微控制器的电气接口

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1、& 第六章第六章 微控制器的电器接口微控制器的电器接口6.1 机器人的微控制器机器人的微控制器 机器人控制器与电机驱动器的电气连接合理性和正确性，机器人控制器与电机驱动器的电气连接合理性和正确性，是实现机器人可靠工作的重要保障。是实现机器人可靠工作的重要保障。 6.1.1 BS2 微控制器简介微控制器简介 常用的机器人控制电路和程序开发平台常用的机器人控制电路和程序开发平台PC机的并口机的并口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LM629运动控制器运动控

2、制器 BASIC Stamp 2（BS2 ）微控制器特点）微控制器特点微控制器和开发软件价格低廉微控制器和开发软件价格低廉编程器接口集成于微控制器上编程器接口集成于微控制器上集成集成+5V的电压调节器，输出电流为的电压调节器，输出电流为100mA采用全特性的采用全特性的PBASIC语言作为编程语言语言作为编程语言RS-232编程编程/调试接口调试接口有几千个应用实例可以借鉴和选择有几千个应用实例可以借鉴和选择非常好的售后支持（非常好的售后支持（ Parallax公司）公司） BS2 的不同款式和性能指标的不同款式和性能指标 BS2 的引脚布局和扩展电路的引脚布局和扩展电路芯片引脚布局芯片引脚布

3、局BS2 扩展展电路路Education公司的公司的USB口口程序开程序开发板板 BS2 微控制器的应用建议微控制器的应用建议 BS2的的VDD的引脚提供一个外部的的引脚提供一个外部的5V稳压电源，因为通稳压电源，因为通 过过PIC的的I/O引脚的电流过大时稳压器会烧坏。引脚的电流过大时稳压器会烧坏。 施加在芯片上的电压很高时，施加在芯片上的电压很高时， BS2的的I/O引脚很可能受到引脚很可能受到 损坏，预防办法是无论损坏，预防办法是无论I/O引脚上连接何装置，都给它串引脚上连接何装置，都给它串 接一个接一个220欧姆的电阻，以限制流过欧姆的电阻，以限制流过I/O引脚的电流。引脚的电流。 B

4、S2提供了提供了“-RES”引脚，因而不需要外部复位控制，引脚，因而不需要外部复位控制， 只需安装一个按钮，当按下按钮时该引脚接地，则只需安装一个按钮，当按下按钮时该引脚接地，则BS2就就 复位。复位。 给给BS2系统做一个编程接口，可使在写程序时不用来回拆系统做一个编程接口，可使在写程序时不用来回拆 卸卸BS2，以减少，以减少I/O引脚的磨损，延长引脚的磨损，延长BS2的使用寿命。的使用寿命。 6.1.2 LM629 微控制器简介微控制器简介 LM629 是是National Semiconductor 生生产的一款的一款电机机专用运用运动控制控制处理器，理器，一个芯片内集成了数字式运动控制

5、器的全部一个芯片内集成了数字式运动控制器的全部功能，功能，能完成数字运能完成数字运动控制中的高精度控制中的高精度实时计算任算任务。 该控制器可用于直流、无刷直流控制器可用于直流、无刷直流电机及其它可提供增量式机及其它可提供增量式位置反位置反馈信号的伺服机构，信号的伺服机构，使得设计一个快速、准确的运动使得设计一个快速、准确的运动控制系统的任务变得轻松、容易控制系统的任务变得轻松、容易 LM629微控制器特点微控制器特点内部有内部有32 bit 的位置、速度和加速度寄存器的位置、速度和加速度寄存器l 6 bit 可可编程数字程数字PID 控制器控制器;8 bit 分辨率的分辨率的PWM 输出出可

