一種壓力機(jī)用凸輪控制器電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)-學(xué)位論文

無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）PAGEPAGE27無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）PAGE1一種壓力機(jī)用凸輪控制器電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中，多數(shù)自動控制設(shè)備都具有循環(huán)往復(fù)運(yùn)行特點(diǎn)。而電子式凸輪開關(guān)以其角度設(shè)置方便、功能多、體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在這種循環(huán)性的自動控制中得到了廣泛的應(yīng)用。電子凸輪是根據(jù)機(jī)械凸輪的原理設(shè)計(jì)的，在一定程度上克服了機(jī)械式開關(guān)的一些缺陷，性能上也有了較明顯的改進(jìn)。關(guān)鍵詞：可編程凸輪控制器方案設(shè)計(jì)電路硬件1引言隨著科技進(jìn)步和數(shù)字伺服技術(shù)的出現(xiàn)，在傳動及控制系統(tǒng)中我們可以利用電子凸輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械凸輪實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的往復(fù)運(yùn)動。電子凸輪是以伺服控制技術(shù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合先進(jìn)的微處理器，通過數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬機(jī)械凸輪的功能。本設(shè)計(jì)主要研究壓力機(jī)上的凸輪控制。壓力機(jī)具有用途廣泛，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。壓力機(jī)的機(jī)械原理是由電動機(jī)通過摩擦盤帶動飛輪輪緣而使飛輪旋轉(zhuǎn)。壓力機(jī)上的電子凸輪要和PLC配合使用，電子凸輪從PLC那里得到壓力機(jī)在不同工作模式下的信號，然后判斷如何實(shí)現(xiàn)停機(jī)。凸輪控制器亦稱接觸器式控制器。因?yàn)樗膭?、靜觸頭的動作原理與接觸器極其類似。至于二者的不同之處，僅僅有別于凸輪控制器是憑借人工操縱的，并且能換接較多數(shù)目的電器，而接觸器系具有電磁吸引力實(shí)現(xiàn)驅(qū)動的遠(yuǎn)距離操作方式，觸頭數(shù)目較少。是一種大型的控制電器，也是多檔位、多觸點(diǎn)，利用手動操作，轉(zhuǎn)動凸輪去接通和分?jǐn)嗤ㄟ^大電流的觸頭轉(zhuǎn)換開關(guān)。凸輪控制器主要用于起重設(shè)備中控制中小型繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的啟動，停止，調(diào)速，換向和制動，也適用于有相同要求的其它電力拖動場合。凸輪控制器有兩類：一類是機(jī)械式；另一類是電子式。機(jī)械凸輪是一種角度感應(yīng)和控制裝置，通過在金屬盤片上加工出一定形狀的輪廓曲線，使其在某個(gè)位置可以有效的使與之接近的微動開關(guān)產(chǎn)生動作－導(dǎo)通或截止。機(jī)械凸輪控制器出現(xiàn)較早，但是在應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)了諸多不足：①效率低，這是因?yàn)闄C(jī)械連接的安裝需要的步驟多，復(fù)雜程度高，并且完成后還需要一直進(jìn)行維護(hù)；②操作過程噪聲大；③適應(yīng)性差，無法適應(yīng)不同的模板；④無論是在安裝設(shè)計(jì)階段還是機(jī)器最終完成后，機(jī)器性能的可量測性很差，無法預(yù)測機(jī)器的性能；⑤機(jī)床運(yùn)行速度快凸輪輸出響應(yīng)滯后，不適合沖壓行業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的要求，因?yàn)樗茈y提供達(dá)到工藝要求的各種精確角度；⑥機(jī)械凸輪一般安裝在機(jī)床頂部，調(diào)整角度非常麻煩，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還容易誤調(diào)整造成機(jī)床不安全。相對于機(jī)械凸輪，電子凸輪對大部分人來說都是比較陌生的，但電子凸輪的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機(jī)械凸輪。電子凸輪完全克服了上述缺點(diǎn)，它更能適應(yīng)現(xiàn)在市場的需求，具有十分廣闊的潛在市場。電子凸輪又稱ElectronicCAM，是模擬機(jī)械凸輪的一種智能控制器。電子凸輪是根據(jù)機(jī)械凸輪的特點(diǎn),用一個(gè)驅(qū)動裝置（如步進(jìn)電機(jī)）直接驅(qū)動頂桿運(yùn)動,而驅(qū)動裝置由控制系統(tǒng)控制,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械凸輪系統(tǒng)功能的機(jī)電一體化產(chǎn)品。由于該系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制,計(jì)算機(jī)輸出數(shù)字量直接控制或經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量后控制驅(qū)動裝置運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)頂桿的運(yùn)動,故稱為電子凸輪。電子凸輪控制器早已廣泛地使用在機(jī)械壓力機(jī)上。凸輪控制器應(yīng)用于鋼鐵、冶金、機(jī)械、輕工、礦山等自動化設(shè)備及各種自動流水線上。隨著國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)機(jī)械壓力機(jī)市場對電子凸輪的需求量也日趨增大，目前，在機(jī)械壓力機(jī)上電子凸輪替代機(jī)械凸輪已成為一種趨勢。凸輪控制器是機(jī)械壓力機(jī)電氣控制系統(tǒng)的重要組成部分。在機(jī)械壓力機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，主機(jī)和輔機(jī)各工作機(jī)構(gòu)的動作有嚴(yán)格的邏輯關(guān)系，包括動作的順序和動作所占用的時(shí)間。處理工作機(jī)構(gòu)邏輯關(guān)系是由凸輪控制器來實(shí)現(xiàn)，凸輪控制器對曲軸旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行分配，發(fā)出相應(yīng)信號。在壓力機(jī)上，編碼器隨曲軸的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動，電子凸輪將接受到的編碼器脈沖信號轉(zhuǎn)換成角度或沖程速度在面板上顯示，壓力機(jī)所需的凸輪角度范圍可在凸輪面板上進(jìn)行任意的設(shè)置。電子凸輪顯示比較直觀，角度和沖程速度用數(shù)碼管直接顯示，角度設(shè)定也非常方便和安全，直接用按鍵在面板上設(shè)定。