裝配流水線的模擬.doc

武進(jìn)技師學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 論文 設(shè)計(jì) 題目 模擬流水生產(chǎn)線論文 設(shè)計(jì) 題目 模擬流水生產(chǎn)線 學(xué)學(xué) 院 武進(jìn)技師學(xué)院院 武進(jìn)技師學(xué)院 專專 業(yè) 電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維修業(yè) 電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維修 班班 級(jí) 級(jí) 09624 小小 組 畢業(yè)設(shè)計(jì) 組 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 組 組 學(xué)生姓名 江賢波學(xué)生姓名 江賢波 莊奇豪莊奇豪 王熒王熒 崔加蕓崔加蕓 指導(dǎo)教師 蔣華平指導(dǎo)教師 蔣華平 李存虎李存虎 2013 年 2 月 20 日 目 錄 摘要 IV 前言 1 第一章 模擬流水線控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和主要特點(diǎn) 2 1 1 基本概念 2 1 2 設(shè)計(jì)思路與電路原理方框圖 2 1 2 1 設(shè)計(jì)思路 2 1 2 2 原理方框圖 3 第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4 2 1 AT89C51 簡(jiǎn)介 4 2 1 1 AT89C51 的功能描述 4 2 1 2 AT89C51 的主要特性 5 2 1 3 主要管腳說明 5 2 2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)與工作原理分析 7 2 2 1 振蕩器特性 7 2 2 2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 8 2 2 3 單片機(jī)的基本時(shí)序單位 8 2 3 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)與分析 9 2 3 1 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 9 2 3 2 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)的分析 10 2 4 電源電路的設(shè)計(jì)與分析 11 2 4 1 電源電路的設(shè)計(jì) 11 2 4 2 電源電路分析 12 2 5 數(shù)顯示電路分析與設(shè)計(jì) 13 2 6 電機(jī)控制電路分析與設(shè)計(jì) 14 2 6 1 步進(jìn)電機(jī)的基本原理 14 2 6 2 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 15 2 7 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 16 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 18 3 1 主程序設(shè)計(jì) 18 3 1 1 主程序的起始地址 18 3 1 2 主程序的初始化內(nèi)容 18 3 1 3 代碼轉(zhuǎn)換程序 19 3 1 4 主程序設(shè)計(jì)框圖 19 3 2 LED 動(dòng)態(tài)顯示程序模塊的設(shè)計(jì) 19 3 2 1 動(dòng)態(tài)掃描延時(shí)的實(shí)現(xiàn)方式 19 3 2 2 延時(shí)程序的相關(guān)初值計(jì)算 19 3 2 3 動(dòng)態(tài)顯示程序模塊結(jié)構(gòu)圖 21 3 3 中斷服務(wù)程序 22 3 3 1 工序操作中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì) 22 3 3 2 計(jì)數(shù)中斷程序的設(shè)計(jì) 23 3 4 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì) 23 第四章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 28 4 1 元件的識(shí)辯與檢測(cè) 28 4 2 元器件安裝的基本要求與原則 28 4 2 1 元器件的安裝要求 28 4 2 2 元器件的安裝原則 29 4 3 元器件的焊接 29 4 3 1 對(duì)焊點(diǎn)的基本要求 29 4 3 2 焊接前的準(zhǔn)備 30 4 3 3 焊接操作 30 4 4 系統(tǒng)調(diào)試與分析 31 設(shè)計(jì)總結(jié) 32 參考文獻(xiàn) 33 致謝 34 附錄 35 附錄一 程序清單 35 附錄二 裝配流水線的模擬控制系統(tǒng)原理圖 44 附錄三 控制系統(tǒng)的 PCB 圖 45 附錄四 元器件安裝圖 46 模擬流水線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 本論文介紹了裝配流水線的模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作全過程 文章首先論述 了設(shè)計(jì)裝配流水線模擬控制系統(tǒng)的意義及思路 然后分析和設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件的各單 元電路 其內(nèi)容包括 復(fù)位電路 電源電路 顯示電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等 最后對(duì) 系統(tǒng)的軟件進(jìn)行分析與設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為中央控制器件 用紅外 傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)操作工序和產(chǎn)品計(jì)件的檢測(cè) 用軟件方法實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)停 加速 減速 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)裝配流水線的模擬控制 完成了傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制 技術(shù)在此裝配流水線中的應(yīng)用 設(shè)計(jì)基本可以完成各種生產(chǎn)所需的邏輯控制 并可 根據(jù)實(shí)際工業(yè)情況靈活軟件升級(jí) 關(guān)鍵詞 裝配流水線 單片機(jī) 傳感器 步進(jìn)電機(jī) 前言 在社會(huì)快速發(fā)展 競(jìng)爭(zhēng)激烈的今天 提高生產(chǎn)效率 降低工藝流程成本 最大 限度地滿足生產(chǎn)要求將直接決定各企業(yè)工廠能否緊跟社會(huì)腳步 贏得時(shí)間 占得市 場(chǎng) 甚至將決定著企業(yè)的生死存亡 為此 企業(yè)工廠自動(dòng)化無疑扮演著一個(gè)重要的 角色 生產(chǎn)裝配流水線自動(dòng)化作為工業(yè)自動(dòng)化的一部分 能提高生產(chǎn)效率 降低工 藝流程成本 最大限度地適應(yīng)產(chǎn)品變化 提高產(chǎn)品質(zhì)量 而采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)后 大大縮短了包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)周期及新產(chǎn)品開發(fā)周期 滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中的需要 它是現(xiàn)代化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中重要的組成部分 現(xiàn)代電子產(chǎn)品正在以前所未有的速度革新 向著功能多樣化 體積最小化 功 耗最低化的方向迅速發(fā)展 它與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上的顯著區(qū)別 