【正文】 西 安 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 1運 動 控 制 的 智 能 模 擬 負 載——硬 件 部 分摘 要 運動控制的智能模擬負載，是針對自動化專業(yè)運動控制系統(tǒng)實驗中，對負載對象及其變化規(guī)律的要求而設(shè)計的。本智能負載，是為滿足現(xiàn)代工業(yè)調(diào)試、科研測試中對不同負載對象及其變化規(guī)律的需求，涉及到計算機控制、專業(yè)電工、電子、電力電子應(yīng)用等技術(shù)、掌握單片機工作原理及應(yīng)用技術(shù)的模擬負載及其智能化技術(shù)。硬件設(shè)計主要解決的是設(shè)計一個典型的單片機系統(tǒng)，它主要包含：無極性輸入，兩種模式下的三鍵輸入(復(fù)用)，RS —485 標準通訊口，典型 MCS—51 系列單片機系統(tǒng)等。ABSTRACTThe 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：模擬負載，單片機系統(tǒng)，RS485 串行通信，光電耦合器，驅(qū)動電路， E2PROM 存儲器，Key Words:Simulation Load，Micro Computer System，RS—485 Series 西 安 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 2Communication， Photoelectrical Coupling， Drive Circuit，E 2PROM Memory Cell.目 錄1 緒 論 ………………………………………………………………………………… 3 課題的名稱和課題背景 ……………………………………………………… 3 國內(nèi)外相關(guān)研究狀況 ………………………………………………………… 4 主要工作 ………………………………………………………………………… 5 論文的結(jié)構(gòu)安排………………………………………………………………… 52 單片機的工作原理及應(yīng)用 ……………………………………………………… 7 單片機的應(yīng)用……………………………………………………………………… 7 AT89C51 單片機的結(jié)構(gòu)………………………………………………………… 7 本模擬負載對單片機型號的選取…………………………………………… 93 單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計………………………………………………………… 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………………………………………………… 11 X5045 芯片在控制系統(tǒng)中與單片機的接口……………………………… 12 RS—485 標準通訊口 ………………………………………………………… 13 串行通信接口標準………………………………………………………… 14 75176 芯片的隔離 ………………………………………………………… 西 安 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 3144 顯示部分系統(tǒng)的硬件設(shè)計…………………………………………………… 17 LED 顯示器……………………………………………………………………… 17 LED 的選擇…………………………………………………………………… 17 LED 的驅(qū)動和顯示…………………………………………………………… 18 顯示器的驅(qū)動 ………………………………………………………………… 195 負載部分 …………………………………………………………………………… 226 原理圖的設(shè)計……………………………………………………………………… 247 電路板的印制……………………………………………………………………… 268 附 錄: 開題報告 ………………………………………………………………… 27 中期報告 ………………………………………………………………… 31 相應(yīng)外文資料翻譯……………………………………………………… 32系統(tǒng) SCH 圖致 謝設(shè)計總結(jié)參考文獻西 安 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 41 緒 論1. 1 課題的名稱、課題背景本課題名稱為“運動控制的智能模擬負載” 。 為了滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)調(diào)試、科研測試中對不同負載對象及其變化規(guī)律的需求，涉及計算機控制、電力電子應(yīng)用等技術(shù)的模擬負載及其智能化技術(shù)近年來得以迅猛發(fā)展。本智能模擬負載，是針對自動化專業(yè)運動控制系統(tǒng)實驗中對負載對象及其變化規(guī)律要求而設(shè)計的。 在運動控制系統(tǒng)中，不同負載對象都有其特點及變化規(guī)律（線性、非線性） ，通過自主設(shè)計的單片機系統(tǒng)，可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)其電流值，進行輸出脈寬的調(diào)節(jié)，從而模擬不同負載的特性。 本設(shè)計的中心即設(shè)計一個含有特定功能的典型單片機系統(tǒng)。 *采用無極性輸入，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，使電路中的接線在使用時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)定的兩種模式下實現(xiàn)三鍵輸入（復(fù)用） 。利用軟件編程實現(xiàn)此功能。 *典型的 MCS51 系列單片機系統(tǒng)。我打算采用 ATMEL 公司的 AT89C51。AT89C51 是一種帶有 4KB Flash 可編程、電可擦除只讀存儲器（E 2PROM）的低壓、高性能 8 位 CMOS微型計算機。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?；谝陨咸攸c，在需要 I/O 線不多的控制場合，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大的簡化，而且程序的編寫及固化也相當方便、靈活。 *RS485 標準通訊口。