計算機控制課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計指導(dǎo)書數(shù)字化直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)遼寧科技大學(xué)電子與信息工程學(xué)院控制系 二零零六年十月目 錄第一章 接口芯片簡介1. 1 引言電氣傳動系統(tǒng)采用微機進行數(shù)字化控制, 是傳動系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。 采用 微機控制整個系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化, 可使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化, 可靠性提高, 操作及 維修簡便, 電機穩(wěn)態(tài)運行時的穩(wěn)態(tài)精度可達到較高水平, 同時, 通過修改控制軟 件,可很方便地改變控制策略。本設(shè)計選用 INTEL 公司生產(chǎn)的 8088CPU 作主控器, 整個系統(tǒng)包括可控硅觸 發(fā)及轉(zhuǎn)速測量等環(huán)節(jié), 實現(xiàn)全數(shù)字化。 系統(tǒng)中采用了高分辨率數(shù)字觸發(fā)器和高精 度數(shù)字測速裝置,控制對象為直流電機

2、,采用雙環(huán)控制,內(nèi)環(huán)為電流環(huán),外環(huán)為 轉(zhuǎn)速環(huán),內(nèi)環(huán)和外環(huán)的控制器都由微機來實現(xiàn),它按照 PI 控制規(guī)律完成數(shù)字化 的控制運算。本系統(tǒng)設(shè)計中主要涉及的接口電路有:中斷接口 8259:可接八個中斷請求信號,本設(shè)計中接鍵盤中斷請求信號、 同步中斷請求信號和 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷請求信號,地址為 08H , 09H 。鍵盤顯示器接口 8279:地址為 28H , 29H 。定時器 /計數(shù)器 8253:可用于計數(shù)和定時,地址為 10H13H。并行接口 8255:地址為 20H23H。ADC0809接口:地址為 18H1FH。存儲器接口:6264、 2764。 6264是 8KRAM 芯片, 地址為 000

3、00H01FFFH。 2764是 8KROM 芯片,地址為 0E000H0FFFFH。1. 2 INTEL8088微處理器總線結(jié)構(gòu)當(dāng)把 8088CPU 與存儲器和外設(shè)構(gòu)成一個計算機系統(tǒng)時,根據(jù)所連存儲器和外設(shè)的規(guī)模,可有兩種不同的組態(tài)。本設(shè)計由于存儲器容量不大,片子不多,所 要連的 I/O端口少,因而采用最小組態(tài)即可滿足設(shè)計要求。系統(tǒng)的地址總線可由 CPU 的 70AD AD 、 158AD AD 、 1916AD AD 通過地址鎖存器 74LS373構(gòu)成, 數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)由 70AD AD 供給, 經(jīng) 74LS245驅(qū)動, 系統(tǒng)中所需的控制信號 全部由 8088CPU 本身提供。由于采用最

4、小組態(tài), _/MX MN 接電源 +5V。8088處在最小組態(tài)時,引腳 2431的意義如下:_/M IO :區(qū)分是存儲器訪問還是 O I /訪問。 _WR :存儲器寫或 O I /寫。_INTA :CPU 輸出的中斷響應(yīng)信號,向外部輸出低電平有效,表示 CPU 響應(yīng)外部發(fā)來的 INTR 信號。ALE :地址鎖存允許信號,高電平有效,在最小組態(tài)下用來作地址鎖存器 74LS373的輸入信號。_/R DT :數(shù)據(jù)發(fā)送接收信號,在最小組態(tài)中用來控制數(shù)據(jù)收發(fā)器 74LS245的數(shù)據(jù)傳送方向。當(dāng) _/R DT 為高電平時,表示數(shù)據(jù)從 CPU 向外輸出,即完成寫 操作。當(dāng) _/R DT 為低電平時,表示數(shù)據(jù)

5、從外部向 CPU 輸入,即完成讀操作。采 用 74LS245主要是增加數(shù)據(jù)總線驅(qū)動能力。_DEN :數(shù)據(jù)允許信號,低電平有效,在最小組態(tài)中如使用數(shù)據(jù)收發(fā)器74LS245時,用此信號作為它的選通信號。INTR :可屏蔽中斷請求信號,由外部輸入,電平觸發(fā),高電平有效。表示外部向 CPU 發(fā)出中斷請求。READY :準(zhǔn)備就緒信號。由外部輸入,電平觸發(fā),高電平有效。表示 CPU 訪問存儲器或 O I /端口時,已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)。當(dāng) READY 信號無效時,要求 CPU 插入一個或多個等待周期 W T 。HOLD (輸入 、 HLDA (輸出 :是系統(tǒng)中當(dāng)別的總線主設(shè)備要求占用總線 時,請求 CPU 響應(yīng)信

