在联合机传动控制中，超喂、欠喂都属于同步运行，只是速差不同，显然用微机来实现这种控制具有更大的灵活性。

1.微机控制同步运行原理

图8-13为这种系统的原理框图，图中，M₁为主令单元，M₂为从动单元，KZ₁、KZ₂为原双闭环调速系统，MCS为单片机同步控制板。F_l、F₂为装在导布辊上的光电脉冲发生器，它将织物的实际线速度v₁、v₂转换成相应的频率f₁、f₂，单片机不断地检测两路频率值，并根据差值f₁-f₂输出一个控制量U_k，控制从动机M₂跟随主令机M₁。根据算法的不同，可实现无差跟随，或实现“超喂”、“欠喂”跟随。

图8-13 单片机预缩量控制框图

2.单片机控制的硬件电路

用8031单片机构成的用户系统硬件框图如图8-14所示。

图8-14 单片机构成的用户系统硬件框图

图中，用8031内部的定时计数器T₀、T₁分别对给定频率f_g和反馈频率f_f进行计数，并定时把f_g与f_f的值读入单片机，然后求取频差Δf=f_g-f_f，并进行适当运算后，从D-A输出控制电压U_k，从而控制电动机的转速，使f_f=f_g，实现频率跟踪或织物长度控制，所以8031需扩展外部存储器，扩展D-A芯片。同时为了显示电动机实际转速或显示瞬时频差Δf，8031还扩展了键盘、显示专用接口芯片8279，相应地还扩展了8253可编程定时/计数器芯片，用来产生秒脉冲定时中断信号，以得到正确的转速值。图中的其他环节在下面叙述中逐一介绍。

（1）片外程序存储器 8031本身没有片内存储器，外接一片2764作片外存储器，其地址的高8位接8031的P₂口，低8位经地址锁存器74LS373与单片机的P₀口相连，8031的地址锁存允许端ALE与74LS373的S端相连，用来传递锁存命令，ALE的下降沿把P₀口送来的地址锁入74LS373，而74LS373的输出允许端是接地的，所以其输入输出之间是直通的。8031的PSEN接存储器的输出允许端OE，用来传递存储器读选通信号。

（2）DAC 0832与8031的接口 DAC 0832是一个具有两级输入数据寄存器的8位D-A转换芯片。这里仅一路模拟量输出，所以采用单缓冲器工作方式，输出转换时间为1ms。0832与8031的接口逻辑如图8-15所示。

0832为电流输出，图中，I_out1为电流输出端1，I_out2为电流输出端2，R _fb为反馈信号输入端。V_CC为0832主电源，可取5V～15V，V_REF为基准电源，为简单起见，这里V_REF与V_CC连在一起，用同一电源供电。这里把模拟地AGND与数字地DGND连在一起。片选端接系统地址译码器74LS139的Y₄端，这里D-A芯片的口地址为8400H。其余控制端：数据允许锁存端ILE、DAC寄存器写选通端以及数据传送端直接接成有效状态。

图8-15 0832与8031的接口点电路

（3）8279及其与8031的接口 8279与8031的接口如图8-16所示。本系统中，只利用了8279的显示功能，所以只介绍与显示有关的模块功能，没有用到的引脚与模块不再说明。

8279的显示部分按扫描方式工作，可显示8位或16位LED显示块。按8279的内部结构，与显示有关的内部电路有如下几个部分，这里简单叙述其功能及使用方法。

1）I/O控制及数据缓冲器：数据缓冲器是三态双向缓冲器，它连接着内部与外部总线，用来传送CPU与8279之间的命令或数据。I/O控制线是CPU实现对8279进行控制的引线，其中是8279的片选信号，当时，8279才被允许读出或写入信息；、为来自CPU的读、写控制信号；A₀被用来区分信息特性，当A₀=1时，表示数据缓冲器输入为指令，而输出为状态字，当A₀=0时，输入、输出均为数据。

2）时序控制逻辑：控制与定时寄存器用来存放键盘与显示的工作方式，以及由CPU编程决定的其他操作方式。寄存器接收并锁存送来的命令，通过译码即产生相应的控制功能。

3）基本计数器：定时控制包含了基本计数器，其首级计数器是一个可编程的N分频器，分频系数N可编程为2～31之间的任一数，这样可对CLK上输入的时钟进行N分频，以得到内部所需的100kHz时钟，然后将100kHz再进行分频可得到键扫描频率和显示扫描时间。

