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摘 要：由于交流伺服电机具有体积小、重量轻、大转矩输出、低惯量和良好的控制性等优点，因此已被广泛应用于自动控制系统和自动检测系统中。在自动控制系统中，交流伺服电机的作用是把控制电压信号转换成机械位移，也就是把接收到的电压信号转变成该电机的一定转速或角位移，因此可以用单片机实现对伺服电机的控制。本文介绍了通过使用C8051F060单片机产生的脉冲信号来控制伺服电机，具有成本低，控制灵活等特点。可以应用于各种场合。
关键词：单片机；伺服电机；控制系统
引言
在自动控制系统中，伺服电动机作为执行元件，作用是把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。它有直流电机和交流电机之分。其中交流伺服有更广的适用性。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向。本文介绍如何使用C8051F060来控制交流伺服电机，使电机运行于0-3000转/分钟的任意转速。
1 系统设计
系统选用的电机是松下交流伺服电机，通过单片机控制驱动器实现对交流伺服电机的控制。由独立键盘输入转速值，单片机把转速值信号转换为脉冲信号；差动驱动器把脉冲信号转换为差动脉冲信号后传输给伺服电机驱动器；驱动器根据脉冲信号控制伺服电机运转；驱动器接收编码器产生的反馈信号，根据反馈值与目标值进行比较，调整电机转动的角度位置，从而实现对交流伺服电机的闭环控制。为了实现对转台上CCD成像系统动态扫描精度的控制，选用的编码器为20位的增量式光电编码器。图1所示是伺服电机控制系统，它以C8051F060为核心，同时还有显示电路、编码器、编码器处理电路、RS485通信电路、伺服电机驱动电路、伺服电机。
2 电路及原理
2.1 主芯片介绍
C8051F060是SiliconLab公司出品的完全集成的混合信号片上系统型MCU。它使用了Cygnal专利的高速、流水线结构以及与MCS-51指令集完全兼容的CIP251微处理器内核。C8051F060具有P0-P7，共计8个端口，64个可以实际使用的IO。
2.2 LED电路
如图2所示，系统使用6个LED数码管显示伺服电机的转速，
LED数码管采用MC14489芯片进行驱动，MC14489采用SPI通信方式和CPU进行通信，可以节省IO口的使用。
2.3 编码器及处理电路
系统采用多个BCD拨码开关来设置系统运行参数。BCD拨码开关是十进制输入，BCD码输出，又称为8421拨码开关。每位BCD拨码开关可输入1位10进制数。每个BCD拨码开关后面有5个接点，其中C为输入控制线，另外4根是BCD码输出信号线。拨盘拨到不同的位置时，输入控制线C分别与4根BCD码输出线中的某根或某几根接通。其接通的BCD码输出线状态正好与拨盘指示的10进制数相一致，符合2-10进制编码关系。BCD拨码开关通过如图3所示电路，读取开关的设置。
BCD_S1-BCD_S8是BCD码输出信号线，BCD_1—BCD_6接的是BCD拨码开关的控制线C，每次P2.0跳变一次，就会选中具体的一个BCD拨码开关的控制线，再读取4根信号线上面的值，就可以将BCD拨码开关设置的值读取进来。根据设置的值，使电机运行于相应的转速。
2.4 频率输出
现有的伺服电机的控制方式有脉冲控制、模拟信号控制两种比较常用的控制方式，由于模拟信号控制方式对于速度变化不确定，而且精度很高的场合缺乏灵活性。故通常采用脉冲控制的方式。PWM信号的产生有许多种方式，比较常用的有模拟电路、单片机I/O端口的输出及单片机PWM部件的输出。本设计中采用C8051F020单片机内部的捕捉/比较寄存器来产生PWM信号。如下：启动PCA时钟计数器PCA0进行加1计数，当PCA0计数值与PCA0CPn相等时，CEXn引脚为输出高电平，当PCA溢出时。CEXn引脚输出低电平。因此改变PCA0CPn的值，可以输出占空比可变的波形。（黄慧，等.基于C8051F020的PWM输出频率分析[J].数据采集与处理，2009，10）本设计采用16位PWM输出，能受到高分辨率控制；允许CF以及CFFn中断；占空比为1/2，比较/捕捉寄存器初值经过计算为0x8000。PCA初始化程序如下：voidpcacsh（void）{PCA0MD=0x05；//选择定时器T0溢出作为PCA时基，即T0溢出一次，PCA计数加1次，允许CF标志产生中断请求。PCA0L=0x00；PCA0H=0x00；//赋定时计数器初值为0PCA0CPM0=0xcb；//设置PCA模块O为16位PWM输出，当CCFO=1时，允许CFFO。PCA0CPL0=0x00：PCA0CPH0=0x80：//设置比较/捕捉寄存器初值为0X8000，PWM信号占空比1/2PCA0CN=0x40；//允许PCA0定时计数EIEl=0x08；}
结束语
当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。其中，步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中：如加工中心，打印机、自动化生产线等等场合都可以得到应用。研究伺服电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。本系统是基于80C51的伺服电机控制系统，在脉冲控制控制作用下控制电机运行于0-3000转/分钟，并實现正转与反转。
参考文献
[1]彭小武，刘江涛，赖德全.伺服电机的发展及研究综述[J].南方农机.2019（12）
[2]白涛，吴振，陈若谜.基于单片机的伺服电机控制系统设计[J].微型机与应用.2015（24）
[3]袁顺娟.基于单片机的伺服电机控制系统的研究[J].科技信息.2013（05）
