單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用

1、1 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）文） 論文題目論文題目： 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 所屬系部：所屬系部： 電子工程系電子工程系 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 職職 稱稱 ： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào): : 專專業(yè)：業(yè)： 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目：題目： 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 任務(wù)與要求：任務(wù)與要求： 利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)剪板機(jī)的運(yùn)動(dòng)，完成當(dāng)前半料數(shù)目的顯示、額 定板料數(shù)目的設(shè)置、剪板機(jī)的復(fù)位。利用單片機(jī)控制能非常方便快捷的 完成實(shí)際工作的需要。要求如下： 1.了解自動(dòng)剪板機(jī)工作過(guò)程及工作原理。 2.掌握 51 單片機(jī)及接口電路

2、。 3.查閱并收集相關(guān)資料。 4.畫出硬件電路圖及完成調(diào)試 時(shí)間：時(shí)間： 20102010 年 0909月0808日 至20102010年 1010 月 2020 日 共 8 8 周 所屬系部：所屬系部： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 專業(yè)：專業(yè)： 指導(dǎo)單位或教研室：指導(dǎo)單位或教研室： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 3 摘摘 要要 本設(shè)計(jì)的自動(dòng)剪板機(jī)系統(tǒng)采用單片機(jī) 80c51 作控制器，系統(tǒng)主要由單片機(jī) 80c51，2 個(gè)并行 i/o 接口擴(kuò)展芯片 8255a，電機(jī)過(guò)載檢測(cè)、計(jì)數(shù)采樣輸入、系 統(tǒng)工作狀態(tài)檢測(cè)輸入、外控輸出、聲光報(bào)警、鍵盤、顯示及電源等部分組成， 從而實(shí)現(xiàn)抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

3、價(jià)格便宜，操作方便，自動(dòng)化水平較高等 功能特點(diǎn)。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有：用單片機(jī)做控制器、通過(guò)位置檢測(cè)開關(guān)，檢測(cè)剪板機(jī) 各工序的狀態(tài)，自動(dòng)控制剪板機(jī)的工作，同時(shí)進(jìn)行剪切計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工多 工序的自動(dòng)化技術(shù)。本系統(tǒng)在原有機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加了自動(dòng)進(jìn)料、 卸料、剪切、數(shù)控定長(zhǎng)等功能，使其具有抗干擾性好、集成度高、加工精度高、 操作方便、自動(dòng)化水平和性價(jià)比高等特點(diǎn)。 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究單片機(jī)的工序檢測(cè)電路、看門狗電路、電源電路、報(bào)警電 路、電動(dòng)機(jī)過(guò)載檢測(cè)電路、鍵盤、顯示電路的設(shè)計(jì)。程序流程圖及系統(tǒng)原理圖 設(shè)計(jì)和軟件及仿真調(diào)試的編寫。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：80c51 單片機(jī)；自動(dòng)剪板機(jī)；控制系統(tǒng)；程序流程圖

4、 4 abstract: this system is on the main body structure foundation of original machine tool, and functions such as increased automatic charging and the unloading material and cuts the cutting and numerical control is fixed long etc make his characteristic such as to possess the anti- jamming good and

5、 integrated degree height, manufacturing accuracy height and operates convenient and automation standard and performance price ratio are high etc. the focal point of design studies the process checkout circuit of one piece machine and guards the entrance dog circuit, power circuit, alarm circuit and

6、 electromotor overload are tested the design of circuit, keyboard and demonstration circuit. what procedure flow chart and system basic diagram design and software and simulation were debugged compiles. keyword: one piece machine of 80c51 cut the board machine voluntarily; procedure flow chart; proc

7、edure flow chart. 5 目錄目錄 1 1 緒論緒論.1 1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 .1 1.2 本文設(shè)計(jì)任務(wù) .1 2.2.論文系統(tǒng)的總體方案論文系統(tǒng)的總體方案.2 2.1 自動(dòng)剪板機(jī)的簡(jiǎn)介 .2 2.2 自動(dòng)剪板機(jī)的工作過(guò)程： .2 2.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .3 3 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì).5 3.1 單片機(jī)及其擴(kuò)展 .5 3.1.1 80c51 主要引腳功能說(shuō)明.5 3.1.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì).5 3.1.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).6 3.1.4 存儲(chǔ)器擴(kuò)展的設(shè)計(jì).7 3.1.5 i/o 的擴(kuò)展.9 3.2 單片機(jī)接口電路.12 3.2.1 單片機(jī)鍵盤接口電路.12 3.2.2

8、 單片機(jī)數(shù)碼管的顯示電路.13 3.3 光電藕合的使用 .14 3.4 njm3717 的使用.16 4 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試.18 4.1 軟件設(shè)計(jì)：.18 4.2 系統(tǒng)調(diào)試綜述.20 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ).22 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).23 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 1 1 1 緒論緒論 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)化水平的不斷提高，在各種應(yīng)用領(lǐng)域都大量采用計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工藝實(shí)踐 的效率大大提高，同時(shí)也大幅度提高了產(chǎn)品和成果的質(zhì)量，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)從 結(jié)構(gòu)上講都是類同的，包括計(jì)算機(jī)組成的控制器和被控對(duì)象，并且對(duì)象的輸出 通過(guò)反饋回路反饋給控

