基于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。

　　2.1.2 　正弦引导　

　　为保证被测伺服系统按正弦幅值平稳变化，在正弦运动起始段与结束段均设计了正弦幅值的引导程序。下面以起始引导为例加以说明：根据装订的正弦周期值T计算出需要引导的点数N，从第一点(n=0)开始，正弦的幅值m从0开始按比例线性增加，直至最后一点(n=N)，恰好使得此时的m等于装订的正弦幅值M，这就完成了引导(结束引导是反过来从M开始线性递减至0)。8098数字正弦机规定引导一个周期。正弦引导的算法公式为

　　N=400T,    (1)

　　m=Mn/N，(n由0到N变化),    (2)

　　y=mx,    (3)

　　A0=y0±y。    (4)

　　在引导的正半个周期，式(4)“+”号有效；负半个周期“-”号有效。正弦引导曲线示意图如图3所示。

图3　正弦引导曲线示意图