[4]万胜前.单片机在船舶伺服电机控制系统中的应用[J].舰船科学技术.2016（10）
[5]侯涛，李鸿征.直流伺服电机的单片机控制[J].焦作大学学报.2010（01）
[6]赵磊，王哈力，何绪锋，周永勤.基于单片机的交流伺服电机转速控制系统研究[J].现代电子技术.2009（16）
关键词：单片机；伺服电机；控制系统
引言
在自动控制系统中，伺服电动机作为执行元件，作用是把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。它有直流电机和交流电机之分。其中交流伺服有更广的适用性。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向。本文介绍如何使用C8051F060来控制交流伺服电机，使电机运行于0-3000转/分钟的任意转速。
1 系统设计
系统选用的电机是松下交流伺服电机，通过单片机控制驱动器实现对交流伺服电机的控制。由独立键盘输入转速值，单片机把转速值信号转换为脉冲信号；差动驱动器把脉冲信号转换为差动脉冲信号后传输给伺服电机驱动器；驱动器根据脉冲信号控制伺服电机运转；驱动器接收编码器产生的反馈信号，根据反馈值与目标值进行比较，调整电机转动的角度位置，从而实现对交流伺服电机的闭环控制。为了实现对转台上CCD成像系统动态扫描精度的控制，选用的编码器为20位的增量式光电编码器。图1所示是伺服电机控制系统，它以C8051F060为核心，同时还有显示电路、编码器、编码器处理电路、RS485通信电路、伺服电机驱动电路、伺服电机。
2 电路及原理
2.1 主芯片介绍
C8051F060是SiliconLab公司出品的完全集成的混合信号片上系统型MCU。它使用了Cygnal专利的高速、流水线结构以及与MCS-51指令集完全兼容的CIP251微处理器内核。C8051F060具有P0-P7，共计8个端口，64个可以实际使用的IO。
2.2 LED电路
如图2所示，系统使用6个LED数码管显示伺服电机的转速，
LED数码管采用MC14489芯片进行驱动，MC14489采用SPI通信方式和CPU进行通信，可以节省IO口的使用。
2.3 编码器及处理电路
系统采用多个BCD拨码开关来设置系统运行参数。BCD拨码开关是十进制输入，BCD码输出，又称为8421拨码开关。每位BCD拨码开关可输入1位10进制数。每个BCD拨码开关后面有5个接点，其中C为输入控制线，另外4根是BCD码输出信号线。拨盘拨到不同的位置时，输入控制线C分别与4根BCD码输出线中的某根或某几根接通。其接通的BCD码输出线状态正好与拨盘指示的10进制数相一致，符合2-10进制编码关系。BCD拨码开关通过如图3所示电路，读取开关的设置。
BCD_S1-BCD_S8是BCD码输出信号线，BCD_1—BCD_6接的是BCD拨码开关的控制线C，每次P2.0跳变一次，就会选中具体的一个BCD拨码开关的控制线，再读取4根信号线上面的值，就可以将BCD拨码开关设置的值读取进来。根据设置的值，使电机运行于相应的转速。
2.4 频率输出
现有的伺服电机的控制方式有脉冲控制、模拟信号控制两种比较常用的控制方式，由于模拟信号控制方式对于速度变化不确定，而且精度很高的场合缺乏灵活性。故通常采用脉冲控制的方式。PWM信号的产生有许多种方式，比较常用的有模拟电路、单片机I/O端口的输出及单片机PWM部件的输出。本设计中采用C8051F020单片机内部的捕捉/比较寄存器来产生PWM信号。如下：启动PCA时钟计数器PCA0进行加1计数，当PCA0计数值与PCA0CPn相等时，CEXn引脚为输出高电平，当PCA溢出时。CEXn引脚输出低电平。因此改变PCA0CPn的值，可以输出占空比可变的波形。（黄慧，等.基于C8051F020的PWM输出频率分析[J].数据采集与处理，2009，10）本设计采用16位PWM输出，能受到高分辨率控制；允许CF以及CFFn中断；占空比为1/2，比较/捕捉寄存器初值经过计算为0x8000。PCA初始化程序如下：voidpcacsh（void）{PCA0MD=0x05；//选择定时器T0溢出作为PCA时基，即T0溢出一次，PCA计数加1次，允许CF标志产生中断请求。PCA0L=0x00；PCA0H=0x00；//赋定时计数器初值为0PCA0CPM0=0xcb；//设置PCA模块O为16位PWM输出，当CCFO=1时，允许CFFO。PCA0CPL0=0x00：PCA0CPH0=0x80：//设置比较/捕捉寄存器初值为0X8000，PWM信号占空比1/2PCA0CN=0x40；//允许PCA0定时计数EIEl=0x08；}
结束语
当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。其中，步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中：如加工中心，打印机、自动化生产线等等场合都可以得到应用。研究伺服电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。本系统是基于80C51的伺服电机控制系统，在脉冲控制控制作用下控制电机运行于0-3000转/分钟，并實现正转与反转。
参考文献
[1]彭小武，刘江涛，赖德全.伺服电机的发展及研究综述[J].南方农机.2019（12）
[2]白涛，吴振，陈若谜.基于单片机的伺服电机控制系统设计[J].微型机与应用.2015（24）
[3]袁顺娟.基于单片机的伺服电机控制系统的研究[J].科技信息.2013（05）
[4]万胜前.单片机在船舶伺服电机控制系统中的应用[J].舰船科学技术.2016（10）
[5]侯涛，李鸿征.直流伺服电机的单片机控制[J].焦作大学学报.2010（01）
[6]赵磊，王哈力，何绪锋，周永勤.基于单片机的交流伺服电机转速控制系统研究[J].现代电子技术.2009（16）