9、制器，形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)。從采用的部件講，計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)所用的計(jì)算機(jī)往往有交大區(qū)別：在大型控制系統(tǒng)中，采用大中型 機(jī)；在一般控制系統(tǒng)中采用微型機(jī)；而功能較專的控制系統(tǒng)采用單片機(jī)。由于 大量的控制系統(tǒng)的任務(wù)較為專業(yè)化，并且執(zhí)行的是直接數(shù)字控制任務(wù)，故基本 采用單片機(jī)。單片機(jī)是目前控制系統(tǒng)采用最多的器件和芯片，它在軍事、航空 航天、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有大量的應(yīng)用。單片機(jī)的廣泛應(yīng)用及其產(chǎn)生 的效益取得了令人矚目的成果。本文主要介紹以單片機(jī)為核心的自動(dòng)剪板機(jī)在 順序中的應(yīng)用。 1.11.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本自動(dòng)剪板機(jī)是用來(lái)將大塊木頭按要求剪成小木塊料的一種機(jī)器，它常被 用于家具

10、生產(chǎn)廠家、大型木料加工公司等部門。它會(huì)按操作者的要求，自動(dòng)把 大木塊料剪切成規(guī)定長(zhǎng)度 l 的小木塊料，同時(shí)還可以控制連續(xù)剪切木料的數(shù)目。 控制小車，達(dá)到自動(dòng)剪切大塊木頭，運(yùn)送木料，為此本系統(tǒng)要求主要有： 1.實(shí)時(shí)控制板料運(yùn)送到指定的工作臺(tái)。 2.實(shí)時(shí)控制剪切刀準(zhǔn)確的剪切板料。 3.實(shí)時(shí)控制送料小車到達(dá)指定的工作點(diǎn)。 4.實(shí)時(shí)控制落在小車上的板料數(shù)目。 1.21.2 本文設(shè)計(jì)任務(wù)本文設(shè)計(jì)任務(wù) 本文設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是按照課題所給的自動(dòng)剪板機(jī)系統(tǒng)的主要功能要求， 完成整個(gè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要結(jié)合軟件的需要，并且調(diào)試好各部分電路，結(jié)合軟 件的運(yùn)行提供良好的硬件環(huán)境，以完成系統(tǒng)要求的功能。 單片機(jī)在順序控制中

11、的應(yīng)用 2 2.2.論文系統(tǒng)的總體方案論文系統(tǒng)的總體方案 2.12.1 自動(dòng)剪板機(jī)的簡(jiǎn)介自動(dòng)剪板機(jī)的簡(jiǎn)介 自動(dòng)剪板機(jī)是一種按用戶要求將大塊金屬板材進(jìn)行剪切，并由進(jìn)料車運(yùn)送 到下一工序的自動(dòng)化加工設(shè)備。其主要功能： 待剪板料的自動(dòng)傳送，由送料電動(dòng)機(jī)將下一塊待剪板料自動(dòng)輸送到位； 板料的壓緊，待剪板料定位后由壓塊電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓板，將板料壓緊； 板料剪切，由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制剪切刀實(shí)施； 送料車的運(yùn)行，包括卸載及自動(dòng)返回； 剪切板料的自動(dòng)計(jì)數(shù)和每車板料數(shù)的預(yù)設(shè)定。要實(shí)現(xiàn)這些功能，需在系 統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的位置檢測(cè)開關(guān)和光電傳感器。系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)和各檢測(cè)元件的 安裝. 2.22.2 自動(dòng)剪板機(jī)的工作過(guò)程：自動(dòng)剪

12、板機(jī)的工作過(guò)程： 自動(dòng)剪板機(jī)工作過(guò)程如圖 2-1 所示：該自動(dòng)剪板機(jī)系統(tǒng)，可按照要求剪開 大塊板料，并由送料小車運(yùn)到包裝線。當(dāng)小車未動(dòng)作時(shí)，壓塊及剪切刀的限位 開關(guān) sa2、sa3 和 sa4 均斷開，行程開關(guān) sa1 也斷開的。其工作過(guò)程如下： 1.讀入限位開關(guān) sa6 的狀態(tài)，判斷小車是否是空載，是空載則可開始工作。 2.啟動(dòng)送料小車，并使其到位，此時(shí)限位開關(guān) sa5 閉合。 3.啟動(dòng)送料機(jī)構(gòu) e，帶動(dòng)板料向右移動(dòng). 4.當(dāng)板料碰到行程開關(guān) sa1 時(shí)，停止送料，同時(shí)啟動(dòng)壓塊控制機(jī)構(gòu)，壓下 壓塊 b，并使壓塊上限開關(guān) sa2 閉合。 5.當(dāng)壓塊到位時(shí)，壓緊板料時(shí)，壓塊下限開關(guān) sa3 閉合

