基于單片機的結(jié)晶器液壓振動波形發(fā)生器的設(shè)計下位機部分畢業(yè)論文

基于單片機的模具液壓振動波形發(fā)生器設(shè)計-下位機摘要在連鑄連軋生產(chǎn)過程中，結(jié)晶器按預(yù)定波形受控振動是連鑄機正常生產(chǎn)的重要保證。目前先進的連鑄機模具主要采用電液伺服振動裝置，可輕松實現(xiàn)非正弦波形等多種振動規(guī)律，實時顯示振動波形，在線修改振動參數(shù)，具有高度的自動化。板坯表面和質(zhì)量上的先進技術(shù)。如何控制結(jié)晶器按照給定的波形規(guī)律振動是連鑄生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。本文設(shè)計的基于單片機的結(jié)晶器液壓振動波形發(fā)生器的目的是控制結(jié)晶器按照給定的波形規(guī)律振動。波形發(fā)生器基于89C51單片機，外接鍵盤和雙緩沖D/A轉(zhuǎn)換電路，可產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波、正弦波和非正弦波等各種波形海浪。需要波形參數(shù)。模具的振動可以根據(jù)波形發(fā)生器給出的波形進行控制。關(guān)鍵詞：：模具；液壓振動；單片機；波形發(fā)生器；數(shù)模轉(zhuǎn)換目錄摘要我摘要二第1章引言11.1連鑄結(jié)晶器發(fā)展背景11.2本文主要研究內(nèi)容及目的11.2.1研究內(nèi)容11.2.2研究目的2第二章連鑄模具介紹32.1結(jié)晶器3的功能與結(jié)構(gòu)2.2連鑄結(jié)晶器振動概述32.2.1結(jié)晶器振動規(guī)律的發(fā)展42.2.2模具的振動方式52.2.3模具振動參數(shù)62.2.4模具振動機構(gòu)7第三章基于單片機的液壓振動波形發(fā)生器93.1方案比選93.1.1設(shè)計思路103.1.2總體設(shè)計框圖103.2硬件設(shè)計113.2.1整體電路設(shè)計113.2.2AT89C51單片機介紹123.2.3行列式鍵盤與微控制器之間的接口163.2.4D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832163.2.5MCU串行通信223.3軟件設(shè)計233.3.1波形頻率調(diào)整算法233.3.2輸出數(shù)據(jù)到端口程序243.3.3鍵盤掃描子程序模塊243.3.4正弦波子程序模塊273.3.5三角波子程序模塊283.3.6鋸齒波程序模塊303.3.7方波程序模塊313.3.8主要功能主要模塊32第4章結(jié)論34參考文獻(xiàn)36附錄一：設(shè)計源程序37附錄2：電路原理圖45至46…………介紹連鑄模具的發(fā)展背景回顧連鑄鋼的發(fā)展歷史，連鑄的生產(chǎn)方法首先是從有色金屬開始的。鑄造機采用垂直固定的模具。在拉坯過程中，坯殼很容易與模壁粘結(jié)，造成拉不拉或拉漏。因此，連鑄速度很低，鑄坯液心長度一般不超過結(jié)晶器長度。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，1913年瑞典的AHPehrson提出了結(jié)晶器應(yīng)按一定幅度和頻率往復(fù)運動的想法，但真正將這一想法付諸實踐的是德國人。榮漢斯(S.Junghans)。1933年，Jonhans研制的結(jié)晶器振動裝置成功應(yīng)用于有色黃銅的連鑄。1949年，Jonhans的合作者美國人IrvingRossi取得Jonhans振動結(jié)晶器的使用權(quán)，并出售給Allegheng美國Ludlum鋼鐵公司。Watervliet工廠的方坯中試連鑄機上使用了振動模具。同時，榮漢斯振動結(jié)晶器用于德國曼內(nèi)斯曼公司Huckiugen工廠的連鑄鋼試鑄機。榮漢斯振動結(jié)晶器在這兩臺連鑄機上的成功應(yīng)用，使其在鋼鐵連鑄中迅速普及。此后，結(jié)晶器振動成為連鑄生產(chǎn)中的一項標(biāo)準(zhǔn)操作?？梢?，使連鑄鋼生產(chǎn)工業(yè)化的正是振動結(jié)晶器。本文主要研究的內(nèi)容和目的研究內(nèi)容本課題主要研究的是基于單片機的結(jié)晶器液壓振動波形發(fā)生器。通過給定的振動波形（頻率和振幅可以通過鍵盤設(shè)置），可以控制模具的液壓振動，通過調(diào)整振動頻率、振幅和波形偏斜系數(shù)來控制波形的變化，從而使可以控制非正弦運動的位移和速度。并且加速度變化，從而獲得高質(zhì)量的板坯，有效避免粘接的振動波形。研究目的結(jié)晶器按預(yù)定波形受控振動是連鑄機正常生產(chǎn)的保證。目前先進的連鑄機模具主要采用電液伺服振動裝置，可輕松實現(xiàn)非正弦波形等多種振動規(guī)律，實時顯示振動波形，在線修改振動參數(shù)，具有高度的自動化。板坯表面和質(zhì)量上的先進技術(shù)。如何控制結(jié)晶器按照給定的波形規(guī)律振動是連鑄生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。本文設(shè)計的基于單片機的結(jié)晶器液壓振動波形發(fā)生器的目的是控制結(jié)晶器按照給定的波形規(guī)律振動。連鑄模具簡介結(jié)晶器的功能和結(jié)構(gòu)結(jié)晶器為水冷銅結(jié)晶器，是連鑄機中非常重要的部件，被稱為連鑄機的“心臟”。鋼水在模具中冷卻，初步凝固成型，并具有一定厚度的外殼。這一過程是在殼體與模壁不斷相對運動下完成的。因此，模具應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性和剛性，不易變形，重量輕，以減少振動時的慣性力；表面耐磨性應(yīng)好，以提高使用壽命。結(jié)晶器是連鑄設(shè)備中最關(guān)鍵的部件，在相當(dāng)大的程度上影響著板坯質(zhì)量和連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。