微型計算機控制的自動裝箱系統(tǒng)

1、第一章 微型計算機控制自動裝箱系統(tǒng)概述在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要對產(chǎn)品進行計數(shù)、包裝。如果用人工完成不但麻煩，而且效率低、勞動強度大。隨著微型機控制的普及，特別是單片機的應(yīng)用，給該系統(tǒng)的設(shè)計帶來了極大的方便。在這一節(jié)里，我將介紹單片機控制包裝系統(tǒng)的設(shè)計方法。 該系統(tǒng)有兩個傳送帶，即包裝箱傳送帶和產(chǎn)品傳送帶。包裝箱傳送帶用來傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運走，并用一只空箱來代替。為使空箱恰好對準產(chǎn)品傳送帶的末端，以便使產(chǎn)品剛好落入包裝箱中，在包裝箱傳送帶的中間裝一光電控制器1，用以檢測包裝箱是否到位。產(chǎn)品傳送帶將產(chǎn)品從生產(chǎn)車間傳送到包裝箱，當某一產(chǎn)品被送到傳送帶的末端，會自動落入包裝箱內(nèi)

2、，并由檢測器2轉(zhuǎn)換成計數(shù)脈沖。 產(chǎn)品計數(shù)可以由硬件完成（如MCS-51系列單片機中的定時/計數(shù)器），也可以用軟件來完成。本系統(tǒng)用軟件計數(shù)方法。系統(tǒng)工作步驟如下：用鍵盤設(shè)置每個包裝箱所裝的零件數(shù)量以及包裝箱數(shù)，并分別存放在PORTS和BOXES單元中。接通電源，使傳送帶1馬達轉(zhuǎn)動。由程序控制傳送帶1馬達持續(xù)運動，當包裝箱運行到檢測器1的光源和光傳感器的中間時，通過檢測光電傳感器的狀態(tài)，判斷傳送帶1上的包裝箱是否到位。當包裝箱到位時，關(guān)斷馬達電源，使傳送帶1停止運動。啟動傳送帶2馬達，使產(chǎn)品沿傳送帶向前運動，并裝入箱內(nèi)。當產(chǎn)品一個一個地落入時，將產(chǎn)品一系列脈沖信號，用檢測器2進行檢測。從檢測器2來

3、的輸出脈沖，由計算機進行計數(shù)，并不斷地與存在PRESET單元中的給定值進行比較。當零件數(shù)值與給定值不相等時，將繼續(xù)控制傳送帶2運動，以便繼續(xù)裝入零件；當零件個數(shù)與給定值相等時，停止傳送帶2馬達，不再裝入零件。再次啟動傳送帶1的馬達，使裝滿零件的箱子繼續(xù)向前運動，并把存放箱子數(shù)的內(nèi)存單元加1，然后再與給定的箱子數(shù)進行比較。如果不夠，則帶動下一個空箱到達指定位置，繼續(xù)上述過程。如果箱子數(shù)量與給定值相等，將停止包裝，等待新的操作命令。當傳送帶2上的零件和傳送帶1上的箱子足夠多時，這個過程可以繼續(xù)不斷地進行下去。這就是產(chǎn)品自動包裝生產(chǎn)線的流程。必要時，操作人員可以隨時通過停止鍵（STOP）鍵停止傳送帶

4、運動，并通過鍵盤重新設(shè)置給定值，然后再啟動。第二章系統(tǒng)的總體方案2.1系統(tǒng)硬件方案的確定包裝箱傳送帶和產(chǎn)品傳送帶包裝箱傳送帶用于傳送包裝箱，將已經(jīng)裝滿的包裝箱運走。并隨后傳送來一個空箱，繼續(xù)將產(chǎn)品裝箱，如此循環(huán)生產(chǎn)下去。產(chǎn)品傳送帶用于輸送產(chǎn)品。當某一產(chǎn)品從生產(chǎn)車間傳送出來，會一直送到傳送帶的末端，自動落入包裝箱。2.2系統(tǒng)軟件方案的確定生產(chǎn)線的控制順序 (1) 預(yù)置設(shè)定：用鍵盤分別設(shè)置每個包裝箱所裝的產(chǎn)品數(shù)和包裝箱數(shù)，并分別存放在PORTS和BOXES單元中。(2) 箱體檢測：接通電源，使傳送帶1的傳動電機啟動，傳送帶上的包裝箱隨之位移。當包裝箱隨著傳送帶移動到傳感器1（光電傳感器）的檢測位置

5、時，傳感器有輸出信號，由它可以判斷出包裝箱是否到位。(3) 箱體到位：當傳感器判斷出包裝箱到位并輸出控制信號時，系統(tǒng)立即關(guān)斷包裝箱傳送帶電機電源，使傳送帶1停止運動，實現(xiàn)了箱體到為控制。(4) 產(chǎn)品裝箱：啟動傳送帶2的傳動電機，使產(chǎn)品隨傳送帶2運動，并裝入箱內(nèi)。(5) 產(chǎn)品計數(shù)：在產(chǎn)品裝箱的同時，隨產(chǎn)品一個個地落入箱內(nèi)，傳感器2便輸出一系列反映產(chǎn)品數(shù)量的脈沖信號，供計數(shù)器個、和控制器用。(6) 計數(shù)比照：產(chǎn)品計數(shù)脈沖輸入到單片機系統(tǒng)之后，由單片機記數(shù)，并不斷與存儲器在PRESET單元中的給定值進行比較和對照。(7) 滿箱控制： 當裝箱的產(chǎn)品數(shù)量小于已經(jīng)設(shè)定的產(chǎn)品給定值時，傳送帶2 繼續(xù)運轉(zhuǎn)，產(chǎn)

