基于單片機的繞線機控制系統(tǒng)的設計

1、2012屆本科生畢業(yè)論文 學號：1 繞線機的單片機控制系統(tǒng)設計 （論文） 院 系： 機電工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 姓 名： 指導教師： 畢業(yè)論文誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文單片機剪切機控制系統(tǒng)是本人在指導老師的指導下，獨立研究、寫作的成果。論文中所引用是他人的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標明。本聲明的法律結(jié)果由本人獨自承擔。 畢業(yè)論文作者簽名： 2011年 12月 5 日 基于單片機的繞線機控制系統(tǒng)的設計目錄摘要2第一章 緒論31.1提出問題確定設計方案31.2研究方法和內(nèi)容51.3本課題的研究意義和發(fā)展趨勢6第二章 控制系統(tǒng)硬件電路的設計

2、72.1 開關量接口電路72.2 擴展RAM接口電路112.3 復位、時鐘中斷部分電路162.4 執(zhí)行機構接口電路192.5 鍵盤和顯示部分接口電路22第三章 控制系統(tǒng)軟件的設計263.1 RAM地址分配及初始化263.2 控制系統(tǒng)主程序的設計293.3 控制系統(tǒng)子程序的設計31第四章 控制系統(tǒng)可靠性設計、綜合調(diào)試和誤差分析344.1 控制系統(tǒng)可靠性設計344.2 控制系統(tǒng)的綜合調(diào)試354.3 誤差分析36第五章 總結(jié)與展望37致謝38參考文獻39附錄一40附錄二44附錄三51摘要PLC繞線機存在著成本高，更換繞組品種困難，工作方式單一和人機交互不便等缺點。 原來的PLC繞線機生產(chǎn)的繞組已很難

3、滿足不斷發(fā)展的機電產(chǎn)品的要求。為解決此問題，我們研制了一種能代替PLC控制系統(tǒng)的新的控制系統(tǒng)單片機控制系統(tǒng)。本文論述了繞線機單片機控制系統(tǒng)的設計方法和過程，包括：硬件設計、軟件設計、可靠性設計等方面。硬件電路采用89C52單片機、先進的接口技術和大規(guī)模的集成電路設計而成。精密排線是通過單片機輸入的CP脈沖信號和方向信號準確控制步進電機的步進、跳段等工作狀態(tài)來實現(xiàn)的。方便良好的人機交互界面是用8279鍵盤/顯示集成芯片來實現(xiàn)的。本繞線機控制系統(tǒng)，既可以預先設定800種規(guī)格或型號的繞組，又可以根據(jù)用戶需求隨時設定新型繞組。單片機控制系統(tǒng)的繞線機具有自動化程度高、成本底、體積小、控制精確等優(yōu)點，具有

4、很好的經(jīng)濟效益和廣闊的發(fā)展前景。 關鍵詞：繞線機 單片機 控制系統(tǒng) ABSTRACT PLC winders have many disadvantages, such as not accomplishing accurate winding threads, being difficulty in work patterns and being not convenient in the exchange between people and machines. Winders controlled by PLC have not been satisfied with the mecha

5、nical and electrical products need. To overcome these problems, we researched into a new control systemSCM system for winder, This paper introduced the design method and reach process of SCM system for winder, including hardware design, software design, reliability design and so on. Hardware circuit

6、s are designed by means of 89C52, advancing interface technology, large integrated circuits and so on. Accomplishing accurate wind thread relies on the SCMCP pulse and direction signal, which can accurate control step motors step moving and jumping. The convenient control system can not only design

7、800 kinds of winding in advance, but also design winders at any time. SCM winders have many advantages, such as automatic work, price in prospects. The research success of SCM system for winder marked great advancement in the development of winder. Key words: wind SCM control system 第一章 緒論1.1 提出問題確定

8、設計方案一、問題的提出現(xiàn)行的繞線機主要是PLC繞線機，這種繞線機存在著更換繞組困難人機交互不便，工作方式單一，整個控制系統(tǒng)體積大。成本高等缺點。尤其是隨著機電產(chǎn)品對繞組質(zhì)量要求的不斷提高，原有的控制系統(tǒng)已很難實現(xiàn)高質(zhì)量繞組的要求。為此迫切要求有新型的繞線機的出現(xiàn)。二、明確課題任務本單片機控制的繞線機是用來生產(chǎn)機電產(chǎn)品所使用的繞組，為了實現(xiàn)高質(zhì)量的繞組，繞組的生產(chǎn)過程必須有一套精密的自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，對控制系統(tǒng)的要求是：1、提高繞組質(zhì)量，實現(xiàn)精密排線。2、整個控制系統(tǒng)自動化程度高、控制精確、操作簡便，成本低，體積小。3、有一個方便良好的人機界面，設計一個輸入鍵盤和兩個顯示部分，一部分顯示出：繞

