基于MCS-96系列單片機的數字正弦機研制

　　在伺服系統的調試過(guò)程中，需要能夠準確發(fā)送各種測試信號的正弦機。但通常使用的機電正弦機具有難以克服的機械傳動(dòng)空回、死區及波形失真和漂移、裝訂參數可重復性差等缺點(diǎn)。
　　為了克服以上缺點(diǎn)，作者開(kāi)發(fā)了8098數字正弦機。
　　1　硬件組成
　　8098數字正弦機采用MCS-96系列8098單片機［1，2］（也可選用兼容的80C196單片機）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，通過(guò)8255直接16位數字輸出，或分精粗各12位數字量分送兩個(gè)DSC轉化為三相模擬電壓雙通道輸出。在此過(guò)程中，利用8279顯示和控制正弦機的運行狀態(tài)。8098數字正弦機的硬件組成框圖如圖1。

圖1　8098數池正弦機硬件組成框圖
2　軟件實(shí)現
　　8098數字正弦機的大部分功能是利用8098的匯編語(yǔ)言編程實(shí)現的，其軟件功能框圖如圖2所示。

圖2　8098數字正弦機軟件功能框圖
　　2.1　信號的產(chǎn)生
　　
下面以正弦信號的產(chǎn)生為例說(shuō)明這部分的設計思想。

2.1.1　算法　
正弦運動(dòng)的實(shí)現實(shí)質(zhì)上是按給定周期的正弦函數值，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律變化的位置量A0。由于內存有限，且為了簡(jiǎn)化程序，設計中采用先計算出1/4個(gè)周期的正弦曲線(xiàn)，再通過(guò)銜接處理得到整個(gè)周期正弦曲線(xiàn)的方法。其中位置偏移量的計算是根據裝訂的正弦周期值T，計算出單位幅值標準正弦曲線(xiàn)，然后用裝訂的正弦幅值M乘以每個(gè)計算點(diǎn)對應的標準正弦值x，即可得到按正弦規律變化的位置偏移量。[next]

在伺服系統的調試過(guò)程中，需要能夠準確發(fā)送各種測試信號的正弦機。但通常使用的機電正弦機具有難以克服的機械傳動(dòng)空回、死區及波形失真和漂移、裝訂參數可重復性差等缺點(diǎn)。
為了克服以上缺點(diǎn)，作者開(kāi)發(fā)了8098數字正弦機。
1　硬件組成
　　8098數字正弦機采用MCS-96系列8098單片機［1，2］（也可選用兼容的80C196單片機）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，通過(guò)8255直接16位數字輸出，或分精粗各12位數字量分送兩個(gè)DSC轉化為三相模擬電壓雙通道輸出。在此過(guò)程中，利用8279顯示和控制正弦機的運行狀態(tài)。8098數字正弦機的硬件組成框圖如圖1。

圖1　8098數池正弦機硬件組成框圖
2　軟件實(shí)現
　　8098數字正弦機的大部分功能是利用8098的匯編語(yǔ)言編程實(shí)現的，其軟件功能框圖如圖2所示。

圖2　8098數字正弦機軟件功能框圖
　　2.1　信號的產(chǎn)生
　　
下面以正弦信號的產(chǎn)生為例說(shuō)明這部分的設計思想。

2.1.1　算法　
正弦運動(dòng)的實(shí)現實(shí)質(zhì)上是按給定周期的正弦函數值，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律變化的位置量A0。由于內存有限，且為了簡(jiǎn)化程序，設計中采用先計算出1/4個(gè)周期的正弦曲線(xiàn)，再通過(guò)銜接處理得到整個(gè)周期正弦曲線(xiàn)的方法。其中位置偏移量的計算是根據裝訂的正弦周期值T，計算出單位幅值標準正弦曲線(xiàn)，然后用裝訂的正弦幅值M乘以每個(gè)計算點(diǎn)對應的標準正弦值x，即可得到按正弦規律變化的位置偏移量。

[next]

（a）DSC三相輸出電壓隨位置變化曲線(xiàn)

（b）位置量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

（c）DSC輸出隨時(shí)間變化曲線(xiàn)
圖4　正弦粗通道DSC輸出與時(shí)間之間的曲線(xiàn)圖解原理
4　結　論
　　經(jīng)兩種實(shí)驗方法測試正常后，8098數字正弦機于1996年7月在重慶望江機器總廠(chǎng)通過(guò)現場(chǎng)聯(lián)調。結果表明，8098數字正弦機各項指標均達到要求，且發(fā)送信號的誤差明顯小于機電正弦機，并克服了原有機電正弦機的許多缺點(diǎn)，功能齊全、運行可靠、操作簡(jiǎn)便、通用性強、體積小、重量輕，是調試、驗收伺服系統特性的一種理想工具。