一是大量使用 大規(guī)模可編寫芯片 以提高產(chǎn)品性能 縮小產(chǎn)品體積 降低產(chǎn)品功耗 二是廣泛運(yùn) 用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù) 以提高電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度 縮短開發(fā)周期 提高產(chǎn)品 的競(jìng)爭(zhēng)力 單片機(jī)的微小體積和極低的成本 可廣泛地嵌入到電子系統(tǒng) 自動(dòng)化 艦船 個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品等方方面面 成為現(xiàn)代控制系統(tǒng)中最重要的智能化 工具 將現(xiàn)代控制技術(shù)合理運(yùn)用于工業(yè)與生產(chǎn)是人們一直追求的目標(biāo) 在科技高度發(fā) 達(dá)的當(dāng)今社會(huì) 對(duì)于生產(chǎn)流水線的控制完全由人工來完成 必將成為歷史一去不復(fù) 返 而現(xiàn)代控制技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來進(jìn)行控制管理是現(xiàn)代化生產(chǎn)的標(biāo)志 所以 我們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的裝配流水線模擬控制系統(tǒng) 利用完全自動(dòng) 化的操作方式 實(shí)現(xiàn)裝配流水線自動(dòng)控制生產(chǎn)中的電機(jī)轉(zhuǎn)停及產(chǎn)品的計(jì)數(shù) 同時(shí) 根據(jù)實(shí)際特殊情況下的需要 設(shè)置有加速 減速 停止按鍵 在控制過程中 我們 利用單片機(jī)強(qiáng)大的編程技術(shù) 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)裝配流水線進(jìn)行模擬控制 它具有微 功耗 全集成化 智能化 高精度 高性能 高可靠性和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn) 如在電機(jī) 控制輸出時(shí)加入繼電器還可應(yīng)用于工廠的現(xiàn)場(chǎng)控制 總的來說是一個(gè)可行的方案 第一章 裝配流水線的模擬控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和主要特點(diǎn) 本章重點(diǎn)闡述裝配流水線的模擬控制系統(tǒng)的基本概念 設(shè)計(jì)思路 系統(tǒng)電路的 原理框圖 1 1 基本概念 在大量生產(chǎn)中 為提高生產(chǎn)效率 保證產(chǎn)品質(zhì)量 改善勞動(dòng)條件 不僅要求機(jī) 床能自動(dòng)地對(duì)工件進(jìn)行加工 而且要求工件的裝卸 工序間的輸送 加工精度的檢 測(cè) 廢品的剔除等都能自動(dòng)地進(jìn)行 因此 把設(shè)備按工件的加工工序依次排列 用 自動(dòng)輸送裝置將它們聯(lián)成一個(gè)體 并用控制系統(tǒng)將各個(gè)部分的動(dòng)作協(xié)調(diào)起來 使其 按照規(guī)定的動(dòng)作自動(dòng)地進(jìn)行工作 這種自動(dòng)化的加工系統(tǒng)就稱為自動(dòng)化生產(chǎn)流水線 1 2 設(shè)計(jì)思路與電路原理方框圖 1 2 1 設(shè)計(jì)思路 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 初步設(shè)計(jì)思路如下 1 整個(gè)控制系統(tǒng)采用 MCS 51 系列單片機(jī)作為控制核心 2 裝配流水線上的各工序操作請(qǐng)求信號(hào)和計(jì)數(shù)請(qǐng)求信號(hào)的采集用紅外傳感器開 關(guān)完成 操作工序用延時(shí)模擬 3 流水線的計(jì)數(shù)顯示采用四位一體的七段 LED 數(shù)碼管 動(dòng)態(tài)掃描方式 動(dòng)態(tài) 掃描的時(shí)間 由軟件實(shí)現(xiàn) 4 各工序操作請(qǐng)求和記數(shù)請(qǐng)求采用中斷響應(yīng) 其中對(duì)第一 第二工序操作占用 外部中斷 而對(duì)第三工序操作 計(jì)數(shù)響應(yīng)由定時(shí)器計(jì)數(shù)中斷 5 LED 數(shù)碼管的段選碼輸入 由并行端口 P0 低四位產(chǎn)生 LED 數(shù)碼管的位選 碼輸入 由并行端口 P0 的高四位產(chǎn)生 6 電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整及系統(tǒng)功能的切換由按鍵控制 程序?qū)崿F(xiàn) 信號(hào)從 P1 口輸 入 7 電機(jī)的控制信號(hào)由 P2 口輸出 系統(tǒng)中所用的單片機(jī) AT89C51 是一種性能優(yōu)良的集成可編程的單片機(jī) 其功 能十分的強(qiáng)大 它把 CPU 存儲(chǔ)器 及 I O 集成到一個(gè)芯片上 只要外加少許電子 零 件便可以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng) 這樣可以降低設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品的硬件成本 通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配流水線的模擬控制 1 2 2 原理方框圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路 確定該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 如圖 1 1 為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方 案的硬件設(shè)計(jì)框圖 硬件電路主要由控制單元 計(jì)數(shù)顯示單元 檢測(cè)部分 接口單 元電路等組成 復(fù)位電路 四路檢 測(cè)單元 圖 1 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 時(shí)鐘電路 系統(tǒng)電源 段碼驅(qū)動(dòng) 單元 位碼驅(qū)動(dòng) 單元 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單元 步進(jìn)電機(jī) 單 片 機(jī) 圖 圖 圖 按鍵電路 圖 圖 單 圖 圖 顯 示 單 元 第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 為使裝配流水線控制系統(tǒng)能夠具有更好的實(shí)用性 并且具有更高的性能 需對(duì) 該系統(tǒng)的硬件進(jìn)行完整的設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法 按實(shí)現(xiàn)的功能來分 可分為以下 幾個(gè)單元部分 其中 AT89C51 單片機(jī)是整個(gè)電路的核心 它控制其他模塊來完成 各種復(fù)雜的操作 附錄二就是裝配流水線控制系統(tǒng)總電路圖 在本章下面的幾個(gè)小節(jié)中 我們根據(jù)附錄二所示的硬件設(shè)計(jì)圖 對(duì)各個(gè)模塊的 主要的一些電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和分析 2 1 AT89C51 簡(jiǎn)介 2 1 1 AT89C51 的功能描述 AT89C51 是一種低損耗 高性能 CMOS 八位微處理器 片內(nèi)有 4k 字節(jié)的在 線可重復(fù)編程 快速擦除快速寫入程序的存儲(chǔ)器 能重復(fù)寫入 擦除 1000 次 數(shù)據(jù) 保存時(shí)間為十年 它與 MCS 51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容 不僅可 完全代替 MCS 51 系列單片機(jī) 而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS 51 系列產(chǎn)品沒有的功 能 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) 