單片機(jī)技術(shù)在電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的運(yùn)用分析

摘要：近年來(lái)，單片機(jī)技術(shù)取得了較大的進(jìn)展，并且在多個(gè)領(lǐng)域中均發(fā)揮了獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。大量的應(yīng)用實(shí)踐表明，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以同時(shí)起到提升系統(tǒng)控制水平和保障電氣傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要作用。鑒于此，在針對(duì)單片機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述后，以Intel"80C196單片機(jī)為例，探究其在電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的具體運(yùn)用方法，以期充分發(fā)揮單片機(jī)技術(shù)的控制優(yōu)勢(shì)，為安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)""電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)""編程語(yǔ)言"噪聲布線技術(shù)

Analysis"of"the"Application"of"Single"Chip"Microcomputer"Technology"in"Electrical"Transmission"Control"System

TANG"Xinyan

Shandong"Huayu"Aerospace"Space"Technology"Co.，"Ltd."Yantai，"Shandong"Province，"264000"China

Abstract："In"recent"years，"single"chip"microcomputer"technology"has"made"significant"progress"and"has"played"a"unique"application"advantage"in"multiple"fields."A"large"number"of"practical"applications"have"shown"that"the"application"of"single"chip"microcomputer"technology"can"play"an"important"role"in"both"improving"system"control"level"and"ensuring"stable"operation"of"electrical"transmission"systems.In"view"of"this，"after"elaborating"on"the"key"technologies"of"single"chip"microcomputers，"taking"Intel"80C196"single"chip"microcomputer"as"an"example，"this"paper"explores"its"specific"application"methods"in"electrical"transmission"control"systems，"in"order"to"fully"leverage"the"control"advantages"of"single"chip"microcomputer"technology"and"improve"technical"support"for"safe"and"stable"production.

Key"Words："Single"chip"microcomputer"technology;"Electrical"transmission"control"system;"Programming"language;"Noise"wiring"technology

單片機(jī)是電氣傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，其對(duì)系統(tǒng)控制功能和質(zhì)量具有直接影響，特別是在大型機(jī)械和生產(chǎn)設(shè)備的控制操作中，可以借助單片機(jī)技術(shù)來(lái)穩(wěn)定系統(tǒng)的控制功能。這主要是由于單片機(jī)的應(yīng)用可以使系統(tǒng)控制操作的邏輯性更強(qiáng)，以保障控制操作的精度和準(zhǔn)確性，降低系統(tǒng)誤動(dòng)的概率，同時(shí)單片機(jī)還具備功能測(cè)試作用，可以及時(shí)判斷系統(tǒng)控制動(dòng)作的可行性，如出現(xiàn)誤動(dòng)或故障問(wèn)題會(huì)直接發(fā)布警報(bào)信息，以免快速排除系統(tǒng)問(wèn)題，提高系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。因此，迫切需要研究單片機(jī)技術(shù)在電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的有效運(yùn)用策略。

1""單片機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)

隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其內(nèi)部組成日趨復(fù)雜，功能也更加健全，能夠滿足多種控制操作系統(tǒng)的應(yīng)用需求。部分單片機(jī)內(nèi)部配置了局域網(wǎng)控制模塊，打破了原有單片機(jī)的功能限制，逐步朝向多功能脈寬調(diào)制電路的方向發(fā)展，支持變頻功能。從前期的應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，此種嵌入式的單片機(jī)表現(xiàn)出了更強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)性能，使單片機(jī)的應(yīng)用范圍更加廣泛，控制功能也更為突出[1]。

1.1""單片機(jī)EFT技術(shù)

各類高新技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)的深度融合，形成了一種具備較強(qiáng)抗干擾能力的新技術(shù)，即EFT（Electrical"Fast"Transient）技術(shù)。在實(shí)際投入使用后，是采取在波形上疊加毛刺信號(hào)的方式抵消部分信息傳輸過(guò)程中對(duì)正弦信號(hào)的干擾影響，再利用RC（Resistor-Capacitance"）濾波將毛刺信號(hào)消除，最終還原正弦信號(hào)，從而保障系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

1.2""單片機(jī)噪聲布線技術(shù)

常規(guī)情況下，會(huì)將電氣傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的電源線和底線直接布設(shè)于集成電路的外殼引腳上，并呈現(xiàn)對(duì)稱布設(shè)形式。但實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果采取此種布線方式，會(huì)放大單片機(jī)電源噪聲干擾信號(hào)對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)的影響，使電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)難以維持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。因此，在進(jìn)行布線操作時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)單片機(jī)電源的噪聲干擾區(qū)域，綜合考慮之下，將電源線和地線布設(shè)在相鄰引腳上為宜，此舉不僅可以減少芯片產(chǎn)生的電流量，還能夠最大程度地降低電源噪聲干擾對(duì)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的不利影響[2]。

