1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　半個世紀來，直流伺服控制系統(tǒng)己經在精密數控機床、加工中心、機器人等領域得到了廣泛的應用。隨著伺服電動機技術、電力電子技術、計算機控制技術的發(fā)展，使得伺服控制系統(tǒng)朝著控制電路數字化和功率器件的模塊化的方向發(fā)展。</p><p>　　本文介紹了微機直流伺服系統(tǒng)的硬件、軟件設計方案。硬件設計主要包括:總體

2、方案設計、單片機應用系統(tǒng)設計、驅動電路設計和測量電路設計。單片機用系統(tǒng)采用了基于總線的模塊式單片機通用開發(fā)設計方案，配置靈活，可根據需要組合成各種應用系統(tǒng)。功率驅動采用PWM伺服生成模塊，使系統(tǒng)具有結構簡潔、性能可靠的特點，可以滿足不同結構的直流伺服控制系統(tǒng)的設計要求。軟件編制采用模塊化的設計方式，主要包括主程序設計、T0中斷服務(采樣定時控制)程序及數字控制算法程序的設計。</p><p>　　通過系統(tǒng)的整體設

3、計，完成了系統(tǒng)的基本要求，系統(tǒng)可以穩(wěn)定的運行。</p><p>　　關鍵詞：位置伺服系統(tǒng)；直流電機；單片機</p><p>　　High Precision Position Servo Microcomputer Control System Design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p

4、>　　For a half of century，the DC servo control system has been widely used in the NC machine tool，machining center，and robot…，etc. With the technical development of servo motor，electronies Power and computer control，th

5、e servo control system is making towards digitized and modular design.</p><p>　　This paper introduces the hardware，software design plan of DC servo control system on microcomputer. The hardware designed incl

6、udes mainly: the total project design，single-chip computer application system design，drive circuit design and measure circuit design. The single-chip computer system is a versatile module single-chip computer developing

7、system，It can make up various kinds of application systems according to your need. The power drives adopts the PWM produce modular，and also meets the des</p><p>　　Through the integral design of the system, t

8、he completion of the basic requirements of the system, the system can stable operation</p><p>　　Keywords: Position servo system；Dc motor; microcontroller</p><p><b>　　目 錄</b></

9、p><p><b>　　第一章緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.2國內外研究現狀以及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3 設計要求及參數4</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設計6</p><p>　　2

10、.1系統(tǒng)控制方案的選擇6</p><p>　　2.2 直流伺服電機的數學模型6</p><p>　　2.3控制器的設計8</p><p>　　2.3.1電流調節(jié)器的設計8</p><p>　　2.3.2轉速調節(jié)器的設計9</p><p>　　2.4 位置控制器設計9</p><p>

11、　　第三章 系統(tǒng)硬件設計11</p><p>　　3．1 控制單元電路設計11</p><p>　　3.1.1引腳特性12</p><p>　　3.1.2 時鐘電路設計13</p><p>　　3.1.3 復位電路設計14</p><p>　　3.2 信號檢測電路設計14</p><p&

12、gt;　　3.2.1 位置轉速檢測電路14</p><p>　　3.2.2電流檢測電路的設計15</p><p>　　3.3控制電路設計16</p><p>　　3.3.1運動控制電路設計16</p><p>　　3.3.2電機驅動電路的設計17</p><p>　　3.4顯示電路的設計18</p&g

13、t;<p>　　3.5按鍵電路的設計20</p><p>　　3.6電源電路的設計21</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設計22</p><p>　　4.1總體設計思想22</p><p>　　4.1.1系統(tǒng)的工作過程22</p><p>　　4.1.2 程序設計方法選擇22</p&

14、gt;<p>　　4.1.3 程序設計語言的選擇22</p><p>　　4.2 主程序設計24</p><p>　　4.3數據采集（轉速檢測）子程序的設計25</p><p>　　4.3.1 外部中斷0服務程序25</p><p>　　4.3.2定時器0中斷服務程序25</p><p>　　

15、4.3.3外部中斷1服務程序26</p><p>　　4.4 PI算法子程序設計26</p><p><b>　　總 結28</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p

16、>　　附錄一：系統(tǒng)原理圖32</p><p>　　附錄二：部分程序清單33</p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的目的和意義</p><p>　　伺服系統(tǒng)也稱為隨動系統(tǒng)，屬于自動控制系統(tǒng)的一種，它是用來控制被控對象的轉角或位移，使其能自動的、連續(xù)的、精確地復現輸入指

17、令的變化規(guī)律，它通常具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有的場合也可以用開環(huán)控制系統(tǒng)來實現其功能，伺服系統(tǒng)在電機設備中具有很重要的地位，高性能的伺服系統(tǒng)可以提供靈活、方便、準確、快速的驅動【1】。</p><p>　　位置伺服系統(tǒng)廣泛應用于國民經濟的各個工業(yè)部門，例如機床加工行業(yè)、冶金加工、機器人或機械手的控制、火炮群跟蹤雷達和陀螺儀慣性導航系統(tǒng)等，都涉及到了位置定位和軌跡跟蹤，因此位置伺服技術的高低，將直接影響我們國家的

18、工業(yè)技術的發(fā)展水平【2】。</p><p>　　位置伺服系統(tǒng)是通過控制器來實現自動控制理論的各種控制算法，通過執(zhí)行機構電力電子功率變換裝置實現對電機的控制，來達到位置伺服的目的【3】。其中控制器可以說是整個系統(tǒng)的心臟，其設計的好壞直接影響整個系統(tǒng)的性能。有些伺服系統(tǒng)的控制器主要由模擬控制器來實現的，但對于那些較復雜控制算法，單靠硬件電路來實現系統(tǒng)控制相對比較困難【4】。隨著微電子技術的迅猛發(fā)展，研發(fā)出各種高性能數

