【文章內(nèi)容簡介】 行機構(gòu)應(yīng)處的位置，即處于原位、全開或全關(guān)。 ： A、零點的調(diào)整功能：可以用單片機指令編程方便的調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)的零點位置，在調(diào)整過程中系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)設(shè)定的運動方向和所需位移的加減實時地控制電機移動位移的大小，達到所需位置，并記錄實際位置以便下次啟動時無須再次設(shè)定。 B、行程的調(diào)整功能：行程調(diào)整同零點調(diào)整類似，也用單片機指令編程調(diào)整電機輸出位移，達到所需位置，記錄調(diào)整結(jié)果。 C、靈敏度的調(diào)整功能。 ：即將實際閥門位置以 4~20mA 電流信號的形式 反饋輸出。 ：也就是控制器能用在不同類型執(zhí)行器和不同的負載上，而不至于發(fā)生振蕩和精度下降 ]4[ 。 電動執(zhí)行系統(tǒng)的執(zhí)行器 電動執(zhí)行系統(tǒng)用于把閥門驅(qū)動至全開或全關(guān)的位置。電動執(zhí)行系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)能夠精確的使閥門走到任何位置。 執(zhí)行器主要是在控制器的控制下完成設(shè)定動作的機械執(zhí)行部分。執(zhí)行器主要由兩相遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ７ 頁 伺服電動機、減速機構(gòu)等部分組成，它直接用于驅(qū)動閥門。電動機采用兩相交流伺服電動機，它是執(zhí)行機構(gòu)的重要組成部分，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、啟動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn) 動慣量小等特點，適用于控制閥門裝置；減速機構(gòu)主要由齒輪和皮帶組成，主要目的是降低電機的轉(zhuǎn)速。 電動執(zhí)行系統(tǒng)基本控制思想 控制器共有五項輸入，分別是靈敏度（ Lm）、行程（ Xc）、零點（ Ld）、位置反饋（ Vf）和參考給定（ Iin）。以上五個參數(shù)的運算結(jié)果來確定伺服電機的轉(zhuǎn)動情況。運算過程大致如下： y=（ Vf－ Ld） *Xc/A+B () 其中： A、 B為常數(shù)； y為電動執(zhí)行系統(tǒng)所處的當前位置。 80C196KC 單片 機根據(jù)上式 （ ） 實現(xiàn)電動執(zhí)行系統(tǒng)的零點及行程調(diào)節(jié)，根據(jù)下面條件來判定伺服電動機的狀態(tài)。 當 C*Iin－ D*Lm y C*Iin+D*Lm 時，伺服電機停止轉(zhuǎn)動； 當 C*Iin－ D*Lm y 時，伺服電動機反轉(zhuǎn)； 當 y C*Iin+D*Lm 時，伺服電動機正轉(zhuǎn)。 其中： C、 D為常數(shù)； D*Lm反映了執(zhí)行機構(gòu)靈敏度的大小。 通過上述兩條件可以看出，在非線性環(huán)節(jié)中引入人為死區(qū)（死區(qū)寬度為 2D* Lm），來增加執(zhí)行機構(gòu)的穩(wěn)定性，減少震蕩。 本章小結(jié) 本章不僅介 紹了電動執(zhí)行系統(tǒng)的原理，還介紹了電動執(zhí)行系統(tǒng)的控制器與執(zhí)行器的組成與功能，簡單概述了電動執(zhí)行系統(tǒng)的控制思路。從整體上了解電動執(zhí)行系統(tǒng)的組成及原理，以及它的基本執(zhí)行思路。