微機接口課程設(shè)計位移的測量

1、 課程設(shè)計說明書課題名稱： 位移測量與控制學(xué) 院： 機械工程學(xué)院專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化組 員： 陳杭宣 顧冬平 傅崢 陳杰指導(dǎo)老師： 陳志平 趙駱偉 王萬強 孔敏 張巨勇 日 期： 2012年5月20日 目 錄1課程設(shè)計任務(wù)書 1.1 任務(wù)要求3 1.2 設(shè)計項目3 1.3 主要技術(shù)要求3 1.4 主要完成任務(wù)3 1.5 提交成果4 1.6 注意事項42說明書正文52.1 前 言52.2 現(xiàn) 狀52.3 任務(wù)分析與方案設(shè)計 62.4 系統(tǒng)電路原理圖 82.5 元器件清單及參數(shù)選擇 122.6 軟硬件的調(diào)試 123. 心得體會144. 參考文獻165. 附錄161.課程設(shè)計任務(wù)書1.1

2、任務(wù)要求 在dais實驗臺基礎(chǔ)上設(shè)計并調(diào)試一個外接口電路，能夠測量和顯示所測量（依具體題目定）的值，且具有一定的控制功能，編程并調(diào)試完成整個開發(fā)系統(tǒng)。每組一題，分別由34位同學(xué)合作完成。本組要求為制作位移的測量與控制橋路放大電路，完成四位數(shù)數(shù)字式位移測量與控制。實現(xiàn)兩個位置之間的距離控制并顯示結(jié)果。1.2主要技術(shù)要求（1） 位移傳感器在電機的傳動下產(chǎn)生機械位移（手動模擬點擊傳動，用兩個led分別表示電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)），當位移量=2mm時，指示燈進入狀態(tài)1；當位移量=4mm時，轉(zhuǎn)換指示燈，進入狀態(tài)2。電機停止正轉(zhuǎn)而反轉(zhuǎn)；當位移量=2mm時，電機停止反轉(zhuǎn)而正轉(zhuǎn)。同時顯示當前狀態(tài)的位移值。（2） 多

3、個位置見距離的控制。位移傳感器在點擊傳動下離開坐標原點（手動穆尼點擊傳動，用兩個led分別寶石點擊的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)），當位移量=2mm時，轉(zhuǎn)換指示燈進入狀態(tài)1，當位移量=4mm時，轉(zhuǎn)換指示燈進入狀態(tài)2，當位移量=6時，轉(zhuǎn)換指示燈進入狀態(tài)3。電機停止正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。當位移量=-6時電機停止運行。1.3主要完成任務(wù) 1、查找相關(guān)資料，確定課程設(shè)計方案。 2、微機接口電路硬件的焊接、裝配、逐步排除故障及調(diào)試。 3、用protel2004繪制微機最小系統(tǒng)配置原理圖。 4、用protel2004繪制相關(guān)項目的接口原理圖。 5、編寫有關(guān)項目的程序，并進行調(diào)試。6、按照相關(guān)項目內(nèi)容要求，上機進行聯(lián)調(diào)。7、編寫課程設(shè)

4、計報告。1.4提交成果 1).課程設(shè)計說明書一本。（電子文檔和打印稿各一份） 要求：內(nèi)容完整，圖表完備，條理清晰，分析有據(jù)，計算精確。所附電路圖布局合理，清晰完備，圖形和符號要規(guī)范。 2). 所用元器件清單。 3). 電路實體一套。要求：該電路實體必須是經(jīng)過自己安裝調(diào)試通過并達到性能指標要求的電路實體。1.5時間與地點安排： 周一周二周三周四周五周六周日4.234.30上午3、4班下午1、2班3、4班1、2班3、4班晚上全體1、2班1、2班5.015.07上午1、2班3、4班下午3、4班1、2班1、2班3、4班晚上3、4班5.085.14上午3、4班1、2班下午3、4班1、2班3、4班1、2班

