【正文】 西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 運(yùn)動(dòng)控制的智能模擬負(fù)載 —— 硬件部分 摘 要 運(yùn)動(dòng)控制的智能模擬負(fù)載，是針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)負(fù)載對(duì)象及其變化規(guī)律的要求而設(shè)計(jì)的。本智能負(fù)載，是為滿足現(xiàn)代工業(yè)調(diào)試、科研測(cè)試中對(duì)不同負(fù)載對(duì)象及其變化規(guī)律的需求，涉及到計(jì)算機(jī)控制、專業(yè)電工、電子、電力電子應(yīng)用等技術(shù)、掌握單片機(jī)工作原理及應(yīng)用技術(shù)的模擬負(fù)載及其智能化技術(shù)。硬件設(shè)計(jì)主要解決的是設(shè)計(jì)一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)，它主要包含：無(wú)極性輸入，兩種模式下的三鍵輸入 (復(fù)用 )， RS— 485 標(biāo)準(zhǔn)通訊口，典型 MCS— 51 系列單片機(jī)系統(tǒng)等。 ABSTRACT The intelligence simulation load of movement controlled is aimed at experiment of movement controlled system in automation specialized subject, which is designed to record to load action and the need of change rules. The intelligence load is order to satisfy many kinds of loads action and the need of change rules which is in industry test today and scientific research test, which is used in inferring to puter?s control and professional electrician and electron and electric power and so on, it need master microputer?s work elements and using technology of intelligence simulation and intellective apply technology. Hardware is mainly dealing with design of microputer system, which contains nonpolarity input, three keys input in two models, RS485 normal munication, model MCS— 51 series microputer system and so on. 關(guān)鍵詞： 模擬負(fù)載，單片機(jī)系統(tǒng)， RS485 串行通信 ， 光電耦合器，驅(qū)動(dòng)電路， E2PROM存儲(chǔ)器， Key Words:Simulation Load ， Micro Computer System ， RS — 485 Series Communication， Photoelectrical Coupling， Drive Circuit， E2PROM Memory Cell. 西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 目 錄 1 緒 論 ???????????????????????????? ?? ? 3 課題的名稱和課題背景 ?????????????? ???? ?? ? 3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究狀況 ??????????????????? ?? ? 4 主要工作 ???????????????????????? ?? ?? 5 論文的結(jié)構(gòu)安排 ? ???????????????????? ?? ?? 5 2 單片機(jī)的工作原理及應(yīng)用 ?????????????????? ?? ? 7 單片機(jī)的應(yīng)用 ?????????????????????? ?? ?? ? 7 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) ??????????????????? ?? ? 7 本模擬負(fù)載對(duì)單片機(jī)型號(hào)的選取 ???? ?????????? ?? ? 9 3 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ?????????????????????? 11 系統(tǒng)在兩種模式下的三鍵輸入（復(fù)用） ? ?? ????????? 11 X5045 芯片在系統(tǒng)中的應(yīng)用 ???????????????? ?? 11 X5045 芯片的引腳及特點(diǎn) ????????????????? ?? 11 X5045 芯片在控制系統(tǒng)中與單片機(jī)的接口 ?????????? ?? 12 RS— 485標(biāo)準(zhǔn)通訊口 ?????????????????? ? ?? ? 13 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) ?????????????????????? 14 75176 芯片的隔離 ?????????????????????? 14 4 顯示部分系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ?????????????????? ?? 17 LED 顯示器 ????????????????????????? ?? 17 LED 的選擇 ??????????????????????? ??? 17 LED 的驅(qū)動(dòng)和顯示 ????????? ??????????? ??? 18 顯示器的驅(qū)動(dòng) ??????????????????????? ?? 19 西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 5 負(fù)載部分 ??????????????????????????? ?? 22 6 原理圖的設(shè)計(jì) ????????????????????????? ?? 24 7 電路板的印制 ????????????????????????? ?? 26 8 附 錄 : 開題報(bào)告 ???????????????????????? ? 27 中期報(bào)告 ??????????????? ????????? ? 31 相應(yīng)外文資料翻譯 ??????????????????? ?? 32 系統(tǒng) SCH 圖 致 謝 設(shè)計(jì)總結(jié) 參考文獻(xiàn) 西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 1 緒 論 1. 1 課題的名稱、課題背景 本課題名稱為“運(yùn)動(dòng)控制的智能模擬負(fù)載”。 為了滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)調(diào)試、科研測(cè)試中對(duì)不同負(fù)載對(duì)象及其變化規(guī)律的需求，涉及計(jì)算機(jī)控制、電力電子應(yīng)用等技術(shù)的模擬負(fù)載及其智能化技術(shù)近年來得以迅猛發(fā)展。本智能模擬負(fù)載，是針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中對(duì)負(fù)載對(duì)象及其變化規(guī)律要求而設(shè)計(jì)的。 在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，不 同負(fù)載對(duì)象都有其特點(diǎn)及變化規(guī)律（線性、非線性），通過自主設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)其電流值，進(jìn)行輸出脈寬的調(diào)節(jié)，從而模擬不同負(fù)載的特性。 本設(shè)計(jì)的中心即設(shè)計(jì)一個(gè)含有特定功能的典型單片機(jī)系統(tǒng)。 *采用無(wú)極性輸入，模塊可以接收任意極性直流供電。它允許將主回路中的 2根發(fā)電機(jī)電樞直流輸出電源線在傳輸途中任意極性連接，容忍了的反接差錯(cuò)，使電路中的接線在使用時(shí)大為方便并具有安全保證。 *利用全控器件斬波主回路。 *本系統(tǒng)在工作、參數(shù)設(shè)定的兩種模式下實(shí)現(xiàn)三鍵輸入（復(fù)用）。利用軟件編程 實(shí)現(xiàn)此功能。 *典型的 MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。