9、組規(guī)格的編號、繞組的總匝數(shù)、慢繞匝數(shù)、跳距、排幅和線徑等數(shù)據(jù)，另一部分指示出工作狀態(tài)。4、廠家既可以預先設定800多種繞組，又可以根據(jù)用戶需要隨時設定新型繞組。5、繞線機工作系統(tǒng)方框圖和單片機控制系統(tǒng)方框圖參見圖1-2-1和圖1-2-2。三、確定設計方案明確課題任務后我們認為單片機控制系統(tǒng)能代替原來的PLC控制系統(tǒng)，并能很好的滿足對繞組質(zhì)量的要求。方案如下：1、 確定系統(tǒng)的I/O點數(shù)和通道：(1)輸入量點數(shù)的確定：系統(tǒng)的輸入量主要包括：主軸電機的測速信號、鍵盤輸入和一組開關量輸入。其中開關輸入量有8個，分別是：左限、右限、起止位置、斷線、起止位置、斷線、熱繼電保護器、氣壓欠壓、剎車、腳踏。(2

10、)輸出量點數(shù)的確定：輸出量包括： 驅(qū)動步進電機的信號(2個)、驅(qū)動繼電器工作的信號(5個)、驅(qū)動工作狀態(tài)的指示燈、驅(qū)動鍵盤顯示器18位7段LED數(shù)碼管。 (3) 輸入輸出通道： 除了鍵盤顯示器輸入輸出外，輸入通道2個分別是：轉(zhuǎn)速檢測信號的輸入通道和開關輸入量的輸入通道。輸出通道3個，分別是：驅(qū)動步進電機信號的輸出通道、驅(qū)動繼電器執(zhí)行機構的輸出通道、驅(qū)動工作狀態(tài)指示的通道。2、 選擇單片機：根據(jù)控制系統(tǒng)所需要的控制精度、響應速度、開發(fā)環(huán)境、I/O點數(shù)、輸入輸出通道數(shù)等情況，選擇了MCS-51系列的8位單片機89C52，它具有8KEEPROM，256B RAM，全雙工UART與8032 完全兼容。

11、3、 確定存儲器和鍵盤顯示器： 單片機運行的程序存放在存儲器ROM中，其中有關的數(shù)據(jù)和參數(shù)存放在RAM中。本單片機控制系統(tǒng)選擇的是intel2732EPROM芯片。 8279是INTER公司生產(chǎn)的可編程鍵盤/顯示I/O專用芯片，8279能夠以較簡單的硬件電路和較少的硬件開銷實現(xiàn)單片機與鍵盤和顯示器接口。利用8279，可以實現(xiàn)對鍵盤/顯示器的自動掃描，并識別鍵盤上閉和的鍵號，不僅可以大大的節(jié)省CPU對鍵盤/顯示器的操作時間，而且顯示穩(wěn)定、程序簡單很少出現(xiàn)誤操作。因此，本設計鍵盤/顯示器部分選用8279芯片。4、 設計繞線機工作系統(tǒng)方框圖： 如圖1-2-1所示，是繞線機工作系統(tǒng)方框圖。(1) 繞線

12、機的工作過程： 用一個3K的三相異步電動機，通過皮帶輪帶動繞線機主軸的轉(zhuǎn)動，絲通過絲杠上的穿孔送到繞線機繞組的模子上。由步進電動機帶動主軸的轉(zhuǎn)動和三相步進電動機推動絲杠的步進來完成繞組的繞線過程。繞組的模子套在繞線機的主軸上，繞線機的主軸由汽缸固定，腳踏開關控制汽缸的動作來完成裝載和卸下繞組模子的工作。電磁剎車閥可以用單片機控制系統(tǒng)控制，也可以由操作工手動控制。通過單片機發(fā)出的信號去控制變頻器，在由變頻器控制主軸電機的速度，變頻器有快速、慢速、停三個控制擋。步進電機的運動由步進電動機控制/驅(qū)動器控制的。 5、 設計單片機控制系統(tǒng)方框圖：如圖1-2-2所示，是單片機控制系統(tǒng)的方框圖。其中轉(zhuǎn)速檢測

13、接口電路、開關輸入量接口電路、步進電機接口電路、執(zhí)行機構接口電路與 單片機連接。1.2 研究內(nèi)容和方法本課題的主要任務是設計一套繞線機單片機控制系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容和方法如下：一、 研究內(nèi)容1、 主要研究內(nèi)容是：通過單片機控制系統(tǒng)對步進電機的工作狀態(tài)和主軸轉(zhuǎn)速的控制，實現(xiàn)不同尺寸線徑的精密排線。2、 用LED顯示器組成的高亮度的顯示電路完成數(shù)據(jù)的輸入輸出顯示，包括繞組型號及其地址、匝數(shù)、慢繞匝數(shù)、線徑排幅和跳距等。3、 用LED發(fā)光管完成工作狀態(tài)的指示。4、 設計單片機控制系統(tǒng)的硬件電路。5、 編制控制系統(tǒng)的軟件二、研究方法主要的研究方法是：用單片機及其接口技術，通過軟硬結(jié)合，實現(xiàn)對繞線機工作狀

