基于MCS-96系列單片機的數(shù)字正弦機研制

　　在伺服系統(tǒng)的調(diào)試過程中，需要能夠準確發(fā)送各種測試信號的正弦機。但通常使用的機電正弦機具有難以克服的機械傳動空回、死區(qū)及波形失真和漂移、裝訂參數(shù)可重復性差等缺點。
　　為了克服以上缺點，作者開發(fā)了8098數(shù)字正弦機。
　　1　硬件組成
　　8098數(shù)字正弦機采用MCS-96系列8098單片機［1，2］（也可選用兼容的80C196單片機）和5VASZZ系列DSC模塊，以軟件方法產(chǎn)生階躍、等速、周期等速和正弦等信號，通過8255直接16位數(shù)字輸出，或分精粗各12位數(shù)字量分送兩個DSC轉(zhuǎn)化為三相模擬電壓雙通道輸出。在此過程中，利用8279顯示和控制正弦機的運行狀態(tài)。8098數(shù)字正弦機的硬件組成框圖如圖1。

圖1　8098數(shù)池正弦機硬件組成框圖
2　軟件實現(xiàn)
　　8098數(shù)字正弦機的大部分功能是利用8098的匯編語言編程實現(xiàn)的，其軟件功能框圖如圖2所示。

圖2　8098數(shù)字正弦機軟件功能框圖
　　2.1　信號的產(chǎn)生
　　
下面以正弦信號的產(chǎn)生為例說明這部分的設計思想。

2.1.1　算法　
正弦運動的實現(xiàn)實質(zhì)上是按給定周期的正弦函數(shù)值，在單位時間送位置偏移置y，然后加上正弦的基值y0，即可得到繞基值按正弦規(guī)律變化的位置量A0。由于內(nèi)存有限，且為了簡化程序，設計中采用先計算出1/4個周期的正弦曲線，再通過銜接處理得到整個周期正弦曲線的方法。其中位置偏移量的計算是根據(jù)裝訂的正弦周期值T，計算出單位幅值標準正弦曲線，然后用裝訂的正弦幅值M乘以每個計算點對應的標準正弦值x，即可得到按正弦規(guī)律變化的位置偏移量。[next]

在伺服系統(tǒng)的調(diào)試過程中，需要能夠準確發(fā)送各種測試信號的正弦機。但通常使用的機電正弦機具有難以克服的機械傳動空回、死區(qū)及波形失真和漂移、裝訂參數(shù)可重復性差等缺點。
為了克服以上缺點，作者開發(fā)了8098數(shù)字正弦機。
1　硬件組成
　　8098數(shù)字正弦機采用MCS-96系列8098單片機［1，2］（也可選用兼容的80C196單片機）和5VASZZ系列DSC模塊，以軟件方法產(chǎn)生階躍、等速、周期等速和正弦等信號，通過8255直接16位數(shù)字輸出，或分精粗各12位數(shù)字量分送兩個DSC轉(zhuǎn)化為三相模擬電壓雙通道輸出。在此過程中，利用8279顯示和控制正弦機的運行狀態(tài)。8098數(shù)字正弦機的硬件組成框圖如圖1。

圖1　8098數(shù)池正弦機硬件組成框圖
2　軟件實現(xiàn)
　　8098數(shù)字正弦機的大部分功能是利用8098的匯編語言編程實現(xiàn)的，其軟件功能框圖如圖2所示。

圖2　8098數(shù)字正弦機軟件功能框圖
　　2.1　信號的產(chǎn)生
　　
下面以正弦信號的產(chǎn)生為例說明這部分的設計思想。

2.1.1　算法　
正弦運動的實現(xiàn)實質(zhì)上是按給定周期的正弦函數(shù)值，在單位時間送位置偏移置y，然后加上正弦的基值y0，即可得到繞基值按正弦規(guī)律變化的位置量A0。由于內(nèi)存有限，且為了簡化程序，設計中采用先計算出1/4個周期的正弦曲線，再通過銜接處理得到整個周期正弦曲線的方法。其中位置偏移量的計算是根據(jù)裝訂的正弦周期值T，計算出單位幅值標準正弦曲線，然后用裝訂的正弦幅值M乘以每個計算點對應的標準正弦值x，即可得到按正弦規(guī)律變化的位置偏移量。

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（a）DSC三相輸出電壓隨位置變化曲線

（b）位置量隨時間變化曲線

（c）DSC輸出隨時間變化曲線
圖4　正弦粗通道DSC輸出與時間之間的曲線圖解原理
4　結(jié)　論
　　經(jīng)兩種實驗方法測試正常后，8098數(shù)字正弦機于1996年7月在重慶望江機器總廠通過現(xiàn)場聯(lián)調(diào)。結(jié)果表明，8098數(shù)字正弦機各項指標均達到要求，且發(fā)送信號的誤差明顯小于機電正弦機，并克服了原有機電正弦機的許多缺點，功能齊全、運行可靠、操作簡便、通用性強、體積小、重量輕，是調(diào)試、驗收伺服系統(tǒng)特性的一種理想工具。