我打算采用 ATMEL 公司的 AT89C51。 AT89C51 是一種帶有 4KB Flash 可編程、電可擦除只讀存儲(chǔ)器（ E2PROM）的低壓、高性能 8 位 CMOS 微型計(jì)算機(jī)。它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了高度靈活和成本低的解決辦法。基于以上特點(diǎn)，在需要 I/O 線不多的控制場(chǎng)合，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大的簡(jiǎn)化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。 *RS485 標(biāo)準(zhǔn)通訊口。 RS485 接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一 體化產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。 RS485 接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)芯片的要求也不同。在這里，我將采用型號(hào)為 SN75LBC176，它的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為 32，采用半雙工通訊。 *本設(shè)計(jì)中用到芯片 X5045，它是帶有硬件寫保護(hù)功能的串行 E2PROM，主要起到電路西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 中的參數(shù)存儲(chǔ)作用（例如最大最小電流采集值），其接口兼容 SPI 總線規(guī)范，通過一對(duì)串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)線對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫。 X5045 的片內(nèi)存儲(chǔ)器容量為 4K bit（或 512字節(jié)）。 1. 2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究狀況 近年來，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì) 算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制（ Pulse width modulation,簡(jiǎn)稱 PWM） 控制方式已成為絕對(duì)主流。這種控制方式很容易在單片機(jī)控制中實(shí)現(xiàn)，從而為直流電動(dòng)機(jī)控制數(shù)字化提供契機(jī)。 以下簡(jiǎn)單介紹利用單片機(jī)和脈寬調(diào)制控制技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的實(shí)例。 此系統(tǒng)是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，通過與單片機(jī)的通信，按命令單片機(jī)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)。按照發(fā)出不同的控制命令，使二維步進(jìn)電機(jī)分別作正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，快轉(zhuǎn)，慢轉(zhuǎn)和停止等動(dòng)作，還可自 成系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。它的控制系統(tǒng)工作原理圖： 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是二維步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)的主機(jī)，負(fù)責(zé)從鍵盤接收外部命令由串行口輸出后，再經(jīng)接口電路發(fā)送單片機(jī)，然后接收單片機(jī)回送的命令數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較。 接口電路實(shí)現(xiàn)上位機(jī)串行口信號(hào)與單片機(jī) 信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的正常通信。 單片機(jī)負(fù)責(zé)從工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上接收命令，并將其轉(zhuǎn)換成控制脈沖信號(hào)，從并行口發(fā)出到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。在脫離工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的控制時(shí)，還要保證系統(tǒng)能按一定程序自動(dòng)運(yùn)行。 1. 3 主要工作 本智能負(fù) 載論文所闡述的單片機(jī)系統(tǒng)采用 ATMEL 公司的 AT89C51 芯片為核心，組西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 成典型的單片機(jī)系統(tǒng)，并和 PC 機(jī)通信（采用 RS— 485 標(biāo)準(zhǔn)通訊口）。該系統(tǒng)對(duì)以單片機(jī)AT89C51 為主的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，并在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的原理圖和硬件開發(fā)板。涉及到計(jì)算機(jī)控制、專業(yè)電工、電子、電力電子應(yīng)用等技術(shù)、掌握單片機(jī)工作原理及應(yīng)用技術(shù)的模擬負(fù)載及其智能化技術(shù)。硬件設(shè)計(jì)主要解決的是設(shè)計(jì)一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)，它主要包含：主回路，負(fù)載回路，無(wú)極性輸入等。 1. 4 論文的結(jié)構(gòu)安排 第一章 緒論。在本章中將介紹與本論題相關(guān)的發(fā)展 狀況和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出本課題所研究的主要工作，并簡(jiǎn)單介紹了論文的安排。 第二章 單片機(jī)工作原理及應(yīng)用基礎(chǔ)。本章將針對(duì) ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行原理和應(yīng)用的介紹。 第三章 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。在本章中，將系統(tǒng)的介紹系統(tǒng)工作模式、參數(shù)設(shè)定三鍵輸入（復(fù)用）， SPI 串行總線的 E2PROM 系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)（采用 X5045），RS— 485 標(biāo)準(zhǔn)通訊口（采用 SN75LBC176），常規(guī)可靠性接地技術(shù)（硬件狗）的主要功能和特點(diǎn)。 第四章 顯示部分系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。此章節(jié)對(duì)電路的顯示部分作了介紹，包括顯示驅(qū)動(dòng)芯片的選擇，典型參數(shù)的 計(jì)算（電阻、開關(guān)頻率、速率、 耐壓等）。 第五章 輸出負(fù)載部分。本章節(jié)根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中不同負(fù)載對(duì)象的特點(diǎn)及變化規(guī)律，設(shè)定具體參數(shù)并計(jì)算確定電路負(fù)載元件的大小和型號(hào)。 第六章 原理圖的設(shè)計(jì) 第七章 電路板的印刷 第八章 開題報(bào)告 中期報(bào)告 相應(yīng)外文資料翻譯 系統(tǒng) SCH 圖 致 謝 設(shè)計(jì)總結(jié) 參考文獻(xiàn) 西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 2 單片機(jī)工作原理及應(yīng)用基礎(chǔ) 單片機(jī)的應(yīng)用 在生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的身影出現(xiàn)；從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能想象的地方幾乎都有使用單片機(jī)的需求。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的 小型