19、字信號處理器，其運算能力強而且具有豐富的外部接口。將數字信號處理器應用在位置伺服系統(tǒng)，構成數字位置伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)就可以通過軟件編程的方式完成各種簡單或復雜的傳動控制算法，通過外部接口實現與電力電子功率變換裝置的連接，最終實現對電機的控制，這樣既可以提高系統(tǒng)的靈活性的也可以減小系統(tǒng)的體積【5】。</p><p>　　近幾年基于數字信號處理芯片開發(fā)的位置伺服系統(tǒng)成為研究的熱點，并且很多芯片廠家還開發(fā)一些電機專用控制

20、芯片，并在芯片內部集成了PWM發(fā)生單元等，簡化了與電力電子功率變換裝置間的連接，而且具有強大的處理功能可以完成現代控制理論或智能控制理論的一些復雜算法，如果采用這些電機專用控制芯片來完成系統(tǒng)設計，即可以節(jié)省了開發(fā)周期，又簡化了系統(tǒng)的硬件結構【6】。</p><p>　　自上世紀80年代末以來的短短二十幾年間，交流伺服系統(tǒng)取得了舉世矚目的發(fā)展，同時伴隨著變頻技術的發(fā)展，使系統(tǒng)已具備了寬調速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)

21、響應及四象限運行等良好的技術性能，其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美，對交流伺服系統(tǒng)的研究，仍然是電氣傳動領域的一個熱點?，F在，數字式交流位置伺服系統(tǒng)研究熱點之一，就是以交流永磁伺服電機為控制對象。因為隨著交流永磁電機制造工藝的不斷進步，使其具有低慣性、快響應、高功率密度、低損耗、高效率等優(yōu)點[7]。</p><p>　　1.2國內外研究現狀以及發(fā)展趨勢</p><p>　　伺服控

22、制技術是自動化學科中與產業(yè)部門聯系最緊密、服務最廣泛的一個分支，它是伴隨著電的應用二發(fā)展起來的，最早出現于20年代初，并且極大地提高了勞動生產率和產品質量，推動了現代工農業(yè)的巨大進步，1934年，的一次提出了伺服機構這個詞，世界上第一個伺服系統(tǒng)是由美國麻省理工學院輻射實驗室于1944年研制成功，這就是火炮自動跟蹤目標的伺服系統(tǒng)，隨著自動控制理論的發(fā)展，到20世紀中期，伺服系統(tǒng)理論與實踐均趨于成熟，并得到廣泛應用，在新技術革命的推動下，特

23、別是伴隨著微電子技術和計算機技術的飛速進步，伺服技術更加如虎添翼、突飛猛進，它的應用幾乎遍布社會的各個領域[8]。隨著控制技術的發(fā)展，對伺服系統(tǒng)的性能不斷地提出新的要求，今年來，數字技術的飛速發(fā)展，將計算機與伺服控制系統(tǒng)相結合，是計算機稱為伺服系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)已成為現實。在直流伺服系統(tǒng)中，利用計算機來完成系統(tǒng)的校正，改變伺服系統(tǒng)的增益、帶寬、完成系統(tǒng)的管理、監(jiān)視等任務，是系統(tǒng)向智能化發(fā)展【9】。</p><p>

24、　　伺服控制技術在機械制造行業(yè)中用到的最多也最廣，各種機床運動部分的速度控制、運動軌跡控制、位置控制等，都是伺服系統(tǒng)控制的，它們不僅能完成轉動控制、直線運動控制，而且能依靠多套伺服系統(tǒng)的配合，完成負載的空間曲線運動的控制，如：仿型機床的控制、機器人手臂關節(jié)的運動控制等。它們可以完成的運動控制精度高、速度快，遠非一般工人操作所能達到【10】。</p><p>　　在冶金工業(yè)中，電弧煉鋼爐，粉末冶金路等電極位置控制，

25、水平連鑄機的拉坯運動控制，軋鋼機軋輥壓下運動位置的控制等，都是依靠伺服控制技術來實現的，這些更是無法用人工代替的。</p><p>　　在運輸行業(yè)中，電氣機車的自動調速、高層建筑中電梯的升降控制、船舶的自動操舵、飛機的自動駕駛等，都是由各種伺服系統(tǒng)為之效力，從而減緩操作人的疲勞，同時也大大的提高了工作效率。</p><p>　　在軍事上，一定程度上提高了武器的精確度和威力，以雷達高射炮為例

26、，在敵方飛行器飛行時，雷達天線必須時刻旋轉，隨時自動保持指向敵方飛行器。雷達測出敵方飛行器方位和仰角數據經過計算機監(jiān)工并計入射擊提前量后，又用來控制高射炮炮身的轉動，使高射炮時刻保持瞄準敵方飛行器，隨時準備開火，而瞄準的角度誤差只有幾分，如不用控制技術的相關支持，折現顯然是做不到的?，F代軍用飛行器速度很快，炮身又沉重，用人力直接轉動炮身是完全不可能適應戰(zhàn)陣需求的。</p><p>　　在航天、制導、核能等方面，控

27、制技術更是不可缺少，比如，要把重達數噸的人造衛(wèi)星準確的送入位于數百公里高空的預先計算好的軌道和指定的位置，并一直保持他的姿態(tài)正確，是他的太陽能電池一直朝向太陽，無線電天線一直指向地球，還要保持衛(wèi)星內的正常，使他攜帶的各種儀器自動準確的工作，所有的這一切都是以高水平的控制系統(tǒng)為前提的。</p><p>　　伺服控制技術和控制技術還處于發(fā)展的過程中，由于計算機的誕生和迅速發(fā)展，控制技術一定會不斷地提高水平，以適應難度

