单片机应用技术讲座(13) 第十一讲 A/D转换器及其在单片机中的应用

<正> 测量和控制(如工业现场控制、数据采集与分析)是单片机系统一个非常重要的应用领域。其典型的应用模式是通过传感器采集现场的微弱信号参数,经过数据处理后再通过A/D模数转换送至单片机系统进行各种工业调节和控制。在单片机应用系统中,与传感器的接口通常称之为前向通道接     

便携式多功能LD特性测试系统的研制

研制了一种单片机控制的LD特性测试系统.该系统包括1台便携式LD特性测试仪和1套测试软件.测试系统可以运行在4种测试模式下:自动电流控制模式(ACC)、自动功率控制模式(APC)、自动电压控制模式(AVC)和自动背光电流控制模式(AMC);LD驱动电流可实现0～2 A连续可调.测试系统同时对温控实现精确的控制,采用软件方法实现Fuzzy PID调节,并结合积分分离思想,使温度控制快速而有效;采取了软启动控制、断路开关及限流保护的措施,有效地保证了LD的安全.实验表明:测试系统具有智能化程度高、硬件结构简单和使用方便等优点.     

步进电动机矩频特性测试方法研究

系统研究开发出了一套完整的步进电动机矩频特性测试试验系统.采用了基于PLC控制的磁滞制动器和扭矩传感器搭建了系统的硬件平台和软件设计,采用工控机作为测试结果的处理和显示,实现了自动控制和自动测试的电机矩频特性测试系统.试验结果表明,本系统运行稳定,测试精度高,高达0.005Nm的分辨率.该系统表明可以很好地进行步进电动机的矩频特性测试.     

数字闭环光纤电流传感器暂态特性仿真研究

数字闭环光纤电流传感器暂态特性主要包含频率响应与阶跃响应,对于电力系统的继电保护控制、故障录波等应用领域至关重要。在工程应用中,传统的测试方法由于其测试系统复杂、测试电流信号小等问题,不利于评估光纤电流传感器的暂态特性。利用数字闭环光纤电流传感器的闭环控制机理,提出一种在数字闭环光纤电流传感器反馈回路中添加相位调制激励的方法。首先,分析数字闭环光纤电流传感器的相位调制原理,通过建立数学模型验证相位调制激励的等效性;其次,根据数字闭环光纤电流传感器闭环控制算法,提出频率响应与阶跃响应的调制激励产生方法;最后,利用现有数字闭环光纤电流传感器产品平台完成频率响应与阶跃响应的仿真与测试。结果表明:采用相位调制激励的仿真数据与试验数据最大误差为0.12%,该调制激励方法不需要搭建复杂的测试系统,在现有硬件平台中即可实现不同电流信号的仿真测试。     

基于STM32F103的风力摆控制系统设计

本系统采用STM32F103单片机为核心控制系统,采用模块化设计方案,整个系统包含控制系统模块、电机驱动模块、角位移传感器模块、电源模块等.用角位移传感器MPU6050采集风力摆摆头的角度及位置,通过I2C总线传输发送到主控系统中,采用LCD12864显示采集到的信息,通过PID算法进行数据处理,产生相应的PWM信号,发送给相应的直流风机,控制直流风机实现自由摆动,从而画出直线、圆等轨迹.测试结果表明,该系统运算速度快,抗干扰能力强.     

压电器件阻抗测试系统的研制

基于压电器件的等效电路模型,利用导纳圆理论图测量压电器件阻抗特性参数及过零检测相位差测量原理,构建了一套完整的压电器件性能参数阻抗测试系统。通过单片机控制信号产生幅值固定、频率可变的正弦信号,经功率放大后驱动压电器件产生超声高频振动,并采集压电器件两端的电压、电流及相位差信号,通过串口传给上位机。上位机采用基于Labview人机交互界面,实现压电器件阻抗特性参数计算和图形显示。实验结果表明,本测试系统能测量压电器件各主要相关参数,并动态显示阻抗特性曲线,可用于压电器件的参数测试与性能评估。     

压电器件阻抗测试系统的研制

基于压电器件的等效电路模型,利用导纳圆理论图测量压电器件阻抗特性参数及过零检测相位差测量原理,构建了一套完整的压电器件性能参数阻抗测试系统。通过单片机控制信号产生幅值固定、频率可变的正弦信号,经功率放大后驱动压电器件产生超声高频振动,并采集压电器件两端的电压、电流及相位差信号,通过串口传给上位机。上位机采用基于Labview人机交互界面,实现压电器件阻抗特性参数计算和图形显示。实验结果表明,本测试系统能测量压电器件各主要相关参数,并动态显示阻抗特性曲线,可用于压电器件的参数测试与性能评估。     