縮小系統(tǒng)體積 增加系統(tǒng)的可靠 性 降低系統(tǒng)的成本 只要程序長(zhǎng)度小于 4K 四個(gè) I O 口全部提供給用戶 可用 12V 電壓編程 而且擦寫時(shí)間僅需 10 毫秒 僅為 8751 87C51 的擦除時(shí)間的百分之一 與 8751 87C51 的擦寫相比 不易損壞器件 沒有兩種電源的要求 改寫時(shí)不拔下芯 片 適合許多嵌入式控制領(lǐng)域 工作電壓范圍寬 2 7V 6V 全靜態(tài)工作 工作 頻率寬在 0Hz 24MHz 之間 比 8751 87C51 等 51 系列的 6MHz 12MHz 更具有靈 活性 系統(tǒng)能快能慢 AT89C51 芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密 提供了方便靈活而可 靠的硬加密手段 能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制 P0 口是三態(tài)雙向口 通稱數(shù)據(jù)總 線口 因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀 寫操作 AT89C51 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 外形及引腳排列如圖 2 1 所示 圖 2 1 AT89C51 引腳排列圖 圖 圖 圖 圖 2 1 2 AT89C51 的主要特性 AT89C51 主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1 AT89C51 與 MCS 51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容 2 內(nèi)有 4k 字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器 3 靜態(tài)工作 工作范圍 0Hz 24MHz 4 128 8 位內(nèi)部 RAM 5 32 位雙向輸入輸出線 6 兩個(gè)十六位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 7 5 個(gè)中斷源 兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí) 8 1 個(gè)全雙工的異步串行口 9 閑置和掉電兩種工作方式 10 內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2 1 3 主要管腳說明 AT89C51 的主要管腳說明如下 1 VCC 供電電壓 2 GND 工作地 3 P0 口 P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I O 口 每腳可吸收 8TTL 門電流 當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí) 被定義為高阻輸入 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器 它可以被定義為數(shù)據(jù) 地址的第八位 在 FIASH 編程時(shí) P0 口作為原碼輸入口 當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí) P0 輸出原碼 此時(shí) P0 外部必須被拉高 4 P1 口 P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I O 口 P1 口緩沖器能接 收輸出 4TTL 門電流 P1 口管腳寫入 1 后 被內(nèi)部上拉為高 可用作輸入 P1 口被 外部下拉為低電平時(shí) 將輸出電流 這是由于內(nèi)部上拉的緣故 在 FLASH 編程和 校驗(yàn)時(shí) P1 口作為第八位地址接收 5 P2 口 P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口 P2 口緩沖器可接收 輸出 4 個(gè) TTL 門電流 當(dāng) P2 口被寫 1 時(shí) 其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高 且作為輸 入 并因此作為輸入時(shí) P2 口的管腳被外部拉低 將輸出電流 這是由于內(nèi)部上拉 的緣故 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) P2 口輸出地址的高八位 在給出地址 1 時(shí) 它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì) 當(dāng)對(duì)外部八位地址 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí) P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 P2 口在 FLASH 編程 和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) 6 P3 口 P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I O 口 可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流 當(dāng) P3 口寫入 1 后 它們被內(nèi)部上拉為高電平 并用作輸入 作為輸 入 由于外部下拉為低電平 P3 口將輸出電流 ILL 這是由于上拉的緣故 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口 如表 2 1 所示 7 RST 復(fù)位輸入 當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí) 要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高 電平時(shí)間 8 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí) 地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地PROGALE 址的地位字節(jié) 在 FLASH 編程期間 此引腳用于輸入編程脈沖 在平時(shí) ALE 端 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào) 此頻率為振蕩器頻率的 1 6 因此它可用作對(duì)外 部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的 然而要注意的是 每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 將 跳過一個(gè) ALE 脈沖 如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR 的 8EH 地址上置 0 此時(shí) ALE 只有在執(zhí)行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 該引腳被略微拉高 如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止 置位無效 表 2 1 P3 口各管腳功能 圖 圖 圖 圖 端口引腳各個(gè)功能 P3 0RXD 串行口輸入端 P3 1TXD 串行口輸出端 P3 2TNT0 外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端 低電平有效 P3 3TNT1 外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 低電平有效 P3 4T0 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 0 脈沖輸入端 P3 5T1 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 1 脈沖輸入端 P3 6WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端 低電平有效 P3 7RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端 低電平有效 9 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào) 