機(jī)械凸輪去掉后，機(jī)床上原先設(shè)計(jì)的凸輪傳動機(jī)構(gòu)去掉了，簡化了機(jī)床結(jié)構(gòu)，便于機(jī)床日常檢修。電子凸輪可以實(shí)時(shí)監(jiān)視到離合器制動器的剎車角度、剎車時(shí)的速度、判斷剎車穩(wěn)定性、判斷剎車性能；系統(tǒng)可以記憶離合器的離合次數(shù)，來判斷離合器的使用頻率高低。電子凸輪的出現(xiàn)最初僅僅是為了取代機(jī)械凸輪。隨著電子技術(shù)高速發(fā)展，電子凸輪逐漸集成了很多新功能，這些新功能提高了機(jī)床的性能、自動化水平和安全性。目前，電子凸輪還在向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、冗余控制方向發(fā)展。2方案論證2.1方案一：可編程凸輪控制器主控制器設(shè)計(jì)外部功率輸出外部功率輸出數(shù)據(jù)輸出旋轉(zhuǎn)編碼器讀入編碼器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化查找數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)速計(jì)算并顯示輸出數(shù)圖1可編程凸輪控制器的系統(tǒng)框圖如圖1所示，旋轉(zhuǎn)編碼器與壓力機(jī)曲軸連接,用于檢測壓力機(jī)曲軸在0~359b之間所處的位置,并將所測出的位置信息傳給控制器。在1個(gè)循環(huán)周期內(nèi),控制器把旋轉(zhuǎn)編碼器傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后變成主控機(jī)能識別的代碼,然后根據(jù)此代碼找到用戶外部輸出數(shù)據(jù),最后輸出到外部器件,使相應(yīng)輸出端子導(dǎo)通,完成對壓力機(jī)附屬系統(tǒng)在曲軸的不同轉(zhuǎn)角位置時(shí)的控制。通常為了動態(tài)顯示機(jī)械壓力機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài),在數(shù)據(jù)輸出前還要完成轉(zhuǎn)速計(jì)算和數(shù)碼管的顯示工作。2.2方案二：機(jī)床信號機(jī)床信號凸輪信號角度輸出曲軸角度按鍵顯示電路DSP主控芯片電源電路編碼器輸入接口編碼器輸出接口I/O接口電路圖2電子凸輪控制器的原理框圖方案二的原理框圖如圖2所示，此方案中，凸輪控制器有按鍵顯示電路，DSP主控芯片，I/O接口電路，編碼器輸入接口電路，編碼器輸出接口電路，電源電路等組成。按鍵顯示電路用于顯示曲軸角度和速度、生產(chǎn)計(jì)數(shù)、剎車距離，報(bào)警提示等信息以及用戶參數(shù)輸入。編碼器信號經(jīng)編碼器輸入到DSP主控芯片，便于DSP芯片的程序處理，輸出凸輪信號、離合器剎車信號等。機(jī)床I/O信號經(jīng)I/O接口電路到DSP主控芯片同時(shí)也是凸輪信號輸出通道。電源電路給控制器提供所需電壓。其中DSP主控芯片存有控制程序，以實(shí)現(xiàn)對壓力機(jī)的控制。2.3各電路設(shè)計(jì)和論證對于方案一的可編程凸輪控制器主控制器設(shè)計(jì)，它具有可以有16個(gè)控制量輸出；程序更換方便,機(jī)內(nèi)可以提供并存貯8組程序,程序選擇輸入可選擇任意一組程序；運(yùn)轉(zhuǎn)中的ON/OFF輸出角度可微調(diào)。可不停止機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn),微調(diào)0N/0FF的輸出角度。具有原點(diǎn)補(bǔ)償功能。但它又具有很大的缺點(diǎn)：由于基于工業(yè)控制機(jī),主控制器內(nèi)的功能完全由軟件來完成,受計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度和可編程凸輪控制器運(yùn)行原理上決定了其響應(yīng)速度不可能太高,且程序的運(yùn)行易跑飛，響可靠性。單片機(jī)是單任務(wù)順序執(zhí)行器件,程序執(zhí)行是逐條單步進(jìn)行的。因此,主控制器的1個(gè)工作周期內(nèi),在外界環(huán)境強(qiáng)電磁干擾下,無論哪個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中的哪條指令的跑飛,都會導(dǎo)致整個(gè)工作周期失敗,影響系統(tǒng)的可靠性。對于方案二就具有如下的優(yōu)點(diǎn)：1）電源電路：電源電路是由兩個(gè)集成電路和與之相連的電阻電容以及二極管組成，提供控制器所需的5V,3.3V,1.8V的電壓。2）DSP主控芯片：DSP主控芯片控制軟件程序包括①程序初始化模塊：含硬件初始化、系統(tǒng)軟件初始化以及中斷初始化；②主程序模塊：含F(xiàn)RAM寫讀模塊、人機(jī)界面模塊；③1ms中斷模塊:用于掃描角度指示燈、數(shù)碼管及按鍵；④50us中斷執(zhí)行模塊：含電子凸輪、生產(chǎn)計(jì)數(shù)、上死點(diǎn)停機(jī)處理、測速、輸入輸出處理、第二角度處理模塊；⑤電源中斷模塊：用于掉電時(shí)需要保存的參數(shù)，如當(dāng)前角度和當(dāng)前生產(chǎn)計(jì)數(shù)值，程序?qū)?dāng)前角度和當(dāng)前生產(chǎn)計(jì)數(shù)值保存進(jìn)FRAM存儲器。3)I/O接口電路：I/0接口電路分為輸入接口和輸出接口兩個(gè)部分。輸入接口由五個(gè)光耦以及與之相連的電阻組成，用于采集機(jī)床上的輸出信號。輸出接口由兩個(gè)集成電路、光耦以及與之相連二極管組成，用于輸出凸輪信號和控制離合器信號。使用I/0接口電路能大大減少數(shù)據(jù)傳輸速率，減少資源浪費(fèi)。4)編碼器書輸入輸出接口：編碼器輸入接口電路采用三個(gè)光電管和與之相連的電阻電容組成，用于接收編碼器輸出的角度信號；編碼器輸出口電路用于輸出角度信號。5)按鍵顯示電路：按鍵顯示電路采用74HC595串轉(zhuǎn)的集成電路，將DSP芯片P1口送出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管的斷碼數(shù)據(jù)，控制數(shù)碼管的點(diǎn)亮和熄滅以顯示曲軸角度等參數(shù)。綜上考慮，方案二克服了每次均需人工調(diào)正凸輪角度、人機(jī)界面不友好的缺點(diǎn)，具有自動死點(diǎn)修正、監(jiān)視滑塊速度等特點(diǎn)，安全性高，更適應(yīng)機(jī)械壓力機(jī)機(jī)構(gòu)動作頻繁的要求,因此選擇方案二。3硬件電路3.1電源電路如圖3所示，電源電路有三個(gè)輸出電壓3.3V、1.8V以及5V電壓，為整個(gè)電路不同部分提供電壓。VR1為穩(wěn)壓管，連接電容、二極管，起到整流、穩(wěn)壓的作用。5V電流直接送入，不需處理，由U6的28號引腳直接輸出。同時(shí)，輸入的另一個(gè)電壓，經(jīng)過降壓，分別由1OUT和2OUT輸出1.8V和3.3V電壓。圖3電源電路3.2按鍵顯示電路3.2.174HC595串轉(zhuǎn)并集成電路74HC595是一款漏極開路輸出的CMOS移位寄存器，其管腳引腳圖如圖4所示，兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲器是分別的時(shí)鐘。表1為74HC595的引腳功能表。數(shù)據(jù)在SHcp的上升沿輸入到移位寄存器中，在STcp的上升沿輸入到存儲寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。