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)、機電一體化產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。RS485 接口在不同的使用場合，對芯片的要求也不同。在這里，我將采用型號為 SN75LBC176，它的標準驅(qū)動節(jié)點數(shù)為 32，采用半雙工通訊。*本設(shè)計中用到芯片 X5045，它是帶有硬件寫保護功能的串行 E2PROM，主要起到電西 安 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 5路中的參數(shù)存儲作用（例如最大最小電流采集值） ，其接口兼容 SPI 總線規(guī)范，通過一對串行時鐘、數(shù)據(jù)線對片內(nèi)存儲單元進行讀寫。X5045 的片內(nèi)存儲器容量為 4K bit（或512 字節(jié)） 。1. 2 國內(nèi)外相關(guān)研究狀況 近年來，直流電動機的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計算機進入控制領(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)功率元件進行脈寬調(diào)制（Pulse width modulation,簡稱 PWM）控制方式已成為絕對主流。這種控制方式很容易在單片機控制中實現(xiàn)，從而為直流電動機控制數(shù)字化提供契機。以下簡單介紹利用單片機和脈寬調(diào)制控制技術(shù)對電動機進行調(diào)速控制的實例。此系統(tǒng)是工業(yè)控制計算機發(fā)出控制命令，通過與單片機的通信，按命令單片機產(chǎn)生控制步進電機運轉(zhuǎn)的脈沖信號。按照發(fā)出不同的控制命令，使二維步進電機分別作正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，快轉(zhuǎn)，慢轉(zhuǎn)和停止等動作，還可自成系統(tǒng)自動運行。它的控制系統(tǒng)工作原理圖： 工業(yè)控制計算機是二維步進電機的控制系統(tǒng)的主機，負責(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，然后接收單片機回送的命令數(shù)據(jù)并進行比較。接口電路實現(xiàn)上位機串行口信號與單片機信號之間的轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)工業(yè)控制計算機與單片機的正常通信。單片機負責(zé)從工業(yè)控制計算機上接收命令，并將其轉(zhuǎn)換成控制脈沖信號，從并行口發(fā)出到步進電機驅(qū)動電路。在脫離工業(yè)控制計算機的控制時，還要保證系統(tǒng)能按一定程序自動運行。1. 3 主要工作本智能負載論文所闡述的單片機系統(tǒng)采用 ATMEL 公司的 AT89C51 芯片為核心，西 安 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 6組成典型的單片機系統(tǒng)，并和 PC 機通信（采用 RS—485 標準通訊口） 。該系統(tǒng)對以單片機 AT89C51 為主的控制系統(tǒng)進行了硬件設(shè)計，并在此設(shè)計的基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的原理圖和硬件開發(fā)板。涉及到計算機控制、專業(yè)電工、電子、電力電子應(yīng)用等技術(shù)、掌握單片機工作原理及應(yīng)用技術(shù)的模擬負載及其智能化技術(shù)。硬件設(shè)計主要解決的是設(shè)計一個典型的單片機系統(tǒng)，它主要包含：主回路，負載回路，無極性輸入等。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)展狀況和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出本課題所研究的主要工作，并簡單介紹了論文的安排。第二章 單片機工作原理及應(yīng)用基礎(chǔ)。本章將針對 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機的結(jié)構(gòu)進行原理和應(yīng)用的介紹。第三章 單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計。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（采用X5045） ，RS—485 標準通訊口（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。第四章 顯示部分系統(tǒng)的硬件設(shè)計。此章節(jié)對電路的顯示部分作了介紹，包括顯示驅(qū)動芯片的選擇，典型參數(shù)的計算（電阻、開關(guān)頻率、速率、 耐壓等） 。第五章 輸出負載部分。本章節(jié)根據(jù)運動控制系統(tǒng)中不同負載對象的特點及變化規(guī)律，設(shè)定具體參數(shù)并計算確定電路負載元件的大小和型號。第六章 原理圖的設(shè)計第七章 電路板的印刷第八章 開題報告中期報告相應(yīng)外文資料翻譯系統(tǒng) SCH 圖致 謝設(shè)計總結(jié)參考文獻西 安 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 72 單片機工作原理及應(yīng)用基礎(chǔ) 單片機的應(yīng)用 在生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，凡是有自動控制要求的地方都會有單片機的身影出現(xiàn)；從簡單到復(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的需求。單片機的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有利于提高勞動效率等。 AT89C51 單片機AT89C51 單片機是一種帶有 4KBFlash 可編程、可擦除只讀存儲器（E 2PROM）的低壓、高性能 8 位 CMOS 微型計算機。通過在單塊芯片上組合通用的 CPU 和 Flash 存儲器，使 AT89C51 成為一種功能很強的微型計算機。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?；谝陨咸攸c，在需要 I/O 線不多的控制