基于单片机控制的连续式捣固车起拨道补偿设计

2．2 起拨道补偿控制系统要求
由模拟控制系统可知，起拨道补偿控制系统主要包括模拟量输入输出、数字量输入以及外部中断信号。模拟量输入包括7路：即卫星小车位置、左前起道量、右前起道量、后摆超高差、作业点理论正矢、前端偏移、模拟地；模拟量输出有3路：包括左起道补偿值、右起道补偿值、拨道补偿值；此外有2路数字量输入，即左超高信号和卫星小车在后位信号。
对于系统的输入信号范围，由于其左右起道量的转换关系为50 mV／mm，故根据最大起道量可得出其输入电压范围为±7．5 V；而作业点的理论正矢传感器转换关系为25 mV／mm，故其输入电压范围为±3．75 V；卫星小车位置可根据卫星小车驱动控制板位移传感器得出，其输入电压范围为±10 V；此外，其前端偏移量转换关系为50mV／mm，输入电压范围为±7．5 V。
而对于系统的输出信号范围，可根据补偿算法反推，其输出信号范围为-3．1387～+1．046 V。

3 起拨道补偿系统的硬件设计
3．1 硬件电路结构
根据系统需求，本文设计的基于单片机的多功能起拨道补偿控制系统的系统结构如图3所示。该系统以单片机为控制核心，外加模拟量采样输入单元A／D、模拟量输出单元D／A、数字量输入单元8255A、I2C通讯单元、串口通讯单元以及其他外围电路构成。该系统具有可视化操作界面，可将不同车型的作业参数通过串口通讯的方式在显示器上显示出来，并可通过键盘修改作业参数，参数修改值可通过I2C通讯方式保存到一片EEPROM24C08存储器中，从而可保证前后作业参数的一致性。

3．2 电路器件说明
系统的单片机采用的是DALLAS公司生产的DS80C320，该单片机与8051单片机的引脚和指令集均兼容。因其采用CHMOS工艺，因而具有高速度、高密度、低功耗等特点。DS80C320具有256个字节的内部数据存储单元，其最大寻址能力为64 KB ROM和64 KB RAM，指令周期可由8031的12个机器周期缩短为4个，最高时钟频率为33 MHz，故可大大缩短指令周期，满足系统的高速要求，同时具有双数据指针，可利用双数据
指针进行数据的快速移动，这一点在菜单修改和显示时尤其重要，此外，DS80C320还具有可编程看门狗定时器和断电预警中断功能。
系统中的模拟量输入单元采用BURRBROWN公司的A／D转换芯片ADS7805和8通道多路选择开关组成，并通过程序控制来实现对各通道模拟量的采样与转换。ADS7805采用先进的CMOS结构，是一个完整的16位A／D转换器，其输入电压范围为±10 V，可满足系统输入电压范围的要求，ADS7803的采样频率为100 kHz，且转换精度高(ILSB=0．305 mV)，其最大积分非线性度为±3LSB，可满足系统精度要求和信号范围的要求。
模拟量输出单元采用AD公司的D／A转换芯片AD7841，该芯片的基准电源为±5 V，具有14位并行数据输入，分辨率为14位，因而分辨率高(1LSB=1．22mV)，并可输出8路模拟信号，输出电压范围为-10～10 V。