74HC595的特點(diǎn)：高速移位時(shí)鐘頻率Fmax>25MHZ；標(biāo)準(zhǔn)串行（SPI）接口；CMOS串行輸出，可用于多個(gè)設(shè)備的級聯(lián)；低功耗：TA=25℃時(shí)，Icc=4μA（MAX）；8位串行輸入/8位串行或并行輸出存儲狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài)；輸出寄存器（三態(tài)輸出：就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路）可以直接清除100MHz的移位頻率圖474HC595引腳圖表1引腳功能表管腳編號管腳名管腳定義功能1、2、3、4、5、6、7、15QA—QH三態(tài)輸出管腳8GND電源地9SQH串行數(shù)據(jù)輸出管腳10SCLR移位寄存器清零端11SCK數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘線12RCK輸出存儲器鎖存時(shí)鐘線13OE輸出使能14SI數(shù)據(jù)線15VCC電源端3.2.2圖5按鍵電路如圖5所示，SW1~SW4為按鍵，分別為選擇鍵、增鍵、減鍵和確定鍵。通過U3上依次送出的高電平和KEY信號組合來檢測有那個(gè)按鍵按下。3.2.3顯示電路圖6顯示電路如圖6所示，D1~D32是發(fā)光二極管，即角度指示燈，用于顯示每11.25度一個(gè)間隔共360角度的曲軸角度。數(shù)碼管用于顯示計(jì)數(shù)、角度等一些參數(shù)。3.3DSP主控電路3.3DSP是數(shù)字信號處理（DigitalSignalProcessing）的簡稱，是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。其工作原理是：是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號。再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。DSP芯片特點(diǎn)：1采用哈佛結(jié)構(gòu)：DSP芯片普遍采用數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)或改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的馮?諾依曼結(jié)構(gòu)有更快的指令執(zhí)行速度。1）馮?諾依曼采用單存儲空間，即程序指令和數(shù)據(jù)指令公用一個(gè)存儲空間，使用單一的地址和數(shù)據(jù)總線，取指令和取操作數(shù)都是通過一條總線分時(shí)進(jìn)行的。2）哈佛結(jié)構(gòu)：采用雙存儲空間，程序存儲和數(shù)據(jù)存儲分開，有各自獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，可獨(dú)立的編址和獨(dú)立訪問，可對程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立的傳輸，使取指令操作、指令執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)吞吐并行完成，大大的提高了數(shù)據(jù)處理的能力和指令執(zhí)行的速度，非常適合于實(shí)時(shí)的數(shù)字信號處理。3）改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)：改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)是采用雙存儲空間和數(shù)條總線，即一條程序總線和多條數(shù)據(jù)總線。其特點(diǎn)有：①允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間傳送數(shù)據(jù)，使這些數(shù)據(jù)可以由算術(shù)運(yùn)算指令直接調(diào)用，增強(qiáng)了芯片的靈活性。②提供了存儲指令的高速緩沖器（Cache）和相應(yīng)的指令，當(dāng)重復(fù)執(zhí)行這些指令時(shí)，只需讀入一次就可連續(xù)使用，不需要再次從程序存儲器中讀出，從而減少了指令執(zhí)行所需要的時(shí)間。2采用多總線結(jié)構(gòu)：DSP芯片都采用多總線結(jié)構(gòu)，可同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并由輔助寄存器自動增減地址，使CPU在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可多次對程序空間和數(shù)據(jù)空間進(jìn)行訪問，大大提高了DSP的運(yùn)行速度。3采用流水線技術(shù)：每一條指令可通過片內(nèi)多功能單元完成指令、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行等多個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)多條指令并行執(zhí)行，從而在不提高時(shí)鐘頻率的條件下減少每條指令執(zhí)行的時(shí)間。4配有專用的硬件乘法-累加器：為了適應(yīng)數(shù)字信號處理的需要，當(dāng)前的DSP芯片都配有硬件乘法-累加器，可以一個(gè)周期內(nèi)完成一次乘法和一次累加操作，從而可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的硬件乘法-累加操作。如矩陣運(yùn)算、FIR、IIR、FFT變換等專用信號處理。5具有特殊的DSP指令：為了滿足數(shù)字信號處理的需要，在DSP的指令系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一些完成特殊功能的指令。如：TMS320C54x中的FIRS和LMS指令,專門完成系數(shù)對稱的FIR濾波器和IIR濾波器。6快速的指令周期：由于采用哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、硬件乘法-累加器、特殊指令和集成的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使指令周期可在20ns以下。如TMS320C54x的運(yùn)算速度為100MIPS7硬件配置強(qiáng)：新一代的DSP芯片具有較強(qiáng)的接口功能，除了具有串行口、定時(shí)器、主機(jī)接口音（HPI）、DMA控制器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器等片內(nèi)外設(shè)外，還配有中斷處理器、PLL、片內(nèi)存儲器、測試接口等單元電路，可以方便地構(gòu)成一個(gè)嵌入式自封閉的處理器。8支持多處理器結(jié)構(gòu)：盡管當(dāng)前的DSP芯片已達(dá)到了較高的水平，但一些實(shí)時(shí)性要求很高的場合，單片DSP的處理能力還不能滿足要求。如在圖象壓縮、雷達(dá)定位等應(yīng)用中，若采用單處理器將無法勝任。因此，支持多處理器系統(tǒng)就成為提高DSP應(yīng)用性能的重要途徑之一。9省電管理和低功耗：DSP功耗一般為0.5-4W,若采用低功耗技術(shù)可使功耗降到0.25W,可用電池供電,適用于便攜式數(shù)字終端設(shè)備。DSP優(yōu)點(diǎn)：對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部因素影響??