14、態(tài)的自動控制和精確控制，以實現(xiàn)不同尺寸線徑的精密排線。用一個三相異步電動機，通過皮帶輪帶動繞線機主軸的轉(zhuǎn)動，絲通過絲杠上的穿孔送到繞線機繞組的模子上。由步進電動機帶動主軸的轉(zhuǎn)動和三相步進電動機推動絲杠的步進來完成繞組的繞線過程。繞組的模子套在繞線機的主軸上，繞線機的主軸由汽缸固定，腳踏開關控制汽缸的動作來完成裝載和卸下繞組模子的工作。電磁剎車閥可以用單片機控制系統(tǒng)控制，也可以由操作工手動控制。通過單片機發(fā)出的信號去控制變頻器，在由變頻器控制主軸電機的速度，變頻器有快速、慢速、停三個控制擋。步進電機的運動由步進電動機控制/驅(qū)動器控制的。精密排線是通過單片機輸入的CP脈沖和CP脈沖的個數(shù)，準確控制

15、步進電機的步進、跳段等工作狀態(tài)來實現(xiàn)的。通過單片機發(fā)出的CP脈沖的個數(shù)，控制步進電動機推動絲杠向前移動的距離，如480個脈沖，使步進電動機推動絲杠向前移動5mm。通過單片機發(fā)出的方向信號，控制步進電機的運動方向。1. 3本課題的研究意義和發(fā)展趨勢一、研究意義單片機控制系統(tǒng)的研制成功是繞線機發(fā)展中的一次較大的進步，它表明了目前正在使用的許多PLC控制系統(tǒng)完全可以由單片機控制系統(tǒng)來代替。這種繞線機的控制系統(tǒng)采用單片機控制技術和先進的接口技術，具有良好的人機交互界面：廠家可以預先設定800多種繞組，又可以根據(jù)用戶需要隨時設定新型繞組；具有三種工作方式，可以同時繞三排繞組，每排10繞組；可以實現(xiàn)0.0

16、1-1.00mm線徑，10-80mm的排幅；克服了PLC繞線機更換繞組品種困難，能節(jié)省大量的人力、物力、財力，能很好的滿足許多機電產(chǎn)品對繞組質(zhì)量的要求，具有很好的推廣市場和廣闊的發(fā)展前景。二、發(fā)展趨勢隨著機電產(chǎn)品對繞組質(zhì)量要求的不斷提高，如何實現(xiàn)精密排線是繞線設備上檔次上水平首先要解決的問題，因此如何把排線的精密程度作為反饋信號構成閉環(huán)系統(tǒng)是下一步繞線機的發(fā)展方向。第二章 控制系統(tǒng)硬件電路的設計2.1開關輸入量接口電路一、 開關輸入量接口電路 開關輸入量經(jīng)8255A掃描輸入口輸入，由89C52發(fā)出的讀信號，從74LS373芯片讀入。二、8255A接口芯片1. 8255的主要功能有2個獨立的8位

17、并行數(shù)據(jù)通道（A、B口），2個4位的并行數(shù)據(jù)通道（C口高4位、低4位）；占用4個IO端口地址（A、B、C、控制端口）；A、B通道具有基本輸入/輸出、選通輸入/輸出以及雙向3種傳輸方式；C口除了具有簡單輸入/輸出功能外，還具有另外3個功能：其部分信號線可作為CPU與外設之間的應答聯(lián)絡信號；具有按位置位/復位功能；在CPU讀取8255A狀態(tài)時，C口又可作為狀態(tài)口2. 8255內(nèi)部結(jié)構：4 部分組成（1）數(shù)據(jù)端口A、B、C（稱為PA、PB、PC）：端口A具有1個輸入鎖存器和1個輸出鎖存器/緩沖器。作輸入或輸出時，數(shù)據(jù)均受到鎖存。所以可用作雙向數(shù)據(jù)傳輸。端口B只有1個數(shù)據(jù)輸入緩沖器和1個輸出鎖存器/緩

18、沖器。只能工作在輸入或輸出方式，不具有雙向功能。端口C每個4位的端口對應1個輸入緩沖器和1個輸出鎖存器/緩沖器。C口只有在端口A、B都工作在簡單I/O方式時，才具有2個4位的I/O功能。在更多情況下是作為A、B口的應答聯(lián)絡信號，分別為端口A和端口B提供控制信號和狀態(tài)信號。（2） A組控制和B組控制這兩組控制電路接收CPU輸出的控制字，以及讀/寫控制邏輯電路命令，決定兩組端口的工作方式和讀/寫操作。A組控制電路控制端口A和端口C的高4位（PC7PC4）的工作方式和讀/寫操作。B組控制電路控制端口B和端口C的高4位（PC3PC0）的工作方式和讀/寫操作。（3）讀/寫控制邏輯電路接收及來自系統(tǒng)總線的