6、號。_SSO :系統(tǒng)狀態(tài)信號線。RESET :復(fù)位信號線 (輸入 。 復(fù)位輸入引起處理器內(nèi)部立即結(jié)束現(xiàn)行操作。 這個信號必須保持有效電平至少 4個時鐘周期, 以完成內(nèi)部復(fù)位過程。 當(dāng)其返回 低電平時,重新啟動執(zhí)行。CLK :時鐘輸入端,與 8284時鐘發(fā)生器的 CLK 引腳相連。8088管腳見附 圖 。1. 3 系統(tǒng)主時鐘在 8088CPU 組織的計算機系統(tǒng)中,專門設(shè)計了一個時鐘發(fā)生器 8284。它除 了產(chǎn)生振蕩,提供主時鐘外,還向 CPU 提供準(zhǔn)備就緒信號和系統(tǒng)復(fù)位信號。8284有兩種產(chǎn)生時鐘信號的辦法,用引腳 _/C F 加以選擇,可選擇外接頻率 源輸入信號或接自身的晶體振蕩器以形成脈沖。

7、在本設(shè)計中 _/C F 接低電平,由1X 和 2X 外接晶振以形成 8088的時鐘脈沖。晶振的頻率為 14.31818MHz , 8284將晶振頻率三分頻,在 CLK 引腳上輸出 4.77MHz 的 8088系統(tǒng)時鐘 CLK88。 CLK88的占空比為 1/2, 即高電平占 1/3, 低電平占 2/3, 時鐘周期是 210ns 。 CLK88經(jīng)兩分頻產(chǎn)生 PCLK (占空比為 1/2 , 供某些外部設(shè)備使用, 使用晶振時, CSYNC 必須接地。1.4 8088存儲器擴展本系統(tǒng)中,選用 EPROM2764作為程序存儲器,選用靜態(tài) 6264作為數(shù)據(jù)存 儲器。存儲空間分為三個區(qū)域:(1 ROM 區(qū)

8、; (2 保留區(qū); (3 RAM 區(qū)。2764、 6264的地址管腳直接與 74LS373輸出的 70A A 相連, 128A A 直接與8088CPU 的地址管腳 128A A 相連,形成片內(nèi)尋址。15A 、 14A 、 13A 接到 74LS138譯碼器的 C 、 B 、 A 上,輸出 0_Y 與 6264的 _CE 相 連, 7_Y 與 2764的 _CE 相連,地址如下:表 1 存儲器尋址范圍 存儲器擴展具體連線圖見 附圖。1.5 中斷控制技術(shù)及接口8088隨著計算機技術(shù)的普及與發(fā)展,希望計算機能隨時發(fā)現(xiàn)各種錯誤,出 現(xiàn)意想不到的事件時, 要求計算機能及時妥善的處理, 一些低速的外部設(shè)

9、備與主 機交換信息時, 要求能發(fā)揮主機的高速運算的性能, 中斷系統(tǒng)正是為這些目的而 設(shè)置的。設(shè)計中主要討論與 8088CPU 配合工作的中斷系統(tǒng)。8088 可以處理 256種不同類型的中斷,每個中斷都有一個類型碼,分別稱 為類型 0,類型 1, 類型 255,以供 CPU 識別,然后轉(zhuǎn)至相應(yīng)的中斷服務(wù)程 序。 8088中斷分為外中斷和內(nèi)中斷,外中斷來自 CPU 外部,分為可屏蔽中斷和 非屏蔽中斷, 前者由 INTR 端引入, 后者由 NMI 端引入。 內(nèi)中斷來自 CPU 內(nèi)部, 由執(zhí)行中斷指令形成的。這里只討論 CPU 的可屏蔽中斷情況。8259是專門為了對 8086/8088系統(tǒng)進行中斷控制

10、而設(shè)計的可編程中斷控制 芯片。 直接應(yīng)用于 8088系列微型計算機系統(tǒng)中, 單個 8259能管理八級向量優(yōu)先 級中斷 ,還可以將多個 8259級連起來,構(gòu)成 64級優(yōu)先中斷管理系統(tǒng), 8259向 8086/8088CPU提供非常重要的服務(wù)。 外部中斷源通過 8088CPU 的 INTR 引腳向 CPU 請求中斷,在正常情況下,這樣的中斷源在一個計算機系統(tǒng)中不止一個, 可是 8088CPU 只有一個 INTR 輸入端, 8259就是用來管理不同的中斷源,以提 供一個總的可控制信號給 CPU 。8259在中斷系統(tǒng)中相當(dāng)于一個“總管家” 。外部設(shè)備的中斷請求信號首先送 給 8259。即當(dāng)在 70IR