6、品繼續(xù)裝如包裝箱；當產(chǎn)品數(shù)量等于給定值時，表明產(chǎn)品滿箱，傳送帶2停止運行，產(chǎn)品裝箱停止。(8) 箱數(shù)比較：控制系統(tǒng)再次啟動傳送帶1的傳動電機，使裝滿產(chǎn)品的箱子向前移動，并把存放箱子數(shù)（即滿箱數(shù)的預(yù)置數(shù)）的內(nèi)存單元中加1 ，然后再不斷的與存放箱子的數(shù)量進行比較。(9) 箱數(shù)控制：如果單片機控制系統(tǒng)內(nèi)存單元的箱子數(shù)值小于預(yù)置數(shù)量，則傳送帶1帶動下一個空箱到達指定位置，繼續(xù)重復(fù)上述過程；如果箱子數(shù)與預(yù)置數(shù)相等，將停止包裝，等待新命令。第三章 微型計算機硬件電路及其設(shè)計3.1 微型計算機主要芯片簡介3.1.1主機（CPU） 微型計算機控制系統(tǒng)的主機是指中央處理器（CPU）,它是整個控制系統(tǒng)的核心。主機

7、根據(jù)輸入設(shè)備送來的反映生產(chǎn)過程工作狀況的各種信號，以預(yù)定的控制算法，自動地進行信息處理和運算，選定相應(yīng)的控制策略，并通過輸出設(shè)備向生產(chǎn)過程發(fā)送控制命令。對被測參數(shù)進行巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、控制計算、報警處理以及邏輯判斷等是主機的幾個主要職能。顯然，主機是微型計算機控制系統(tǒng)最重要的組成部分，它的選用將直接影響到系統(tǒng)的功能及接口電路的設(shè)計。目前最常用的主機有Intel pentium及單片機MSC-51、MSC-96系列等。由于單片機種類繁多、功能各異，因此，在選用單片機做為主控芯片時，接口電路的設(shè)計成為十分重要的課題。 3.1.2 I/O接口與輸入輸出通道 I/O接口是主機與被控制對象或外設(shè)進行信

8、息交換的橋梁。目前，微機和單片機的大部分I/O接口電路都是通用的可編程標準I/O接口，其工作方式可由程序進行控制。常用的可編程標準I/O接口有：并行接口8155或8255，串行接口8251，DMA控制器8237，中斷控制器8259，定時/計數(shù)器8253等。由于計算機只能處理數(shù)字量，而一般的生產(chǎn)過程被測參數(shù)大都為模擬量。因此，為了實現(xiàn)計算機控制，還必須把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，這由A/D轉(zhuǎn)換即模擬量輸入通道實現(xiàn)；同樣，執(zhí)行機構(gòu)不少為模擬量控制，所以計算機輸出的數(shù)字量必須變換成模擬量，這由D/A轉(zhuǎn)換即模擬量輸出通道實現(xiàn)。 3.1.3 通用外部設(shè)備 通用外部設(shè)備主要是為了擴大主機的功能，它們用來顯示、打

9、印、存儲及傳送數(shù)據(jù)。常用的外部設(shè)備按功能可分為三類：輸入設(shè)備，輸出設(shè)備和輔助存儲設(shè)備（外存）。常用的輸入設(shè)備是鍵盤、終端和掃描儀，用來輸入程序、數(shù)據(jù)和操作命令。常用的輸出設(shè)備是打印機、各種顯示器、繪圖機，它們以字符、曲線、表格和圖形等不同方式顯示和反映生產(chǎn)過程狀況和控制信息。常用的輔助存儲器是磁盤和磁帶，它們兼有輸入和輸出兩種功能，用來存放程序和數(shù)據(jù)，作為主存儲器的后備輔助存儲設(shè)備。這些外設(shè)從各方面擴充了主機的功能。 3.1.4傳感器及執(zhí)行機構(gòu) 為了對生產(chǎn)過程進行控制，首先必須對溫度、壓力、流量、液位等各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集，并把非電參量轉(zhuǎn)換成電參量，這個任務(wù)由檢測元件，即傳感器完成。如利用熱電

10、偶把溫度轉(zhuǎn)換成毫伏級電壓信號；用壓力傳感器把壓力變成電信號。這些信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準電信號(05V電壓或420mA電流)之后，再送入A/D通道進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計算機。因此，檢測元件精度的高低，直接影響控制系統(tǒng)的精度。執(zhí)行機構(gòu)的作用是控制生產(chǎn)要素的輸入量。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，控制進入加熱爐的煤氣（或油）量；在水位控制系統(tǒng)中控制進入容器的水的流量。執(zhí)行機構(gòu)有電動、氣動、液壓傳動等形式，有的采用交直流電機、步進電機或可控硅等。 3.1.5操作臺 操作臺是人-機對話的紐帶。操作員通過它可以向計算機輸入程序，修改內(nèi)存的數(shù)據(jù)，顯示被測參數(shù)以及發(fā)出各種操作命令等。操作臺一般由以下四個部分組成