19、信號A1、A0（在8086系統(tǒng)中為A2、A1）和控制總線的信號 ，將這些信號進行組合，以完成對數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和控制信息的傳輸。（4）數(shù)據(jù)總線緩沖器雙向三態(tài)的8位數(shù)據(jù)緩沖器，8255A通過它與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。用來傳送輸入/輸出數(shù)據(jù)、CPU發(fā)給8255A的控制字 圖2-2.1 2-2擴展RAM接口電路本單片機控制系統(tǒng)數(shù)量巨大，內(nèi)部RAM不夠用，還需要外接RAM電路，作為外部數(shù)據(jù)儲存器擴大存儲容量。根據(jù)本設計系統(tǒng)的實際需要，在兼顧芯片容量和價格的情況下，選擇一片容量為8K的6264芯片。6264擴展RAM芯片的主要作用是存儲800多種預置繞組的參數(shù)數(shù)據(jù)。一、 擴展RAM接口電路的工作原理：單片機C

20、PU與存儲器有兩種聯(lián)系方式，或者CPU向數(shù)據(jù)存儲器寫數(shù)據(jù)或者CPU從其中讀數(shù)據(jù)。當CPU向數(shù)據(jù)時，先把要寫入的數(shù)據(jù)的單元地址經(jīng)P0接口、P2接口送出，鎖存后連接到6264的地址端A0-A12，然后再把欲寫入的數(shù)據(jù)寫入6264指定單元中。當從數(shù)據(jù)存儲器6264讀數(shù)據(jù)時，同樣先經(jīng)過P0、P2口送出要讀數(shù)據(jù)的單元地址，一旦8031的讀選通信號R0為低電平，使得6264的讀允許端OE為低電平，則把指定單元的數(shù)據(jù)經(jīng)P0口讀如單片機RAM中。二、 電路中地址線、數(shù)據(jù)線、控制線的連接方法：1.地址線:：6264低8位地址A0-A7經(jīng)地址鎖存器74LS373與P0口P0.0-P0.7相連通，高5位地址A8-A

21、12直接與P2接口P2.0-P2.4連接，P2接口有鎖存功能，共13根地址線。2.數(shù)據(jù)線：6264的數(shù)據(jù)線D0-D7與P0接口P0.0-P0.7直接相連，P0接口兼做數(shù)據(jù)線和地址線。3.控制線：6264的CP連接89C52的ALE端，ALE作為鎖存擴展地址的控制端。6264的輸入使能端OE(低)接89C52的WR(低)端通，WR(低)端通，WR(低)是片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通控制線，低電平有效。三、隨機存儲器RAM6264： 6264是8*8K位的靜態(tài)隨機存儲器芯片，它采用CMOS工藝制造，由單一+5V供電，額定功耗20mw，典型的存取時間200ns，為28線雙列直插式封裝。1. 6264各引腳的

22、功能：A0-A12：地址輸入端D0-D7： 雙相數(shù)據(jù)線CE1: 低電平有效CE2: 片選線2，高電平有效WE 寫選通信號輸入線，低電平有效OE 讀選通信號輸入線，低電平有效 GND 接地線2. RAM6264引腳功能與工作方式表：見表2-2.1 _WE _CE1 _CE2 _ OE方式 D0-D7 X H X X 未選中(掉電) 高阻 X X L X 未選中(掉電) 高阻 H L H H 輸出禁止 高阻 H L H L 讀 Dout L L H H 寫Din(6264D0-D7) L L H L 寫Din(D0-D76264) 表2-2.1 由上表得，當片選2為低電平時，6264芯片處于未選中

23、狀態(tài)，在一般情況下需將此引腳拉至高電平。當把該引腳拉至小于0.2V時，RAM就進入數(shù)據(jù)保存狀態(tài)。一般將作為片選信號，接譯碼器，在不許保持狀態(tài)時必須接高電平。 3. 6264的主要技術指標： 見表2-2.2 參數(shù) 6264 容量 8K 引腳數(shù) 28 維持電流 2 工作電流 40 存取時間 200 工作電壓 5 表2-2.2四、 地址鎖存器74LS373： 1. 74LS373是地址鎖存器，是電平觸發(fā)器的8D鎖存器，三狀態(tài)輸出。它的8位由8個D形觸發(fā)器組成。74LS373是電平觸發(fā)器送數(shù)。當CP=1時D0-D7進入鎖存器。當CP=0時數(shù)據(jù)被鎖存。當OE(低).為低電平時，觸發(fā)器輸出。當使能端OE(

