應(yīng)用單片機(jī)的控制電路相關(guān)情況解析方案

引 言

遠(yuǎn)程控制技術(shù)又稱為遙控技術(shù)，是指實(shí)現(xiàn)對(duì)被控目標(biāo)的遙遠(yuǎn)控制，在工業(yè)控制、家用電器、無(wú)線電運(yùn)動(dòng)以及兒童玩具等領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。遙控技術(shù)可以分為單通道遙控和多通道遙控，也可以分為開(kāi)關(guān)型遙控和比例型遙控。

本文主要介紹了使用到單片機(jī)部分的控制電路，包括發(fā)射機(jī)電路和接收機(jī)電路。發(fā)射機(jī)采用電位器分壓作為比例控制信號(hào)，由4路A/D電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，各個(gè)通道數(shù)字信號(hào)連同兩路開(kāi)關(guān)量由單片機(jī)進(jìn)行多通道編碼，編碼信號(hào)由串行口送出，最后由發(fā)射模塊發(fā)射。接收機(jī)主要負(fù)責(zé)把收到的信號(hào)放大并從中解調(diào)出編碼信號(hào)，最后由伺服機(jī)把接收機(jī)收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作，由此實(shí)現(xiàn)方向和速度的控制。

外觀上，在遙控器的發(fā)射端應(yīng)該有帶旋鈕的比例表盤，把5 V電壓平均分成360°，每一個(gè)小的度量單位就代表一定的電壓值，當(dāng)旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，也就是輸入給發(fā)射單片機(jī)一定的電壓值，與此同時(shí)，發(fā)射單片機(jī)一直以一定的時(shí)間間隔去查詢當(dāng)前的速度并讀入到單片機(jī)內(nèi)部，并根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算出模型應(yīng)該前進(jìn)的距離或者當(dāng)前應(yīng)該的速度且根據(jù)此值設(shè)置相應(yīng)的計(jì)數(shù)/定時(shí)器的初值，然后由系統(tǒng)外部驅(qū)動(dòng)電路(伺服機(jī))把接收單片機(jī)收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作，即前進(jìn)一定距離或者作加減速運(yùn)動(dòng);當(dāng)定時(shí)器溢出產(chǎn)生中斷以后，外部相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路也幾乎同時(shí)發(fā)出控制信號(hào)控制模型停止任何動(dòng)作。

使用比例遙控的優(yōu)點(diǎn)有很多。例如：控制靈活;可以調(diào)整遙控的距離且調(diào)整的最大距離比一般遙控遠(yuǎn);可以根據(jù)使用者的意愿實(shí)現(xiàn)模型的速度改變;線路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng);伺服機(jī)構(gòu)(包括齒輪箱和伺服馬達(dá))簡(jiǎn)單等等。

1 比例遙控設(shè)備的基本原理

一般比例遙控系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。

圖1(a)中，鍵盤用于產(chǎn)生發(fā)射端控制信號(hào);編碼器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行編碼;顯示器顯示受控對(duì)象及其受控狀態(tài)類別;發(fā)射機(jī)將操縱指令轉(zhuǎn)換為帶有控制信息的無(wú)線電信號(hào)并將此信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)射功率的要求。

圖1(b)中，解碼器將編碼信號(hào)譯成控制信號(hào);控制器對(duì)受控對(duì)象實(shí)施控制;接收機(jī)接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)，同時(shí)將接收到的信號(hào)放大并從中解調(diào)出編碼信號(hào)，一般和發(fā)射機(jī)配套使用。由于接收機(jī)是裝在模型上的，一般都應(yīng)該盡量做到小巧，同時(shí)還應(yīng)具有很高的靈敏度，能接收較遠(yuǎn)距離發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)。

遙控設(shè)備的基本工作原理是：操縱者通過(guò)手中的遙控發(fā)射機(jī)(撥動(dòng)發(fā)射機(jī)上的旋鈕或者搖桿)將控制模型前進(jìn)、后退、加速或減速的指令變成電信號(hào)并將其發(fā)射到空中;模型上裝載的遙控接收機(jī)收到這些電信號(hào)并由伺服舵機(jī)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的遙控。

2 單片機(jī)比例遙控系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

無(wú)線比例遙控系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩個(gè)部分組成，發(fā)射部分完成對(duì)遙控指令的發(fā)射，接收部分完成對(duì)指令的實(shí)施。在設(shè)計(jì)時(shí)可將其分開(kāi)設(shè)計(jì)。

2.1 發(fā)射電路

圖2為使用STCl2C2052AD單片機(jī)設(shè)計(jì)的比例遙控系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的主電路。由于使用了單片機(jī)，使整個(gè)電路變得非常簡(jiǎn)潔。P1口為比例遙控信號(hào)的輸入端;通過(guò)電位器分壓得到比例控制信號(hào)，由4路A/D電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，各個(gè)通道數(shù)字信號(hào)連同兩路開(kāi)關(guān)量由單片機(jī)進(jìn)行多通道編碼，編碼信號(hào)由串行口送出，最后由發(fā)射模塊發(fā)射。如果需要設(shè)計(jì)更多通道的比例遙控系統(tǒng)，可以利用其余沒(méi)有使用到的P1端口，外接電位器進(jìn)行相應(yīng)的功能擴(kuò)展。當(dāng)沒(méi)有控制信號(hào)時(shí)，P1口均為高電平。由軟件控制將P1口的控制信號(hào)(低電平有效)送到單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行相關(guān)處理。

STCl2C2052AD是20腳封裝的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的兼容8051 RISC型CPU內(nèi)核的單片機(jī)。它是本設(shè)計(jì)的核心器件，其速度比普通的8051快12倍;功耗低;片上集成256字節(jié)的RAM;15個(gè)通用可編程I/0口，可以設(shè)置成4種模式——準(zhǔn)雙向口/弱上拉、推挽/強(qiáng)上拉、僅為輸入/高阻、開(kāi)漏(其中復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉模式);片內(nèi)有EEPROM功能;共有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;內(nèi)部還集成了RC振蕩器，在精度要求不高時(shí)可以省略外部晶振;具有較寬的操作電壓范圍以及獨(dú)立的片內(nèi)看門狗定時(shí)器;P1.7～P1.O共8路高精度的高速電壓輸入型8位A/D轉(zhuǎn)換器，速度可以達(dá)到100 kHz，可用于溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、頻譜檢測(cè)等等，上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/0口，用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換(不需要作為A/D使用的端口可以繼續(xù)作為I/O口使用，需作為A/D使用的端口要先將其設(shè)置為高阻輸入模式或者開(kāi)漏模式)。本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)還可以由其他同類型的20腳封裝的51系列單片機(jī)代替，設(shè)計(jì)方法多種多樣。