基于8086內核的直流電動機的位置測量與控制系統設計

摘 要：直流電動機的位置測量與控制系統的設計是微機接口一個重要的實踐課題，本文講述是該系統的一種詳細設計方案。該系統采用8086控制電機，實現直流電動機的位置閉環自動控制，將測量值以十進制數的形式顯示在實驗儀的數碼管上，單位為毫米，控制誤差很小。

關鍵詞：8086；微機接口；直流電機；位置控制；AD轉換

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

《微型計算機原理與接口技術》課程是自動化類專業必學的一門課程，而8086也是必須了解學習的一塊芯片。本系統就是采用8086芯片進行直流電動機的位置測量與控制，讓讀者對微機系統有一個全面的了解、掌握常規芯片的使用方法、掌握簡單微型計算機應用系統軟硬的設計方法。

一、總體設計

首先應用A/D0809轉換器采集位置傳感器（即電位計）所輸出的電壓，得到當前位置采樣值，把位置值存入固定的內存單元。通過鍵盤或者按鍵輸入一個目標值，存入相應的內存單元，并通過六個七段顯示譯碼管來輸出這兩個值。之后進行比較實際值與目標值的大小關系，再應用D/A0832轉換器的輸出電壓控制電機運轉和方向。返回采樣繼續與目標值比較，然后驅動電機，通過這種循環控制直到采樣值即實際位置值與目標值一致時停止電機轉動。采集的數字量考慮到誤差以及位置的變化，要進行濾波，輸入目標值可以采用鍵盤輸入法，或者按鍵輸入法，鑒于以前鍵盤接觸的較少，所以采用8255a加按鍵開關的方式來進行輸入，在設計中用二次檢測法防抖動。為方便輸入及數碼管的顯示，把個十百三位分開存儲，然后轉化成一個16進制數與實際值進行比較。為方便觀察，把位置值及目標值用6位七段顯示數碼管顯示，前三位為位置值，后三位為目標值單位為毫米，采用8155a控制。最后是電機的控制，用D/A0832轉換器的輸出電壓控制，如果反饋位置信號小于目標值，則控制電機正轉，反之，控制電機反轉，當兩者差小于1cm時降低轉速，在最終電機停止時可以防止電機的抖動。最后進行檢測是否進行目標值的輸入，運行狀態是否正常，然后返回實現閉環控制。閉環控制如下：

圖1 直流電機閉環控制框圖

二、硬件設計

硬件電路按功能主要分為5大模塊，AD轉換檢測模塊、0832控制模塊、8155-數碼管顯示模塊、8255檢測-輸入模塊、DVCC DJ4電機平臺。D轉換的檢測模塊的核心是ADC0809芯片。要使用0809，首先要給他一個start的信號，就是在程序中在該地址先輸出一個0使其開始轉換，延時之后從數據口讀入AD轉化之后的數據。電位器和A/D轉換器結合起來，構成位置測量裝置。當直流電機運轉時，帶動電位器輸出值模擬量，通過A/D轉換采集數據。電位器輸出模擬量與指針位置成近似線性關系，采集的數字量表示指針所指示的位置。

0832DA控制模塊是將8086輸出的數字信號轉化成模擬信號，進行電機控制的，它的核心就是0832芯片。0832D/A轉換輸出的電壓值0V—2.5V—5V分別對應于直流電機的反轉最高速—停止—正轉最高速，在編程時對應數字80H～0C0H～0FF。

使用8155作6位LED顯示器的接口電路對多位LED顯示器，通常都是采用動態掃描的方法進行顯示，即逐個地循環地點亮各位顯示器。這樣雖然在任一時刻只有一位顯示器被點亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應，看起來與全部顯示器持續點亮效果完全一樣。

三、軟件設計

軟件功能設計部分采用匯編語言，為了方便調試，在主程序部分，把所有的功能寫成了調用子程序，為后續系統升級擴展提供了便利。

采樣程序本來只是一個普普通通的AD采樣，但是因為采樣信號存在誤差且變化較大，所以加入了濾波環節。進行冒泡排序通過去掉最大最小的值，提高采樣的精度。

比較控制子程序是從內存中取出實測值和目標值進行比較，然后判斷電機的轉向及速度。設置兩段速度，若距離目標值<10mm則慢速前進。

圖2 程序流程框圖

四、結束語

經實驗調試后，直流電機的位置測量精度較高，偶爾末位有1mm的誤差，會產生閃爍，定位功能的精度也比較高，一般會有1mm的誤差。本系統是一個十分成功的設計實例，希望讀者能有所收獲學到一些微型計算機應用方面的實際工作能力。

參考文獻：

[1]周荷琴，吳秀清.微型計算機原理與接口技術（第三版）[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2004.

[2]劉樂善.微型計算機接口技術及應用[M].武漢：華中科技大學出版社，2004.

[3]任向民.微機接口技術實用教程[M].北京：清華大學出版社，2007.

[作者簡介]李芝浩（1993-），男，浙江江山人，中南大學信息科學與工程學院學生，本科，研究方向：電子設計、自動化；朱爾?。?993-），男，浙江溫州人，大連理工大學電子信息與電氣工程學部學生，本科，研究方向：電氣，自動化。