；容易實(shí)現(xiàn)集成；VLSI可以分時(shí)復(fù)用，共享處理器；方便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波；可實(shí)現(xiàn)模擬處理不能實(shí)現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級聯(lián)、易于存儲等；可用于頻率非常低的信號。DSP缺點(diǎn)：需要模數(shù)轉(zhuǎn)換；受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限；數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒有無源設(shè)備可靠。DSP的發(fā)展：DSP產(chǎn)業(yè)在約40年的歷程中經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段，DSP意味著數(shù)字信號處理，并作為一個(gè)新的理論體系廣為流行。隨著這個(gè)時(shí)代的成熟，DSP進(jìn)入了發(fā)展的第二階段，在這個(gè)階段，DSP代表數(shù)字信號處理器，這些DSP器件使我們生活的許多方面都發(fā)生了巨大的變化。接下來又催生了第三階段，這是一個(gè)賦能（enablement）的時(shí)期，我們將看到DSP理論和DSP架構(gòu)都被嵌入到SOC類產(chǎn)品中。”第一階段，DSP意味著數(shù)字信號處理。80年代開始了第二個(gè)階段，DSP從概念走向了產(chǎn)品，TMS32010所實(shí)現(xiàn)的出色性能和特性備受業(yè)界關(guān)注。方進(jìn)先生在一篇文章中提到，新興的DSP業(yè)務(wù)同時(shí)也承擔(dān)著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，究竟向哪里拓展是生死攸關(guān)的問題。當(dāng)設(shè)計(jì)師努力使DSP處理器每MIPS成本降到了適合于商用的低于10美元范圍時(shí)，DSP在軍事、工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中不斷獲得成功。到1991年，TI推出價(jià)格可與16位微處理器不相上下的DSP芯片，首次實(shí)現(xiàn)批量單價(jià)低于5美元，但所能提供的性能卻是其5至10倍。到90年代，多家公司躋身DSP領(lǐng)域與TI進(jìn)行市場競爭。TI首家提供可定制DSP——cDSP，cDSP基于內(nèi)核DSP的設(shè)計(jì)可使DSP具有更高的系統(tǒng)集成度，大大加速了產(chǎn)品的上市時(shí)間。同時(shí)，TI瞄準(zhǔn)DSP電子市場上成長速度最快的領(lǐng)域。到90年代中期，這種可編程的DSP器件已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信、海量存儲、語音處理、汽車電子、消費(fèi)類音頻和視頻產(chǎn)品等等，其中最為輝煌的成就是在數(shù)字蜂窩電話中的成功。這時(shí)，DSP業(yè)務(wù)也一躍成為TI最大的業(yè)務(wù)，這個(gè)階段DSP每MIPS的價(jià)格已降到10美分到1美元的范圍。21世紀(jì)DSP發(fā)展進(jìn)入第三個(gè)階段，市場競爭更加激烈，TI及時(shí)調(diào)整DSP發(fā)展戰(zhàn)略全局規(guī)劃，并以全面的產(chǎn)品規(guī)劃和完善的解決方案，加之全新的開發(fā)理念，深化產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。成就這一進(jìn)展的前提就是DSP每MIPS價(jià)格目標(biāo)已設(shè)定為幾個(gè)美分或更低。以TMS320F28335的DSP芯片為例介紹DSP主要工作方式。如圖7所示。圖7TMS320F28335實(shí)物圖TMS320F28335主要性能和參數(shù)：高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)，指令周期為6．67ns，主頻達(dá)150MHZ；高性能的32位CPU，單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU)，采用哈佛流水線結(jié)構(gòu)，能夠快速執(zhí)行中斷響應(yīng)，并具有統(tǒng)一的內(nèi)存管理模式，可用C／C++語言實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法；6通道的DMA控制器;控制時(shí)鐘系統(tǒng)具有片上振蕩器，看門狗模塊，支持動態(tài)PLL調(diào)節(jié)，內(nèi)部可編程鎖相環(huán)，通過軟件設(shè)置相應(yīng)寄存器的值改變CPU的輸入時(shí)鐘頻率；8個(gè)外部中斷；支持58個(gè)外設(shè)中斷的外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器(PIE)，管理片上外設(shè)和外部引腳引起的中斷請求；增強(qiáng)型的外設(shè)模塊：18個(gè)PWM輸出，包含6個(gè)高分辨率脈寬調(diào)制模塊(HRPWM)、6個(gè)事件捕獲輸入，2通道的正交調(diào)制模塊(QEP)；串行外設(shè)為2通道CAN模塊、3通道SCI模塊、2個(gè)McBSP(多通道緩沖串行接口)模塊、1個(gè)SPI模塊、1個(gè)I2C主從兼容的串行總線接口模塊；12位的A／D轉(zhuǎn)換器具有16個(gè)轉(zhuǎn)換通道、2個(gè)采樣保持器、內(nèi)外部參考電壓，轉(zhuǎn)換速度為80ns，同時(shí)支持多通道轉(zhuǎn)換。TMS320F28335復(fù)位電路：復(fù)位采用上電復(fù)位電路，由電源器件給出復(fù)位信號。一旦電源上電，系統(tǒng)便處于復(fù)位狀態(tài)，當(dāng)XRS為低電平時(shí)，DSP復(fù)位。為使DSP初始化正確，應(yīng)保證XRS為低電平并至少保持3個(gè)CLKOUT周期，同時(shí)在上電后，該系統(tǒng)的晶體振蕩器一般需要100~200ms的穩(wěn)定期。TMS320F28335的復(fù)位電路：復(fù)位采用上電復(fù)位電路，由電源器件給出復(fù)位信號。一旦電源上電，系統(tǒng)便處于復(fù)位狀態(tài)，當(dāng)XRS為低電平時(shí)，DSP復(fù)位。為使DSP初始化正確，應(yīng)保證XRS為低電平并至少保持3個(gè)CLKOUT周期，同時(shí)在上電后，該系統(tǒng)的晶體振蕩器一般需要100~200ms的穩(wěn)定期。所選的電源器件TPS73HD30l一旦加電，其輸出電壓緊隨輸入電壓，當(dāng)輸出電壓達(dá)到啟動RESET的最小電壓時(shí)(溫度為25℃TMS320F28335的時(shí)鐘電路：向DSP提供時(shí)鐘一般有2種方法：一種是利用DSP內(nèi)部所提供的晶體振蕩器電路，即在DSP的Xl和X2引腳之間連接一晶體來啟動內(nèi)部振蕩器；另一種方法是將外部時(shí)鐘源直接輸入X2／CLKIN引腳，Xl懸空，采用已封裝晶體振蕩器。鑒于從資源利用和電路設(shè)計(jì)的簡單性考慮。該最小應(yīng)用系統(tǒng)的時(shí)鐘電路采用TMS320F28335內(nèi)部晶體振蕩器，具體電路如圖8所示。