28、系數日益增大的控制要求，在未來的幾年中，伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是：</p><p>　　作為數控機床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。圍繞伺服系統(tǒng)動態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了多種伺服驅動技術?？梢灶A見，隨著超高速切削、超精密加工、網絡制造等先進制造技術的發(fā)展，具有網絡接口的全數字伺服系統(tǒng)、直線電動機及高速電主軸等將成為數控機床行業(yè)關注的熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向[11]。&

29、lt;/p><p><b>　?。?）交流化</b></p><p>　　伺服技術將繼續(xù)迅速地由DC伺服系統(tǒng)轉向AC伺服系統(tǒng)。從目前國際市場的情況看，幾乎所有的新產品都是AC伺服系統(tǒng)。在工業(yè)發(fā)達國家，AC伺服電機的市場占有率已超過80％ 。國內生產AC伺服電機的廠家也越來越多，正逐步超過生產DC伺服電機的廠家?？梢灶A見，在不遠的將來，除了在某些微型電機領域之外，AC伺服電

30、機將完全取代DC伺服電機。</p><p><b>　?。?）全數字化</b></p><p>　　采用新型高速微處理器和專用數字信號處理機（DSP）的伺服控制單元將全面代替以模擬電子器件為主的伺服控制單元，從而實現完全數字化的伺服系統(tǒng)。全數字化的實現，將原有的硬件伺服控制變成了軟件伺服控制，從而使在伺服系統(tǒng)中應用現代控制理論的先進算法（如：最優(yōu)控制、人工智能、模糊控

31、制、神經元網絡等）成為可能。</p><p>　　（3）采用新型電力電子半導體器件</p><p>　　目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件多采用開關頻率很高的新型功率半導體器件，主要有大功率晶體管（GTR）、功率場效應管（MOSFET）和絕緣門極晶體管（IGBT）等。這些先進器件的應用顯著降低了伺服單元輸出回路的功耗，提高了系統(tǒng)的響應速度，降低了運行噪聲。尤其是，最新型的伺服控制系統(tǒng)已開始使用一

32、種把控制電路功能和大功率電子開關器件集成在一起的新型模塊，稱為智能控制功率模塊。這種器件將輸人隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護及故障診斷等功能全部集成于一個不大的模塊中。其輸入邏輯電平與TTL信號完全兼容，與微處理器的輸出可直接接口。它的應用顯著地簡化了伺服單元的設計，并實現了伺服系統(tǒng)的小型化和微型化。</p><p><b>　?。?）高度集成化</b></p><

33、p>　　新的伺服系統(tǒng)產品改變了將伺服系統(tǒng)劃分為速度伺服單元與位置伺服單元2個模塊的做法，代之以單一、高度集成化、多功能的控制單元。同一個控制單元，只要通過軟件設置系統(tǒng)參數就可改變其性能，既可以使用電機本身配置的傳感器構成半閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，又可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構成高精度的全閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)。高度的集成化，顯著縮小了整個控制系統(tǒng)的體積，使伺服系統(tǒng)的安裝與調試工作都得到簡化。</p><p>&

34、lt;b>　　（5）智能化</b></p><p>　　智能化是當前一切工業(yè)控制設備的流行趨勢，伺服驅動系統(tǒng)作為一種高級的工業(yè)控制裝置也不例外。最新數字化的伺服控制單元通常都設計為智能型產品，其智能化特點表現在：① 都具有參數記憶功能。系統(tǒng)的所有運行參數都可通過人機對話的方式由軟件來設置，保存在伺服單元內部，通過通信接口，這些參數甚至可以在運行途中由上位計算機加以修改，應用方便；② 都具有故障自

35、診斷與分析功能。無論什么時候，只要系統(tǒng)出現故障，就會將故障類型及可能引起故障的原因通過用戶界面清楚地顯示出來，這就簡化了維修與調試的復雜性；③有的伺服系統(tǒng)還具有參數自整定的功能。眾所周知，閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)的參數整定是保證系統(tǒng)性能指標的重要環(huán)節(jié)，也是需要耗費較多時間與精力的工作。帶有自整定功能的伺服單元可通過幾次試運行，自動將系統(tǒng)的參數整定出來，并自動實現其最優(yōu)化。對于使用伺服單元的用戶來說，這是新型伺服系統(tǒng)最具吸引力的特點之一。</p

36、><p>　?。?）模塊化和網絡化</p><p>　　在國外，以工業(yè)局域網技術為基礎的工廠自動化（Factory Automation，簡稱FA）工程技術在近十年來得到了長足發(fā)展，并顯示出良好的發(fā)展勢頭。為適應這一發(fā)展趨勢，最新的伺服系統(tǒng)都配置了標準的串行通信接口和專用的局域網接口。這些接口的設置顯著增強了伺服單元與其它控制設備問的互聯能力，從而，與CNC系統(tǒng)問的連接也變得簡單，只需1根電纜

37、或光纜就可將數臺，甚至數十臺伺服單元與上位計算機連接為整個數控系統(tǒng)。也可通過串行接口與可編程控制器（PLC）的數控模塊相連。</p><p>　　1.3 設計要求及參數</p><p>　　高精度位置伺服系統(tǒng)采用一個功率為2.5Kw的寬調速電動機作為執(zhí)行電機，拖動負載運動。</p><p>　　系統(tǒng)要求達到的技術指標為：（1）定位精度<0.4º；（2

