80C196KC的原動機仿真系統的設計

翟微

摘要：基于80C196KC的原動機仿真系統借鑒并發揚了以往原動機各個模塊仿真系統數學模型的學術成果。該仿真系統通過采用相關的計算機模擬軟件來提高原動機整體的穩定性、可靠性和控制精確度，通過這些性能的提高簡化原動機系統的硬件線路，包括電流調節器線路、觸發器線路、調速器線路等。我們通過對該系統進行一系列的靜態、動態檢測發現，基于80C196KC的原動機仿真系統不僅比設計模擬電路具有更出色的效果，而且該系統能更精確地對原動機的自動平衡與原型調速器進行仿真模擬。

關鍵詞：原動計算機；仿真系統；設計

1 原動機系統的基本結構

在實驗室環境中，我們無法對真實的大型原動機，如汽輪機和水輪機進行檢測與調試，必須借助原動機仿真系統對原動機及其內部的各個模塊進行模擬，以便對原動機電路系統中大規模的干擾問題和機電暫態過程進行模擬檢測。現階段在我國為原動機建立的系統仿真模型大多采用模擬電路方式，雖然這種全模擬方式因省去了計算步驟而具有很快的響應速度，但模擬電路的相關設備內部結構十分復雜、電子元件容易老化與損壞、維修難度大且易受到外來干擾而導致檢測結果缺乏可靠性。

本文介紹基于80C196KC原動機仿真系統，通過采用數字電路替代傳統的模擬電路的部分功能，除了能克服以上講到的模擬電路固有的缺點之外，還具備兼容性強、易于維護、成本低、體積小等優點。通過在仿真模型上添加人機通信模塊來連接外部傳感設備與觸屏液晶面板，可以使實驗人員能更直接地通過數字信號將各種運行參數上傳到計算機。原動機仿真系統除了要對原動機本身進行數字化仿真模擬，還要對變速器進行仿真模擬。原動機通過串級連接將原動機與調速器連成一個整體，這個整體包含一個速度與電流組成的雙閉環作為數字內環和一個單獨速度環作為數字外環。

原動機系統為了實現自平衡，通過采用勵直流電動機對原動機進行模擬。原動機仿真系統通過數字內環中電樞電流與轉速的負反饋形成雙反饋系統進行自我控制。

2 80C196KC單片機

單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）簡稱單片機。它在一塊芯片上集成了微型計算機的各個組成部件：微處理器（MPu）或中央處理器（CPU），存儲器（包括隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM）和各種I/O接口電路（如并行I/O接口電路、串行I/O接口電路、定時器/計數器電路、A/D和D/A轉換器電路等）。換句話說，一塊芯片就是一臺微型計算機。80C196KC具有以下特點：

（1）80C196KC采用通用寄存器組進行數據的輸入與輸出，克服了由c-51的內部結構而引起的累加器瓶頸，提高了CPU數據的讀取與寫入速度。

（2）額外增加了PTS板塊，也就是外設事務服務器，PTS構成的高精度交流采樣系統可以對多路信號進行采集，大大提高了CPU數據的隨機讀取能力。

3 控制系統硬件

3.1 實時轉速的測量

旋轉設備的轉速通常是用光學編碼器測量的，光學編碼器通過向旋轉設備發射脈沖信號，這些脈沖信號對因旋轉設備的旋轉產生的光隔進行感應，再通過施密特觸發器將脈沖波形組成整形電路，再將電路信號輸送給80C196KC單片機進行運算并得出旋轉設備的轉速。其他測量方法還包括通過M測速法計算在一定時間內脈沖發生裝設產生的脈沖數來測量轉速，適用于高速測量；T法測速通過兩個脈沖的間隔寬度來確定兩個脈沖的時間從而計算出旋轉速度，適用于低速測量；當我們對測量精度沒有那么嚴格的要求時，可以采用M/T法進行測量，同時通過3個計數器與計時器對定時時間、高頻脈沖和輸入脈沖進行測量。

3.2 主程序

主程序在啟動時首先對數字內環中電樞電池速度與信號速度進行采集和測量，再通過閉環運算得出控制量，根據延遲角將控制量轉化為脈沖觸發時刻。

3.3 A/D轉換

霍爾電壓、電流傳感器具有比較高的精度和運算速度等特點。霍爾傳感器將勵磁電流、電樞電流與端電壓轉換為相應的電流信號，再通過精密測量電阻將電流信號最終傳輸到傳感器來完成A/D轉換。

4 結束語

基于80C196KC的原動機仿真系統，通過一系列軟件與硬件在最大程度上發揮了80C196KC單片機的強大性能，尤其是對SHI、HS0、A/D轉換進行充分調動，使單片機通過相對簡單的硬件結構就可以得到比較快的運算速度，使仿真系統能夠適應更多的仿真參數。