11、： （1）作用開關(guān)。諸如電源開關(guān)、數(shù)據(jù)及地址選擇開關(guān)以及操作方式選擇開關(guān)（如自動/手動）等。作用開關(guān)通過接口與主機相連，通過這些開關(guān)，人們可以對主機進行啟動、設(shè)置和修改數(shù)據(jù)以及修改控制方式等。（2）功能鍵。用以向主機申請中斷服務(wù)，常用的有復(fù)位鍵、啟動鍵、打印鍵、顯示鍵、工作方式選擇鍵（如連續(xù)/單步）等。（3）LED數(shù)碼管及CRT顯示。用來顯示被測參數(shù)及操作人員感興趣的其他內(nèi)容。目前，CRT顯示的應(yīng)用越來越普遍，因為它不但可以顯示數(shù)據(jù)表格，而且能夠顯示被控系統(tǒng)的流程總圖、棒狀指示圖、開關(guān)狀態(tài)圖、時序圖、變量變化趨勢圖、調(diào)節(jié)回路指示圖，還能報警、索引，功能比LED顯示強大的多。（4）數(shù)字鍵。用來送

12、入數(shù)據(jù)或修改參數(shù)。 3.2 MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其引腳功能MCS-51系列單片機芯片均為 40個引腳，HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝（DIP），目前大多采用此類封裝方式。圖2-1是MCS-51系列芯片的引腳圖。圖3-1 8031管腳圖3.2.1 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)Intel公司在80年代初推出了MCS-51系列高性能的8位單片機。具有集成度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)擴展方便，可靠性高，處理功能強，速度高，容易產(chǎn)品化等等特點。MCS-51系列單片機的三個基本產(chǎn)品為8031，8051，8071。他們的引角與指令系統(tǒng)完全兼容，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用方面存在一些差異。1、中央處理單元（8位

13、）數(shù)據(jù)處理、測試位，置位，復(fù)位 位操作2、只讀存儲器（4KB或8KB）永久性存儲應(yīng)用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM3、隨機存取內(nèi)存（128B、128B SFR）在程序運行時存儲工作變量和資料4、并行輸入/輸出口（I / O）（32條）作系統(tǒng)總線、擴展外存、I / O接口芯片5、串行輸入/輸出口（2條）串行通信、擴展I / O接口芯片6、定時/計數(shù)器（16位、加1計數(shù)）計滿溢出、中斷標志置位、向CPU提出中斷請求，與CPU之間獨立工作7、時鐘電路內(nèi)振、外振。8、中斷系統(tǒng)五源中斷、2級優(yōu)先。3.3 結(jié)構(gòu)特點MCS-51系列單片機為哈佛結(jié)構(gòu)（而非普林斯頓結(jié)構(gòu)）1）內(nèi)ROM：4KB2）內(nèi)R

14、AM：128B3）外ROM：64KB4）外RAM：64KB5）I / O線： 32根（4埠，每埠8根）6）定時/計數(shù)器：2個16位可編程定時/計數(shù)器7）串行口：全雙工，2 根8）寄存器區(qū)：工作寄存器區(qū)、在內(nèi)128B RAM中，分4個區(qū)，9）中斷源：5源中斷，2級優(yōu)先10）堆棧：最深128B11）布爾處理機：位處理機，某位單獨處理12）指令系統(tǒng)：五大類，111條按其功能來分，可分為三個部分：電源及時鐘引腳：（1）電源Vcc（40腳）接 5V電源端。Vss（20腳）接地。（2）時鐘引腳XTALl（19腳）接外部晶體。XTAL2（18腳）接外部晶體。XTAL1和XTAL2是外接晶體引線端。 MCS-

15、51單片機有4個雙向的8位并I/O口：P0P3，每個口都有一個8位的鎖存器，復(fù)位后它們的初態(tài)全為“1”。P0端口是總線I/O端口，三態(tài)，雙向，數(shù)據(jù)地址分時復(fù)用。是由鎖存器，輸入緩沖器，切換開關(guān)與相應(yīng)控制電路構(gòu)成。因為只有該口能直接用于外部存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)操作。P0口還用于以輸出外部存儲器的低8位地址。由于是分時使用，先輸出外部存儲器的低8位地址，故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存信號用ALE。然后，P0口才作為數(shù)據(jù)口使用。P0端口是使用最廣泛的I/O端口。P1端口是專門供用戶使用的，是準雙向靜態(tài)口。與P0端口相比P1端口用內(nèi)部上拉電阻代替了P0端口的場效應(yīng)管。且輸出的信息僅來自內(nèi)部

16、總線。由內(nèi)部總線輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器反向和場效應(yīng)慣反向后，鎖存在端口線上。所以，P1端口是具有輸出鎖存的靜態(tài)口。P2端口也是準雙向口。主要特點包括：1.不能輸出靜態(tài)的數(shù)據(jù)。2.自身輸出外部程序存儲器的高8位地址。3.執(zhí)行指令時，還輸出外部的高位地址，故稱P2端口為動態(tài)地止端口。P3端口是雙功能口，也是準雙向口。該口的每一位均可獨立地定義為第一I/O口功能或第二I/O口功能。作為第一功能使用時，口的結(jié)構(gòu)與操作與P1口相同。表2-3中表示了P3口為第二功能是各位的定義。故稱P3端口為靜態(tài)雙功能端口。引腳信號的第二功能芯片的引腳數(shù)目受到工藝及標準化等因素的限制。例如，MCS-51系列把芯片引腳數(shù)目限定