5、3、4班晚上1、2班1、2班5.155.21上午全體全體下午1、2班3、4班全體全體全體晚上3、4班全體時間安排表晚上時間:18:3021:00；上午:8:3011:30；下午:13:3016:304.23日晚,布置任務(wù)與接口電路知識授課1.6 注意事項1、 按時上下機，嚴禁玩游戲，注意公共衛(wèi)生。 2、 愛護實驗室內(nèi)一切實驗設(shè)施，違者按零分計。 3、 愛護借用的工具，丟失工具者按原價賠償。故意損壞工具者按零分計，并原價賠償。 4、 注意安全。下課時關(guān)閉總閘與空調(diào)，拔掉電烙鐵，關(guān)好門窗。5、 不準用筆在實驗桌上亂寫亂畫，否則按零分計。2.說明書正文 2.1 前 言 21世紀科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越

6、來越多的行業(yè)與領(lǐng)域需要計算機技術(shù)來進行自動控制，這也使得計算機技術(shù)在個行業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，也使得各個領(lǐng)域的成果、效率和質(zhì)量得到大幅度提高。各種微機控制系統(tǒng)在基本結(jié)構(gòu)上是類同的，主要由微機控制器、被控對象與借口電路（輸入、輸出及驅(qū)動接口電路）組成。根據(jù)被控對象的不同，微機控制系統(tǒng)又分為閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制信號輸出的大小）與開環(huán)控制系統(tǒng)，學(xué)好“微機原理與借口”是掌握微機控制系統(tǒng)原理與技術(shù)的基礎(chǔ)：而“微機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計”是鞏固、深化、掌握本門課程知識無可缺少的總要一環(huán)。2.2 現(xiàn) 狀當前，新技術(shù)正在突飛猛進地發(fā)展。微型計算機以它獨恃的價格和作用無孔不入地深入各個領(lǐng)域,它已成為衡量一個國家現(xiàn)

7、代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標志。微型計算機不但在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面有重要的應(yīng)用，在科研設(shè)備中也有比較普遍的應(yīng)用，而且在辦公自動化以及家庭生活中也已逐漸得到推廣和應(yīng)用。在機械控制中，隨著自動控制技術(shù)與計算機科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，制造業(yè)領(lǐng)域已大量采用計算機技術(shù)來進行自動控制，應(yīng)用微機可以大大提高產(chǎn)品精度、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，這對于推進科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代比,提高經(jīng)濟效益有著重大意義2.3 任務(wù)分析與方案設(shè)計(1)、任務(wù)分析本次課程設(shè)計要求實現(xiàn)對位移傳感器在電機傳動下產(chǎn)生機械位移并用程序控制dais上顯示的數(shù)據(jù)，包括軟件部分和硬件部分。硬件部分主要要求設(shè)計并焊接電路板，軟件部分要求編寫程序通過dais試驗臺用a

8、/d程序來實現(xiàn)位移的顯示。要求程序有如下功能：（1）指定位移電機的轉(zhuǎn)向 （2）dais位移的顯示 。組內(nèi)任務(wù)分工：軟件部分（兩人）陳杭宣 顧冬平硬件部分（兩人）傅崢 陳杰 (2)、方案設(shè)計橋路接口橋路接口連接傳感器與放大器額端口，它由rd1、rd2、rd3、rw6、c1及1、2、3、4傳感器接口輸入端所組成。1、2、3、4外接4個傳感器，同時3、4端接橋路工作電壓，1、2端輸出傳感器信號送放大器放大，在電路板設(shè)計中用5芯插槽。rd1、rd2、rd3、rw6、c1（c1為旁路電容）組成調(diào)整電橋平衡電路。在傳感器橋路中（金屬電阻應(yīng)變片），四個傳感器一般選擇相同阻值，則在靜態(tài)條件下處于平衡狀態(tài)（即輸