38、）定位過程超調量<10%；（3）輸入階躍、速度、加速度轉角信號時，調節(jié)時間its<250ms；（4）跟隨速度信號時，無穩(wěn)態(tài)誤差；（5）跟隨加速度信號時，穩(wěn)態(tài)誤差<0.02。</p><p>　　控制系統(tǒng)功能要求：鍵盤有：復位、給定轉角設置、控制參數修改、控制啟動等功能鍵。顯示器：能顯示給定設置、參數修改過程中的值及控制過程中的實時位置(角度)。系統(tǒng)工作不正常時能實現報警并停機，防止故障擴大。&l

39、t;/p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設計</p><p>　　2.1系統(tǒng)控制方案的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)是三閉環(huán)控制系統(tǒng)，調節(jié)器的設計方法是從內環(huán)到外環(huán)，逐個設計個環(huán)節(jié)的調節(jié)器，其中位置調節(jié)器APR是位置換的校正裝置，他的類型和參數決定了位置隨動系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差和動態(tài)性能，其輸出限幅值決定著電機的最高轉速，位置、轉速及電流閉環(huán)畫成單位反饋，反饋系數或存儲系

40、數都已計入各調節(jié)器的比例運算系數中去。</p><p>　　圖2-1 直流伺服控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　2.2 直流伺服電機的數學模型</p><p>　　無刷直流電機的電磁轉矩方程與普通直流電動機相似，其電磁轉矩大小與磁通和電流幅值成正比</p><p><b>　　(2-1)</b></p>

41、<p>　　所以控制逆變器輸出方波電流的幅值即可以控制BLDC電機的轉矩。為產生恒定的電磁轉矩，要求定子電流為方波，反電動勢為梯形波，且在每半個周期內，方波電流的持續(xù)時間為120°電角度，梯形波反電動勢平頂部分也為120°電角度，兩者應嚴格同步。由于在任何時刻，定子只有兩相導通，則：</p><p><b>　　電磁功率可表示為：</b></p>

42、<p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　電磁轉矩又可表示為：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　無刷直流電機的運動方程為：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　

43、　其中 為電磁轉矩； 為負載轉矩；B為阻尼系數； 為電機機械轉速；J為電機的轉動慣量。</p><p><b>　　傳遞函數：</b></p><p>　　無刷直流電機的運行特性和傳統(tǒng)直流電機基本相同，其動態(tài)結構圖可以采用直流電機通用的動態(tài)結構圖，如圖所示：</p><p>　　圖2-2直流電機動態(tài)結構圖</p><p>

44、;　　由無刷直流電機動態(tài)結構圖可求得其傳遞函數為: </p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　K1為電動勢傳遞系數， ，Ce 為電動勢系數； </p><p>　　K2為轉矩傳遞函數， ，R 為電動機內阻，Ct 為轉矩系數；

45、</p><p>　　Tm 為電機時間常數， ，G 為轉子重量，D 為轉子直徑。</p><p><b>　　2.3控制器的設計</b></p><p>　　為了使微機控制系統(tǒng)各個硬件設備能夠正常運行，有效的實現電機各個控制環(huán)節(jié)的實時控制和管理，除了要有合理設計的硬件電路外，還必須要有高質量的軟件支持，尤其是采用什么樣的控制算法直接影響到能否提

46、高控制系統(tǒng)的各項性能。因此，編寫電機微機實時控制系統(tǒng)的應用程序（控制算法），也是系統(tǒng)設計中十分重要的內容【14】。</p><p>　　2.3.1電流調節(jié)器的設計</p><p>　　在此系統(tǒng)從穩(wěn)態(tài)要求上看希望電流無靜差，已得到理想的堵轉特性，從動態(tài)要求上看，系統(tǒng)不允許電樞電流突加控制作用是有太大的超調，以保證電流在動態(tài)過程中不超過如允許值而對電網電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素，因此

47、，典型Ⅰ型系統(tǒng)適用在此方案中。</p><p>　　電流環(huán)的控制作用是雙慣性的，其傳遞函數為：</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　式中 ——電流調節(jié)器的比例系數</p><p>　　——電流調節(jié)器的超前時間量常數。</p><p>　　為了讓調節(jié)零點與控制零點

48、的大時間常數幾點對消，選擇</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　則電流環(huán)動態(tài)結構框圖便成為圖（2-1）所示的典型形式，其中</p><p>　　圖2-1 校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)的電流環(huán)</p><p><b>　　（2-8）</b></p><p>

49、;　　在一般情況下，可選，，則</p><p><b>　　（2-9）</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　2.3.2轉速調節(jié)器的設計</p><p>　　為了實現轉速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，他應該包含在轉速調節(jié)器中，現在擾動作用點后

50、面已經有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉速開環(huán)傳遞函數應共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應該設計成典型Ⅱ型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。至于其階躍響應超調量較大，那是按照線性系統(tǒng)理論計算的數據，實際系統(tǒng)中轉速調節(jié)器的飽和非線性性質會使超調量大大降低由此可見，ASR也采用PI調節(jié)器，其傳遞函數為2-11【15】</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p

51、>　　式中 ——轉速調節(jié)器的比例系數，</p><p>　　——轉速調節(jié)器的超前時間常數。</p><p>　　調速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　

52、（2-13）</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　2.4 位置控制器設計</p><p>　　典型的PID 算法存在積分飽和與微分突出兩個弊端。由于運行較大的給定值變化及負載變化會導致控制器變量及輸出的飽和與溢出，這種非線性可能增加系統(tǒng)的超調量和調整時間，導致系統(tǒng)動態(tài)性能變差。因此，位置控制

