基于MCS-96系列单片机的数字正弦机研制

　　在伺服系统的调试过程中，需要能够准确发送各种测试信号的正弦机。但通常使用的机电正弦机具有难以克服的机械传动空回、死区及波形失真和漂移、装订参数可重复性差等缺点。
　　为了克服以上缺点，作者开发了8098数字正弦机。
　　1　硬件组成
　　8098数字正弦机采用MCS-96系列8098单片机［1，2］（也可选用兼容的80C196单片机）和5VASZZ系列DSC模块，以软件方法产生阶跃、等速、周期等速和正弦等信号，通过8255直接16位数字输出，或分精粗各12位数字量分送两个DSC转化为三相模拟电压双通道输出。在此过程中，利用8279显示和控制正弦机的运行状态。8098数字正弦机的硬件组成框图如图1。

图1　8098数池正弦机硬件组成框图
2　软件实现
　　8098数字正弦机的大部分功能是利用8098的汇编语言编程实现的，其软件功能框图如图2所示。

图2　8098数字正弦机软件功能框图
　　2.1　信号的产生
　　
下面以正弦信号的产生为例说明这部分的设计思想。

2.1.1　算法　
正弦运动的实现实质上是按给定周期的正弦函数值，在单位时间送位置偏移置y，然后加上正弦的基值y0，即可得到绕基值按正弦规律变化的位置量A0。由于内存有限，且为了简化程序，设计中采用先计算出1/4个周期的正弦曲线，再通过衔接处理得到整个周期正弦曲线的方法。其中位置偏移量的计算是根据装订的正弦周期值T，计算出单位幅值标准正弦曲线，然后用装订的正弦幅值M乘以每个计算点对应的标准正弦值x，即可得到按正弦规律变化的位置偏移量。[next]

在伺服系统的调试过程中，需要能够准确发送各种测试信号的正弦机。但通常使用的机电正弦机具有难以克服的机械传动空回、死区及波形失真和漂移、装订参数可重复性差等缺点。
为了克服以上缺点，作者开发了8098数字正弦机。
1　硬件组成
　　8098数字正弦机采用MCS-96系列8098单片机［1，2］（也可选用兼容的80C196单片机）和5VASZZ系列DSC模块，以软件方法产生阶跃、等速、周期等速和正弦等信号，通过8255直接16位数字输出，或分精粗各12位数字量分送两个DSC转化为三相模拟电压双通道输出。在此过程中，利用8279显示和控制正弦机的运行状态。8098数字正弦机的硬件组成框图如图1。

图1　8098数池正弦机硬件组成框图
2　软件实现
　　8098数字正弦机的大部分功能是利用8098的汇编语言编程实现的，其软件功能框图如图2所示。

图2　8098数字正弦机软件功能框图
　　2.1　信号的产生
　　
下面以正弦信号的产生为例说明这部分的设计思想。

2.1.1　算法　
正弦运动的实现实质上是按给定周期的正弦函数值，在单位时间送位置偏移置y，然后加上正弦的基值y0，即可得到绕基值按正弦规律变化的位置量A0。由于内存有限，且为了简化程序，设计中采用先计算出1/4个周期的正弦曲线，再通过衔接处理得到整个周期正弦曲线的方法。其中位置偏移量的计算是根据装订的正弦周期值T，计算出单位幅值标准正弦曲线，然后用装订的正弦幅值M乘以每个计算点对应的标准正弦值x，即可得到按正弦规律变化的位置偏移量。

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（a）DSC三相输出电压随位置变化曲线

（b）位置量随时间变化曲线

（c）DSC输出随时间变化曲线
图4　正弦粗通道DSC输出与时间之间的曲线图解原理
4　结　论
　　经两种实验方法测试正常后，8098数字正弦机于1996年7月在重庆望江机器总厂通过现场联调。结果表明，8098数字正弦机各项指标均达到要求，且发送信号的误差明显小于机电正弦机，并克服了原有机电正弦机的许多缺点，功能齐全、运行可靠、操作简便、通用性强、体积小、重量轻，是调试、验收伺服系统特性的一种理想工具。