24、低)為高電平時，D0-D7為高阻抗。在圖中74LS373的OE端接地。當鎖存允許端(LE)為高電平時，Q隨數(shù)據(jù)而變。當LE為低電平時，Q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)存儲器中。由于LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗干擾度被改善400mv。2. 引出端符號： D0-D7: 數(shù)據(jù)輸入端OC 三態(tài)允許控制端(低電平有效)LE 鎖存允許端 1Q-8Q: 輸出端3. 功能表： 見表2-2.3 輸入 輸出 OC C D Q L H H L L H L L L L X Q0 H X X Z H-高電平 L-低電平 X-任意 Z-高阻 Q0-規(guī)定的穩(wěn)態(tài)輸入條件前Q的電平4. 工作條件： 見表2-2.4

25、表2-2.4 最小 額定 最大 極限值 單位電源電壓VCC 4.75 5 5.25 V輸入高電平電壓V1h 2 V 輸入低電平電壓V11 0.8 V輸出高電平電流I0h -2.6mA輸出低電平電流I01mA脈沖寬度TwCh 15 nSC1 15建立時間TestD 0nS保持時間ThD 10電源電壓 7V輸入電壓 7V輸出高阻態(tài)電壓 7V工作環(huán)境溫度 0-70 C存儲溫度 -65-150C 圖2-2.12.3復位、時鐘、指示燈和中斷部分電路一、復位電路單片機在啟動或斷電后，程序需要從頭開始執(zhí)行，機器內(nèi)部全部寄存器，端口等都必須重新復位，這個功能由復位電路來完成。1. 專用電源電壓檢測集成芯片，T

26、L7705CP芯片是專用以排除電源干擾的芯片，此芯片不僅具有電源接通時的復位功能，并且在電源電壓上升到正常時具有自動解除復位信號的功能，此外，還能檢測出電源的瞬時短路和瞬時壓降，同時產(chǎn)生復位信號。片內(nèi)還含有溫度補償?shù)幕鶞孰妷汉驼搩煞N邏輯功能輸出，（集電極開路30mA）?？梢栽谳^寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度它是一片具有8條引腳的雙列直插式的集成芯片。 (1). 引腳功能及外圍元件：1腳 基準電壓輸出端，輸出電壓為2.5V。為防止電源線索引起的沖擊雜音及振蕩，需要旁路電容，其輸出電流必須小于30，若使電流大于30，則必須加緩沖放大器。2腳 復位輸入端，低電平有效。用以強制復位端有效。3腳 定時電

27、容連接端。連接定時電容以確定復位脈沖的寬度。脈沖可調(diào)范圍從10010。4腳 接地端5腳 復位輸出端，低電平有效。其輸出時集電極開路方式，故必須接上拉電阻。6腳 復位輸出端，高電平有效。其輸出是集電極開路方式，故必須接上拉電阻。7腳 被測電壓的輸入端，監(jiān)測4.5V以上的電平。8腳 電源端。工作電壓范圍3.518。 （2）電源電壓變化和輸出狀態(tài)變化圖：在本設計中，是對+5V電壓監(jiān)視與復位。如圖2-3.2所示，位電源電壓的變化及輸入狀態(tài)變化的波形。由圖2-3.2可知，當電源接通，電壓開始上升、瞬間電壓降和瞬間干擾時，電源監(jiān)視器都能正確而及時的輸出復位脈沖，圖2-3.2中，Vs為被檢測電平，對+5V來

28、說，一般大與4.5。Top是復位脈沖的寬度，大小由Ct 來決定。對89C52來說， ts為反應時間，對該芯片而言均為500ns同時可外加RC延時網(wǎng)絡來延長ts的時間，用以降低燥聲影響和器件的靈敏度。上電時reset有效，直到vcc達到+5V以后，經(jīng)過ts時間reset無效。當vcc下降或有干擾時只要vcc小于vs，經(jīng)過ts后，reset有效。當vcc恢復到vs以上或干擾脈沖后，在經(jīng)過ts時間reset無效。 圖2-3.22. TL7705CP控制RESET復位時需配合軟件使用： 當用TL7705CP控制8031RESET0時，如圖2-3.1 所示，還需要軟件配合。因為89C52有效時，89C5

29、2被初始化，使程序計數(shù)器從0000開始執(zhí)行。若89C52正在執(zhí)行某一程序當中，系統(tǒng)受到干擾，器件在微秒級內(nèi)便又有反映，使整個系統(tǒng)復位，包括接口部分。待干擾過后，程序從0000開始執(zhí)行，而不是從原來干擾時的短點處執(zhí)行，這就破壞了整個系統(tǒng)的工作。所以程序初始化部分要加上軟件開關或相應的狀態(tài)標志，即在執(zhí)行程序前，首先打開與自身相關的軟件開關或之相應狀態(tài)標志，然后再執(zhí)行程序。這樣做以后，當程序受到干擾而初始化時，首先判斷各個標志，繼而程序自動轉(zhuǎn)向被中斷的程序繼續(xù)進行。二、工作狀態(tài)指示電路 工作狀態(tài)指示電路的主要作用是指示10中工作狀態(tài)。在圖2-3.1中，IC2、74LS374、DS301DS310、R

