計算機控制課程設計指導書

1、計算機控制系統(tǒng)課程設計指導書數(shù)字化直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)遼寧科技大學電子與信息工程學院控制系二零零六年十月目目 錄錄目目 錄錄.1 1第一章第一章 接口芯片簡介接口芯片簡介.2 211 引言 .212 INTEL8088 微處理器總線結(jié)構(gòu).2引線 .2最小組態(tài)管腳說明 .313 系統(tǒng)主時鐘 .41.4 8088 存儲器擴展.41.5 中斷控制技術(shù)及接口 .5中斷系統(tǒng) .5中斷控制器 .61.6 鍵盤及顯示器接口技術(shù) .71.7 并行接口 8255.81.8 可編程定時/計數(shù)器 8253.81.9 ADC0809 .9第二章第二章 數(shù)字化直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化直

2、流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng).11112.1調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成及工作原理.112.1.1 高分辨率數(shù)字觸發(fā)器 .12高精度數(shù)字測速器 .162.2 控制系統(tǒng)軟件設計 .19復習題復習題.2323附圖附圖.2525第一章第一章 接口芯片簡介接口芯片簡介11 引言引言電氣傳動系統(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)

3、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，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、

4、2764。6264 是 8KRAM 芯片，地址為00000H01FFFH。2764 是 8KROM 芯片，地址為 0E000H0FFFFH。12 INTEL8088 微處理器總線結(jié)構(gòu)微處理器總線結(jié)構(gòu)當把 8088CPU 與存儲器和外設構(gòu)成一個計算機系統(tǒng)時，根據(jù)所連存儲器和外設的規(guī)模，可有兩種不同的組態(tài)。本設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)即可滿足設計要求。系統(tǒng)的地址總線可由 CPU 的、通過地址鎖存器 74LS37370 ADAD158 ADAD1916 ADAD構(gòu)成，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)由供給，經(jīng) 74LS245 驅(qū)動，系統(tǒng)中所需的70 ADAD控制信號

5、全部由 8088CPU 本身提供。由于采用最小組態(tài)，接電源_/ MXMN+5V。 最小組態(tài)管腳說明最小組態(tài)管腳說明8088 處在最小組態(tài)時，引腳 2431 的意義如下：區(qū)分是存儲器訪問還是訪問。_/ MIOOI /：存儲器寫或?qū)?。_WROI /：CPU 輸出的中斷響應信號，向外部輸出低電平有效，表示 CPU 響_INTA應外部發(fā)來的 INTR 信號。：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ALE74LS373 的輸入信號。：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_/ RDT的數(shù)據(jù)傳送方向。當為高電平時，表示數(shù)據(jù)從 CPU 向外輸出，即完成_/ RD

6、T寫操作。當為低電平時，表示數(shù)據(jù)從外部向 CPU 輸入，即完成讀操作。_/ RDT采用 74LS245 主要是增加數(shù)據(jù)總線驅(qū)動能力。：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_DEN74LS245 時，用此信號作為它的選通信號。：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INTR外部向 CPU 發(fā)出中斷請求。：準備就緒信號。由外部輸入，電平觸發(fā)，高電平有效。表示READYCPU 訪問存儲器或端口時，已準備好數(shù)據(jù)。當信號無效時，要求OI /READYCPU 插入一個或多個等待周期。WT（輸入） 、（輸出）：是系統(tǒng)中當別的總線主設備要求占用總HOLDHLDA線時，請求

7、 CPU 響應信號。：系統(tǒng)狀態(tài)信號線。_SSO：復位信號線（輸入） 。復位輸入引起處理器內(nèi)部立即結(jié)束現(xiàn)行操RESET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)部復位過程。當其返回低電平時，重新啟動執(zhí)行。：時鐘輸入端，與 8284 時鐘發(fā)生器的 CLK 引腳相連。CLK8088 管腳見附圖。13 系統(tǒng)主時鐘系統(tǒng)主時鐘在 8088CPU 組織的計算機系統(tǒng)中，專門設計了一個時鐘發(fā)生器 8284。它除了產(chǎn)生振蕩，提供主時鐘外，還向 CPU 提供準備就緒信號和系統(tǒng)復位信號。8284 有兩種產(chǎn)生時鐘信號的辦法，用引腳加以選擇，可選擇外接頻_/ CF率源輸入信號或接自身的晶體振蕩器以形成脈沖

8、。在本設計中接低電平，_/ CF由和外接晶振以形成 8088 的時鐘脈沖。晶振的頻率為1X2X14.31818MHz，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） ，供某些外部設備使用，使用晶振時，CSYNC 必須接地。1.4 8088 存儲器擴展存儲器擴展本系統(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)；（2）