4）扫描计数器：扫描计数器有两种工作方式。一种是编码工作方式，这时计数器以二进制方式计数，4位计数器的状态直接从扫描线SL₀～SL₃上输出，所以必须由外部译码器对SL₀～SL₃进行译码，以产生对键盘和显示器的扫描信号。另一种是译码工作方式，这时对计数器的低两位进行译码后从SL₀～SL₃上输出，作为4位显示器的扫描信号，所以只有RAM的前4个字符被显示出来。编码方式中扫描输出线高电平有效，译码方式中则低电平有效。

图8-16 382793与8031的接口电路

5）显示RAM和显示地址寄存器：显示RAM用来存储显示数据，容量为16×8位，显示过程中，存储的显示数据轮流从显示寄存器输出，显示寄存器的输出与显示扫描相配合，不断从显示RAM中读出显示数据，同时轮流驱动被选中的显示器件。显示地址寄存器用来寄存由CPU进行读/写显示RAM的地址，它可以由命令设定，也可以设置成每次读出或写入后自动递增。

（4）8279的软件编程 8279的初始化程序框图及显示器更新的程序框图如图8-17所示。

图8-17 8279的初始化程序框图

系统通过对8279编程写入8279的控制命令来选择其工作方式。8279在编程中设置的控制命令有如下4条。

1）键盘/显示方式设置命令字：该命令字用来设定键盘与显示的工作方式。该命令字的格式为

D₇ D₆ D₅ D₄ D₃ D₂ D₁ D₀

0 0 0 D D K K K

其中，D₇D₆D₅=000为命令字特征位；D₄D₃为显示器工作方式选择位；D₂D₁D₀为键盘、显示方式选择位。

这里D₄D₃显示方式定义如下：

0 0 为8个字符显示，左入口；

0 1 为16个字符显示，左入口；

1 0 为8个字符显示，右入口；

1 1 为16个字符显示，右入口。

所谓左（右）入口是指显示位置从最左（右）一位开始，依次输入显示字符逐个向右（左）排列。

命令字中的D₂D₁D₀键盘、显示方式定义在本系统中没有用到，在此不介绍。

本系统中该命令字设置为10H，为8×8字符显示，右边输入。

2）程序时钟命令；该命令用来设定对外部输入CLK端的时钟进行分频的分频系数N。N取值为2～31。8279需要100kHz的内部时钟信号。该信号来自8031的ALE端，8031的晶振频率为6MHz，而ALE的输出频率为晶振的1/6，所以本系统中取分频系数为10。

该命令字格式为

D₇ D₆ D₅ D₄ D₃ D₂ D₁ D₀

0 0 1 P P P P P(www.daowen.com)

其中，D₇D₆D₅为命令字特征位；D₄D₃D₂D₁D₀为分频系数。

本系统中该命令字设置为2AH。

3）写显示RAM命令：在CPU将要显示的数据写入8279的显示RAM之前，必须先用该命令来设定将要写入的显示RAM的地址。

该命令格式为

D₇ D₆ D₅ D₄ D₃ D₂ D₁ D₀

1 0 0 AI A A A A

其中，D₇ D₆ D₅为命令字特征位；D₄为自动增量特征位，AI=1，则每次写入后地址自动增1，指向下次写入地址；D₃D₂D₁D₀为显示RAM缓冲单元。

本系统中该命令字为90H。

4）清除命令：当CPU将清除命令写入8279时，显示缓冲器被清成初始状态，同时也能清除键输入标志和中断请求标志。命令字格式为

D₇ D₆ D₅ D₄ D₃ D₂ D₁ D₀

1 1 0 CD CD CD CF CA

其中，D₇D₆D₅为命令字特征位；D₄D₃D₂为设定清除显示RAM的方式。当D₄D₃D₂=100时，将显示RAM全部清零；D₁用来置空FIFO存储器，当D₁=1时，在执行清除命令后，FIFO RAM被置空，使中断输出线复位；D₀为总清特征位，D₀=1为总清。

本系统中该命令字为0D1H。

（5）8253的接口与编程 8253与8031的接口比较简单，硬件电路这里不再单独画出。8253是可编程的定时/计数器，它有3个独立的16位计数器。计数频率为0～2MHz，每个计数器有两个输入和一个输出线，它们分别是时钟CLK、门控GATE和输出OUT。当计数器减为零时，OUT输出相应信号。从门控线输入的信号用来起动计数器或禁止计数。

