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正文內(nèi)容

數(shù)字式直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(編輯修改稿)

2025-07-13 13:56 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 入端( WDI) 程序正常運行時,必須在小于 的時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號,以清除芯 片內(nèi)部的看門狗定時器。若超過 該輸入端收不到脈沖信號,則內(nèi)部定時器溢出, 8 號引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健? ( 7)復(fù)位信號輸出端( RST) 上電時,自動產(chǎn)生 200ms的復(fù)位脈沖;手動復(fù)位端輸入低電平時,該端也產(chǎn)生復(fù)位信號輸出。 ( 8)看門狗信號輸出端( WDO) 正常工作時輸出保持高電平,看門狗輸出時,該端輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖健? 硬件電路圖 圖 給出了 MAX813L 在單片機系統(tǒng)中的接線路圖。此電路可以實現(xiàn)程序運行出現(xiàn)“死機”時的自動復(fù)位和隨時的手動復(fù)位;本電路巧妙地利用了 MAX813L 的手動復(fù)位輸入 端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機”, WDO 端電平由高到低,當(dāng) WDO 變低超過 140ms,將引起 MAX813L 產(chǎn)生一個200ms的復(fù)位脈沖。 同時使看門狗定時器清 0 和使 WDO 引腳變成高電平。也可以隨時使用手動復(fù)位按鈕使 MAX813L產(chǎn)生復(fù)位脈沖,由于為產(chǎn)生復(fù)位脈沖 MR 端要求低電平至少保持 140ms 以上,故可以有效地消除開關(guān)抖動。 圖 MAX813L 與 80C196KC 硬件實現(xiàn)電路圖 通信接口設(shè)計 單片機控制完成之后,需將數(shù)據(jù)傳送到上位機,因而需要單片機與 PC 機之間進(jìn)行通信。標(biāo)準(zhǔn)串行接口有多種,如 RS23 RS42 RS485 等,具體性能見表 ,根據(jù)本設(shè)計的特點和需要,選擇RS232接口。 表 幾種接口比較 標(biāo)準(zhǔn)類型 RS232 RS422 RS485 信號模式 單接點式 差動式 差動式 接線方式 最高驅(qū)動端數(shù)目 最高接收端數(shù)目 傳輸距離 傳輸速率 9線 /3線 1 1 15m 115200bps 4線 /2線 1 1 1200m 10Mbps 2線 32 32 1200m 10Mbps RS232C 通信接口標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)傳輸格式 :RS232C以位串行方式傳輸數(shù)據(jù)格式, 1位起始位, 8位數(shù)據(jù)位, 1位停止位。 接口信號:完整的 RS232C接口有 25 根線,采用 25 芯的插座,在 PC 機上有 COM1 和 COM2兩個232C 串口,只有 9 根引腳的連接器,在各引腳中常用 TXD, RXD, GND。本文也采用 9 針插座,如圖。 80C196KC RSET 圖 串口插座 RS232 通信標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)信號轉(zhuǎn)換專用芯片有很多種,本文選用美國 MAXIM 公司的 MAX232 ( Maxim Product Selector Guide,2021 )。該器件工作性能可靠,外圍器件少,已廣泛應(yīng)用于RS232通信標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)信號轉(zhuǎn)換。 通信接口電路 通過單片機的串口實現(xiàn)了與 PC 機之間的全雙工通信。 80C196KC 單片機的 1 17 引腳分別為串口的發(fā)送端和接收端。 要實現(xiàn)單片機和 PC 機之間的通信,必須使單片機和 PC 機采用相同的數(shù)據(jù)傳輸格式。通信協(xié)議如下 :波特率為 9600bps, 8 位數(shù)據(jù)位, 1 位停止位,無奇偶校驗位。 PC 機和單片機均采用查詢方式進(jìn)行編程。 80C196KC單片機和 PC的接口電路如圖 。 圖 80C196KC 單片機與 PC 串口通信電路圖 脈沖信號反饋模塊 采用光電式碼盤傳感器對直流電機轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量 ,其結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn),測量準(zhǔn)確度高。光電式碼盤是一種非接觸性光電傳感器,它具有測量準(zhǔn)確度高、響應(yīng)速度快、可靠性高和使用壽命長等優(yōu) TXD RXD 80C196KC Vss VDD 點。