天大嵌入式系統(tǒng)課件-5-系統(tǒng)接口

1、2021-12-111嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 天津大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院天津大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 車明車明 第五章第五章: 嵌入式系統(tǒng)接口嵌入式系統(tǒng)接口2021-12-1125.1 鍵盤接口鍵盤接口5.1.1 少量按鍵少量按鍵 (REG電阻網(wǎng)電阻網(wǎng)u 串行轉(zhuǎn)換：串行數(shù)據(jù)輸入串行轉(zhuǎn)換：串行數(shù)據(jù)輸入移位移位REG電阻網(wǎng)電阻網(wǎng)u 并行并行D/A用于近距離；串行用于遠(yuǎn)程用于近距離；串行用于遠(yuǎn)程D/A，且其，且其REG一一般有二級(jí)。般有二級(jí)。nD/A轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù) （同樣也適用于（同樣也適用于A/D轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器）u 分辨率：邏輯二進(jìn)制位數(shù)（常用分辨率：邏輯二進(jìn)制位數(shù)（常用8bit，12bit

2、）u 量程量程/輸出范圍：一般為輸出范圍：一般為0-5Vu 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間/建立時(shí)間：完成一次工作所花費(fèi)的時(shí)間建立時(shí)間：完成一次工作所花費(fèi)的時(shí)間u 轉(zhuǎn)換精度：滿量程時(shí)轉(zhuǎn)換的實(shí)際模擬輸出值和理論轉(zhuǎn)換精度：滿量程時(shí)轉(zhuǎn)換的實(shí)際模擬輸出值和理論值之間的接近程度。值之間的接近程度。2021-12-11175.3.3 D/A轉(zhuǎn)換芯片的連接轉(zhuǎn)換芯片的連接n以以DAC0832為例：為例：u單片雙緩沖數(shù)據(jù)輸入單路單片雙緩沖數(shù)據(jù)輸入單路D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器n1. 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入u 當(dāng)無需二級(jí)緩沖時(shí)，可當(dāng)無需二級(jí)緩沖時(shí)，可將將WR1、WR2 同接同接 CPU 寫信號(hào)；寫信號(hào)；/CS、/XFER 同接地址譯碼；同接

3、地址譯碼；ILE 恒高電平即可。恒高電平即可。u 數(shù)據(jù)寫入芯片后，芯片數(shù)據(jù)寫入芯片后，芯片立即進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并在模立即進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并在模擬端輸出結(jié)果。擬端輸出結(jié)果。2021-12-1118n2. 輸出驅(qū)動(dòng)輸出驅(qū)動(dòng)u 輸出電壓：輸出電壓：uout = K*Iout1 ，K與與R1、R3及及Rfb內(nèi)阻相關(guān)。內(nèi)阻相關(guān)。R1可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，即可調(diào)可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，即可調(diào)uout的量程。的量程。R2為調(diào)零電阻，即可調(diào)為調(diào)零電阻，即可調(diào)uout的零點(diǎn)。的零點(diǎn)。當(dāng)調(diào)零電阻接負(fù)電壓時(shí)，運(yùn)放工作更穩(wěn)定，線性更好。當(dāng)調(diào)零電阻接負(fù)電壓時(shí)，運(yùn)放工作更穩(wěn)定，線性更好。C1/C2：輸出濾波電容（：輸出濾波電容（0.1/10u）R

4、3RbfIout1Iout2AGNDuoutC2R2R1C1-12V2021-12-1119u 輸出電流：輸出電流： 在輸出電壓的基礎(chǔ)上，由運(yùn)放和三極管射級(jí)跟隨器構(gòu)成恒流源。在輸出電壓的基礎(chǔ)上，由運(yùn)放和三極管射級(jí)跟隨器構(gòu)成恒流源。 R1與與R2、R3為并聯(lián)關(guān)系。調(diào)節(jié)為并聯(lián)關(guān)系。調(diào)節(jié)R2可調(diào)節(jié)射級(jí)電流量程。可調(diào)節(jié)射級(jí)電流量程。 RL，負(fù)載電阻，流過，負(fù)載電阻，流過R1/R2、R3的電流即為的電流即為Iout 。 A點(diǎn)電壓只受點(diǎn)電壓只受uout控制，不受控制，不受RL負(fù)載大小影響。負(fù)載大小影響。LM358+12VuoutRLR1R2R3A2021-12-1120u 雙極性電壓輸出：雙極性電壓輸出：

