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

　　執(zhí)行機構(gòu)，又稱執(zhí)行器，是一種自動控制領域的常用機電一體化設備(器件)，是自動化儀表的三大組成部分(檢測設備、調(diào)節(jié)設備和執(zhí)行設備)中的執(zhí)行設備。主要是對一些設備和裝置進行自動操作，控制其開關和調(diào)節(jié)，代替人工作業(yè)。

　　我國的執(zhí)行機構(gòu)和伺服放大器是六十年代統(tǒng)一設計的，三十多年來在技術上沒有多大創(chuàng)新，最早的型號有DTZ和DTJ，此時執(zhí)行機構(gòu)和伺服放大器是獨立的，安裝時需要分體安裝，隨著電子技術的飛速發(fā)展，電子元器件的可靠性大大提高，集成度越來越高，將執(zhí)行機構(gòu)和伺服放大器融為一體也成為了可能，所有從九十年代開始紛紛出現(xiàn)了一些伺服一體化的執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品，但這個時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，進入二十一世紀，智能伺服控制器大量出現(xiàn)，但大都價格比較昂貴。有沒有辦法實現(xiàn)既便宜又智能化的伺服控制器，答案是肯定的。

1、基于C8051F330的低成本電動執(zhí)行機構(gòu)智能伺服控制的實現(xiàn)方法

　　C8051F330是一種完全集成的混合信號系統(tǒng)級單片機，片內(nèi)含一個CIP-51內(nèi)核，它的指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容。它除了具有標準8052的數(shù)字外設部件之外，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)字外設功能部件。CIP-51是一種增強的51內(nèi)核，其指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容，具有標準的8051的組織架構(gòu)，可以使用標準的803X/805X匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，70%的指令執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，是標準8051指令執(zhí)行速度的12倍，其峰值執(zhí)行速度可達25MIPS[1]

　　C8051F330包括的資源有：

　　●一個CIP-51內(nèi)核

　　●4個通用16位計數(shù)器/定時器

　　●一個具有增強波特率配置的全雙工UART(串口)

　　●一個增強型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個捕捉/比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)/定時器陳列(PCA)

　　●片內(nèi)上電復位、VDD監(jiān)視器、看門狗

　　●溫度傳感器

　　●片內(nèi)電壓比較器

　　●片內(nèi)集成基準電壓源

　　●17個端口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存儲器

　　●硬件實現(xiàn)的SMBUS/I2C

　　對于電動執(zhí)行機構(gòu)伺服控制器的應用來說，若使用C8051F330來作主控芯片，只需要增加少量外圍電路即可滿足系統(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立IC，如多路A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、看門狗、外部數(shù)據(jù)存儲器(EEPROM)、基準電壓源。這樣整個系統(tǒng)成本就大大降低了，本文實現(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4～20mA的開度控制信號，伺服控制器將此開度控制信號與位置傳感器采樣到的閥位值進行比較，如果當前閥門(或風門)的開度與控制信號開度指令一致，伺服控制器則會驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，最終驅(qū)動閥門(或風門)的開啟或關閉，以達到控制閥門(或風門)開度的目的。同時伺服控制器實時地將閥門(或風門)的開度轉(zhuǎn)換成4～20mA閥位開度信號后輸出給控制系統(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)可擦寫的特性，我們還將部分空間開辟為各類參數(shù)的存儲空間，這樣就可以省下一個EEPROM器件。

　　(2)內(nèi)部時鐘源

　　C8051F330含有兩個內(nèi)部振蕩器，一個24.5MHz的振蕩器，精度達到±2%，這一精度完全滿足本系統(tǒng)的需求，并且還可對其進行多種分頻操作;另一個是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)定時器及溢出中斷

　　用到了兩個定時器T0和T2，T0定時1ms并開啟中斷，在T0溢出中斷主要完成鍵盤掃描功能。T2溢出頻率100K，T2用來定時啟動A/D采樣，采樣頻率就是100K。

　　(4)A/D轉(zhuǎn)換器

　　用兩個通道的A/D轉(zhuǎn)換器分別對控制信號和閥位信號進行采樣，另外還有一個通過對溫度進行采樣。

　　(5)D/A轉(zhuǎn)換器

　　由于要求伺服控制器需要向系統(tǒng)反饋一個閥位開度信號，所以我們需要將采樣的閥位值進行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)基準電壓源

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

　　(7)片內(nèi)電壓監(jiān)視器及看門狗

　　C8051F330內(nèi)部集成的了電復電路和電源監(jiān)視電路，當上電和電源波動超過某個值時能可靠復位，另外本系統(tǒng)還使用了其自帶的看門狗，可有效防止程序“跑飛”。

　　(8)輸入輸出I/O口

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

2、小結(jié)

　　本文所介紹的基于C8051F330的電動執(zhí)行機構(gòu)智能伺服控制器結(jié)構(gòu)簡單，在滿足系統(tǒng)的智能化同時，大大降低了系統(tǒng)成本，本智能伺服控制器已投入市場三年多，證明其性能十分穩(wěn)定可靠。

參考文獻

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