13、。 6.啟動(dòng)剪切刀控制機(jī)構(gòu)，使剪刀下落，此時(shí)，sa4 閉合，直到把板料剪斷。 當(dāng)板料下落通過(guò)光電開館時(shí)，sa7 輸出一個(gè)脈沖，作為計(jì)數(shù)脈沖。 7.判斷小車上的板料是否夠數(shù)，如果不夠，則繼續(xù)重復(fù) 3-7。一旦夠數(shù)， 則是控制電機(jī)開始通電，小車右行，把切好的板料送至包裝線。板料卸下后， 再啟動(dòng)小車重新返回到剪板機(jī)下，并開始下一車的裝載工作。 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 3 剪切刀 壓塊控制機(jī)構(gòu) b sa1 光電 開關(guān) 板 料 送 料 小 車 b m 剪切刀控制機(jī)構(gòu) a m sa2sa4 sa3 sa6 板料 c m 送料機(jī)構(gòu) e d 工作臺(tái) l sa5 軌跡控制電機(jī) 2.32.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案硬

14、件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 自動(dòng)剪板機(jī)是常被用于家具生產(chǎn)廠家，大型木料加工公司等部門。它會(huì)按 操作者的要求，自動(dòng)把大木塊料剪切成規(guī)定長(zhǎng)度 l 的小木塊料。同時(shí)還可以控 制連續(xù)剪切木料的數(shù)目。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總框架如圖 2-2 所示： 整個(gè)系統(tǒng)的主要部分是單片機(jī)六個(gè)限位開關(guān)、一個(gè)光電開關(guān)和四個(gè)電機(jī) （送料機(jī)構(gòu)電機(jī) e、壓塊控制機(jī)構(gòu)電機(jī) b、剪切刀控制機(jī)構(gòu)電機(jī) a 和控制小車的 電機(jī)）的控制，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剪板機(jī)的正常運(yùn)作。 對(duì)于七個(gè)開關(guān)的作用是：通過(guò)光電藕合器（前項(xiàng)通道信號(hào)器）檢測(cè)自動(dòng)剪 板機(jī)工作時(shí)的各工作點(diǎn)的具體信息，向單片機(jī)輸入信號(hào)。單片機(jī)獲得信號(hào)后， 發(fā)送給四個(gè)電機(jī)，控制四個(gè)電機(jī)工作。 圖 2-1 自動(dòng)剪板

15、機(jī)工作過(guò)程圖 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總框架： 輸入高電平小車停 送料機(jī)構(gòu) e 板料 輸入低電平小車不停 輸入低電平剪切刀不動(dòng) 80c51 8255a 譯 碼 器 內(nèi)擴(kuò) 外擴(kuò) 鍵盤 顯示 器器 運(yùn) 木 小 車 輸入高電平剪切刀下 剪 切 刀 sa1 sa6 b 壓塊 m 工作臺(tái) 圖 2-2 硬件設(shè)計(jì)大體框圖 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 5 3 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 3.13.1 單片機(jī)及其擴(kuò)展單片機(jī)及其擴(kuò)展 3.1.13.1.1 80c5180c51 主要引腳功能說(shuō)明主要引腳功能說(shuō)明 如圖 3-1 所示： vss 和 vcc:主要電源線，vss 接地，vcc 正常操作時(shí)接

16、地。 xtali 和 xtal2：外接晶體諧振器引腳。 ale/prog：地址鎖存信號(hào)輸出/編程脈沖輸入引腳。 psen：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)引腳。 ea/vpp：只訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器 ea 輸入/編程高壓 vpp 輸入引腳。 rst：復(fù)位信號(hào)輸入端引腳。 p0.0-p0.7、 p1.0-p1.7、 p2.0-p2.7、 p3.0-p3.7:輸入輸出引腳。 3.1.23.1.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 80c51 的 xtal1、xtal2 引腳之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定 的自激振蕩器這就是組成里的時(shí)鐘電路。如圖 3-2 示： 圖 3-1 80c51 管腳圖 圖 單片機(jī)在

17、順序控制中的應(yīng)用 6 xtal1 xtal2 xtal2 c1 30pf c2 30pf 晶 振 6khz 圖 3-2 時(shí)鐘振蕩電路 時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才能為單片機(jī)的時(shí) 鐘脈沖信號(hào)。一般電容 c1 和 c2 取 30pf 左右。晶體的振蕩頻率范圍是 1.2 mhz12mhz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行也就快， 但反過(guò)來(lái)運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也高 （線間寄生電容要?。?。在本次設(shè)計(jì)中，選取晶振頻率為 6mhz,c1 和 c2 的值均 為 30pf。 3.1.33.1.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)在啟

