超低频信号发生器的设计与实现
3 工程师,中国煤炭博物馆,030024太原;工程师,太原市东山煤矿,030043太原
收稿日期:2003-01-15
超低频信号发生器的设计与实现
贾树军3 焦保国3
3
摘 要 文章介绍了超低频信号发生器的设计与实现。
关键词 超低频信号 双CPU 通信 正弦波频率与幅度中图分类号 TP332 文献标识码 A 文章编号 1004—6429(2003)03—36—02
超低频信号发生器早期用于模拟某些控制系统调试时所
需的信号源,主要是采用了场效应管等纯硬件完成,
但波形在峰值时略有失真,效果不太理想。最近,笔者用单片机软硬件结合来设计,达到了意想不到的效果。
该超低频信号发生器采用了主———从式双CPU 结构,通过串行通信方式将两个CPU 联系起来。从CPU 控制产生0～20H z 频率变化的正弦信号,主CPU 控制所生信号的幅度,并且充分的利用了单片机强大的程序控制和计算功能,采用查表的方法利用软件生成了正弦信号,从而大大的节省了硬件开销,动态的实现了信号的模拟。
一、超低频信号发生器硬件组成及工作过程超低频信号发生器的硬件结构框图如图1所示。主要由以下部分组成:
①双机通信部分:实现主从CPU 的串行通信。②D/A 转换电路;把8031从单片机送来的正弦二进制数码变成正弦电压,其幅度由D/A 转换器2所输出的参考电压控制。③正弦信号的幅度控制电路:在8031主单片机的控制下产生一定幅度范围内的参考电压。④功率放大器把D/A 变换送来的正弦电压进行功率放大输出。
图1 超低频信号发生器硬件原理图
其工作过程是:由从CPU 查询频率存储单元(存放信号频
率值),并开始执行信号生成程序,通过D/A 转换器1和两级运算放大器,将数字量变成模拟量,从而得到超低频的正弦信号,其正弦信号的幅度控制由主CPU 控制D/A 转换器l 的参考电压,从而实现正弦信号幅度的控制,正弦信号的频率通过主———从CPU 的串行通信由主CPU 预置到从CPU 的频率存储
器单元。
二、超低频信号发生器的硬件电路设计
1.双机通信部分
超低频信号发生器由两个CPU 控制,主、从CPU 都以MCS 一51系列单片机8031为核心,配以锁存器74LS373和E 2PROM27128构成单片机最小系统。从CPU 主要是产生正弦信号,经过D/A 转换和运算放大器,输出正弦信号,其幅度、频率均受主CPU 的控制。主CPU 和从CPU 之间的通信采用串行通信,通信方式为异步通信,引脚是10(RX D )和11(TX D ),一个是接收,一个是发送。在本系统中主CPU 通过串行通信控制从CPU ,初始化串行口工作方式1,波特率为1200。
2.数模(D/A )转换部分
D/A 转换部分选用的是DAC0832。DAC0832是C M OS 工艺制造的8位单片D/A 转换器,属于R -2RT 型电阻网络的8位D/A 转换器,建立时间150ms ,为电流输出型,并且片内带输入数字锁存器。DAC0832与8031接成的是单缓冲方式,由于DAC0832是电流输出,而我们用的是模拟电压,在这种情况下,要将输出的电流转换成电压,转换电路接成同相电压输出形式,其输出电压V out =IR (1+R 2/R 1)。在D/A 转换电路中,I LE 接+5V ,片选信号CS 和转换控制信号XFER 都通过非门连到P2.7,这样输出寄存器和DAC 寄存器地址都是7000H ,“写”选
通线WRl 和WR2都和8031的“写”信号线连接,CPU 对0832执
行一次“写”操作,把一个数据直接写入DAC 寄存器,DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。这样,由CPU 送来的数据S DO ～S D7,通过DAC0832转换成电流输出,由R4、R5等将电流信号转换成电压信号,经反相放大得到了所需要的超低频正弦信号。
3.正弦信号的幅度控制电路
正弦信号的幅度控制电路如图1所示。由于改变D/A 转换器1的V REF ,脚的电压便能控制输出信号的幅度,因此利用主CPU 控制D/A 转换器2,使之输出不同幅度的电压,从而去控制D/A 转换器1的VREF 脚的电压,达到幅度控制的目的。D/A 转换器2的参考电压为+5V ,其输出模拟电压幅度也可通过硬件进行调节,这样幅度控制范围可以调节。 三、超低频信号发生器的软件实现
超低频信号发生器的软件的编制主要采用的是查表法。