6、以可以进行位置和速度控制行位置和速度控制速度、位置和数字速度、位置和数字PID 控制器参数可以在控制控制器参数可以在控制过程中改程中改变实时可可编程中断程中断可可对增量式光增量式光电编码盘的的输出出进行行4 倍倍频处理理 LM629 的系的系统框框图LM629 的硬件的硬件结构构图 LM629微控制器的结构微控制器的结构 LM629微控制器的工作原理及应用微控制器的工作原理及应用 LM629通通过I/ O口与主口与主处理器通理器通讯,输入运入运动参数和控制参数，参数和控制参数， 输出状出状态和信息。和信息。 LM629 的梯形速度的梯形速度图发生器用于生器用于计算所需的梯形速度分布算所需的梯形

7、速度分布图。 在位置控制方式在位置控制方式时，主，主处理器送来加速度、最高理器送来加速度、最高转速、最速、最终位位 置数据，置数据，LM629 利用利用这些数据些数据计算运行算运行轨迹。在迹。在电动机运行机运行 时，除了加速度，其余参数允，除了加速度，其余参数允许更改。更改。 LM629的的编码器器A、B信号信号逻辑状状态每每变化一次，内置的位置化一次，内置的位置 寄存器就会加寄存器就会加(减减) 1 。A 、B、Z 信号同信号同时低低电平平时，就，就产生一生一 个个Index 信号送入信号送入Index 寄存器，寄存器，记录电动机的机的绝对位置。位置。 LM629在速度控制方式在速度控制方式

8、时，电动机用机用规定的加速度加速到定的加速度加速到规定定 的速度，并一直保持的速度，并一直保持这一速度，直到新的速度指令一速度，直到新的速度指令执行。如果行。如果 速度存在速度存在扰动，LM629 可使其平均速度恒定不可使其平均速度恒定不变。 LM629 内部有一个数字内部有一个数字PID 控制器，用来控制控制器，用来控制闭环系系统。数。数 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 系数由主系数由主处理器提供。理器提供。 电阻缓冲电阻缓冲集成芯片缓冲集成芯片缓冲 缓冲接口冲接口6.2 微控制器、计算机的电气接口微控制器、计算机的电

9、气接口 微控制器与微控制器与驱动器及器及计算机或主算机或主处理器的接口有三种理器的接口有三种标准准方式可以采用：方式可以采用：缓冲接口冲接口、隔离接口隔离接口、串行接口串行接口。 电阻（无源）阻（无源）缓冲冲与其它接口芯片与其它接口芯片间 集成芯片（有源）集成芯片（有源）缓冲冲PC机与机与电路路间的接口形式的接口形式 6.2.1 输入输入/输出接口输出接口 光电隔离光电隔离串行接口串行接口 隔离接口隔离接口 使两个子系使两个子系统在在电气上相互隔离，但仍可以通气上相互隔离，但仍可以通过光路来光路来传递数数字信息，也称字信息，也称为光光电隔离。可不需要共地隔离。可不需要共地连接，但反接，但反应慢

10、。慢。 串行接口串行接口 异步串行接口异步串行接口双双线接口接口, 一根一根发数据数据, 另一根接收数据，速另一根接收数据，速 度度较慢。有慢。有RS232和和TTL两种两种逻辑电平方式。平方式。 I2C接口接口双双线接口接口, 一根一根I/O线为时钟信号信号线发数据数据, 另一根另一根 I/O线为数据数据传输线，速度稍快。，速度稍快。 SPI接口接口三三线接口，串行接口，串行时钟、中、中级 6.2.2 与电源接口与电源接口 主要参考文献：主要参考文献：（1） 美美 丹尼斯丹尼斯. 克拉克等著，宗光华等译，机器人设计与控制，科学出版社，克拉克等著，宗光华等译，机器人设计与控制，科学出版社， 2004.5. （2） 王华王华 等，电机专用运动控制器等，电机专用运动控制器LM629 的应用研究，电子器件，的应用研究，电子器件，2005， 28(2)：370-373思考题：思考题：1、机器人微控制器的主要类型及其应用？、机器人微控制器的主要类型及其应用？