模具銅板的工作環(huán)境非常惡劣，因此對其物理性能的要求也非常嚴(yán)格。首先，模具銅板必須具有良好的導(dǎo)熱性。這是為了保證鋼水在結(jié)晶器內(nèi)迅速凝固成具有一定厚度和強度的坯殼，防止鑄坯脫出結(jié)晶器。其次，它必須具有較高的屈服強度。由于模具的銅板與1470～1600℃的高溫鋼水接觸，背部被30℃周圍的冷卻水冷卻，在如此巨大的溫度梯度下，反復(fù)產(chǎn)生的熱應(yīng)力也是巨大的。如果銅板沒有足夠的強度，就會在冷卻水箱的表面或底部產(chǎn)生裂紋，甚至冷卻水會與鋼水接觸，可能引起爆炸。此外，它還必須具有足夠的硬度和耐磨性，尤其是高的軟化溫度。這是因為銅板的表面需要與鑄坯直接接觸造成磨損，而且不需要銅根據(jù)模具的形狀，模具可分為直模和弧形模。直模用于立式、立彎和直弧連鑄機，而弧模用于全弧和橢圓連鑄機。在結(jié)構(gòu)上，有管式結(jié)晶器和組合式結(jié)晶器。連鑄結(jié)晶器振動概述結(jié)晶器振動是連鑄機的核心技術(shù)之一，鋼水形成的殼與結(jié)晶器壁的分離完全依賴于振動的作用。連鑄機結(jié)晶器振動的目的是為了防止拉坯時坯殼與結(jié)晶器之間的粘結(jié)，同時獲得良好的鋼坯表面。當(dāng)模具向上移動時，新的坯殼與銅壁的附著力降低，從而防止坯殼受到較大的應(yīng)力而導(dǎo)致鑄坯表面產(chǎn)生裂紋；當(dāng)模具向下移動時，對坯殼施加摩擦。模具上升時拉出的裂紋需要一定的壓力才能愈合，并且要求向下移動的速度大于拉動速度，造成負(fù)滑移。模壁與動殼之間存在摩擦，被認(rèn)為是撕裂殼和限制澆注速度的基本因素。初殼與模壁之間有一層液態(tài)渣膜，這里的摩擦力為粘性摩擦，即摩擦力與相對運動速度成正比，渣膜的粘度與厚度成反比的渣膜。在模具振動的正滑移過程中，由它引起的對殼體的摩擦力和拉應(yīng)力較大，可能會導(dǎo)致一次殼體開裂。因此，開發(fā)了一種負(fù)滑移的非正弦振動技術(shù)來降低摩擦力。殼體與模壁的摩擦主要是液體摩擦。因此，在模具向上運動過程中，外殼上的拉應(yīng)力隨著外殼與模具壁之間相對速度的增加而增加。當(dāng)相對速度達(dá)到一定值時，摩擦可能導(dǎo)致機殼與模壁之間的液態(tài)潤滑膜撕裂，潤滑被破壞，或機殼撕裂。這兩種后果都可能導(dǎo)致粘模甚至拉漏事故。通過減小振動行程，延長正滑移時間，降低振動頻率，可以達(dá)到降低相對速度從而降低摩擦力的目的。結(jié)晶器振動規(guī)律的發(fā)展結(jié)晶器由靜態(tài)到振動的轉(zhuǎn)變引起了連鑄工人的廣泛關(guān)注和興趣。人們開展了實驗研究工作，研究了內(nèi)聚破體機理，發(fā)展了各種模具振動規(guī)律。最早的是基于“拉焊”理論的矩形速度振動定律。類型1振動模式。這種振動方法對鑄坯脫模有效，早期已得到應(yīng)用。但其主要缺點是加工困難，振動機構(gòu)和拉坯機構(gòu)之間必須有嚴(yán)格的電氣聯(lián)鎖。升降拐點處速度變化大，設(shè)備沖擊大，不利于高頻振動的使用。然而，采用這種波形，將固定結(jié)晶器變成了振動結(jié)晶器，使結(jié)晶器技術(shù)有了飛躍。隨著負(fù)滑動理論的出現(xiàn)，矩形速度定律被梯形速度定律所取代。坯殼內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，可擠壓開裂的坯殼，迫使粘合坯殼脫模。模具在升降轉(zhuǎn)折點的速度變化平緩，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和梯形波的出現(xiàn)。為了使連鑄生產(chǎn)更順暢，這種速度波形已經(jīng)使用了很多年，負(fù)滑移理論一直沿用至今。隨著負(fù)滑移理論的不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了正弦速度規(guī)律，正弦振動速度規(guī)律是通過偏心輪實現(xiàn)的。該振動規(guī)律打破了結(jié)晶器與鑄坯之間存在一定速度關(guān)系的限制，重點關(guān)注其脫模效果。使用偏心輪代替凸輪。正弦振動仍有小的負(fù)滑動階段，有利于脫模。速度和加速度變化平緩，偏心輪使用簡單，易于制造、安裝和維護，運動精度高，設(shè)備運動平穩(wěn)，沖擊小，易于使用高頻振動。正弦振動今天仍然被廣泛使用。模具的振動方式目前模具的振動有正弦波和非正弦波兩種模式：(1)正弦波振動振動速度與時間的關(guān)系是正弦或余弦曲線。在正弦振動法中，上下振動時間相等，上下振動的最大速度也相同。在整個振動周期中，鑄坯與結(jié)晶器之間始終存在相對運動。在模具振動過程中，有一小段向下的振動速度大于拉坯速度，因此可以防止和消除坯殼與模具壁之間的粘連。結(jié)，并在裂殼中起到愈合作用。另外，由于模具的運動速度按正弦規(guī)律變化，其加速度必然按余弦規(guī)律變化，所以過渡比較平穩(wěn)，影響較小。(2)非正弦振動模具的振動速度隨時間變化的規(guī)律不是正弦的，稱為非正弦振動。隨著高速連鑄機的發(fā)展，拉坯速度越來越快，模具振動時，特別是高頻振動后，結(jié)晶器與鑄坯的相對運動速度增加。脫模劑用量相對減少，殼與模壁的結(jié)合增加了斷鋼的可能性。為了解決這個問題，除了使用新的脫模劑外，另一個措施是使用非正弦振動；非正弦振動；正弦振動是指模具的上振動時間長于下振動時間，以降低模具上振動與板坯的相對運動速度。可見，非正弦振動具有以下特點：=1\*GB3①在正滑動時間內(nèi)，模具振動速度與坯料速度之差減小。因此，可以減少模具對坯料向上施加的摩擦力，減少彎月面下作用在坯料殼上的拉應(yīng)力，減少開裂；②在負(fù)滑動時間內(nèi)，模具振動速度vm與拉坯速度相差較大。因此，作用在坯殼上的壓力增大，有利于坯料的脫模。③負(fù)滑時間短，板坯表面振動痕跡淺；正滑時間長，可增加結(jié)晶器渣的消耗，有利于結(jié)晶器的潤滑?？梢酝ㄟ^調(diào)整振動頻率、振幅和波形偏斜因子來控制波形的變化，從而改變非正弦運動的位移、速度和加速度，從而獲得高質(zhì)量的板坯，振動可以有效避免鍵合波形。.