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摘要：单片机技术已经在各个领域为人们所普通使用。无论是通讯、交通、智能控制，还是办公自动化、电子领域、电气设备等几乎都可以
看到单片机的存在。本文从单片机的技术应用角度出发，提出了一种用80CI%系列单片机实现数字调速的系统控制方案，并在实际中验证了本方案的可行性，同时对80CI%单片机的一些关健技术作了深入研究，以期开发更高性能的单片机系统。
关键词：单片机 数字调速 控制系统 脉冲宽度调制
【分类号】：TP368.1
二十多年前，Intel公司首次推出单片机即微控制器。由于它功能强大、简便小巧、方便可靠，并且具有很强的价格优势，到目前为止，已经在各个领域为人们所普通使用。无论是通讯、交通、智能控制，还是办公自动化、电子领域、电气设备等几乎都可以看到单片机的存在。在电子技术的发展里程中，我国的技术已经历经了多次变革和技术飞跃，而单片机的应用普及必将带来电子技术上新的飞跃，也将成为电子系统发展过程中具有里程碑价值的一次飞跃。本文以一直流伺服控制系统装置为例，介绍了系统的结构，改进了有关算法，实验证明，此系统可以良好地跟踪给定速度曲线，响应时间可控制在10一35的数量级以内。
一、单机片概述
1、单片机的概念
单片机技术是把中央处理器、读写内存、只读内存、以用输入输出电路等计算机系统的主要部件集成在一个芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但是具备了微型计算机的组成结构和主要功能。所以，它可以满足多个控制领域的应用需求。
2、硬件系统的构成
电气主回路：主电路结构图如图1所示，采用双极性的H桥构成，用大功率硅管整流桥将交流整流成直流，采用电压稳压方式（并人大容量电容）提供主电源，用IPM中的IGBT构成H桥，采用PWM进行调速，其中富士通的IPM技术较为成熟，并具有多种保护功能，只需加人一定的周边电路便可进行驱动。
单片机系统：本文采用MCS一96系列的80CI%MC构成16位总线的单片机系统，与M岱一51系列相比，此类型的单片机至少在以下几方面提高了系统的实时性。（1）CPU中的算术逻辑单元不采用常规的累加器结构，改用寄存器一寄存器结构，CPU的操作直接面向256字节的寄存器，消除了CPU结构中存在的累加器瓶颈效应，提高了操作速度和数据吞吐能力。（2）256字节寄存器中，24字节是专用寄存器.其余2犯字节均为通用寄存器。其通用寄存器的数量远比一般CPU的寄存器数量多。这样可以为各中断服务程序中的局部变量指定专门的寄存器，免除了中断服务过程中保护和恢复现场所支付的软件开销，并大大方便了程序设计。
软件系统：采用 C 语言与 ASM Assemble 的混合编程模式 下面着重就其协同开发和算法的改进进行阐述。C 程序与汇编程序的协同开发汇编语言的难点在于数据处理 由于汇编语言不直接支持单精度的浮点运算 而单片机的开发日趋复杂 许多地方必须应用高精度的复杂算法C96系列直接支持单精度的浮点运算 对于大多数场合已经够用 并且可以方便的通过算法扩展到双精度 算法的设计上已有大量的C程序可供选用 基本不用重新开发 在这些模块中应用C96可以尽快地解决问题 然而 完成同样的功能C96程序经编译连接生成的代码比汇编生成的代码稍长 在需要实时响应的场合 开发者往往从执行速度的角度出发 把这些模块用汇编代码实现 因此 在开发单片机的项目时 经常会遇到关于汇编模块和 C 模块相互调用的问题。
二、单片机技术在电气传动控制系统中的应用
1、软件系统的应用
数据处理是汇编语言中的难点。因为汇编语言中数据处理是单精度的浮点运算予以直接支持，而且单片机的开发越来越复杂，从而对算法的精度提出了更高的要求。C96系列是可以支持单精度浮点运算的，在很多的场合中是能够使用的。在算法上，目前已经有大量的C程序可能做为选择，所以基本不需要再做开发研究。汇编生成的代码比C96程序编译连接成的代码要稍短一些。在实时响应的场合，开发人员通常会首先考虑执行速度，用汇编代码实现这些模块。因此，在单片机的具体开发项目中，汇编模块和C模块之间相互调用的情况经常发生，这时要注意两个方面的问题：一是未涉及参数传递的情况，这种情况下需要在程序中嵌入ASM（…）这样一个伪指令，这个伪指令的作用是为了实现两者之间的相互转换；第二个方面的问题是涉及了参数传递的情况。这种情况下要采用相互调用的形式，在原来的程序代码之中加入目的汇编程序。在所有的程序编译链接完成后，再认真核实M96和M51文件，如果没有出现溢出或冲突的情况、数据存储区和程序的存储区定位恰当时，表明加入的目的汇编程序可正确发挥作用；反之，表明出现问题，需要重新编写调试。对于C96程序，其代码段和参数段是同时支持绝对定位和浮动定位的，如果两者之间发生冲突，要用RL196的编译控制选项来确定冲突发生的原因同时解决冲突。
2、算法的改进