17、為40條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了需要與可能的矛盾。為解決這個矛盾，給一些信號引腳賦以雙重功能。前面介紹了信號引腳的第一功能，下面介紹某些信號引腳的第二功能。表3.1 引腳的第二功能口引腳第 二 功 能信號名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2外部中斷0申請P3.3外部中斷1申請P3.4T0定時器/計數(shù)器0計時輸入P3.5T1定時器1外部中斷P3.6外部數(shù)據(jù)鎖存器寫選通P3.7外部數(shù)據(jù)鎖存器讀選通3.4 I/O口的寫操作及負載能力執(zhí)行改變鎖存器數(shù)據(jù)的指令時，在該指令的最后一個時鐘周期S6P2里將數(shù)據(jù)寫入鎖存器。然而輸出緩沖器僅僅在每

18、個狀態(tài)周期的相位1（P1）期間采樣口鎖存器，因而鎖存器中的新數(shù)據(jù)在下一個狀態(tài)周期的P1出現(xiàn)之前是不會出現(xiàn)在輸出線上的。P1、P2、P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動4個LSTTL電路。對于HMOS芯片單片機的I/O口，在正常情況下，可任意由TTL或NMOS電路驅(qū)動，HMOS及CHMOS型單片機的I/O口由集電極開路或漏極開路的輸出來驅(qū)動時，不必外加上拉電阻。P0口輸出緩沖器能驅(qū)動8個LSTTL電路，驅(qū)動MOS電路須外接上拉電阻，但P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線時，可直接驅(qū)動MOS的輸入而不必外加上拉電阻。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線用于外接石英晶體振 蕩器和電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。3

19、.5硬件電路中各部分的作用本圖有8031 74LS373 2764 組成了一個單片機最小系統(tǒng)。為了讀鍵盤給定植，及完成檢測和控制，該設(shè)計專門擴展一個8255A可編程接口及程序存儲器EPROM 2764。8255A的B口用于給定值或產(chǎn)品計數(shù)顯示，PA口讀鍵盤的給定值，C口高4位為輸入方式，用于檢測光電管和STAR，STOP兩個鍵的狀態(tài)。C口低4位為輸出位，其中PC0控制傳送帶1的電機，PC1控制傳送帶2的電機。PC2，PC3是兩個I/O口的兩個指示燈。D1，D2分別為紅色，綠色指示燈，當系統(tǒng)沒有設(shè)定給定值時，啟動START鍵，則D1燈亮，提醒操作者設(shè)定參數(shù)后再啟動；如果操作正常，則D2燈亮。3.

20、6 傳感器件的設(shè)置為了使空箱正好對準傳送帶的末端，以便產(chǎn)品準確的落入箱內(nèi)，于是在包裝箱傳送帶的中間安裝傳感器1，用來檢測包裝箱是否到位，為了檢測產(chǎn)品數(shù)量，在產(chǎn)品即將落入包裝箱的位置處設(shè)置傳感器2，由它檢測和輸出產(chǎn)品記數(shù)脈沖。本設(shè)計采用的光電傳感器。圖3-2 產(chǎn)品裝箱系統(tǒng)圖3.7自動裝箱生產(chǎn)線的計數(shù)產(chǎn)品的計數(shù)可有硬件和軟件兩種方式完成。利用硬件完成可以方便的使用單片機內(nèi)的定時/計數(shù)器。本設(shè)計采用軟件的方式來進行。3.8對外信號的連接以及通過編碼鍵盤完成給定值的設(shè)定下圖是由二極管矩陣組成的編碼鍵盤電路。鍵盤輸出信號D，C，B，A（BCD碼）接到8255A的A口PA3-PA0，鍵選通信號KEYSTR

21、OBE（高電平有效）經(jīng)反向器接到8031的/INT腳。當任何一個鍵按下時，與非門7420會產(chǎn)生一個高電平選通信號KEYSTROBE，經(jīng)反相后的其下降沿向8031申請中斷。同時，該鍵的BCD碼將出現(xiàn)在輸出線上。8031響應(yīng)后，讀入該鍵BCD碼的數(shù)值，作為給定值并顯示。該顯示的設(shè)計位數(shù) 為三位，最多設(shè)定值為999，輸入順序從最高位開始當按鍵未按下時，所有輸出端均為1。圖3-3 編碼鍵盤電路3.9 復(fù)位電路MCS-51的復(fù)位輸入引腳RST（即RESET）為MCS-51提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在MCS-51的時鐘電路工作后，

22、只要在RST引腳上出現(xiàn)10mS以上的高電平時單片機內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RST保持高電平，則MCS-51循環(huán)復(fù)位。只有當RST由高電平變低電平以后，MCS-51才從0000H地址開始執(zhí)行程序。MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。最簡單的上電復(fù)位電路如圖3-2所示。工作原理為：上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10mS以上高電平，就能使單片機有效地復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時還需要人工按鈕復(fù)位。在實際的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中，若有外部擴展的I/O接口電路也需初始復(fù)位，如果它們的復(fù)位端和MCS-51的復(fù)位端相連，復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要受到影響，這時復(fù)位電路中的R、C要

23、統(tǒng)一考慮以保證可靠的復(fù)位。如果單片機MCS-51與外圍I/O接口電路的復(fù)位電路和復(fù)位時間不完全一致，使單片機初始化程序不能正常運行，外圍I/O接口電路的復(fù)位也可以不和MCS-51復(fù)位端相連，僅采用獨立的上電復(fù)位電路。若R、C上電復(fù)位電路接斯密特電路輸入端，斯密特電路輸出接MCS-51和外圍電路復(fù)位端，則能使系統(tǒng)可靠地同步復(fù)位。一般來說，單片機的復(fù)位速度比外圍I/O快些。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在初始化程序中應(yīng)安排一定的延遲時間。3.9.1 地址鎖存器74LS37374LS373是一個帶三態(tài)門的8D鎖存器，有8個D輸入端，8個Q輸出端，一個時鐘輸入端CP，一個鎖存允許信號，當=0時CP端上的上跳變，

