【正文】 雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu) 基于單片機(jī)的安全計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn) 雙機(jī)比較由兩套處理系統(tǒng)和一套仲裁系統(tǒng)組成，輸入信號(hào)經(jīng)兩套處理系統(tǒng) PU2處理后，由仲裁 CPU將兩個(gè)處理結(jié)果進(jìn)行比較，只有當(dāng)結(jié)果一致時(shí)才輸出。當(dāng) CPU1出現(xiàn)故障時(shí)，由 “ 雙機(jī)切換仲裁CPU”控制 CPU2代替 CPU1成為新的主機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，同時(shí)對(duì) CPU1進(jìn)行檢修，待修復(fù)好以后重新接入系統(tǒng)，但作為從機(jī)運(yùn)行。 安全計(jì)算機(jī)：系統(tǒng)組成 本例所設(shè)計(jì)的雙機(jī)熱備系統(tǒng)由 3臺(tái)以 AT89C52為核心的單片機(jī)系統(tǒng)組成。為了便于操作，在每套單片機(jī)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè) 4 4的鍵盤(pán)作為系統(tǒng)輸入， 4位數(shù)碼管用于顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 ② 完成 3臺(tái)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路和接口設(shè)計(jì)，完成 PCB設(shè)計(jì)，利用4 4的鍵盤(pán)作為處理 CPU的系統(tǒng)輸入，利用 4位數(shù)碼管顯示輸出鍵值和運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)上電時(shí)，仲裁 CPU設(shè)置 CPU1作為主機(jī)，CPU2作為從機(jī)，測(cè)試以下項(xiàng)目： 項(xiàng)目 1： 斷開(kāi) CPU1，仲裁 CPU立即將控制權(quán)限移交給 CPU2，數(shù)碼管顯 示出數(shù)據(jù)輸出仍然正常，但同時(shí)顯示出 CPU1出現(xiàn)故障； 項(xiàng)目 2： 重新接入 CPU1，仲裁 CPU判斷系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)， CPU2作為主機(jī)， CPU1設(shè)為從機(jī)，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)運(yùn)行正常； 項(xiàng)目 3：斷開(kāi) CPU2，仲裁 CPU立即將控制權(quán)限移交給 CPU1，數(shù)碼管顯 示出數(shù)據(jù)輸出仍然正常，但同時(shí)顯示出 CPU2出現(xiàn)故障； 項(xiàng)目 4： 斷開(kāi) CPU1和 CPU2，仲裁 CPU顯示不能輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示 CPU1和 CPU2都出現(xiàn)故障。 ② 在雙機(jī)熱備設(shè)計(jì)中，首先要保證仲裁 CPU是充分可靠的，其次要有判斷 CPU發(fā)生故障的依據(jù)，這兩者是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，通常由相關(guān)的安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)約定。 ③ 處理單片機(jī)與仲裁單片機(jī)之間可以通過(guò)雙口 RAM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)在伺服控制、精密加工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它適于采用單片機(jī)進(jìn)行控制?？刂仆婍樞蛴址Q為脈沖分配，例如，對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)，通常有三拍和六拍兩種工作方式，三拍工作方式的通電順序?yàn)?ABCA，六拍工作方式的通電順序?yàn)?AABBBCCCAA。如果按反序通電，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)例根據(jù)此原理設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角控制和速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。用戶接口有鍵盤(pán)和顯示等，用于設(shè)定控制要求和顯示控制效果，該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖： 單片機(jī)控制電路功 率放 大電 路M控 制 1控 制 2控 制 3ABC利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)控制：設(shè)計(jì)要求 ① 采用 AT89C2051或 PIC16C54單片機(jī)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制電路。 ③ 用鍵盤(pán)將電機(jī)設(shè)置為步進(jìn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，每按一次步進(jìn)鍵前進(jìn)一步，數(shù)碼管顯示步進(jìn)的步數(shù)。數(shù)碼管顯示給定轉(zhuǎn)速。 ⑤ 通過(guò)反序脈沖實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 ② 步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)再換向，以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī)。 ④ 功率放大電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是驅(qū)動(dòng)電路、緩沖電路和保護(hù)電路，建議選用現(xiàn)成模塊。 基于單片機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速器設(shè)計(jì) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種永磁同步電動(dòng)機(jī)，它采用電子換向器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械換向裝置，具有無(wú)機(jī)械磨損、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)扭矩大、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 的間隔排列 3個(gè)霍爾傳感器，每當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極通過(guò)霍耳傳感器時(shí)，傳感器輸出電平翻轉(zhuǎn) 1次，這樣當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)， 3個(gè)霍爾傳感器就會(huì)輸出 3路相位相差 120176。