18、動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要進(jìn)行復(fù)位操作，以便使 cpu 和系統(tǒng)中的其它部 件都處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。80c51 單片機(jī)有一個(gè) 引腳 rst，它是施密特觸發(fā)器的輸入端，其輸出端接復(fù)位電路的輸入。 復(fù)位有電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。按鍵手動(dòng)復(fù)有電平方式和脈沖方式兩 種。本次設(shè)計(jì)中，為方便人的操作，采用按鍵手動(dòng)復(fù)位的按鍵電平復(fù)位。其電 路圖如圖 3-3 所示： 200 vcc rese t +c r1 r2 1k vcc 80c51 rst vss 圖 3-3 復(fù)位電路圖 復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩脈沖周期（即二個(gè)機(jī) 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 7 器周期）以上，若

19、使用頻率為 6mhz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò) 4s 才能完成復(fù)位操作。復(fù)位之后，使 ale、psen、p0、p1、p2 口的輸出均為高電 平（即為輸入狀態(tài)） ，復(fù)位后，內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如表 3-4 所示。rst 變?yōu)榈碗?平后，便又退出復(fù)位狀態(tài)。cpu 從初始化工作，由狀態(tài)表可知，復(fù)位后：程序 寄存器為 0000h 開始執(zhí)行程序，內(nèi)部 ram 不受復(fù)位影響。 表 3-4 復(fù)位狀態(tài)表： pc0000htcon00h acc00htl000h psw00hth000h sp07htl100h dptr0000hth100h p0-p30ffhscon00h ipxx000000hsbuf

20、00h ie0x000000hpcon 不定 tmod00h0xxx0000b 3.1.43.1.4 存儲(chǔ)器擴(kuò)展的設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的設(shè)計(jì) 80c51 通過(guò) p0 和 p2 口可為擴(kuò)展存儲(chǔ)器提供 16 位地址，使擴(kuò)展存儲(chǔ)器的 尋址范圍達(dá) 64kb。此外，還有一些引腳信號(hào)也是提供存儲(chǔ)器擴(kuò)展使用的。例如： ale 信號(hào)用于外部程序存儲(chǔ)器的地址鎖存控制、psen 信號(hào)用于外部程序存儲(chǔ)器 的讀選通、ea 信號(hào)用于外部程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)控制等。存儲(chǔ)器的擴(kuò)展包括：程 序存儲(chǔ)器（rom）的擴(kuò)展和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）的擴(kuò)展。 2764 的擴(kuò)展： eprom2764 是一種 8k * 8 的程序存儲(chǔ)器，采用雙列直插式

21、 28 引腳封裝。 正常工作時(shí)，采用單一 +5v 電源、13 位地址線 a12a0 用于片內(nèi)地址選擇、8 位數(shù)據(jù)線 d7d0 用于數(shù)據(jù)的讀出；ce 為片選信號(hào)線、oe 為讀允許信號(hào)線。 2764 的單獨(dú)字節(jié)存取時(shí)間小于 256ns，這保證了它可以于單片機(jī)直接相連，8k 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 8 字節(jié)的大存儲(chǔ)容量，使它具有高密度的功能。 圖 3-5 畫出了程序存儲(chǔ)器 2764 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6164 的擴(kuò)展連線圖，圖中， 用 74ls373 鎖存 8 位地址，2764 的高 5 位地址與單片機(jī)的 p2 口的 p2.0p2.4 相連，片選信號(hào)線 ce 接地。其具體連線是：2764 的存儲(chǔ)容量為

22、 8k 字節(jié)，需 13 位地址（a12a0）進(jìn)行存儲(chǔ)單元的選擇，為此，先把芯片的 a7a0 引腳 與地址鎖存器的 8 位地址輸出對(duì)應(yīng)連接。剩下的高位地址（a12a8）引腳與 p2 口的 p2.4p2.0 相連。74ls138 譯碼器的 y0 作芯片選擇信號(hào)與 2764 的 ce 相連。 數(shù)據(jù)線的連接：只要把存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)輸出引腳與單片機(jī) p0 口線對(duì)應(yīng)連接 就可以了。80c51 的 psen 信號(hào)接 2764 的 oe 端，以便進(jìn)行存儲(chǔ)單元的讀出選通 存儲(chǔ)芯片 2764 的存映像為： p2 口 p0 口 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0

23、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 最低地址 0000h 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 最高地址 1fffh 6164 的擴(kuò)展： 6164 是靜態(tài) ram 的典型芯片，存儲(chǔ)容量 2kb，該芯片為 cmos 工藝，因此具 有功耗低的特點(diǎn)。其具體的擴(kuò)展連接方式與 2764 的擴(kuò)展連線類似，不同之處是： 74ls138 譯碼器的 y1 作芯片選擇信號(hào)與 6164 的 cs 相連；以 80c51 的 rd 信號(hào) 接 6164 的 oe 端，以 wr 信號(hào)接 we 端，進(jìn)行 ram 芯片的讀寫控制。其地址為： p2 口 p0 口 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6