在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間 每個(gè)PSEN 機(jī)器周期兩次 PSEN 有效 但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 這兩次有效的 PSEN 信號(hào) 將不出現(xiàn) 10 當(dāng)保持低電平時(shí) 則在此期間外部程序存儲(chǔ)器 0000H VPPEA EA FFFFH 不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 注意加密方式 1 時(shí) EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET 當(dāng)端保持高電平時(shí) 此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 在 FLASH 編程期間 此引EA 腳也用于施加 12V 編程電源 VPP 11 XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 12 XTAL2 來自反向振蕩器的輸出 2 2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)與工作原理分析 2 2 1 振蕩器特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反相放大器的輸入和輸出 該反相放大器可以配置為 片內(nèi)振蕩器 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用 如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件 XTAL2 應(yīng)懸空不接 有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器 因此對(duì)外部時(shí)鐘 信號(hào)的脈寬無任何要求 但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 2 2 2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 8031 8051 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到 內(nèi)部振蕩方式和外部振 蕩方式 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器 簡(jiǎn)稱晶振 或陶瓷諧振器 就構(gòu)成了 內(nèi)部振蕩方式 由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器 當(dāng)外接晶振后 就構(gòu)成 了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖 內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖 2 2 所示 圖 中 電容器 C1 C2 起穩(wěn)定振蕩頻率 快速起振的作用 其電容值一般在 30 50pF 晶振頻率的典型值為 12MHz 采用 6MHz 的情況也比較多 內(nèi)部振蕩方 式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定 實(shí)用電路中使用較多 外部振蕩方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi) 這種方式適宜用來使單 片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步 外部振蕩方式的外部電路如下圖 2 2 所示 圖 2 2 時(shí)鐘振蕩方式 由上圖可見 XTAL1 接地 外部振蕩信號(hào)由 XTAL2 引入 為了提高輸入電路 的驅(qū)動(dòng)能力 通常將外部信號(hào)經(jīng)過一個(gè)帶有上拉電阻的 TTL 反相門后接入 XTAL2 2 2 3 單片機(jī)的基本時(shí)序單位 單片機(jī)以晶體振蕩器的振蕩周期 或外部引入的時(shí)鐘周期 為最小的時(shí)序單位 片內(nèi)的各種微操作都以此周期為時(shí)序基準(zhǔn) 振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱 S 周期 所以 1 個(gè)狀態(tài)周期包含有 2 個(gè) 振蕩周期 振蕩頻率 fosc l2 分頻后形成機(jī)器周期 MC 所以 1 個(gè)機(jī)器周期包含有 6 個(gè)狀態(tài)周期或 12 個(gè)振蕩周期 1 個(gè)到 4 個(gè)機(jī)器周期確定一條指令的執(zhí)行時(shí)間 這 個(gè)時(shí)間就是指令周期 MCS 51 系列單片機(jī)指令系統(tǒng)中 各條指令的執(zhí)行時(shí)間都在 1 個(gè)到 4 個(gè)機(jī)器周期之間 4 種時(shí)序單位中 振蕩周期和機(jī)器周期是單片機(jī)內(nèi)計(jì)算其它時(shí)間值 例如 波特 率 定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間等 的基本時(shí)序單位 單片機(jī)外接晶振頻率 12MHZ 時(shí)的時(shí)序 單位的大小 振蕩周期 1 fosc 1 12MHZ 0 0833us 2 3 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)與分析 2 3 1 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 在 51 系列單片機(jī)中 在振蕩器運(yùn)行時(shí) RST 引腳上保持到少兩個(gè)機(jī)器周期的高 電平輸入信號(hào) 復(fù)位過程即可完成 為響應(yīng)這一不定期程 CPU 發(fā)出內(nèi)部復(fù)位信號(hào) 內(nèi)部復(fù)位操作是在發(fā)現(xiàn) RST 為高電平后的第二個(gè)周期進(jìn)行的 并且此后每個(gè)周期都 重復(fù)進(jìn)行復(fù)位操作 直到 RST 變成低電平為止 針對(duì)復(fù)位電路對(duì)時(shí)間的需要 我們 對(duì)上電復(fù)位電路進(jìn)行設(shè)計(jì) 一般來講 Vcc 電源的上升時(shí)間不超過 1ms 片內(nèi)振蕩 器啟動(dòng)時(shí)間在 10ms 之內(nèi) 在這種情況下 把 RST 引腳通 10uF 電容接到 Vcc 并同 時(shí)經(jīng)過 10K 電阻和地相連 就可獲得上電自動(dòng)復(fù)位的結(jié)果 其具體的復(fù)位電路如圖 2 3 所示 圖 2 3 復(fù)位電路 2 R1 10K C2 10uF S1 VCC RST 接通電源后 Vcc 便對(duì)電容通過電阻進(jìn)行充電 RST 腳的電壓等于 Vcc 與電容 兩端電壓之差 在充電過程中 隨著電容電壓逐步趨于 Vcc RST 引腳上之電壓最 終將接近于 0 此過渡過程之長(zhǎng)短取決于電阻和電容值的大小 10uF 電容足可使 RST 腳上的電壓在振蕩器啟振后尚有兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間保持高于施密特觸發(fā) 器的低門檻電平 從而使整個(gè)復(fù)位過程得以完成 2 3 2 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)的分析 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài) 其中包括使程序計(jì)數(shù)器 PC 0000H 這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行 單片機(jī)冷啟動(dòng)后 片內(nèi) RAM 為隨機(jī)值 運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM 區(qū)中的內(nèi)容 21 個(gè)特殊功能寄 存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值 見下表 2 2 值得指出的是 記住一些特殊功能寄存器 復(fù)位后的主要狀態(tài) 對(duì)于了解單片機(jī)的初態(tài) 