模具振動參數(shù)模具振動的主要參數(shù)包括振幅、頻率、波形偏移率和負(fù)滑移時間。⑴幅度和頻率。結(jié)晶器振動裝置的振幅和頻率是相互關(guān)聯(lián)的。一般來說，頻率越高，幅度越小。如果頻率高，模具與坯殼之間的相對滑移大，有利于強制脫模，防止粘連，提高坯料的表面質(zhì)量。如果幅度小，結(jié)晶器鋼水液位的波動小，澆注工藝容易控制，鑄坯表面光滑。降低外殼被拉開的風(fēng)險也是有益的。=2\*GB2⑵波形偏斜率。非正弦振動的一個參數(shù)是波形偏斜率，用α表示，即圖1.1中A1與A0的比值（T/4）。顯然，對于正弦振動，α=0。α=×100%圖1.1正弦和非正弦振動曲線1——非正弦振動；2—正弦振動(3)負(fù)滑時間在一個振動周期中，模具的振動速度大于拉拔速度的時間就是負(fù)滑移時間，用tN表示。模具振動機構(gòu)結(jié)晶器按一定的運動軌跡振動。連鑄機的振動機構(gòu)包括短臂四連桿振動機構(gòu)、四偏心輪振動機構(gòu)和液壓振動機構(gòu)。[1]四連桿機構(gòu)中的部分或全部連桿由剛性桿改為彈簧鋼板，消除了結(jié)晶器在振動過程中的水平擺動，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。四偏心輪的振動仍然是正弦振動。其優(yōu)點是：結(jié)晶器振動平穩(wěn)，無擺動和干擾現(xiàn)象，適用于高頻小振幅，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。短臂四連桿振動和四偏心振動都是機械振動。薄板坯連鑄結(jié)晶器的振動形式方向為液壓振動。目前，液壓和液壓伺服振動系統(tǒng)已經(jīng)在許多連鑄機上成功地替代了機械振動系統(tǒng)，并取得了良好的效果。通常，液壓振動有望改善鑄坯表面與模具銅壁之間的接觸狀態(tài)。傳統(tǒng)的偏心傳動是模具的機械振動，其波形只能達(dá)到正弦波。眾所周知，在負(fù)滑移時間內(nèi)，連鑄保護渣不能流入殼體與銅板的間隙，難以形成均勻的保護渣膜。為此，一般希望盡可能縮短負(fù)滑移時間TN，但在機械振動的情況下，很難進一步降低TN的值。只有采用液壓振動的形式，可以通過獲得非正弦曲線來減小TN。與機械振動相比，板坯連鑄機的液壓振動裝置具有一系列優(yōu)點：[2]=1\*GB21）振動力從兩點引入模具，力均勻傳遞；=2\*GB22）高頻振動時運動平穩(wěn)，高低頻振動時不變形，振動引導(dǎo)精度高；(3)結(jié)構(gòu)緊湊簡單，傳動環(huán)節(jié)少，用模具調(diào)心方便，維修也方便；⑷采用高可靠性和高抗干擾能力的單片機控制，能保證長期穩(wěn)定的振動波形；⑸可改變振動曲線，可在線設(shè)定振動波形，增加了連鑄機的可鑄鋼種；⑹改善鋼坯表面與模具銅壁的接觸狀態(tài)，提高鋼坯表面質(zhì)量，減少粘結(jié)斷裂。一種基于單片機的液壓振動波形發(fā)生器波形發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應(yīng)用于電子電路、自動控制等領(lǐng)域。目前使用的波形發(fā)生器大部分是由分立元件組成的。結(jié)晶器液壓振動波形發(fā)生器可以用單片機、虛擬儀器、VB、可編程邏輯器件等多種編程語言實現(xiàn)。單片機組成的波形發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等多種波形，并且可以改變波形的周期和頻率。介紹了一種由MCS-51單片機組成的波形發(fā)生器，電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉。振動波形的頻率和幅度等參數(shù)可以通過鍵盤進行設(shè)置。方案比較和選擇模具液壓振動波形發(fā)生器的設(shè)計可以通過單片機、虛擬儀器、VB和可編程邏輯器件等多種編程語言來實現(xiàn)。本設(shè)計主要采用單片機組成波形發(fā)生器，對比選擇以下幾種方案。方案一：函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038用于集成模擬芯片，是一種可以同時產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專用集成電路。但是這個模塊產(chǎn)生的波形不是純波形，會寄生一些高次諧波分量。雖然可以用一些其他的措施來過濾掉一些，但不能完全過濾掉。方案二：使用AT5189C單片機和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生波形。通過在函數(shù)中將值加到數(shù)組中，然后通過DAC0832輸出，在示波器上可以觀察到不同函數(shù)值的波形。外接鍵盤電路，可通過鍵盤進行波形選擇，并可設(shè)置波形頻率、幅度等參數(shù)。因為是軟件濾波，不會有寄生的高次諧波分量，產(chǎn)生的波形比較純凈。它具有電路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低廉、性能優(yōu)越、低頻穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、功耗低等特點。經(jīng)過反復(fù)論證和實際需求，最終選擇了方案二。設(shè)計理念本設(shè)計以89C51單片機為核心，通過單片機控制各種外圍芯片和電路。波形的產(chǎn)生是通過51執(zhí)行一定的波形產(chǎn)生程序，89C在其數(shù)據(jù)線上致一系列按照一定規(guī)律變化的數(shù)據(jù)信息，通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號，運算放大器。本設(shè)計要完成的主要波形有正弦波、三角波、鋸齒波和方波。通過在函數(shù)中的數(shù)組中加一個值，通過DAC0832輸出，在示波器上可以觀察到不同函數(shù)值的波形。通過函數(shù)將值與數(shù)組中的數(shù)字相加后，一次不顯示輸出。