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AVR单片机控制系统说明书一、AVR单片机控制系统概述1. 控制系统组成和外观：AVR单片机控制系统是和XSJ-2型小功率直流随动系统学习机配套使用的计算机控制 系统它由单片机控制器(简称“数字板”)，AD、DA接口转换器(简称“模拟板”)和电 源等组成在使用时，模拟板安装在数字板的上面，如下图所示：2. 控制系统基本功能：1) 处理器特性：采用8位ATmegal28处理器，16MHz晶振，128K字节FLASH 程序存储器2) 4路AD输入：输入电压范围±10V,采样速率65〜260微秒，精度10位3) 4路DA输出：输出电压范围±10V,控制频率W50Hz,波纹＜0. 5mV, PWM频 率1kHz,精度16位4) 2路电平输入：高电平：7〜10V,低电平：OVo5) 2路电平输出：高电平：5V,低电平：0V6) 4位LED数码管显示：采用软件实现显示操作7) 2路TTL串行接口8) 2路标准232接口9) 1路高速SPI串行接口10) 多路I/O接口及所有端口引出：用于测量及更广泛的应用3. 控制系统的供电原理与接地：控制系统由外接5V电源、数字板的5V-5V隔离稳压电源、模拟板的5V-±12V隔昌稳压电源组成。

模拟板的零电位（地AGND）对应于数字板的5V电位的中点，即2. 5V 的位置因此数字板的地（GND）与模拟板的地（AGND）不共地如下图所示：统连接的界面4. 控制系统与XSJ-2的连接：在使用中，控制系统与XSJ-2型小功率直流随动系统学习机的连接如下图所示:图3计算机控制系统结构图反馈电位计在连接过程中首先要将模拟板的地（设备地 ± ）与乂$「2的地（餐）连 接，形成共地，再连接模拟板与XSJ-2的其它端口而数字板的地与端口均不能与XSJ-2 连接二、控制系统的模拟板1. 模拟板的基本功能和原理：模拟板由4路AD输入转换器（简称/4放大器）、4路DA输出转换器（简称*4滤波放 大器）、4路开关接口转换器以及参考电源等组成1） AD输入转换器：其作用是将±10V范围的直流输入电压转化成±2.5V范围的电压，送给数字板计 算机数字板将得到一个对数字地（GND）而言0〜5V的输电压其原理如下图所示：2） DA输出转换器：其作用是将由数字板计算机来的±2.5V范围的PWM信号转化成±10V范围的直 流电压，完成系统的DA操作原理如下图所示：本系统PWM频率1kHz,精度16位，控制频率W50Hz。

3） 4路开关接口转换器：其作用是通过模拟板为数字板提供开关量2路入和2路出，避免因两板不共地导致 的I/O困难输入高电平为7〜10V,低电平为0V；输出高电平为5V,低电平为0V4） 参考电源：是用于调试模拟板上放大器的一组电压源，电压有：OV（AGND接地），±10V, ±5V, ±10V可调等参考电源输出的电压并不是精确的整数值，只是作为参考，因此调试时应以实测数 值为准，或使用更精准的外接电压源代替2. 模拟板布局及各部名称：如下图所示：电源插口电源开关系统地标志2路开关输入路开关输出电压测量电源模块JANL与数字板接口去计算机由计算机4路AD输入4路DA输出AD幅度调整DA零位调整DA幅度调整sslSiNlrzi " ^AQB3参考电源第1路/4放大器皿 □□□□L□：ItoD 角第1路*4放大器3. 模拟板参考电源输出图：如下图所示:4. 模拟板的单独调整：调整的目的是判断模拟板的好坏，调整时不与数字板连接，在与数字板连接情况下 的联合调整将在后续章节中介绍1) AD输入转换器的调整：将参考电压或其它精准电压+10V与某路AD输入端连接，调整增益电位器AISx 螺丝，使测量点上的电压为输入电压的1/4,例如2.5V。

如下图所示：2) DA输出转换器的调整：A, 输出零位调整将DA输出转换器的输入滑块接地，调整增益电位器AOBx螺丝，使输出端的 电压为零如下图所示：B. 输出幅度调整将DA输入滑块拔下，将参考电源可调电压或其它精准电压+2.5V与输入端连 接，调整增益电位器AOSx螺丝，使输出端的电压为+10V如下图所示：三、控制系统数字板1. 数字板基本功能：1) 处理器特性：ATmegal28处理器，8位，16MHz晶振，128K字节FLASH程 序存储器，先进的RISC精简指令集，具有16MIPS能力2) 8路10位AD输入：采样速率65-260微秒，精度10位3) 6路16位PWM输出：多种频率和多种PWM输出方式，精度16位4) 4位LED数码管显示：采用8段LED共阴发光管，用软件实现数码显示操作5) 2路TTL串行接口：采用ATmegal28片内2路串行UART接口6) 2路232串行接口：由2路UART接口转化成的2路标准232接口7) 1路SPI串行接口：8) 4位开关排：用于执行程序的控制9) 多路I/O接口插座及所有端口引出：本系统设有多路实用的10接口插座，并 将ATmegal28所有I/O端口引出，便于更广泛的应用及测量。