2""單片機(jī)在電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的主要運(yùn)用

2.1""系統(tǒng)硬件中的運(yùn)用

單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的控制效果起到?jīng)Q定性的作用，為此，當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)加強(qiáng)了對(duì)單片機(jī)與電氣傳統(tǒng)控制系統(tǒng)融合工作的重視，希望充分激發(fā)二者的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行和控制效率，達(dá)成更高的生產(chǎn)效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，則需要從系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)層面入手，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)，要將設(shè)備功能的優(yōu)化配置作為重點(diǎn)內(nèi)容，并且根據(jù)不同生產(chǎn)工況，形成對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)操作方案，盡最大可能地發(fā)揮設(shè)備運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，提高工業(yè)生產(chǎn)成效。

2.2""系統(tǒng)軟件中的運(yùn)用

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需要立足于硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行，一方面，要對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行拆分，并根據(jù)不同作業(yè)模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件程序，保障對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的有效控制；另一方面，要對(duì)設(shè)計(jì)完成的部分進(jìn)行系統(tǒng)梳理后，形成較為直觀的流程圖，以便相關(guān)管理者對(duì)總體設(shè)計(jì)進(jìn)度進(jìn)行審核，同時(shí)還有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，便于對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行有效優(yōu)化。對(duì)于沒(méi)有問(wèn)題的設(shè)計(jì)內(nèi)容，可以借助編程語(yǔ)言還原系統(tǒng)程序，編程結(jié)束后，對(duì)相關(guān)功能和編譯文件進(jìn)行對(duì)照檢查，檢查無(wú)誤會(huì)才能進(jìn)入下一階段。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，為了便于進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化和修改，可以采取模塊化措施進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)和分步設(shè)計(jì)，此舉能夠避免編程人員進(jìn)行大量的重復(fù)編程，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，只需要對(duì)對(duì)應(yīng)模塊的編程信息進(jìn)行改寫(xiě)即可[3-4]。

3""單片機(jī)在電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的具體運(yùn)用

3.1""控制系統(tǒng)組成

Intel"80C196單片機(jī)主要由主電路、控制電路和接口電路3個(gè)部分組成，其控制原理r如圖1所示。其中，鍵盤(pán)、顯示器與單片機(jī)系統(tǒng)均屬于控制電路的重要組成；整流、濾波電路與IPM模塊構(gòu)成的H橋則屬于主電路；接口電路主要用于進(jìn)行信號(hào)傳遞。在系統(tǒng)控制過(guò)程中，鍵盤(pán)和顯示器之間使用串行總線連接并完成數(shù)據(jù)交互，目的是保障對(duì)顯示部分的獨(dú)立控制。上位機(jī)主要用于單獨(dú)控制子系統(tǒng)，鑒于伺服系統(tǒng)的電流控制器存在計(jì)量周期短和計(jì)算量偏大的特點(diǎn)，要選用16位數(shù)據(jù)總線，才能進(jìn)一步提升系統(tǒng)的吞吐能力，提高數(shù)據(jù)處理的效率，增強(qiáng)系統(tǒng)控制水平。

3.2""電氣傳動(dòng)控制軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.2.1""軟件程序開(kāi)發(fā)

程序開(kāi)發(fā)的要點(diǎn)為借助匯編語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)控制，而在此過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理是一大難點(diǎn)。早期的匯編語(yǔ)言雖然以單精度浮點(diǎn)運(yùn)算為主要數(shù)據(jù)處理措施，相對(duì)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)處理效率偏高，但仍舊無(wú)法滿足當(dāng)前的數(shù)據(jù)處理需求，尤其是在單片機(jī)復(fù)雜程度不斷提升的形勢(shì)下，不僅提出了更高的算法精度要求，還需要面臨更多應(yīng)用場(chǎng)景，而C96系列則同時(shí)滿足數(shù)據(jù)高效處理需求和多場(chǎng)景使用需求。此外，在算法層面也需積累大量的C程序，可以基于電氣傳動(dòng)控制軟件開(kāi)發(fā)的需求進(jìn)行C程序選擇，基本無(wú)須進(jìn)行有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)。通過(guò)匯編形式產(chǎn)生的代碼一般較于C96程序編譯得稍短，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同選擇對(duì)應(yīng)的代碼程序，如將執(zhí)行速度作為首要考慮內(nèi)容，則直接執(zhí)行匯編代碼即可[5]。