24、把8位D輸入端的數(shù)據(jù)打入8位鎖存器。3.9.2 MCS-51的串行口MCS-51單片機內(nèi)部有一個功能很強的全雙工的串行口，該串行口有四種工作方式，波特率可用軟件設(shè)置，由片內(nèi)的定時器/計數(shù)器產(chǎn)生。串行口接收，發(fā)送數(shù)據(jù)均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)，使用非常方便。MCS-51的串行接口除了可以用于數(shù)據(jù)通訊之外，還可以非常方便的用來驅(qū)動單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的鍵盤和顯示器。3.9.3串行口的結(jié)構(gòu)MCS-51單片機內(nèi)部的串行口，有兩個物理上獨立地接收，發(fā)送緩沖器SBUF，可同時發(fā)送，接收數(shù)據(jù)，發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩沖器只能讀出不能寫入，兩個緩沖器共用一個字節(jié)地址（99H）?？刂芃CS-51單片機串行口的控制寄

25、存器共有兩個：特殊功能寄存器SCON和PCON。串行口控制寄存器SCON（字節(jié)地址98 H）的格式為：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0,SM1：串行口4種工作方式的選擇位。SM2：允許方式2和3的多機通訊控制位。3.9.4譯碼器74LS13874LS138就是用TTL與非門組成的3線-8線譯碼器，它的邏輯圖如下圖3-4 8031邏輯圖當附加控制門Gs的輸出為高電平（S=1）時，可由邏輯圖寫出 由上式可以看出，Y0-Y7，同時又是A2、A；、Ao這三個變量的全部最小項的譯碼輸出，

26、所以也把這種譯碼器叫做最小項譯碼器。帶控制輸人端的譯碼器又是一個完整的數(shù)據(jù)分配器。在圖33。8電路中如嚴把Sl作為“數(shù)據(jù)”輸入端(同時令S2=S3=0)，而將A：A，Ao作為“地址”輸人端，那么從Sl送來的數(shù)據(jù)只能通過由A2A1A0所指定的一根輸出線送出去。這就不難理解為什么把A2A1A0叫地址輸入了。例如當A2A1A010-101時，門G5的輸入端除了接至Gs輸出端的一個以外全是高電平，因此S1的數(shù)據(jù)以反碼的形式從Y5輸出，而不會被送到其他任何一個輸出端上。 ，3.9.5 可編程并行I/O芯片8255A8255A是Intel公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個8位并行I/O口，允許采

27、用同步、異步和中斷方式傳送I/O數(shù)據(jù)。分別稱為PA口、PB口和PC口，其中PC口又分為高4位口（PC7PC4）和低4位口（PC3PC0），它們都可以通過軟件編程來改變I/O口的工作方式。8255A內(nèi)部有四部分電路組成。它們是A口、B口和C口，A組控制器和B組控制器，數(shù)據(jù)緩沖器及讀寫控制邏輯，如圖3-5圖3-5 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A有三種基本工作方式，即方式0基本輸入輸出方式；方式1選通輸入輸出方式；方式2雙向傳送（僅PA口）。8255A的工作方式可由CPU送出一個控制字到8255A的控制字寄存器來選擇。可分別選擇端口A和端口B的工作方式，端口C分成兩部分，上半部分隨端口A，下半部分隨端

28、口B。端口A的工作方式有方式0、1和2三種，而端口B只能工作于方式0和1。（1）.方式0的功能方式0是一種基本輸入輸出方式。輸出是鎖存的，輸入是不鎖存的。在這種工作方式下，三個端口的每一個都可由程序選定作為輸入或輸出，這種方式適用于無條件地傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備。例如，讀一組開關(guān)的狀態(tài)，控制一組指示燈的亮與滅，并不需要聯(lián)絡(luò)信號，CPU可隨時讀入開關(guān)的狀態(tài)，隨時可把一組數(shù)據(jù)送到指示燈顯示。在方式0下工作，由于是無條件的傳送，所以不需要狀態(tài)端口，三個端口都可以作為數(shù)據(jù)端口，當然方式0也可以作為查詢式輸入或輸出的接口電路，此時口A和口B分別可作為這兩個端口的控制和狀態(tài)信息。（2）.方式1的功能這是一種選通的

29、I/O方式。在這種工作方式時，端口A和端口B作為數(shù)據(jù)的輸入/輸出，但同時規(guī)定端口C的某些位作為控制或狀態(tài)信息。（3）.方式2的功能這種工作方式，使外設(shè)可在單一的8位總線上，即能發(fā)送也能接收數(shù)據(jù)。工作時可用程序查詢方式，也可工作于中斷方式。由于本設(shè)計采用的是方式0工作方式，所以，對方式1和方式2只作簡單介紹。表3.2 8255A控制信號表CS(110000B)A1A0RDWR端口地址端口功能00001C0HA讀A口00010C0HA寫A口00101C1HB讀B口00110C1HB寫B(tài)口01001C2HC讀C口01010C2HC寫C口01110C3H控制口寫控制1×××