53、器采用積分分離PID控制算法。</p><p>　　在普通的數字PID 控制器中加入積分環(huán)節(jié)的主要目的是為了消除靜差、提高精度，但是在過程的啟動、結束或大幅度增減設定值時，短時間內系統(tǒng)輸出有很大的偏差，會造成積分累積，使控制量超過執(zhí)行機構最大動作范圍對應的極限控制量，從而引起系統(tǒng)較大的超調，甚至造成系統(tǒng)振蕩，即由于系統(tǒng)加入積分校正后，會產生飽和效應，引起過大的超調量，而采用積分分離算法，既可以保持積分的作用，又可

54、以減少超調量，使得控制系統(tǒng)的性能有較大的改善。對于本系統(tǒng)而言，即是采用積分分離數字PI 控制算法。具體做法是：根據直流伺服電機的特性，設定一個偏差門限0 E ，當控制過程中的偏差e(kT)的絕對值大于此偏差門限 時，系統(tǒng)不引入積分控制，即為純P控制；當e(kT)的絕對值小于 時，才引入積分控制，即系統(tǒng)作PI 控制。表述如下：</p><p>　　當時，既偏差值較小時，采用PI 控制，保證系統(tǒng)精度；</p&g

55、t;<p>　　當時，既偏差值 較大時，采用純P調節(jié)，使得超調量減少，系統(tǒng)反應加快。</p><p>　　積分分離的PI 算法可以表示為：</p><p><b>　　（2-15）</b></p><p>　　式中，為邏輯系數。采用此種算法后，當被控制量與設定值的偏差較大時，取消積分作用，以免積分飽和時系統(tǒng)的穩(wěn)定性減弱，超調量加大

56、；當被控制量接近設定值即偏差較小時，才加入積分環(huán)節(jié)，以消除靜差，提高控制精度。這樣一方面防止了一開始有過大的控制量，另一方面即使發(fā)生飽和，因積分累積值小，也能較快的退出飽和，可減少超調【18】。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　3．1 控制單元電路設計</p><p>　　單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器，它最早是被用在

57、工業(yè)控制領域，最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中【19】。在此設計方案中我選擇AT89s51.</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機。片內含4K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL

58、公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51 指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域,它由以下功能部件組成【20】：</p><p>　?。?）微處理器（CPU）</p><p>　?。?）數據存儲器（RAM）</p><p>　　（3）程序

59、存儲器（ROM/EPROM）</p><p>　　（4）4個8位并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）</p><p>　　（5）1個串行口 </p><p>　?。?）2個16位定時器/計數器</p><p><b>　　（7）中斷系統(tǒng)</b></p><p>　?。?）特殊功能寄存器

60、</p><p>　　圖3-1 AT89s51引腳圖</p><p><b>　　3.1.1引腳特性</b></p><p><b>　　1．電源引腳</b></p><p>　　電源引腳接入單片機的工作電源。</p><p>　　（1）（40 引腳）：接+5V電源。<

61、/p><p>　?。?）（20引腳）：接地。</p><p><b>　　2、時鐘引腳</b></p><p>　　2個時鐘引腳XTAL1、XTAL2外接晶體與片內的反相放大器構成了1個振蕩器，它為單片機提供了時鐘控制信號，2個時鐘引腳也可外接獨立的晶體振蕩器。</p><p><b>　　3．I/O口引腳<

62、/b></p><p><b>　　：電源電壓</b></p><p><b>　　GND：地</b></p><p>　　P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。P0接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。</p><p>　　

63、P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。Flash編程和程序校驗期間，P1口接受底8位地址。</p><p>　　P2口：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。</p><p>　　P3口：P3是一組帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。對端口寫“1”

64、，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（I）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是她的第二功能，見下表</p><p>　　表3-1 P3口第二功能功能表</p><p>　　P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。</p><p>　　RST：復位輸入。當

65、振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。</p><p>　　ALE/ PROG非：當訪問外部程序存儲器時，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG非）。<

66、;/p><p>　　如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作，該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。</p><p>　　：程序儲存允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選信號，當 AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN非有效，即

67、輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，這兩次有效的PSEN非信號不出現。</p><p>　　/：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H——FFFFH），EA端必須得保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。</p><p>　　如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程

68、時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端【21】。</p><p>　　3.1.2 時鐘電路設計</p><p>　　本設計采用內部時鐘方式，電容中和典型值通

69、常選擇為30pF左右，晶振的振蕩頻率的范圍通常在1.2~12MHz之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。因此我選擇12MHz。</p><p><b>　　圖3-2時鐘電路</b></p><p>　　3.1.3 復位電路設計</p><p>　　AT89s52的復位是由外部的電路來實現的，在此我選擇自動上電

70、復位電路。自動上電復位電路是通過外部復位電路的電容充電來實現的。當電源接通時，只要的上升時間不超過1ms，就可以實現自動上電復位。</p><p><b>　　圖3-3 復位電路</b></p><p>　　3.2 信號檢測電路設計</p><p>　　3.2.1 位置轉速檢測電路</p><p>　　位置測量元件是閉環(huán)

71、控制系統(tǒng)中的重要部件之一，它的作用是檢測位移(角位移或線位移)并發(fā)出反饋信號，起著相當于人眼的作用。一個完善的閉環(huán)伺服系統(tǒng)，其定位精度和加工、測量精度主要由測量元件決定，因此，高精度伺服系統(tǒng)對測量元件的質量要求相當高。光電編碼器是現代伺服系統(tǒng)中必不可少的一種數字式速度和位置測量元件，被廣泛應用于微處理器控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)中。本系統(tǒng)使用的是沈陽光機研究所生產的增量式光電編碼器【22】。</p><p>　　增量式光

72、電編碼器是目前廣泛采用的測速手段。它具有精度高、線性度好的優(yōu)點。它是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器，由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。此外，為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位