30、304R313為工作狀態(tài)指示部分的電路，10個LED發(fā)光管指示出10種工作狀態(tài)，從DS301DS310依次指示的工作狀態(tài)是：電源、左限、右限、起止位置、腳踏開關、斷線、氣壓、剎車、熱繼電器保護、設定。74LS373是8D觸發(fā)器，三態(tài)輸出，詳細介紹見2-2節(jié)當138的14腳=0時74LS373的11腳CLK就有觸發(fā)脈沖輸出信號，指示工作狀態(tài)。三、LED顯示電路 在附圖中，本設計系統(tǒng)的操作面板上共需18位顯示，而8279只能提供16位，所以用IC36、IC37兩位靜態(tài)顯示，這樣16位動態(tài)顯示，2位靜態(tài)顯示共同組成18位數(shù)據(jù)顯示。 圖2-3.12-4執(zhí)行機構接口電路一、譯碼器74LS138IC7 7

31、4LS138芯片選擇問題，根據(jù)本設計系統(tǒng)電路的地址分配設計，對P2.5，P2.6，P2.7譯碼器產(chǎn)生的片選信號Y3、Y5，Y3加到IC3 74LS374的CLK端，作為IC3的時鐘信號，Y5加到IC4 74LS374的CLK端，作為IC4的時鐘信號。74LS138有兩組輸入信號，一組是地址輸入端A、B、C另一組是輸入端G1、G2A、G2B、Y0-Y7是輸出端。在同一時間內(nèi)最多只有一個輸入端被選中，被選中的輸出端為低電平，其余的為高電平。在本設計中74LS138的A、B、C分別接P2口的P2.5、P2.6、P2.7三端譯碼后，用輸出片選信號Y3、Y5，Y3加到IC3的CLK端，作為IC3的時鐘信

32、號，Y5加到IC4 74LS374的CLK端，作為IC4的時鐘信號。1. 74LS138真值表：見表2-4.1 輸入 輸出使能選擇 Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8_ _ _G1AG2AG3C B A1 0 01 0 01 0 01 0 0 1 0 01 0 01 0 01 0 00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 0 1111111 1 0 1 1 1 1 1 11101111111101111111101111111101111111101111111100 x xx 1 xx x 1X x xX x xX x x111111111111111

33、1111111112 . 輸出端符號 _ _A0-A12： 譯碼地址輸入 端 _ _ _ G1、G2A G2B 選通端（低電平有效）_ _Y0-Y7：譯碼輸出端（低電平有效）3 .工作條件 最小額定最大極限值單位電源電壓VCC4.7555.257V輸入高電平電壓V1h2V輸入低電平電壓V1l0.8V輸出高電平電流 I1h-400mA輸出低電平電流I1l8mA輸入電壓7V工作環(huán)境溫度0-70C存儲溫度-65-150C二、8D觸發(fā)器74LS373 74LS373 是8D觸發(fā)器，三態(tài)輸出，CLK是送數(shù)觸發(fā)器脈沖輸入端，CLK實是密特輸入，增大了對觸發(fā)脈沖的抗干擾能力，當輸出使能端OE（或OC）為低電

34、平時1Q-8Q為高阻抗，在電路圖中OC接地。三、 信號流程：在執(zhí)行機構電路圖中，光電耦合器的輸入電流Ip=10ma，這是光耦的輸出電流Ic=113Ua，Ic=113Ua是很小的電流不能直接用于驅(qū)動繼電器，所以在光耦的輸出端加了三極管Q521Q505對光耦輸出信號進行放大，放大后，再去驅(qū)動繼電器。Q501Q505三極管根據(jù)要求選擇了9013，其放大倍數(shù)B=40400，Icmax500ma，Ic501Ic505=B*Ic=(40400)*113uA=4.5245.2mA。用此信號去驅(qū)動繼電器工作。J12接口接的電阻1K*8，是三極管的基極偏置電阻。D501D505五個二極管是釋放二極管，起保護作用

35、，其型號均為IN401。繼電器K501的常開觸點接變頻器的制動開關，K502的常開觸點接變頻器的夾緊開關。K503的常開觸點接控制電磁閥的開關，K504的常開觸點接變頻器的快轉(zhuǎn)開關，K505的常開觸點接變頻器的慢轉(zhuǎn)開關，五個繼電器的型號均是JZC-23F（DF41230）10A/28V DC；5A/220V AC；DC 6V 圖2-4.12.5鍵盤和顯示部分接口電路 本設計鍵盤和顯示部分選用8279芯片方便良好的人機界面是用8279鍵盤顯示芯片來實現(xiàn)的。它具有鍵盤處理功能，能自動消除鍵抖動，本鍵盤控制部分可控制5*5=25個按鍵。本設計有18位LED顯示，其中后16位LED動態(tài)顯示，是用827

