【正文】 位雙向口，內(nèi)部有很強的上拉作用。 ：準雙向入口。 ： 口 /外部中斷（輸入）， =0 選 EXINT 方式。 ~： P0 高阻抗輸入口，既可做數(shù)字量輸入口，也可作為 A/D 轉換器的模擬量輸入口（ ~）。 NMI ：非屏蔽中斷（輸入腳） 。 WR / WRL ： 對外部存儲器的寫信號。 RESET ：復位信號輸入端 。 VPP： EPROM 型芯片的編程電壓（ +）。 VPD：片內(nèi) RAM 掉電備用電源（ +5177。芯片配置寄存器 CCR， 通過對 CCR 的設定可動態(tài)地將系統(tǒng)總線德州學院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設計 7 配置成 8 位或 16 位；選擇適當?shù)目偩€控制方式、就緒控制方式和程序保密方式。五個 8 位標準輸入 /輸出口；可編程高速輸入 /輸出口，高速輸入口可用內(nèi)部定時器 1 作實時時鐘來記錄外部事件發(fā)生的時間，一共可記錄 8 個事件。 8097 是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能、還包括顯示 驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器等電路集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)， 并且它有優(yōu)異的性能價格比；集成度高、體積小、可靠性高；控制功能強；低電壓、低功耗 [9]。 單 片 機 8097 上位微型計算機 計數(shù)器 8254 PWM 功放 放大器 M PG 圖 基于 8097 的系統(tǒng)流程框圖 光電隔離分頻辨向 德州學院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設計 6 經(jīng)過以上比較，本次設計采用第三種方案。 第二種方案： 該方案由 8086CPU 及其 RAM、 ROM 小系統(tǒng)，再加上一些接口電路和器件 組成 ，能夠完成三環(huán)全數(shù)字式 伺服系統(tǒng)的控制任務。 單片機 8086 并行 I/O 接口 8255A 上 位 微型 計 算機 A/D 轉換器 可編 程計數(shù)器 8254 PWM 功放 M 光電隔離倍頻辨向 PG 圖 基于 8086 的系統(tǒng)框圖 德州學院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設計 5 intel MCS— 96 系列的 8097 是 16 位 高性能單片機，有著很強的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的外部信號處理資源，其內(nèi)部包含有 A/D 轉換電路、 脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉換器、顯示驅(qū)動電路等 所以系統(tǒng)設計的絕大部分控制任務由它承擔。此外，并行 I/O 接口 8255A 還負責接收伺服系統(tǒng)的數(shù)字式給定輸入作為和上位微型計算機進行并行通信的接口。 方案二：采用 intel8086 作為微處理器， 采用霍爾元件作為檢測電動機電樞電流的傳感器， 光電脈沖信號發(fā)生器作為速度反饋測量元件和數(shù)字式角位移傳感器。本次共設計三套方案如以下所示。 2 系統(tǒng)方案設計 設計要求 本次設計的主要對象是一個直流伺服系統(tǒng)，目的是為某生產(chǎn)機械設計一個調(diào)速性能好、起制動性能好、定位準確且定位過程無超調(diào)的直流伺服系統(tǒng)，且擬定該伺服系統(tǒng)由大功率晶體管脈寬調(diào)制放大器給電動機供電，控制方式為三環(huán)全數(shù)字式即電流環(huán)控制器運算 、速度環(huán)控制器運算、位置環(huán)控制器運算。 數(shù)字控制技術不僅使系統(tǒng)獲得高精度、高可靠性，還為新型控制理論 (如矢量控制、直接轉矩控制、參數(shù)自適應控制、模糊控制、滑模變結構控制等 )的應用提供了物質(zhì)基礎 [6]。伺服控制直流電動機具有一般有刷直流電動機的調(diào)速特性，只要簡單地改變電動機的輸入電壓的大小就可以在廣闊的范圍內(nèi)進行無級調(diào)速 [5]?？刂葡到y(tǒng)中的執(zhí)行電動機應該具有下列優(yōu)點：快速性、可控性、可靠性、體積小、重量輕、節(jié)能、效率高、適重量輕、節(jié)能、效率高、適應環(huán)境和經(jīng)濟性 [4]。 直流伺服電動機既有交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具有直流電動機的運行效率高、調(diào)速性能好的特點，故在當今國民經(jīng)濟中直流伺服系統(tǒng)廣泛應用于軋鋼機及其輔助機械、造紙機、金屬切割機床等眾多自動控制中的各個領域 [2]。 關鍵詞 微型計算機； 8097； HIS； 8254； PID 1 緒論 直流伺服電動機是近幾十年來隨著電力電子技術的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型電動機。德州學院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設計 1 基于 PID 控制的直流伺服系統(tǒng)的設計 摘 要 本設計以微型計算機 8097 為主控器， 采用 PID算法設計三環(huán)全數(shù)字式控制器。 