減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分 必要的 說明 表中符號(hào) 為隨機(jī)狀態(tài) 特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài) PSW00HTH000H P0 P3FFHSBUF不定 IP 00000BSCON00H IE0 00000BPCON0 B A00HTMOD00H B00HTCON00H SP07HTL000H DPL00HTH100H DPH00HTL100H PSW 00H 表明選寄存器 0 組為工作寄存器組 表 2 2 特殊功能寄存器與初始狀態(tài)表 SP 07H 表明堆棧指針指向片內(nèi) RAM 07H 字節(jié)單元 根據(jù)堆棧操作的先加后進(jìn)法 則 第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫入到 08H 單元中 Po P3 FFH 表明已向各端口線寫入 1 此時(shí) 各端口既可用于輸入又可用于輸 出 IP 00000B 表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí) IE 0 00000B 表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷 A 00H 表明累加器已被清零 MCS 51 系列單片機(jī)的復(fù)位是由 RESET 引腳來控制的 此引腳與高電平相接超 過 24 個(gè)振蕩周期后 51 單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài) 而且一直在此狀態(tài)下等 待 直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)成低電平后 才檢查 EA 引腳是高電平或低電平 若為高電 平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼 若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序 MCS 51 系列單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí) 將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的 值 至于內(nèi)部 RAM 內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變 AT89C51 是由美國(guó) Atmel 公司生產(chǎn)的高性 能八位單片機(jī) 該芯片采用 FLASH 存儲(chǔ)技術(shù) 內(nèi)部具有 2KB 字節(jié)快閃存存儲(chǔ)器 采用 DIP 封裝 是目前在中小系統(tǒng)中應(yīng)用最為普及的單片機(jī) 2 4 電源電路的設(shè)計(jì)與分析 2 4 1 電源電路的設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓電源的輸出電壓 UO 或電壓可調(diào)范圍 UOmin UOmax 和最大輸出電流 IOmax 是它的特性指標(biāo) 這兩個(gè)指標(biāo)決定了該電源的適用范圍 同時(shí)也決定了穩(wěn)壓器的特 性指標(biāo)以及如何選擇變壓器 整流管和濾波電容 而輸出電阻 紋波電壓 溫度系 數(shù)是穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo) 它們決定了穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓系數(shù) 輸出阻抗 溫度系數(shù)和 濾波電容的選擇 圖 2 4 系統(tǒng)電源電路 1 1 4 4 2 2 3 3 5 5 T1 TRANS4 AC 2 V 1 V 3 AC 4 D1 1KAB20 C1 CAP C2 CAPC3 104 C4 104 C5 104 Vin 1 GND 2 Vout 3 U1 7812 Vin 1 GND 2 Vout 3 U2 7805 1 2 J1 12V 1 2 J2 5V R1 1K R2 1K 1 A 2 K D01 LED 1 A 2 K D02 LED 因?yàn)橄到y(tǒng)是由單片機(jī)直接控制處理 其穩(wěn)定的電壓對(duì)但片機(jī)來說是十分重要的 如圖 2 4 所示我們?cè)O(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源 使系統(tǒng)能正常的工作 為了改善波紋特性 在穩(wěn) 壓電源的輸入端加接電容 C2 在其輸出端加接電容 C4 C5 目的是為了改善負(fù)載 的瞬態(tài)響應(yīng) 防止自激振蕩和減少高頻噪聲 2 4 2 電源電路分析 三腳穩(wěn)壓塊選擇 該裝置中的穩(wěn)壓塊選用 LM7805 和 LM7812 集成穩(wěn)壓塊 下 面介紹 LM7805 的技術(shù) LM7812 系列集成穩(wěn)壓塊主要技術(shù)參數(shù)和工作原理與 LM7805 的類似 這里就不再敘述 LM7805 系列集成穩(wěn)壓塊主要技術(shù)參數(shù) 輸入電壓 DC3V 35V 最大輸出電 流 1 5A LM7805 系列穩(wěn)壓塊封裝 1 腳為輸入端 2 腳為公共端 3 腳為輸出 端 注意事項(xiàng) 引腳不能接錯(cuò) 公共端不能懸空 為防止過熱應(yīng)安裝散熱片 其內(nèi) 部原理圖如圖 2 5 所示 按圖我們來分析其原理 在本設(shè)計(jì)中應(yīng)輸出電壓為 Vo 5V 則當(dāng) Vo 5V 時(shí) T2 的 b 極電壓上升 進(jìn)而 T2 的 c 極電壓下降 進(jìn)而 T1 的 b 極電壓下降 進(jìn)而 T1 的 Vce 極電壓上升 進(jìn)而 Vo 趨于 5V 反之當(dāng) Vo 5V 時(shí) 亦然 圖 2 5 三端穩(wěn)壓電源內(nèi)部電路圖 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 2 5 數(shù)顯示電路分析與設(shè)計(jì) 為了對(duì)生產(chǎn)加工的產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 設(shè)計(jì)了產(chǎn)品計(jì)數(shù)顯示電路 電路如圖 2 6 所 示 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 8051 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI RBO 4 RBI 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 U2 7448 1 2 3 4 5 6 7 8 9 J3 CON9 IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 OUT7 10 OUT6 11 OUT5 12 OUT4 13 OUT3 14 OUT2 15 OUT1 16 CAL 9 COM 8 U3 ULN2003 a 11 d 2 dot 3 c 4 g 5 com1 6 b 7 e 1 f 10 com2 8 com3 9 com4 12 DISP 7LED 4 VCC VCC A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A1A2A3A4A5A6A7A8 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 1 2 3 4 5 6 7 8 J CON8 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B1B2B3B4B5B6B7B8 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 VCC C1 C2 C3 C4C1C2C3C4 信信8x10k 信信7x470 圖 2 6 顯示驅(qū)動(dòng)單元 從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā) 我們對(duì)四位數(shù)碼管的顯示采用了動(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行控制 當(dāng)要顯示千位時(shí) 