基于单片机的半导体激光器应用控制技术

针对半导体激光器(LD)应用领域十分广泛的特点,提出了一种新型LD功率(P)-电流(Ⅰ)-电压(Ⅴ)的自动测试方法.该方案采用华邦51系列单片机(SCM)W78E58BP作为控制核心,实现了高稳定度的LD连续及脉冲驱动、恒流控制及功率、电压采集.LD控制单元中,应用负反馈技术实现注入电流Ⅰf、驱动电压Ⅴf和光功率Po的高稳定控制,电流控制精度为±0.1%;单片机控制电信号的放大、保持和采集,模拟、数字相结合,提高了信号处理的精度.最后,给出了通过RS-232接口对LD进行PIV测试的曲线及相关参数的测试结果,并给出了误差分析.该测试方法已得到广泛应用.     

基于STC12C5A60S2的电流型PWM功率放大器设计

以STC12C5A60S2高性能单片机作为控制核心,设计一种单自由度电流型PWM功率放大器,具有集成度高、体积小和成本优势。霍尔电流传感器完成电流信号到电压信号转换,单片机内部2路10位精度A/D分别采样控制信号和测量信号。离散PI控制器对8位精度PWM模块进行占空比调节,控制电流上升和下降速度。采用Simulink对比仿真了三电平控制策略,测试结果和仿真数据相一致,反映出功率放大器的静态电流精度高、纹波小,动态响应速度可以满足实际应用。从而得出控制策略有效,实现方法可行,系统稳定性好。     

基于LabVIEW的多功能虚拟测量系统设计

虚拟仪器通过软件功能来实现数据采集与控制、数据处理与分析及数据的显示。其充分利用计算机系统强大的数据处理能力,在基本硬件的支持下,利用软件完成数据的采集、控制、数据分析和处理以及测试结果的显示等,通过软、硬件的配合来实现传统仪器的各种功能。为实现在工作环境中准确检测电压、电流、温度、湿度,如使用传统仪器进行采集将花费大量的时间与成本。本设计基于LabVIEW设计虚拟多功能检测仪,使用G语言编程,通过下位机传感器的配合,实现对电压、电流、温度、湿度的准确检测。达到低成本高效率的目的。     

气象微系统中传感器的温度补偿

气象微系统中微控制器要完成多个传感器的软件温度补偿，同时也要完成通讯、监测、控制等一系列功能，因而微控制器的数据处理量很大，系统中程序、数据需要的存储空间也很大。我们针对这一问题对软件温度补偿的算法进行了改进，减少了微控制器的数据处理量，并减少了系统中程序、数据所占的存储空间。考虑判系统中有多个传感器需要进行温度补偿，因而算法的改进对于气象微系统向灵巧型、便携式、高性能方向发展具有实用意义。     

火星探测深空链路模拟平台设计与实现

针对深空通信环境复杂又难以实测的问题,构建了一种基于单片机控制的火星探测器-地球通信链路模拟平台。该平台采用MSP430系列单片机为硬件基础,结合C#软件开发,整体结构由硬件电路和软件上位机构成,二者通过USB接口进行数据通信。信号处理由硬件电路完成,同时PC机实时和硬件电路进行数据交互,完成软件上位机的动态演示。实测结果表明,该平台的测试结果与理论分析结果相吻合,操作简便且运行稳定,可用于辅助我国火星探测中火地通信系统的参数设计和性能评估,具有重要的工程借鉴意义。     

简易自动晶体管特性图示仪

该简易自动晶体管特性图示仪以AT89S52单片机为控制核心,由D／A来输出扫描电压和阶梯电流,可以自动识别晶体管的管脚与极性,并测量共射组态下三极管的特性曲线与主要参数以及稳压二极管的反向伏安特性。系统采用示波器作为图形显示终端．可直接从示波器上观察到稳压二极管、三极管的特性曲线．并可同时测量晶体管的主要参数：交／直流电流放大倍数、反向饱和电流Iceo和H参数。     