9、出為零）。當傳感器受力的作用產(chǎn)生的電阻率的變化破壞橋路的平衡狀態(tài)，就會輸出信號。ra、rb、rc、rd為傳感器，連接橋路時必須使產(chǎn)生不同應(yīng)變方向的傳感器連結(jié)，即ra為正應(yīng)變，rb為負應(yīng)變，rc為正應(yīng)變，rd為負應(yīng)變，否則橋路無輸出。橋路激勵電源電路由u4、q1、r10、r14、c5、r17、d3、c7組成產(chǎn)生穩(wěn)定的正電壓源，由u5、q2、r11、r13、r15、c6組成產(chǎn)生穩(wěn)定的負電壓源。正、負兩路電壓源經(jīng)rw5組合成正負橋路激勵電源，即傳感器橋路工作電壓。濾波電路電路由l1、l2、c2、c3組成濾波電路，可以降低電波干擾。. 限幅電路電路由d1、d2組成限幅電路。為避免輸入信號超過線性放大區(qū)

10、，用二個正反極性并接的二極管接入線中，將輸入信號限制在-0.6+0.6v范圍內(nèi)。橋路輸入放大電路由u1、r1、rw3組成正信號放大器，由u2、r2、rw4組成負信號放大器：其中rw3、rw4分別是調(diào)整u1、u2運算放大器的共模抑制電壓。將u1、u2的各自同相與凡相輸入端接地，調(diào)整rw3、rw4,使u1、u2的輸出端6腳輸出電壓為零，完成后恢復(fù)原來的電路。放大電路由u3、r4、r5、r6、r7、rw2組成該放大電路。其中r4、r5分別為正、負輸入信號電阻，改變r6、r7的值就能調(diào)整正負信號的放大數(shù)倍，rw2為調(diào)整u3的共模抑制電壓大小。信號輸出接口由rw1、r8、c4、jp1組成信號輸出接口電路

11、。調(diào)整rw1就能改變輸出電壓大小，這樣 能確保在最大量程時，輸出電壓不超過5v。聯(lián)機 1、對卡式結(jié)構(gòu)機型而言，把a/d區(qū)0809的cs端接譯碼輸出端y0插孔。 2、把a/d區(qū)0809的0通道in0用插孔針接至w1的中心抽頭v01插孔（05v）。 3、把0809的clk插孔與六位led顯示器左下方的ale插孔相連，vref端連接+5v；exic1上插上74ls02芯片，各接線按a/d實驗接線圖要求連線。 4、以連續(xù)方式從起始地址3390運行程序，led顯示器右邊二位顯示當前采集的電壓值轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，調(diào)節(jié)w1，led的內(nèi)容將隨著電壓變化而相應(yīng)變化，led以十六進制方式對應(yīng)顯示數(shù)字量d7d0。在8

12、086微機系統(tǒng)下配合程序，pcb板可以實現(xiàn)四位數(shù)數(shù)字式位移測量與控制。程序可以輸入不同的量程，當超過100的時候會提使二極管發(fā)光提示超出量程，并提供一定時間給予調(diào)整。當被測物在范圍之內(nèi)，通過ad轉(zhuǎn)換值與相應(yīng)的放大倍數(shù)相乘得到的數(shù)會在四位數(shù)led上顯示。2.4 系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)(1)、接口電路設(shè)計圖2-1 橋路放大電路圖2-2 8086最小模式系統(tǒng)配置原理圖(2)、各部件及其功用1、adc0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)adc0809管腳如圖2-3所示。各引腳的功能如下： 圖2-3adc0809引腳圖in7-in0 8通道模擬量輸入端。start啟動轉(zhuǎn)換命令輸入端。在該引腳上加高電平，即開始轉(zhuǎn)換。eoc轉(zhuǎn)換結(jié)束只

13、是引腳。平時它為高電平，在轉(zhuǎn)換開始后及轉(zhuǎn)換過程中為低電平，轉(zhuǎn)換一結(jié)束，它又變回高電平。oe輸出使能端。此腳上加高電平，即打開輸出緩沖器三態(tài)門，讀出數(shù)據(jù)。add-c、add-b和add-a選擇通道號輸入端。其中a是lsb位，這三個引腳上所加電平的編碼為000-111時，分別對應(yīng)于選通通道in0-in7。ale通道號鎖存控制端。當它為高電平是，講c、b和a三個輸入腳上的通道號選擇碼鎖存，也就是使相應(yīng)通道的模擬開關(guān)處于閉合狀態(tài)。clkadc0809需要外接時鐘，可從此腳接入。當vcc=+5v時，允許的最高時鐘頻率是1280khz，這時可達到tc=50s的最快的轉(zhuǎn)換速率。ref(+)、ref(-)兩個