11、 IR 的中斷申請輸入端上有一個或多個輸出端出現(xiàn)高電平時, 8259在接受這些中斷申請并分辨出優(yōu)先級后,向 CPU 發(fā)出中斷請求信號 INTR , 8259的主要任務(wù)是接受外部的中斷請求,然后根據(jù)優(yōu)先級的高低和預(yù)先 規(guī)定的排優(yōu)規(guī)則 (由 8259初始化程序設(shè)置 決定哪個設(shè)備能夠申請中斷, 由 8259向 CPU 發(fā)出中斷請求信號。若 CPU 處于中斷允許情況下,即 1 IF S 時(可用 STI 指令使 IF=1,用 CLI 指令清除中斷允許標(biāo)志位,使 IF=0 。在收到 INTR 信 號后,進入中斷響應(yīng)總線周期。在中斷響應(yīng)總線周期, CPU 應(yīng)向 8259發(fā)出第一 個 _INTA 脈沖作為應(yīng)

12、答,當(dāng) CPU 向 8259發(fā)出第二個 _INTA 響應(yīng)信號時, 8259將 一個字節(jié)的中斷類型碼 N 送上數(shù)據(jù)總線, CPU 讀取到 N 之后,完成乘 4運算, 即可從中斷入口地址表中得到相應(yīng)的中斷入口地址, 從而轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序中去 執(zhí)行。 8259管理的八級中斷的中斷服務(wù)程序入口地址構(gòu)成的中斷向量表應(yīng)存放 在內(nèi)存固定區(qū)域。本設(shè)計中, 8088CPU 可屏蔽中斷 INTR 與 8259中斷請求線 INT 相連,中斷 優(yōu)先級的順序是:0IRQ 接同步中斷, 2IRQ 接 8279中斷, 1IRQ 接 ADC0809的轉(zhuǎn) 換結(jié)束端 EDC 。 8259的 0A 與 74LS373的 0A 腳相

13、連, _CS 接 74LS138的 _1Y 。 8259與 CPU 的連線 見附圖。1.6 鍵盤及顯示器接口技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場中, 為使工人了解系統(tǒng)的工作情況, 常常要有人機對話功能。 它 包括對系統(tǒng)狀態(tài)的干預(yù), 參數(shù)的改變, 提供運行狀態(tài)及運行結(jié)果。 最常見的是鍵 盤和 LED 顯示。在本設(shè)計中人機通訊采用了 8279可編程鍵盤 /顯示器接口芯片, 能完成鍵盤輸入和 LED 顯示控制兩種功能,是實現(xiàn)人機對話的主要部件。 8279能對鍵盤、顯示器自動掃描,能識別鍵盤上按鍵的鍵值。有自動消抖電路,從而 可代替為處理器完成鍵盤和顯示控制,減輕了主機 CPU 的負(fù)擔(dān),因此,它深受 用戶歡迎,得到廣泛應(yīng)用

14、。本系統(tǒng)對鍵盤采用中斷方式響應(yīng), 鍵盤中斷接到 8259的 2IRQ 上, 8284時鐘 發(fā)生器產(chǎn)生的 PCLK 信號(2.385MHz 直接與 8279的時鐘信號 CLK 相連,這 樣可通過軟件的時鐘分頻命令將時鐘定為所需的 100KHz , 即分頻數(shù) N=24。 8279的片選信號接至 74LS138譯碼器的 5_Y 上, 8279的 0A 與 74LS138的 0A 直接相連, 當(dāng) 0A =1時為命令口,當(dāng) 0A =0時為數(shù)據(jù)口和狀態(tài)口。8279的掃 描輸 出線 30SL SL 用來掃 描鍵 盤和顯 示 器。由 30SL SL 經(jīng) 74LS138譯碼器提供鍵盤列掃描線,查詢線由回送線 7

15、0RL RL 提供,與鍵盤行 線相連。本系統(tǒng)設(shè)計 16個鍵,當(dāng)某一個鍵閉合時,消抖電路被置位,這時等待 10ms 后,再校驗該鍵是否繼續(xù)閉合,如閉合,將該鍵的地址加 SHIFT 和 CTRL 的狀態(tài)一起被送入 8279內(nèi)部的 8 8FIFO RAM中,每當(dāng) FIFO RAM有數(shù)據(jù)時, 8279的中斷請求 IRQ 變?yōu)楦唠娖? 由 8259CPU 申請中斷, CPU 每次從 FIFO RAM讀出數(shù)據(jù)時,中斷請求線就下降為低電平。顯示器件是 5位 LED 數(shù)碼管, 采用動態(tài)顯示方式, 由 8279的輸出線 30A A , 30B B 經(jīng)驅(qū)動器與顯示器的段碼線相連,提供段選碼,直接控制字型,位選線