這就需要給51單片機寫一個控制字使能中斷，然后用計數(shù)器計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器溢出時，產(chǎn)生中斷請求，此時調(diào)用中斷。函數(shù)，將數(shù)組中的一個值致給DAC0832，使該值連續(xù)致，輸出為一個完整的波形。整體設(shè)計框圖高精度波形發(fā)生器分為上層應(yīng)用軟件和下層軟硬件兩部分。上層軟件提供人機交互界面，即操作員控制臺，用于選擇波形并生成波形數(shù)據(jù)，與串口通訊和人機通訊；下層硬件為I/O控制器，由CPU、DAC、計數(shù)器、時序組成通過CPU。本設(shè)計主要做下位機部分，即基于單片機的波形發(fā)生器的波形生成部分。波形發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波。整體設(shè)計框圖如下：圖3.1總體設(shè)計框圖硬件設(shè)計整體電路設(shè)計波形發(fā)生器的原理是89C通過51單片機執(zhí)行一定的波形產(chǎn)生程序，在其數(shù)據(jù)線上致一系列按照一定規(guī)律變化的數(shù)據(jù)信息，通過一個D/A轉(zhuǎn)換器和運算放大器。單片機的P0口外接鍵盤電路，可以通過鍵盤選擇波形類型和設(shè)置所需的波形頻率和幅度。波形發(fā)生器接線示意圖如圖3.1所示：圖3.1波形發(fā)生器硬件原理圖單片機電路功能：表單掃碼、鍵值識別、鍵處理、參數(shù)設(shè)置；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。89C51的P0口用作擴展I\O口，連接DAC0832。P0（時分復(fù)用）提供16位地址線。P1端口連接到16鍵矩陣鍵盤。D/A轉(zhuǎn)換電路功能：將波形樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號。D/A轉(zhuǎn)換電路采用雙極性電壓輸出，由DAC0832和兩個uA741運算放大器組成。單片機向0832致數(shù)字代碼，產(chǎn)生不同的輸出。0832輸出波形信號時，其幅度可調(diào)。生成波形樣本代碼，通過D/A轉(zhuǎn)換得到波形的模擬樣本點。如果N個點構(gòu)成波形的一個周期，0832輸出N個采樣點后，這些采樣點形成一個運動軌跡，即一個周期。重復(fù)輸出N個點成為第二個循環(huán)。AT89C51單片機AT51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低壓、高性能89CCMOS8位單片機。它包含4kbytes的可重寫只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。該設(shè)備采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片上通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)的Flash存儲器、128字節(jié)的RAM、32條I/O線、兩個16位定時器/計數(shù)器、一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、一個全雙工串線通信端口、芯片振蕩器和時鐘電路。同時，AT89C51可以低至0Hz靜態(tài)邏輯運行，并支持兩種軟件可選的省電運行模式?？臻e模式停止CPU的工作，但內(nèi)容RAM、定時器/計數(shù)器、串口通信和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式保留RAM內(nèi)容，但振蕩器停止并且所有其他組件被禁用，直到下一次硬件復(fù)位。AT89C51MCU有雙直列式封裝和方形封裝。圖3.2是89CAT51單片機的管腳圖，有些管腳有兩種功能。圖3.2AT89C51芯片管腳引腳功能說明：Vcc：電源電壓GND：地端口P0：端口P0是一組8位開漏雙向I/O端口。用作輸出端口時，每個位可以以吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，向端口寫入“”，1”在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組端口線轉(zhuǎn)換地址（低8位）并復(fù)用數(shù)據(jù)總線，并在訪問過程中激活上拉電阻。在Flash編程時，端口P0接受指令字節(jié)，在程序驗證時，它輸出指令字節(jié)。在驗證過程中，需要一個外部上拉電阻。端口P1：P1是一個帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口。向端口寫入“”，1”在閃存更改和程序驗證期間，P1端口接收低8位地址。端口P2：P2是一個帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口。向端口寫入“”，1”當(dāng)以16位地址訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2端口發(fā)出高8位地址數(shù)據(jù)。在Flash編程或驗證期間，P2還接收高位地址和其他控制信號。端口P3：端口P3是一組帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口。向端口寫入"，1”P3口除了作為通用I/O口外，更重要的是它的第二個功能，如表3.1所示：圖3.1P3端口還接收一些用于Flash閃存編程和程序驗證的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳上的高電平持續(xù)超過兩個機器周期將使單片機復(fù)位。ALE/：訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址存儲使能）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍然以時鐘振蕩器頻率輸出固定的脈沖信號，因此它可以外部輸出時鐘或用于計時目的。