探究電氣傳動控制系統中單片機技術的應用

李海　王慧　李瑛

摘 要：在信息化技術、自動化技術不斷發展的今天，電氣傳動控制系統也逐漸迎來了改造升級的新機遇，而單片機技術的大規模應用，則是電氣傳動控制系統升級發展的必然選擇。為了提升電氣傳動控制系統中單片機技術的應用效果，首先需要了解單片機技術和電氣傳動控制系統的概念，在此基礎上對電氣主回路、單片機系統、C程序與匯編程序的協同開發以及算法改進等應用要點進行深入研究。

關鍵詞：電氣傳動控制系統 單片機技術

Exploration of the Application of Single Chip Microcomputer Technology in Electric Drive Control System

Li Hai，Wang Hui，Li Ying

Abstract：With the continuous development of information technology and automation technology， electric drive control systems are gradually ushering in new opportunities for transformation and upgrading， and the large-scale application of single-chip technology is an inevitable choice for the upgrading and development of electric drive control systems. To improve the application effect of the single-chip technology in the electric drive control system， it is first necessary to understand the concept of the single-chip technology and the electric drive control system， and on this basis， the collaborative development of the electrical main circuit， the single-chip system， the C program and the assembler， and the improvement of algorithms， etc. are studied in great depth.

Key words：electric drive control system， single chip microcomputer technology

1 引言

中國特色社會主義市場經濟的高度發展，帶動了技術轉型、設備升級的熱潮，而單片機技術的出現和發展，讓電氣傳動控制系統的自動化成為現實，從實際應用情況來看，單片機具有功能性極佳、使用便利性突出等優勢，在工業生產當中發揮了重要作用，而電氣傳動控制系統與單片機技術的結合，顯然也有一定的現實意義。因此，對電氣傳動控制系統中單片機技術的應用進行探究可謂是勢在必行。

2 相關概念

時代在發展、社會在進步，各種科學技術也始終處在不斷升級的狀態中，自動化技術和設備的應用，改變了我國工業生產的模式。單片機屬于自動化控制技術當中的重中之重，它的合理應用能夠提升生產的技術水平，并提升電氣傳動控制系統的運行效果[1]。為了更好地探究電氣傳動控制系統中單片機技術的應用策略，必須要了解以下兩個概念：第一，單片機技術的概念。單片機技術指的是包含存儲條、電路以及高性能處理器等設備功能的芯片，能夠解決傳統設備體積過大帶來的一系列問題。另外，單片機技術的應用優勢也十分明顯，具有計算機的絕大多數使用功能，因此在實際應用中往往有著極佳的應用效果。它主要的作用在于進行自動化控制，在各行各業當中都有所體現，甚至改變了電氣控制系統的運行模式，給人們的生產生活帶來了巨大的影響。通常情況下，比較常見的單片機主要有PRINCETON結構以及HARVARD結構兩種，其中又以后者更加常見。第二，電氣傳動控制系統的概念。所謂的電氣傳動，指的是將電能轉換為機械能的過程，主要依靠電動機實現，這種設備具有突出的電能傳輸和分配能力，自動化控制效果比較好，因此電氣傳動控制裝置越來越常見。而電氣傳動控制技術，值得則是利用電氣傳動裝置對生產環節進行自動化控制的技術，在工業生產當中發揮著不可替代的積極作用。電氣傳動控制系統，是一種以中央處理器為基礎的電氣控制系統，具有自動化、智能化檢測功能，近幾年開始得到廣泛應用，進一步提升了我國社會生產率，推動了中國信息化現代化建設的進程。除此之外，電氣傳動控制系統與信息化技術的結合，還衍生出了數字控制和數據通信等新功能，相比于傳統控制系統而言，其控制效率又得到了進一步提升，在現代化工業生產當中扮演著極其重要的角色。

3 電氣傳動控制系統中單片機技術的應用

我國的單片機技術已經比較成熟，具有占用體積小、應用效果佳、使用便利性突出等一系列優勢，得到了業界人士的一致好評和認可，從實際情況來看，很多電氣傳動控制系統都是以51系列的8位單片機為基礎實現控制功能，然而在遇到高要求的情況下，8位單片機就不再具有應用價值，16位單片機則以更強勢的功能取而代之[2]。因此，就以MCS-96系列的16位單片機為例，對探究電氣傳動控制系統中單片機技術的應用要點進行分析：

3.1 電氣主回路

電氣主回路的結構圖（見圖1）比較復雜，其中包含雙極性的H橋結構，能夠將交流電轉換為直流電并為系統所用，通過并入大容量電容的方法實現穩壓并作為主電源，并利用PWM進行調速，回路結構十分清晰、具有穩定的保護功能，在接入周邊電路以后，即可驅動并發揮作用。