外部晶體的工作頻率為30MHz，TMS320F28335內(nèi)部具有一個(gè)可編程的鎖相環(huán)，用戶可根據(jù)所需系統(tǒng)時(shí)鐘頻率對其編程設(shè)置。圖8TMS320F28335引腳連接電路圖在本設(shè)計(jì)中，DSP主控芯片為U1，芯片內(nèi)存有針對機(jī)械壓力機(jī)的控制程序。U2是存儲器，存儲凸輪角度設(shè)置以及機(jī)床相關(guān)的參數(shù)，U3為斷電檢測芯片，用于檢測24v電源是否斷電。圖9DSP時(shí)鐘信號時(shí)鐘信號如圖9示，Y1是晶振，為DSP提供工作的時(shí)鐘信號。3.3.2FRAM存儲器概述：WFRAM是由美國Ramtron公司生產(chǎn)的非易失性鐵電介質(zhì)讀寫存儲器。其核心技術(shù)是鐵電晶體材料，這一特殊材料使得鐵電存貯產(chǎn)品同時(shí)擁有隨機(jī)存儲器(RAM)和非易失性存儲器的特性。FRAM存儲器基本原理：鐵電晶體材料的工作原理是:當(dāng)我們把電場加載到鐵電晶體材料上，晶陣中的中心原子會沿著電場方向運(yùn)動，到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。晶陣中的每個(gè)自由浮動的中心原子只有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)我們記作邏輯0，另一個(gè)記作邏輯1。中心原子能在常溫﹑沒有電場的情況下停留在此狀態(tài)達(dá)一百年以上。由于在整個(gè)物理過程中沒有任何原子碰撞，鐵電存儲器(FRAM)擁有高速讀寫，超低功耗和無限次寫入等特性。FRAM存儲器特點(diǎn)：采用2048×8位存儲結(jié)構(gòu)；讀寫次數(shù)高達(dá)一百億次；在溫度為55℃時(shí)，10年數(shù)據(jù)保存能力；無延時(shí)寫入數(shù)據(jù)；先進(jìn)的高可靠性鐵電存儲方式；連接方式為高速串行接口（SPI）總線方式，且具有SPI方式0和3兩種方式；總線頻率高達(dá)5MHz；硬件上可直接取代E；具有先進(jìn)的寫保護(hù)設(shè)計(jì)，包括硬件保護(hù)和軟件保護(hù)雙重保護(hù)功能；低功耗，待機(jī)電流僅為10μA；采用單電源+5V供電；工業(yè)溫度范圍：-40℃至+85℃FRAM存儲器說明：(1)早期的FRAM讀/寫速度不一樣，寫入時(shí)間更長一些，在使用上要注意。近期的FRAM讀/寫速度是一樣的。例如，上述FM1808的一次讀/寫時(shí)間為70ns。一般地，一次讀/寫的時(shí)間短，而連續(xù)的讀/寫周期要長一些。例如，Ramtron公司新近推出的128K×8bit的FRAM芯片F(xiàn)M20L08的一次讀/寫時(shí)間為60ns，而其連續(xù)的讀/寫周期為150ns。這對多數(shù)工控機(jī)來說還是可以滿足要求的。(2)FRAM在功耗、寫入速度等許多方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于EPROM或EEPROM。這里特別提出的是寫入次數(shù)，F(xiàn)RAM比EPROM或EEPROM要大得多。EPROM的寫入次數(shù)在萬次左右，而EEPROM的寫入次數(shù)一般為1萬～10萬次，個(gè)別芯片能達(dá)到100萬次。早期的FRAM的寫入次數(shù)為幾百億次，而目前的芯片可達(dá)萬億次甚至是無限多次。(3)在FRAM家族中，除了上述并行的FRAM芯片外，還有串行FRAM芯片。與串行EEPROM一樣，串行FRAM只能用作外存。顯然，利用串行FRAM可以構(gòu)成IC卡。圖10FM25C160引腳圖FRAM存儲器的指令集：以FM25C160為例，如圖10所示，其SPI協(xié)議有操作指令來控制。FM25C160引腳功能如表2所示。當(dāng)片選信號有效時(shí)（/CS=0），對FM25C160操作的第一個(gè)字節(jié)為命令字，緊接其后的是11位有效地址和傳送數(shù)據(jù)。FM25C160操作指令集共有6條指令，可分為3類：第一類為指令后不接任何操作數(shù)，該類指令用于完成某一特定功能。包括WREN和WRDI；第二類為指令之后接一個(gè)字節(jié)，這類指令可用來完成對狀態(tài)寄存器的操作。包括RDSR和WRSR；第三類是對存儲器進(jìn)行讀寫操作的指令，該類指令之后緊接著的是存儲器地址和一個(gè)或多個(gè)地址數(shù)據(jù)。包括READ和WRITE。所有的指令，地址與數(shù)據(jù)都是以MSB（最高有效位）在前的方式傳送。表2FM25C16引腳定義引腳號引腳名稱I/O功能1/CSI片選2SOO串行數(shù)據(jù)輸出3/WPI寫保護(hù)輸入4VSSI接地端5SII串行數(shù)據(jù)輸入6SCKI串行時(shí)鐘輸入7/HOLDICPU暫時(shí)中斷對FM25C16的操作8VCCI+5V電源FRAM存儲器的典型應(yīng)用：FRAM技術(shù)的多功能性滿足多種不同的應(yīng)用。很明顯，更高的讀寫次數(shù)和更快的讀寫速度使得FRAM在可多次編程應(yīng)用中比EEPROM性能更加優(yōu)越。其應(yīng)用主要包括：數(shù)據(jù)采集和記錄，存儲配置參數(shù)(Configuration/SettingData)，非易失性緩沖(buffer)記憶和SRAM的取代和擴(kuò)展等。3.4數(shù)據(jù)傳輸3.4.1I/O(Input/Output)接口電路分為I/O設(shè)備和I/O接口兩個(gè)部分，在POSIX兼容的系統(tǒng)上，例如Linux系統(tǒng)，I/O操作可以有多種方式，比如DIO、AIO，不同的I/O方式有不同的方式和性能，在不同的應(yīng)用中可以按情況選擇不同的I/O方式。輸入輸出I/O流可以看成對字節(jié)或者包裝后的字節(jié)的讀取就是拿出來放進(jìn)去雙路切換；實(shí)現(xiàn)聯(lián)動控制系統(tǒng)的弱電線路與被控設(shè)備的強(qiáng)電線路之間的轉(zhuǎn)接、隔離，以防止強(qiáng)電竄入系統(tǒng)，保障系統(tǒng)的安全；與專線控制盤連接，用于控制重要設(shè)備；插拔式結(jié)構(gòu)，可像安裝探測器一樣先將底座安裝在墻上，布線后工程調(diào)試前再將切換模塊插入底座，易于施工和維護(hù)。I/O接口的工作流程：預(yù)讀是指采用預(yù)讀算法在沒有系統(tǒng)的I/O請求的時(shí)候事先將數(shù)據(jù)從磁盤中讀入到緩存中，然后在系統(tǒng)發(fā)出讀I/O請求的時(shí)候，就會實(shí)現(xiàn)去檢查看看緩存里面是否存在要讀取的數(shù)據(jù)，如果存在(即命中)的話就直接將結(jié)果返回，這時(shí)候的磁盤不再需要尋址、旋轉(zhuǎn)等待、讀取數(shù)據(jù)這一序列的操作了，這樣是能節(jié)省很多時(shí)間的;如果沒有命中則再發(fā)出真正的讀取磁盤的命令去取所需要的數(shù)據(jù)。緩存的命中率跟緩存的大小有很大的關(guān)系，理論上是緩存越大的話，所能緩存的數(shù)據(jù)也就越多，這樣命中率也自然越高，當(dāng)然緩存不可能太大，畢竟成本在那兒呢。如果一個(gè)容量很大的存儲系統(tǒng)配備了一個(gè)很小的讀緩存的話，這時(shí)候問題會比較大的，因?yàn)榫彺娴臄?shù)據(jù)量非常小，相比整個(gè)存儲系統(tǒng)來說比例非常低，這樣隨機(jī)讀取(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的大多數(shù)情況)的時(shí)候命中率也自然就很低，這樣的緩存不但不能提高效率(因?yàn)榻^大部分讀IO都還要讀取磁盤)，反而會因?yàn)槊看稳テヅ渚彺娑速M(fèi)時(shí)間。