更重要的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時都會跳過一個ALE脈沖。該引腳還用于在閃存編程期間輸入編程脈沖(PROM)。：程序存儲許可（）輸出為外部程序存儲器的選通信號。AT5189C從外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期有效兩次，即輸出兩個脈沖。在此期間，訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，兩個有效信號均不出現(xiàn)。EA/VPP：內(nèi)容外部訪問。為了使CPU只訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端子必須保持低電平（接地）。如果EA端為高電平（接VCC端），CPU將執(zhí)行程序存儲器中的指令。燒寫Flash存儲器時，該管腳加上+12V燒寫內(nèi)容電源Vpp，當(dāng)然這必須是器件使用12V燒寫電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出。時鐘振蕩器：AT89C51用于構(gòu)成振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入和輸出。該放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自振蕩振蕩器，振蕩電路見圖3.3：圖3.3振蕩電路外部石英晶體（或瓷諧振器）和電容器C1和C2連接在放大器的反饋回路中，形成并聯(lián)振蕩電路。雖然對外接電容C1和C2沒有很嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會稍微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難度和溫度的穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，電容建議使用30pF10pF，如果使用瓷諧振器建議使用40pF10pF。復(fù)位電路：89C51的復(fù)位由外部復(fù)位電路實現(xiàn)。復(fù)位結(jié)構(gòu)如圖3.4所示：圖3.4復(fù)位電路行列式鍵盤與單片機的接口鍵盤與微控制器之間的接口有查詢模式和中斷模式。查詢方式比較簡單，可靠性高。行列式鍵盤比獨立鍵盤復(fù)雜，但它與單片機的接口也可以通過查詢和中斷來連接。行列式鍵盤可以通過查詢方式連接到單片機。如圖3.5所示，單片機的P1口接鍵盤，P1.0~P1.3作為鍵盤的行掃描輸入線，P1.4~P1.7用作為鍵盤輸入線。列掃描輸出線。圖3.5行列式鍵盤界面單片機通過定時器查詢按鍵的狀態(tài)，也可以在程序中隨機查詢，也可以在CPU空閑時查詢鍵盤的狀態(tài)以響應(yīng)用戶的鍵盤輸入。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器的主要特點輸入數(shù)據(jù)位數(shù)常用的DAC芯片有8位、10位、12位、16位。與單片機接口時，會分為8位和8位以上的DAC。接口層由于單片機的接口電平和74系列邏輯電路的電平都是TTL電平，所以在應(yīng)用DAC芯片時，應(yīng)選擇TTL接口電平的芯片。輸出電壓范圍DAC的輸出分為電流輸出和電壓輸出。對于電流輸出DAC，需要一個外部電流電壓轉(zhuǎn)換器電路（運算放大器）。此時，電壓的輸出范圍不僅與DAC的VREF有關(guān)，還與電流-電壓有關(guān)。轉(zhuǎn)換器相關(guān)。輸出電壓范圍為0至5V、0至10VV、V等。輸出電壓極性輸出電壓極性分為單極和雙極。例如，0~5V和0~10V為單極性輸出，而V和V為雙極性輸出。DAC0832結(jié)構(gòu)與原理DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器部分具有兩級輸入數(shù)據(jù)緩沖器和R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)。其電路框圖如圖3.6所示。圖3.6DAC0832原理圖如圖3.6所示，是一個注冊命令。當(dāng)=1時，寄存器的輸出隨輸入而變化；當(dāng)=0時，數(shù)據(jù)存儲在寄存器中，不受輸入變化的影響。其邏輯表達(dá)式為=ILE**可以看出，當(dāng)ILE=1，==0，=1時，內(nèi)容數(shù)據(jù)輸入；當(dāng)=1,=0時，數(shù)據(jù)被鎖存。是否可以執(zhí)行D/A轉(zhuǎn)換取決于，除了取決于。從圖中可以看出，當(dāng)和為低時，=1，此時內(nèi)容D/A轉(zhuǎn)換。否則=0，停止D/A轉(zhuǎn)換。使用時，可以通過控件的不同設(shè)置來決定是使用雙緩沖模式（兩級輸入鎖存器）還是單緩沖模式（只使用一級輸入鎖存器，另一級始終為直通）引腳，或以完全直通的形式連接。DAC0832的引腳功能D/A轉(zhuǎn)換電路為R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)8位數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。各引腳信號說明如圖3.7所示：圖3.7DAC0832引腳圖DI7~DI0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。：片選信號（輸入），低電平有效。ILE：數(shù)據(jù)鎖存使能信號（輸入），高電平有效。：第一個寫信號（輸入），低電平有效，it和ILE兩個信號控制輸入寄存器的控制方式。當(dāng)ILE=1且=0時，為輸入寄存器直通模式；當(dāng)ILE=1且=1時，為輸入寄存器鎖存模式。：第二個寫信號（輸入），低電平有效。：數(shù)據(jù)傳輸控制信號（輸入），低電平有效。