80C196KC的原动机仿真系统的设计

翟微

摘要：基于80C196KC的原动机仿真系统借鉴并发扬了以往原动机各个模块仿真系统数学模型的学术成果。该仿真系统通过采用相关的计算机模拟软件来提高原动机整体的稳定性、可靠性和控制精确度，通过这些性能的提高简化原动机系统的硬件线路，包括电流调节器线路、触发器线路、调速器线路等。我们通过对该系统进行一系列的静态、动态检测发现，基于80C196KC的原动机仿真系统不仅比设计模拟电路具有更出色的效果，而且该系统能更精确地对原动机的自动平衡与原型调速器进行仿真模拟。

关键词：原动计算机；仿真系统；设计

1 原动机系统的基本结构

在实验室环境中，我们无法对真实的大型原动机，如汽轮机和水轮机进行检测与调试，必须借助原动机仿真系统对原动机及其内部的各个模块进行模拟，以便对原动机电路系统中大规模的干扰问题和机电暂态过程进行模拟检测。现阶段在我国为原动机建立的系统仿真模型大多采用模拟电路方式，虽然这种全模拟方式因省去了计算步骤而具有很快的响应速度，但模拟电路的相关设备内部结构十分复杂、电子元件容易老化与损坏、维修难度大且易受到外来干扰而导致检测结果缺乏可靠性。

本文介绍基于80C196KC原动机仿真系统，通过采用数字电路替代传统的模拟电路的部分功能，除了能克服以上讲到的模拟电路固有的缺点之外，还具备兼容性强、易于维护、成本低、体积小等优点。通过在仿真模型上添加人机通信模块来连接外部传感设备与触屏液晶面板，可以使实验人员能更直接地通过数字信号将各种运行参数上传到计算机。原动机仿真系统除了要对原动机本身进行数字化仿真模拟，还要对变速器进行仿真模拟。原动机通过串级连接将原动机与调速器连成一个整体，这个整体包含一个速度与电流组成的双闭环作为数字内环和一个单独速度环作为数字外环。

原动机系统为了实现自平衡，通过采用励直流电动机对原动机进行模拟。原动机仿真系统通过数字内环中电枢电流与转速的负反馈形成双反馈系统进行自我控制。

2 80C196KC单片机

单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机。它在一块芯片上集成了微型计算机的各个组成部件：微处理器（MPu）或中央处理器（CPU），存储器（包括随机存储器RAM和只读存储器ROM）和各种I/O接口电路（如并行I/O接口电路、串行I/O接口电路、定时器/计数器电路、A/D和D/A转换器电路等）。换句话说，一块芯片就是一台微型计算机。80C196KC具有以下特点：

（1）80C196KC采用通用寄存器组进行数据的输入与输出，克服了由c-51的内部结构而引起的累加器瓶颈，提高了CPU数据的读取与写入速度。

（2）额外增加了PTS板块，也就是外设事务服务器，PTS构成的高精度交流采样系统可以对多路信号进行采集，大大提高了CPU数据的随机读取能力。

3 控制系统硬件

3.1 实时转速的测量

旋转设备的转速通常是用光学编码器测量的，光学编码器通过向旋转设备发射脉冲信号，这些脉冲信号对因旋转设备的旋转产生的光隔进行感应，再通过施密特触发器将脉冲波形组成整形电路，再将电路信号输送给80C196KC单片机进行运算并得出旋转设备的转速。其他测量方法还包括通过M测速法计算在一定时间内脉冲发生装设产生的脉冲数来测量转速，适用于高速测量；T法测速通过两个脉冲的间隔宽度来确定两个脉冲的时间从而计算出旋转速度，适用于低速测量；当我们对测量精度没有那么严格的要求时，可以采用M/T法进行测量，同时通过3个计数器与计时器对定时时间、高频脉冲和输入脉冲进行测量。

3.2 主程序

主程序在启动时首先对数字内环中电枢电池速度与信号速度进行采集和测量，再通过闭环运算得出控制量，根据延迟角将控制量转化为脉冲触发时刻。

3.3 A/D转换

霍尔电压、电流传感器具有比较高的精度和运算速度等特点。霍尔传感器将励磁电流、电枢电流与端电压转换为相应的电流信号，再通过精密测量电阻将电流信号最终传输到传感器来完成A/D转换。

4 结束语

基于80C196KC的原动机仿真系统，通过一系列软件与硬件在最大程度上发挥了80C196KC单片机的强大性能，尤其是对SHI、HS0、A/D转换进行充分调动，使单片机通过相对简单的硬件结构就可以得到比较快的运算速度，使仿真系统能够适应更多的仿真参数。