1、基于 kei C51 实现对变极性等离子焊控制系统编程第 33 卷第 1 期2003 年 1 月雹珲棱EleccWeldingMachineVoL33No.1Jan.2003罄霭囊擅捌缝擅陈克选.郝礼杰.李春旭.李鹤岐(甘肃工业大学材料科学与工程学院,甘肃兰州 730050)ControllingsysteminvariablepolarityplasmaarcweldingequipmentbasedonKeilC51programmingCHENKe-xuan,HAOLi-jie,LIChun-XH,LiHe-qi(CollegeofMaterialsScienceandEngineeri
2、ng,GansuUniv.ofTech.,Lanzhou730050,China)Abstract:KeilC51isakindofstructuredlanguagewithgoodflexibilityandhighefficiency.TheresultsshowthattheprogrammingwithC51inVPPAWcontrollingsystemhasbetterreadability,structureandrealizationofalgorithmthanwithassemblerlanguage,andcanfullymeettheneedsofequipments
3、ystem.Keywords:KeilC51;monolithiccomputer;timer8253;VPPAW变极性等离子弧焊 VPPAW(VariablePolarityPlasmaArcWelding),即不对称方波交流等离子弧焊,是一种电流频率,正负半波导通比及幅值均可单独调节的等离子弧焊方法【1.其核心和难点之一是如何实现电流频率,正负半波导通比及幅值的单独调节21.在主电路结构和功率元件确定后,与之匹配的控制触发电路即成为关键.当采用单片机实现控制系统功能时,以往大多采用汇编语言进行程序设计,这虽可设计出较为紧凑且执行速度较快的程序,但却很烦琐,不易查错,程序编写效率也不高.以
4、KeilC51为代表的单片机高级语言的出现,极大地提高了编程的效率,用它编制目标系统软件,会大大缩短开发周期,增加可读性,便于改进和扩充【1.因此,尝试采用 KeilC51 对所研制的变极性等离子弧焊设备控制系统进行编程,结果表明,能较好地实现控制系统的功能.1 控制系统组成及主要技术指标收稿日期:20020801作者简介:陈克选(1962 一),男,山西临猗人,副教授,在读博士,主要从事焊接设备及工艺的教学与科研工作.1.1 控制系统组成为实现变极性等离子弧焊设备电流频率和正负半波导通比可变,在此采用 80C552 单片机控制 8253定时器,通过程控产生频率和占空比可调的方波信号,经驱动模
5、块 EXB841 控制主电路中 IGBT 的导通,关断时间,且在 8253 起动后,可以完全脱机运行,CPU 可进行其他处理,从而提高了 CPU 的工作效率.80C552 上电后,通过 A/D 模数转换口采集信号经计算给 8253 赋值.显示模块显示当前频率和导通比.控制系统框图见图 1.1.2 控制系统的主要技术指标变极性电流频率 20500Hz,正负半波导通比调节范围 10%90%, 显示当前电流频率和导通比.当IGBT 过流时,显示特殊字符 FF.2KeilC51 的特点KeilC51 是德国 Keil 公司推出的将单片机开发与仿真环境相结合的新一代软件.KeilC51 除具有一般高级语
6、言的特点外,还能直接对单片机的硬件进行操作,算法的实现和运算能力也较强.KeilC51 标究与设计陈克选等:基于 KeilC51 实现对变极性等离子焊控制系统编程第 1 期图 1 控制系统结构框图准 C 编译器为 8051 微控制器及其衍生产品的开发提供了 C 语言环境,还保留了汇编代码高效,快速的特点.C51 被完全集成到 uVision2 的集成开发环境中,uVision2 包含:编译器,汇编器,实时操作系统,项目管理,调试器.KeilC51 还具有基于 Windows 的开发平台的 dSeoppe 一 51 模拟调试器.uVision51 负责创建包含源文件的工程,再由 C51 编译或是
