【正文】 Uc，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量 Ux 進(jìn)行比較，若 UcUx，該位 1 被保留，否則被清除。當(dāng) 80C196KC 單片機(jī)發(fā)出采集信號(hào)時(shí)，A/D 轉(zhuǎn)換器便開始逐一的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并發(fā)出信號(hào)給單片機(jī)，以示轉(zhuǎn)換結(jié)束。當(dāng)： /開度的設(shè)定值 ?反饋量 /靈敏度，則認(rèn)為開度設(shè)定量和反饋量二者相等。由于采樣的不連續(xù)性，要使二者絕對(duì) 相等不太可能。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要實(shí)時(shí)采樣開度設(shè)定信號(hào)和反饋信號(hào)，并比較其大小。 第五部分電路為調(diào)節(jié)靈敏度的行程電路。此電路用于 指 定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍。以便和不同口徑的閥門配合使用，同時(shí)也可以適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)條件，增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性。此電路用于指定執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟動(dòng)前的初始位置。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 １３ 頁 第二部分電路為反饋 電壓輸入 ]7[ ，經(jīng)過一級(jí)電壓跟隨放大器，輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器中，作為反饋電壓值。在給所有的電壓設(shè)定了一定值后，由單片機(jī)發(fā)出指令對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)值采樣。 若程序有故障 而 不能按時(shí)運(yùn)行，就會(huì)造成 WDT溢出而復(fù)位，從而可以知道這一段程序存在問題。如果程序較長(zhǎng)，可以多點(diǎn)設(shè)置 WDT清零指令。 WDT的監(jiān)視跟蹤功能如下：為該類單片機(jī)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(dòng) WDT工作。在計(jì)數(shù)過程中，只要不對(duì)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(gè) T周期。清零方法如下：先向0AH單元寫入 1EH，緊接著再寫入 OE1H。當(dāng)系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)， WDT也停止運(yùn)行。 類似于 T1， WDT也是一個(gè) 16位計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)脈沖由單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘 CLOCK(T)提供。 (4)監(jiān)視跟蹤定時(shí)器 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 １２ 頁 監(jiān)視跟蹤定時(shí)器是 16位硬件定時(shí)器，簡(jiǎn)稱 WDT，地址 =0AH。 4)軟件定時(shí)器產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求被 CPU響應(yīng)后，計(jì)算機(jī)執(zhí)行軟件定時(shí)器中斷程序，其入口地 址由中斷矢量 200AH的內(nèi)容決定。 2)若對(duì) HSO_COMMAND分別設(shè)置 4次，可以讓 4個(gè)軟件定時(shí)器同時(shí)工作。運(yùn)行規(guī)則如下： 1)4個(gè)軟件定時(shí)器分別名為 0、 3。 50ms中斷一次 (3)軟件定時(shí)器中斷 軟件定時(shí)器依靠軟件實(shí)現(xiàn)，它不占用單片機(jī)的物理空間。 INT_MAKS│=0x01。 =1,定時(shí)器 2采用內(nèi)部時(shí)鐘 IOC1│=0x04。 ... WRS=1。 (3)T2有三種工作方式。當(dāng) =1時(shí)， T2的計(jì)數(shù)時(shí)鐘由片內(nèi) 提供。定時(shí)器的使用方法比 T1有所擴(kuò)展，主要有以下幾方面： (1)T2的時(shí)鐘源，即可以由片外提供，也可以來自片內(nèi)。 T2實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)寄存器，只要為其提供時(shí)鐘源 f T2即投入運(yùn)行。在水平窗口 0環(huán)境中， CPU可以對(duì) 139。采用定時(shí)器 T2作為控制時(shí)間的定時(shí)。其中斷向量為 2036H，屏蔽位為 INT—。 此外，他還單獨(dú)設(shè)立了一個(gè)中斷向量，向量單元為 2080H，它的優(yōu)先級(jí)高于定時(shí)器溢出中斷。若同時(shí)允許 T1和 T2中斷，則進(jìn)入中斷程序后，可以靠 IOS1的位 4和位 5確定是由哪個(gè)定時(shí)器溢出造成的中斷，以控制程序流向， =1表示 T2溢出， T1溢出。中斷可分別由 IOC1的微 2和位 3選通。T1溢出，能夠產(chǎn)生定時(shí)器中斷 (若中斷被允許 )。 T1能夠自動(dòng)按照計(jì)數(shù) —溢出一清零 —計(jì)數(shù)的方式周而復(fù)始地工作，不受外部因素的干擾。 T1的輸入信號(hào)是系統(tǒng)時(shí)鐘 CLOCK，每經(jīng)歷 8T時(shí)間， T1的內(nèi)容增 1。在水平窗口 O環(huán)節(jié)下， CPU只能對(duì) 0AH單元進(jìn)行讀操作；在水平窗口 15下， CPU可以對(duì)其進(jìn)行寫操作。 T T2的工作狀況與片內(nèi)幾個(gè)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。 在電動(dòng)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。 (1)外部中斷 EXINT和 (ACH7) 80C196KC有兩個(gè)外部中斷 向量： EXINT(200EH)和 EXINT1(2030H)。各占一個(gè)專門的中斷向量；其余 25個(gè)中斷源分享 15個(gè)中斷向量。 80C196KC的中斷 80C196KC提供了 28個(gè)中斷源， 18個(gè)中斷向量。其運(yùn)行速度比 12MHz的 80C196KB快 33％。它是 CHMOS中的第二代產(chǎn)品，其特點(diǎn)是： (1)其內(nèi)部存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)大了一倍，達(dá)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(gè) PWM(脈寬調(diào)制 )輸出； (4) 80C196KC新增加了一個(gè)外設(shè)事物服務(wù)器 PTS； 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 ９ 頁 (5)80C196KC中定時(shí)器 2既可由外部提供時(shí)鐘，也可由內(nèi)部提供時(shí)鐘，而 80C196KB中定時(shí)器 2只能由外部時(shí)鐘提供計(jì)數(shù)信號(hào)； (6)80C196KC對(duì) HSO增加了一條新的命令格式，可以對(duì)所有 HSO引腳同時(shí)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。 