73、相差90º的兩路脈沖信號【23】。測速電路圖如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 位置檢測電路圖</p><p>　　固定在直流電機主軸上的光電編碼盤產生周期脈沖,經過施密特觸發(fā)器進行脈沖整形后輸入89C51的外部中斷INT1和INT0，從而實現對速度的測量、計算為了實現可逆控制，用光電編碼器的波形實現可逆位置檢測時，必須將A、B兩相方波形進行的整形和辨相處理，產生出反

74、映電動機轉向的脈沖信號。</p><p>　　3.2.2電流檢測電路的設計</p><p>　　本系統(tǒng)通過驅動電路LMD18200的8引腳接個對地電阻來進行電樞電流的檢測。將電流轉換成電壓，再經ADC0809轉換成相應的數字量后送入AT89s51單片機。</p><p>　　ADC0809是一種比較典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉換器CMOS工藝，可實現8路模擬信

75、號的分時采集，片內有8路模擬選通開關，以及相應的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉換時間為100μs左右，采用雙排28引腳封裝【24】。其引腳說明如下：</p><p>　　IN0～IN7：8路模擬量輸入通道；</p><p>　　ADDA～ADDC：地址線用于選擇模擬量輸入通道；</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號；</p><p>　

76、　START：轉換啟動信；</p><p>　　D0～D7：數據輸線；</p><p>　　OE：輸出允許信號，低電平允許轉換結果輸出；</p><p>　　CLOCK：時鐘信號輸入引腳，通常使用500KHz；</p><p>　　EOC：轉換結束信號，為0代表正在轉換，1代表轉換結束；</p><p>　　Vcc：＋

77、5V電壓。</p><p>　　圖3-5電流檢測電路</p><p><b>　　3.3控制電路設計</b></p><p>　　在計算機控制的直流位置伺服電機調速系統(tǒng)中，計算機部分輸出的控制電壓一般是可連續(xù)變化的低電壓，且只能提供小電流；而電機必須得到可連續(xù)變化的高電壓及大電流，才能實現轉度大小和方向的控制。隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，以及

78、微處理器在伺服系統(tǒng)中的普遍應用，伺服元件發(fā)生了巨大變革，向著便于計算機控制的方向發(fā)展。位置、速度等測量元件趨于數字化、集成化，由此可構成數字式的小型化、高可靠性運行的PWM伺服系統(tǒng)。</p><p>　　3.3.1運動控制電路設計</p><p>　　本系統(tǒng)采用直流伺服電動機作為執(zhí)行機構，目前對其常用驅動方式有晶閘管驅動和PWM驅動。晶閘管承受過電壓和過電流的能力較差很短時間的過電壓和過電

79、流會把器件損壞。為了使器件能夠可靠地長期運行，除了充分留有余地合理選擇晶閘管器件處，必須對過電壓和過電流發(fā)生的原因采取恰當的保護措施。</p><p>　　PWM驅動廣泛應用于直流調速系統(tǒng)，例如，以往普遍應用的晶閘管相控整流——直流電機調壓調速系統(tǒng)，現在也發(fā)展了全波步控整流PWM斬波——直流電壓調速系統(tǒng)，開關磁阻電動機也是有直流斬波器供電的。</p><p>　　PWM斬波調壓相對于晶閘管

80、相控調壓又有如下優(yōu)點： </p><p>　?。?）主電路線路簡單，需用的功率器件少。</p><p>　?。?）開關頻率好，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小。</p><p>　?。?）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍寬，可達1：10000左右。</p><p>　?。?）若與快速響應的電機相配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗

81、擾能力強。</p><p>　?。?）功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高。</p><p>　?。?）直流電源采用整流時，電網功率因數比相控整流器高。</p><p>　　基于以上優(yōu)點，本系統(tǒng)選擇PWM控制技術。</p><p>　　PWM控制技術是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電

82、壓變成電壓脈沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖序列的周期以達到變壓變頻目的的一種控制技術。PWM波可由具有PWM輸出的單片機(如80C198 等)通過編程產生，也可采用PWM專用芯片來實現。由于測速中占用了兩個定時器T0，T1，如果再將PWM波形發(fā)生交給89C51則會加大軟件的任務，并且影響整個系統(tǒng)的控制效果，因此將PWM的波形發(fā)生交給外電路，89s51只提供控制參數來改變脈寬占空比，從而控制

83、電機的轉速。PWM波形發(fā)生電路如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-6可逆PWM驅動電路</p><p>　　PWM波的頻率太高時，對直流電機驅動的功率管要求太高，太低時產生電磁噪聲較大。經綜合分析，本系統(tǒng)采用兩片4位數值比較器4585和一片12位串行計數器4040組成了PWM信號發(fā)生電路。兩片比較器U3、U2的A組接4040計數輸出Q3～Q10 端，B組接單片微機的P0端口。改變P

84、1端口的輸出值，可使PWM信號的占空比產生變化，進行調速控制。計數4040的計數輸入端CLK接單片機89C51晶振的振蕩輸出XTAL2。晶振選用12MHz時，經Q1～Q2的4分頻，Q3～Q10的256分頻，產生的PWM波形的頻率為11.76kHz，適合光耦及功率開關管的合理工作范圍。計數器4040每來4個脈沖，其輸出Q3～Q10加1，當計數值小于或等于單片機P0端口輸出值X時，U 2的(A>B)輸出端保持為低電平，當計數值大于X時

85、U2的(A>B)輸出端為高電平。隨著計數值的增加，Q3～Q10由全“1”變?yōu)槿?”時，(A>B)輸出端又變?yōu)榈碗娖剑@樣, 在U2的(A>B)端得到PWM的信號，其占空(255-X)/255×100%，改變X值可改變PWM信號的占空比，進行直流電機的轉速控制。使用此方法單片機只需根據調整</p><p>　　3.3.2電機驅動電路的設計</p><p>　　L

