6.4. Застосування однокристального мікроконтролера 83c51fa для керування двигуном постійного струму

Двигуни постійного струму широко використовують у про­мислових і побутових пристроях. У багатьох випадках важ­ливим є прецизійне керування швидкістю обертання двигуна та можливість зміни напряму обертання. Наприклад, двигун постійного струму у побутовій техніці магнітного звукозапи­су має обертатися зі сталою швидкістю. Зміна напряму обер­тання досягається зміною полярності напруги, що подається або на колекторну обмотку або на обмотку збудження.

Використання ОМК 83C51FA дає змогу здійснювати ке­рування двигуном постійного струму з реалізацією широтно-імпульсної модуляції напруги, яка подається на обмотку збудження чи на колекторну обмотку. На базі ОМК 83C51FA можна запрограмувати до п'яти широтно-імпульсних моду­ляторів.

Однокристальний мікроконтролер 83C51FA — це 8-розрядний мікроконтролер, основою якого є архітектура 8051, але він має кілька нових функцій, зокрема існує масив програмних лічильників — РСА (Programmable Counter Array). Масив складається з 16-розрядного таймера PC А та п'яти окремих модулів. Таймер РСА має два 8-розрядних регістри — CL (молодший байт) та СН (старший байт), які до­ступні для всіх модулів. Причому таймер РСА можна за­програмувати на використання вхідних даних з чотирьох різних джерел. Максимальна частота лічення — 4 МГц, тоб­то 1/4 частоти генератора. Окремі виводи порту Р1викорис­товуються для взаємодії кожного модуля і таймера із зовніш­німи пристроями. Якщо виводи порту не використовуються для роботи модулів РСА, їх можна використати як лінії зви­чайного порту введення-виведення.

Модулі РСА можуть бути запрограмовані на режим захоп­лення події (capture) або режим порівняння,який має такі напрями: програмний таймер; режим високошвидкісного виведення, режим широтно-імпульсного модулятора (PWM); режим сторожового таймера (watchdog-таймера) (лише для четвертого модуля). Кожний модуль має 8-розрядний регістр режиму — ССАРМп (табл. 6.13) та 16-розрядний регістр порівняння-захоплення, який складається з двох 8-розряд них регістрів CCAPnL і ССАРпН, де п може набувати зна­чення від 0 до 4.

Таблиця 6.13. Позначення бітів регістра режиму ССАРМп

Біт	Позначення	Призначення
7	-	-
6	ЕСОМп	Біт дозволу функції порівняння; ЕСОМп = 1 для функцій, що потребують порівняння вмісту ре­гістрів порівняння-захоплення із вмістом 16-розрядного таймера, наприклад функцій програмова­ного таймера, високошвидкісного виведення, watchdog-таймера
5	САРРп	Біт захоплення за переднім фронтом сигналу
4	CAPNn	Біт захоплення за заднім фронтом сигналу
3	МАТп	Біт визначення збігу вмісту регістрів захоплення-порівняння із вмістом 16-розрядного таймера
2	TOGn	Біт дозволу виведення за умовою збігу вмісту регістрів захоплення-порівняння із вмістом 16-роз­рядного таймера
1	PWMn	Біт дозволу генерації сигналу широтно-імпульсно­го модулятора за збігом молодшого байта вмісту регістра порівняння-захоплення та молодшого бай­та вмісту таймера РСА
0	ECCCFn	Біт дозволу генерації переривання за прапорцем порівняння-захоплення CCFn регістра CCON

Установленням відповідних бітів у регістрах режимів ССАРМп можна запрограмувати кожний модуль на функціо­нування в одному з режимів — захоплення події або по­рівняння.

Режим захоплення події. Подією називають будь-яку зміну рівня сигналу на входах. Однокристальний мікрокон-тролер можна запрограмувати на визначення таких подій:

• кожного переходу рівня вхідного сигналу зі стану «0» у стан «1» {САРРп =1);

• кожного переходу рівня вхідного сигналу зі стану «1» у стан «0» (CAPNn =1);

• будь-якого переходу рівня сигналу (САРРп - 1 та CAPNn = 1).

Після того, як запрограмована подія відбулася, час настан­ня цієї події, відлічений таймером РСА разом з інформацією про стан входів записується у стек подій FIFO. Операцію запису часу події у стек називають захопленням події. Якщо встановлено біт дозволу ECCFn, захоплення події супрово­джується генерацією запиту переривання ЦП на обслугову­вання модуля.

Режим порівняння. Якщо модуль запрограмовано на функ­ціонування в одному з підрежимів порівняння (програмова­ний таймер, високошвидкісний вивід, watckdog-таямер), про­грама завантажує у регістри захоплення-порівняння величи­ну, яка порівнюється з вмістом 16-розрядного таймера; ОМК генерує переривання у разі збігу цих величин.