9、 保留區(qū)；（3） RAM 區(qū)。2764、6264 的地址管腳直接與 74LS373 輸出的相連，直接與70 AA128 AA8088CPU 的地址管腳相連，形成片內(nèi)尋址。128 AA、接到 74LS138 譯碼器的 C、B、A 上，輸出與 6264 的15A14A13A0_Y相連，與 2764 的相連，地址如下：_CE7_Y_CE表 1 存儲器尋址范圍CBAA19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000000000000000：00011111111111111110000000000000：1111111111111111存儲器擴

10、展具體連線圖見附圖。1.5 中斷控制技術(shù)及接口中斷控制技術(shù)及接口 CPU 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)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置的。設計中主要討論與 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)至相應的中斷服務程序。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

11、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)進行中斷控制而設計的可編程中斷控制芯片。直接應用于 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。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

12、 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)中相當于一個“總管家” 。外部設備的中斷請求信號首先送給 8259。即當在的中斷申請輸入端上有一個或多個輸出端出現(xiàn)高電70 IRIR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 的主要任務是接受外部的中斷請求，然后根據(jù)優(yōu)先級的高低和預先規(guī)定的排優(yōu)規(guī)則（由 8259 初始化程序設置）決定哪個設備能夠申請中斷，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S1IF時（可用 STI 指令使 IF=1，用

13、 CLI 指令清除中斷允許標志位，使 IF=0） 。在收到 INTR 信號后，進入中斷響應總線周期。在中斷響應總線周期，CPU 應向8259 發(fā)出第一個脈沖作為應答，當 CPU 向 8259 發(fā)出第二個響應信_INTA_INTA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的中斷入口地址，從而轉(zhuǎn)到中斷服務程序中去執(zhí)行。8259 管理的八級中斷的中斷服務程序入口地址構(gòu)成的中斷向量表應存放在內(nèi)存固定區(qū)域。本設計中，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：接

14、同步中斷，接 8279 中斷，接 ADC08090IRQ2IRQ1IRQ的轉(zhuǎn)換結(jié)束端 EDC。8259 的與 74LS373 的腳相連，接 74LS138 的。0A0A_CS_1Y8259 與 CPU 的連線見附圖。1.6 鍵盤及顯示器接口技術(shù)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，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

15、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 的負擔，因此，它深受用戶歡迎，得到廣泛應用。本系統(tǒng)對鍵盤采用中斷方式響應，鍵盤中斷接到 8259 的上，8284 時2IRQ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 譯碼器的上，8279 的與 74LS1385_Y0A的直接相連，當=1 時為命令口，當=0 時為數(shù)據(jù)口和狀態(tài)口。0A0A0A8279 的掃描輸出線用來掃描鍵盤和顯示器。由經(jīng)3

16、0 SLSL30 SLSL74LS138 譯碼器提供鍵盤列掃描線，查詢線由回送線提供，與鍵盤行70 RLRL線相連。本系統(tǒng)設計 16 個鍵，當某一個鍵閉合時，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 FIFO RAM 有數(shù)據(jù)時，8279 的中斷請求 IRQ 變?yōu)楦唠娖?，?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，經(jīng)驅(qū)動器與顯

17、示器的段碼線相連，提供段選碼，直接控制字30 AA30 BB型，位選線即為顯示掃描線，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 位及低 4 位端口。8255 的工47 PCPC03 PCPC作方式是通過 CPU 對 8255 進行初始化，送入命令字來實

18、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（選通輸入輸出方式） ，方式 2（雙向傳輸方式） 。8255 的口地址：信號可直接連到 74LS138 譯碼器的上，選擇輸入端_CS4_Y、通常接到 74LS373 的地址鎖存器的、地址線上。8255 的 PA 口選0A1A0A1A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)。由此分析判斷當前應該觸發(fā)的相應主電路321,SSS可控硅組號；PC 口為方式 0，其上半部定為輸入方式，下半部47 PCPC定為輸出方式。其中輸出啟動測速和停止測速的信號，端輸03 PCPC0PC

19、1PC出 ADC0809 的啟動信號，輸入 8253 觸發(fā)移相角定時時間到信號，此信4PC號與 8253 的相連，與 ADC0809 的 OE 相連。2OUT2PC1.8 可編程定時可編程定時/計數(shù)器計數(shù)器 82538253 是作為 INTEL 公司的微機外圍器件而設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、通常接到 CPU 的、地址線上，信號

20、可直接接1A0A1A0A_CS到 74LS138 譯碼器的輸出。8253 的全部功能是通過軟件編程設定的。CPU 必須送出一組控制字符，將 8253 的每個計數(shù)器都預置成要求的方式和數(shù)值。預置之前任何計數(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，當角移相定時時間存入 8253 定時器后，定時器開始工作，當定時時間到，其輸出上升沿直接開始觸發(fā)閘門 74LS175，使原已等待在2OUTD 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

