外接外存儲器和 373，更能體現(xiàn) ―單片 ‖的簡練。但是編的程序無法燒寫到其 ROM 中，只有將程序交芯片廠代燒寫，并是一次性的，今后和芯片廠都不能改寫其內(nèi)容 [19]。 綜合以上比較所以選擇其中的 89C51 作為設(shè)計(jì)的單片機(jī)。 89C51 單片機(jī)介紹 89C51 是一種帶有 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī) [20]。 89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容 [21]。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效的微控制器， 89C2051 是它的一種精簡版本。 89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 [22]。 圖 89C51 芯片圖 AD2S83 芯片與單片機(jī)的連接 直接將 AD2S83 的數(shù)據(jù)接口通過電壓匹配電路與單片機(jī)相連，連接電路參 見圖 。一旦單片機(jī)捕捉到 BUSY 信號由高變低，就知道 AD2S83 完成了 1 次跟蹤過程，此時(shí) AD2S83 的輸出數(shù)據(jù)有效，單片機(jī)執(zhí)行讀數(shù)中斷，開始讀取已經(jīng)轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)[26]。 圖 AD2S83 芯片與單片機(jī)連接示意圖 晶振電路 圖 晶振電路圖 晶振電路在 單片機(jī)電路中作用是提供給單片機(jī)的整體時(shí)鐘，兩個(gè)電容容值一樣且都不得 大于 47PF，以幫助晶振起振。 Y１為晶振，值一般為 。兩邊如圖分別連接到單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 端口。 復(fù)位電路 圖 復(fù)位電路 當(dāng)開關(guān)被摁下一次，使單片機(jī)中寄存器處于特定狀態(tài) ， 即數(shù)據(jù)被復(fù)位。 顯示電路及其驅(qū)動的設(shè)計(jì) 器件選擇 在顯示器件選擇方面， LED 顯示器與 LCD 顯示器相比， LED 在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。 LED 與 LCD 的功耗比大約為 10:1，而且更高的刷新速率使得 LED 在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)，能提供寬達(dá) 160176。的視角，而且 LED 顯示屏的單個(gè)元素反應(yīng)速度是 LCD 液晶屏的 1000 倍，在強(qiáng)光下也可以照看不誤，并且適應(yīng)零下 40 度的低溫。利用 LED 技術(shù)，可以制造比 LCD 更薄、更 亮、更清晰的顯示器，擁有廣泛的應(yīng)用前景 [23]。 而且由于 LED 八段數(shù)碼顯示管有以下主要特點(diǎn)： （ 1）能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與 cmos、 itl電路兼容。 （ 2）發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短（ 0． 1μs），高頻特性好，單色性好，亮度高。 （ 3）體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 （ 4）壽命長，使用壽命在 10 萬小時(shí)以上，甚至可達(dá) 100 萬小時(shí)。 （ 5）成本低。 所以此設(shè)計(jì)中選用 LED 八段數(shù)碼顯示管作為顯示器件。 圖 LED 八段數(shù)碼顯示管 顯示電路 八段數(shù)碼顯示管 ： 圖 顯示電路 此設(shè)計(jì)中 P0 接數(shù)碼管的段選端， P1 接位選端。 八段數(shù)碼顯示管用的是共陽極的，單片機(jī)的低電平的驅(qū)動能力為 10ma 左右，而高電平則為 500ua，數(shù)碼管的每一段的驅(qū)動電流至少要達(dá)到 2ma，所以單片機(jī)直接驅(qū)動數(shù)碼管是不可能的，這里采用PNP 三極管在飽和和截止兩種狀態(tài)來驅(qū)動數(shù)碼管，驅(qū)動電流又 Vcc 提供。例如 P1^0輸出 0 時(shí)，三極管處于深度飽和狀態(tài)， C 極和 E 極之間的電壓基本為 0，而 E 極接的是 Vcc,此時(shí)段選輸出 0 即可點(diǎn)亮相應(yīng)的段。當(dāng) P1^0 輸出 1 時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)， Ib為 0， 無論段選輸出 0 還是 1，都不會把數(shù)碼管點(diǎn)亮。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序流程圖 此軟件在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中能夠依據(jù) AD2S83 芯片的時(shí)序控制 AD2S83 的運(yùn)行，同時(shí)它 可以通過驅(qū)動電路控制八段數(shù)碼顯示管的顯示。 