36、9來實現(xiàn)的，前兩位采用靜態(tài)顯示。一、 8279的內(nèi)部結(jié)構和工作原理1. I/O控制及數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器是雙向緩沖器，連接內(nèi)、外總線，用于傳送CPU和8279的命令和數(shù)據(jù)。 2控制與定時寄存器及定時控制控制與定時器用來寄存鍵盤及顯示的工作方式以及由CPU編程的其它操作方式。這些寄存器一旦接收并鎖存送來得命令，就通過譯碼電路產(chǎn)生相應的控制功能。定時控制包括基本計數(shù)器。首級計數(shù)器是一個可編程的N級計數(shù)器。N可以在2-31之間，由軟件編程，以便把外界時鐘CLK分頻得到內(nèi)部所需的100KHZ時鐘，為鍵盤掃描提供適當?shù)闹鹦蓄l率和顯示掃描時間。 3掃描計數(shù)器掃描計數(shù)器有兩種輸入方式。一種為外部譯碼方式，計

37、數(shù)器以二進制方式計數(shù)。四位計數(shù)狀態(tài)從掃描線SL0-SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼出16位掃描線；另一種掃描計數(shù)器的低二位譯碼后從SL0SL2輸出. 4. 鍵輸入控制 這個部件完成對鍵盤的自動掃描，鎖存RL0RL7的鍵輸入信息，搜索閉合鍵，去除鍵抖動，并將鍵輸入數(shù)據(jù)寫入內(nèi)部先進先出（FIFO）的RAM存儲器。 5. FIFO/傳感器RAM和顯示RAM8279有8個先進先出的鍵輸入緩沖器，并提供16字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)緩沖器。CPU將段數(shù)據(jù)寫入顯示緩沖器，8279自動對顯示器掃描，將其內(nèi)部顯示緩沖器中的數(shù)據(jù)在顯示器上顯示出來。二、 8279的引腳及功能D0D7（數(shù)據(jù)總線）CLK（系統(tǒng)時鐘）：RESET（復

38、位）：輸入線，當RESET=1時，8279復位，其復位狀態(tài)為16個字符顯示：編碼掃描鍵盤雙鍵鎖定；程序時鐘編程為31。CS（片選）輸入線，當CS=0時8279選中，允許CPU對其讀寫，否則禁止。A0（數(shù)據(jù)選擇）：輸入線當A0=1時CPU寫入數(shù)據(jù)為命令字；A0=0時，CPU讀寫的數(shù)據(jù)均為數(shù)據(jù)。RD、WR（讀、寫信號）：輸入線，低電平有效，來自CPU的控制信號，控制8279的讀寫操作。IRQ（中斷請求）輸入線，高電平有效，在鍵盤工作方式中，當FIFO/傳感器RAM存有數(shù)據(jù)時，IRQ為高電平。CPU每次從RAM中讀取數(shù)據(jù)時，IRQ為低電平。若RAM中仍有數(shù)據(jù)，則IRQ再次恢復為高電平。在傳感器工方式

39、中，每當檢測到傳感器狀態(tài)變化時，IRQ就出現(xiàn)高電平.SL0SL3(掃描線)： 輸出線，用來顯示鍵盤和顯示器。它們可以編程設定成編碼（16中取1）或譯碼輸出（4取1）。SHIFT（移位信號）：輸入線，高電平有效。該輸入信號是8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位（D6），通常用來擴充鍵開關的功能，可以用作上下鍵功能鍵。在傳感方式和選通方式中，SHIFT無效。RL0RL7（回復線）：輸入線，它們是鍵盤矩陣式或傳感器矩陣式的列（或行）信號輸入線。CNTL/STB（控制/選通）：輸入線，高電平有效。在鍵盤工作方式中，該輸入信號是鍵盤數(shù)據(jù)的最高位（D7），通常用來擴充鍵盤開關的控制功能，作為控制功能鍵用。在選通方式中

40、，在該信號的上升沿時，把來自RL0RL7的數(shù)據(jù)存如FIFO的RAM中。在傳感器方式中該信號無效。SHIFT和CNTL/STB：內(nèi)部有上拉電阻，當它們懸空時即為高電平。OUTA0OUTA3（A組顯示信號）：輸出線。OUTB0OUTB3：（B組顯示信號）：輸出線。這兩組引線都是數(shù)據(jù)輸出線，與多位數(shù)字顯示的掃描線SL0SL3同步。兩組可以同時使用也可以合并使用。在合并使用時，兩組首尾相接，OUTA3是最高位，OUTB0是最低位，合并后用做8位數(shù)碼數(shù)據(jù)輸出線。DB（顯示消隱）： 輸出線，低電平有效，該信號在數(shù)字切換顯示或使用消隱命令時，將顯示消隱。三、 8279鍵盤顯示接口電路的設計外部時鐘脈沖的產(chǎn)生