以及控制DAC寄存器如何工作的兩個信號。當(dāng)=0和=0時，為DAC寄存器透傳模式；當(dāng)=1和=0時，為DAC寄存器鎖存模式。Iout1:電流輸出極1。Iout2：電路輸出極2，Iout1+Iout2是一個常數(shù)。Rfb：反饋電阻端。0832為電流輸出。為了得到電壓輸出，需要在電壓輸出端接一個運算放大器，Rfb是運算放大器的反饋電阻端。Vref：參考電壓，其電壓可正可負(fù)，范圍從-10V到+10V。DGND：數(shù)字地。AGND：模擬地。DAC0832工作時序D/A轉(zhuǎn)換可分為兩個階段，如圖3.8所示：圖3.8DAC0832工作時序(1)=0,=0,ILE=1，使輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器。(2)=0,=0，數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器并開始轉(zhuǎn)換。DAC0832的工作原理DAC0832與單片機連接時有三種工作模式：直通模式、單緩沖模式和雙緩沖模式。直通模式：==1，輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接進入D/A轉(zhuǎn)換器。單緩沖模式：=1，或=1，在單緩沖模式下，DAC0832的兩個8位寄存器中只有一個處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，另一個由CPU發(fā)出的控制信號控制。一次D/A轉(zhuǎn)換即可完成。雙緩沖方式：對于多路D/A轉(zhuǎn)換接口，當(dāng)需要同步D/A轉(zhuǎn)換輸出時，必須采用多緩沖同步方式。DAC0832這樣連接時，數(shù)字輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出分兩步完成，即CPU先將要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量通過數(shù)據(jù)輸入到各個D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端公共汽車。并鎖存在各自的輸入寄存器中，然后CPU同時向所有D/A轉(zhuǎn)換器致控制信號，并將輸入鎖存器上鎖存的數(shù)據(jù)輸入DAC寄存器，實現(xiàn)同步輸出。DAC0832與MCU之間的接口電路由于模具有兩個振動臺，兩個振動臺的振動波形需要同步顯示，所以設(shè)計中有兩個D/A轉(zhuǎn)換部分，采用雙緩沖連接方式。前面介紹了D/A轉(zhuǎn)換器具有單極和雙極電壓輸出，此設(shè)計使用雙極電壓輸出。轉(zhuǎn)換電路包括一個DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器和兩個運算放大器uA741。電路連接圖如圖3.9所示：圖3.9D/A轉(zhuǎn)換電路在圖3.9中，運放ua741(2)的作用是將運放ua741(1)的單向輸出電壓轉(zhuǎn)換成雙向輸出。原理是通過電阻R2將ua741(2)的輸入端與參考電源Vref相連。Vref通過R2向ua741(2)提供偏置電流I1，其電流方向為向下。因此，運算放大器ua741(2)的輸入電流為兩支路電流的代數(shù)和。D/A轉(zhuǎn)換器的總輸出電壓可以從圖中得到VOUT2=-(VOUT1+Vref)=-(2VOUT1+Vref)其中VOUT1是運算放大器ua741(1)的輸出電壓。D/A轉(zhuǎn)換器89C與51接口89C，51依靠指令輸出數(shù)字量進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，指令致的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上是短暫的，所以在DAC和DAC之間51，需要一個89C數(shù)據(jù)寄存器，用來保存89C51電腦輸出的數(shù)據(jù)，用于DAC轉(zhuǎn)換。目前生產(chǎn)的DAC芯片有兩種。一種芯片帶有數(shù)據(jù)寄存器，可以直接與微機接口，無需外接電路。另一種芯片沒有數(shù)據(jù)寄存器，輸出信號隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)而變化，所以不能直接與微機接口，而必須通過并行接口與微機接口。DAC0832是具有20條引線的雙列直插式CMOS器件。具有兩級數(shù)據(jù)寄存器，完成8位電流D/A單片機串行通信串行通信對于單片機來說意義重大，它不僅可以將單片機的數(shù)據(jù)傳輸給計算機，還可以實現(xiàn)計算機對單片機的控制。中一般有兩個標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串口COM1和COM2。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到19.2Kb/s，最長的傳輸電纜可以達(dá)到15m。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3~+15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，-3~-15V之間的任意電平為邏輯“1”電平。和CMOS電平不同。接口電路和計算機接口芯片均為TTL或CMOS電平，因此在通信時，必須進行電平轉(zhuǎn)換以-232C匹配RS標(biāo)準(zhǔn)的電平。MAX232芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是Maxim生產(chǎn)的一款低功耗、單電源雙路RS232致器/接收器。它有一個電源電壓轉(zhuǎn)換器，可以將輸入的+5V電源轉(zhuǎn)換成RS-232C輸出電平所需的±10V電壓，因此使用該芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要一個+5V電源。