16、即為顯示掃描線,由 74LS138譯碼器提供。二者相互配合,使顯示器呈現(xiàn)同時 顯示五個字符的穩(wěn)定顯示狀態(tài)。 8279與 CPU 的連線見 附圖。1.7 并行接口 8255INTEL 8255是 INTEL 公司為自己的微處理器系列生產(chǎn)的配套的通用可編程 并行 I/O接口芯片。8255有兩個 8位并行端口,分別稱為 PA 口和 PB 口,還有兩個 4位并行端 口稱為 PC 口。 PC 口高 4位 47PC PC 及低 4位 03PC PC 端口。 8255的工作方 式是通過 CPU 對 8255進行初始化,送入命令字來實現(xiàn)的。它有三種工作方式:方式 0(基本輸入輸出方式 ,方式 1(選通輸入輸出

17、方式 ,方式 2(雙向傳輸 方式 。8255的口地址:_CS 信號可直接連到 74LS138譯碼器的 4_Y 上,選擇輸入端 0A 、 1A 通常接到 74LS373的地址鎖存器的 0A 、 1A 地址線上。 8255的 PA 口選為 方式 0輸出,輸出可控硅觸發(fā)字碼; PB 口為方式 0輸入,由 PB 口可得到同步 電路中提供的電源狀態(tài) 321, , S S S 。由此分析判斷當(dāng)前應(yīng)該觸發(fā)的相應(yīng)主電路可控 硅組號; PC 口為方式 0,其上半部 47PC PC 定為輸入方式,下半部 03PC PC 定為輸出方式。 其中 0PC 輸出啟動測速和停止測速的信號, 1PC 端輸出 ADC0809的

18、啟動信號, 4PC 輸入 8253觸發(fā)移相角 定時時間到信號,此信號與 8253的 2OUT 相連, 2PC 與 ADC0809的 OE 相連。1.8 可編程定時 /計數(shù)器 82538253是作為 INTEL 公司的微機外圍器件而設(shè)計的一種可編程定時器 /計數(shù) 器。它內(nèi)含三個彼此獨立的 16位計數(shù)器,每個計數(shù)器的計數(shù)頻率可達 2MHz 。 所有的工作方式都是可編程的, 其功能由多個通用的定時器元件實現(xiàn)的。 這些定 時元件可被系統(tǒng)軟件看作為一系列的 I/O口,其中三個口是計數(shù)器,第四個口是 針對工作方式編程用的控制器寄存器。選擇輸入端 1A 、 0A 通常接到 CPU 的 1A 、 0A 地址線

19、上, _CS 信號可直接接到 74LS138譯碼器的輸出。 8253的全部功能是通過軟件編程設(shè)定的。 CPU 必須送出一組控制字符,將 8253的每個計數(shù)器都預(yù)置成要求的方式和數(shù)值。預(yù)置之前 任何計數(shù)器的工作方式、 計數(shù)初值和輸出都是不確定的。 這些控制字規(guī)定工作方 式、裝入順序,并選擇用二進制或 BCD 碼計數(shù)。在本設(shè)計中, 8253用于數(shù)字測速及數(shù)字觸發(fā)移相, 其中計數(shù)器 2用于實現(xiàn) 角移相定時,當(dāng) 角移相定時時間存入 8253定時器后,定時器開始工作,當(dāng)定 時時間到,其輸出2OUT 上升沿直接開始觸發(fā)閘門 74LS175,使原已等待在 D 端 的觸發(fā)字碼傳送到 Q 端,經(jīng)光電隔離、脈沖功

20、放后觸發(fā)對應(yīng)的可控硅。計數(shù)器 1和計數(shù)器 0分別對光電脈沖發(fā)生器輸出的脈沖數(shù)1m 和高頻脈沖的個數(shù)2m 進行計數(shù)。 8253與 CPU 的連線見 附圖 。1.9 ADC0809ADC0809用于將電樞電流dI 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,為了檢測電流,本系統(tǒng)選用了 交流互感器作檢測元件, 這是由于交流互感器能夠準(zhǔn)確反映主電路的電流, 又能 使控制電路與主電路隔開, 減少了干擾。 由交流互感器檢測到的三相交流電經(jīng)三 相橋式整流、電容濾波、電阻分壓可得到 05V的直流電壓信號,采樣電路如圖 1所示: 圖 1 采樣電路由于只采樣電流,僅用 0IN 通道,因此將 A 、 B 、 C 三管腳接地。啟動信號 SATRT

