介紹了利用一種高性能的單片機(jī)C8051F330應(yīng)用于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能伺服控制器的實(shí)現(xiàn)方法。C8051F330內(nèi)部集成了眾多的功能部件，是真正的混合信號(hào)在片系統(tǒng)，它的價(jià)格還非常低廉，能大大降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。

　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又稱(chēng)執(zhí)行器，是一種自動(dòng)控制領(lǐng)域的常用機(jī)電一體化設(shè)備(器件)，是自動(dòng)化儀表的三大組成部分(檢測(cè)設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備)中的執(zhí)行設(shè)備。主要是對(duì)一些設(shè)備和裝置進(jìn)行自動(dòng)操作，控制其開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)，代替人工作業(yè)。

　　我國(guó)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和伺服放大器是六十年代統(tǒng)一設(shè)計(jì)的，三十多年來(lái)在技術(shù)上沒(méi)有多大創(chuàng)新，最早的型號(hào)有DTZ和DTJ，此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和伺服放大器是獨(dú)立的，安裝時(shí)需要分體安裝，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件的可靠性大大提高，集成度越來(lái)越高，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)和伺服放大器融為一體也成為了可能，所有從九十年代開(kāi)始紛紛出現(xiàn)了一些伺服一體化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品，但這個(gè)時(shí)期的伺服一體化控制器大部分是基于模擬電路的，調(diào)試和使用不是很方便，進(jìn)入二十一世紀(jì)，智能伺服控制器大量出現(xiàn)，但大都價(jià)格比較昂貴。有沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)既便宜又智能化的伺服控制器，答案是肯定的。

1、基于C8051F330的低成本電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能伺服控制的實(shí)現(xiàn)方法

　　C8051F330是一種完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，片內(nèi)含一個(gè)CIP-51內(nèi)核，它的指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容。它除了具有標(biāo)準(zhǔn)8052的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)功能部件。CIP-51是一種增強(qiáng)的51內(nèi)核，其指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容，具有標(biāo)準(zhǔn)的8051的組織架構(gòu)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的803X/805X匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，70%的指令執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，是標(biāo)準(zhǔn)8051指令執(zhí)行速度的12倍，其峰值執(zhí)行速度可達(dá)25MIPS[1]

　　C8051F330包括的資源有：

　　●一個(gè)CIP-51內(nèi)核

　　●4個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器

　　●一個(gè)具有增強(qiáng)波特率配置的全雙工UART(串口)

　　●一個(gè)增強(qiáng)型SPI端口

　　●768字節(jié)內(nèi)部RAM

　　●128字節(jié)特殊功能寄存器(SFR)地址空間

　　●全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)度接口

　　●真正10位200ksps的16通道單端/差分ADC

　　●10位電流輸出DAC

　　●3個(gè)捕捉/比較模塊和看門(mén)狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器陳列(PCA)

　　●片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、看門(mén)狗

　　●溫度傳感器

　　●片內(nèi)電壓比較器

　　●片內(nèi)集成基準(zhǔn)電壓源

　　●17個(gè)端口I/O

　　●高精度可編程的25MHz內(nèi)部振蕩器

　　●8K可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器

　　●硬件實(shí)現(xiàn)的SMBUS/I2C

　　對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服控制器的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，若使用C8051F330來(lái)作主控芯片，只需要增加少量外圍電路即可滿(mǎn)足系統(tǒng)需求，可以省掉傳統(tǒng)智能伺服控制器中所用到的許多獨(dú)立IC，如多路A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、看門(mén)狗、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(EEPROM)、基準(zhǔn)電壓源。這樣整個(gè)系統(tǒng)成本就大大降低了，本文實(shí)現(xiàn)的基于C8051F330的智能伺服控制器最終成本和傳統(tǒng)模擬伺服控制器成本差不多。