基于該信息，利用電子開(kāi)關(guān)控制電機(jī)的各相定子繞組的導(dǎo)通和截止，可使定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，并和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)始終保持 90176。本例在學(xué)習(xí)無(wú)刷直流電機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)接收 3個(gè)霍耳傳感器的信號(hào)及控制指令，運(yùn)行控制算法，以 PWM波的形式，輸出信號(hào)對(duì)電機(jī)繞組進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。 基于單片機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速器設(shè)計(jì) 無(wú)刷直流電機(jī)的定子線圈與霍耳傳感器布置 直流電機(jī)調(diào)速器：系統(tǒng)組成 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由基于單片機(jī)的調(diào)速控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成。調(diào)速系統(tǒng)的用戶接口有電位計(jì)、鍵盤(pán)和顯示等，用于設(shè)定控制要求，并顯示調(diào)速效果。 直流電機(jī)調(diào)速器：系統(tǒng)組成 直流電機(jī)調(diào)速器結(jié)構(gòu)框圖 電 位 計(jì)鍵 盤(pán)顯 示 塊C 8 0 5 1 F 0 2 0直流無(wú)刷電機(jī)電 機(jī)驅(qū) 動(dòng)電 路霍 爾 脈 沖 信 號(hào) 直流電機(jī)調(diào)速器：設(shè)計(jì)要求 本例針對(duì)某額定電壓 48V、額定功率 200W、額定轉(zhuǎn)速 2022轉(zhuǎn) /分的直 流無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)調(diào)速器，設(shè)計(jì)要求如下： ① 基于 C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)調(diào)速控制電路。在單片機(jī)和功率管之間，還需 要光電隔離和功率管驅(qū)動(dòng)器電路。 ④ 用數(shù)碼管顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，精度達(dá)到 1轉(zhuǎn) /分。 ② 直流無(wú)刷電機(jī)控制包括相位控制和轉(zhuǎn)速控制。基于霍爾傳感器信號(hào)還可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，這是因?yàn)閭鞲衅鬏敵龅拿}沖信號(hào)的頻率與轉(zhuǎn)速成正比，測(cè)出脈沖信號(hào)的頻率即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速，將該測(cè)量的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速相比較，對(duì)繞組電流進(jìn)行閉環(huán)控制，就可以使電機(jī)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速。 ③ 為了提高利用霍耳傳感器測(cè)速的精度，高速時(shí)應(yīng)采用測(cè)頻法，低速時(shí)應(yīng)采用測(cè)周法。除可采用 C8051F020單片機(jī)外，還可選用 ADuC83 PIC16C73等單片機(jī)作為微控制器。 簡(jiǎn)易 MP3播放器設(shè)計(jì) MP3播放器是目前最流行的便攜式音樂(lè)播放器之一。此外，通過(guò)采用高壓縮率和大容量存儲(chǔ)器，一臺(tái)計(jì)算器大小的 MP3播放器中可以存儲(chǔ)數(shù)百首歌曲，并可以通過(guò) PC機(jī)下載和更新。 AT89C51SND1C內(nèi)部集成了 MP3解碼器、 USB控制器等，這可以顯著簡(jiǎn)化外圍電路，提供 MP3播放器的單片解決方案。單片機(jī)電路是 MP3播放器的核心，它先從片外的 Flash存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過(guò)解碼處理后由 SPI串口輸出數(shù)字音頻信號(hào)，數(shù)字音頻信號(hào)在音頻處理電路中經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)，并經(jīng)音頻放大器放大，然后輸出至耳機(jī)。此外， MP3播放器還能通過(guò) USB接口與 PC通信，實(shí)現(xiàn)歌曲文件及應(yīng)用程序的下載。 ② 功能鍵共 6個(gè)，分別定義為播放 /暫停 /開(kāi)機(jī)、停止 /關(guān)機(jī)、快進(jìn)、快退，音量 +、音量 。 ③ MP3播放器可以用實(shí)驗(yàn)電源或電池供電。 ⑤ MP3播放器通過(guò) PC機(jī)通信，并能在驅(qū)動(dòng)軟件的輔助下下載音樂(lè)文件。 ② 大容量 Flash存儲(chǔ)器可選用 K9F5608，其容量為 32MB?；?SPI口的串行音頻 D/A轉(zhuǎn)換器具有接線少、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高音頻還原質(zhì)量。 ④ 采用電池供電時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)高效率 DC/DC電源模塊，實(shí)現(xiàn)單節(jié)電池供電，并延長(zhǎng)播放器工作時(shí)間。 DS18B20內(nèi)部集成有補(bǔ)償電路和 A/D轉(zhuǎn)換器等，它輸出的溫度數(shù)據(jù)直接就是數(shù)字量，因此具有模塊化、精度高等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)成本和實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合，可優(yōu)先采用 DS18B20進(jìn)行設(shè)計(jì)。在集總式設(shè)計(jì)場(chǎng)合，中央處理器要采集大量數(shù)據(jù)，因此不能在每路信號(hào)的讀寫(xiě)上都花費(fèi)大量時(shí)間，此時(shí)，可以用 FPGA或 CPLD等器件專門(mén)進(jìn)行多路信號(hào)的串并轉(zhuǎn)換工作，并通過(guò)中斷方式與 CPU交換