以PC104和单片机为核心液压伺服控制系统设计与实现.docVIP

以PC104和单片机为核心液压伺服控制系统设计与实现 　　摘要:本文在计算机技术和液压伺服控制技术的基础上,设计了一种基于单片机和PC104的多通道液压伺服控制系统。采用一块核心板加多块伺服控制板的设计方法来降低难度和提高速度。伺服控制板采用新华龙单片机C8051F060设计,核心板采用PC104控制模块。核心板和伺服控制板通过双口RAM交换数据。 　　关键词: PC104 CPLD 双口RAM LabVIEW 　　 　　1 引言 　　 在悬架部件结构的静载试验、动载试验和疲劳试验中,电液伺服控制系统是必不可少的加载设备。早期的液压伺服控制系统都是采用模拟电路,模拟电路的抗干扰差,而且不能和计算机接口,系统的各通道之间很难相互协调工作。因此,难以用于汽车疲劳试验台。 　　 随着微电子技术、计算机技术、通信技术和数字技术等技术的迅速发展,现代伺服控制系统朝着高精度、高速度、高可靠性的数字电液伺服控制方向发展。数字电液伺服控制系统具有精度高,结构紧凑,控制方便等诸多优点。将它应用于汽车悬架和后桥的静载、动载和疲劳等试验设备能进一步提高了汽车悬架和后桥的试验水平,所以研究并开发设计汽车疲劳试验的电液伺服控制系统能促进我国汽车业的发展,具有很强的 　　现实意义。 　　 本文在电液伺服控制技术的基础上,对基于 LabVIEW和 PC104与单片机C8051F060的液压伺服控制系统进行了深 　　入的研究,本系统利用图形化编程工具LabVIEW软件编写的上位机人机界面具有易于操作,便于维护等特点。系统采用单片机 　　C8051F060采集数据,用PC104作为核心处理器进行实时控制器,达到了系统的精度要求。 　　2 液压伺服控制系统的总体设计方案 　　 本系统分为人机界面管理计算机和多通道伺服控制器,人机界面管理计算机和多通道伺服控制器通过串口线连接,如图1所示;多通道伺服控制器采用一块核心板加7块伺服控制板的设计方法进行总体设计核 　　心板和伺服控制板通过PC104总线连接,如图2所示。 　　 核心板利用PC104强大的数据处理能力来生成函数发数器并进行实时控制,伺服控制板采用单片机C8051F060来进行A/D、D/A采集和PID计算;核心板和底板之间通过双口RAM进行高速通信;这样的设计方法能??低难度并提高速度,并且稍加改动就能很容易地应用到其他领域。 　　 　　3 多通道伺服控制器的设计 　　3.1 多通道伺服控制器的硬件设计 　　 该系统的多通道伺服控制器的硬件设计如图3 所示,主要包括模拟信号输入接口电路、信号调理电路、时钟与复位电路、电源转换电路、PC104与C8051F060交换数据的双口RAM电路、 数据通信接口电路、功率放大等部分。 本文采用C8051F060自带外设 ADC 完成对信号的采集,用C8051F060自带的外高DAC实现数字信号向模拟信号的转换,转换的模拟信号经功率放大后输出。 　　 　　 双口RAM模块设计 　　 双口RAM两侧端口处具有独立的控制总线、地址总线和数据总线,与各种CPU接口设计简单,且与各种CPU性能具有高度的兼容性,因此易于在两个CPU之间实现并行通信。本文设计中用IDT7005S分别实现单片机和PC104计算机之间的高速通信。 　　(1)双口RAM左端与单片机接口电路设计 　　 在本文设计中单片机采用非复用方式和双口RAM左端的数据线、地址线相连。P7.0-P7.7和双口RAM左端的8位数据线连接,P6.0-P6.7和双口RAM左端的低8位地址线连接,P5.0-P5.4和双口RAM左端的高5位地址线连接。单片机的P5.5引脚和双口RAM左端口的旗语控制脚相连,为低电平时,对旗语空间操作;P5.6引脚提供双口RAM的左端口片选信号,为低电平时,双口RAM左端口有效。双口RAM低电平有效的引脚OEL、OER、R/WL、R/WR、SEML、SEMR、CEL、CER、INTL和INTR分别连接一个1K的电阻实现上拉。IDT7005S的主/从选择脚M/S接高电平,选择主模式。 　　 双口RAM芯片IDT7005S共有13要地址线,存储容量为8KB。根据地址线、旗语线、片选线的连接关系可知,IDT7005S的左端RAM地址选通空间为2000H―3FFFFH。 　　(2)双口RAM右端与PC104接口电路设计 　　 双口RAM分别通过其右端数据线、地址线和控制信号线映射在PC104。同时,PC104需要经过一定的地址逻辑选通才能对接口中的双口RAM进行访问。系统的逻辑选通、控制是由CPLD器件EPM7128实现的。为了减少接入CPLD地址线的条数,节省CPLD的I/O口资源,将地址线A13R-A19R接入地址比较芯片74HC688,与拨码开关