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ８ 頁 3 基于 80C196KC單片機的電動執(zhí)行系統(tǒng)的構(gòu)成 引言 電動執(zhí)行系統(tǒng)是通過傳感器采集輸出軸的位置信號，與系統(tǒng)給定信號比較得到控制信號，控制電機運轉(zhuǎn)，使電機帶動輸出軸達到要求的位置?？刂破魇请妱訄?zhí)行系統(tǒng)控制的核心部分，在對其進行設(shè)計時，我們采用了模塊化設(shè)計思想，設(shè)計了基于 80C196KC單片機的執(zhí)行機構(gòu)硬件電路，其通用性非常突出 ，系統(tǒng)基本由下面幾個模塊組成 :數(shù)據(jù)采集模塊、功率放大模塊、恒流源輸出模塊。 80C196KC單片機 80C196KC單片機是 INTEL公司最新推出的 CHMOS型 16位高性能單片機 。 它功耗極低，除正常工作 外還可工作于兩種節(jié)電方式。待機方式和掉電方式，能進一步降低功耗 ，80C196KC的狀態(tài)周期是由振蕩器信號經(jīng) 2分頻后獲得 。 當采用 16MHz晶體 時 ， 一個狀態(tài)周期只有 125ns，工作速度比 5l單片機要提高數(shù)倍 ， 其外部總線寬度為 8／ 16位可選，而內(nèi)部總線寬度總是 16位的 ， 最顯著的特色是： 80C196KC的 CPU中的算術(shù)邏輯單元沒有采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，而是改用寄存器 寄存器結(jié)構(gòu)， CPU的操作直接面向 512字節(jié)的寄存器，消除了一般 CPU存在的累加器的瓶頸效應(yīng)，大大提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。可為多個中斷服務(wù)程序中的局部變量指定專門的寄存器。免除中斷服務(wù)過程中保護寄 存器現(xiàn)場和恢復(fù)寄存器現(xiàn)場所增加的軟件開銷。并給程序設(shè)計帶來方便 。 它有一套執(zhí)行速度更快、數(shù)進行操作， 16位乘 16位指令的執(zhí)行時間僅為 ， 片內(nèi)具有外設(shè)事務(wù)服務(wù)器 FTS， 專門用于處理外設(shè)中斷事務(wù) 。 大大減少了 CPU的軟件開銷 ， 其內(nèi)置的外設(shè)有 8通道轉(zhuǎn)換速 度和位數(shù) (8位和 10位 )可調(diào)的 A／ D轉(zhuǎn)換器，三路脈寬調(diào)制輸出 (PWM)。 高速輸入 /輸出器 (HSIO)等 [5]。 80C196KC單片機由功能強大的 16位 CPU組成， CPU與數(shù)據(jù)存儲器、各種 I／ 0功能部件有機地集成在同一硅片上。它是 CHMOS中的第二代產(chǎn)品，其特點是： (1)其內(nèi)部存儲器的容量擴大了一倍，達到 512字節(jié)； (2)寄存器到寄存器結(jié)構(gòu) ； (3) 比 80C196KB增加了 2個 PWM(脈寬調(diào)制 )輸出； (4) 80C196KC新增加了一個外設(shè)事物服務(wù)器 PTS； 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ９ 頁 (5)80C196KC中定時器 2既可由外部提供時鐘，也可由內(nèi)部提供時鐘，而 80C196KB中定時器 2只能由外部時鐘提供計數(shù)信號； (6)80C196KC對 HSO增加了一條新的命令格式，可以對所有 HSO引腳同時尋址； (7)80C196KC的 A／ D轉(zhuǎn)換器除了可采用 10位轉(zhuǎn)換方式外，還可以采用 8位轉(zhuǎn)換方式，以加速轉(zhuǎn)換過程。此外， 80C196KC還可以對采樣時間和轉(zhuǎn)換時間進行選擇； (8)80C196KC有 2個不可擦除的可編程只讀存儲器 UPROM(Uneraseable PROM)，增強了加密手段； (9)80C196KC可以采用 16MHz的晶 振。其運行速度比 12MHz的 80C196KB快 33％。