5、在輸出電壓在輸出電壓uout基礎(chǔ)上，并調(diào)整基礎(chǔ)上，并調(diào)整uout量程為量程為0uREF，則如圖電路有：，則如圖電路有：數(shù)字?jǐn)?shù)字00H時(shí)：時(shí)：uout= 0，i1= 0，i2= uREF/2R, i3 = i2-i1 = uREF/2R 所以，所以，uout2 = 2R*i3=uREF數(shù)字?jǐn)?shù)字80H時(shí)：時(shí)：uout= *uREF，i1= *(uREF/R)，i2 = uREF/2R, i3 = 0, 所以，所以，uout2 = 2R*i3= 0數(shù)字?jǐn)?shù)字FFH時(shí)：時(shí)：uout= uREF，i1= uREF/R，i2 = uREF/2R, i3 = - uREF/2R 所以，所以，uout2 = 2

6、R*i3=-uREF實(shí)現(xiàn)了雙極性。實(shí)現(xiàn)了雙極性。i1i2uout2i=02RR2Ruout-uREFu=02021-12-11215.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D接口接口n嵌入式應(yīng)用中，需要將模擬設(shè)備中的信號(hào)輸入到嵌入式應(yīng)用中，需要將模擬設(shè)備中的信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)時(shí)計(jì)算機(jī)時(shí), ,必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)號(hào), ,轉(zhuǎn)換器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)(A/D)。nA/D A/D 器件是數(shù)字與模擬混合集成電路，它既擁有器件是數(shù)字與模擬混合集成電路，它既擁有一般數(shù)字電路接口，又擁有模擬量輸入接口。輸一般數(shù)字電路接口，又擁有模擬量輸入接口。輸入模擬

7、量的大小決定了數(shù)字量的數(shù)值。入模擬量的大小決定了數(shù)字量的數(shù)值。n有四種常用的有四種常用的A/DA/D轉(zhuǎn)換方法：轉(zhuǎn)換方法：u 計(jì)數(shù)器式計(jì)數(shù)器式u 并行式并行式u 逐次逼近式逐次逼近式u 雙斜率積分式雙斜率積分式n我們介紹逐次逼近式我們介紹逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換, ,其他可自學(xué)。其他可自學(xué)。2021-12-11225.4.1 逐次逼近型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換n原理圖：原理圖：u 以以2 2分查找的方式，逐次趨近最接近的結(jié)果分查找的方式，逐次趨近最接近的結(jié)果輸出輸出DD/AREG控制邏輯控制邏輯+Vi電壓比較器電壓比較器1 / 0參考電壓參考電壓VR2021-12-1123逐次逼近型逐次逼

8、近型A/D轉(zhuǎn)換工作流程轉(zhuǎn)換工作流程開始開始i=最高位，最高位，REG=0，置，置A/D忙標(biāo)志忙標(biāo)志REG第第i位置位置1，適當(dāng)延時(shí)，等待，適當(dāng)延時(shí)，等待uf穩(wěn)定穩(wěn)定讀比較器結(jié)果讀比較器結(jié)果=0？第第i位清零位清零i=最低位？最低位？YesNoNoYes結(jié)束結(jié)束i=i-12021-12-11245.4.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片的連接轉(zhuǎn)換芯片的連接n以以ADC0809為例：為例：u 單片單片8模擬輸入端逐次逼近型模擬輸入端逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器CLOCKSTART 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 8 地址地址 完成完成鎖存地址鎖存地址輸出允許輸出允許D0D7ACBALEOEEOC標(biāo)準(zhǔn)源標(biāo)準(zhǔn)源IN0IN7REF+REF-

9、模入模入2021-12-1125ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0809地址鎖存地址鎖存和譯碼和譯碼OE通道通道選擇選擇開關(guān)開關(guān)ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位位三態(tài)三態(tài)鎖存鎖存緩沖器緩沖器DACVcc比較器比較器CLOCKSTARTGND VREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器SAR定時(shí)和控制定時(shí)和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC2021-12-1126C1LM358D+1215VREF+C2Rn1. 時(shí)鐘的產(chǎn)生時(shí)鐘的產(chǎn)生u CPU主時(shí)鐘分頻主時(shí)鐘分頻u 使用外接電阻，電容，構(gòu)成振蕩網(wǎng)絡(luò)使用外接電阻，電容，