21、 和 ALE 由1PC 輸出脈沖信號啟動,轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EDC 直接與 8259的1IRQ 相連,轉(zhuǎn)換結(jié)束時, EDC 輸出高電平信號,向 8259申請中斷, CPU 響 應(yīng)中斷后,在中斷服務(wù)程序中讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)(即采樣的電流值 。第二章 數(shù)字化直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2.1 調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成及工作原理該系統(tǒng)的主電路是三相全控橋,直流電機為 1.5KW , 8.7A , 1500r/min?？?控硅觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生和移相由微機控制并直接輸出, 經(jīng)功放電路后送至可控硅的 門極, 這就構(gòu)成了高分辨率的數(shù)字觸發(fā)器。 轉(zhuǎn)速檢測采用數(shù)字測速器, 它將與電 機聯(lián)軸的光電脈沖發(fā)生器輸出的脈沖數(shù),送入微機計算后得

22、到轉(zhuǎn)速值。A/D轉(zhuǎn)換器芯片 0809用于將電樞電流 d I 的整流值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,定時器芯 片 8253用于數(shù)字測速和數(shù)字觸發(fā)移相, I/O接口芯片 8255用于輸出可控硅觸發(fā) 信號和保證系統(tǒng)與電源的同步。本設(shè)計的系統(tǒng)原理圖如圖 2所示: 圖 2 數(shù)字化直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖要提高控制系統(tǒng)的控制精度,必須相應(yīng)地提高數(shù)字觸發(fā)器的精度。采用 16位定時器對可控硅進行準(zhǔn)確地觸發(fā),觸發(fā)器采用硬件立即觸發(fā)方式。1.同步電路主變壓器與同步變壓器均接成 Y/Y-12接法,同步電壓經(jīng)二級 RC 濾波以濾 除電源中的干擾,并實現(xiàn) 90的相移。同步電路一方面將每兩個相鄰的自然換相 點之間的電源狀態(tài)用數(shù)字量

23、1S 、 2S 、 3S 來表示,供微機分配觸發(fā)脈沖時參考, 另一方面在邊沿與自然換相點對齊的方波 321S S S 的邊沿處產(chǎn)生同步中斷脈 沖,于是在電源的每個自然換相點向 8259提出中斷申請,使微機的觸發(fā)操作與 電源同步。 CPU 響應(yīng)中斷后,根據(jù)所求得的 角及電源狀態(tài)定時定相輸出觸發(fā) 脈沖。同步電路原理圖如圖 3。 圖 3 同步電路圖2.移相角 的定時為簡化結(jié)構(gòu), 本系統(tǒng)僅擴展了一片 8253定時器, 它有三個 16位定時器, 數(shù) 字觸發(fā)器只用其中之一實現(xiàn) 角的移相定時, 同時配合可控硅觸發(fā)字碼表, 完成 對主控電路的三相全控橋 6組可控硅的控制。移相控制時,將 16020的 角移相范

24、圍劃分為三段: 6020; 12060< 160120<,并將 轉(zhuǎn)換為 ' ( 600' 。并設(shè)段標(biāo)志H (其中 H=0, 1, 2 。于是,無論 處于哪一段, 8253對 的移相定時都只需 要對 ' 定時即可,定時起點為各自然換相點,再根據(jù) H 段標(biāo)志去觸發(fā)對應(yīng)的可 控硅即得要求的 移相角。這樣, 8253最長延時為 3.33ms ( 60 ,各相觸發(fā)脈 沖的延時在時間上不重迭。當(dāng)選取 8253的時鐘頻率為 1.19MHz (由 PCLK 經(jīng)二 分頻時,觸發(fā)器的分辨率便高達:位 /015. 0601033. 31084. 0601033. 3363=-f

25、而定時器預(yù)置時間常數(shù) TD 與 的關(guān)系為:TD=' ' 6366601084. 01033. 3=-(其中 Mf 19. 1111084. 06=- 可控硅觸發(fā)字碼表如表 2所示,其中約定:“ 1”為觸發(fā)對應(yīng)的可控硅, “ 0” 為不觸發(fā)。觸發(fā)信號由擴展的 8255PA 口輸出。與該表對應(yīng)的主電路三相全控橋 電路如下圖。表 2 可控硅觸發(fā)字碼表 圖 4 三相全控橋電路圖單定時器對三相全控橋觸發(fā)的原理如下:當(dāng)某一自然換相點到來時, 比如圖 5中的 d 點,此時 321S S S =110,若 6020,則 ' =, H=0,應(yīng)觸通的可控 硅為 3K 和 4K , 對應(yīng)表

26、2中的 321S S S =110行; 但若 12060<, 則 ' =- 60, H=1,應(yīng)觸通的可控硅為 2K 和 3K ,對應(yīng)表 2中的 321S S S =110行的上面一行;又 若 160120<,則 ' =- 120, H=2,應(yīng)觸通的可控硅為 1K 和 2K ,對應(yīng)表 2中的 321S S S =110行的上面二行。從上面的分析可得出這樣的規(guī)律:當(dāng)自然換相點到來時, 微機讀取電源狀態(tài)321S S S 。 將表 2中對應(yīng)那一行作為基本行 M , 然后根據(jù)給定的求得其所在的段號H ,于是實際應(yīng)輸出的觸發(fā)字碼所在的行應(yīng)為基本行 M 上移 H 行,定時器延時

