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n?22.75rmin?nmax满足要求。
第三章 控制系统的设计
3.1 控制系统总体方案
本系统使用AT89C51单片机作为核心的控制运算部分。连接在电机上的数字编码器在电机运转时发出的脉冲信号，经过自行设计和制作的脉冲鉴向电路，可以得到电机的运转方向；来自鉴向电路的正反方向的脉冲信号进入到两块8253计数器进行计数，以获得电机的旋转速度和位移；经过在AT89C51单片机上运行的各种控制程序的适当运算以后，输出的控制量经过两块DAC1208转换器变成模拟量，输出到两块UC3637直流电动机脉宽调制器，通过H桥开关放大器，作为执行机构的速度或者力矩给定，从而控制电机的运转，使整个AGV自动导引小车能够完成所设计的控制任务。
整个控制系统的组成框图如下：
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图3-1 控制系统的组成框图
3.2 鉴向
伺服电机根据控制要求能够工作在四个不同的象限，作为系统的状态检测部分，必须能够检测电机的转速及分辨电机不同的旋转方向。安装在电机旋转轴上的数字编码器在电机运转时能够产生相位相差90度的两路脉冲信号，电机的旋转方向可以由鉴向电路对此两路脉冲进行鉴向后获得，其原理如图3-2所示。V
图3-2 鉴向原理
伺服电机反转时，A相脉冲超前于B相脉冲90度，在cp十端输出反向计数脉冲，当正转时，B相脉冲超前于A相脉冲90度，在cp一端输出正向计数脉冲，见图3-3中的(b)和(c}所示，分辨出的脉冲进入脉冲计数电路进行计数，再由计算机读入进行处理。其电路图见图3-3中的(a)所示。
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图3-3 电机转向分辨电路
本次设计使用的数字编码器为500P/ R ,即电机每旋转一周输出500个脉冲,电机到车轮的减速齿轮的减速比为62 : 1 ,因此车轮每前进或者后退一周产生500×62 即31000个脉冲,可见分辩率非常高。编码器的脉冲输出为差动形式,鉴向电路接收差动形式的脉冲信号,鉴向后输入到8253计数器。 3.3 计数的扩展
为了得到驱动轮运转的速度、位移等,而数字编码器的输出经过鉴向电路提供的是电机的正转和反转脉冲,必须对这些脉冲分别进行计数、运算才能得到所要的速度、位移等状态量。本系统中使用了两块8253计数器,每块芯片具有三个16 位计数器。四个独立的计数器即1# 、2 # 、3 # 和4 # 分别用于两台电机的正/ 反转脉冲的计数。
8253可编程定时器／计数器可由软件设定定时与计数功能，设定后与CPU并行工作，不占用CPU时间，功能强，使用灵活。它具有3个独立的16位计数器通道，每个计数器都可以按照二进制或二－十进制计数，每个计数器都有6种工作方式，计数频率可高达2MHz，芯片所有的输入输出都与TTL兼容。
8253的内部结构框图如图3-4所示；引脚如图3-5所示。
图3-4 8253内部结构框图 图3-5 8253引脚图
U6地址为：8000H计数器0 8001H计数器1 8002H计数器2 8003H控制字 U7地址为：6000H计数器0 6001H计数器1 6002H计数器2 6003H控制字 U6读/写控制逻辑接线：CS?Y4，Q0?A0，Q1?A1； U7读/写控制逻辑接线：CS?Y3，Q0?A0，Q1?A1。
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U6芯片中计数器0和计数器1用于左轮电机正反转计数，并处于工作方式3。U7芯片中计数器0和计数器1用于右轮电机正反转计数，并处于工作方式3。在中断服务程序中,这四个计数器分别对两台伺服电机的正/ 反脉冲进行计数,所得到的计数值减掉上一次的计数值,就可以得到在这一时间周期内的各路脉冲数。右轮反转、正转和左论反转、正转的结果分别存于临时变量temp 1、temp 2、temp 3 和temp 4 中,在主程序中通过对它们进行运算就可以得到移动机器人的状态量了。 3.4 中断的扩展
AT89C51单片机是使用两个级联的8259A 中断控制器来控制中断的。主8259A 芯片
上的IRQ2 扩展成从片上的IRQ8~IRQ15 使用。8259A作为一种可编程中断控制器，是一种集成芯片。它用来管理输入到CPU的各种中断申请，主要外围设备，能提供中断向量、屏蔽各种中断输入等功能。每一个8259A芯片都能直接管理8级中断，最多可以用9片8259A芯片级连，由其构成级连机构可以管理64级中断。
8259A的外部引脚：
D7?D0：数据线，CPU通过数据线向8259A发
送各种控制命令和读取各种状态信息。
INT：中断请求，和CPU的INTR引脚相连，用来向CPU提出中断请求。
INTA：中断响应，接收CPU的中断响应信号。
图3-6 8259A引脚图 RD：读信号，低电平有效，通知8259A将某个
寄存器的内容送到数据总线上。
WR：写信号，低电平有效，通知8259A从数据线上接受数据（即命令字）。
CS：片选信号，低电平有效。
A0：端口选择，指出当前哪个端口被访问。 IR0?IR7：接收设备的中断请求。
CAS2?CAS0：级联端，指出具体的从片。在采用主从式级联的多片8259A的系统中，主从片的CAS2?CAS0对应连接在一起。
SPEN：主从片/缓冲器允许，双功能引脚，双向。它有两个用处：当作为输入时，
用来决定本片8259A是主片还是从片。作为输出时，当从8259A往CPU传送数据时，由
SPEN引出的信号作为总线启动信号，以控制总线缓冲器的接收和发送。
本次设计采用两片8259A进行级联：主片的IR引脚连接从片的中断请求INT，如果某一
2个引脚下面没有连接从片，则可以直接连接外部中断请求；而主片、从片的中断响应信号
INTA和数据信号D0~D7互相连在一起。主片CAS和从片CAS互相连在一起，当从片数量较
多时，可以在主片CAS和从片CAS之间增加驱动器。主片的SPEN接高电平。从片的
SPEN接低电平。在8259A的主从式级联方式中，中断的优先级设置类似于单片机的情况。
级联如图3-7所示。
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8259AU5主U8AT89C51U08259AU4从图3-7 8259A的级联
3.5 数摸转换器的选择
将数字量转换为模拟量的器件称为数/模转换器(digital-analog converter),简称为DAC。数/模转换器的主要技术指标有分辨率、转换精度、线性误差和建立时间。
分辨率 指最小输出电压与最大输出电压之比。本次设计采用DAC1208芯片，故其分辨率为
1?212?1??2.442?10?4。
转换精度 以最大的静态转换误差的形式给出。DAC1208芯片为12位数/模转换器其最大误差为:?A?1FSFS10???0.00122V,精度为?0.01％。 nn?112?12222线性度 指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。
建立时间 在数字输入端发生满量程码的变化以后，数/模转换器的模拟输出稳定到最终值±1/2LSB时所需要的时间，当输出的模拟量为电流时，这个时间很短。
DAC1208的内部结构及引脚如图3-8和图3-9所示。
CSWR1AGNDDI5DI4DI3DI2DI1(LSB)DI0VREFRfbDGND123456789101112DAC1208242322212019181716151413VccBYTE1/BYTE2WR2XFERDI6DI7DI8DI9DI10DI11(MSB)Iout2Iout1 图3-8 DAC1208的内部结构图 图3-9 DAC1208的引脚图
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74HC138