C8051F206单片机在动态设备测控系统中的应用.pdfVIP

C8051F206 单片机在动态设备测控系统中的应用 沈阳军区军训器材研究所 郭虹 邹百舒 杨术轩 摘 要: 本文为一个现代瞄准设备的测控系统。介绍了测控系统的基本设计、硬件设计，阐 述了 C8051F206 单片机在系统中的应用。介绍了系统研制中遇到难题、解决方法和编程。 关键词: 动态设备；测控；C8051F206；速率陀螺；倾角传感器 C8051F 单片机是美国 Silabs 公司推出的完全集成的混合信号系统芯片(SOC)，具有与 8051 指令集完全兼容的 CIP-51 内核。在一项工程设计中，我们首次利用 C8051F206 完成了项目 中的动态设备测控任务，达到了设计要求。 测控系统概述和基本设计 该工程项目是一种动态瞄准设备姿态测量、瞄准目标时实现设备自动稳定控制的测控系统。 多个瞄准设备安装在动态载体上，系统要隔离载体运动对瞄准设备的扰动，控制伺服系统实 现设备瞄准线在运动中对动态、静态目标的自动稳定瞄准，提高其瞄准精度。 本系统的主要特点是对高精度、宽调速范围、高刚度的动态设备的控制。系统主要技术指标 略。该系统技术指标较高，涉及的技术门类较多，因此研制难度很大。 经系统分析和计算，我们决定采用捷联方式实现瞄准设备的稳定控制。具体做法是：在载体 上安装速率陀螺和倾角传感器，在瞄准设备上安装绝对式光电编码器和伺服系统，为满足设 备工作的需要，还另安装了多种不同类型的传感器。 系统分上位机和下位机两大部分。上位机主要完成系统的设置、指挥指令的下达、系统工作 状态的监测等。下位机完成姿态方位测量中的陀螺、倾角传感器、其它各种有关传感器信号 的采集和处理，根据数学模型完成伺服系统的控制。上、下位机间由RS-485 通信口联接。 图 1 系统工作框图 图 2 系统总线结构电原理图 图 3 产生可编程频率信号的程序流程 测控系统的硬件设计 单片机的选择 首先，我们对下位机采用的芯片进行了认真的选择。 系统需对 9种器件进行 AD 变换，对2个 14 位绝对式光电编码器进行数字采样，控制 2套伺 服系统。经分析，我们决定采用 C8051F206 单片机。C8051F206 采用该芯片具有如下优点： 一是运行速度快。该芯片采用流水线指令结构，70%指令的执行时间为 1 个或 2 个系统时钟 周期，当工作在最大系统时钟频率 25MHz 时，执行速度可达 25MIPS；二是 ADC 输入口较多。 最多可达 32个 12 位 ADC输入，每个引脚都可被配置为 ADC输入。且采样速率 100ksps，不 必外加 ADC芯片就能满足需要；三是片内存储空间大。该片具有 8KB 的FLASH 存储器，256 B 数据 SRAM 和1024 B 的XRAM；四是调试方便。该片片内支持 JTAG 调试功能。五是安全机制 可靠。该片具有 7 种复位源，大大提高了运行可靠性，并利用 JTAG 口编程对芯片加密，提 高了系统的必威体育官网网址性；六是具有工业级工作温度范围，能满足系统的使用要求。 系统工作框图 采用 C8051F206 单片机的系统工作框图如图 1 所示。 图中中央处理器 C8051F206 主要完成以下工作： ● 完成与上位机的通信，接受设备瞄准控制指令，发送采集的所有数据和工作状态； ● 输出指令分别至伺服控制器１和２，控制伺服电机１和２运行。并根据光电编码器１和 ２的信息，完成伺服电机的位置转动。实现瞄准设备方位和俯仰的自动转动，完成设备瞄准 线的规定指向； ● 采集速率陀螺１和倾角传感器１(测量载体Ｘ轴的转动角速率和倾斜角度)、速率陀螺２ 和倾角传感器２(测量载体 Y 轴的转动角速率和倾斜角度)数据，根据数据模型，实时控制伺 服电机１和２，实现瞄准线在惯性空间的自动稳定； ● 采集传感器 1～5 的数据，实时对瞄准线进行修正。其中传感器１、２、３分别为温度、 湿度、压力传感器；传感器４和５则是光电编码器； ● 测试、显示、输出系统工作状态； 测控系统研制中几个问题的技术实现 采用数据总线结构，提高系统运行速度，满足对 I/O 口的使用需求 C8051F 单片机系列中只有 C8051