基于混合信号微控制器的操作器设计与实现.pdfVIP

基于混合信号微控制器的操作器设计与实现 洪沙，冉娟，刘珂 (重庆大学软件学院，重庆400000) 【摘要】操作器在机电一体化控制中起作重要的控制作用，本文通过对混合信号微控制器和传统操作器原理的简要说明，介绍一种基于混合信号微控制墨系列的F330为 控制核心器件来完成操作器的设计与实现．使操作器使用更加方便，可靠性更高。 【关键词】F330；信号结构；智能操作器 引言 号配置为出现在i／o端口引脚。这一特性 和可靠性。 F330是完全集成的混合信号片上系统允许用户根据自己的特定应用选择通用端 1．硬件结构 口i／o和所需数字资源的组合。 1．1总体框图 型MCU，其微控制器内核与MCS一51指令集 完全兼容，可以使用标准803x／805x的汇操作器作为一种常用的工业仪表，主 编器和编译器进行软件开发。由于它具备 要用于控制各种执行机构如电动执行器、 混合信号处理能力，所以对多重信号的信 电动阀门等设备，其接受控制输入信号和 号处理只需最少的外围电路。 电动执行器的反馈信号，将两种信号进行 F330采用流水线结构，与标准的8051比较，根据偏差控制电动执行器或者电动 结构相比指令速度又很人的提高。在标准 阀动作，达到偏差为零，使执行器或电动 阀门的直行程位移或角位移与控制输入信 由图可知，基于混合信号微控制器 的805I中，大部分指令都需要12或24个系 统刷期甚至更多，而对于CIp-51内核，号相对应。其信号结构如下图： 系列的F330为控制核心器件来完成操作 70％的指令周期只需要1或2个系统周期， 器的硬件系统分为信号输入、输出、人 只有4条指令的执行时间大于4个系统时 机界面和微控制器四大模块，信号输入 钟周期，当其工作在最大系统时钟频率 模块主要包括对控制输入信号和反馈输 25MHz时，其峰值速度达至U25MIPS。所以 入两个4—20mA模拟量的输入，伺服正、 特别适用对实时性要求极高的控制体系 反向连个开关量的输入的信号进行符合 中。 F330信号特征的处理。信号输出模块包 扩展的中断系统提供了14个中断源， 括对正、反向控制信号的输出和上、下限 允许大量的模拟和数字外设中断微控制 在自动工作状态下，操作器接受控制 报警信号的输出的驱动特征处理。人机界 器，一个中断驱动的系统需要较少的MCU输入信号决定执行机构的动作并输出驱动 面模块包括了LED显示器和人工操作所需 干预，因而有更高的执行效率。在设计一 电压对执行机构进行控制，执行机构在接 的键盘(自动／人工、正、反驱动键和认 个多任务实时系统时，这些增加的中断是 受操作器控制的同时将其实时的位移以电 可键)。 非常有用的。MCU有多达8个复位源：上信号反馈给操作器，操作器再根据这两个 1．2主要处理电路介绍 信号的偏差进行判断进一步控制执行机构 1．2．1模拟量的输入 电复位电路(POR)、一个片内VDD监视器 的动作以达到控制输入信号与反馈信号的 (当电源电压低于VRST时强制复位)、一 个看门狗定时器、一个时钟丢失检测器、 偏差为零。由此构成一个闭环的自动化控 一个电压检测器、一个软件强制复位、外 制系统，以达到自动、精确摔制执行机构 部输入引脚和FLASH读／写错误保护复位。的目的。另外操作器还可以接受伺服机构 的控制信号直接对执行机构进行控制。在 F330有17个I／OSl脚(两个8位口和一 个1位口