基于單片機(jī)的數(shù)字正弦機(jī)研制

　　在伺服系統(tǒng)的調(diào)試過程中，需要能夠準(zhǔn)確發(fā)送各種測試信號的正弦機(jī)。但通常使用的機(jī)電正弦機(jī)具有難以克服的機(jī)械傳動(dòng)空回、死區(qū)及波形失真和漂移、裝訂參數(shù)可重復(fù)性差等缺點(diǎn)。

　　為了克服以上缺點(diǎn)，作者開發(fā)了8098數(shù)字正弦機(jī)。

　　1　硬件組成

　　8098數(shù)字正弦機(jī)采用MCS-96系列8098單片機(jī)［1，2］(也可選用兼容的80C196單片機(jī))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(gè)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(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。8098數(shù)字正弦機(jī)的硬件組成框圖如圖1。

圖1　8098數(shù)池正弦機(jī)硬件組成框圖

　　2　軟件實(shí)現(xiàn)

　　8098數(shù)字正弦機(jī)的大部分功能是利用8098的匯編語言編程實(shí)現(xiàn)的，其軟件功能框圖如圖2所示。

圖2　8098數(shù)字正弦機(jī)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(shè)計(jì)思想。

　　2.1.1　算法　

　　正弦運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是按給定周期的正弦函數(shù)值，在單位時(shí)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(shè)計(jì)中采用先計(jì)算出1/4個(gè)周期的正弦曲線，再通過銜接處理得到整個(gè)周期正弦曲線的方法。其中位置偏移量的計(jì)算是根據(jù)裝訂的正弦周期值T，計(jì)算出單位幅值標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線，然后用裝訂的正弦幅值M乘以每個(gè)計(jì)算點(diǎn)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正弦值x，即可得到按正弦規(guī)律變化的位置偏移量。

　　2.1.2 　正弦引導(dǎo)　

　　為保證被測伺服系統(tǒng)按正弦幅值平穩(wěn)變化，在正弦運(yùn)動(dòng)起始段與結(jié)束段均設(shè)計(jì)了正弦幅值的引導(dǎo)程序。下面以起始引導(dǎo)為例加以說明：根據(jù)裝訂的正弦周期值T計(jì)算出需要引導(dǎo)的點(diǎn)數(shù)N，從第一點(diǎn)(n=0)開始，正弦的幅值m從0開始按比例線性增加，直至最后一點(diǎn)(n=N)，恰好使得此時(shí)的m等于裝訂的正弦幅值M，這就完成了引導(dǎo)(結(jié)束引導(dǎo)是反過來從M開始線性遞減至0)。8098數(shù)字正弦機(jī)規(guī)定引導(dǎo)一個(gè)周期。正弦引導(dǎo)的算法公式為

　　N=400T,    (1)

　　m=Mn/N，(n由0到N變化),    (2)

　　y=mx,    (3)

　　A0=y0±y。    (4)

　　在引導(dǎo)的正半個(gè)周期，式(4)“+”號有效；負(fù)半個(gè)周期“-”號有效。正弦引導(dǎo)曲線示意圖如圖3所示。

圖3　正弦引導(dǎo)曲線示意圖