在數(shù)據(jù)線上送出所要顯示的數(shù)據(jù) 同時(shí)開通千位數(shù)碼管的模擬開 關(guān) 千位數(shù)碼開關(guān)得電工作 顯示數(shù)據(jù) 通過計(jì)算機(jī)程序的控制 讓該位點(diǎn)亮一段 時(shí)間 然后關(guān)斷千位 顯示百位時(shí) 在數(shù)據(jù)線上送出所要顯示的數(shù)據(jù) 同時(shí)開通百 位數(shù)碼管的模擬開關(guān) 百位數(shù)碼開關(guān)得電工作 顯示數(shù)據(jù) 通過計(jì)算機(jī)程序的控制 讓該位點(diǎn)亮一段時(shí)間 然后關(guān)斷百位 顯示十位時(shí) 在數(shù)據(jù)線上送出所要顯示的數(shù) 據(jù) 同時(shí)開通十位數(shù)碼管的模擬開關(guān) 十位數(shù)碼開關(guān)得電工作 顯示數(shù)據(jù) 通過計(jì) 算機(jī)程序的控制 讓該位點(diǎn)亮一段時(shí)間 然后關(guān)斷十位 接著數(shù)據(jù)線上送出個(gè)位所 要顯示的數(shù)據(jù) 同時(shí)選通控制個(gè)位的模擬開關(guān) 也讓這個(gè)延時(shí)顯示一段時(shí)間 這樣 交替地掃描顯示 由于發(fā)光管的輝光效應(yīng) 只要掃描的頻率足夠高 肉眼看上去就 是穩(wěn)定的四位數(shù)據(jù)顯示 2 6 電機(jī)控制電路分析與設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中 隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 步進(jìn)電機(jī)的 需求量與日俱增 在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用 2 6 1 步進(jìn)電機(jī)的基本原理 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè) 脈沖信號(hào) 它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 稱為 步距角 它 的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的 可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量 從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的 同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加 速度 從而達(dá)到調(diào)速的目的 步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī) 利用其沒 有積累誤差 精度為 100 的特點(diǎn) 廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) VR 永磁式步進(jìn)電機(jī) PM 混合式步進(jìn)電機(jī) HB 和單相式步進(jìn)電機(jī)等 步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn) 1 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3 5 且不累積 2 步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁 從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失 步 因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn) 一般來講 磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上 有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上 所以步進(jìn) 電機(jī)外表溫度在攝氏 80 90 度完全正常 3 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì) 頻率越高 反向電動(dòng)勢(shì)越大 在它的作用下 電機(jī)隨頻率 或速度 的增大而相電流減小 從 而導(dǎo)致力矩下降 4 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) 但若高于一定速度就無法啟動(dòng) 并伴有嘯叫聲 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù) 空載啟動(dòng)頻率 即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常 啟動(dòng)的脈沖頻率 如果脈沖頻率高于該值 電機(jī)不能正常啟動(dòng) 可能發(fā)生丟步或堵 轉(zhuǎn) 在有負(fù)載的情況下 啟動(dòng)頻率應(yīng)更低 如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng) 脈沖頻率 應(yīng)該有加速過程 即啟動(dòng)頻率較低 然后按一定加速度升到所希望的高頻 電機(jī)轉(zhuǎn) 速從低速升到高速 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn) 在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途 伴隨著不 同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高 步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域 得到應(yīng)用 2 6 2 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 由于 MCS 51 系列單片機(jī)輸出只能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn) TTL 電平的門電路 灌電流較 大 能吸收 20mA 的灌電流 當(dāng)輸出負(fù)載較小時(shí)可以直接由單片機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 當(dāng)輸 出控制設(shè)計(jì)成輸出低電平驅(qū)動(dòng)時(shí) 相對(duì)的帶負(fù)載能力要強(qiáng) 而在這里 我們所接為 感性負(fù)載步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 因此不能直接由單片機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng) 選用 L293 芯片 L293 是著名的 SGS 公司的產(chǎn)品 內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路 其后綴有 B D E 等 除 L293E 為 20 腳外 其它均為 16 引腳 其額定工作電流為 1A 最 大可達(dá) 1 5A VCC 電壓最小 4 5V 最大可達(dá) 36V VDD 電壓最大值也是 36V 其工 作電流在 2A 以內(nèi) 因此 為了與外接負(fù)載的匹配 設(shè)計(jì)電路如圖 2 7 所示 1 2 3 4 5 J6 CON5 EN1 1 IN1 2 OUT1 3 END 4 END 5 OUT2 6 IN2 7 VDD 8 EN2 9 IN3 10 OUT3 11 END 12 END 13 OUT4 14 IN4 15 VCC 16 U4 L293 VCC VDD 信信信信信信信 信 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 8051 圖 2 7 電機(jī)控制電路 如表 2 3 所示是其使能 輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系 EN A B IN1 IN3 IN2 IN4 電機(jī)運(yùn)行情況 HHL正轉(zhuǎn) HLH反轉(zhuǎn) H 同 IN2 IN4 同 IN1 IN3 快速停止 LXX停止 2 7 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 