单片机技术在电气传动控制系统中应用和探究.docx

单片机技术在电气传动控制系统中应用和探究 摘要：单片机技术已经在各个领域为人们所普通使 用。无论是通讯、交通、智能控制，还是办公自动化、电子 领域、电气设备等几乎都可以 看到单片机的存在。本文从单片机的技术应用角度出 发，提出了 一种用80CI%系列单片机实现数字调速的系统控 制方案，并在实际中验证了本方案的可行性，同时对80CI% 单片机的一些关健技术作了深入研究，以期开发更高性能的 单片机系统。 关键词：单片机数字调速控制系统脉冲宽度调制 【分类号】：TP368. 1 二十多年前，Intel公司首次推出单片机即微控制器。 由于它功能强大、简便小巧、方便可靠，并且具有很强的价 格优势，到目前为止，已经在各个领域为人们所普通使用。 无论是通讯、交通、智能控制，还是办公自动化、电子领域、 电气设备等几乎都可以看到单片机的存在。在电子技术的发 展里程中，我国的技术已经历经了多次变革和技术飞跃，而 单片机的应用普及必将带来电子技术上新的飞跃，也将成为 电子系统发展过程中具有里程碑价值的一次飞跃。本文以一 直流伺服控制系统装置为例，介绍了系统的结构，改进了有 关算法，实验证明，此系统可以良好地跟踪给定速度曲线， 响应时间可控制在10 一 35的数量级以内。 一、单机片概述 1、 单片机的概念 单片机技术是把中央处理器、读写内存、只读内存、以 用输入输出电路等计算机系统的主要部件集成在一个芯片 ±o虽然单片机只是一个芯片，但是具备了微型计算机的组 成结构和主要功能。所以，它可以满足多个控制领域的应用 需求。 2、 硬件系统的构成 电气主回路：主电路结构图如图1所示，采用双极性的 H桥构成，用大功率硅管整流桥将交流整流成直流，采用电 压稳压方式（并人大容量电容）提供主电源，用IPM中的IGBT 构成H桥，采用PWM进行调速，其中富士通的IPM技术较为 成熟，并具有多种保护功能，只需加人一定的周边电路便可 进行驱动。 单片机系统：本文采用MCS — 96系列的80CI%MC构成 16位总线的单片机系统，与M岱一 51系列相比，此类型的 单片机至少在以下几方面提高了系统的实时性。（1） CPU中 的算术逻辑单元不采用常规的累加器结构，改用寄存器一寄 存器结构，CPU的操作直接面向256字节的寄存器，消除了 CPU结构中存在的累加器瓶颈效应，提高了操作速度和数据 吞吐能力。(2) 256字节寄存器中，24字节是专用寄存器. 其余2犯字节均为通用寄存器。其通用寄存器的数量远比一 般CPU的寄存器数量多。这样可以为各中断服务程序中的局 部变量指定专门的寄存器，免除了中断服务过程中保护和恢 复现场所支付的软件开销，并大大方便了程序设计。 软件系统：采用C语言与ASM Assemble的混合编程 模式下面着重就其协同开发和算法的改进进行阐述。C程 序与汇编程序的协同开发汇编语言的难点在于数据处理由 于汇编语言不直接支持单精度的浮点运算而单片机的开发 日趋复杂许多地方必须应用高精度的复杂算法C96系列直 接支持单精度的浮点运算对于大多数场合已经够用并且 可以方便的通过算法扩展到双精度算法的设计上已有大量 的C程序可供选用 基本不用重新开发 在这些模块中应用 C96可以尽快地解决问题 然而完成同样的功能C96程序经 编译连接生成的代码比汇编生成的代码稍长在需要实时响 应的场合开发者往往从执行速度的角度出发把这些模块 用汇编代码实现因此 在开发单片机的项目时经常会遇到 关于汇编模块和C模块相互调用的问题。 二、单片机技术在电气传动控制系统中的应用 1、软件系统的应用 数据处理是汇编语言中的难点。因为汇编语言中数据处 理是单精度的浮点运算予以直接支持，而且单片机的开发越 来越复杂，从而对算法的精度提出了更高的要求。C96系列 是可以支持单精度浮点运算的，在很多的场合中是能够使用 的。在算法上，目前已经有大量的C程序可能做为选择，所 以基本不需要再做开发研究。汇编生成的代码比C96程序编 译连接成的代码要稍短一些。在实时响应的场合，开发人员 通常会首先考虑执行速度，用汇编代码实现这些模块。因此, 在单片机的具体开发项目中，汇编模块和C模块之间相互调 用的情况经常发生，这时要注意两个方面的问题：一是未涉 及参数传递的情况，这种情况下需要在程序中嵌入ASM (…) 这样一个伪指令，这个伪指令的作用是为了实现两者之间的 相互转换；第二个方面的问题是涉及了参数传递的情况。这 种情况下要采用相互调用的形式，在原来的程序代码之中加 入目的汇编程序。在所有的程序编译链接完成后，再认真核 实M96和M51文件，如果没有出现溢出或冲突的情况、数据 存储区和程序的存储区定位恰当时，表明加入的目的汇编程 序可正确发挥作用；反之，表明出现问题，需要重新编写调 试。对于C96程序，其