探究电气传动控制系统中单片机技术的应用

李海　王慧　李瑛

摘 要：在信息化技术、自动化技术不断发展的今天，电气传动控制系统也逐渐迎来了改造升级的新机遇，而单片机技术的大规模应用，则是电气传动控制系统升级发展的必然选择。为了提升电气传动控制系统中单片机技术的应用效果，首先需要了解单片机技术和电气传动控制系统的概念，在此基础上对电气主回路、单片机系统、C程序与汇编程序的协同开发以及算法改进等应用要点进行深入研究。

关键词：电气传动控制系统 单片机技术

Exploration of the Application of Single Chip Microcomputer Technology in Electric Drive Control System

Li Hai，Wang Hui，Li Ying

Abstract：With the continuous development of information technology and automation technology， electric drive control systems are gradually ushering in new opportunities for transformation and upgrading， and the large-scale application of single-chip technology is an inevitable choice for the upgrading and development of electric drive control systems. To improve the application effect of the single-chip technology in the electric drive control system， it is first necessary to understand the concept of the single-chip technology and the electric drive control system， and on this basis， the collaborative development of the electrical main circuit， the single-chip system， the C program and the assembler， and the improvement of algorithms， etc. are studied in great depth.

Key words：electric drive control system， single chip microcomputer technology

1 引言

中国特色社会主义市场经济的高度发展，带动了技术转型、设备升级的热潮，而单片机技术的出现和发展，让电气传动控制系统的自动化成为现实，从实际应用情况来看，单片机具有功能性极佳、使用便利性突出等优势，在工业生产当中发挥了重要作用，而电气传动控制系统与单片机技术的结合，显然也有一定的现实意义。因此，对电气传动控制系统中单片机技术的应用进行探究可谓是势在必行。

2 相关概念

时代在发展、社会在进步，各种科学技术也始终处在不断升级的状态中，自动化技术和设备的应用，改变了我国工业生产的模式。单片机属于自动化控制技术当中的重中之重，它的合理应用能够提升生产的技术水平，并提升电气传动控制系统的运行效果[1]。为了更好地探究电气传动控制系统中单片机技术的应用策略，必须要了解以下两个概念：第一，单片机技术的概念。单片机技术指的是包含存储条、电路以及高性能处理器等设备功能的芯片，能够解决传统设备体积过大带来的一系列问题。另外，单片机技术的应用优势也十分明显，具有计算机的绝大多数使用功能，因此在实际应用中往往有着极佳的应用效果。它主要的作用在于进行自动化控制，在各行各业当中都有所体现，甚至改变了电气控制系统的运行模式，给人们的生产生活带来了巨大的影响。通常情况下，比较常见的单片机主要有PRINCETON结构以及HARVARD结构两种，其中又以后者更加常见。第二，电气传动控制系统的概念。所谓的电气传动，指的是将电能转换为机械能的过程，主要依靠电动机实现，这种设备具有突出的电能传输和分配能力，自动化控制效果比较好，因此电气传动控制装置越来越常见。而电气传动控制技术，值得则是利用电气传动装置对生产环节进行自动化控制的技术，在工业生产当中发挥着不可替代的积极作用。电气传动控制系统，是一种以中央处理器为基础的电气控制系统，具有自动化、智能化检测功能，近几年开始得到广泛应用，进一步提升了我国社会生产率，推动了中国信息化现代化建设的进程。除此之外，电气传动控制系统与信息化技术的结合，还衍生出了数字控制和数据通信等新功能，相比于传统控制系统而言，其控制效率又得到了进一步提升，在现代化工业生产当中扮演着极其重要的角色。

3 电气传动控制系统中单片机技术的应用

我国的单片机技术已经比较成熟，具有占用体积小、应用效果佳、使用便利性突出等一系列优势，得到了业界人士的一致好评和认可，从实际情况来看，很多电气传动控制系统都是以51系列的8位单片机为基础实现控制功能，然而在遇到高要求的情况下，8位单片机就不再具有应用价值，16位单片机则以更強势的功能取而代之[2]。因此，就以MCS-96系列的16位单片机为例，对探究电气传动控制系统中单片机技术的应用要点进行分析：

3.1 电气主回路

电气主回路的结构图（见图1）比较复杂，其中包含双极性的H桥结构，能够将交流电转换为直流电并为系统所用，通过并入大容量电容的方法实现稳压并作为主电源，并利用PWM进行调速，回路结构十分清晰、具有稳定的保护功能，在接入周边电路以后，即可驱动并发挥作用。