高速輸入 /輸出器 (HSIO)等 [5]。 它有一套執(zhí)行速度更快、數(shù)進(jìn)行操作， 16位乘 16位指令的執(zhí)行時(shí)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) 。免除中斷服務(wù)過程中保護(hù)寄 存器現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)寄存器現(xiàn)場(chǎng)所增加的軟件開銷。 當(dāng)采用 16MHz晶體 時(shí) ， 一個(gè)狀態(tài)周期只有 125ns，工作速度比 5l單片機(jī)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。 它功耗極低，除正常工作 外還可工作于兩種節(jié)電方式?？刂破魇请妱?dòng)執(zhí)行系統(tǒng)控制的核心部分，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了基于 80C196KC單片機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)硬件電路，其通用性非常突出 ，系統(tǒng)基本由下面幾個(gè)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。從整體上了解電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的組成及原理，以及它的基本執(zhí)行思路。 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(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少震蕩。 當(dāng) C*Iin－ D*Lm y C*Iin+D*Lm 時(shí)，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)； 當(dāng) C*Iin－ D*Lm y 時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)； 當(dāng) y C*Iin+D*Lm 時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。運(yùn)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(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)所處的當(dāng)前位置。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)基本控制思想 控制器共有五項(xiàng)輸入，分別是靈敏度（ Lm）、行程（ Xc）、零點(diǎn)（ Ld）、位置反饋（ Vf）和參考給定（ Iin）。執(zhí)行器主要由兩相遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 ７ 頁 伺服電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)等部分組成，它直接用于驅(qū)動(dòng)閥門。電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠精確的使閥門走到任何位置。 ：也就是控制器能用在不同類型執(zhí)行器和不同的負(fù)載上，而不至于發(fā)生振蕩和精度下降 ]4[ 。 C、靈敏度的調(diào)整功能。 ： A、零點(diǎn)的調(diào)整功能：可以用單片機(jī)指令編程方便的調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)的零點(diǎn)位置，在調(diào)整過程中系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)設(shè)定的運(yùn)動(dòng)方向和所需位移的加減實(shí)時(shí)地控制電機(jī)移動(dòng)位移的大小，達(dá)到所需位置，并記錄實(shí)際位置以便下次啟動(dòng)時(shí)無須再次設(shè)定。這也是系統(tǒng)的基本功能。 控制器實(shí)現(xiàn)功能 在此系統(tǒng)中，控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的控制。 行 程：是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍。系統(tǒng)在具體的運(yùn)行環(huán)境中，由于不同型號(hào)閥門的口徑不同，針對(duì)不同的閥門裝置要有不同的初始位置；另外，電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)在裝配和使用條件也不盡相同，所以也就要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)的零點(diǎn)（初始位置）可以在一定范圍參考量 Lin 反饋量 Uf 驅(qū)動(dòng)電路 調(diào)行程 調(diào)行程 調(diào)零點(diǎn) 兩相伺服電動(dòng)機(jī) 恒流源 80C196KC 單片機(jī) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 ６ 頁 內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)： /開度的設(shè)定值 ?反饋量 /靈敏度，則認(rèn)為開度設(shè)定量和反饋量二者相等。由于采樣的不連續(xù)性，要使二者絕對(duì)相等不太可能。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要實(shí)時(shí)采樣開度設(shè)定信號(hào)和反饋信號(hào)，并比較其大小。以下將具體介紹。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)中的 A/D 轉(zhuǎn)換器用于對(duì)輸入的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù) 型數(shù)據(jù)，然后傳入單片機(jī)，從而使數(shù)據(jù)便于電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)各個(gè)部分的執(zhí)行。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)中的單片機(jī)用于對(duì)整個(gè)電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)行控制。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的控制器 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)由控制器和執(zhí)行器組成。