基于MCS-96系列單片機(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(cè)試信號(hào)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(hào)，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(hào)的產(chǎn)生
　　
下面以正弦信號(hào)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(jiǎn)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(duì)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。[next]

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(cè)試信號(hào)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(hào)，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(hào)的產(chǎn)生
　　
下面以正弦信號(hào)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(jiǎn)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(duì)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。

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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(shí)間變化曲線

（c）DSC輸出隨時(shí)間變化曲線
圖4　正弦粗通道DSC輸出與時(shí)間之間的曲線圖解原理
4　結(jié)　論
　　經(jīng)兩種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試正常后，8098數(shù)字正弦機(jī)于1996年7月在重慶望江機(jī)器總廠通過現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)。結(jié)果表明，8098數(shù)字正弦機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求，且發(fā)送信號(hào)的誤差明顯小于機(jī)電正弦機(jī)，并克服了原有機(jī)電正弦機(jī)的許多缺點(diǎn)，功能齊全、運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)便、通用性強(qiáng)、體積小、重量輕，是調(diào)試、驗(yàn)收伺服系統(tǒng)特性的一種理想工具。