24、 5 4 3 2 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 最低地址 2000h 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 最高地址 3fffh 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 9 d7-0 74ls373 . .q7-0 . g . .p0 q0 g a b c e1 y1 e3 y0 ce a7-0 d7-0 2764 a12-8 oe oe oe cs a7-0 d7-0 a12-8 wr 6164 oe we p2.5-p2.7 p0.7-p0.0 ale 80c51 p2.4-2.0 psen rd wr rd wr 圖 3-5 存儲(chǔ)器的

25、擴(kuò)展連線圖 3.1.53.1.5 i/oi/o 的擴(kuò)展的擴(kuò)展 i/o 口擴(kuò)展的必要性及地址譯碼分析： 由于 80c51 單片機(jī)本身提供的輸入輸出口線并不是很多，只有 p1 口 8 位 i/o 線和 p3 口的某些位線可用作輸入輸出使用，而在本次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中，鍵 盤及顯示器作為人機(jī)對(duì)話的關(guān)鍵部分，及有數(shù)據(jù)的輸入，同時(shí)也有數(shù)據(jù)的輸出 顯示，按功能要求，采用 4 個(gè)按鍵和 3 位 led 數(shù)碼管顯示。要完成功能，它們 于單片機(jī)的連接必然要占用較多的 i/o 線，于是有必要對(duì) 80c51 進(jìn)行 i/o 擴(kuò)展。 本系統(tǒng)采用可編程通用并行芯片 8255a 來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)的 i/o 口。 單片機(jī)的地址總線寬度

26、為 16 位，p2 口提供高 8 位地址（a15-a0） ，p0 口經(jīng) 外部鎖存器后提供低 8 位地址（a7-a0） 。為了唯一的選中外部某一單元，必須 進(jìn)行兩種選擇：一是必須選擇該存儲(chǔ)器芯片即片選；二是必須選擇出該芯 片的某一存儲(chǔ)單元即：字選。常用選址方法有線選法和全地址譯碼法兩種， 由于線選法所用地址線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間不能得到 充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)，故在該系統(tǒng)的 i/o 擴(kuò)展中采用全地址譯碼 法，選用 74ls138 作為地址譯碼器。 這本設(shè)計(jì)中，我們選擇具有并行輸入/輸出接口的 8255a 芯片來(lái)完成這些功 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 10 能。 8255

27、a 的介紹： 8255a 是一個(gè)為 8080、8085、和 8088 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用 i/o 接口片子。 8255a 是可編程的并行輸入/輸出接口芯片， 通用性強(qiáng)且使用靈活，常用來(lái)實(shí)現(xiàn) 51 系列 單片計(jì)的并行 i/o 口擴(kuò)展。它是一個(gè) 40 引 腳的雙列直插式集成電路芯片，其引腳排 列，如圖 3-6 所示： 圖 3-6 8255a 引腳圖 8255a 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)按功能分為 3 個(gè)邏輯電路部分，即：端口電路、總線接 口電路和控制邏輯電路。 a.端口電路 8255a 共有 3 個(gè) 8 位口，其中 a 口和 b 口是單純的數(shù)據(jù)口，供數(shù)據(jù) i/o 使 用。而 c 口則既可以作數(shù)據(jù)口，又可以

28、做控制口使用，用于實(shí)現(xiàn) a 口和 b 口的 控制功能。因此在使用中常把 c 口分為兩部分，即： c 口高位部分（pc7-pc4）； c 口低位部分（pc3-pc0）。 數(shù)據(jù)傳送中 a 口所需的控制信號(hào)由 c 口高位部分提供，因此把 a 口和 c 口 低位部分合在一起稱之為口低位部分合在一起稱之為 a 組；同樣理由，把 b 口 和 c 口低位部分合在一起稱之為 b 組。 b.總線接口電路 總線接口電路用于實(shí)現(xiàn) 8255a 和單片機(jī)芯片的信號(hào)連接。其中包括： 1) 數(shù)據(jù)總線緩沖器 數(shù)據(jù)總線緩沖器為 8 位雙向三態(tài)緩沖器，可直接和 mcs51 的數(shù)據(jù)線相連， 與 i/o 操作有關(guān)的數(shù)據(jù)、控制字和狀態(tài)

29、信息都是通過(guò)該緩沖器進(jìn)行傳送。 2) 讀/寫控制邏輯 與讀寫有關(guān)的控制信號(hào)有： cs-片選信號(hào)（低電平有效）。 rd 讀信號(hào)（低電平有效）。8255a 共有 4 個(gè)可尋址的端口（即 a 口、b 口、c 口和控制寄存器），用 2 位地址編碼即可實(shí)現(xiàn)選擇。在 i/o 擴(kuò)展連接是 通常把 a0 和 a1 直接與單片機(jī)的 p0.0 和 p0.1 對(duì)應(yīng)連接。 wr-寫信號(hào)（低電平有效）。 a0、a1-端口選 0.1 相連，以確定口地址。 reset-復(fù)位信號(hào)（高電平有效）。復(fù)位之后，控制寄存器清除， 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 11 各端口被置為輸入方式。 讀寫控制邏輯用于實(shí)現(xiàn) 8255a 的硬件管理，其