執(zhí)行讀I/O操作是讀取數(shù)據(jù)存在于緩存中的數(shù)量與全部要讀取數(shù)據(jù)的比值稱為緩存命中率(ReadCacheHitRadio)，假設(shè)一個(gè)存儲系統(tǒng)在不使用緩存的情況下隨機(jī)I/O讀取能達(dá)到150IOPS，而它的緩存能提供10%的緩存命中率的話，那么實(shí)際上它的IOPS可以達(dá)到150/(1-10%)=166。回寫：用于寫功能的那部分緩存被稱為寫緩存(WriteCache)。在一套寫緩存打開的存儲中，操作系統(tǒng)所發(fā)出的一系列寫IO命令并不會被挨個(gè)執(zhí)行，這些寫IO的命令會先寫入緩存中，然后再一次性的將緩存中的修改推到磁盤中，這就相當(dāng)于將那些相同的多個(gè)IO合并成一個(gè)，多個(gè)連續(xù)操作的小IO合并成一個(gè)大的IO，還有就是將多個(gè)隨機(jī)的寫IO變成一組連續(xù)的寫IO，這樣就能減少磁盤尋址等操作所消耗的時(shí)間，大大的提高磁盤寫入的效率。讀緩存雖然對效率提高是很明顯的，但是它所帶來的問題也比較嚴(yán)重，因?yàn)榫彺婧推胀▋?nèi)存一樣，掉點(diǎn)以后數(shù)據(jù)會全部丟失，當(dāng)操作系統(tǒng)發(fā)出的寫IO命令寫入到緩存中后即被認(rèn)為是寫入成功，而實(shí)際上數(shù)據(jù)是沒有被真正寫入磁盤的，此時(shí)如果掉電，緩存中的數(shù)據(jù)就會永遠(yuǎn)的丟失了，這個(gè)對應(yīng)用來說是災(zāi)難性的，目前解決這個(gè)問題最好的方法就是給緩存配備電池了，保證存儲掉電之后緩存數(shù)據(jù)能如數(shù)保存下來。和讀一樣，寫緩存也存在一個(gè)寫緩存命中率(WriteCacheHitRadio)，不過和讀緩存命中情況不一樣的是，盡管緩存命中，也不能將實(shí)際的I/O操作免掉，只是被合并了而已?？刂破骶彺婧痛疟P緩存除了上面的作用之外還承當(dāng)其他的作用，比如磁盤緩存有保存IO命令隊(duì)列的功能，單個(gè)的磁盤一次只能處理一個(gè)I/O命令，但卻能接收多個(gè)IO命令，這些進(jìn)入到磁盤而未被處理的命令就保存在緩存中的I/O隊(duì)列中。如圖11所示，I/O接口電路有輸入輸出兩個(gè)部分，輸入接口由PC1~PC8的光耦組和與之相連的電阻組成,主要用于信號采集；而輸出部分由U7和與之相連的電阻組成用于角度信號輸出。圖11I/O接口電路3.3.2編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。編碼器的工作原理及作用：它是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號的旋轉(zhuǎn)式傳感器，這些脈沖能用來控制角位移，如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結(jié)合在一起，也可用于測量直線位移。編碼器一般分為增量型與絕對型，它們存著最大的區(qū)別：在增量編碼器的情況下，位置是從零位標(biāo)記開始計(jì)算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個(gè)位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的；因此，當(dāng)電源斷開時(shí)，絕對型編碼器并不與實(shí)際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當(dāng)前的，有效的；不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標(biāo)記。編碼器一般分為增量型與絕對型，它們存著最大的區(qū)別：在增量編碼器的情況下，位置是從零位標(biāo)記開始計(jì)算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個(gè)位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的；因此，當(dāng)電源斷開時(shí)，絕對型編碼器并不與實(shí)際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當(dāng)前的，有效的；不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標(biāo)記。絕對編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。由于絕對編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。絕對型編碼器因其高精度，輸出位數(shù)較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號必須確保連接很好，對于較復(fù)雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，絕對編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出。而本設(shè)計(jì)中也選擇絕對型編碼器，絕對型編碼器在此更能準(zhǔn)確記錄角度變化。本編碼器輸入輸出接口如圖12所示，PC13~PC15和U9組成輸入接口，接受編碼器輸出的信號；U10和與之相連的電阻組成輸出電路，用于編碼器的輸出信號。圖12編碼器輸入輸出口圖4軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序流程參見圖13，本設(shè)計(jì)數(shù)字信號處理器中的軟件程序由初始化模塊、主程序、斷電中斷、1ms中斷、50us中斷5部分組成。程序初始化模塊主要硬件初始化、人機(jī)界面模塊。1ms中斷用于掃描較低指示燈、數(shù)碼管及按鍵。50us中斷執(zhí)行控制處理，由電子凸輪、生產(chǎn)計(jì)數(shù)、上四點(diǎn)停機(jī)處理、測速、輸入輸出處理、第二角度處理幾個(gè)模塊組成。開始是開始是是否否端口初始化定時(shí)器初始化曲線選擇啟動鍵是否按下曲線程序停止鍵是否按下停止圖13主程序流程圖4.2初始化程序流程如圖14所示初始化模塊程序執(zhí)行時(shí)，先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，主要初始化DSP的時(shí)鐘鎖相環(huán)、看門狗、片內(nèi)位設(shè)時(shí)鐘初始化等；然后，立即初始化DSP和SPIA外設(shè)，接著程序通過SPIA復(fù)位外部芯片74HC595，刷新面板角度指示燈和數(shù)碼管；接著程序初始化DSP的輸入引腳，按照設(shè)計(jì)要求，將一些腳配置成輸入口，一些配置成輸出口，還有部分引腳配置成片內(nèi)外設(shè)的輸入輸出口；隨后程序初始化片內(nèi)外設(shè)的中斷擴(kuò)展模塊（PIE）和中斷向量表，將中斷程序入口地址映射到中斷向量表，程序還在這里使能響應(yīng)的中斷寄存器，本電路的中斷源有3個(gè)：50us周期中斷、1ms周期中斷、電源檢測掉電中斷;然后，程序初始化EPWM模塊內(nèi)的定時(shí)器1、2，將Tiner1配置成50us周期，定時(shí)到后產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)中斷，同樣也將Timer2配置成1ms周期中斷；接著程序初始化參數(shù)存儲器FRAM與DSP的接口SPIB外設(shè)，初始化片內(nèi)正交編碼脈沖電路（QEP）；然后程序?qū)⒊跏蓟绦蜃兞?