实际上，在转速和电流环的计算中并不是全部计算都需要用到浮点运算的方式，为简单起见，只考虑转速环（电流环当成一比例环节）。由于采用的是转速编码器采样转速信号，而80C196MC系列的单片机用相移计数器的方式即可获得时间T内的转速值，而这个值一定是整数，因此转速的跟踪精度实际上取决于转速编码器的精度。当T时间取一较小的时间间隔，完全可以用时间T内获得的脉冲数PL作为转速值，实际上此时的转速为：PL/T，以时间T作为速度环控制回路采样周期。当给定速度同样在整数值给出时，如图所示，由于输出PWM周期一定（WG一RELOAD取为100拼s），输出比较寄存器WG一COMPI也只能在整数范围变化，PI控制器的输人为整数SP一GIV-EN一SP一NOW，输出同样为整数，所以只需调整Pl的参数就可达到对转速环的控制。
3、系统头文件的应用
80 年代中期 Intel 公司将 8051 内核使用权以专利互换或出售的形式转给世界上众多著名 IC制造厂商 他们在自身技术基础上又发展出各具特色的 51 系列单片机 开发者必须会定制所用单片机的系统头文件 以充分发挥各种单片机的功能 系统头文件（.h ）实际上定义的是各端口各功能寄存器对应的物理地址 对于 51 系列的单片机 当单片机的型号改变时 只须转换相应的头文件 即可实现 C51 程序的可移植性 同样对于 96 系列的单片机 也分成多种型号 不同的型号对应不同的功能 对应不同的 96 芯片 我们需要包含不同的头文件 以期达到快速开发的目的并方便以后的移植和再开发。
结语：
本文以 80C196 单片机构成一直流伺服控制系统为例 介绍了其硬件结构和软件的编程方法 。未来的技术发展中，控制电路越来越复杂，与传统控制线路相比，单片机在复杂的控制电路中的优势将越来越明显。而单片机技术的发展也会向着高应用水平、多集成部件、更加大功能等方向发展，从而能够更广泛、更具优势地应用于工业、电子等领域中。
参考文献：
[1]柯坚. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用与研究[J]. 东方企业文化，2012，08：108-109.
[2]黄定华，孙炳达. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用与研究[J]. 自动化与仪器仪表，2002，01：41-44+40.
[3]黄定华，孙炳达. 单片机技术在电气传动控制系统中的研究与应用[J]. 电气传动自动化，2001，06：50-54.
[4]黄定华，孙炳达. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用与研究[J]. 自动化博览，2001，02：10-12.
看到单片机的存在。本文从单片机的技术应用角度出发，提出了一种用80CI%系列单片机实现数字调速的系统控制方案，并在实际中验证了本方案的可行性，同时对80CI%单片机的一些关健技术作了深入研究，以期开发更高性能的单片机系统。
关键词：单片机 数字调速 控制系统 脉冲宽度调制
【分类号】：TP368.1
二十多年前，Intel公司首次推出单片机即微控制器。由于它功能强大、简便小巧、方便可靠，并且具有很强的价格优势，到目前为止，已经在各个领域为人们所普通使用。无论是通讯、交通、智能控制，还是办公自动化、电子领域、电气设备等几乎都可以看到单片机的存在。在电子技术的发展里程中，我国的技术已经历经了多次变革和技术飞跃，而单片机的应用普及必将带来电子技术上新的飞跃，也将成为电子系统发展过程中具有里程碑价值的一次飞跃。本文以一直流伺服控制系统装置为例，介绍了系统的结构，改进了有关算法，实验证明，此系统可以良好地跟踪给定速度曲线，响应时间可控制在10一35的数量级以内。
一、单机片概述
1、单片机的概念
单片机技术是把中央处理器、读写内存、只读内存、以用输入输出电路等计算机系统的主要部件集成在一个芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但是具备了微型计算机的组成结构和主要功能。所以，它可以满足多个控制领域的应用需求。
2、硬件系统的构成
电气主回路：主电路结构图如图1所示，采用双极性的H桥构成，用大功率硅管整流桥将交流整流成直流，采用电压稳压方式（并人大容量电容）提供主电源，用IPM中的IGBT构成H桥，采用PWM进行调速，其中富士通的IPM技术较为成熟，并具有多种保护功能，只需加人一定的周边电路便可进行驱动。
单片机系统：本文采用MCS一96系列的80CI%MC构成16位总线的单片机系统，与M岱一51系列相比，此类型的单片机至少在以下几方面提高了系统的实时性。（1）CPU中的算术逻辑单元不采用常规的累加器结构，改用寄存器一寄存器结构，CPU的操作直接面向256字节的寄存器，消除了CPU结构中存在的累加器瓶颈效应，提高了操作速度和数据吞吐能力。（2）256字节寄存器中，24字节是专用寄存器.其余2犯字节均为通用寄存器。其通用寄存器的数量远比一般CPU的寄存器数量多。这样可以为各中断服务程序中的局部变量指定专门的寄存器，免除了中断服务过程中保护和恢复现场所支付的软件开销，并大大方便了程序设计。
