基于單片機控制的連續式搗固車起撥道補償設計

2．2 起撥道補償控制系統要求
由模擬控制系統可知，起撥道補償控制系統主要包括模擬量輸入輸出、數字量輸入以及外部中斷信號。模擬量輸入包括7路：即衛星小車位置、左前起道量、右前起道量、后擺超高差、作業點理論正矢、前端偏移、模擬地；模擬量輸出有3路：包括左起道補償值、右起道補償值、撥道補償值；此外有2路數字量輸入，即左超高信號和衛星小車在后位信號。
對于系統的輸入信號范圍，由于其左右起道量的轉換關系為50 mV／mm，故根據最大起道量可得出其輸入電壓范圍為±7．5 V；而作業點的理論正矢傳感器轉換關系為25 mV／mm，故其輸入電壓范圍為±3．75 V；衛星小車位置可根據衛星小車驅動控制板位移傳感器得出，其輸入電壓范圍為±10 V；此外，其前端偏移量轉換關系為50mV／mm，輸入電壓范圍為±7．5 V。
而對于系統的輸出信號范圍，可根據補償算法反推，其輸出信號范圍為-3．1387～+1．046 V。

3 起撥道補償系統的硬件設計
3．1 硬件電路結構
根據系統需求，本文設計的基于單片機的多功能起撥道補償控制系統的系統結構如圖3所示。該系統以單片機為控制核心，外加模擬量采樣輸入單元A／D、模擬量輸出單元D／A、數字量輸入單元8255A、I2C通訊單元、串口通訊單元以及其他外圍電路構成。該系統具有可視化操作界面，可將不同車型的作業參數通過串口通訊的方式在顯示器上顯示出來，并可通過鍵盤修改作業參數，參數修改值可通過I2C通訊方式保存到一片EEPROM24C08存儲器中，從而可保證前后作業參數的一致性。

3．2 電路器件說明
系統的單片機采用的是DALLAS公司生產的DS80C320，該單片機與8051單片機的引腳和指令集均兼容。因其采用CHMOS工藝，因而具有高速度、高密度、低功耗等特點。DS80C320具有256個字節的內部數據存儲單元，其最大尋址能力為64 KB ROM和64 KB RAM，指令周期可由8031的12個機器周期縮短為4個，最高時鐘頻率為33 MHz，故可大大縮短指令周期，滿足系統的高速要求，同時具有雙數據指針，可利用雙數據
指針進行數據的快速移動，這一點在菜單修改和顯示時尤其重要，此外，DS80C320還具有可編程看門狗定時器和斷電預警中斷功能。
系統中的模擬量輸入單元采用BURRBROWN公司的A／D轉換芯片ADS7805和8通道多路選擇開關組成，并通過程序控制來實現對各通道模擬量的采樣與轉換。ADS7805采用先進的CMOS結構，是一個完整的16位A／D轉換器，其輸入電壓范圍為±10 V，可滿足系統輸入電壓范圍的要求，ADS7803的采樣頻率為100 kHz，且轉換精度高(ILSB=0．305 mV)，其最大積分非線性度為±3LSB，可滿足系統精度要求和信號范圍的要求。
模擬量輸出單元采用AD公司的D／A轉換芯片AD7841，該芯片的基準電源為±5 V，具有14位并行數據輸入，分辨率為14位，因而分辨率高(1LSB=1．22mV)，并可輸出8路模擬信號，輸出電壓范圍為-10～10 V。