3.2 單片機系統

為細化分析結果，以MCS-96系列的80C196MC構成16位總線的單片機系統為例，探究單片機系統的應用價值和應用要點：首先，中央處理器當中的算術邏輯單元與8位單片機有一定的差異，傳統的累加器結構被淘汰，引入了256字節的寄存器突破了過去中央處理器存在的瓶頸問題，保證了單片機系統的使用效果和數據處理能力。其次，在256字節寄存器當中，有24字節作為專用寄存器，剩余的都是通用寄存器，這樣一來其寄存器的數量就遠超常規單片機，能夠在更多、更復雜的場景下發揮作用，解決服務中斷帶來的現場恢復及保護難題，降低數據復原成本，為程序設計人員提供一定的便利。第三，相比于傳統的8位單片機系統，80C196MC具有波形發生器（WG），可以脫離外圍元器件的支持而自主生成波形，同時波形發生器所具有的調節功能又比較成熟，有助于實現PWM波形功率的放大需求，還能夠避免雙極性H橋電路發生“共態穿通”問題，保證電源系統的穩定運行。最后，16位單片機系統的運行效率更高、執行速度更快，指令系統更加成熟，可通過20M赫茲的時鐘、事件處理器陣列、外設事務服務器等一系列先進設備，實現電流和轉速之間的妥善轉換，解決了傳統單片機系統轉換速度慢、響應時間比較長的問題，有助于電氣傳動控制系統的順利運行[3]。

3.3 C程序與匯編程序的協同開發

數據處理是匯編語言過程中最困難、最復雜的一個步驟，匯編語言并不支持單精度浮點運算，但是在單片機技術越來越成熟、應用場景越來越復雜的情況下，高精度算法開始成為必備要素。而C96則能夠支持單精度的浮點運算，在絕大多數場景下具有可用價值，在有需要的時候還可以進行算法擴展，進一步提升其運算精度，更重要的是其算法設計已經基本完善，無需重新開發C程序可供選用，應用效益比較突出。但是與此同時也必須要認識到，在實現同樣功能的情況下，C96程序編譯連接生成的代碼比匯編語言更長，因此針對一些對響應速度有要求的場景，程序設計人員往往會從執行速度入手，利用匯編語言實現模塊功能。根據實際情況來看，無論是C96還是匯編語言，都能實現相應功能，在熟練度達標的情況下，新C96編譯器的效率可以達到1.1，比匯編語言更加可觀，比較熟練的程序員往往可以在更短的時間內利用C96完成開發任務，所需要的時間不足匯編程序時間的一半，雙方的執行速度幾乎完全相同，因此設計人員有必要結合具體需求選擇開發方式。從上述分析可以發現，利用C96編寫出來的程序具有更優秀的可讀性，在后續擴展和修改過程中也更加方便，程序設計人員有必要根據實際情況，利用C程序與匯編程序進行協同開發[4]。

3.4 算法改進

算法指的是解題方案的準確而完整的描述，不同的算法能夠在不同的時間和場景下完成不同的任務，在算法不合理的情況下，執行該算法將無法達到預計效果，想要保證電氣傳動控制系統中單片機技術的應用效果，就必須要對算法進行改進。從實際運行情況來看，計算轉速和電流環的過程中，并不一定涉及到浮點運算模式，因此在進行算法改進的時候只考慮轉速環情況即可。目前，電氣傳動控制系統中午常見的信號采集裝置為轉速編碼器，80C196MC系列的單片機則利用相移計數器獲取特定時間內的轉速值，在定義域內該值必然是整數，所以轉速編碼器的精度就決定了轉速的記錄準確度，在時間T足夠小的情況下，可將該段時間內得到的脈沖數值等同于轉速值，在給定速度不變、輸出波形周期不變的情況下，其輸出同樣為整數，所以在進行算法優化的過程中，只需要調整IP控制器的參數，就能夠實現轉速環的有效控制。

4 結語

計算機技術的不斷發展，帶動了單片機這種特殊的運算技術的進步，進而使電氣傳動控制系統的運行效果得到了前所未有的提升，這與新時期工業生產新要求不謀而合。工作人員必須要明確單片機技術和電氣傳動控制系統的概念，并以此為基礎對算法改進、電氣主回路等進行分析，明確電氣傳動控制系統中單片機技術的應用要點。除此之外，還需要對單片機技術等進行細致研究，爭取推動我國電氣傳動控制技術的高速發展。

參考文獻：

[1]俞漢忠.單片機技術在電氣傳動系統中的應用分析[J].數字技術與應用，2017（07）：15-16.

[2]蘇健.電氣傳動控制系統中單片機技術的應用探討[J].電子世界，2018（03）：56+58.

[3]李福成.試論單片機技術在電氣傳動控制系統中的應用[J].湖北農機化，2018（07）：51.

[4]王巖，王學昌，朱慧珠.簡析單片機技術在電氣傳動系統中的應用[J].南方農機，2020，51（07）：234.