30、內(nèi)容包括：芯片的選擇，口 的尋址以及規(guī)定各端口和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送方向。詳見表 3-7。 3) 控制邏輯電路 控制邏輯電路包括 a 組控制和 b 組控制，合在一起構(gòu)成 8 位控制 寄存器。用于存放各口的工作方式控制字。 表 3-7 8255a 讀/寫控制表： csa1a0rdwr所選端口操 作 00001a 口讀端口 a 00101b 口讀端口 b 01001c 口讀端口 c 00010a 口寫端口 a 00110b 口寫端口 b 01010c 口寫端口 c 01110控制寄存器寫控制字 1/數(shù)據(jù)總線緩沖器輸出高阻抗 8255a 可編程通用并行接口芯片 i/o 擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì) 8255a 與

31、 80c51 的連接：74ls138 譯碼器的 y2 作為 8255a 的片選地址 74ls373 鎖存器的 q1、q2 作為 8255a 的斷口選擇信號(hào) a0、a1。則 8255a 的 a 口 地址為 4000h（0100 0000 0000 0000） ，b 口地址為 4001h（0100 0000 0000 0001） ，c 口地址為 4002h（0100 0000 0000 0010） ，控制寄存器地址為 4003h（0100 0000 0000 0011） 。 a 口作用：a 口輸出 8 位字形代碼（段控線）作為 led 顯示器的段控端。 c 口作用：c 口為輸出口（位控口） ，以

32、pc2pc0 輸出位控線。控制 led 顯示器的位控端。 b 口作用：b 口作為輸入信號(hào)接口，接 7 個(gè)光電藕合開關(guān)，向單片機(jī)輸入控 制信號(hào)。 圖 3-8 畫出了 8255a 的擴(kuò)展連線圖 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 12 3.23.2 單片機(jī)接口電路單片機(jī)接口電路 3.2.13.2.1 單片機(jī)鍵盤接口電路單片機(jī)鍵盤接口電路 鍵盤是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。按其結(jié)構(gòu)形 式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件 的方法產(chǎn)生鍵碼。 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)剪板機(jī)系統(tǒng)中，要求對(duì)剪切木板數(shù)量的控制則是通過(guò)鍵盤 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在本次設(shè)計(jì)中鍵盤的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即

33、通過(guò) 80c51 的 p3 口的 p3.2、p3.3、p3.4、p3.5 口線的第二功能 int0、int1、t0、t1 來(lái)實(shí)現(xiàn)， 最后用來(lái)完成當(dāng)前板料數(shù)目的顯示、額定板料數(shù)目的設(shè)置。本系統(tǒng)采用的是 4 行4 列的矩陣鍵盤。 鍵盤上有行線和列線之分，本鍵盤共有 4 條行線、4 條列線。在行線和列 線的交點(diǎn)處有一個(gè)鍵，由于行線與列線分別與鍵的不同端相連，平時(shí)鍵處于斷 開狀態(tài)，所以行線和列線互不相通。接口時(shí)，行線一端接輸出口，另一端懸空； 而列線一端經(jīng)電阻接+5v 電源，另一端接輸入口。由于列線通過(guò)電阻與+5v 電 rd wr reset 80c51 p0.7-0.0 ale ea 74ls373

34、 d7 q7 . : d7 q0 g oe rd wr reset pa7 : pa0 8255a cs d7 : d0 a1 : a0 pc0 d7 pb7 : : d0 pb0 圖 3-8 8255a 的擴(kuò)展 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 13 源相連，所以列線的初始狀態(tài)為高電平。 鍵盤連接的示意圖如圖 3-9： 圖 3-9 鍵盤連接示意圖 3.2.23.2.2 單片機(jī)數(shù)碼管的顯示電路單片機(jī)數(shù)碼管的顯示電路 實(shí)現(xiàn)顯示剪切過(guò)程中木板的數(shù)量是本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能之一，因此系 統(tǒng)中的數(shù)碼管顯示是必不可少的。本系統(tǒng)中采用了三片共陰極數(shù)碼管作顯示器。 顯示范圍為：0999 個(gè)。 由于是三位的 led

35、顯示，需要采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即逐個(gè)地循 環(huán)地點(diǎn)亮各位顯示器。這樣雖然在任意時(shí)刻只有一位顯示器被點(diǎn)亮，但是由于 人眼具有視覺殘留效應(yīng)，看起來(lái)于全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮效果完全一樣。為了實(shí) 現(xiàn) led 顯示器動(dòng)態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段的輸入外，還要對(duì)顯示器加位 的控制。因此必須給 led 兩個(gè)輸出口，其中一個(gè)用于輸出 8 條段控線，令一個(gè) 用于輸出 3 條位控線。 led 顯示器與 8255a 的連接： 其中 c 口為輸出口（位控口） ，以 pc2pc0 輸出位控線。由于位控線的 驅(qū)動(dòng)電流較大，因此 pc 口輸出加 74ls04 進(jìn)行反相和提高驅(qū)動(dòng)能力。然后再接 各 led 顯示器的位控端