10、構(gòu)成振蕩網(wǎng)絡(luò) u 使用晶體振蕩器使用晶體振蕩器 M：晶振（頻率固定）：晶振（頻率固定） C：接地電容（：接地電容（2050P）n2. 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓D：使用穩(wěn)壓二級(jí)管：使用穩(wěn)壓二級(jí)管R：精密電位器：精密電位器LM358：自穩(wěn)零運(yùn)放：自穩(wěn)零運(yùn)放C1、C2：濾波電容：濾波電容2021-12-1127n3. 啟動(dòng)處理啟動(dòng)處理u 寫信號(hào)與地址譯碼寫信號(hào)與地址譯碼n4. 結(jié)束處理結(jié)束處理u 中斷：將結(jié)束標(biāo)志作中斷源中斷：將結(jié)束標(biāo)志作中斷源u 查詢：將結(jié)束標(biāo)志作查詢輸入查詢：將結(jié)束標(biāo)志作查詢輸入u 延時(shí)等待延時(shí)等待譯譯碼碼+WE高地址高地址ALESTART2021-12-1128n5. 數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出

11、u 讀信號(hào)與地址譯碼讀信號(hào)與地址譯碼 n6. 模擬輸入保護(hù)模擬輸入保護(hù) D：限制：限制 INx 端最高電壓端最高電壓 R：限流：限流 C：濾波：濾波R模入模入INXCDRD譯碼譯碼+OE高地址高地址2021-12-11295.5 顯示器接口顯示器接口5.5.1 發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）1 1）單個(gè)）單個(gè)發(fā)光二極管：發(fā)光二極管： n電流與亮度的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：電流與亮度的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：u 驅(qū)動(dòng)門低電平電壓驅(qū)動(dòng)門低電平電壓0.3V，發(fā)光管壓降平均，發(fā)光管壓降平均0.5Vu 發(fā)光管電流：發(fā)光管電流：i = VCC -（0.3 + 0.5）/ RF i = 0.4 mA ；開始發(fā)光；開始發(fā)光F i =

12、10 mA ；正常發(fā)光；正常發(fā)光F i = 20 mA ；高亮度；高亮度2021-12-11302 2）七段數(shù)碼管）七段數(shù)碼管：n8個(gè)發(fā)光二極管組成數(shù)字（包括個(gè)發(fā)光二極管組成數(shù)字（包括1個(gè)小數(shù)點(diǎn)）個(gè)小數(shù)點(diǎn)）n有共陽極、共陰極有共陽極、共陰極 2 種類型種類型n有靜態(tài)、動(dòng)態(tài)有靜態(tài)、動(dòng)態(tài) 2 種顯示方式種顯示方式2021-12-11315.5.2 液晶顯示模塊（液晶顯示模塊（LCD模塊）模塊）n顯示原理：固定區(qū)域內(nèi)電致偏振改變透光率，不發(fā)光。顯示原理：固定區(qū)域內(nèi)電致偏振改變透光率，不發(fā)光。n顯示類型：區(qū)域圖形、點(diǎn)陣組圖顯示類型：區(qū)域圖形、點(diǎn)陣組圖n參數(shù)：單色參數(shù)：單色/彩色、點(diǎn)陣規(guī)模（如：彩色、點(diǎn)

13、陣規(guī)模（如：128 * 64）n驅(qū)動(dòng)：小型驅(qū)動(dòng)：小型LCD模塊一般由生產(chǎn)廠家將液晶屏、顯存模塊一般由生產(chǎn)廠家將液晶屏、顯存和基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)硬件集成在一個(gè)電路板上，并提供通用接和基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)硬件集成在一個(gè)電路板上，并提供通用接口和控制命令，方便用戶使用?？诤涂刂泼睿奖阌脩羰褂?。例：CF12864-3 VER02接口線定義nCS1、CS2 ：片選；RS、RW、E：控制信號(hào)nVSS、VDD：電源；VEE：偏致電壓調(diào)節(jié)nLED1、LED2：背光照明電源2021-12-1132CF12864-3 VER02 結(jié)構(gòu)2021-12-1133CF12864-3 VER02 使用2021-12-11345.5.3 P

