【正文】 雙機熱備結(jié)構(gòu) 基于單片機的安全計算機結(jié)構(gòu)設計與實驗 雙機比較由兩套處理系統(tǒng)和一套仲裁系統(tǒng)組成，輸入信號經(jīng)兩套處理系統(tǒng) PU2處理后，由仲裁 CPU將兩個處理結(jié)果進行比較，只有當結(jié)果一致時才輸出。當 CPU1出現(xiàn)故障時，由 “ 雙機切換仲裁CPU”控制 CPU2代替 CPU1成為新的主機進行信號處理，同時對 CPU1進行檢修，待修復好以后重新接入系統(tǒng)，但作為從機運行。 安全計算機：系統(tǒng)組成 本例所設計的雙機熱備系統(tǒng)由 3臺以 AT89C52為核心的單片機系統(tǒng)組成。為了便于操作，在每套單片機系統(tǒng)中設計一個 4 4的鍵盤作為系統(tǒng)輸入， 4位數(shù)碼管用于顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 ② 完成 3臺單片機系統(tǒng)的硬件電路和接口設計，完成 PCB設計，利用4 4的鍵盤作為處理 CPU的系統(tǒng)輸入，利用 4位數(shù)碼管顯示輸出鍵值和運行狀態(tài)。系統(tǒng)上電時，仲裁 CPU設置 CPU1作為主機，CPU2作為從機，測試以下項目： 項目 1： 斷開 CPU1，仲裁 CPU立即將控制權限移交給 CPU2，數(shù)碼管顯 示出數(shù)據(jù)輸出仍然正常，但同時顯示出 CPU1出現(xiàn)故障； 項目 2： 重新接入 CPU1，仲裁 CPU判斷系統(tǒng)恢復正常運行狀態(tài)， CPU2作為主機， CPU1設為從機，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)運行正常； 項目 3：斷開 CPU2，仲裁 CPU立即將控制權限移交給 CPU1，數(shù)碼管顯 示出數(shù)據(jù)輸出仍然正常，但同時顯示出 CPU2出現(xiàn)故障； 項目 4： 斷開 CPU1和 CPU2，仲裁 CPU顯示不能輸出數(shù)據(jù)，同時顯示 CPU1和 CPU2都出現(xiàn)故障。 ② 在雙機熱備設計中，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)，這兩者是設計的難點，通常由相關的安全設計標準來約定。 ③ 處理單片機與仲裁單片機之間可以通過雙口 RAM實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)設計 步進電機在伺服控制、精密加工等領域得到廣泛應用，它適于采用單片機進行控制。控制通電順序又稱為脈沖分配，例如，對于三相步進電機，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為 ABCA，六拍工作方式的通電順序為 AABBBCCCAA。如果按反序通電，則電機就反轉(zhuǎn)。本設計例根據(jù)此原理設計步進電機的轉(zhuǎn)角控制和速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。用戶接口有鍵盤和顯示等，用于設定控制要求和顯示控制效果，該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)見下圖： 單片機控制電路功 率放 大電 路M控 制 1控 制 2控 制 3ABC利用單片機控制步進電機 步進電機控制：設計要求 ① 采用 AT89C2051或 PIC16C54單片機設計步進電機控制電路。 ③ 用鍵盤將電機設置為步進運動狀態(tài)，每按一次步進鍵前進一步，數(shù)碼管顯示步進的步數(shù)。數(shù)碼管顯示給定轉(zhuǎn)速。 ⑤ 通過反序脈沖實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 ② 步進電機換向時，一定要在電機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。 ④ 功率放大電路的設計關鍵是驅(qū)動電路、緩沖電路和保護電路，建議選用現(xiàn)成模塊。 基于單片機的無刷直流電機調(diào)速器設計 無刷直流電動機是一種永磁同步電動機，它采用電子換向器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械換向裝置，具有無機械磨損、結(jié)構(gòu)簡單、啟動扭矩大、響應快等優(yōu)點。 