36、。 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 14 a 口也為輸出口（段控口） ，以輸出 8 位字形代碼（段控線） 。段控線的負(fù) 載電流約為 8ma,為提高顯示亮度，通常加 74ls244 進(jìn)行段控輸出驅(qū)動(dòng)。 3.33.3 光電藕合的使用光電藕合的使用 光電藕合器是一種把電子信號(hào)轉(zhuǎn)換成為光學(xué)信號(hào)，然后又回復(fù)電子信號(hào) 的半導(dǎo)體器件。當(dāng)電流移向光電藕合器的輸入面，光學(xué)信號(hào)由發(fā)光二極管輸出。 輸出面的光學(xué)感應(yīng)器察覺之，同時(shí)電流移動(dòng)。 光電藕合電路原理如圖 3-10 所 示： 圖 3-10 光電耦合電路原理圖 光電藕合器的輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，且輸出端對(duì)輸入端也無(wú)反饋， 因而具有隔離和抗干擾兩方面的獨(dú)特性能

37、。通常使用光電藕合器是為實(shí)現(xiàn)以下 兩個(gè)主要功能：電平轉(zhuǎn)換，隔離。 光電隔離是以光為媒體來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器與受光器封裝 在管殼內(nèi)。當(dāng)輸入輸出加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接收后就產(chǎn)生光電 流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)“電-光-電”轉(zhuǎn)換。如圖 3-11 所示。當(dāng)輸入為低 電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平“1” ；當(dāng)輸入為高電平“1”光 敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“0” 。 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 15 圖 3-11 光電隔離結(jié)構(gòu)圖 光電隔離之所以在傳輸信號(hào)的同時(shí)能有效地抑制尖脈沖和各種噪音干擾， 使通道上的信號(hào)比大為提高，主要有以下原因： 光電隔離的輸入阻抗很小，只有

38、幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為 10。 按分壓原理可知，即使干擾電源的幅度較大，但饋送到光電隔離器的輸入 端的噪聲電壓會(huì)很小，只能形成很微弱的電流，由于沒(méi)有足夠的能量而不能使 二極管發(fā)光，從而被抑制掉了。 光電隔離器的輸入回路與輸出回路之間沒(méi)有電氣聯(lián)系，也沒(méi)有共地。之間 的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾噪音都很難通 過(guò)光電隔離器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的生產(chǎn)。 光電隔離器可以起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚 至輸入信號(hào)線短接式也不會(huì)損壞儀表。因?yàn)楣怆姼綦x器件的輸入回路之間可以 承受幾千伏的高壓。 光電隔離器的響應(yīng)速度極快，其響應(yīng)

39、延遲時(shí)間只有 10 左右，適于對(duì)響應(yīng)速 度要求很高的場(chǎng)合。 光電隔離器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端與輸出端完全的實(shí)現(xiàn)了電 氣隔離?？垢蓴_能力強(qiáng)。本系統(tǒng)使用的是 521-1，信號(hào)從引腳 1 輸入，使發(fā)光 二極管發(fā)光其光線又使光敏三極管產(chǎn)生電信號(hào)從引腳 3 輸出。從而既完成了信 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 16 號(hào)的傳遞也實(shí)現(xiàn)了電氣上的隔離。 3.43.4 njm3717njm3717 的使用的使用 小車運(yùn)送木料具有雙向性，即要控制小車到指定的工作點(diǎn)，又要控制小車 把木板運(yùn)走。為此本次設(shè)計(jì)使用 njm3717 片子和電機(jī)組成電路來(lái)控制小車的運(yùn) 動(dòng)。 njm3717 片子控制小車原理如圖 3-12

40、 所示： 圖 3-12 njm3717 片子控制小車原理圖 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 17 njm3717 片子工作原理如表 3-13 所示： dipempplcc 標(biāo)志描述 1110mb 電動(dòng)機(jī)輸出 b。當(dāng)電平為高時(shí)， 電動(dòng)機(jī)的電流是從 ma 到 m b 2211t 時(shí)鐘振蕩器。正時(shí)定為管腳 t 和接地管腳 之間平行地連接一個(gè) 56 千歐的電阻和 82pf 3,14 4,5 3,18 4,5,6 7,14 12,4 1,2,3 9，13 vmm 電動(dòng)機(jī)所提供的電壓是 10 伏到 45 伏。 vmm 管腳應(yīng)該和用導(dǎo)線連在 pcb 上。 12， 13 15，1 6， 17 14，15， 16，1