14、C標(biāo)準(zhǔn)顯示器（標(biāo)準(zhǔn)顯示器（CRT & LCD）nPC標(biāo)準(zhǔn)顯示器：標(biāo)準(zhǔn)顯示器：u CRT：陰極射線管：陰極射線管(Cathode Ray Tube)顯示器，顯示器，利用偏轉(zhuǎn)線圈控制高速電子束。屬于模擬信號(hào)類型，利用偏轉(zhuǎn)線圈控制高速電子束。屬于模擬信號(hào)類型，速度快、色彩表現(xiàn)和飽和度好。速度快、色彩表現(xiàn)和飽和度好。 u LCD：液晶顯示器：液晶顯示器 (Liquid Crystal Display) ，屬，屬于數(shù)字信號(hào)類型。功耗小、刷新率需求低。于數(shù)字信號(hào)類型。功耗小、刷新率需求低。 2021-12-1135PC顯示器接口標(biāo)準(zhǔn)顯示器接口標(biāo)準(zhǔn)n采用標(biāo)準(zhǔn)顯示接口：采用標(biāo)準(zhǔn)顯示接口：VGA、DVI

15、u VGA（Video Graphics Array）接口，也叫）接口，也叫D-Sub接口。傳輸模擬信號(hào)。接口。傳輸模擬信號(hào)。u DVI（Digital Visual Interface）接口，由）接口，由DDWG工工作組推出。它基于最小化傳輸差分信號(hào)（作組推出。它基于最小化傳輸差分信號(hào)（TMDS）協(xié)）協(xié)議作為基本電氣連接。議作為基本電氣連接。TMDS是一種微分信號(hào)機(jī)制，是一種微分信號(hào)機(jī)制，可以將象素?cái)?shù)據(jù)編碼，并通過串行連接傳遞?？梢詫⑾笏?cái)?shù)據(jù)編碼，并通過串行連接傳遞。 n模擬接口：模擬接口：VGAu 用于用于CRTu 也用于也用于LCDF 但信號(hào)傳輸過程為：但信號(hào)傳輸過程為：數(shù)字?jǐn)?shù)字 = 模

16、擬模擬 = 數(shù)字?jǐn)?shù)字2021-12-1136PC顯示器接口標(biāo)準(zhǔn)顯示器接口標(biāo)準(zhǔn)-DVIn數(shù)字接口，用于數(shù)字接口，用于LCD，可分為：，可分為：u DVI-D：僅傳輸數(shù)字信號(hào)。：僅傳輸數(shù)字信號(hào)。u DVI-I：可傳輸數(shù)字和模擬信號(hào)，兼容：可傳輸數(shù)字和模擬信號(hào)，兼容VGAu 每種還分單每種還分單/雙通道，雙通道的數(shù)字傳輸率高雙通道，雙通道的數(shù)字傳輸率高2021-12-1137pin1-TMDS Data 2- pin11-TMDS Data 1/3 Shieldpin22-TMDS Clclk Shielldpin2-TMDS Data 2+ pin12-TMDS Data 3- pin23-TMD

17、S Clock+pin3-TMDS Data 2/4 Shield pin13-TMDS Data 3+ pin24-TMDS Clock-pin4-TMDS Data 4- pin14-+5V Power pinC1-Analog Red Video Outpin5-TMDS Data 4- pin15-Ground (+5V,Analog H/V Sync) pinC2-Analog Green Video Outpin6-DDC Clock pin16-Hot Plug Detect pinC3-Analog Blue VIDEO UTpin7-DDC Data pin17-TMDS D

18、ata 0- pinC4-Analog Horizontal Syncpin8-Analog Vertical Sync pin18-TMDS Data 0+ pinC5-Analog Common Groundpin9-TMDS Data 1- pin19-TMDS Data 0/5 Shield Return(R,G,B Video Out)pin10-TMDS Data 1+ pin20-TMDS Data 5-DVI接口定義接口定義2021-12-1138使用使用PC標(biāo)準(zhǔn)顯示器標(biāo)準(zhǔn)顯示器n一般在中、大型嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用一般在中、大型嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用n在嵌入式系統(tǒng)中使用標(biāo)準(zhǔn)顯示器的方式：