86、MD18200內部集成了四個 DMOS 管，組成一個標準的 H 型驅動橋。通過充電泵電路為上橋臂的 2 個開關管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個 300kHz 左右的工作頻率?？稍谝_ 1、11 外接電容形成第二個充電泵電路，外接電容越大，向開關管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時間越短，工作頻率可以更高。引腳 2、10 接直流電機電樞，正轉時電流的方向應該從引腳步到引腳 10；反轉時電流的方向應該從引腳 10 到引腳 2。電流

87、檢測輸出引腳 8 可以接一個對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。內部保護電路設置的過電流閾值為 10A，當超過該值時會自動封鎖輸出，并周期性的自動恢復輸出。如果過電流持續(xù)時間較長，過熱保護將關閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳 9 輸出，當結溫達到 145 度時引腳 9 有輸出信號。</p><p>　　LMD18200 提供雙極性驅動方式和單極性驅動方式。雙極性驅動是指在一個 PWM 周期里，電動機電樞的電壓極性呈

88、正負變化。雙極性可逆系統(tǒng)雖然有低速運行平穩(wěn)性的優(yōu)點，但也存在著電流波動大，功率損耗較大的缺點，尤其是必須增加死區(qū)來避免開關管直通的危險，限制了開關頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動機的控制【26】。</p><p>　　3.4顯示電路的設計</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，除了要使用鍵盤外，還要用相應的顯示器，常用的有LED和LCD兩種，這兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機

89、接口方便。近年來也開始配置簡易的CRT接口，可以方便的進行圖形顯示。在本系統(tǒng)中，采用價格低廉，接口電路靈活的LED顯示器，下面先介紹一下LED顯示器。</p><p>　　LED是發(fā)光二極管英文的縮寫。LED顯示器是由發(fā)光二極管構成的，LED顯示器在單片機系統(tǒng)中應用非常普遍【27】。</p><p>　　LED顯示器有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種顯示方式。</p><p>

90、;　　1．LED靜態(tài)顯示方式</p><p>　　LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極或共陽極連接在一起并接地；每位的段碼線分別與1個8位的鎖存器輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，是因為各個LED的顯示字符一經確定，相應鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直接送入另一個字符的段碼為止。正因為如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。</p><p>　　2．LED動態(tài)顯示方式</p>

91、<p>　　在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應段并聯在一起，由1個8位I/O口控制，形成段碼線的多路復用，而各位的共陽極或共陰極分別由相應的I/O線控制，形成各位的分時選通。若要各位LED能夠同時顯示出于本位相應的顯示字符，就必須采用動態(tài)顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應位要顯示的字符的段碼。這樣，在同一時刻，4位LED中只有

92、選通的那一位顯示出字符，而其他3位則是熄滅的。同樣，在下一時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同時刻，只有選通位顯示出相應的字符，而其他各位則是熄滅的。</p><p>　　根據設計要，我們需要設計顯示電路，顯示出電機的轉速，調節(jié)速度以及其他的顯示數據，由于顯示功能較少，我選擇數碼管顯示電路，電路圖如圖3-8所示。</p><

93、;p>　　圖3-8 數碼管顯示電路</p><p>　　3.5按鍵電路的設計</p><p><b>　　1、鍵盤輸入的特點</b></p><p>　　鍵盤實際上是一組按鍵開關的集合。通常，鍵盤開關利用了機械觸點的合、斷作用。一個電壓信號通過鍵盤開關機械出點的斷開、閉合輸出波形。</p><p><b>

94、;　　2、按鍵的確認</b></p><p>　　鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現高電平或低電平，如果高電平表示鍵斷開，低電平則表示鍵閉合，通過對行線電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。為了確保CPU對一次按鍵動作只確認一次按鍵有效，必須消除抖動期的影響。</p><p><b>　　3、消除按鍵的抖動</b></p><

95、;p>　　采用軟件延時來消除按鍵抖動的基本思想是：在第一次檢測到有按鍵按下時，該鍵所對應的行線為低電平，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后，確認該行線電平是否仍為低電平，如果仍為低電平，則確認為該行確實有按鍵按下。當按鍵松開時，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，?zhí)行一段延時10ms的子程序后，檢測到該行線為高電平，說明按鍵確實已經松開。采取以上措施，躲開了兩個抖動期，從而消除了按鍵抖動的影響。</p><p>　　根據設

96、計要求，需要對系統(tǒng)進行實時的調節(jié)，因此需要輸入設備，由于調節(jié)參數較少，可以使用符合按鍵，我選擇獨立按鍵，足以滿足系統(tǒng)要求</p><p>　　獨立式鍵盤就是各鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下。</p><p>　　在按鍵數目較多時，獨立式鍵盤電路需要較多的輸入口線且電路結構復雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。</p>

97、<p>　　各種獨立式鍵盤中，各按鍵均采用了上拉電阻，這是為了保證在按鍵斷開時，各I/O口有確定的低電平。</p><p><b>　　圖3-9按鍵電路</b></p><p>　　3.6電源電路的設計</p><p>　　電源電路是指提供給用電設備電力供應的電源部分的電路設計，使用的電路形式和特點【28】。電源有交流電源也有直流電源

98、，本系統(tǒng)的電源電路如下所示：</p><p><b>　　圖3-10電源電路</b></p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設計</p><p><b>　　4.1總體設計思想</b></p><p>　　4.1.1系統(tǒng)的工作過程</p><p>　　高精度位置伺服系統(tǒng)采用位置