我們應(yīng)用光碼盤測試原理 , 完成了直流電機測速裝置設(shè)計 (工作原理如圖 所示 )。其裝置具有結(jié)構(gòu)簡單,測速準(zhǔn)確度高的優(yōu)點。 光電脈沖編碼輸出的信號被送入 80C196KC的 。 直流電機 光碼器 整形放大 單片機 顯示 圖 工作原 理圖 圖 測速脈沖電路 由于采用了光電式碼盤作為傳感器,其速度轉(zhuǎn)換電路,如圖 所示,發(fā)光二極管 LED 發(fā)出紅外光,透過遮光板 TLP 的圓孔照射光敏三極管 T1,使其迅速由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通,如此反復(fù)形成光脈沖信號,經(jīng) T2 的放大,再由 74LS04 反向整形后送給單片機。利用單片機的定時 /計數(shù)器功能 ,對信號進(jìn)行固定周期性采樣, T1 口和傳感裝置連接,對信號進(jìn)行計數(shù)。該測速電路充分利用單片機,完成一系列的數(shù)據(jù)采樣、處理,最后計算得到較準(zhǔn)確的速度值并顯示該速度。 2 直流調(diào)速系 統(tǒng)的軟件設(shè)計 光電編碼器測速的軟件設(shè)計 本文采用 M/I39。法對脈沖進(jìn)行測速。具體方法如下: 在圖 中, T 為實際檢測時間, T0 是一固定不變的定時時間,當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿到來時,啟動定時 T0,由兩個計數(shù)器分別對轉(zhuǎn)速脈沖 M1 和高頻脈沖數(shù) M2 計數(shù)。當(dāng)定時 T0 結(jié)束時, Ml 停止計數(shù), M2 繼續(xù)計數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的下一個上升沿到來時, M2 停止計數(shù),則可得到電機的轉(zhuǎn)速 圖 M/T法檢測轉(zhuǎn)速原理圖 1260 ()16 cfmn rpmPm? ( ) 式中 cf 高頻計數(shù)脈沖信號的頻率,本系統(tǒng)中為 80C196KC內(nèi)定時器 T1的時鐘信號,由于采用 1 6MHz晶振 , cf =1MHz; P光電脈沖編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù), P=600 16 倍頻次數(shù)。 將 cf 和 P 的參數(shù)代入上式,得 126250mn m? ( ) 轉(zhuǎn)速脈沖信號被送到 80C196KC 的 HSI0 引起上升沿中斷,此時開始定時 T0,同時記下計數(shù)器T1 的值, T2 開始對 HSI1 接收到的轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù),并關(guān)閉 HSI0 中斷。當(dāng)定時 T0 到時,開啟 HSI0中斷,停止 1m 計數(shù),等待 HSI0 的上升沿。當(dāng)上升沿到來時,讀取計數(shù)器 T1 的值,計算兩次計數(shù)器T1 的差值得到高頻脈沖數(shù) 2m ,這樣就完成了一次轉(zhuǎn)速測量周期。由此根據(jù)式 ()即可計算出當(dāng)前電機的轉(zhuǎn)速。下面介紹一下如何在程序中具體實現(xiàn)。 (1)因為要在軟件定時器 2 的第一次中斷中進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的 PID 計算,所以測速從這里開始。首先允許 HSI0 中斷,然后設(shè) HSI 中斷模式為每個脈沖的正跳變引起中斷。 (2)轉(zhuǎn)速脈沖引起 HSI0中斷,如果是第一次中斷則記下當(dāng)前時間作起始時間 ST,設(shè)軟件定時器 1中斷時間 T0,關(guān) HSI0 中斷,啟動 HSI 數(shù)據(jù)有效對 2m 計數(shù);如果是第二次中斷則把當(dāng) 前的時間作為結(jié)束時間 FT。 (3)啟動 HSI 數(shù)據(jù)有效中斷后,每一個轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿都會引起 HSI 數(shù)據(jù)有效中斷,在每一次HSI 數(shù)據(jù)有效中斷程序中,讓計數(shù)變量 1m 增加 1。 H S I 0 中 斷第 一 次記 下 當(dāng) 前 時 間作 為 初 始 時 間設(shè) 軟 件 計 時 器 1中 斷 時 間關(guān) H S I 0 中 斷 啟 動 H I S 數(shù) 據(jù) 有效 中 斷 返 回 記 下 時 間 值 作為 結(jié) 束 時 間 計 算 轉(zhuǎn) 速 值 H S I 數(shù) 據(jù) 有 效 中斷計 數(shù) 變 量 M 增加 1返 回 圖 HSI0 中斷 /HIS 數(shù)據(jù)有效中斷 (4)過了 T0 時間后,軟件定時器 1 產(chǎn)生中斷。在中斷程序中開 HSI0 中斷 (允許 HSI0 中斷 ),關(guān)HSI 數(shù)據(jù)有效中斷 (停止對 1m 計數(shù) )。 見圖 (5)下一個轉(zhuǎn)速脈沖來時,就引起 HSI0
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