41、7， 28 gnd 提供接地。注意這些接地管腳是用來(lái)散熱的。 確信所有的接地管腳被焊接在一個(gè)合適的大銅 板上，這樣做的目的是為了提高散熱的有效率。 6818vcc 提供的邏輯電壓為+5 伏 7919i1 邏輯輸入和 i0輸入一起控制目前的輸出水平的 狀態(tài)，可控制的水平目前定位在： 100、60、20、0%。 81020phase 控制目前電動(dòng)機(jī) ma 和 m b 的輸出方向。當(dāng)輸入 高電平時(shí)，電動(dòng)機(jī)當(dāng)前的電流方向是從 ma流向 m b 91121i0 邏輯輸入和 i1輸入一起控制目前的輸出水平的 狀態(tài)，可控制的水平目前定位在： 100、60、20、0%。 101223c 輸入比較交儀。這種輸入

42、儀能夠通過(guò)敏感電阻 器感知瞬間電壓，瞬間電壓是通過(guò) rc 網(wǎng)絡(luò)的過(guò) 濾。 111324vr 參考電壓?？刂票容^儀的閾置電壓，因而能輸 出當(dāng)前的電壓。輸入 15 電阻：以 6.8+/-20%為 代表。 15196ma 電動(dòng)機(jī)輸出 a。當(dāng)電平為高時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電流 是從 ma 到 m b 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 18 16208e 共同發(fā)射器，在管腳和地面之間連接敏感電阻 器 4 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試 4.14.1 軟件設(shè)計(jì)：軟件設(shè)計(jì)： 順序控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)可根據(jù)流程圖進(jìn)行，也可以將各步動(dòng)作編寫出程 序表，或者畫出邏輯功能圖。控制程序用來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即設(shè)置中斷控 制

43、字及計(jì)數(shù)常數(shù)等。當(dāng)主程序執(zhí)行完以后，便進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)需要工作 時(shí)，只要操作員按下 start 按鈕，即可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。自動(dòng)剪板機(jī) 生產(chǎn)過(guò)程控制的軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，順序控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)可根據(jù)流程圖 進(jìn)行，也可以將各步動(dòng)作編寫出程序表，或者畫出邏輯功能圖?？刂瞥绦蚍謨?部分，一部分是主程序，用來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即設(shè)置中斷控制字及計(jì)數(shù)常 數(shù)等；另一部分為中斷服務(wù)程序，對(duì)剪板機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程控制。主程序流 程圖，如圖：4-1，所示： 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 19 中斷服務(wù)程序 讀入 sa6 狀態(tài) step1 y n 啟動(dòng)小車（左行） 讀入 sa5 狀態(tài) n step2 y 讀

44、入 sa1 狀態(tài) step3 n y ssre 斷電，ss 通電，使壓塊下降 n step4 y ssra，ssrb 通電，使切刀下降 n step5 y 斷 ssra，ssrb 使壓塊，剪切刀復(fù)位 step6 n step7 讀 tf0 ssre 通電，使板料前進(jìn) 讀入 sa2，sa3 狀態(tài) 讀入 sa2，sa3 狀態(tài) 讀入 sa2，sa3，sa4 狀態(tài) 壓板壓緊否？ 板料到位否 sa1=0？ 小車到位否 sa5=0？ sa6=0？ 壓塊 ，剪刀復(fù)位了嗎？ 剪下否？ 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 20 step8 n 圖 4-1 主流程圖 4.24.2 系統(tǒng)調(diào)試綜述系統(tǒng)調(diào)試綜述 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件

45、調(diào)試和軟件調(diào)試是不能完全分開的。許多硬件錯(cuò)誤是 在軟件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)和糾正的，但通常是先排除明顯的硬件故障以后再和軟件結(jié) 合起來(lái)調(diào)試。首先，在樣機(jī)上電之前，選用萬(wàn)用表等工具根據(jù)和安裝是否符合 要求，應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在 相互之間（或與其它）信號(hào)線短路。其次，加電檢測(cè)各插件引腳的電位，仔細(xì) 測(cè)量各點(diǎn)電平是否正常。最后是在斷電情況下，除 cpu 以外，插上所有的元器 件用萬(wàn)用表檢查連接的正確性和可靠性。 4.34.3 數(shù)碼管顯示電路調(diào)試數(shù)碼管顯示電路調(diào)試 本系統(tǒng)采用的是 3 個(gè)數(shù)碼管完成顯示功能。調(diào)試過(guò)程中編制一段流動(dòng)顯示 程序，利用人視覺殘留效應(yīng)實(shí)現(xiàn)顯示功能

46、，顯示程序如下： display: mov r0, #79h mov r2, #20h display1: mov a, r0 mov dptr, 3segtbl movc a, a+dptr mov dptr, #7ch movx dptr, a mov a, r2 inc dptr inc dptr movx dptr, a acall dims jnb acc.7, display2 ret display2: inc r0 mov a, r2 rl a mov r2, a 啟動(dòng)小車（右行） tf0=0？ 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 21 ajmp display1 dims: mov r3, #7dh dil: nop nop djnz segtbl: db 3fh db 06h db 5bh db 4fh db 66h db 6dh db 7dh db 07h db 7fh db 67h 單片機(jī)在順序控制中的應(yīng)用 22 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) 完成情況：第 1-2 周單片