30、;××不工作在8031單片機上擴展一片8255A芯片，無需外加任何邏輯電路，其接口電路如圖3-6所示。圖中8255A的PA口地址為7CH，PB口的地址為7DH，PC口的地址為7EH，控制字寄存器的地址為7FH。這里8031單片機對8255A采用了線性選址法。下面給出一個8255A接口應(yīng)用實例：8255A的端口方式設(shè)置，設(shè)端口A為方式0輸入，端口B為方式1輸出，端口C（上半部）PC7PC4輸出，端口C（下半部）PC3PC0輸入。8255A相應(yīng)的控制字為10010101B=95H，接口電路見圖3-6。初始化程序如下：MOVR0，#7FH；控制口地址送入R0MOVA，#95H；方

31、式控制字送入AMOVXR0，A；方式控制字送8255A控制口圖3-6 8031與8255接口電路圖第四章 控制電路及其設(shè)計4.1對自動裝箱控制系統(tǒng)電機的控制電機的控制有多種辦法，如磁力啟動器控制，固態(tài)繼電器控制，可控硅控制，以及大功率場效應(yīng)管控制。本設(shè)計采用固態(tài)繼電器控制，固態(tài)繼電器內(nèi)部含有光電隔離元件，可以提高抗干擾能力。自動裝箱控制系統(tǒng)的電機控制電路如下圖4-1 自動裝箱控制系統(tǒng)電機控制電路上圖所示的自動裝箱控制系統(tǒng)中的控制原理：8255單片機的PC0控制傳送帶1的傳動電機，PC1的控制傳送帶2電機，當按下啟動鍵后，使PC0輸出高電子，經(jīng)反相后變?yōu)榈碗娖剑虘B(tài)繼電器SSR1發(fā)光二

32、極管，由它觸發(fā)SSR1導(dǎo)通，交流電機通電，傳送帶1運動，帶動包裝箱前移。當包裝箱運動到傳感器1可以檢測到信號的位置時，傳感器1輸出高電平，單片機檢測到這一高電平后，PC0輸出為0，傳動電機1停止傳動 。同時，傳動電機2因PC1輸出為1而通電運動，帶動產(chǎn)品運動，并落入包裝箱內(nèi)。當零件經(jīng)過傳感器2的檢測范圍時，傳感器2輸出高電平。單片機檢測到該信號時，在計數(shù)器加1，并送往顯示，然后再與產(chǎn)品給定值比較。如果計數(shù)值小于給定值，則繼續(xù)計數(shù)；如果計數(shù)值等于給定值，則停止計數(shù)，關(guān)斷傳送帶2電機的電源，接通傳送帶1電機的電源，讓裝滿產(chǎn)品的箱子移開，同時帶動下一個空箱到位，并自動重復(fù)以上作業(yè) 。4.2本系統(tǒng)采用

33、交流SSR4.2.1交流型SSR原理圖圖4-2 交流SSR原理圖4.2.2輸入輸出特性在輸入控制信號時，非過零型的SSR不論其負載電流相位如何，會立即導(dǎo)通；過零型則必須在負載電源電壓接近零而且輸入控制信號有效時，負載的電源回路才導(dǎo)通。當輸入的控制信號消失后，不論哪一種類型的SSR，它們都是在雙向可控硅負載電流為零時才會截止關(guān)斷。4.2.3使用中應(yīng)該注意的特特性參數(shù)驅(qū)動交流型SSR元件時，它的輸入電壓為432V，開關(guān)時間小于200ps，輸入電流小于500mA，可以加接一個晶體管直接驅(qū)動；交流SSR元件輸出時，可用于AC220V或380V市電負載場合，輸出斷態(tài)電流小于10mA。因為SSR的輸出開關(guān)

34、器件是可控硅，所以依舊存在通態(tài)壓降和斷態(tài)漏電流的問題。SSR的通態(tài)壓降一般小于2V，斷態(tài)漏電流通常為510mA。在應(yīng)用系統(tǒng)中，一定要注意這兩個參數(shù)的值，特別在控制小功率外設(shè)時，不要發(fā)生誤動作。4.2.4交流型SSR用于小負載時的接線設(shè)計時，應(yīng)當讓SSR的開關(guān)電流至少為斷態(tài)電流的10倍。若負載電流低于該數(shù)值，則應(yīng)在負載兩端并聯(lián)一個電阻R，以提高開關(guān)電流，如圖所示圖4-3 交流型SSR用于小負載的接線電路圖當負載為感性時，也可在負載兩端并聯(lián)電阻，以防誤動作。4.2.5 SSR的輸出端加接阻容吸收回路和壓敏電阻的電路圖為了保護SSR元件不受損壞，在驅(qū)動感性負載時可在SSR輸出端并聯(lián)RC吸收回路和壓敏

35、電阻。其他連接方法如圖圖4-4 SSR輸出端加接阻容吸收回路和壓敏電阻電路圖其工作原理是：當單片機的控制端PI0輸出為低電平時，信號經(jīng)過反相器后，使上邊的SSR導(dǎo)通，而下邊的SSR截止，交流電通過A相繞組構(gòu)成閉合回路，電機正轉(zhuǎn)；當PIO端輸出高電平時，則上邊的SSR截止，下邊的SSR導(dǎo)通，交流電經(jīng)過B相繞組，電機反轉(zhuǎn)。4.2.6 SSR的驅(qū)動電流不能滿足負載的處理當其驅(qū)動能力不能滿足負載要求時，可由SSR先驅(qū)動功率擴展器，再由擴展器驅(qū)動負載，即可解決驅(qū)動電流不能滿足負載要求的問題。比如：當直流SSR的驅(qū)動電流不夠大時，可外接大功率晶體管、單向可控硅等；當交流SSR的驅(qū)動電流不夠大時，可采用大功