14、參考電壓輸入腳。通常將ref(-)接模擬地，參考電壓從ref(+)引入。當ref(+)=+5v時，輸入范圍為0+5v。(3)、軟件設(shè)計開發(fā)2.5 元器件清單及參數(shù)選擇元器件清單：名稱型號數(shù)量/個集成芯片opo7dp3lm7412電阻510k182k110k11240k17.5k11k210013902變電阻20k210k25k2電容1000pf21uf30.1uf2二極管in40072穩(wěn)壓二極管6.8v1三極管c26551a10131參數(shù)選擇：單電源：+12v 分辨率：8位顯示精度：0.1mm 轉(zhuǎn)換時間：取決于時鐘頻率2.6 軟硬件調(diào)試（1）硬件調(diào)試： 電路板焊接完成后，連線接通電路板，用萬用

15、表測電路板輸出端的電壓，先順時針緩慢調(diào)整電位器rw6，這時萬用表的電壓讀數(shù)會隨著rw6的變化而發(fā)生遞減（遞增）的變化，當停止調(diào)整rw6時如果讀數(shù)繼續(xù)跳動而不會停止，說明焊接上可能出現(xiàn)虛焊或者元器件沒焊牢。如果讀數(shù)停止跳動，當繼續(xù)旋轉(zhuǎn)電位器rw6，電壓繼續(xù)發(fā)生變化，通過電位器rw6的順時針或逆時針的旋轉(zhuǎn)，如果萬用表中電壓的讀數(shù)能夠從正直遞減到零（從負值遞增到零），說明硬件調(diào)試成功。（2）軟件的調(diào)試：code segment assume cs:code,ds:code org 3390hh5: jmp startzxk equ 0ffdchzwk equ 0ffddhled db 0c0h,0f

16、9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h, 80h,90h,88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffh，0ch,0deh,0f3h buf db ?,?,?,?,?,?adport equ 0ffe0hstart: mov buf,00h mov buf+1,08h mov buf+2,00h mov buf+3,09h mov buf+4,00h mov buf+5,00hp5: mov al,00h mov dx,adport out dx,al ;選擇in0端口 call dis ;調(diào)用子程序dis mov dx,adport in al,dx ;取a

17、d轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)到al mov dx,0ffe4h not al out dx,al not al mov dx,adport in al,dx mov b1，33h mov ah，00h div b1 call ads ;調(diào)用子程序ads jmp p5 ;循環(huán)p5,使程序反復(fù)執(zhí)行ads: mov cl,al push cxmov ah,aland al,0fhmov buf+5,aland ah,0f0hmov cl,4shr ah,clmov buf+4,ahpop cx 在實驗系統(tǒng)上按要求連好線，裝載程序，編譯，執(zhí)行程序，顯示為零，加載，若能顯示預(yù)定的數(shù)據(jù)，說明軟件調(diào)試成功。3. 心得

18、體會課程設(shè)計心得： 這幾周我們機械設(shè)計專業(yè)進行了微機原理的課程設(shè)計，老師給我們布置了課程設(shè)計任務(wù)和注意事項，我們小組4個人做的是位移控制與測量的實驗。我們小組分工安排的時候我被安排在了程序設(shè)計，當時我就在想自己能不能編出程序來，這個問題讓我很煩惱。雖然電路板的焊接工作不是我做的，當我看見電路板焊好的時候，我覺得應(yīng)該是沒有什么問題的，可是到了調(diào)試的時候出現(xiàn)了很多問題，老師說我們的電路板不是用來測位移的，因為那個變化量太大了，但是我們也找不出問題的所在。本來是想接其他組的電路板用來答辯，但是我總覺得這樣不好，后來我們又問老師，又借其他組的電路板參照，其中的兩個電阻換了好幾次，最終在最后一天的答辯之