其晶振最高可達 20MHz； (10) 內(nèi)部為 2分頻電路，指令執(zhí)行速度快； (11)低功耗工作方式。 80C196KC的中斷 80C196KC提供了 28個中斷源， 18個中斷向量。其中非屏蔽中斷 NMI、軟件陷阱中斷 TRAPHE和非法操作碼中斷是 3種特殊的中斷源。各占一個專門的中斷向量；其余 25個中斷源分享 15個中斷向量。以下主要介紹外部中斷、軟件定時器溢出中斷、定時器 2溢出中斷。 (1)外部中斷 EXINT和 (ACH7) 80C196KC有兩個外部中斷 向量： EXINT(200EH)和 EXINT1(2030H)。 EXINT可供 2個中斷源使用，一個是外部中斷引腳 (EXINT)，另一個是 (ACH7)，由 不采用 ， EXINT，當采用 ， 斷向量是 EXINT，而 EXlNT1。 在電動執(zhí)行器控制系統(tǒng)中，采用 ，其中斷向量為 EXINT，初始化程序如下： ... IOC1amp。=0x00FD； MASK│=0X80； ... (2)定時器溢出中 斷 在 80C196KC單片機內(nèi)部，定時器 T1和 T2占有重要地位，因為其它一些環(huán)節(jié)功能的遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 １０ 頁 發(fā)揮 ,均離不開 T1和他的支持。 T T2的工作狀況與片內(nèi)幾個輸入／輸出控制寄存器(IOC0、 IOC IOC IOC3)，輸入／輸出狀態(tài)寄存器 (IOS IOS2)以及中斷屏蔽寄存器 (INT MASK、 INT—MASK1)有著密切關(guān)系。 T1是 16位硬件定時器、水平窗口 0和水平窗口 15中的 0AH單元為其地址。在水平窗口 O環(huán)節(jié)下， CPU只能對 0AH單元進行讀操作；在水平窗口 15下， CPU可以對其進行寫操作。 單片機一旦上電 ， T1即開始工作。 T1的輸入信號是系統(tǒng)時鐘 CLOCK，每經(jīng)歷 8T時間， T1的內(nèi)容增 1。當 T1值為 0FFFFH再加 1時，便發(fā)生溢出，其內(nèi)容變?yōu)?0，然后又重新計數(shù)。 T1能夠自動按照計數(shù) —溢出一清零 —計數(shù)的方式周而復(fù)始地工作，不受外部因素的干擾。 若單片機的晶振頻率選為 12MHZ，經(jīng)過片內(nèi) 2分頻處理后，可以得到狀態(tài)周期T(=)， 一般而言， T1的最長時間如下： T1max=0FFFFH8T=655368= T1的當前值可以從 0AH單元讀出，但只允許 1次讀出 16位，而不能 按字節(jié)分 2次讀出。T1溢出，能夠產(chǎn)生定時器中斷 (若中斷被允許 )。 在 80C196KC中，定時器 1溢出中斷和定時器 2都可以產(chǎn)生中斷，它們共享一個中斷向量，向量單元為 2000H。中斷可分別由 IOC1的微 2和位 3選通。 =1，允許 T1溢出中斷； =1，允許 T2產(chǎn)生中斷。若同時允許 T1和 T2中斷，則進入中斷程序后，可以靠 IOS1的位 4和位 5確定是由哪個定時器溢出造成的中斷，以控制程序流向， =1表示 T2溢出， T1溢出。當兩者可能同時溢出時，可用軟件來確定優(yōu)先級，先查詢 ，則 T2溢出中斷優(yōu)先得到響應(yīng)，反之亦然。 此外，他還單獨設(shè)立了一個中斷向量，向量單元為 2080H，它的優(yōu)先級高于定時器溢出中斷。 T2溢出中斷的屏蔽位是 INT—. 靠 2的捕捉功能，這也會產(chǎn)生一次溢出中斷。其中斷向量為 2036H，屏蔽位為 INT—。 在控制系統(tǒng)當中，由于定時器 1作為軟件定時器的基準時間。采用定時器 T2作為控制時間的定時。 T2也是 16位硬件定時器，水平窗口 0和水平窗口 15中的 0CH單元為其地址。在水平窗口 0環(huán)境中， CPU可以對 139。2進行讀或?qū)懖僮?；在水平窗?15下， 0CH單元則稱為 T2捕遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 １１ 頁 獲寄存器。 