19、在嵌入式系統(tǒng)中使用標(biāo)準(zhǔn)顯示器的方式：1）選用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)總線，采購相應(yīng)顯示卡產(chǎn)品，）選用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)總線，采購相應(yīng)顯示卡產(chǎn)品，連接顯示器。軟件按相關(guān)總線規(guī)范和顯示連接顯示器。軟件按相關(guān)總線規(guī)范和顯示卡指令設(shè)計(jì)。卡指令設(shè)計(jì)。2）自行設(shè)計(jì)顯示卡，選用合適的顯示處理功）自行設(shè)計(jì)顯示卡，選用合適的顯示處理功能芯片（直至高性能的顯示處理器能芯片（直至高性能的顯示處理器 - GPU），按照系統(tǒng)器件總線標(biāo)準(zhǔn)將其加入），按照系統(tǒng)器件總線標(biāo)準(zhǔn)將其加入系統(tǒng)中，并通過其驅(qū)動(dòng)顯示器接口（系統(tǒng)中，并通過其驅(qū)動(dòng)顯示器接口（VGA、DVI）。軟件按相關(guān)總線規(guī)范和顯示芯片）。軟件按相關(guān)總線規(guī)范和顯示芯片控制指令設(shè)計(jì)?？刂浦噶钤O(shè)計(jì)。2

20、021-12-11395.6 電機(jī)接口電機(jī)接口5.6.1 步進(jìn)電機(jī)接口步進(jìn)電機(jī)接口n步進(jìn)電機(jī)由脈沖控制，每個(gè)脈沖激勵(lì)可使步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)由脈沖控制，每個(gè)脈沖激勵(lì)可使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，稱為一個(gè)步距角。而其轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，稱為一個(gè)步距角。而其轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比。速與輸入脈沖頻率成正比。n使用步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：使用步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：u 一般不需要反饋檢測，就能夠?qū)ξ灰苹蛩俣冗M(jìn)一般不需要反饋檢測，就能夠?qū)ξ灰苹蛩俣冗M(jìn)行較精確的控制行較精確的控制u 輸出的轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，無累計(jì)誤差輸出的轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，無累計(jì)誤差u 與數(shù)字設(shè)備兼容，控制簡單與數(shù)字設(shè)備兼容，控制簡單2021-12-11401）步進(jìn)電機(jī)原理：）步

21、進(jìn)電機(jī)原理：1、四相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)：電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有四、四相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)：電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有四個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。2、旋轉(zhuǎn)：開始時(shí)，開關(guān)、旋轉(zhuǎn)：開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，接通電源，SA、SC、SD斷開，斷開，B相磁相磁極和轉(zhuǎn)子極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的號(hào)齒對齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和號(hào)齒就和C、D相繞相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)SC接通電源，接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于斷

22、開時(shí)，由于C相相繞組的磁力線和繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)，1、4號(hào)齒和號(hào)齒和C相繞組的相繞組的磁極對齊。而磁極對齊。而0、3號(hào)齒和號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)號(hào)齒就和齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著D 、C、 B、 A 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。方向轉(zhuǎn)動(dòng)。2021-12-11412）相位及節(jié)拍：）相位及節(jié)拍：n四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，分為單四拍、雙四拍、八拍三四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，分為單四拍、雙四

23、拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩?。话伺墓ぷ鞣绞降牟骄嘟鞘菃嗡呐呐c雙四拍的一半，因此，八拍小；八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。甚至于工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。甚至于通過二相電流不同的組合，可使其拍數(shù)變?yōu)橥ㄟ^二相電流不同的組合，可使其拍數(shù)變?yōu)?6、32、，這即是步，這即是步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式。進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式。n不難推出：電機(jī)定子上有不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線相勵(lì)磁繞

24、阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移偏移1/m、2/m、(m-1)/m、1，并且導(dǎo)電按一定的相序循環(huán)，并且導(dǎo)電按一定的相序循環(huán)，電機(jī)就能被控制正反轉(zhuǎn)電機(jī)就能被控制正反轉(zhuǎn)這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等方合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等方面考慮，一般均為二、三、四、五相步進(jìn)電機(jī)。面考慮，一般均為二、三、四、五相步進(jìn)電機(jī)。 a. 單四拍單四拍 b. 雙四拍雙四拍 c. 八拍八拍 2021-12-11423）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)：）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)：n可以使用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)：如圖，可以使用單片機(jī)