27、為 ' =- 60H 。圖 5 電源狀態(tài)及觸發(fā)波形圖3.觸發(fā)脈沖的輸出本觸發(fā)器采用了兩片 74LS175四 D 觸發(fā)器作觸發(fā)信號閘門,實現(xiàn)硬件立即 觸發(fā), 觸發(fā)脈沖寬度由 74LS123單穩(wěn)態(tài)電路控制, 移相定時器 8253工作方式 0, 當(dāng)其延時結(jié)束時, 其輸出上升沿直接開啟觸發(fā)閘門 175, 使原已等待在 D 端的觸 發(fā)字碼傳送到 Q 端, 經(jīng)光電隔離、 脈沖功放后觸發(fā)對應(yīng)的可控硅。 當(dāng)觸發(fā)閘門 2 F復(fù)位時,其 Q 端為“ 1” , 6塊觸發(fā)功放板上的光耦 TIL113截止,1T 導(dǎo)通,于是 脈沖功放管 3DK9均處于截止?fàn)顟B(tài), 無觸發(fā)脈沖輸出。 當(dāng)移相延時結(jié)束需輸出觸 發(fā)脈沖,

28、 2F 開放,其 50Q Q 中必有兩位為“ 0” ,于是對應(yīng)的光耦導(dǎo)通, 1T 截止, 脈沖功放管 3DK9導(dǎo)通,觸發(fā)脈沖經(jīng)脈沖變壓器輸出到相應(yīng)的可控硅。 圖 6 脈沖功放電路圖測速裝置屬于電機調(diào)速系統(tǒng)中的速度閉環(huán)。 轉(zhuǎn)速檢測的精度和快速性對整個 控制系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)影響極大。該裝置使用每轉(zhuǎn) 1024線的脈沖發(fā)生器作為 轉(zhuǎn)速傳感器, 它產(chǎn)生的脈沖列頻率與電機轉(zhuǎn)速有固定的比例關(guān)系。 微機對該頻率 按 M/T法進行處理后,便可在較寬的速度范圍內(nèi)獲得高精度和快速響應(yīng)的數(shù)字 測速值。1. M/T法測速原理該法是在對光電脈沖發(fā)生器輸出的脈沖數(shù) 1m 進行計數(shù)的同時,對高頻脈沖 的 2m 也進行計數(shù)。

29、 1m 反映轉(zhuǎn)角(1024/3601 m , 2m 反映測速時間,通過計算 可得轉(zhuǎn)速值 n 。其原理如圖 7所示: 圖 7 M/T測速法原理示意圖其中,測速時間 d T 由脈沖發(fā)生器的脈沖來同步,即 d T 等于 1m 個脈沖周期。設(shè)從 圖上 a 點開始, 計數(shù)器分別對 1m 和 2m 計數(shù), 到達 b 點時, 預(yù)定的測速時間 C T 到, 微機發(fā)出停止計數(shù)指令,但由于 C T 不一定恰好等于整數(shù)個脈沖發(fā)生器的脈沖周 期,所以計數(shù)器仍對高頻脈沖計數(shù),直到 c 點時,才由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖的上 升沿使計數(shù)器停止。這樣, 2m 就代表了 1m 個脈沖周期的時間。設(shè)高頻脈沖的頻 率為 f ,脈沖發(fā)生

30、器每發(fā)出 P 個脈沖,電機的轉(zhuǎn)速 n 應(yīng)計算為:21212160601m m k pm f m m T p m n =(r/min其中:pm 1表示多少轉(zhuǎn); f m m T 22=表示所花時間; 60表示 分 秒 6011=。在本系統(tǒng)中,由于 f =2MHz, p=1024,所以轉(zhuǎn)速計算式應(yīng)為:215. 117187m m n =(r/min 在低速測量時, 為了在短時內(nèi)獲得更高的精度, 將光電脈沖發(fā)生器輸出相位 上互差 90的兩路矩形波經(jīng)過 4倍頻處理 (原理和邊沿檢測器同 后再送至 8253。 則:2112292974160m mp m m f n =(r/min 其中:1/4為 1/4轉(zhuǎn)