99、調節(jié)和轉速調節(jié)電流三閉環(huán)調節(jié)環(huán)節(jié)組成，位置環(huán)檢測電機當前所處的位置，轉速環(huán)調節(jié)電機的轉速，用光電編碼器可以檢測并計算出電動機的當前的速度計運動方向以及電動機的當前的位置，若電動機的位置不在指定位置，并且在轉速環(huán)的調節(jié)范圍之內，轉速調節(jié)器調節(jié)電動機的轉速達到調節(jié)電動機未知的目的；若電動機的位置不在指定位置，并且已經超出了轉速環(huán)的調節(jié)范圍，位置調節(jié)器調節(jié)電動機的運動方向，達到調節(jié)電動機的位置。</p><p>　　4

100、.1.2 程序設計方法選擇</p><p>　　通常應用程序設計的方法有：模塊化設計和結構化設計。</p><p>　　模塊化設計，簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計算機語句和指令，而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結構和流程描述出來，并定義和調試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關系。逐步求精的結果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進行程序設計，實現

101、其求解算法的方法稱為模塊化。模塊化的目的是為了降低程序復雜度，使程序設計、調試和維護等操作簡單化。</p><p>　　結構化分析方法(Structured Method，結構化方法)是強調開發(fā)方法的結構合理性以及所開發(fā)軟件的結構合理性的軟件開發(fā)方法。結構是指系統(tǒng)內各個組成要素之間的相互聯系、相互作用的框架。結構化開發(fā)方法提出了一組提高軟件結構合理性的準則，如分解與抽象、模塊獨立性、信息隱蔽等。針對軟件生存周期各

102、個不同的階段，它有結構化分析(SA)、結構化設計(SD)和結構化程序設計(SP)等方法。</p><p>　　根據系統(tǒng)的工作過程，本設計采用模塊化設計方法，主要包括：主程序模塊、數據采集及處理子程序模塊、控制算法子程序模塊以及鍵盤顯示程序模塊。</p><p>　　4.1.3 程序設計語言的選擇</p><p>　　常用的編程語言有：機器語言、匯編語言和高級語言。

103、</p><p>　　機器語言是一組有意義的二進制代碼，指令的基本格式如：操作碼字段地址碼字段其中操作碼指明了指令的操作性質及功能，地址碼則給出了操作數或操作數的地址。</p><p>　　匯編語言是一種功能很強的程序設計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。匯編語言，作為一門語言，對應高級語言的編譯器，需要一個“匯編器”來把匯編語言源文件會變成機器語言課執(zhí)行的代碼。高級

104、的匯編器如MASM，TASM等等為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級語言的特征，比如結構化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經類同于高級語言?，F在的匯編環(huán)境已經如此高級，即使全部用匯編語言來編寫windows的應用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長處。匯編語言的長處在于編寫高效且需要對機器硬件精確控制的程序。</p><p>　　由于匯編語言依賴于硬件體系，且助記符量大

105、難記，于是人們又發(fā)明了更加易用的所謂高級語言。在這種語言下，其語法和結構更類似普通英文，且由于遠離對硬件的直接操作，使得一般人經過學習之后都可以編程。高級語言通常按其基本類型、代系、實現方式、應用范圍等分類。</p><p>　　本系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序。</p><p><b>　　4.2 主程序設計</b></p><p>　　本系統(tǒng)的主

106、程序主要是完成對存儲單元、堆棧指針等的初始化；對電流、轉速檢測子程序、PI計算子程序、鍵盤、顯示子程序的調用，最終實現對轉速的控制。程序流程圖如圖4-1所示</p><p><b>　　圖4-1主程序流程</b></p><p>　　4.3數據采集（轉速檢測）子程序的設計</p><p>　　本程序由2個外部中斷、1個定時中斷組成，實現對轉速的

107、測量。</p><p>　　4.3.1 外部中斷0服務程序</p><p>　　程序首先清軟件計數器，然后判斷定時器0是否進入定時狀態(tài)，如果是，則對光電編碼盤發(fā)出的脈沖進行計數，否則，啟動定時器0后再對PLG進行計數。外部中斷0服務程序流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 中斷程序流程圖</p><p>　　4.3.2定時器0

108、中斷服務程序</p><p>　　在外部中斷0服務程序中，當定時器定時到了以后，就進入此程序。首先關掉外部中斷0，保存計數值m2，并且清定時器TH0、TL0留作下次用，然后啟動定時器1定時，打開外部中斷1。定時器0中斷服務程序流程圖如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3定時器0中斷服務程序流程圖</p><p>　　4.3.3外部中斷1服務程序</p&

109、gt;<p>　　在定時器0服務程序中，當INT0端子接受上升沿時，就進入此程序。關外部中斷1，并且使定時器1停止計數，保存計數值m3。外部中斷1服務程序流程圖如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4外部中斷1服務程序流程圖</p><p>　　4.4 PI算法子程序設計</p><p>　　取給定與反饋值進行比較，求偏差，求控制增量，進而求控制

110、量，判斷控制量是否超過上限：是——輸出上限，返回；否——輸出控制量，返回。程序流程圖如圖4-5所示.</p><p>　　圖4-5 PI算法子程序流程圖</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　經過了一學期的努力，畢業(yè)設計終于完成了，現在回想起來整個設計過程，我覺得受益匪淺。在這段時間里，我們不懈地努力、全身心的投入，

111、通過請教老師和查閱資料以及自己的學習，鞏固了很多以前過的知識。</p><p>　　畢業(yè)設計是一個重要的教學環(huán)節(jié),它是將理論知識加以應用的具體體現，是對學生各方面能力的一種提高，也是對我們的一種鍛煉，我們馬上要走向工作崗位，在接到工作任務時，我們就可以像現在這樣有條不紊的做個計劃，分清主次，很好的完成任務。</p><p>　　這次的設計報告整體分五章，第一章對設計的目的、意義以伺服控制系