我們采用三線制的方式來連接串口，只將其中三個連接到電腦的9針串口上：5腳GND，2腳RXD，3腳TXD。這個是最簡單的連接方式，但是用起來就夠了。MAX232的接口電路如圖3.10所示。圖3.10MAX232電路連接圖軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件由主程序、鍵盤讀取程序和產(chǎn)生波形的子程序組成。軟件設(shè)計主要通過編程獲得各種波形，波形的頻率和幅度由鍵盤設(shè)置。主程序流程圖及產(chǎn)生若干波形的子程序如下圖所示：波形頻率調(diào)整算法以鋸齒波為例，其他波形也是如此。圖3.11鋸齒波鋸齒波由256個點組成，點之間的延時設(shè)為T，則周期T1=255*T，如果要求鋸齒波的頻率為10HZ，則每個周期的延時時間為1/10=0.1s，每個點與點之間的延遲為T=0.1/255=3.922ms。任意頻率f對應(yīng)的點之間的延遲為：T=*輸出數(shù)據(jù)到端口程序無效轉(zhuǎn)換（ucharout_data）{ 詮釋f; 浮動t; scanf("%6.2f",&f); t=1.0/(f*64)； t=t*1000000；P0=out_data；//輸出數(shù)據(jù)delay_nus(t);//延遲等待轉(zhuǎn)換}鍵盤掃描子程序模塊圖3.12為按鍵程序流程圖，主要分為按鍵掃描、去抖、按鍵碼計算、等待按鍵釋放等。當(dāng)按鍵被按下時，單片機可以掃描鍵盤以獲取按鍵信號。將每個鍵設(shè)置為固定的鍵盤代碼，掃描該鍵，讀取該代碼，并根據(jù)鍵盤代碼輸出固定鍵值。例如：按下1鍵，P1口讀取數(shù)據(jù)0x11，輸出鍵值為1。圖3.12鍵盤掃描流程圖鍵(){ ucharreadkey;//重讀鍵; ucharx_temp,y_temp; 整數(shù)鍵； P1=0x0f; x_temp=P1&0x0f; 如果（x_temp==0x0f）轉(zhuǎn)到鍵輸出； P1=0xf0； y_temp=P1&0xf0; 讀鍵=x_temp|y_temp； 讀鍵=~讀鍵； 開關(guān)（讀鍵）{ 案例0x11:key=1;休息; 案例0x21:key=4;休息; 案例0x41:key=7;休息; 案例0x81:key='.';休息; 案例0x12:key=2;休息; 案例0x22:key=5;休息; 案例0x42:key=8;休息; 案例0x82:key=0;休息; 案例0x14:key=3;休息; 案例0x24:key=6;休息; 案例0x44:key=9;break; 案例0x84:key=11;gotokeyout;break; 案例0x18:key=12;休息; 案例0x28:key=13;break; 案例0x48:key=14;break; 案例0x88:key=15;break; 默認(rèn)值： 中斷； }返回鍵； keyout:_nop_();}正弦波子程序模塊00H到40H分成64個不連續(xù)點，形成正弦波值表，89C每個時鐘到達(dá)時用51取表值通過P0送到DAC0832轉(zhuǎn)換輸出港口。ucharsin_data[64]={0x20,0x23,0x26,0x29,0x2c,0x2f, 0x31,0x34,0x36,0x38,0x3a,0x3c, 0x3d,0x3e,0x3f,0x3f,0x3f,0x3f, 0x3f,0x3e,0x3d,0x3c,0x3a,0x38, 0x36,0x34,0x31,0x2f,0x2c,0x29, 0x26,0x23,0x20,0x1c,0x19,0x16, 0x13,0x10,0xe,0xb,0x9,0x7,0x5, 0x3,0x2,0x1,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x1,0x2,0x3,0x5,0x7,0x9,0xb,0xe, 0x10,0x13,0x16,0x19,0x1c};//正弦碼表，可以通過SIN()函數(shù)獲取圖3.13是正弦波程序的流程圖。圖3.13正弦波程序流程圖空正弦（空）{uchar我;詮釋小時;scanf("%6.2f",&h);for(i=0;i<64;i++){ 轉(zhuǎn)換（sin_data[i]*h）；}}三角波子程序模塊單片機開始向P0口輸出數(shù)字量0，每個時鐘到來時，輸出值加1直到255，然后單片機從輸出255開始減1直到0當(dāng)時鐘來臨時。如此重復(fù)，DAC0832就可以輸出連續(xù)的三角波了。三角波程序流程圖如圖3.14所示：圖3.14三角波程序流程圖虛空三角形（虛空）{uchark;詮釋 小時;scanf("%6.2f",&h);for(k=0;k<255;k++)轉(zhuǎn)換（k*h）；for(;k>0;k--)轉(zhuǎn)換（k*h）；}鋸齒波程序模塊單片機從輸出數(shù)字量0開始，依次加1直到255，然后返回從0開始。反復(fù)這樣，DAC0832就可以輸出一個連續(xù)的鋸齒波。圖3.14鋸齒波程序流程圖空鋸（空）{ucharj;詮釋小時;scanf("%6.2f",&h);對于(j=0;j<255;j++)轉(zhuǎn)換（j*h）；}方波程序模塊單片機連續(xù)輸出數(shù)字量FFH255次，再連續(xù)輸出數(shù)字量0255次。重復(fù)此操作，DAC0832可以輸出連續(xù)的方波。圖3.15方波產(chǎn)生子程序流程圖子程序如下：空方（空）{詮釋 小時;scanf("%6.2f",&h);轉(zhuǎn)換（255*h）；delay_nus(1000);轉(zhuǎn)換（0）；delay_nus(1000);}主要功能主要模塊主函數(shù)調(diào)用初始化函數(shù)來初始化微控制器。Tkey功能是連續(xù)掃描鍵盤的功能。當(dāng)輸入一個值時，它會進行相應(yīng)的操作。圖3.16主程序流程圖無效主要（無效）{uchar鍵； 而（1） { 鍵=Tkey(); 延遲（2000）； }開關(guān)（鍵）{ 案例12：正弦（）；休息; 案例13： 鋸（）；休息; 案例14： 方（）；休息; 案例15：三角形（）；中斷； 默認(rèn)：中斷；}}綜上所述幾個月的綜合專業(yè)設(shè)計結(jié)束了。