基于程序下载技术的数字随动系统实验装置.doc

基于程序下载技术的数字随动系统实验装置 第24卷第2期华东地质学院学 2001年6月JOUILNALOFEAsrCHINAGEOLOGICAL 报 lSⅡl1腼 .24№.2 Jun.2001 基于程序下载技术的数字随动系统实验装置 涂水林 (华东地质学靛信息工程系,匝西抚州344000) 摘要:舟绍了一种基于程序下载技术的数字随动系统实验慕置系统的随对过程由单片机控制实验者在Pc机上按 自己的意图蝙好程序,编译完成后下我给下住机系统,并使其远行谊程序下位机把拴测到的系统的运行状盎信息宾时 地传精碧Pc机,井姒图形方式加以昱示,便于实验者观察.该实验装置可甩于验证多种控制算法. 关键词:程序:下栽;数字随动系统;单片机;并行通信 中囤分类号:TP21)61;文献标识码:B文章编号:1000—2251{2001】02—163—04 1实验系统组成 实验系统的硬件主要由微型计算机,数字随动 系统控制部分,控制对象三部分组成.控制对象部 分由直流电动机,测速发电机,光电编码器,直流电 动机的可调节负载组成.整个系统的方框图如图l 所示 图1数字随动系统方框图 Fig1FunctionaldiagramofthedigitalsorMosystem 直流电动机选择永磁式直流力矩电机.它的 特点是能使用在堵转或低速状态,适于在位置或低 速随动系统中作执行件,与永磁式低速直流发电机 配合,可组成低速宽调速系统.测速发电机选择永 磁式低速直流发电机,对它的要求是灵敏度高,反 应快,线性度好.在选择直流电动机和测速发电机 的具体型号时,应注意它们的某些参数的匹配. 本系统采用AL一01—512型光电编码器作为 位置检测部件,直接输出二进制码,光电编码器的9 位数字输出接到扩展的I/O口8255上,其接线图如 图2所示.这样,单片机读取8255的B,c口的数 据就可获得当前的位置信息. U】 图2光电编码器接线图 Fig.2circuitofthephotoeleclridtydn00der 2数字随动系统控制部分的功能 数字随动系统控制部分的主要功能是: (1)通讯功能.数字随动系统控制部分要接收 上位机下载的应用程序,并且要实时地传输当前控 制对象的转速信息和位置信息给上位机.上位机 采用比较直观的图形或图像手段,形象地表示这两 个信息,这样实验者就可以比较方便地观察到自己 所设计的控制算法是否达到了预期的目标. (2)检测功能.控制部分必须检测到控制对象 收{毫日Il:200D_0】修订日期:20OO-1010 怍者简彳r:睬求林(1969一).男,江西南昌.实验师,主要从事智能惶器方面的研究 华东地质学院2001正 的转速信息和位置信息.这两个非电量信息已经 由测速发电机和光电编码器转换为电量信息.测 速发电机输出的信号为电压信号,可由一片 ADC0809对其进行变换,然后光电编码器输出的二 进制数字信号,通过一片扩展I/O8255获得. (3)控制和功率驱动功能.控制部分必须对控 制对象的转速和位置进行控制.直流电动机的转 速和位置的控制,主要是通过改变直流电动机定子 电压接通和断开时间的比值(即占空比)来控制. 这样当电机通电时,速度增加;当电机断电时,则速 度逐渐减少.只要按一定周期改变通,断电时间, 即可使电机速度达到一定的稳定值.不论采取哪 一 种控制算法都必须围绕给定占空比而进行. 3单片机程序下载功能的实现 31程序下载功能的硬件实现 PC机与单片机之间的通信可通过并行1:3和串 行口实现.利用串行口时,尽管需要对两者的输出 电平进行转换,使它们的电气规范一致,却可简化 设计过程.但是串行口通信的速度太慢.若利用 并行1:3,则可以大大提高单片机的下载速度,而且 可满足实时传输当前控制对象的转速信息和位置 信息给上位机对速度的要求.所以在本实验装置 中,采用了并行1:3通信方式.PC机与单片机并行 通信的接1:3电路如图3所示.对计算机并行口的 应用,以前多采用标准SPP协议.该协议的8位并 行口为单向端口,只能从Pc向外部传送数据,而不 囤3PC机与单片机并行通信的接口电路 F3『n.edreuitforPCcommunicating w_曲themicroecotrollerby 能直接从这8位的并行口接收数据,若想接收外部 的数据,只能将状态线作为数据输入之用.而状态 线只有5根,不足8位,这样一来一个字节的数据 还必须分两次进行传输,传输完毕再进行数据的拼 接,才能得到完整的8位数据.随着计算机技术的 发展及EPP(EnhencedParallelPort)协议的出台,使 得Pc机与单片机通过并行口进行高速数据传输变 得十分简单. 众所周知,8051系列单片机的程序空间和数据 空间是分离的.两者均可用相同的地址寻址