的間隔排列 3個霍爾傳感器，每當轉(zhuǎn)子磁極通過霍耳傳感器時，傳感器輸出電平翻轉(zhuǎn) 1次，這樣當電機旋轉(zhuǎn)時， 3個霍爾傳感器就會輸出 3路相位相差 120176。基于該信息，利用電子開關控制電機的各相定子繞組的導通和截止，可使定子磁場旋轉(zhuǎn)，并和轉(zhuǎn)子磁場始終保持 90176。本例在學習無刷直流電機工作原理的基礎上，利用單片機接收 3個霍耳傳感器的信號及控制指令，運行控制算法，以 PWM波的形式，輸出信號對電機繞組進行控制，實現(xiàn)對無刷直流電機的無級調(diào)速。 基于單片機的無刷直流電機調(diào)速器設計 無刷直流電機的定子線圈與霍耳傳感器布置 直流電機調(diào)速器：系統(tǒng)組成 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)主要由基于單片機的調(diào)速控制電路和電機驅(qū)動電路組成。調(diào)速系統(tǒng)的用戶接口有電位計、鍵盤和顯示等，用于設定控制要求，并顯示調(diào)速效果。 直流電機調(diào)速器：系統(tǒng)組成 直流電機調(diào)速器結(jié)構(gòu)框圖 電 位 計鍵 盤顯 示 塊C 8 0 5 1 F 0 2 0直流無刷電機電 機驅(qū) 動電 路霍 爾 脈 沖 信 號 直流電機調(diào)速器：設計要求 本例針對某額定電壓 48V、額定功率 200W、額定轉(zhuǎn)速 2022轉(zhuǎn) /分的直 流無刷電機設計調(diào)速器，設計要求如下： ① 基于 C8051F020單片機設計調(diào)速控制電路。在單片機和功率管之間，還需 要光電隔離和功率管驅(qū)動器電路。 ④ 用數(shù)碼管顯示電機轉(zhuǎn)速，精度達到 1轉(zhuǎn) /分。 ② 直流無刷電機控制包括相位控制和轉(zhuǎn)速控制。基于霍爾傳感器信號還可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，這是因為傳感器輸出的脈沖信號的頻率與轉(zhuǎn)速成正比，測出脈沖信號的頻率即可計算出轉(zhuǎn)速，將該測量的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速相比較，對繞組電流進行閉環(huán)控制，就可以使電機達到要求的轉(zhuǎn)速。 ③ 為了提高利用霍耳傳感器測速的精度，高速時應采用測頻法，低速時應采用測周法。除可采用 C8051F020單片機外，還可選用 ADuC83 PIC16C73等單片機作為微控制器。 簡易 MP3播放器設計 MP3播放器是目前最流行的便攜式音樂播放器之一。此外，通過采用高壓縮率和大容量存儲器，一臺計算器大小的 MP3播放器中可以存儲數(shù)百首歌曲，并可以通過 PC機下載和更新。 AT89C51SND1C內(nèi)部集成了 MP3解碼器、 USB控制器等，這可以顯著簡化外圍電路，提供 MP3播放器的單片解決方案。單片機電路是 MP3播放器的核心，它先從片外的 Flash存儲器中讀取數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過解碼處理后由 SPI串口輸出數(shù)字音頻信號，數(shù)字音頻信號在音頻處理電路中經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號，并經(jīng)音頻放大器放大，然后輸出至耳機。此外， MP3播放器還能通過 USB接口與 PC通信，實現(xiàn)歌曲文件及應用程序的下載。 ② 功能鍵共 6個，分別定義為播放 /暫停 /開機、停止 /關機、快進、快退，音量 +、音量 。 ③ MP3播放器可以用實驗電源或電池供電。 ⑤ MP3播放器通過 PC機通信，并能在驅(qū)動軟件的輔助下下載音樂文件。 ② 大容量 Flash存儲器可選用 K9F5608，其容量為 32MB?；?SPI口的串行音頻 D/A轉(zhuǎn)換器具有接線少、抗干擾能力強等優(yōu)點，有利于提高音頻還原質(zhì)量。 ④ 采用電池供電時，應設計高效率 DC/DC電源模塊，實現(xiàn)單節(jié)電池供電，并延長播放器工作時間。 DS18B20內(nèi)部集成有補償電路和 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。在對成本和實時性要求不高的場合，可優(yōu)先采用 DS18B20進行設計。在集總式設計場合，中央處理器要采集大量數(shù)據(jù)，因此不能在每路信號的讀寫上都花費大量時間，此時，可以用 FPGA或 CPLD等器件專門進行多路信號的串并轉(zhuǎn)換工作，并通過中斷方式與 CPU交換