【正文】 .......................................................... 錯誤 !未定義書簽。 單片機型號 的選 擇 及 I/O 口的擴展 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。 第三 章 硬件設(shè)計 ....................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 第四章 軟件設(shè)計 ....................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 致謝 …………………………………………………………………… …………內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 1 第一章 緒論 課題背景 工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)。工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用了工業(yè)控制自動化技術(shù) ，來實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，以達到提高產(chǎn)品的品 質(zhì)和產(chǎn)量、降低生產(chǎn)消耗、確保安全等目的。自動化系統(tǒng)與計算機信息科學(xué)的緊密結(jié)合，給工業(yè)生產(chǎn)過程帶來了新的技術(shù)革新。傳統(tǒng)意義上，將用于工業(yè)生產(chǎn)過程的測量、控制和管理的計算機統(tǒng)稱為工業(yè)控制計算機，包括計算機和過程輸入、輸出通道兩部分。因此 DCS的一個顯著特點是各工藝現(xiàn)場由現(xiàn)場控制站進行分散控制 ,各個分散控制得到的信息由管理站集中管理 ,同時根據(jù)生產(chǎn)工藝要求管理站對現(xiàn)場控制內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 2 站進行集中控制 ,即信息和操作管理集中化而控制分散化?？删幊炭刂破鞑捎锰菪螆D 或布爾代數(shù)實現(xiàn)控制程序的編制。 現(xiàn)場總線技術(shù)是一項高科技、高水平、高難度的自動控制系統(tǒng)工程 ,對化工 、石化、冶金、電力、制藥等各領(lǐng)域的發(fā)展將起到十分重大的作用。裝箱行業(yè)中自動化操作正在改變著裝箱過程的動作方式和包裝容器及材料的加工方法。依據(jù)定義，一個自動裝置即能通過自動控制或遙控方法完成任務(wù)的一臺機器或一個機構(gòu)。 自動化水平在制造工業(yè)中不斷提高，應(yīng)用范圍 正在拓展。可靠性、安全性、 高效性、 無人作業(yè)性等 自動化技術(shù)將是工業(yè)企業(yè)中自動生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢。 該系統(tǒng)能實現(xiàn)對工業(yè)企業(yè)中 流水生產(chǎn)線上的 產(chǎn)品的計數(shù)、裝箱。為使空箱恰好對準產(chǎn)品傳送帶末端，使產(chǎn)品剛好落入箱中，用一光電檢測器 1 來檢測空箱是否到位。 （ 2） 按下啟動鍵后，傳送帶的驅(qū)動電機 1 運轉(zhuǎn)，帶動包裝箱前行。 （ 5） 光電傳感器 2 將裝入箱中的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成輸出脈沖，由單片機的定時器 /計數(shù)器計數(shù)。如此循環(huán)，實現(xiàn)自動包裝生產(chǎn)線不間斷裝箱。它結(jié)合了 HMOS 的高速和高密度技術(shù)及 CHMOS 的低功耗特征，它基于標準的 MCS51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于 80C51 增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應(yīng)用場合。掉電模式下，保存RAM 數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。由于系統(tǒng)中含有外部 ROM， P0 口將作為地址 /數(shù)據(jù)總線使用， P2 口作為高八位地址總線使用 。 8255 有三種基本工作方式：方式 0：基本輸入輸出 ；方式 1：選通輸入輸出 ； 方式 2：雙向傳送 。 8255 內(nèi)部包括三個并行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口，兩個工作方式控制電路，一個讀 /寫控制邏輯電路和 8 位總線緩沖器。 C 口：是一個 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器 /緩沖器和一個 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入不鎖存）。 工作方式控制電路有兩個，一個是 A 組控制電路，另一個是 B組控制電路。 讀 /寫控制邏輯電路 。 （ 2） 任何一個端口都可以設(shè)定為輸入或者 輸出，各端口的輸入、輸出可構(gòu)成 16 種組合。 工作方式 1 是一種選通式輸入 /輸出工作方式。 （ 3） 每一個 8 位數(shù)據(jù)端口均可設(shè)置為輸入或者輸出，輸入端均可鎖存。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 步進電機是純粹的數(shù)字控制電動機。一般電動機都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進電動機則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當有脈沖輸入時步進電動機一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進電機還具有快速啟動、精確步進和定位等特征，因而在數(shù)控機床，繪圖儀，打印機以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（ VR）、永磁式步進電機（ PM）、混合式步進電機（ HB）和單相式步進電機等。它又分為兩相和五相摘要：兩相步進角一般為 度而五相步進角一般為 度 。 （ 4） 速度可在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得最大轉(zhuǎn)矩。電機的定子上有六個均布的磁極，其夾角是 60186。/40=9186。因此， B、 C 極下的磁阻比 A 磁極下的磁阻大。