7、 A51 汇编器生成可重定位的目标文件,它有可能被 LIB51 库文件管理器使用,生成相关的库文件,然后目标文件和库文件一起经过连接,定位器处理,产生绝对目标文件或模块,最后用户可调用 dSeope51 模拟调试器对源程序进行各种观测,调试或是使用仿真器进行在线仿真调试.当源程序满足设计要求后可生成 HEX 文件烧录至 EEPPOM 或 EPROM 中进行现场调试,可缩短单片机开发周期.3 软件流程和实现3.1 软件流程80C552 的模数转换器由 8 输入模拟开关和 10位 ADC 组成.基准电压和模拟电源分别连接到外部引脚,输入电压 0-+5V.电路中的电位器直接接模数转换器的 ADC1
8、和 ADC0.ADC0 采集频率信号,ADC1采集导通比信号.DAC 电阻网络两端的基准电压引脚+-5V,一=0V,当电位器输入电压在 V之间,模数转换器可以获得 10 位的转换结果.模数转换器转换结果可由下式计算:r,r,模数转换器转换结果值-024xU,in-(-Uref,).Ufef-(urefJ8253 内部有 3 个相同的 16 位减法计数器,每个计数器均可独立工作41.这里计数器 0 采用方式 3,即方波发生器方式.计数器 1,计数器 2 采用工作方式 1.为实现来自单片机控制驱动电路的信号分别触发主电路的 2 个 IGBT,使其轮流导通和关断,从而实现电流频率和正负半波导通比的调
9、节,但由于IGBT 通常只能承受 10 的短路电流,所以必须有快速保护电路.当过电流检测信号超过设定值时,系统调用报警程序,关断输出信号,LED 显示过电流标志.软件流程图见图 2.主程序开始初始化工设置中断工检测值处理._-_-_.一.I.一赋值与显示处理二工二给 8253 赋值广Nl中断处理程序A/D 检测值LED 显示预设值图 2 主程序流程图3.2 程序具体实现为了充分利用 KeilC51 高级语言的优点,将程序分成若干个程序模块,每一个模块用来实现一个特定的功能.当每个程序模块满足要求时,将模块添加在一起,很容易实现结构化的程序设计.利用dSeope51 软件仿真调试器分别调试程序模
10、块,大大加快程序的编制和调试时间.下面是 2 个具有代表性的模块.a.A/D 采样模块当单片机上电时,首先对 A/D 模数转换口进行采样.在使用 80C552 内部 ADC 时,ADCS 和 ADCI必须在编程 AADR0AADR2 之前予以清零.必须先对 AADR0AADR2 编程以确定 ADC 通道,然后再置位 ADCS(软件起动).在使用查询工作方式时,测试 ADCI 位以决定 A/D 转换是否结束,而不测试 ADCS位.因为当使用软件起功 ADC 时,在向 ADCS 写入“1“与从 ADCON 寄存器中的 ADCS 位读出“1“状究与设计量珲俄第 33 卷态之间存在 2 个机器周期的延
11、时.#defineADEX0)【00禁止外部输入,只能由软件起动入 A/D 转换;#defineADC10xl0/ADC 中断标志.A/D 转换结束时,由硬件置位.#defineADCs0x08/ADC 起动和状态标志.该位置为“1“时起动 A/D 转换.for(i=0;i2;i+)f/对 AD2 个口进行采样unsignedintADi】ADCON=0;/ADCS 和 ADCI 必须在编程AADR0AADR2 之前予以清零.ADCON=i;/对 AADR0 AADR2 编程以确定ADC 通道ADCON=ADC0NIADCS;软件起动 A/D 转换while(ADCONADCI)=0);/检测
12、 A/D 转换结束否当 A/D 转换结束后,该位清“0“returnf1*(256*ADCH+(ADCON0xc0)610x3fQ;l1/转换结果的高 8 位存放在特殊功能寄存器 ADCH 中,低 2 位存放在特殊功能寄存器 ADCON的最高 2 位 ADC.0 和 ADC.1 中.为确保采样值的正确,除保留低 10 位外,其余位被屏蔽.ADO】,AD1】中存放相应的频率及导通比.b.8253 触发模块为了精确控制 8253 的脉冲信号,对 8253 触发模块采用 KeilC51 和汇编语言联合编程.要把汇编程序加入到 C51 程序中必须使汇编程序像 C51 程序一样有明确的边界,参数,返回值