36、率雙向可控硅來直接驅(qū)動負載。4.2.7當SSR的輸出端加接阻容吸收回路和壓敏電阻時，各元件的選擇RP、CP組成浪涌電壓吸收回路，RP取100Q左右，CP取011uF。RM為壓敏電阻，它的電壓取值范圍通常為電源電壓有效值的1619倍，可以選用市售的交流220V、380V專用壓敏電阻。浪涌電壓吸收回路和壓敏電阻均對控制系統(tǒng)起保護作用。第五章 軟件設(shè)計軟件設(shè)計，就是按照實際問題的要求和單片機的特點，決定所采用的計算方法和計算公式，也就是一般所說的算法。然后根據(jù)單片機的指令系統(tǒng)，按照盡可能節(jié)省數(shù)據(jù)存放單元、縮短程序長度和加快運算時間三個原則來編制程序。以下就是自動裝箱控制系統(tǒng)的主程序流程框圖圖5-1

37、自動裝箱控制系統(tǒng)主流程圖5.1對鍵盤和各計數(shù)控制的設(shè)計各系統(tǒng)中，鍵盤的作用主要是輸入給定值，當給定值設(shè)計完畢后，鍵盤在包裝過程中就無用了，軟件設(shè)計時，采用中斷方式0作鍵盤處理；對包裝箱是否到位及產(chǎn)品計數(shù)，則采用查詢的方法進行。5.2軟件設(shè)計的中斷服務(wù)程序的作用在主程序流程框圖中，中斷服務(wù)程序的主要作用是用來設(shè)定“預(yù)置數(shù)”。當鍵盤有鍵按下時，KEYSTROBL輸出高電平，該電平經(jīng)反相后，向8031申請中斷。在中斷服務(wù)程序中，讀入的鍵盤預(yù)置數(shù)，一方面存入相應(yīng)給定的單元，另一方面送顯示，供操作者監(jiān)視。在主程序流程框圖中，鍵盤輸入預(yù)置數(shù)的順序是：先輸入包裝箱數(shù)（三位數(shù)，最大數(shù)999，按順序依次鍵入百位

38、，十位，個位），然后再輸入每箱裝入的產(chǎn)品數(shù)（數(shù)字特點同上），由此可完成中斷程序。輸入預(yù)置數(shù)的中斷服務(wù)程序框圖如圖所示圖5-2 輸入預(yù)置數(shù)的中斷服務(wù)程序框圖 5.3對內(nèi)存單元的設(shè)置為了將主程序和輸入設(shè)置數(shù)中的程序設(shè)計出，首先需要設(shè)置一些有關(guān)的內(nèi)存單元。設(shè)置時，可將8031內(nèi)部RAM的20H的單位的00H-03H四位分別代表傳動電機1，傳動電機2，報警和正常運行標志單元：用21H單位的08H和09H兩位作為產(chǎn)品及包裝計數(shù)標志單元，當計數(shù)值超過給定預(yù)置數(shù)時，則這兩位標志單元置1，否則為0。一旦該標志單元為1，則立即產(chǎn)生報警信號，系統(tǒng)會自動停止運行。下圖為自動裝箱控制系統(tǒng)內(nèi)存單元的分配圖圖5-3 自動

39、裝箱控制系統(tǒng)內(nèi)存單元的分配圖致謝天下沒有不散的宴席，雖然大三的生活多半時間還是呆在學(xué)校里，但是論文致謝語寫的那一刻也真正標志著我與這所學(xué)校就此別離了，沒有傷感，更多的是遺憾，過去的不能挽回，人應(yīng)該大膽向前看，所以這段文字應(yīng)該像它的標題一樣充滿感恩和致謝，感謝三年來在我的成長道路上扶持過我，指點過我的人。這篇論文在前期的學(xué)習(xí)積累經(jīng)驗，到中期的修改和討論，及最后的反復(fù)斟酌，我希望能盡自己最大的努力，寫出一篇具有現(xiàn)實意義的論文。但是在具體實施的過程中，我還是遇到了相當多當初沒有預(yù)料的困難，也曾經(jīng)令我迷茫和彷徨，設(shè)計最終的定稿，也沒有我當初設(shè)想的那么完美，但是總歸是自己盡力完成的著作，都是自己心血的累

40、積。論文得以順利完成，首先要衷心地感謝我的指導(dǎo)老師韓老師，您嚴謹?shù)慕虒W(xué)態(tài)度，開闊的思維，您的指導(dǎo)給我很大的幫助。當我對論文的思路感到迷茫時，您為我理清思路，指導(dǎo)我往一條比較清晰的思路上進行修改。在論文的不斷修改中，我也努力做到及時積極地跟韓老師交流。論文的最終完成，也是一波三折。在不斷完善和修改的過程中，也讓我更加懂得“一分耕耘才有一分收獲”的道理。再次對您表示感謝，師恩偉大，無以回報。參考文獻1張秀國，單片機C語言程序設(shè)計教程與實訓(xùn)，北京大學(xué)出版社，2010.22潘新民，王燕芳，微型計算機控制技術(shù)，電子工業(yè)出版社2011.13戴佳，戴衛(wèi)恒，51 單片機 C 語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講，電子工業(yè)