　　圖1是智能伺服控制器原理框圖。

　　從原理框圖中可以看出伺服控制器的工作原理是：

　　控制系統(tǒng)輸出一個(gè)4～20mA的開(kāi)度控制信號(hào)，伺服控制器將此開(kāi)度控制信號(hào)與位置傳感器采樣到的閥位值進(jìn)行比較，如果當(dāng)前閥門(mén)(或風(fēng)門(mén))的開(kāi)度與控制信號(hào)開(kāi)度指令一致，伺服控制器則會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，最終驅(qū)動(dòng)閥門(mén)(或風(fēng)門(mén))的開(kāi)啟或關(guān)閉，以達(dá)到控制閥門(mén)(或風(fēng)門(mén))開(kāi)度的目的。同時(shí)伺服控制器實(shí)時(shí)地將閥門(mén)(或風(fēng)門(mén))的開(kāi)度轉(zhuǎn)換成4～20mA閥位開(kāi)度信號(hào)后輸出給控制系統(tǒng)。

圖1 智能伺服控制原理框圖

　　C8051F330中我們用到的混合資源有：

　　(1)8KFlash程序存儲(chǔ)器

　　不僅將其作為程序空間使用，由于其具有在系統(tǒng)可擦寫(xiě)的特性，我們還將部分空間開(kāi)辟為各類(lèi)參數(shù)的存儲(chǔ)空間，這樣就可以省下一個(gè)EEPROM器件。

　　(2)內(nèi)部時(shí)鐘源

　　C8051F330含有兩個(gè)內(nèi)部振蕩器，一個(gè)24.5MHz的振蕩器，精度達(dá)到±2%，這一精度完全滿(mǎn)足本系統(tǒng)的需求，并且還可對(duì)其進(jìn)行多種分頻操作;另一個(gè)是80/40/20/10kHz低頻率振蕩器。我們采用了第一種振蕩器作為系統(tǒng)主頻。

　　(3)定時(shí)器及溢出中斷

　　用到了兩個(gè)定時(shí)器T0和T2，T0定時(shí)1ms并開(kāi)啟中斷，在T0溢出中斷主要完成鍵盤(pán)掃描功能。T2溢出頻率100K，T2用來(lái)定時(shí)啟動(dòng)A/D采樣，采樣頻率就是100K。

　　(4)A/D轉(zhuǎn)換器

　　用兩個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器分別對(duì)控制信號(hào)和閥位信號(hào)進(jìn)行采樣，另外還有一個(gè)通過(guò)對(duì)溫度進(jìn)行采樣。

　　(5)D/A轉(zhuǎn)換器

　　由于要求伺服控制器需要向系統(tǒng)反饋一個(gè)閥位開(kāi)度信號(hào)，所以我們需要將采樣的閥位值進(jìn)行D/A后傳輸給系統(tǒng)，C8051F330提供的D/A轉(zhuǎn)換器有10位分辯率，完全符合本系統(tǒng)的要求。

　　(6)基準(zhǔn)電壓源

　　A/D和D/A轉(zhuǎn)換器都需要基準(zhǔn)電壓源，C8051F330內(nèi)部同樣集成了一個(gè)2.5V精密電壓源，我們可以將其作為A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)源。

　　(7)片內(nèi)電壓監(jiān)視器及看門(mén)狗

　　C8051F330內(nèi)部集成的了電復(fù)電路和電源監(jiān)視電路，當(dāng)上電和電源波動(dòng)超過(guò)某個(gè)值時(shí)能可靠復(fù)位，另外本系統(tǒng)還使用了其自帶的看門(mén)狗，可有效防止程序“跑飛”。

　　(8)輸入輸出I/O口

　　3個(gè)輸入端口用于鍵盤(pán)接口，7個(gè)輸出端口各種狀態(tài)指示和電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制等。

2、小結(jié)

　　本文所介紹的基于C8051F330的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能伺服控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在滿(mǎn)足系統(tǒng)的智能化同時(shí)，大大降低了系統(tǒng)成本，本智能伺服控制器已投入市場(chǎng)三年多，證明其性能十分穩(wěn)定可靠。

參考文獻(xiàn)

　　[1]潘琢金.C8051F330/1混合信號(hào)ISPFLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].2003，12.