，如果發(fā)現(xiàn)FRAM存儲器內(nèi)部兩個(gè)標(biāo)志未置，則說明FRAM存儲器從來沒有寫入數(shù)據(jù)，程序?qū)⑦M(jìn)行恢復(fù)默認(rèn)值操作。初始化完變量后，程序?qū)⒊跏蓟疩EP外設(shè)的脈沖計(jì)數(shù)存儲器，并計(jì)算出當(dāng)前角度。程序?qū)⒊跏蓟疍SP的FLASH寄存器，同時(shí)將初始化SLASH程序復(fù)制到DSP內(nèi)部RAM執(zhí)行，最后程序使能全局中斷寄存器，進(jìn)入主程序模塊?？刂栖浖刂栖浖鞒绦虺跏蓟K1ms中斷模塊50us中斷模塊斷電中斷模塊寫FRAM模塊人機(jī)界面模塊掃描角度指示燈、數(shù)碼管及按鍵電子凸輪生產(chǎn)計(jì)數(shù)上死點(diǎn)停機(jī)處理測速輸入輸出處理第二角度處理main程序FLASH初始化圖14初始化模塊程序main程序FLASH初始化4.3寫FRAM處理流程如圖15所示，初始化完成后，系統(tǒng)進(jìn)入主程序模塊的寫FRAM存儲器處理。當(dāng)用戶修改了參數(shù)，并且保存修改的時(shí)候，程序?qū)⑦M(jìn)行寫DRAM存儲器操作，程序先寫與之的身纏計(jì)數(shù)參數(shù)，在寫電子凸輪參數(shù)、機(jī)床參數(shù)、報(bào)警歷史記錄和校驗(yàn)和，最后清除磁軛FRAM存儲器標(biāo)志后退出。寫FRAM存儲器模塊，采用了冗余備份方法，有效降低了參數(shù)一萬出錯(cuò)的機(jī)會。清除寫RAM標(biāo)志清除寫RAM標(biāo)志寫和檢驗(yàn)值寫報(bào)警歷史記錄寫機(jī)床參數(shù)寫電子凸輪參數(shù)寫生產(chǎn)計(jì)數(shù)圖15寫FRAM存儲器處理4.4人機(jī)界面模塊人機(jī)界面模塊流程如圖16所示，程序進(jìn)入人際界面模塊，這里又分成角度值石凳和數(shù)碼管書安心處理、狀態(tài)顯示處理、堅(jiān)實(shí)模式處理、與之生產(chǎn)技術(shù)模式處理、電子凸輪參數(shù)模式處理和機(jī)床參數(shù)處理等。因?yàn)橛?排數(shù)碼管，為了便于修改參數(shù)，在用戶進(jìn)入編輯模式的時(shí)候，被編輯的參數(shù)將閃爍顯示。然后，程序進(jìn)入報(bào)警處理，根據(jù)報(bào)警狀態(tài)寄存器的值，查出相應(yīng)的報(bào)警號。接著，程序進(jìn)入界面模式判斷處理如果狀態(tài)顯示模式，程序調(diào)用狀態(tài)顯示模式程序，進(jìn)入狀態(tài)顯示模式，否則判斷是否是預(yù)置生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)模式。如果是預(yù)置生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)模式，調(diào)用預(yù)置生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)模式程序，否則判斷判斷是否進(jìn)入電子凸輪參數(shù)模式。如果是，則調(diào)用電子凸輪參數(shù)模式程序，否則判斷是否是機(jī)床參數(shù)模式。如果是機(jī)床參數(shù)模式，將調(diào)用機(jī)床參數(shù)模式程序。其中電子凸輪參數(shù)模式和機(jī)床參數(shù)模式均有密碼保護(hù)功能。在壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，程序禁止用戶修改參數(shù)的任何操作。YYYYNNNNNYY角度指示燈刷新處理數(shù)碼管閃爍處理報(bào)警顯示標(biāo)志=1主菜單清0標(biāo)志=1狀態(tài)顯示模式監(jiān)視顯示模式預(yù)置生產(chǎn)計(jì)數(shù)模式主菜單清0復(fù)位相應(yīng)標(biāo)志位電子凸輪參數(shù)模式調(diào)機(jī)床參數(shù)模式程序結(jié)束調(diào)狀態(tài)顯示模式程序調(diào)監(jiān)視顯示模式程序調(diào)預(yù)置生產(chǎn)計(jì)數(shù)模式程序調(diào)電子凸輪參數(shù)模式程序圖16人機(jī)界面模塊4.5掉電中斷處理處理斷電保存參數(shù)冗余備份參數(shù)清除中斷標(biāo)志中斷返回圖17掉電中斷電源檢測掉電中斷主要是保存一些重要數(shù)據(jù)。因?yàn)橛玫氖窃隽烤幋a器，所以觀點(diǎn)前需要保存當(dāng)前角度，此外還需要保存當(dāng)前生產(chǎn)計(jì)數(shù)和掉電時(shí)壓力機(jī)是否在運(yùn)轉(zhuǎn)。電源檢測掉電終端的流程是先備份掉電時(shí)需要保存的參數(shù)、當(dāng)前角度和當(dāng)前生產(chǎn)計(jì)數(shù)值。程序?qū)?dāng)前生產(chǎn)角度、生產(chǎn)計(jì)數(shù)值保存進(jìn)FRAM存儲器。為了降低寫FRAM存儲器衣外出錯(cuò)的幾率，在此處寫FRAM存儲器的時(shí)候，程序同樣采用冗余備份的方法。最后，程序清除中斷標(biāo)志，推出中斷，返回主程序模塊。4.61ms中斷1ms周期中斷程序主要是完成軟件定時(shí)、角度指示燈、數(shù)碼管以及按鍵的掃描等功能。1ms周期中斷流程是，程序先進(jìn)入定時(shí)模塊，這里的軟件定時(shí)器主要用于鍵盤掃描的20ms消抖延時(shí)、數(shù)碼管的閃爍延時(shí)等；然后進(jìn)入顯示掃描模塊。這里程序依次掃描9個(gè)數(shù)碼管和角度指示燈，先根據(jù)當(dāng)前需要顯示到那個(gè)器件，進(jìn)行譯碼，如果當(dāng)前掃描到閃爍功能開，還應(yīng)該定時(shí)清除數(shù)碼管的嫻熟緩沖區(qū)，譯碼完成后，程序調(diào)用刷新子程序。此外，因?yàn)?個(gè)按鍵的為選信號跟數(shù)碼管6、7、8或9施工用電，所以在掃描數(shù)碼管的6、7、8或9時(shí)，均應(yīng)該去讀按鍵輸入口，判斷是否有按鍵按下。程序讀按鍵輸入口，如果是高點(diǎn)評，則說明有按鍵按下，同時(shí)啟動定時(shí)器。如果定時(shí)器20ms后變?yōu)榈碗娖剑瑒t作為無按鍵按下處理。因?yàn)樵趬簷C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不允許修改參數(shù)，所以這里又增加了按鍵消失程序，在壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如果參數(shù)進(jìn)入編輯模式，則忽略增鍵、減鍵。如果1s后按鍵繼續(xù)按著，則說明是長按鍵，在程序里設(shè)計(jì)了1s、5s、10s、20s長安功能。如果沒有鍵按下，則應(yīng)該判斷是否按鍵松開，先判斷F鍵按下標(biāo)志是否為1，如果等于1，則說明F鍵松開，置F鍵松開標(biāo)志，同時(shí)清除相應(yīng)變量和標(biāo)志，如果此時(shí)菜單不再編輯模式，則主菜單變量+1，清F鍵松開標(biāo)志；如果F鍵按小標(biāo)志不等于1，則去判斷按下標(biāo)志是否等于1.如果按下標(biāo)志等于1，則置松開標(biāo)志，同時(shí)清除相應(yīng)的一些變量和標(biāo)志，否則去判斷按下標(biāo)志是否為1。如果等于1，則松開標(biāo)志，同時(shí)清除相應(yīng)的一些變量和標(biāo)志。