T2實質(zhì)上也是一個寄存器，只要為其提供時鐘源 f T2即投入運行。當前值的讀取方式以及定時范圍與 T1相同。定時器的使用方法比 T1有所擴展，主要有以下幾方面： (1)T2的時鐘源，即可以由片外提供，也可以來自片內(nèi)。若令 =0和 =0，外部時鐘信號經(jīng)過單片機的 T2CLK引腳進入 T2； =0和 =1時，外部時鐘信號經(jīng)過單片機的 HIS． 1引腳進入 T2。當 =1時， T2的計數(shù)時鐘由片內(nèi) 提供。 (2)T2的復(fù)位方式有外部復(fù)位、軟件復(fù)位、系統(tǒng)復(fù)位。 (3)T2有三種工作方式?？焖僭隽糠绞?、一般增量方式、內(nèi)部時鐘方 式、上行／下行計數(shù)器方式、捕獲寄存器方式。 ... WRS=1。 IOC3│=0x01。 =1,定時器 2采用內(nèi)部時鐘 IOC1│=0x04。 允許 T2中斷 IOS1│=0x04。 INT_MAKS│=0x01。 打開定時器溢出中斷 TIMER2=0XBB6A。 50ms中斷一次 (3)軟件定時器中斷 軟件定時器依靠軟件實現(xiàn)，它不占用單片機的物理空間。 80C196KC有 4個 16位軟件定時器。運行規(guī)則如下： 1)4個軟件定時器分別名為 0、 3。通過對 HSO_COMMAND寄存器的 D3~D0位進行設(shè)置，可以指明軟件定時器的編號。 2)若對 HSO_COMMAND分別設(shè)置 4次，可以讓 4個軟件定時器同時工作。 3)指明軟件定時器編號后，接著要設(shè)置軟件定時器的開始時間與結(jié)束時間，規(guī)定時間到時便發(fā)出軟件定時器中斷。 4)軟件定時器產(chǎn)生的中斷請求被 CPU響應(yīng)后，計算機執(zhí)行軟件定時器中斷程序，其入口地 址由中斷矢量 200AH的內(nèi)容決定。 5)4個軟件定時器均可以產(chǎn)生中斷，若要弄清楚起因于那個定時器，可以查詢 IOSO狀態(tài)寄存器的有關(guān)位。 (4)監(jiān)視跟蹤定時器 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 １２ 頁 監(jiān)視跟蹤定時器是 16位硬件定時器，簡稱 WDT，地址 =0AH。 在 80C196KC中，若令 WSR=0，則進入水平窗口，此時的 WATCHDOG是一個只能寫不能讀的寄存器；若令 WSR=15，則進入窗口 15，此時的 WATCHDOG是一個只能讀不能寫的寄存器。 類似于 T1， WDT也是一個 16位計數(shù)器，其計數(shù)脈沖由單片機系統(tǒng)時鐘 CLOCK(T)提供。每經(jīng)歷一個 T時 間， WDT的內(nèi)容增 1。當系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)時， WDT也停止運行。 WDT的啟動方式不同于 T1，若要 WDT投入工作，必須對其清零。清零方法如下：先向0AH單元寫入 1EH，緊接著再寫入 OE1H。 WDT一旦被啟動，便開始計數(shù)。在計數(shù)過程中，只要不對其寫入 1EH和 0E1H， WDT的內(nèi)容有增無減，從清零到溢出，共需要 64K個 T周期。溢出時，該類單片機的引腳 RESET被強制為低電平 (至少維持兩個狀態(tài)周期 )，系統(tǒng)復(fù)位， WDT也隨之不工作。 WDT的監(jiān)視跟蹤功能如下：為該類單片機編制的程序，其總的狀態(tài)周期數(shù)已知，可以在程序 的開始部分設(shè)置兩條 WDT清零指令，啟動 WDT工作。在不超過 64K個狀態(tài)周期的某個位置上再安排 WDT清零指令，當程序運行到這個地方時， WDT又被清零并啟動。如果程序較長，可以多點設(shè)置 WDT清零指令。只要 WDT不發(fā)生溢出，它的不斷清零和啟動，并不會導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位，也不影響程序的運行。