本設(shè)計課題是基于單片機的液壓振動波形發(fā)生器的設(shè)計。設(shè)計之初，為了寫一個為期兩周的文獻(xiàn)回顧，我看了一些關(guān)于連鑄模具的書籍，這讓我了解了連鑄模具的功能和結(jié)構(gòu)與連鑄模具配合使用。其次，了解了單片機系統(tǒng)的基本工作原理及其強大的功能。在這次綜合設(shè)計的整個過程中，我學(xué)會了使用Protel99SE軟件繪制原理圖和進行單片機編程，還復(fù)習(xí)了單片機。一系列內(nèi)容，包括：復(fù)位電路、時鐘電路、鍵盤與單片機接口、C51語言指令系統(tǒng)。對某些設(shè)備的工作原理也有了進一步的了解。而軟件程序與硬件電路的結(jié)合，對單片機系統(tǒng)之美有了更深刻的認(rèn)識。同時，我花了很多天時間學(xué)習(xí)用keil軟件編程。本次設(shè)計的主要目的是編寫實現(xiàn)波形的程序，主要是根據(jù)設(shè)計的任務(wù)書，按照自己設(shè)計的實驗步驟，逐步實現(xiàn)各部分的功能。在這個過程中，我學(xué)到了很多以前沒用過的新知識，真正理解了單片機的基本工作原理。經(jīng)過老師的耐心教導(dǎo)，方案終于實現(xiàn)了。在這個設(shè)計中，我學(xué)到了很多知識，也學(xué)到了很多道理。無論做什么工作，準(zhǔn)備工作都是必不可少的，我也需要發(fā)揮我的想象力。雖然這個設(shè)計不能讓我們更多的了解硬件知識或者獲得太多的經(jīng)驗，但它讓我知道要努力學(xué)習(xí)，認(rèn)真工作。雖然我對硬件知之甚少，寫的程序也有點亂，但是有了這次的經(jīng)驗，下次在寫程序的過程中一定會注意這些問題。通過這次綜合設(shè)計，鍛煉了自己的動手能力，加強了對單片機各種功能的理解，深刻理解了keil編譯器的優(yōu)勢，提高了單片機的編程能力。從事單片機等硬件領(lǐng)域的開發(fā)打下一定的基礎(chǔ)。參考1.王亞珍，顏。連鑄新工藝與裝備[M]，冶金工業(yè)，20072.杰，石學(xué)紅。連鑄鋼生產(chǎn)[M]，冶金工業(yè)，20053.田乃源。薄板坯連鑄連軋[M]，：冶金工業(yè)，20044.孔德才等。結(jié)晶器振動系統(tǒng)在連鑄中的應(yīng)用與研究[J]，連鑄，2007(03)5.杜慧英。結(jié)晶器振動對連鑄板坯表面質(zhì)量的影響[J],鋼鐵,2002,37(03)6.云華等?；陔娨核欧刂频倪B鑄機結(jié)晶器振動裝置[J],機械工程學(xué)報,1999,35(01)7.辛遠(yuǎn)等人。模具液壓振動系統(tǒng)可靠性評估與配置優(yōu)化研究[J]，液壓與氣動，2007（10）8.胡坤泰。連鑄模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢[J]，中國冶金報，2004，6（008）9.吳曉明。連鑄機非正弦振動控制研究[D]，燕山大學(xué)，2001，0610.劉琳琳。連鑄機結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)設(shè)計[D]，大學(xué)，2006，0611.涂福全等。模具振動波形分析及其應(yīng)用研究[J]，噪聲與振動控制，2007（02）12.永雄。新型單片機原理與應(yīng)用[M]，電子科技大學(xué)，200313.荀等人。單片機[M]，：航空航天大學(xué)，199814.傳偉，紀(jì)曉鷗。單片機智能波形發(fā)生器[J]，儀器儀表，2001（10）15.鄒紅。單片機波形發(fā)生器的設(shè)計[J],郵電大學(xué)學(xué)報,1996,9(02)16.賈亞敏等.單片機組成的波形發(fā)生器[J],電子生產(chǎn),1994(02)17.云華等。連鑄機結(jié)晶器電液伺服振動波形系統(tǒng)的研制與發(fā)展[J]，機床與液壓，1998（03）18.王宏成等。波形發(fā)生器的硬件設(shè)計與軟件實現(xiàn)[J]，電工電子教學(xué)學(xué)報，2002（01）19.新民，王艷芳。微機控制技術(shù)[M]，：電子工業(yè)，200320.馬中梅等。C語言單片機應(yīng)用設(shè)計[M]，：航空航天大學(xué)，1998附錄一：設(shè)計源程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<absacc.h>/*定義絕對地址訪問*/#include<stdio.h>#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]/*定義DAC0832端口地址*/#defineuchar無符號字符#defineuint無符號整數(shù)ucharsin_data[64]={0x20,0x23,0x26,0x29,0x2c,0x2f, 0x31,0x34,0x36,0x38,0x3a,0x3c 0x3d,0x3e,0x3f,0x3f,0x3f,0x3f, 0x3f,0x3e,0x3d,0x3c,0x3a,0x38, 0x36,0x34,0x31,0x2f,0x2c,0x29, 0x26,0x23,0x20,0x1c,0x19,0x16, 0x13,0x10,0xe,0xb,0x9,0x7,0x5, 0x3,0x2,0x1,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x1,0x2,0x3,0x5,0x7,0x9,0xb,0xe, 0x10,0x13,0x16,0x19,0x1c};//正弦碼表，可以通過SIN()函數(shù)獲取無效delay_nus(uintN){uinti;for(i=0;i<N;i++);}/************************************************輸出數(shù)據(jù)到端口（注意考慮延遲）************************************************/無效轉(zhuǎn)換（ucharout_dat