У підрежимі програмованого таймера встановлюється пра­порець переповнення у разі збігу значень таймера і регістра захоплення-порівняння.

Підрежим високошвидкісного виводу призначений для ге­нерації заданих подій у певний час. Час задається значенням регістру захоплення-порівняння ССАРп.

У підрежимі сторожового таймера генерується перери­вання, якщо деяка ділянка програми виконується за більший час, ніж заданий у регістрі. Це дає змогу уникнути «зависан­ня» програми.

Підрежим широтно-імпульсного модулятора — єдиний режим, що використовує лише 8-розрядний регістр захоп­лення-порівняння. У старший байт (ССАРпН) обраного моду­ля завантажується значення від 0 до FFH. Це значення пе­реноситься у молодший байт того самого модуля і порівню­ється з молодшим байтом регістра таймера РСА. За умови CL<CCAPnL на відповідному виводі встановлюється стан логічного нуля; за умови CL>CCAPnL — стан логічної одиниці.

Крім регістрів ССАРМп для забезпечення роботи тайме­ра РСА введено ще два регістри спеціальних функцій — CCON та CMOD. Регістр CCON (табл. 6.14) допускає бітову адресацію. Адреса регістра CCON — 0D8H, значення для ски­дання - 00x00000В.

Регістр CMOD (табл. 6.15) не допускає адресацію окре­мих бітів. Адреса регістра CMOD — 0D9H, значення для скидання — 00xxx000В.

Якщо один з модулів запрограмований у режим широтно-імпульсного модулятора, у старший байт регістра порівняння слід завантажити значення від 0 до 255, яке визначає коефіцієнт заповнення широтно-імпульсного модулятора. Для ОМК 83C51.FА завантаження 0 в ССАРпН відповідає коефіцієнту заповнення 1, а 255 (OFFh) — коефіцієнту заповнен­ня 0,004. Часові діаграми та значення коефіцієнта заповнення широтно-імпульсного модулятора і регістра ССАРпН зобра­жено в табл. 6.16.

Таблиця 6.14. Позначення бітів регістра CCON

Біт	Позначення	Призначення
7	CF	Прапорець переповнення таймера
6	CR	Запуск таймера РСА
5	—	Не використовується
4	CCF4	Прапорці модулів, які використовуються для ви­значення модуля, що генерує переривання РСА
3	CCF3
2	CCF2
1	CCF\
0	CCF0

Таблиця 6.15. Позначення бітів регістра CMOD

Біт	Позначення	Призначення
5	—	Не використовується
4	—	-«-
3	—	-«-
2	CPSI	Біти, що визначають джерело тактування таймера РСА: 00 — внутрішній генератор, Fosc/12 01 — внутрішній генератор, Fosc/4 10 — переповнення таймера 0 11 — зовнішній сигнал (введення з Р1.2)
1	CPS0
0	ECF	Дозвіл переривання за прапорцем CF

Таблиця 6.16. Часові діаграми і значення коефіцієнта заповнення широтно-імпульсного модулятора

Коефіцієнт заповнення	Значення регістра ССАпН	Вихідний сигнал широтно-імпульсного модулятора
1	00	_______________________
0,9	25
0,5	128
0,1	230
0,004	255

Запуск таймера РСА здійснюється встановленням біта CR (див. табл. 6.14) регістра CCON, який допускає бітову адре­сацію. Встановлення і скидання цього біта здійснюється відпо­відними бітовими командами — CLR bit на SETB bit (див. табл. 6.11).

Приклад 6.1. Запрограмувати модуль 2 для генерації широтно-імпульсного модулятора-сигналу для ланцюга керування двигуном.

Програма має вигляд:

MOV	CMOD,#06	Обирається зовнішній тактовий сигнал
MOV	ССАРМ2,#42Н	Встановлюється режим широтно-імпульсного модулятора
MOV	ССЛАР2Н,#0	Значення нуля відповідає коефіцієнту заповнення 100 % (5 В)
SETB	CR	Запуск таймера
END

Принципову схему модуля керування двигуном постійно­го струму зображено на рис. 6.28 .

Схема містить ОМК 83C51FA з колами скидання і синхро­нізації, спеціалізовану ВІС драйвера L293, двигун та імпульс­ний датчик швидкості 30137. Імпульси ТТЛ-рівня з виходу датчика надходять на вхід Р1.6 ОМК. Залежно від частоти цих імпульсів ОМК збільшує або зменшує коефіцієнт заповнення широтно-імпульсного модулятора на виводах Р1.4, Р1.5, реалізуючи таким чином регулювання швидкості обер­тання двигуна.

Рис. 6.28. Принципова схема модуля керування двигуном постійного струму