31、,即 90。 2.測速硬件電路8253的兩個計數(shù)器分別對 1m 和 2m 計數(shù), D 觸發(fā)器 1F 用來使 2m 的計數(shù)與脈 沖發(fā)生器的脈沖同步,由于 8253為負(fù)沿計數(shù),故用反相器 G 。啟動測速和停止 信號由 8255的 2. 1P 引腳控制。測速脈沖的 4倍頻電路及其對應(yīng)波形如圖 8, 光電脈沖發(fā)生器由在相位上互 差 90的 A 、 B 兩路矩形波信號輸出, A 、 B 兩路波形經(jīng) 1G 異或門后可得如圖 C 點所示的 2倍頻波形,再由 211G C R 、 、 組成一個邊沿檢測器,將 C 點的 2倍頻 波形的上升沿和下降沿檢測出來,便得到了 D 點的 4倍頻波形。 (a 4倍頻電路圖

32、(b 4倍頻電路波形圖圖 8 4倍頻電路及其波形圖2.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計該系統(tǒng)用 8088替代了直流電機雙環(huán)調(diào)速裝置中的電流和轉(zhuǎn)速控制器以及 6路觸發(fā)脈沖發(fā)生電路。整個控制程序由主程序、中斷服務(wù)程序、 PI 運算程序及 各種輔助程序組成,程序總長 <4K字節(jié),運行一遍的時間 <3.33ms?？刂葡到y(tǒng)采用二級中斷分時控制方式, 8279的人機通訊中斷服務(wù)安排為低 優(yōu)先級,同步中斷服務(wù)程序為高優(yōu)先級。同步中斷由同步脈沖信號每 3.33ms 向 CPU 發(fā)出一次申請, 這是為了使同步 脈沖信號與主電路的線電壓保持嚴(yán)格的同步關(guān)系。 同步中斷服務(wù)程序的主要功能 是:電流反饋信號采樣、轉(zhuǎn)速環(huán)

33、 PI 運算、控制移相角 的增量 的時間量化, 認(rèn)相及判定下一拍應(yīng)送觸發(fā)脈沖的可控硅組號等等。其功能流程圖如圖 9:圖 9 同步脈沖外部中斷服務(wù)程序電流環(huán)的采樣間隔為 3.33ms ,電流環(huán)每運算 3次,轉(zhuǎn)速環(huán)就要進行一次采 樣和運算,所以轉(zhuǎn)速環(huán)的采樣周期應(yīng)為 10ms 。在轉(zhuǎn)速環(huán)采樣時,中斷服務(wù)程序 要從 8253定時器讀入相應(yīng)的測量值,并進行 M/T測速法計算,計算結(jié)果在與轉(zhuǎn) 速給定值相比較后,送入 PI 運算子程序進行電流環(huán)給定值的運算和量化。 圖 10 不同相判斷處理引起的程序時差由同步中斷服務(wù)程序流程圖可知,因為 8088CPU 在響應(yīng)外部的同步中斷后 要進行認(rèn)相處理,而執(zhí)行 A 相

34、同步中斷服務(wù)的時間 3t 要比 B 相和 C 相的對應(yīng)時間 2t 和 3t 短,即使是同一相,也不能保證每次采樣后執(zhí)行中斷服務(wù)程序的時間都完全相同。這樣就會造成 A 、 B 、 C 三相在處理認(rèn)相后發(fā)出控制移相角 的實際 時間起點 A 、 B 、 C 各不相同,從而使主電路各可控硅的實際控制移相角 有 所差異,如圖 10所示。為了解決這一問題,可以使每次同步中斷處理后計算出 的 角推遲一拍發(fā)出。 以 C 相為例, 設(shè)計算后得到控制移相角 的對應(yīng)時間為 T , 由于同一相的兩個同步脈沖間隔時間為 20ms , 所以下一拍 C 相的同步脈沖從 C 點起要經(jīng)過(20ms-1t 的時間 T6才能到來,

35、因此 C 相下一拍實際發(fā)出控制移相角 的時間應(yīng)取為(T+20ms-1t 。同理, B 相和 A 相也需相應(yīng)處理。為此,在同步中斷服務(wù)程序中要設(shè)定一個定時器, 程序開始時讀取初值, 中斷服務(wù)程序 結(jié)束時再讀終值,從而計算得到執(zhí)行該次中斷服務(wù)程序所耗的實際時間 1t 、 2t 或 3t 。 考慮到電機的電磁時間常數(shù)和機電時間常數(shù)一般分別為數(shù) 10ms 和數(shù)百毫秒,控制作用遲后一拍執(zhí)行在理論上和實際應(yīng)用中都是可行的。電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的數(shù)字 PI 運算都以差分方程形式實現(xiàn),其輸出經(jīng)折算量化 變?yōu)榕c控制移相角 所對應(yīng)的時間T 。為了提高控制精度,程序中乘除可采用 16位運算,加減法可采用 32位運算。由于