21、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)和高頻脈沖的1m個數(shù)進行計數(shù)。8253 與 CPU 的連線見附圖。2m1.9 ADC0809ADC0809 用于將電樞電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，為了檢測電流，本系統(tǒng)選用了dI交流互感器作檢測元件，這是由于交流互感器能夠準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：D3D2D1D4D5D6CABC0IN圖 1 采樣電路 由于只采樣電流，僅用通道，因此將 A、B、C 三管腳接地。啟動0IN信號 SATRT

22、 和 ALE 由輸出脈沖信號啟動，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EDC 直接與1PC8259 的相連，轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EDC 輸出高電平信號，向 8259 申請中斷，1IRQCPU 響應中斷后，在中斷服務程序中讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)（即采樣的電流值） 。 第二章第二章 數(shù)字化直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)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?？煽毓栌|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)

23、生器輸出的脈沖數(shù)，送入微機計算后得到轉(zhuǎn)速值。A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 0809 用于將電樞電流的整流值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，定時器芯dI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2.1.1 高分辨率數(shù)字觸發(fā)器高分辨率數(shù)字觸發(fā)器要提高控制系統(tǒng)的控制精度，必須相應地提高數(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)

24、的相移。同步電路一方面將每兩個相鄰的自然換相90點之間的電源狀態(tài)用數(shù)字量、來表示，供微機分配觸發(fā)脈沖時參考，1S2S3S另一方面在邊沿與自然換相點對齊的方波的邊沿處產(chǎn)生同步中斷脈321SSS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，

25、將的角移相范圍劃分為三段：；160206020；，并將轉(zhuǎn)換為（） 。并設段標12060160120600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 段標志去觸發(fā)對應的可控硅即得要求的移相角。這樣，8253 最長延時為 3.33ms（） ，各相觸60發(fā)脈沖的延時在時間上不重迭。當選取 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. 31363f而定時器預置時間常數(shù) TD 與的關(guān)系為：TD=63666010

26、84. 01033. 3（其中）Mf19. 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)字碼表電源狀態(tài)PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0S1 S2 S3K6 K5 K4 K3 K2 K1觸發(fā)字碼應觸發(fā)的可控硅0 1 11 1 0 0 0 030HK5 K60 0 11 0 0 0 0 121HK6 K11 1 10 0 0 0 1 103HK1 K21 0 01 1 0 1 1 006HK2 K31 1 00 0 1 1 0

27、 00CHK3 K40 1 00 1 1 0 0 018HK4 K50 1 11 1 0 0 0 030HK5 K60 0 11 1 0 0 0 021HK6 K1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：當某一自然換相點到來時，比如圖 5 中的 d 點，此時=110，若，則=，H=0，應觸通的321SSS6020可控硅為和，對應表 2 中的=110 行；但若，則=3K4K321SSS12060-，H=1，應觸通的可控硅為和，對應表 2 中的=110 行的上602K3K321SSS面一行；又若，則=-，H=2，應觸通的可控硅為和1601201201K，對應表 2 中的=110

28、 行的上面二行。2K321SSS從上面的分析可得出這樣的規(guī)律：當自然換相點到來時，微機讀取電源狀態(tài)。將表 2 中對應那一行作為基本行 M，然后根據(jù)給定的求得其所在的321SSS段號 H，于是實際應輸出的觸發(fā)字碼所在的行應為基本行 M 上移 H 行，定時器延時為=-H。60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

29、放后觸發(fā)對應的可控硅。當觸發(fā)閘門復位時，其 Q 端為“1” ，6 塊觸發(fā)功放板上的光耦 TIL113 截止，導2F1T通，于是脈沖功放管 3DK9 均處于截止狀態(tài)，無觸發(fā)脈沖輸出。當移相延時結(jié)束需輸出觸發(fā)脈沖，開放，其中必有兩位為“0” ，于是對應的光耦導2F50 QQ通，截止，脈沖功放管 3DK9 導通，觸發(fā)脈沖經(jīng)脈沖變壓器輸出到相應的可1T控硅。圖 6 脈沖功放電路圖高精度數(shù)字測速器高精度數(shù)字測速器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

30、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的數(shù)字測速值。1M/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)進行計數(shù)的同時，對高頻脈沖1m的也進行計數(shù)。反映轉(zhuǎn)角（） ，反映測速時間，通過計2m1m1024/3601m2m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，測速時間由脈沖發(fā)生器的脈沖來同步，即等于個脈沖周期。設從dTdT1m圖上 a 點開始，計數(shù)器分別對和計數(shù)，到達 b 點時，預定的測速時間1m2m到，微機發(fā)出停止計數(shù)指令，但由于不一定恰好等于整數(shù)個脈沖發(fā)生器的CTCT脈沖周期，所以計數(shù)器仍對高頻脈沖計數(shù)，