软件系统：采用 C 语言与 ASM Assemble 的混合编程模式 下面着重就其协同开发和算法的改进进行阐述。C 程序与汇编程序的协同开发汇编语言的难点在于数据处理 由于汇编语言不直接支持单精度的浮点运算 而单片机的开发日趋复杂 许多地方必须应用高精度的复杂算法C96系列直接支持单精度的浮点运算 对于大多数场合已经够用 并且可以方便的通过算法扩展到双精度 算法的设计上已有大量的C程序可供选用 基本不用重新开发 在这些模块中应用C96可以尽快地解决问题 然而 完成同样的功能C96程序经编译连接生成的代码比汇编生成的代码稍长 在需要实时响应的场合 开发者往往从执行速度的角度出发 把这些模块用汇编代码实现 因此 在开发单片机的项目时 经常会遇到关于汇编模块和 C 模块相互调用的问题。
二、单片机技术在电气传动控制系统中的应用
1、软件系统的应用
数据处理是汇编语言中的难点。因为汇编语言中数据处理是单精度的浮点运算予以直接支持，而且单片机的开发越来越复杂，从而对算法的精度提出了更高的要求。C96系列是可以支持单精度浮点运算的，在很多的场合中是能够使用的。在算法上，目前已经有大量的C程序可能做为选择，所以基本不需要再做开发研究。汇编生成的代码比C96程序编译连接成的代码要稍短一些。在实时响应的场合，开发人员通常会首先考虑执行速度，用汇编代码实现这些模块。因此，在单片机的具体开发项目中，汇编模块和C模块之间相互调用的情况经常发生，这时要注意两个方面的问题：一是未涉及参数传递的情况，这种情况下需要在程序中嵌入ASM（…）这样一个伪指令，这个伪指令的作用是为了实现两者之间的相互转换；第二个方面的问题是涉及了参数传递的情况。这种情况下要采用相互调用的形式，在原来的程序代码之中加入目的汇编程序。在所有的程序编译链接完成后，再认真核实M96和M51文件，如果没有出现溢出或冲突的情况、数据存储区和程序的存储区定位恰当时，表明加入的目的汇编程序可正确发挥作用；反之，表明出现问题，需要重新编写调试。对于C96程序，其代码段和参数段是同时支持绝对定位和浮动定位的，如果两者之间发生冲突，要用RL196的编译控制选项来确定冲突发生的原因同时解决冲突。
2、算法的改进
实际上，在转速和电流环的计算中并不是全部计算都需要用到浮点运算的方式，为简单起见，只考虑转速环（电流环当成一比例环节）。由于采用的是转速编码器采样转速信号，而80C196MC系列的单片机用相移计数器的方式即可获得时间T内的转速值，而这个值一定是整数，因此转速的跟踪精度实际上取决于转速编码器的精度。当T时间取一较小的时间间隔，完全可以用时间T内获得的脉冲数PL作为转速值，实际上此时的转速为：PL/T，以时间T作为速度环控制回路采样周期。当给定速度同样在整数值给出时，如图所示，由于输出PWM周期一定（WG一RELOAD取为100拼s），输出比较寄存器WG一COMPI也只能在整数范围变化，PI控制器的输人为整数SP一GIV-EN一SP一NOW，输出同样为整数，所以只需调整Pl的参数就可达到对转速环的控制。
3、系统头文件的应用
80 年代中期 Intel 公司将 8051 内核使用权以专利互换或出售的形式转给世界上众多著名 IC制造厂商 他们在自身技术基础上又发展出各具特色的 51 系列单片机 开发者必须会定制所用单片机的系统头文件 以充分发挥各种单片机的功能 系统头文件（.h ）实际上定义的是各端口各功能寄存器对应的物理地址 对于 51 系列的单片机 当单片机的型号改变时 只须转换相应的头文件 即可实现 C51 程序的可移植性 同样对于 96 系列的单片机 也分成多种型号 不同的型号对应不同的功能 对应不同的 96 芯片 我们需要包含不同的头文件 以期达到快速开发的目的并方便以后的移植和再开发。
结语：
本文以 80C196 单片机构成一直流伺服控制系统为例 介绍了其硬件结构和软件的编程方法 。未来的技术发展中，控制电路越来越复杂，与传统控制线路相比，单片机在复杂的控制电路中的优势将越来越明显。而单片机技术的发展也会向着高应用水平、多集成部件、更加大功能等方向发展，从而能够更广泛、更具优势地应用于工业、电子等领域中。
参考文献：
[1]柯坚. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用与研究[J]. 东方企业文化，2012，08：108-109.
[2]黄定华，孙炳达. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用与研究[J]. 自动化与仪器仪表，2002，01：41-44+40.
[3]黄定华，孙炳达. 单片机技术在电气传动控制系统中的研究与应用[J]. 电气传动自动化，2001，06：50-54.
[4]黄定华，孙炳达. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用与研究[J]. 自动化博览，2001，02：10-12.