由于采用开放式设计，用户在数字板上几乎可以实现ATmegal28处理器的全 部功能用户可进一步参考ATmegal28《数据手册》、本系统的《控制器接线表》 等文件以及以下章节的有关论述2. 数字板布局及各部名称：如下图所示：注：A.图中各接口的详细信息请参阅《控制器接线表》文件B.数字板上的地标记为()与模拟板上的地标记()是不一 样的，使用时不能短接基本通信数字板JANL与模拟板接口测量点基本I/O□!地标志JBAD基本A/D编程IDIJBTRJBIO中点插座 yIZZICZI CZI j ■1 M M M IB1 m i pj u is is s n(51151151151151(program]插针♦ ♦ ••□S34844840• ••・复位指/FSPI232A232B按钮灯4位数出排V 电源管脚引插座 y插座 y插座 y11J四回HIIIIH1 a ra罪*8 1码管T[=i3电源 开关4位拨 码开关插孔17 2吕 24 spTI-IPONE^VI232B]IQFvcc测量点3. 数字板与模拟板的连接：数字板与模拟板有2处连接：一处是与模拟板的接口 JANL,用排线连接；另一 处是电源插针，用双线连接，目的是将2板的外接5V电源导通，使外接5V电源可以 插在任何一个板上。

位置在上图已标明注意：在接口 JANL中也有外接5V电源导通, 这是为了加强电流的目的接口插座JANL各插针详细信息可进一步参考《控制器接线表》4. 数字板LED数码管硬件驱动原理：数字板的数码管采用4支8段LED共阴式发光管，硬件驱动原理如下图所示：用户使用软件编程：用位的扫描嵌套段的扫描方式完成；段选时低电平有效；位选 时高电平有效接口信息参考《控制器接线表》，编程请参考检验程序C编程范例5. 数字板的程序下载：1）关于PonyProg下载软件：PonyProg是ATMEL第三方提供的免费使用的在PC机上运行的下载软 件，支持大部分AVR单片机，俗称“马头”程序起始界面如下图所示：2） 下载线：下载线一端为25芯插头，使用时与计算机打印并口连接，另一端为8芯小插 头，使用时与数字板编程插座连接3） 程序写入流程：A. 写前准备：连接好电源线与下载线，打开电源开关，启动下载软件；B. 选型：在《器件D》菜单下选择ATmegal28«C. 打开程序文件：在《文件F》菜单下选择《打开程序（Flysh）文件》，并 选择你已编译好的后缀为HEX的文件D. 编程：在《命令C》菜单下选择《编程》项。

4） 写入配置位及保密位流程：A.读出配置位：在《命令C》菜单下选择《加密和配置位》，点击《读出R》 按钮在本系统中配置位如下图所示：B. 打勾保密位：将Lockl, Lock2其一或二者均打勾，其它配置位保持不变C. 配置位保密位写入：点击《写入W》按钮注：配置位不能随意胡乱写入，否则将导致处理器死机，要用“高压并行 编程”这个很麻烦的手续才能恢复四、控制系统检验程序及系统的联合调整1. 控制系统检验程序简介：在控制系统配套的光盘中，有一个检验程序《demo3.hex》，其用途是对系统的主要功能进行检验和调整，同时也为用户提供了这个程序的C语言编程范例，供用户参考检验程序由10个子功能组成，分别对应拨码开关1〜10的位置，这些子功能是：1) 第1通道AD输入与显示2) 第2通道AD输入与显示3) 第3通道AD输入与显示4) 第4通道AD输入与显示5) 1~4通道DA输出PWM占空比为0%的测试6) 1~4通道DA输出PWM占空比为25%的测试7) 1~4通道DA输出PWM占空比为50%的测试8) 1~4通道DA输出PWM占空比为75%的测试9) 1~4通道DA输出PWM占空比为100%的测试。

10) 1~4通道AD输入后不加处理，然后通过PWM产生DA输出的测试拨码开关的低位在上，高位在下，例如分别如下图所示：控制系统在联合调整前，要将测试软件《demon3.hex》写入(新系统出厂前已写好)1. 调整AD输入幅度：其目的是为了将输入模拟电压值与采后的数据值进行对应例如：输入模拟电压为 +10V,对应的采集数据应为1023具体做法如下：1) 将拨码开关打到“ 1 ”，进行第1通道的调整：此时模拟板AD第1通道在不接的情况下输入为0V (模拟地AGND),数码管 应显示“0511"如下图所示：2) 在第1通道输入+10V电压，调整增益电位器AIS1,使数码管出现“1022”，然后稍右旋电位器，使之刚好出现“1023”后停止，此时输入电压的满度值(+10V)已和数字满度值( 1023)对应如下图所示：2.调整DA输出幅度：其目的是进行PWM占空比和输出模拟电压的对应在本测试中，不同拨码值对应PWM不同占空比如下表所示：拨码开关值5 (0101)6 (0110)7 (0111)8 (1000)9 (1001)PWM占空比025%50%75%100%输出电压-10V-5V0V+5V+10V3）将拨码开关相继打到“2〜4”，完成第2〜4通道的调整。

1）将拨码开关打到“7”，PWM的占空比为50%,进行4个通道的零位校准：将输入滑块接到上边（PWM输入），调整零位电位器AOBx,将输出电压调为零如下图所示:将拨码开关打到"9”，PWM的占空比为100%,进行4个通道的满度校准:调整增益电位器AOSx,将输出电压调为+10V如下图:2)3） 反复1）和2） 1〜2次4） +5V和-5V验证：将拨码开关打到“8”或“6”，PWM的占空比为75%或25%, 观察输出电压，应为+5V和-5V过程不再累述3. AD、DA联动演示。