36、整個系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)字化控制, 所以能方便地通過軟件引進各種特殊的控 制方式。在電機起動時,通過程序的判斷可使轉(zhuǎn)速環(huán) PI 數(shù)字控制器實現(xiàn)積分分 離, 直接進行大比例環(huán)節(jié)的運算、 保證電流環(huán)的給定立即達到最大值, 從而使起 動電流穩(wěn)定在最大允許值上, 實現(xiàn)快速起動。 又如, 在程序中設(shè)定零電流比較值 與電流反饋信號進行比較, 以判別電樞電流是否繼續(xù), 在電流斷續(xù)時自動將電流 環(huán)的數(shù)字 PI 運算改為積分運算,并直接修改相應(yīng)控制參數(shù),從而使控制系統(tǒng)進 入自適應(yīng)控制的模式,提高動態(tài)品質(zhì)因素。由于大部分的控制任務(wù)都已由中斷服務(wù)程序完成, 所以該系統(tǒng)控制軟件中的 主程序只需完成初始化工作和部分故障檢測報警

37、任務(wù)。為了在軟件設(shè)計中增強程序的檢錯和抗干擾能力, 程序設(shè)計時采取了以下措 施:1. 程序?qū)斎胼敵龇浅Ａ康臋z錯。在操作人員由于失誤從鍵盤輸入了 超出規(guī)定范圍的轉(zhuǎn)速給頂值或其它有關(guān)控制參數(shù)時,控制程序能夠 通過判斷及時發(fā)現(xiàn),一面用顯示器給出“出錯標(biāo)志” ,一面由 8088輸出專門信號,斷開主電路,使電機自動停止運行。2. 程 序 運 行 監(jiān) 視 器 (WATCHDOG 。 在 主 程 序 中 建 立 純 軟 件 的 WATCHDOG 系統(tǒng),使用定時器中斷方式, WATCHDOG 的建立過 程與其它資源的初始化一起進行,并設(shè)其定時時間為 30ms 。為此, 在同步中斷服務(wù)程序中要安排每 3.3m

38、s 對 WATCHDOG 的清零一次。 應(yīng)該提出的是, 在建立定時器中斷方式的純軟件 WATCHDOG 系統(tǒng)后, 8279鍵盤 /顯示器接口芯片與 8088之間的聯(lián)系應(yīng)該由中斷方式為查詢方式。復(fù)習(xí)題1.本設(shè)計中 74LS245是什么?其作用是什么?2.請畫出一個邊沿檢測器電路圖并說明其原理。3.微機控制系統(tǒng)復(fù)位時, 8088的 CS 和 IP 處于什么狀態(tài)?4.同步變壓器為什么與主變壓器一樣接成 Y/Y-12型?5. 8253定時器最長定時時間為多少?由什么決定 ?6. i 8259初始化需要設(shè)置哪兩類控制字?7.說明接口在微機控制系統(tǒng)中的地位及作用。8.說明 8279的主要功能 。9.本設(shè)計

39、使用了哪兩片存儲器,各起什么作用?10. 若 8255的片選端地址是 13H ,請問 8255的其它端口地址是多少?11. 若中斷類型為 10,則中斷服務(wù)程序的入口地址在中斷向量表的哪些單元 內(nèi)?12. 本設(shè)計采用 8088的哪種組態(tài),如何實現(xiàn)?13. 8088中 ALE 的作用是什么?本設(shè)計中它與什么相連?14. 若 8253為計數(shù)器,則能計的最大數(shù)是多少?(從 BCD 碼和十六進制分別 說明15. 簡述 9259的主要功能。16. 本設(shè)計中 8253起什么作用?17. 本設(shè)計中 8253的地址是多少?各個端口的地址是什么?18. 說明 8255的主要功能。19. 說明采用微機控制的優(yōu)點?2

40、0. 本設(shè)計中, 8279的頻率是多少,如何實現(xiàn)的?21. 微機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中 8088如何知道電源狀態(tài)的?22. 微機控制的數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)有何優(yōu)點?23. 微機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中 A/D轉(zhuǎn)換芯片 0809的功能是什么?24. 8255的工作方式有哪些?25. 整流電路中 R 和 C 的作用是什么?26. 本系統(tǒng)中,時鐘發(fā)生器的功能是什么?27. 微機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬件部件中主要包括哪三個?28. 請畫出一個高頻濾波電路。29. 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點是什么?30. 微機系統(tǒng)接到外設(shè)中斷請求后如何得到中斷服務(wù)程序的入口地址?31. 說出中斷的類型和種類。32. 數(shù)據(jù)線的低 8位為何分時復(fù)用?33. A/D轉(zhuǎn)換的是什么信號?為何要轉(zhuǎn)換?34. 說明本設(shè)計涉及的主要接口及各自的主要功能。35. 本設(shè)計 8253地址為 40H43H,畫出 8088選中它的選片譯碼圖。36.