在單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到匯編模塊與C模塊調(diào)用的狀況，要想充分發(fā)揮單片機(jī)的系統(tǒng)控制優(yōu)勢(shì)，則需要處理好以下兩方面問(wèn)題：第一，對(duì)于沒(méi)有參數(shù)傳遞的狀況，可以通過(guò)在程序中嵌入一個(gè)偽指令即ASM（…）的方式保障二者的相互轉(zhuǎn)換；第二，對(duì)于存在參數(shù)傳遞的狀況，要在原有的程序代碼中寫(xiě)入一個(gè)目的匯編程序，保障二者的相互調(diào)用。所有程序編譯完成后，還需要對(duì)M96與M51文件進(jìn)行全面檢驗(yàn)，確保不出現(xiàn)沖突和溢出等現(xiàn)象，保障各類數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存與處理均處于恰當(dāng)狀態(tài)，如無(wú)上述異常情況，便可確保匯編程序處于正常作用狀態(tài)；反之，則代表程序代碼中可能存在問(wèn)題，需要重新編寫(xiě)與調(diào)試，直至測(cè)試通過(guò)。

3.2.2""改進(jìn)算法

當(dāng)進(jìn)行電流環(huán)和轉(zhuǎn)速計(jì)算時(shí)，很多情況下無(wú)須使用到浮點(diǎn)運(yùn)算方式，因此在算法改進(jìn)時(shí)，可以只改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。將轉(zhuǎn)速編碼器作為轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)，需要利用相移計(jì)數(shù)器獲得單片機(jī)的轉(zhuǎn)速值，并且需要保留整數(shù)，為此轉(zhuǎn)速編碼器的精度對(duì)讀數(shù)精度具有直接影響。假定時(shí)間間隔為固定值T，則T較小時(shí)，便可以直接使用脈沖數(shù)來(lái)表示轉(zhuǎn)速值，此時(shí)的轉(zhuǎn)速為PL/T，T即為速度環(huán)控制回路的采樣周期。因周期為固定值，輸出比只能是整數(shù)，則僅能夠在整數(shù)內(nèi)做出調(diào)整，同時(shí)Pl的輸入與輸出均為整數(shù)，此時(shí)只需要適度調(diào)整參數(shù)便能夠控制轉(zhuǎn)速環(huán)的轉(zhuǎn)速。同樣的，當(dāng)給定的轉(zhuǎn)速換算成脈沖為非整數(shù)，則控制作用和原理也類似。但需要特別注意的是，Pl參數(shù)通常需要使用浮點(diǎn)運(yùn)算形式，在調(diào)試時(shí)，需先使用浮點(diǎn)表示P與l的參數(shù)值，之后借助C96來(lái)進(jìn)行整形變量，此種操作形式下能夠有效提升運(yùn)算效率，并且可起到優(yōu)化運(yùn)算代碼的重要作用，此種方式已經(jīng)在編程系統(tǒng)中得到有效驗(yàn)證，方法十分可行。

3.2.3"應(yīng)用系統(tǒng)頭文件

系統(tǒng)頭文件主要用于功能寄存，開(kāi)發(fā)人員只有掌握單片機(jī)系統(tǒng)頭文件的定植方法，才能使單片機(jī)功能得以充分發(fā)揮。在96系列的單片機(jī)中存在多種型號(hào)，每個(gè)型號(hào)的功能作用存在明顯差異。因此，要在對(duì)單片機(jī)功能需求進(jìn)行全面了解的基礎(chǔ)上，根據(jù)單片機(jī)型號(hào)及時(shí)轉(zhuǎn)變系統(tǒng)頭文件，以保障對(duì)程序的快速移植。此舉能夠有效提升單片機(jī)的開(kāi)發(fā)與移植效率，對(duì)于Intel"80C196單片機(jī)而言，其頭文件主要涉及兩種，一種是mc_sfrs.h；另一種是mc_func.h，其中，包含功能寄存器與端口定義信息，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求轉(zhuǎn)換系統(tǒng)頭文件，以滿足不同的系統(tǒng)控制需求。

4""結(jié)語(yǔ)

在科技水平快速發(fā)展的新形勢(shì)下，單片機(jī)的功能也更加完善，將其應(yīng)用于電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，不僅可以提升工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制水平，還能夠強(qiáng)化工業(yè)生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值。單片機(jī)的體積偏小，但功能強(qiáng)大，尤其是嵌入式模塊的應(yīng)用進(jìn)一步完善了單片機(jī)的功能，使其具備了較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在各種生產(chǎn)任務(wù)中發(fā)揮突出的控制作用。但同時(shí)，單片機(jī)的類型眾多，適用范圍也存在一定的差異，要想提高電氣傳統(tǒng)系統(tǒng)控制水平，則要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和系統(tǒng)控制的功能需求，合理選用單片機(jī)技術(shù)，以改進(jìn)設(shè)備控制方法，促進(jìn)工業(yè)事業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

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