25、直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)：如圖，AT89C2051將控制脈將控制脈沖從沖從P1.4P1.7輸出，經(jīng)輸出，經(jīng)9014放大后控制光電隔離器，再由功率放大后控制光電隔離器，再由功率管管TIP122將脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓和電流放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的各相將脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓和電流放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組?？墒共竭M(jìn)電機(jī)隨著不同的脈沖信號(hào)分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加繞組?？墒共竭M(jìn)電機(jī)隨著不同的脈沖信號(hào)分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動(dòng)作。圖中速、減速和停止等動(dòng)作。圖中L1L4為步進(jìn)電機(jī)的各相繞組。為步進(jìn)電機(jī)的各相繞組。2021-12-1143n專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片：如：專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片：如：STK672-080是是SA

26、NYO公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器厚膜混合集成電路，它的輸出級(jí)使用功率一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器厚膜混合集成電路，它的輸出級(jí)使用功率MOSFET組成。組成。STK672-080內(nèi)部提供的內(nèi)部提供的4相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分配控制相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分配控制器可獲得準(zhǔn)正弦波驅(qū)動(dòng)電流，從而使用戶應(yīng)用更簡單方便。它有器可獲得準(zhǔn)正弦波驅(qū)動(dòng)電流，從而使用戶應(yīng)用更簡單方便。它有五種激勵(lì)（通電）方式，可提供微步距控制以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基五種激勵(lì)（通電）方式，可提供微步距控制以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本步距角最大可細(xì)分為本步距角最大可細(xì)分為1/16。2021-12-11445.6.2 直流電機(jī)接口直流電機(jī)接口n直流電機(jī)由電壓控制，

27、其速度與輸入電壓成正直流電機(jī)由電壓控制，其速度與輸入電壓成正比，而方向由電壓極性決定。比，而方向由電壓極性決定。n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：u 容易啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制方便容易啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制方便u 調(diào)速性能好調(diào)速性能好u 過載能力強(qiáng)過載能力強(qiáng)n直流電機(jī)的數(shù)字控制方法常采用直流電機(jī)的數(shù)字控制方法常采用 PWM PWM 技術(shù)技術(shù)（Pulse Width Modulation Pulse Width Modulation 脈沖寬度調(diào)制）脈沖寬度調(diào)制）nPWM PWM 是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。2021-12-1

28、1451）PWM理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)：n沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。其效果基本相同。u 沖量指窄脈沖的面積。沖量指窄脈沖的面積。u 效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。F 低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 nPWM的核心是具有可調(diào)占空比的一系列脈沖的核心是具有可調(diào)占空比的一系列脈沖u 占空比是接通時(shí)間與周期之比：占空比是接通時(shí)間與周期之比： t / T tT2021-12-1146nPWM 可對模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字

29、編碼。使用高位數(shù)計(jì)可對模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼。使用高位數(shù)計(jì)數(shù)器，調(diào)制方波的占空比以用來對一個(gè)具體模擬信號(hào)的數(shù)器，調(diào)制方波的占空比以用來對一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行模擬，即使得在周期電平進(jìn)行模擬，即使得在周期 T 內(nèi)，脈沖內(nèi)，脈沖 t 的時(shí)域面積的時(shí)域面積與模擬信號(hào)在時(shí)間與模擬信號(hào)在時(shí)間 T 內(nèi)的時(shí)域面積相等。內(nèi)的時(shí)域面積相等。u 滿量程幅度、占空比滿量程幅度、占空比100%的脈沖即為滿量程的模擬信號(hào)的脈沖即為滿量程的模擬信號(hào)u 滿量程幅度、占空比可調(diào)的脈沖可以模擬或代替任意非滿量程幅度、占空比可調(diào)的脈沖可以模擬或代替任意非滿量程的模擬信號(hào)，條件是所圍面積相等。滿量程的模擬信號(hào)，條件是所圍面積

30、相等。nPWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通電壓或電流源是以一種通(ON)或斷或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。進(jìn)行編碼。 2021-12-11472）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)：）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)：n可以使用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)：如圖，可用繼電器或者大功可以使用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)：如圖，可用繼電器或者大功率晶體管實(shí)現(xiàn)率晶體管實(shí)現(xiàn) J1J4 四個(gè)開關(guān)接點(diǎn)，通過如下表的方