基于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。

　　2.1.2 　正弦引導　

　　為保證被測伺服系統按正弦幅值平穩變化，在正弦運動(dòng)起始段與結束段均設計了正弦幅值的引導程序。下面以起始引導為例加以說(shuō)明：根據裝訂的正弦周期值T計算出需要引導的點(diǎn)數N，從第一點(diǎn)(n=0)開(kāi)始，正弦的幅值m從0開(kāi)始按比例線(xiàn)性增加，直至最后一點(diǎn)(n=N)，恰好使得此時(shí)的m等于裝訂的正弦幅值M，這就完成了引導(結束引導是反過(guò)來(lái)從M開(kāi)始線(xiàn)性遞減至0)。8098數字正弦機規定引導一個(gè)周期。正弦引導的算法公式為

　　N=400T,    (1)

　　m=Mn/N，(n由0到N變化),    (2)

　　y=mx,    (3)

　　A0=y0±y。    (4)

　　在引導的正半個(gè)周期，式(4)“+”號有效；負半個(gè)周期“-”號有效。正弦引導曲線(xiàn)示意圖如圖3所示。

圖3　正弦引導曲線(xiàn)示意圖