13、和局部变量.一般来说用汇编编写的程序变量的传递参数所使用的寄存器是无规律的.这使得在用汇编语言编写的函数之间传递参数变得混乱,难以维护.将具有汇编功能的函数形式象 C51 函数,并按照 C51 的参数传递标准,可使程序有很好的可读性并有利于维护.而且这样编写出的程序很容易和 C51 编写的函数进行联结.汇编程序中,每一个功能函数都有自己的代码段.如果有局部变量的话,每一个功能函数都有相应的存储空间.?PR?一 shifiR17ASMSEGMENTCODE;定义程序代码段?DT?一shiftR17ASMSEGMENTDATAOVERLAYABLE;定义可覆盖局部数据段PUBLICshiflR1;
14、公共符号定义RSEG?D,r?一 shiftRl?ASM;可覆盖局部数据段?_shiflR17BYTE:;起始地址?36?锄鳓一_ 一x?040:DS4;定义传递参数字节RSEG?PR?_shiftR17ASM;程序代码段一 shiflR1:;起始地址USING0MOVx?040+03H,R7;定义传递参数字节MOVx?040+02H.R6MOVx?040+01H.R5MOVx?040.R4MOVDPTR,加 BFFFH:8253 地址MOVA,#36H;8253To 的工作模式 3MOVXDPTR.AMOVA,#72H;8253T1 的工作模式 1M0VXDPTR.AMOVA,棚 B2H;8
15、253T2 的工作模式 1MOVXDPTR.AMOVDPTR,加 BF3FH;TO 的端口地址MOVA,30H;给 TO 赋值的低位放在 ROM30H中,改变 30H,T0 值发生变化MOVXDPTR.AMOVA,31H;给 TO 赋值的高位放在 31H 中,改变 31H,To 值发生变化MOVXDR.AMOVDR,加 BF7FH;T1 的端口地址MOVA,32H;给 Tl 赋值的低位,改变 32H,33H,T1 值发生变化MOVXDPTR.AMOVA,33H;给 T1 赋值的高位放在 32H 中MOVXDPTR.AMOVDPTR,加 BFBFH;T2 的端口地址MOVA,34H;给 T2 赋
16、值的低位,改变 34H,35H,T2 值发生变化MOVXDPTR.AMOVA,35H;给 T2 赋值的高位放在 35H 中MOVXDPTR.AMOVR7,x?040+03H;程序变量的传递参数MOVR6.x?040+02HMOVR5.x?040+01HMOVR4.x?0407C0001:RETEND;调用汇编函数结束4 结论研究与设计陈克选等:基于 KeilC51 实现对变极性等离子焊控制系统编程第 1 期a.利用 C51 对变极性等离子焊控制系统编程与传统的汇编语言相比,可读性和可移植性都较好,而且调试和排错也较简单,在实现算法上 C51有较强的优势,可使编程人员只关注问题的本身及算法的优缺
17、点,而不考虑具体在单片机中的实现.b.利用 C51 中调用汇编函数达到只有用汇编语言才能解决的精确定时问题.通过对 8253 定时器中寄存器的赋值的不同,可输出 2 路频率和脉冲宽度可调且具有死区时间段的脉冲信号.c.采用以单片机 80C552 为核心组成的变极性等离子焊设备控制系统,可满足对电流频率,正负半波导通比调节和控制的要求.参考文献:【l】TomsieM,BarhotstS.KeyholePlaBmaArcWeldingof 舳删.姗IlwithVaxiablePolarityPowerJ.WeldingJournal,1984,(2):2532.【2】陈克选,王雅生.具有不同通道变
18、极性等离子弧焊设备研制J1.甘肃工业大学,1999,25(2):13-16.【3】徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言 C5lWindows 环境编程与应用MI. 北京:电子工业出版社,1992.4】李华 .MCS-5l 系列单片机实用接口技术 MI.北京:北京航空航天出版社,1993.电焊机杂志由国家科委批准,成都电焊机研究所主办,1971 年创刊,以报导焊接设备为主兼有焊接工艺,焊接材料和使用维修等内容,国内外公开发行的国家级应用技术刊物.读者对象主要为国内外从事电焊机制造以及汽车,造船,航空航天,锅炉及压力容器,重型机械,金属结构,电力修造等行业的技术人员和大专院校焊接专业师生以及企业管理人员,焊接设备的使用维修人员.从 2002 年第 1 期开始,在“使用与维修“ 栏目长期连载的“ 焊接与切割设备的使用和维修“,深受用户和焊工的欢迎 .电焊机杂志曾多次荣获机械工业部,四川省新闻出版局,四川省