3.2 单片机系统

为细化分析结果，以MCS-96系列的80C196MC构成16位总线的单片机系统为例，探究单片机系统的应用价值和应用要点：首先，中央处理器当中的算术逻辑单元与8位单片机有一定的差异，传统的累加器结构被淘汰，引入了256字节的寄存器突破了过去中央处理器存在的瓶颈问题，保證了单片机系统的使用效果和数据处理能力。其次，在256字节寄存器当中，有24字节作为专用寄存器，剩余的都是通用寄存器，这样一来其寄存器的数量就远超常规单片机，能够在更多、更复杂的场景下发挥作用，解决服务中断带来的现场恢复及保护难题，降低数据复原成本，为程序设计人员提供一定的便利。第三，相比于传统的8位单片机系统，80C196MC具有波形发生器（WG），可以脱离外围元器件的支持而自主生成波形，同时波形发生器所具有的调节功能又比较成熟，有助于实现PWM波形功率的放大需求，还能够避免双极性H桥电路发生“共态穿通”问题，保证电源系统的稳定运行。最后，16位单片机系统的运行效率更高、执行速度更快，指令系统更加成熟，可通过20M赫兹的时钟、事件处理器阵列、外设事务服务器等一系列先进设备，实现电流和转速之间的妥善转换，解决了传统单片机系统转换速度慢、响应时间比较长的问题，有助于电气传动控制系统的顺利运行[3]。

3.3 C程序与汇编程序的协同开发

数据处理是汇编语言过程中最困难、最复杂的一个步骤，汇编语言并不支持单精度浮点运算，但是在单片机技术越来越成熟、应用场景越来越复杂的情况下，高精度算法开始成为必备要素。而C96则能够支持单精度的浮点运算，在绝大多数场景下具有可用价值，在有需要的时候还可以进行算法扩展，进一步提升其运算精度，更重要的是其算法设计已经基本完善，无需重新开发C程序可供选用，应用效益比较突出。但是与此同时也必须要认识到，在实现同样功能的情况下，C96程序编译连接生成的代码比汇编语言更长，因此针对一些对响应速度有要求的场景，程序设计人员往往会从执行速度入手，利用汇编语言实现模块功能。根据实际情况来看，无论是C96还是汇编语言，都能实现相应功能，在熟练度达标的情况下，新C96编译器的效率可以达到1.1，比汇编语言更加可观，比较熟练的程序员往往可以在更短的时间内利用C96完成开发任务，所需要的时间不足汇编程序时间的一半，双方的执行速度几乎完全相同，因此设计人员有必要结合具体需求选择开发方式。从上述分析可以发现，利用C96编写出来的程序具有更优秀的可读性，在后续扩展和修改过程中也更加方便，程序设计人员有必要根据实际情况，利用C程序与汇编程序进行协同开发[4]。

3.4 算法改进

算法指的是解题方案的准确而完整的描述，不同的算法能够在不同的时间和场景下完成不同的任务，在算法不合理的情况下，执行该算法将无法达到预计效果，想要保证电气传动控制系统中单片机技术的应用效果，就必须要对算法进行改进。从实际运行情况来看，计算转速和电流环的过程中，并不一定涉及到浮点运算模式，因此在进行算法改进的时候只考虑转速环情况即可。目前，电气传动控制系统中午常见的信号采集装置为转速编码器，80C196MC系列的单片机则利用相移计数器获取特定时间内的转速值，在定义域内该值必然是整数，所以转速编码器的精度就决定了转速的记录准确度，在时间T足够小的情况下，可将该段时间内得到的脉冲数值等同于转速值，在给定速度不变、输出波形周期不变的情况下，其输出同样为整数，所以在进行算法优化的过程中，只需要调整IP控制器的参数，就能够实现转速环的有效控制。

4 结语

计算机技术的不断发展，带动了单片机这种特殊的运算技术的进步，进而使电气传动控制系统的运行效果得到了前所未有的提升，这与新时期工业生产新要求不谋而合。工作人员必须要明确单片机技术和电气传动控制系统的概念，并以此为基础对算法改进、电气主回路等进行分析，明确电气传动控制系统中单片机技术的应用要点。除此之外，还需要对单片机技术等进行细致研究，争取推动我国电气传动控制技术的高速发展。

参考文献：

[1]俞汉忠.单片机技术在电气传动系统中的应用分析[J].数字技术与应用，2017（07）：15-16.

[2]苏健.电气传动控制系统中单片机技术的应用探讨[J].电子世界，2018（03）：56+58.

[3]李福成.试论单片机技术在电气传动控制系统中的应用[J].湖北农机化，2018（07）：51.

[4]王岩，王学昌，朱慧珠.简析单片机技术在电气传动系统中的应用[J].南方农机，2020，51（07）：234.