TX05D 型反射開關(guān) 實(shí)際上是一種一體化的紅外線發(fā)射 接收器件 它內(nèi)部包含紅外線發(fā)射 接收及信號(hào)放大與處理電路 能夠以非接觸形式檢測(cè)出前 方一定范圍內(nèi)的人體或物體 并轉(zhuǎn)換成高 低 電平信號(hào)輸出 由于 TX05D 內(nèi)部采用 了低功耗器件和抗干擾電路 所以工作穩(wěn)定可靠 性能優(yōu)良 可廣泛應(yīng)用于各種自 動(dòng)檢測(cè) 自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)控制等裝置中 如 光電計(jì)數(shù)器 接近式照明開關(guān) 自動(dòng) 干手器 自控水龍頭 感應(yīng)門鈴 倒車告警電路 表 2 3 L293D 引腳邏輯關(guān)系 TX05D 的外形和引線見圖 1 本器件屬模塊化產(chǎn)品 全部電路焊裝在一只 46x32x17mm 不包括安裝支架 的塑料盒內(nèi) 盒的側(cè)面設(shè)有狀態(tài)指示和靈敏度調(diào) 節(jié)孔 一只紅色發(fā)光管用來指示開關(guān)的工作狀態(tài) 平時(shí)熄滅 有反射物時(shí)發(fā)光 靈 敏度調(diào)節(jié)孔用來調(diào)節(jié)反射檢測(cè)距離 順時(shí)針調(diào)距離增大 逆時(shí)針調(diào)距離減小 TX05D 通過一條 1 5 米的雙芯屏蔽線做為輸出引線 其中紅色線為電源正極 白色 線為輸出端 銅網(wǎng)接電源負(fù)極 白色線靜態(tài)時(shí)為低電平 有反射物時(shí)輸出高電平 實(shí)際應(yīng)用時(shí) 如需加長(zhǎng)引出線 可選用相同材質(zhì)的雙芯屏蔽線即可 TX05D 的電參數(shù) 工作電壓 5 12V 極限電壓 15V 工作電流 5 20mA 最 大 30mA 對(duì)應(yīng)檢測(cè)距離為 0 120 當(dāng)工作電壓 12V 時(shí) 輸出最大灌電流大于 50mA 最大輸出電流大于 3mA TX05D 的輸出端內(nèi)部電路見圖 2 由于考慮器件 的通用性和輸出保護(hù)措施 加入了限流保護(hù)電路 當(dāng)外接負(fù)載超過額定值時(shí)啟動(dòng)保 護(hù) 自動(dòng)減小電流輸出 以保護(hù)組件和外部負(fù)載的安全 當(dāng) TX05D 接通電源后 即從模塊內(nèi)部的紅外線發(fā)射管向前方發(fā)射 38KHZ 的調(diào) 制紅外線 一旦有物體或人體進(jìn)入有效范圍內(nèi)時(shí) 紅外線就會(huì)有一部分被反射回來 被與發(fā)射管同排安裝的光敏接收管收到并轉(zhuǎn)換成同頻率的電信號(hào)后 由模塊內(nèi)部電 路進(jìn)行放大 解調(diào) 整形 比較處理后 在輸出端給出高電平信號(hào) 模塊的紅外線 發(fā)射能力與工作電壓有關(guān) 工作電壓越高 紅外線發(fā)射功率越強(qiáng) 檢測(cè)距離就越遠(yuǎn) 反之 電壓低 檢測(cè)距離就相對(duì)較近 由于 TX05D 使用了調(diào)制技術(shù)和采用進(jìn)口帶補(bǔ)償?shù)目垢蓴_器件 在一定程度上解 決了抗干擾的問題 如白天黑夜的靈敏度基本保持一致 這是其它產(chǎn)品所不能比擬 的 但由于未加入密碼電路 故在離頻閃的日光燈較近距離時(shí) 2 米以內(nèi) TX05D 會(huì)有同步的輸出 使用時(shí)請(qǐng)注意回避正對(duì)日光燈 不包括用電子變壓器啟動(dòng)的日光 燈 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中用四個(gè) TX05D 對(duì)裝配流水線上的三個(gè)生產(chǎn)包裝工序及一個(gè)計(jì)數(shù)進(jìn) 倉工序進(jìn)行知道檢測(cè) VCC 接 5V 電源 輸出信號(hào)線接單片機(jī) AT89C51 的 12 15 腳 即單片機(jī)的 INT0 INT1 T0 T1 四個(gè)中斷端口 綜合上面各個(gè)單元電路設(shè)計(jì) 得整個(gè)控制系統(tǒng)的原理圖 見附錄二 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)包括主程序的設(shè)計(jì) LED 動(dòng)態(tài)顯示模塊程序設(shè)計(jì) 電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè) 置程序設(shè)計(jì) 各中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)組成 3 1 主程序設(shè)計(jì) 主程序的內(nèi)容一般包括 主程序的起始地址 中斷服務(wù)程序的起始地址 有關(guān) 內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序調(diào)用等等 3 1 1 主程序的起始地址 MCS 51 系列單片機(jī)復(fù)位后 PC 0000H 而 0003H 002BH 分別為各中斷 源的入口地址 所以 編程時(shí)應(yīng)在 0000H 處寫一條跳轉(zhuǎn)指令 當(dāng) CPU 接收到中斷請(qǐng)求信號(hào)并予以響應(yīng)后 CPU 把當(dāng)前的 PC 內(nèi)容壓入堆棧中 進(jìn)行保護(hù) 然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口處執(zhí)行 一般應(yīng)在相應(yīng)的中斷服務(wù)程 序入口處寫一條跳轉(zhuǎn)指令 并以跳轉(zhuǎn)指令的目標(biāo)地址作為中斷服務(wù)程序的其實(shí)地址 進(jìn)行編程 3 1 2 主程序的初始化內(nèi)容 所謂初始化 是對(duì)將要用到的 MCS 51 系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初 始工作狀態(tài)設(shè)定 MCS 51 系列單片機(jī)復(fù)位后 除 SP 為 07H P0 P3 口為 FFH 外 其余給內(nèi)存單元內(nèi)容均為 00H 所以應(yīng)對(duì) IE IP 進(jìn)行初始化編程 以開放 CPU 中 斷 允許某些中斷源中斷和設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)等 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 使用了四個(gè)中斷 即 T0 T1 INT0 INT1 其中 1 T0 中斷 采用記數(shù)溢出中斷工作方式 完成對(duì)工序操作 1 的延時(shí)響應(yīng) 2 T1 中斷 采用記數(shù)溢出中斷工作方式 完成對(duì)工序操作 2 的延時(shí)響應(yīng) 3 INT0 中斷 采用外部中斷工作方式 完成對(duì)工序操作 3 的延時(shí)響應(yīng) 4 INT1 中斷 采用外部中斷工作方式 完成對(duì)記數(shù)請(qǐng)求的響應(yīng) 同時(shí)還要對(duì)一些存儲(chǔ)單元進(jìn)行初始化 這些內(nèi)容都需要在初始化程序中完成 3 1 3 代碼轉(zhuǎn)換程序 人們?nèi)粘Ａ?xí)慣使用十進(jìn)制數(shù) 而計(jì)算機(jī)的鍵盤輸入 輸出以及顯示常采用二進(jìn) 制編碼的十進(jìn)制數(shù) 即 BCD 碼 或 ASCII 碼 因此 在程序設(shè)計(jì)中經(jīng)常要進(jìn)行代 碼轉(zhuǎn)換 各種代碼之間的轉(zhuǎn)換十分有用 除了硬件邏輯轉(zhuǎn)換之外 程序設(shè)計(jì)中采用 算法處理和查表方式 3 1 4 主程序設(shè)計(jì)框圖 主程序設(shè)計(jì)框圖如圖 3 1 所示 3 2 LED 動(dòng)態(tài)顯示程序模塊的設(shè)計(jì) 3 2 1 動(dòng)態(tài)掃描延時(shí)的實(shí)現(xiàn)方式 在采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式時(shí) 要使得 LED 顯示得比較均勻 又有足夠的亮度 需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率 當(dāng)掃描頻率在 70Hz 左右時(shí) 能夠產(chǎn)生足夠的圖形和較 