19、前把電路板調(diào)試好。雖然電路板的問題讓我們的答辯時間拖了很久，不過答辯還是蠻順利的。這次微機原理課程設(shè)計歷時三個星期，在整整三星期的日子里，其中還有五一的放假時間，本來計劃好的五一回家過生日，可是被這個課程耽誤了，很遺憾，可以說這次的課程真的是很累很累，最后前一天，一整個下午在實驗室，不停地弄電路板，改程序，身心疲憊?。〉强梢詫W(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。以前在上課的時候，老師經(jīng)常強調(diào)在寫一個程序的時候，一定要事先把程序原理方框圖化出來，但是我開始總覺得這樣做沒必要，很浪費時間。但是，這次課程設(shè)計完全改變了我以前的那種錯誤的

20、認識，以前我接觸的那些程序都是很短、很基礎(chǔ)的，但是在課程設(shè)計中碰到的那些需要很多代碼才能完成的任務(wù)，畫程序方框圖是很有必要的。因為通過程序方框圖，在做設(shè)計的過程中，我們每一步要做什么，每一步要完成什么任務(wù)都有一個很清楚的思路，而且在程序測試的過程中也有利于查錯。其次，以前對于編程工具的使用還處于一知半解的狀態(tài)上，但是經(jīng)過一段上機的實踐，對于怎么去排錯、查錯，怎么去看每一步的運行結(jié)果，怎么去了解每個寄存器的內(nèi)容以確保程序的正確性上都有了很大程度的提高。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為

21、社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多編程問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于迎刃而解。同時，在老師的身上我學(xué)得到很多實用的知識，在次我表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！經(jīng)過三周的努力，總算是把課程給完成了，不過這個課程設(shè)計書 也是讓我很頭痛??！不過我相信，群眾的力量是偉大的！經(jīng)過我們小組四人的共同努力還是把設(shè)計書弄出了

22、一個模版！謝謝小組的成員！希望以后我們有這樣的課程設(shè)計我們也能像這次這樣配合的很好，共同努力完成。對本學(xué)期實驗的評價趣味性強，不僅鍛煉能力，而且可以學(xué)到很多東西，在與老師和同學(xué)的交流過程中，互動學(xué)習(xí)，將知識融會貫通。老師提出的革新非常的好，認為本學(xué)期的實驗?zāi)Ｊ椒浅嵱?。但是提議可以申請將課程濃縮，在一定時間內(nèi)只做這個，只有高度的集中才能作出好的東西。時間的緊缺成為一個很大的問題。也希望老師可以為我們知道一下以后的發(fā)展方向。如果可以讓每個人都有動手焊接以及參與其他的各個流程，有專門的知道就更好了。4.參考文獻1 彭虎，周佩玲，傅忠謙. 微機原理與接口技術(shù)（第2版）。 電子工業(yè)出版社，20082

23、李國棟，汪新中，陸志平，周盛華.微機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計。浙江大學(xué)出版社，20075.附錄：參考源程序code segment assume cs:code,ds:code org 3390hh5: jmp startpa equ 0ffd8hpb equ 0ffd9hpc equ 0ffdahpctl equ 0ffdbhzxk equ 0ffdchzwk equ 0ffddhled db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffhbuf db ?,?,?,?,?,?adport e

24、qu 0ffe0hstart: mov buf,00h mov buf+1,08h mov buf+2,00h mov buf+3,09h mov buf+4,00h mov buf+5,00hp0: mov al,00h mov dx,adport out dx,al ;選擇in0端口 call dis ;調(diào)用子程序dis mov dx,adport in al,dx ;取ad轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)到al call ads ;調(diào)用子程序ads call p1 ;調(diào)用子程序p1 jmp p0 ;循環(huán)p0,使程序反復(fù)執(zhí)行p1: cmp bl,3dh mov al,80h mov dx,pctl out dx,al mov dx,pa mov al,0fh out dx,a