當(dāng)兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)執(zhí)行指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)位置傳感器對(duì)電動(dòng)機(jī)的位置進(jìn)行位移與電壓的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得值即為反饋模擬電壓量。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用電力并通過電機(jī)將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)作用。所以，基于單片機(jī)的執(zhí)行系統(tǒng)這個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與思路已基本介紹清楚。然后簡(jiǎn)單的介紹 了本論文的內(nèi)容，大概的了解了本論文所要設(shè)計(jì)與闡述的理論。 第六章對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 以上五章無論從整體上還是從個(gè)體上都對(duì)基于單片機(jī)的電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)這個(gè)設(shè)計(jì)具體的描述了。 第四章重點(diǎn)介紹了兩相伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和機(jī)械特性，以便更好的理解電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的控制。 本論文的總體結(jié)構(gòu) 第二章從整體上介紹了電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，來明確一些概念。 本文的設(shè)計(jì)目的是利用電能驅(qū)動(dòng)兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)，從而使電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)閥門的開閉的動(dòng)作。 本文所設(shè)計(jì)的是一個(gè)很簡(jiǎn)單的電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)。電機(jī)是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，要有優(yōu)良的靜動(dòng)態(tài)特性和轉(zhuǎn)矩特性，來滿足電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁的啟動(dòng)、停止的需求。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的信號(hào)時(shí)，固態(tài)繼電器起放大信號(hào)的作用，而且其可將單片機(jī)與電動(dòng)機(jī)的電路隔離。 當(dāng)單片機(jī)計(jì)算所得結(jié)果大于零且小于所設(shè)的值和小于零且大于所設(shè)的值時(shí)，經(jīng)過功率放大模塊，電 動(dòng)機(jī)不執(zhí)行動(dòng)作。 當(dāng)單片機(jī)計(jì)算所得結(jié)果大于零且大于所設(shè)的值時(shí)，經(jīng)過功率放大模塊，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的正向控制。 80C196KC 單片機(jī) 、 MOC3081M 固態(tài)繼電器、可控硅、兩相伺服電動(dòng)機(jī)、 DAC0832轉(zhuǎn)換器等器件組成了本論文所要設(shè)計(jì)的電動(dòng) 執(zhí)行系統(tǒng)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有動(dòng)作快，便于遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸和計(jì)算機(jī)配合使用，還可免去選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須配置良好氣源設(shè)備和安裝氣路管線的麻煩。故我國(guó)在此方面還有待開發(fā)。 現(xiàn)如今，國(guó)外智能產(chǎn)品有以下特點(diǎn)： ? 智能通信； ? 機(jī)電一體化； ? 控制策略更為先進(jìn)，先進(jìn)的控制方法有利于解決電機(jī)的慣性問題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，提高控制精度。因此，它們的可靠性，精度，負(fù)載能力，信號(hào)品質(zhì)系數(shù)等性能有了很大的提高，而且對(duì)環(huán)境條件的要求降低了很多； ? 智能型的電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能控制，防護(hù)等級(jí)高，控制精度較高，重量輕，穩(wěn)定性好的功能。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)包括電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)和調(diào)節(jié)閥兩部分，控制精度主要決定于電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的控制性能，它能夠?qū)⑾到y(tǒng)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移、直線位移 ，使被控介質(zhì)按系統(tǒng)要求狀態(tài)工作。 關(guān)鍵詞 ： 電動(dòng) 執(zhí)行 機(jī)構(gòu) ； DAC0832轉(zhuǎn)換器 ； 固態(tài)繼電器 ； 80C196KC單片機(jī) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 II 頁 Design for electric actuator based on MCU system Abstract The electric actuating equipments are used widely to regulate the valve in the industrial system； It is important for improving the system performance and the production’s quality to advance the stability and the precision of the equipment． The design of the electric actuating equipment is discussed in the paper and the equipment Can regulate its precision according to the field variety． After analyzing electric actuator’s theory of operation and control process，we give the scheme design of intelligent e