依次類推，當三相繞組按 A→ B→ C→ A 順序循環(huán)通電時，轉(zhuǎn)子會按順時針方向，以每個通電脈內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 沖轉(zhuǎn)動 3186。因為每一瞬間只有一相繞組通電，并且按三種通電狀態(tài)循環(huán)通電，故稱為單三拍運行方式。反應(yīng)式 步進電動機 的步距角可按下式計算： θb=360186。 （ 2） 拍數(shù) 。四拍運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*4） = 度（俗稱整步），八拍運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*8） =度（俗稱半步） 。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。用百分比表示：誤差 /步距角 *100%。稱之為失步。 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。 （ 7） 電機的共振點 。 步進電機的單片機控制 步進電動機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作。通常內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 我們把通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如，三相步進電機工作在單三拍，通電換相的正序是 ABC，電機就正轉(zhuǎn)；如果按 ACB 通電換相，步進電機就反轉(zhuǎn)。因此，脈沖的頻率決定了步進電機的轉(zhuǎn)速。來一個步進脈沖，步進電動機轉(zhuǎn)動一個步距角，改變步進脈沖的頻率就可以改變步進電機的速度，改變換相順序即改變步進電機轉(zhuǎn)速。延時子程序的延時時間與換向程序所用的時間和就是 CP 脈沖的周期。當定時器起動后 ,定時器從裝載的初值開始對系統(tǒng)及其周期進行加計數(shù) 。為了減少這種定時誤差 ,實現(xiàn)精確定時 ,要對重裝的計數(shù)初值作適當調(diào)整。用定時中斷方式控制電動機變速時 ,實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。單電壓驅(qū)動是步進電機控制中最為簡單的一種驅(qū)動電路，它在本質(zhì)上是一個單間的反相器。雙電壓驅(qū)動電路的缺點是在高低壓連接處電流出現(xiàn) 谷點，這樣必然引起力矩在谷點處下降 ， 不宜于電機的正常運行。細分驅(qū)動是用脈沖電壓來供電的，對于一個電壓脈沖，轉(zhuǎn)子就可以轉(zhuǎn)動一步，一般會根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進電機各相繞阻會輪流切換，固可以使步進電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 PMM8713 是日本三洋電機公司生產(chǎn)的步進電機脈沖分配器。 PMM8713 是專用的步進電機的步進脈沖產(chǎn)生芯片 ,它適用于三相和四相步進電機。4 輸出 4相 3 CK 輸入脈沖 計時脈沖 11 216。C 3相及 4相轉(zhuǎn)換 15 CO 輸入脈沖監(jiān)控器 8 Vss GND 16 VDD － 4V～＋ 18V 步進電機的速度控制通過控制單片機發(fā)出的步進脈沖頻率來實現(xiàn)。若 定時器 T0，工作方式 1， 定時器的定時常數(shù)存放在內(nèi)存 RAM 30H（低八位）和 31H（高八位）中，則定時器中斷服務(wù)子程序為： COUNTT0:CPL ；改變 的電平狀態(tài) PUSH ACC PUSH PSW 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 18 CLR C CLR TR0 ；停止定時器 T0 MOV A,TL0 ；取 TL0 當前值 ADD A,08H ；加 8 個機器周期 ADD A,30H ；加定時常數(shù)（低 8 位） MOV TL0,A ；重裝定時常數(shù)（低 8 位） MOV A,TH0 ；取 TH0 當前值 ADDC A,31H ；加定是常數(shù)（高 8 位） MOV TH0,A ；重裝定時常數(shù)（高 8 位） SETB TR0 ；開定時器 POP PSW POP ACC RETI 因為 中斷過程和中斷服務(wù)程序的執(zhí)行過程都要花一定的時間，這些時間會造成延時，會影響步進脈沖的頻率精度。 采用定時器法進行步進電機的速度控制時， CPU 只在改變步進脈沖狀態(tài)時 參與，所以 CPU 的負擔(dān)大大減輕， 完全 可以同時從事其他工作。當“ 0” ～ “ 9”數(shù)字鍵中有一位鍵按下時，鍵盤輸出為該數(shù)字的 BCD碼。 圖 鍵盤電路 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 顯示電路設(shè)計 LED 數(shù)碼管是單片機控制系統(tǒng)中最常用的顯示器件之一。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的 CPU 時間少。 動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有 LED 的 8 個 引腳 （ a～ g 和 dp）同名端連在一起，而每一個 LED 的公共極 COM 各自獨立 受 I/O 線控制。 本系統(tǒng)設(shè)計的顯示電路（ 2 位數(shù)的動態(tài)顯示）如圖 所示。電壓隔離 接口 就是把低壓部分的單片機和高壓部分的步進電動機驅(qū)動電路隔離開來，以保證它們的正常工作。由于輸入回路與輸出回路之間通過光實現(xiàn)耦合，因此光電耦合器件也稱為光電隔離器件。 （ 3）作為開關(guān)使用時，光電耦合器件具有壽命長，反應(yīng)速度快（開關(guān)時間在微妙級）的特點，高速度光耦開關(guān)時間只 有 10ns。總之，只要 PWM8713的 CK 引腳以一定頻率輸入步進脈沖， PWM8713 自動完成步進電動機的通電換相控制，使步進電動機按照一定速度朝著一定方向步進。系統(tǒng)以 80C52 為核心，擴展了一片 27128 EPROM 芯片作為程序存儲器 ，用一片 8255 可編程并行接口芯片擴展了單片機的 I/O 口。無包裝箱時，光電傳感器導(dǎo)通， 80C52 的 引腳為 1（高電平）；空箱到位時，光電傳內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 23 感器 截止， 引腳為 0（低電平）。 在步進電機 1 的控制電路中， 80C52 的 、 引腳分別與 PWM8713 的 CK、 U/D 引腳相連。 圖 系統(tǒng)電路原理圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 24 第四章 軟件設(shè)計 自動裝箱