天基平台快速反射镜扰动信号抑制方法

天基平台快速反射镜在工作过程中受到空间电离辐射和天体摄动力的影响,会在音圈电机和负载输出端引起电流以及位置扰动,降低系统稳态精度和跟踪精度。为了减小扰动对系统的影响,在音圈电机输出电流路径和负载输出位置路径分别设计了扰动观测环节用于实现对特定扰动的抑制。首先,分析了天基环境下各扰动信号对系统输出精度的影响;然后,在系统中分别引入了电流和运动状态干扰观测环节,根据系统分析结果设计了各DOB（disturbance observer）环节控制器参数;最后,对理论模型进行了数值仿真并与刚柔耦合虚拟样机控制系统模型测试结果进行了对比分析。结果显示,当扰动电流和扰动位置频率分别为200 Hz和40 Hz时,双DOB系统对扰动的抑制能力可达92.59%,虚拟样机测试结果与理论结果的误差均在10%以内。     

基于Zigbee技术的室内安防报警系统的设计和实现

文章提出并实现了一种基于Zigbee技术的室内安防报警系统。系统采用单片机CC2530进行前端数据（如温度、烟雾等信息）的采集和检测,并利用红外探测器、玻璃破碎探测器等传感器对非法入侵进行检测,构建了一套数据采集平台。通过Zigbee协议搭建的无线通信网络,将各传感器和前端检测器的数据采集信息发送到远端基站,基站接收的数据通过串口通信发送给上位机,上位机进行数据分析和处理。系统不仅能实现多重数据的实时监测,同时还可对异常情况进行报警。实验证明,本系统结构简易可行、功耗低,且性能稳定,在室内安防报警领域有较好的应用前景。     

基于XC2365和模糊算法的车辆ESP系统研究与设计

设计了基于模糊控制算法技术和微控制器XC2365的车辆电子稳定系统ESP(Electronic Stability Program)。该系统通过传感器收集车辆的行驶状态数据,并将系统送至微控制器XC2365,控制器根据模糊算法进行车辆行驶辅助控制。整个系统通过MATLAB软件仿真,满足ESP控制策略要求。通过实地实验结果表明该系统安全性强,能够适应各种路况要求,保证车辆在行驶过程的稳定性和驾驶员的人身安全。     

引信电源性能测量电路设计

介绍了一种存储测试系统,该系统可以对处于高冲击和高速旋转恶劣环境中的引信电源的一些重要参数进行测量。电路采用单片机和CPLD联合控制的方法,充分利用了CPLD的高速和MCU控制灵活的特点,实现了数据采集和Flash存储器的读、写、擦除操作,以及与上位机通信的控制,从而实现微体积、微功耗、大容量的存储测试系统设计。分析了在闪存中构造负延迟存储空间的方法,以及AD校准的方法。整个系统经过实测在恶劣的环境中能够稳定的工作,达到了设计的目的,系统同样可以用于测试一般的化学电池。     

CPLD在数字频率计设计中的应用

文章论述了基于单片机和CPLD的等精度数字频率计的设计方法,等精度的测量方法具有较高的测量精度和整个频率区域保持恒定测试精度的特点。该频率计利用单片机完成整个测量电路的数据处理、测试控制和显示输出,利用CPLD来实现频率、周期、脉宽和占空比的测量计数。本频率计包括硬件电路和软件编程两部分,硬件电路主要包括电源模块、输入信号整形模块、键控制模块、显示模块、单片机和CPLD模块。CPLD采用vHDL硬件描述语言,单片机采用C语言编程。     

Impacts of test factors on heavy ion single event multiple-cell upsets in nanometer-scale SRAM

Single event multiple-cell upsets (MCU) increase sharply with the semiconductor devices scaling. The impacts of several test factors on heavy ion single event MCU in 65 nm SRAM are studied based on the buildup of MCU test data acquiring and processing technique, including the heavy ion LET, the tilt angle, the device orientation, the test pattern and the supply voltage; the MCU physical bitmaps are extracted correspondingly. The dependencies of parameters such as the MCU percentage, MCU mean and topological pattern on these factors are summarized and analyzed. This work is meaningful for developing a more reasonable single event test method and assessing the effectiveness of anti-MCU strategies on nanometer-scale devices.     

基于nRF905的可移动式无线探测系统设计

设计了一款集无线控制、无线探测于一体的小型车载探测系统.实现了图像、距离、温度等参数的无线测量,由nRF905射频收发模块将所测得的数据传回到手持设备上,并可通过无线方式遥控车载系统的机械动作.利用高性能低功耗单片机MSP430实现系统的控制及数据运算.系统可实时无线探测及控制,具有体积小、功耗低、数据传输稳定可靠、抗干扰能力强等优点,传输距离能达到300米以上,可以有效解决特殊场合的近距离探测应用难题.