每个计数器都有6种工作方式，这6种方式的计数减量、门控作用、输出信号的波形都不同。计数器的工作方式及计数常数分别由软件编程来设定，可进行二进制或二至十进制计数或定时操作。工作方式的设定由CPU向控制寄存器写入控制字实现。

控制字格式为

D₇ D₆ D₅ D₄ D₃ D₂ D₁ D₀

SC1 SC2 RL1 RL0 M₂ M₁ M₀ BCD

（6）接口芯片的地址分配 上述接口的地址经74LS138译码器统一分配。8031与138之间的连接如图8-18所示。

可见，74LS138译码后的地址为8000H～87FFH。各芯片的地址分配为：8279芯片8000H；8253芯片8200H；0832芯片8400H。

图8-18 8031与138之间的连接图

（7）其他硬件电路 除上述硬件电路外，系统中还有时钟电路、复位电路、整形电路和防干扰电路等。

时钟由石英晶体与其外接电容构成并联谐振回路，接到8031的XTAL_l、XTAL₂端构成自激振荡器。

图8-19为系统开关复位电路，图中，R₁、C构成上电自动复位电路，SB为手动复位按钮。为使输入脉冲宽度和前、后沿符合要求，采用CD40106作整形电路。

在系统设计中，为了防止受到干扰，系统设计了相应硬件电路，如图8-20所示。这是一个由单稳态电路构成的漏脉冲检测电路，在系统主程序中加入了相应的语句，使8031的P_1.7引脚每隔Δt的时间输出一个脉冲，去触发单稳电路CD4528，即8031的P_1.7输出一个频率为的脉冲列。显然，当系统受到某种干扰，程序不能正常执行或出现“非”运行时，P_1.7的输出脉冲将丢失或消失。

图8-19 复位电路

图8-20 漏脉冲检测电路

该系统中，系统程序正常执行一个循环的时间为4～6ms，即P_1.7输出脉冲的周期Δt=4～6ms，为此设计单稳电路的延迟时间为7ms，一旦系统程序运行失控，延迟超过7ms仍没有触发脉冲到来，则单稳电路输出正跳变信号，使系统复位。

3.系统软件设计

运行过程中，单片机以一定的采样间隔采集给定脉冲f₁（或主令机编码脉冲）和被控电动机的反馈脉冲f₂，对其偏差信号Δf=（f₁-f₂）进行一定运算后，输出控制量U_k去控制从动机跟随给定值或跟随主令机。常用的控制算法是PI运算，可实现无差调节。

采用不同的偏差算式可获得不同的同步方案。例如：若对偏差Δf进行PI运算，则最后偏差为零，实现f₁=f₂的同步方式；若对Δf=[f₁-（f₂+x）]进行PI运算，则控制的结果是f₁=f₂+x，实现f₁>f₂的超喂运行。根据x的取值、采样周期以及编码器每周的脉冲数，可计算得相应的超喂量。反之，根据工艺上所要求的超喂量及已知其他参数，可折算出偏差值x。同理，若对算式Δf=[f₁-（f₂-x）]进行PI运算，则可获得欠喂运行。

实际控制中，由于8031单片机字长和运行速度的限制，以及编码器周脉冲数的限制，在编程中采用可变采样周期的运行方式，提高了系统稳定性。具体采样时间由调试确定，一般确定采样周期不大于10ms。高速时，根据分段范围缩短采样周期；低速时，以自然累计方式自动延长采样周期。实验表明，这种设计思想使系统运行稳定。系统主程序软件流程如图8-21所示。

图8-21 系统主程序软件流程图

图中“转速高位值”是指电动机转速“百”位值，如“7”指700r/min。为避免计数器溢出，程序中设计了满位保护，一旦计数器计满255，将产生中断申请，在中断服务程序中将8031的T₁、T₀计数器同时清零。系统有两个中断服务程序：一个是显示车速或速差中断服务程序；另一个是满位保护中断服务程序。两个中断服务程序的流程如图8-22所示。

图8-22 中断服务程序的流程如图

显示程序究竟显示从动机转速还是主令机与从动机之间的速差，可由操作人员按动与8031 P_1.6相连的按钮来切换。计算机在运行中巡检到P_1.6=“0”，则显示速差，否则显示转速。为节省篇幅，这部分软、硬件在前面硬件图及软件流程中均未画出。

上述两个中断服务程序中，设定T₀、T₁满位中断为高级中断，以保证系统正常运行。