图3Cymbal型复合压电作动器控制系统框图
该系统主要由微型计算机、单片机系统、差动变压器式位移传感器、液晶键盘显示模块、I/O通用接口等几部分组成。系统充分利用了C8051F021优越的运算性能（其峰值运算速度可达25 MIPS），丰富的片内资源（ADC、DAC、PCA、UART，TIMER等模块）和丰富的I/O接口，使得系统具有结构简单、功能强大、可扩展性强等特点。
图3中，LJD_IV+为中文液晶键盘显示模块，负责人机交互界面的管理。C8051 通过P2 、P3口完成对液晶或键盘的选通、锁存和数据交换。此外，C8051使用定时捕捉器PCA0产生86.4k的方波信号，为LJD_IV+提供时钟信号。
该系统中，C8051单片机的A/D、D/A参考电压均取其电源电压3.3 V，因而ADC输入和DAC输出的范围均为0～3.3 V。闭环系统将DAC0的输出经功率放大器放大后驱动压电作动器产生形变输出；将位移传感器反馈的电压信号经12位A/D转换器ADC0采样后与期望值进行对比，并用偏差值修正DAC0的输出。
2.2功率放大器设计
功率放大电路比较复杂。在本系统中，为了将0～3.3 V的D/A输出线性放大为－175～＋171.5 V输出，笔者设计了如图4所示的功率放大电路。
图4中PA85是APEX公司生产的功率放大器，可承受＋450 V单极性的工作电压或±225 V双极性工作电压，最大输出电流为200 mA。前两级放大（A1和A2）是为了将0~3.3 V的DA输出信号调整成为－5.0～＋4.9 V的电压信号。PA85采用正相放大的接法，放大倍数为102 kΩ/3 kΩ＋1=35倍。
图4中，由场效应管Q1和Q2构成的外部互补对称电路，起电流放大的作用。互补对称电路中RGS的主要作用是减少扰动，增加电路稳定性。电阻RGS的阻值不能太大，一般为几十到几百欧，这里RGS取160 Ω。RCL+和RCL－为功率电阻，当RCL+上的电流超过1.49 A时，三极管Q1导通，使场效应管Q3栅极和源极的电压钳制在0.7 V左右，从而完成对场效应管的过流保护；对于Q4也有相同的保护电路。
图4应用PA85的压电陶瓷驱动电路
器件的选用上，对于场效应管Q3来讲，当放大器输出电压为－175 V时，其承受的电压为350 V，所以应选择耐压值为350×1.5=525 V以上的场效应管。同理，Q4的耐压值也应在525 V以上。这里场效应管Q3和Q4所选的型号为VN0335和VP0335，其耐压值为550 V，耐流值为1.5 A。
2.3传感器信号程控放大
在该系统中，笔者选用了北京京海泉传感器公司的MA0.5型差动变压器式位移传感器，该传感器的测量范围为0~0.5 mm，信号输出范围为0~5 V，线性度《0？05%，分辨率为1 mV。