31、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，就代表了個脈沖周期的時間。設高頻2m1m脈沖的頻率為，脈沖發(fā)生器每發(fā)出 P 個脈沖，電機的轉(zhuǎn)速 n 應計算為：f（r/min）21212160601mmkpmfmmTpmn其中：表示多少轉(zhuǎn)；pm1 表示所花時間；fmmT2260 表示。分秒6011在本系統(tǒng)中，由于=2MHz，p=1024，所以轉(zhuǎn)速計算式應為：f（r/min）215 .117187mmn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908253。則：（r/min）21122929

32、74160mmpmmfn其中：1/4 為 1/4 轉(zhuǎn)，即。902測速硬件電路8253 的兩個計數(shù)器分別對和計數(shù)，D 觸發(fā)器用來使的計數(shù)與脈1m2m1F2m沖發(fā)生器的脈沖同步，由于 8253 為負沿計數(shù)，故用反相器 G。啟動測速和停止信號由 8255 的引腳控制。2 . 1P測速脈沖的 4 倍頻電路及其對應波形如圖 8，光電脈沖發(fā)生器由在相位上互差的 A、B 兩路矩形波信號輸出，A、B 兩路波形經(jīng)異或門后可得如圖901GC 點所示的 2 倍頻波形，再由組成一個邊沿檢測器，將 C 點的 2 倍211GCR、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(b

33、) 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)軟件設計控制系統(tǒng)軟件設計該系統(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安排為低優(yōu)先級，同步中斷服務程序為高優(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格的同步關(guān)系。同步中斷服務程序的主要功能是：電流反饋信號采樣、轉(zhuǎn)速環(huán) PI 運算

34、、控制移相角的增量的時間量化，認相及判定下一拍應送觸發(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)的采樣周期應為 10ms。在轉(zhuǎn)速環(huán)采樣時，中斷服務程序要從 8253 定時器讀入相應的測量值，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程序流程圖可知，因為 8088CPU 在響應外部的同步中斷后要進行認相處理，而執(zhí)行 A 相同步中斷服務的時間要比 B

35、相和 C 相的對應時3t間和短，即使是同一相，也不能保證每次采樣后執(zhí)行中斷服務程序的時間2t3t都完全相同。這樣就會造成 A、B、C 三相在處理認相后發(fā)出控制移相角的實際時間起點、各不相同，從而使主電路各可控硅的實際控制移相角ABC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，設計算后得到控制移相角的對應時間為 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 相的同步脈沖從點起要經(jīng)過（20ms-）的時間 T6 才能到來，因此 C 相下一拍實際發(fā)C1t出控制移相角的時間應取為（T+20ms-） 。同理，B 相和 A

36、 相也需相應處理。1t為此，在同步中斷服務程序中要設定一個定時器，程序開始時讀取初值，中斷服務程序結(jié)束時再讀終值，從而計算得到執(zhí)行該次中斷服務程序所耗的實際時間、或?？紤]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) 10ms1t2t3t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控制移相角所對應的時間。為了提高控制精度，程序中乘除可采用T16 位運算，加減法可采用 32 位運算。由于整個系統(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

37、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，并直接修改相應控制參數(shù)，從而使控制系統(tǒng)進入自適應控制的模式，提高動態(tài)品質(zhì)因素。由于大部分的控制任務都已由中斷服務程序完成，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任務。為了在軟件設計中增強程序的檢錯和抗干擾能力，程序設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

38、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，并設其定時時間為 30ms。為此，在同步中斷服務程序中要安排每 3.3ms 對 WATCHDOG 的清零一次。應該提出的是，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)系應該由中斷方式為查詢方式。復習題復習題1本設計中

39、 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？58253 定時器最長定時時間為多少？由什么決定？6i8259 初始化需要設置哪兩類控制字？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本設計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，則中斷服務程序的入口地址在中斷向量表的哪些單元內(nèi)？12 本設計采用 8088 的哪種

40、組態(tài)，如何實現(xiàn)？13 8088 中 ALE 的作用是什么？本設計中它與什么相連？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 本設計中 8253 起什么作用？17 本設計中 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？20 本設計中，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)接到外設中斷請求后如何得到中斷服務程序的入口地址？31 說出中斷的類型和種類。32 數(shù)據(jù)線的低 8 位為何分時復用？33 A/D 轉(zhuǎn)換的是什么