41、出版社，2006.44余錫存 曹國華，單片機原理及接口技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，2007.125周月霞，孫傳友， DS18B20 硬件連接及軟件編程，機械工業(yè)出版社，2001 6王幸之，鐘愛琴，王雷，王閃， AT89 系列單片機原理與接口技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社，19997沈衛(wèi)紅，基于單片機的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，電子工業(yè)出版社,2010 8梁森，自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)，機械工業(yè)出版社，20109邱世安, 機電一體化技術(shù).1版. 電子科技大學(xué)出版社，200410潘新民, 王燕芳，微型計算機控制技術(shù).北京. 電子工業(yè)出版社，200311劉瑞新, 單片機原理及應(yīng)用教程.北京. 機械工業(yè)出版社，2

42、00512龍一鳴, 單片機總線擴展技術(shù).北京. 北京航空航天大學(xué)出版社，199313宋戈等, 51單片機應(yīng)用開發(fā)范例大全.北京. 人民郵電出版社，2010附錄一ORG 0000HAJMP MAINORG 00003HAJMP INT0LED1： EQU 22H 零件計數(shù)單元（百位）LED: EQU 23H 零件計數(shù)單元（十位）LED3： EQU 24H 零件計數(shù)單元（個位）BOX1： EQU 25H 包裝箱計數(shù)單元（百位）BOX2： EQU 26H 包裝箱計數(shù)單元（十位）BOX3： EQU 27H 包裝箱計數(shù)單元（個位）BOXES： EQU 28H 包裝箱給定值地址PARTS： EQU 2BH

43、 零件給定值地址PRECNT： EQU 2EH 給定值次數(shù)計數(shù)單元LEDADD1： EQU 8400H 百位數(shù)顯示地址LEDADD2： EQU 8800H 十位數(shù)顯示地址LEGADD3： EQU 8C00H 個位數(shù)顯示地址BUFF： EQU 2FH 緩沖單元 ORG 0100H以下為控制主程序MAIN： MOV SP，#50HMOV R0，#22HMOV A，#00HMOV R1，#0DHCLRZERO： MOV R0，A 清計數(shù)，給定值單元INC R0DJNZ R1，CLRZEROMOV 20H，#00H 清控制單元MOV 21H，#00HMOV DPTR，#8003H 8255初始化MOV

44、 A，#98HMOVX DPTR，ASETB IT0 設(shè)置邊沿觸發(fā)方式SETB EX0 設(shè)置中斷方式0SETB EA 開中斷MOV R0，#BOXESMOV DPTR，#LEDADD1 保護顯示位地址BUSH DPHBUSH DPLMOV DPTR，#8002HWAIT： MOX A，PRECNT 等待設(shè)值給定參數(shù)CJNE A，#06H，WAIT 判是否輸入完給定值WORK： SETB 00H 啟動傳送帶機SETB 03H 工作正常指示燈MOV A，20H 啟動電機1和正常指示燈MOV DPTR，#8002HMOVX DPTR，ALOOP1： MOVX A，DPTRJNB ACC.7，LOOP

45、1 判斷包裝箱是否到位MOV LED1，#00H 清零件計數(shù)單元MOV LED2，#00HMOV LED3，#00HLCALL DISPLAY 顯示零件數(shù)CLR 00H 停箱子傳送帶電機SETB 01H 啟動零件傳送電機MOV A，20HMOV DPTR，#8002HMOVX DPTR，AMOV DPTR，#8002HMOVX A，DPTRJNB ACC.6，LOOP2 判斷是否有零件JNB ACC.4，STOP 判斷是否按下停止鍵LCALL PORTADD1 零件加1LCALL DISPLAY 顯示已經(jīng)裝入的零件數(shù)LCALL PORTCOMP 與給定的預(yù)置數(shù)進行比較JB 08H，STOPM

46、已裝滿AJMP LOOP2 未裝滿，繼續(xù)等待裝入STOPM： LCALL BOXADD1 包裝箱數(shù)加1LCALL BOXCOMP 看是否已經(jīng)裝夠箱子數(shù)JB 09H，F(xiàn)INISH 若箱數(shù)已裝夠，則結(jié)束LJMP WORK 否則繼續(xù)換新箱子包裝FINISH： CLR 00H 全部裝完，不用重新設(shè)置參數(shù)，可以繼續(xù)包裝CLR 01HMOV A，20HMOVX DPTR，AMOV BOX1,#00H 包裝箱計數(shù)單元清零MOV BOX2，#00HMOV BOX3,#00HLOOP3: MOV DPTR,#8002H 判斷是否重新啟動MOVX A,DPTRJB ACC.5,LOOP3LJMP WORK 再進行

47、下一輪包裝以下為停止鍵處理程序STOP： CLR 00H 停傳送帶電機CLR 01HMOV A，20HMOVX DPTR,ALJMP WAIN 轉(zhuǎn)到主程序，等待重新輸入新的給定值以下為中斷服務(wù)子程序，設(shè)置給定值INT0: MOV DPTR,#8000H 讀入給定預(yù)置數(shù)MOVX A,DPTRMOV R0,AMOV DPTR,#8002HMOVX DPTR,APOP DPL 取出顯示位地址POP DRHMOVX DPTR,A 顯出給定預(yù)置值MOV A,DPHADD A,#04H 求下一個顯示位地址MOV DPH,APUSH DPH 保護下一位顯示位地址PUSH DPLINC R0 計算下一個給定值地址INC PRECNT 設(shè)置參數(shù)計數(shù)RETI以下為顯示零件數(shù)子程序DISPLAY: MOV A,LED1 取要顯示的數(shù)MOV DPTR，#SEG