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63?□信息技术 XX JS 山西科技2003年第3期
对于正弦信号,其每一个点的值的确定方法是:选取半个正弦周期,将半个周期分为254段,取254个点,让其最大值为#FFH ,因为所用的0832D/A 转换为8位的,这样可以充分保证其转换的精度,同时因为是超低频,频率范围在0.01～20H z 之间,所以两点之间的延迟时间完全可以满足D/A 转换的时间关系。正弦波幅值的计算公式如下:
A =1003sin (I 3π/255) I =1 (255)
正弦波的幅度主要采用由主CPU 控制D/A 转换的参考电压来控制,正弦波频率的变化由改变输出点之间的延时来实
现,根据正弦波的周期性和对称性来编制汇编程序,可以很方便地得到幅度和频率都受控的超低频信号。 四、结论
该超低频信号发生器能够动态地实现对特殊信号的模拟,采用了主———从式双CPU 结构,充分地利用了单片机的软硬件资源,硬件结构简单。经过实际测试,完全满足控制系统频域的开环增益、以及闭环带宽、峰值的测试所需激励信号的要求。
Design and R ealization of U ltra -low Frequency Signal -G enerator
Jia Shujun Jiao B aoguo
ABSTRACT :This paper introduces the design and realization of ultra -low frequency signal -generator.
KE Y WOR DS :ultra -low frequency signal double CPU communication sine -wave frequency and amplitude
3 太原理工大学理学院,030024太原
收稿日期:2003-03-05
FIX 组态软件在焦化配煤系统中的应用
张 鹏3
摘 要 文章结合实例,介绍了工业现场控制系统的通用设计思路及常见的注意
事项。
关键词 硬件结构 软件结构 编程软件 监控软件 系统组态中图分类号 TP13 文献标识码 A 文章编号 1004—6429(2003)03—37—02
一、引言
随着工业自动化控制水平的提高,每个行业的厂家都竞相
投入先进的生产设备以求在市场竞争中取得优势。焦炭行业作为一项支柱产业同样面临着这一挑战,再加上生产环境十分恶劣,许多岗位不宜人工值守,监控系统在该环节的投入势在必行。皮带运输是生产中十分重要的环节,任何一种操作都至关重要,因此应用在监控系统中的系统性能必须成熟可靠。神州煤电集团焦化厂采用西门子P LC 作为下位机,选用了比较成熟的监控软件IFIX 作为上位机软件。本文以该系统为例介绍了IFIX 在焦化备煤,配煤监控系统中的应用。 二、项目背景
焦化厂备煤系统受监控设备有9条皮带———东主皮带,西主皮带和备煤1#-7#皮带,1#-8#配煤皮带,给料机变频器,各配煤皮带对应的储煤仓,粉碎机;需要的监测信号主要有各设备当前运行状态信息值,如当前皮带带起停信息、皮带带速、皮带伺服电机电流,还有一些故障信息如皮带跑偏、堵转、热继故障等。需要的控制信号有:系统起车停车,单台设备起停车,手动自动选择,以及某些故障信号的解锁恢复等。控制中心设在地面,中部设备通过载波通信设备与前部上煤设备连锁。
三、监控系统的硬件结构
整个系统可分为两层:监控管理层和现场测控层。监控管理层由两台本地节点的上位机和数台远程节点的客户机共同组成C/S 瘦客户端结构。本地节点的上位机配有CP5611现场总线接口卡,它可从Profibus -DP 现场总线中获取P LC 等数据采集设备中的数据。为了保证系统的稳定性,系统运用了双机冗余,将另一台工控机通过同样的现场总线接口卡CP5611与现场总线相连,若其中一台工控机发生故障,另一台可继续运行。各客户端工作站,亦称为远程节点,配有相同iwebserver 监控软件,通过本地网络服务软件向局域网发布数据信息。
现场测控层由P LC 及其所连接的胶带信息测控设备构成,P LC 负责现场数据采集和设备控制。本系统采用西门子公司300系列的P LC 。CPU315-2DP 集成了PROFI BUS -DP 现场总线接口装置。分布式I/O 系统在现场运行,并采用ET 200通讯?
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