好的顯示效果 一般可以采用間隔 10ms 對(duì) LED 進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描一次 每一位 LED 的 顯示時(shí)間為 1ms 在單片機(jī)中 定時(shí)功能可以由硬件 定時(shí) 記數(shù)器 實(shí)現(xiàn) 也可以通過軟件定時(shí) 程序?qū)崿F(xiàn) 硬件定時(shí)是利用單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器定時(shí) 啟動(dòng)定時(shí)器可與 CPU 并行工作 不占用 CPU 的時(shí)間 是 CPU 有較高的工作效率 軟件延時(shí)程序占用 CPU 的時(shí)間 因此 它一定程度上降低了 CPU 的工作效率 本設(shè)計(jì)中 由于定時(shí)器已作為中斷工作方式占用 故采用軟件延時(shí)方式 3 2 2 延時(shí)程序的相關(guān)初值計(jì)算 要實(shí)現(xiàn) 1ms 的延時(shí)可以采用單重循環(huán)實(shí)現(xiàn) 而本設(shè)計(jì)單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用 12MHz 晶振提供 可得單片機(jī)的時(shí)鐘周期為 1 12 us 而它的機(jī)器周期為 12 1 12 1us 因此可以編寫以下源程序?qū)崿F(xiàn) MOV R0 0FAH DL1 NOP NOP 主程序流程圖 設(shè)置外部中斷信號(hào)的觸發(fā)形式 設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)及開中斷 定時(shí)器初始化并設(shè)置顯示緩沖區(qū) 相關(guān)寄存器清零并設(shè)置堆棧指針 是停止或轉(zhuǎn)速設(shè) 置否 判斷是否轉(zhuǎn)速設(shè)置 調(diào)用轉(zhuǎn)速設(shè)置程序 電機(jī)運(yùn)行 記數(shù)顯示 停止或轉(zhuǎn)速設(shè)置 啟動(dòng)定時(shí)器 設(shè)置各中斷服務(wù)程序的入口地址 轉(zhuǎn)速設(shè)置完否 是 否 是 否 圖 3 1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主流程圖 是 否 DJNZ R0 DL1 該段延時(shí)程序的精確延時(shí)時(shí)間應(yīng)該為 1 s 1 1 1 2 s 250 1001 s 3 2 3 動(dòng)態(tài)顯示程序模塊結(jié)構(gòu)圖 動(dòng)態(tài)顯示程序模塊結(jié)構(gòu)圖如圖 3 2 所示 顯示程序流程圖 設(shè)置段碼緩沖區(qū)指針 設(shè)置位碼緩沖區(qū)指針 設(shè)置顯示位數(shù) 將位碼和段碼值送到 P0 口 顯示某位 延時(shí) 1ms 修改顯示緩沖區(qū)指針顯示位數(shù)減 1 位碼 段碼緩沖區(qū)指針加 1 返回 顯示完否 否 是 圖 3 2 顯示模塊程序流程圖 3 3 中斷服務(wù)程序 中斷服務(wù)程序是一種具有特定功能的獨(dú)立程序段 它為中斷源的特定要求服務(wù) 以中斷返回指令結(jié)束 由于工序操作和計(jì)數(shù)請(qǐng)求響應(yīng)采用中斷處理方式 所以中斷 服務(wù)程序設(shè)計(jì)成了本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心 在中斷響應(yīng)過程中 斷點(diǎn)的保護(hù)與恢復(fù)主要由單片機(jī)內(nèi)部電路來實(shí)現(xiàn) 對(duì)用戶 來說 在編寫中斷服務(wù)程序時(shí) 主要須考慮是否有需要保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng) 即指在主程序 中用到的寄存器 存儲(chǔ)單元等 在中斷程序中也使用了 如果有 則應(yīng)注意不要遺 漏 在恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí) 要注意壓棧與出棧指令必須成隊(duì)使用 先入棧的內(nèi)容應(yīng)該后彈 出 另外 還要及時(shí)清除需要用軟件清除的中斷標(biāo)志 3 3 1 工序操作中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì) 工序操作中斷服務(wù)程序中用延時(shí)表示工序操作的處理過程 其程序流程圖如圖 3 3 所示 工序操作處理流程圖 關(guān)中斷 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 工序延時(shí) 顯示 產(chǎn)品件數(shù) 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 中斷返回 RET 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 開中斷 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 圖 3 3 工序操作程序流程圖 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 3 3 2 計(jì)數(shù)中斷程序的設(shè)計(jì) 計(jì)數(shù)中斷程序的設(shè)計(jì)思路為 但產(chǎn)生中斷求情后 在中斷服務(wù)程序中對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn) 品數(shù)的內(nèi)存單元中的內(nèi)容加 1 為保證四個(gè)計(jì)數(shù)單元的值實(shí)現(xiàn)累加 在每一位加 1 后 用 DA A 指令處理使各位之間成十進(jìn)制累進(jìn) 計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 4 所示 3 4 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)清單見附錄一 計(jì)數(shù)中斷程序流程圖 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 關(guān)中斷 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 位指針加 1 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 中斷返回 RET 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 指針指向位內(nèi)容加 1 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 設(shè)置位數(shù) 設(shè)置位指針 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 開中斷 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 大于 9 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 十進(jìn)制調(diào)整 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 位數(shù)減 1 等于 0 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 是 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 是 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 圖 3 4 計(jì)數(shù)中斷程序流程圖 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 否 第五章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 4 1 元件的識(shí)辯與檢測(cè) 在安裝元件前要先認(rèn)識(shí)和檢測(cè)元件 一些常見元件的認(rèn)識(shí)與檢測(cè)如下 色環(huán)電阻 在此使用的是四個(gè)色環(huán)標(biāo)準(zhǔn)的電