近些年來，直流伺服控制系統(tǒng)被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)，這已經(jīng)成為自動化領域的一項重要課題。 伺服系統(tǒng) 尤其 在機械制造行業(yè)中占據(jù)著 主導 位置， 同時也 是 應用的最為普遍 的控制系統(tǒng)，到目前為止直流伺服仍占據(jù)著主要地位 [3]。為了實現(xiàn)快速的起、停、加速、減速，要求電動機具有小的轉動慣量和大的起動轉矩和最大轉矩，伺服控制直流電動機的轉子主要是由永磁材料構成的磁極體組成，電樞繞組在定子上，因而轉子外徑可以相對較小，轉子慣量也就較小轉矩方面，只有直流電動機才能達到大的起動轉矩和大的最大轉矩，而伺服控制直 流電動機具有直流電動機的特性，起動轉矩和最大轉矩都較大。 在伺服控制直流電動機的控制技術方面，伺服控制直流電動機控制系統(tǒng)正由傳統(tǒng)的模擬技術轉向微處理器控制的數(shù)字技術。特別是適用于實時控制的工業(yè)單片機和高速數(shù)字信號處理器在伺服系統(tǒng)的應用，這大大簡化了系統(tǒng)結構，提高了系統(tǒng)性能?，F(xiàn)已知系統(tǒng)中直流電動機額定轉速 ne=1000r/min； 電樞回路總電阻 R=；電磁時間常數(shù) Tl=；機電時間常數(shù) Tm=。 德州學院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢 業(yè)設計 3 方案一：選用 8051 單片機作為控制器，以測速發(fā)電機作為速度反饋元件，以光電解碼為角位置反饋元件 ，霍爾元件作為檢測電動機電樞電流的傳感器，驅(qū)動裝置為大功率晶體管 PWM 功率放大器，執(zhí)行電機為直流伺服電機，此方案系統(tǒng)框圖如圖 所示。系統(tǒng)框圖如圖 所示。編程計數(shù)器 8254 主要是產(chǎn)生定時中斷信號、 PWM 控制輸出信號以及作為電動機轉速測量量和位置反饋測量的計數(shù)器，在將電流調(diào)節(jié)器的控制輸出量轉換為 PWM 控制信號的同時還將轉速和位置反饋測量量輸入微型計算機，進而達到控制的目的?；魻栐z測到電樞電流反饋信號經(jīng)濾波放大后輸入微型計算機 8097，光電脈沖發(fā)生器作為速度和位置測量器件將所測得的信 號輸入光電隔離 器和可編程門陣列電路 GAL16V8 進行分頻和鑒相，然后輸入微型計算機進行分析、處理。 此方案的 不足之處是硬件電路比較復雜。 3 系統(tǒng)硬件電路設計 本次系統(tǒng)設計除 了 以 8097 單片 機控制器 為主要元件外，還包括 1 片可編程計數(shù)器 8254， 1 片可編程門陣列電路 GAL16V8，兩個運算放大器 LF356，三片單通道高速光隔離器 PC900。 8097 芯片主要包括 16 位的 CPU， 232 個累加器，結構上采用寄存器 — 寄存器結構； CPU 的操作直接面向 232 字節(jié)的寄存器；高效的指令系統(tǒng)；具有三操作數(shù)指令，增加了十六位的乘、除法指令； 10 位 A/D 轉換器等， 此外 8097 芯片具有脈寬調(diào)制輸出（ PWM），可做為 D/A 轉換輸出，該信號可驅(qū)動電機，也可經(jīng)積分處理獲 得直流輸出。全雙工串行口，可方便地實現(xiàn) I/O 擴展、 多機通信及與 CRT 終端等設備進行通信等 [10]。其管腳圖如圖 所示。）正常運行時，應加此電源。 XTAL1：片內(nèi)震蕩發(fā)生器中反相器的輸入端，也是內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入，常接外部石英晶體。 ALE/ ADV ： 地址鎖存允許（ ALE） /地址有 效（ ADV ）（輸出腳）。低電平有效（輸出腳）。 INST：取指信號引腳 。 ~： P1 準雙向 I/O 口。 ： 口 /定時器 2 時鐘（輸入）， =0 選 T2CLK 方式。 ：準雙向入口。 在 本 系統(tǒng)中 ， 我們將要用到的 8097 片內(nèi)資源有： 10 位單極性 A/D 轉換器、高速輸入單元 HIS、高速輸出單元 HSO、串行通信口 SIO、計數(shù)器 T T2 等。本次設計中將光電脈沖發(fā)生器測得的 A、 B 兩脈沖的不同分頻信號分別連接到 HIS 的四個輸入通道，當 轉速變化時， HIS 選取不同的分頻信號進行 T 法轉速測量，就可以克服 T 法測量轉速的局限性，這也正是變 T 法的思路 [11]。在系統(tǒng)控制程序的協(xié)調(diào)作用下，分頻數(shù) K 自動跟蹤轉速 n 的升降而增大和減小。 本次系統(tǒng)設計是 采用霍爾元件作為檢測電動機電樞電流的傳感器，其電流容量為50A，轉換比例為 1000:、濾波、放大后變成與電樞電流成比例的 05V 的直流電壓信號，再經(jīng) A/D 轉換電路，將模擬電壓轉換成數(shù)字量，輸入微型計算機 處理，電路原理圖如圖 所示。 20A 之內(nèi)，設電樞電流為 20A 時， A/D 轉換電路模擬輸入電壓為 5V，當電流為 20A 時，輸入電壓為 0V，當電樞電流為 0 時，A/D 輸入電壓為 ，則第一級放大器的放大倍數(shù)為 ，第二級放大器的放大倍數(shù)20bit FIFO 保持寄存器 HSI形式 事件檢測器 HSI狀態(tài) HSI時間 T1 7bit 16 20 16 4 8 當前 狀態(tài) 4 HIS 觸發(fā)形式 8個正跳變負跳變正跳變正或負跳變 HSI0 HSI1 HSI2 HSI3 時鐘 圖 HIS 的結構圖 德州學院 物理系 2020 屆 電子信息 專業(yè) 畢