該測控器包括:4 路壓力信號、2路位移信號和2路電流信號的A/ D采樣,D/A輸出2路電流信號,通過功率放大器控制2個伺服閥,輸出2 路PWM信號通過濾波后變成正(余) 弦波,作為顫振信號,通過電位器可以方便地調(diào)整幅值,用來防止伺服閥的死區(qū),另外人機接口由6 個按鍵和LCD 顯示組成,按鍵可以實現(xiàn)上下左右移動、數(shù)值的加減和設(shè)定、一個功能鍵和確定鍵。LCD 的使用使人機界面非常友好靈活,方便了工人的操作和使用。
(1) 主控制器
本模塊采用TI的16位超低功耗單片機MSP430F167 ,程序存儲器32KB+256B flash ,數(shù)據(jù)存儲器1KBRAM,其內(nèi)部集成了多種外圍設(shè)備。
(2) 電源模塊
系統(tǒng)中電源通過廣州金升陽的VRA2412D-5W提供±12V給運放供電, 同時通過金升陽的WRB2405S-2W提供5V電壓給液晶提供電源和背光電源,5V電壓通過78L33提供3.3V給MSP430使用。(3)A/D模塊圖1 中運算放大器采用AD 公司的OP497 ,它是采用±12V供電的四運放。因為傳感器采樣的信號是0～10V,而MSP430的A/D只能接受0～2.5V的電壓,所以采用電阻分壓再通過運算放大器跟隨輸入MSP430F167的P6口,為了保護430單片機出現(xiàn)負(fù)電壓的情況,在跟隨器前加上bat54s保護電路使輸入控制在0～3.3V,430 的ADC12 內(nèi)置參考電源,而且參考電壓可通過軟件選擇2.5V或1.5V,也可以采用外部參考電源。
(4)D/A和PWM模塊
圖1 中D/A 經(jīng)功率放大器后輸出。采樣信號經(jīng)過PID 控制算法通過單片機的D/A模塊輸出,再經(jīng)過功率放大器輸出±100mA電流控制伺服閥,同時電流經(jīng)A/D后送LCD顯示。功率放大器采用的是BB 公司的OPA547T ,它是一種寬電壓輸入大電流輸出并且?guī)Э烧{(diào)節(jié)電流保護的功放,電源用±12V,輸出電流在0～750mA可調(diào),通過配置電阻調(diào)節(jié)。通過MSP430輸出PWM信號再經(jīng)二階RC 濾波可以得到正(余)弦波作為顫振信號,用電位器可以調(diào)節(jié)顫振信號的幅值�？梢钥朔�庫侖摩擦力的影響,從而防止伺服閥出現(xiàn)死區(qū)。原來的純模擬電路沒有加顫振信號,系統(tǒng)的零點漂移嚴(yán)重,伺服閥運動不平穩(wěn),而且由于運算放大器自身的漂移使系統(tǒng)工作更加不平穩(wěn)。
(5)LCD 顯示和按鍵模塊液晶顯示選用的是金鵬公司的OCMJ中文160×80的模塊,OCMJ中文模塊系列液晶顯示器可以顯示漢字、ASCII碼、點陣圖形和變化曲線的同屏顯示,并可通過字節(jié)點陣圖形方式造字,滿屏可以顯示5行10列50個漢字。它內(nèi)部自帶16×16點陣國標(biāo)一級簡體漢字和ASCII8×8(半高)和8×16(全高)點陣英文字庫,輸入?yún)^(qū)位碼或ASCII 碼即可實現(xiàn)文本顯示,非常方便。按鍵采用的是薄膜開關(guān)式按鍵,可以使儀表的面板簡捷、美觀。
2 　系統(tǒng)的軟件設(shè)計
軟件集成開發(fā)環(huán)境由著名的IAR公司提供的Embedded Workbench for 430 V3.10A。其特點有:①通用性�？梢栽赪indows環(huán)境下運行;分層的項目表示;直觀的用戶界面;工具與編輯器全集成;全面的超文本幫助。②編輯器。可以同時編輯匯編和C語言源文件;匯編程序和C 語言程序的句法用文本格式和顏色區(qū)別顯示;強有力的搜索和置換命令,而且可以多個文件搜索;從出錯列表直接跳轉(zhuǎn)到出錯的相關(guān)文件的相關(guān)語句;可以設(shè)置在出錯語句前標(biāo)志;圓括號匹配;自動縮進,可以設(shè)置自動縮進的空格;每個窗口的多級取消與恢復(fù)。系統(tǒng)的軟件框圖
如圖2 所示。

本系統(tǒng)的軟件采用“自頂向下”的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法,同時使用模塊化編程,使軟件可靠,通用性強且便于擴展與修改。主要包括系統(tǒng)初始化、A/D轉(zhuǎn)換、PID控制、D/A轉(zhuǎn)換、鍵盤管理程序、LCD顯示管理程序、PWM的輸出等。
(1) 初始化。主要是硬件初始化、I/O口的配置和液晶初始化。
(2) 數(shù)據(jù)采集處理程序。主要是對傳感器來的信號進行采集和A/D轉(zhuǎn)換,送PID處理,再通過D/A 輸出。
(3) 鍵盤管理程序。采用非編碼鍵盤的程序控制掃描方式。程序有以下功能:判別鍵盤上有無鍵閉合,消除鍵的抖動,判別閉合鍵的鍵號,并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序,進行鍵功能調(diào)用。
(4)LCD 顯示管理程序。主要包括液晶的驅(qū)動程序、用戶界面的輸入和顯示等。
(5) PWM輸出。通過定時器B 內(nèi)部寄存器可以方便地輸出占空比可調(diào)的方波。
MSP430 FLASH型都是由n 段主存儲器與2 段信息存儲器組成的,信息存儲器為每段128字節(jié),分別為信息存儲器A和B,主存儲器每段為512字節(jié)。所有型號器件的信息存儲器地址相同,從1000H～10FFH,可以作為EEPROM使用。該系統(tǒng)中的系統(tǒng)初始化的數(shù)據(jù)都放在A 段中,PID 參數(shù)、上次結(jié)束時的數(shù)據(jù)等都可以保存在這一段中,從而使系統(tǒng)具有記憶的功能。6個按鍵功能分別是上下、加減、模式選擇和功能確定,可以通過按鍵給PID 設(shè)定控制參數(shù)、位移設(shè)定、顫振頻率和波形的設(shè)定、人機界面的轉(zhuǎn)換和確定等。

3 　結(jié)語
系統(tǒng)經(jīng)過初步調(diào)試,基本能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)想的功能,運行比較平穩(wěn)可靠,伺服閥運動靈活平滑。系統(tǒng)在工作中銑刀工作平穩(wěn)、靈活,沒有出現(xiàn)卡刀等現(xiàn)象,切削出的銅管表面光滑,控制精度能夠達到±011mm。系統(tǒng)下一步打算換一種2KBRAM的MSP430F169 或更大RAM 的芯片,把嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-II 移植進去,這樣可以進一步增加系統(tǒng)的實時性、可靠性以及穩(wěn)定性。

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