圖 程序流程圖 軟件編程 include include sbit busy=P3^7。 sbit enable=P3^6。 sbit inhibit=P3^4。 sbit byteselect=P3^5。 /* void delay500(uint a)//(a*)s { uint b,i。 for(b=a。b0。b) 上電（時(shí)鐘信號開始） 系統(tǒng)初始化函數(shù) While=（ 1） 判斷 BUSY 如果 BUSY 信號為 0，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束 控制 INHIBIT 和 ENABLE 信號讀取高八位數(shù)據(jù) 控制 BYTE 信號讀取低 8 位數(shù)據(jù)，共同構(gòu)成 16 位數(shù)據(jù) 分辨率為 12 位，計(jì)算相應(yīng)的角度。 顯示數(shù)據(jù)更新 { for(i=57572。i0。i)//uint 的 i，小 //心范圍 { } } }*/ /*定義放在了 main 前面所以無需聲明， b 和 i 在調(diào)用的時(shí)候分配空間。 */ /*void delay100(uint a)//(a*)s { uint b,i。 for(b=a。b0。b) { for(i=11515。i0。i) { } } }*/ void delay1(uint a)//(a*1)ms { uint b,i。 for(b=a。b0。b) { for(i=112。i0。i) { } } } /*void delay10(uint a)//(a*10)us { uint b,i。 for(b=a。b0。b) { for(i=1。i0。i) { } } }*/ uchar code table[12]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99, 0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09,0XFF}。//可以加回車 void display(uchar *,uchar )。 void display(uchar *p,uchar n)//顯示子函數(shù)，應(yīng)該接收指針 { //數(shù)組的地址 uchar i,temp。 temp=0xfe。 for(i=n。i0。i) { P1=temp。 P0=255。 P0=table[*p]。//table[幾 ]就是取出幾的段碼值 p++。//a[i]=2,即 table[2],將 2 的段碼賦給 P0 即可 delay1(1)。 temp=_crol_(temp,1)。 } } void main() { float jiaodu。 uint jiaodu1。 uchar a[4]。 uchar readdat1=0。 uchar readdat2=0。 uint dat。 while(1) { if(busy==0) { P2=255。 inhibit=0。 enable=0。 byteselect=1。 readdat1=P2。 byteselect=0。 readdat2=P2。 dat=readdat1*256+readdat2。 jiaodu=(dat*360)/4096。 jiaodu1=jiaodu*10。 a[3]=jiaodu1/1000。 a[2]=jiaodu1/100%10。 a[1]=jiaodu1/10%10。 a[0]=jiaodu1%10。 } display(a,4)。 } } 5 結(jié)論 本文采用硬件和軟件 結(jié)合 的方法設(shè)計(jì)了角位置和角速度的測量系統(tǒng)。硬件方面采用旋轉(zhuǎn)變壓器和專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD2S83；軟件方面通過單片機(jī)編程來控制AD2S83 芯片和顯示電路。很好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，數(shù)據(jù)顯示 為 一體化的應(yīng)用。 通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，誤差完全在可以接受的范圍內(nèi)，能夠達(dá)到 旋轉(zhuǎn)體在 6000轉(zhuǎn) /分鐘 狀態(tài)下 角位置和 角速度 測量 的指標(biāo) 。 本次設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為： （ 1） 本測量系統(tǒng)可以滿足在 高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的測量，精度較高 。 （ 2） 旋 變無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低 。 （ 3） 由于系統(tǒng)可以集成在一個(gè)小殼體里，所以 簡單輕巧，容易攜帶 。 （ 4） 可以工作在惡劣的環(huán)境下