41、：在圖2-5.1和圖2-5.2中，89C52的ALE既用做低8位地址的封鎖信號，也把它接到3腳即CLK引腳用作8279的外時鐘信號的輸入。89C52的振蕩頻率fosc選12MHZ。89C52的ALE脈沖頻率是振蕩器頻率的1/6即2MHZ，這是89C52的最高頻率。通過對8279的程序時鐘命令字的編程，8279對來自CLK的引腳的脈沖分頻，分頻數(shù)系數(shù)為20，可得到8279內(nèi)部工作所需的100MHZ的內(nèi)部時鐘。1. 譯碼電路：（1） 8279片選譯碼電路：根據(jù)本系統(tǒng)電路的地址分配設計，對P2.5、P2.6、P2.7譯碼產(chǎn)生的片選信號（低電平有效）接到8279的CS引腳。譯碼器選用74LS138（其

42、詳細介紹見2-1節(jié)），P2.5、P2.6、P2.7分別與A、B、C相連，Y7與8279的CS端相連。（2） 鍵盤/顯示器掃描譯碼器： 對“鍵盤/顯示方式設置命令字”的編程設置為選通輸入IRQ、譯碼顯示方式（D0=0），8279內(nèi)部不譯碼，用IC13 74LS138對SL0SL3譯碼，以產(chǎn)生信號送入鍵盤。本設計選用16位LED顯示器，5行5列鍵盤掃描。在初始化時，設置“鍵盤/顯示方式顯示命令字”的D3=1使8279工作與16位顯示方式。2. 中斷請求線： 當鍵盤中的某鍵按下，8279在測得其按下并在去抖動9延時10ms后再檢測認為該鍵仍在按下狀態(tài)，便確認此鍵以按下。在確認某鍵以按下后，便把此鍵的

43、鍵值儲存與FIFO寄存器中，此時FIFO中有內(nèi)容，稱為FIFO存儲器不空。只要FIFO存儲器不空，便使IRQ為高電平，就直接相89C52請求中斷。但由于89C52的INT0與INT1是低電平或下降沿請求中斷，因此把IRQ反向后加到89C52的INT1端。當單片機讀取FIFO的內(nèi)容后，IRQ就回到低電平。如果FIFO還有未讀取的鍵值時，回重新使IRQ不變?yōu)楦唠娖?，相單片機請求中斷。由于FIFO存儲器是先進先出RAM，因此先讀走的鍵值對應與先按下的鍵。 第三章 控制系統(tǒng)軟件的設計3.1 RAM地址分配及初始化首先給出位標志定義、RAM地址分配和初始化部分。一、 位標志定義00H：自檢標志，用于主程

44、序中的自檢；01H：8279用以申請中斷標志；02H：SET鍵標志；03H：RUN鍵標志；04H：停車標志。二、 RAM地址分配內(nèi)部RAM： 60H：SP； 69H：DELAY； 68H：KEY； 67H：KEY；（2000H）66H：狀態(tài)指示用；（6000H）65H：主軸電機及步進電機輸出；（8000H）64H：輸入定義；中斷入口地址： 0003H：INT0 000BH：T0 0013H：INT1 001BH：T1外部RAM： 4000H，4001H：匝數(shù)； 4002H： 慢繞匝數(shù)； 4003H，4004H：線經(jīng)； 4005H，4006H：排幅； 4007H，4008H：跳距； 4009H：

45、方式；(低) 5FF0H： (高) 5FF1H：起始編號； (低) 5FF2H： (高)5FF3H：設定轉(zhuǎn)速；2000H：IC2 74LS3734000H-5000H：IC30 RAM6264 6000H：IC3 74LS374 8000H：IC15 74LS244 A000HI：C14 74LS374 C000HI：C16 74LS244E000H, E001H： IC8 8279三、 定時器部分的初始化步進電機驅(qū)動需要一個方向電平信號，此方向電平信號為高電平“1”時，步進電機按正方向旋轉(zhuǎn)，為低電平“0”時按負方向旋轉(zhuǎn)。在本設計中這個方向信號由P1.6輸出。CP脈沖通過定時器T0和軟件編程產(chǎn)生，由P1.5輸出，選擇T0工作方式2。自動重裝方式。LED顯示部分的閃爍通過定時器T1來產(chǎn)生。 定時器初始化的主要內(nèi)容：1. 選擇工作方式：對方式寄存器TMOD進行設置，選擇工作方式。TMOD的狀態(tài)應置為，其狀態(tài)字為66H。T0、T1的啟、?？刂朴?位寄存器TCON控制，TC