然后，程序?qū)呙栉恢米兞吭黾?，如果大于10，則掃描位置變量清0。最后清除中斷標(biāo)志，退出1ms中斷。1ms中斷1ms中斷軟件定時(shí)器依次掃描角度指示燈掃描數(shù)碼管軟件延時(shí)有鍵按下增鍵按下減F鍵按下減鍵按下F鍵按下處理確認(rèn)鍵按下F鍵按下標(biāo)志=1？增鍵按下標(biāo)志=1？減鍵按下標(biāo)志=1？確認(rèn)鍵按下標(biāo)志=1？F鍵按下處理增鍵按下處理增鍵按下處理減鍵按下處理減鍵按下處理確認(rèn)鍵按下處理確認(rèn)鍵按下處理沒有鍵按下處理沒有鍵松開處理中斷返回YYYYYYYYYNNNNNNNNN圖181ms中斷4.750us中斷50us定時(shí)中斷程序主要完成電子凸輪、生產(chǎn)計(jì)數(shù)、上死點(diǎn)停機(jī)處理、測速、輸入輸出處理、第二角度處理。電子凸輪輸出，根據(jù)設(shè)置的電子凸輪參數(shù)輸出凸輪信號。如果控制器檢測到的角度在設(shè)置的角度范圍則輸出高電平，反之，輸出低電平。有兩種狀況例外，當(dāng)電子凸輪參數(shù)設(shè)置為0~0是。一直輸出低電平，當(dāng)設(shè)置成θ~θ（θ不等于0）時(shí)，一直輸出高電平，生產(chǎn)計(jì)數(shù)的流程處理是，如果預(yù)置生產(chǎn)計(jì)數(shù)等于0，則不進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)數(shù)；如果預(yù)置生產(chǎn)計(jì)數(shù)等于1，則經(jīng)過180度后進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)數(shù)+1，到達(dá)預(yù)置生產(chǎn)計(jì)數(shù)值，不輸出生產(chǎn)信號；如果預(yù)產(chǎn)值數(shù)大于1，則每經(jīng)過180讀后進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)+1，到達(dá)預(yù)置生產(chǎn)計(jì)數(shù)值，輸出上產(chǎn)信號C脈沖處理C脈沖處理角度計(jì)算壓力機(jī)轉(zhuǎn)向判斷運(yùn)轉(zhuǎn)判斷報(bào)警處理測速處理電子凸輪處理運(yùn)行過程處理生產(chǎn)計(jì)數(shù)處理輸入信號處理中斷返回圖1950us定時(shí)中斷5小結(jié)本設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，利用DSP主控芯片完成對壓力機(jī)用的電子凸輪的控制，通過合理的器件選擇，硬件、軟件設(shè)置，提高了電子凸輪的運(yùn)行效率和安全性。通過本次設(shè)計(jì)，我的知識領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展，專業(yè)技能得到進(jìn)一步提高，同時(shí)增強(qiáng)了分析和解決實(shí)際的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)。一分耕耘，一分收獲。本次設(shè)計(jì)學(xué)到的不僅僅是知識，更重要的是學(xué)會了一種新的學(xué)習(xí)方法，學(xué)會了如何利用現(xiàn)有的資源（圖書館資料和網(wǎng)絡(luò)資源），為我終身的繼續(xù)學(xué)習(xí)，創(chuàng)造了條件和基礎(chǔ)。雖然這次學(xué)習(xí)時(shí)間并不長，但是對自主學(xué)習(xí)的要求提高了，通過這樣的學(xué)習(xí)形式，提高了我的學(xué)習(xí)能力。6參考文獻(xiàn)1何德譽(yù).曲柄壓力機(jī).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981. 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//包含單片機(jī)IO以及寄存器的頭文件#INCLUDE<INSTRIS.H>//包含NOP空指令的頭文件 #DEFINEUCHAR#DEFINEUINTUSIGNEDSIN/*宏定義相關(guān)引腳與單片機(jī)頭文件有關(guān)系#DEFINEHC595_DSP34 //串行數(shù)據(jù)輸入端引腳數(shù)據(jù)#DEFINEHC595_STCPP33#DEFINEHC595_SHCPP32//上升沿時(shí)寄存器的數(shù)據(jù)移位。SBITHC595_DS=P3^4;//串行數(shù)據(jù)輸入端SBITHC595_SHCP=P3^2;//上升沿時(shí)寄存器的數(shù)據(jù)移位。VOID(UCHARHC_DATA);VOIDHC595(UCHARHC_DATA)//寫入函數(shù){UCHARNUM;//定義一個(gè)8位變量用來做循環(huán)8次移位HC595_STCP=0;//打開開始通訊for(NUM=0;NUM<8;NUM++)//循環(huán)8次寫入變量{HC595_DS=HC_DATA&0x01;//IO口賦值HC_DATA=HC_DATA>>1;//數(shù)據(jù)移位HC595_SHCP=0; //拉低時(shí)鐘信號以出現(xiàn)上升沿HC595_SHCP=1; //鐘信號線上升沿時(shí)數(shù)據(jù)移位}HC595_STCP=1;//拉高鎖存數(shù)據(jù)}FRAM讀寫程序RECEBYTE://字節(jié)接收子程序LDIAH，8CLRBLCBIDDRB，0；//設(shè)置B3輸入RED10：SBIPORTB，1；//SCL置“1NOPINAL，PINB；//讀入B口數(shù)據(jù)BSTAL，0LSLBLBLDBL，0CBIPORTB，1；//SCL置“0DECAHBRNERED10SBIPORTB，4；//SCL置“1NOPCBIPORTB，4；//SCL置“0RETTRANBYTE：//字節(jié)送出字程序LDIAH，8；//循環(huán)控制數(shù)“8”→TRAB10:ROLAL；AL//寄存器帶進(jìn)位C循環(huán)左移BRCCTRAB20；//C為“0”跳轉(zhuǎn)SBIPORTB，0//C為“1”SDA置“RJMPTRAB25TRAB20:CBIPORTB，0//C為“0”SDA置“NOP；延時(shí)TRAB25:SBIPORTB，1//SCL置“1NOP；延時(shí)CBIPORTB，1；//SCL置“0DECAH//循環(huán)控制計(jì)數(shù)BRNETRAB10//若未循環(huán)8次，跳轉(zhuǎn)CBIDDRB，0//改PORTB.0為輸入口SBIPORTB，1//SCL置“1INAL，PINB//讀入“應(yīng)答”信號CLT//令標(biāo)志T=0CBIPORTB，1//SCL置“0SBRCAL，0//若讀入的為零就跳一行SET//讀入為“1”說明傳送無效，令SBIDDRB，0//改PORTB.0為輸出口RETJDJ：LCALLdelay1s;//延時(shí)1sJDJJ:JBP1.2，DAN;CHAN:LCALLdelay50ms;//延時(shí)50msLCALLFUSB;//跳到F子程序LCALLUPSHOE2;//更新顯示設(shè)定角度值JNBP1.2，CHAN;RET;DAN:LCALLFSUB;RET;FSUB:CJNER3.#0FFH,$+5;//R3等于FF?INCR2;MOVR3，#00H;//R3清零RETSTART:MOVR0,#8MOVA,#01111111BLOOP:MOVP1,A//使P1.0輸出LCALL