【正文】 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。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(復用)，RS —485 標準通訊口，典型 MCS—51 系列單片機系統(tǒng)等。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)。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。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。 *典型的 MCS51 系列單片機系統(tǒng)?；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。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。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。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。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。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。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。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） 。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?；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。全靜態(tài)工作：0Hz ～24Hz，33Hz5 個中斷源/2 個中斷優(yōu)先級供電電壓（～ V）在訪問外部RAM 和 ROM 時，是分時多路轉(zhuǎn)換的地址（低 8 位）/數(shù)據(jù)總線。2. P1（P10～P17）：是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。3. P2（P10～P27）：是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問 8 為地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口引腳上的內(nèi)容（即 SFR 區(qū)中 的內(nèi)容）在整個訪問期間不變。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部上拉電阻把其拉到西 安 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 9高電位，可作輸入口。即使不訪問外部存儲器，ALE 端仍以不變的頻率（振蕩器頻率的 1/6）周期性出現(xiàn)正脈沖信號。：程序存儲允許（ ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。要使 CPU 只訪問外部程序存儲器（0000H～FFFFH） ，則端必須保持低電平（接 GND） 。在這里，需從單片機引出三個 I/O 口。這一部分，將使用單片機的 TXD、RXD 和一個 I/O 口。由于采用的是SPI 總線類型，故至少有 SI、SCK、SO 三根線與單片機的 I/O 口相連，還有寫保護和位選端的連接。 在工作模式下，三個鍵起開關(guān)、顯示轉(zhuǎn)換、照明等功用；在參數(shù)設(shè)定模式下，利用按鍵設(shè)定電流值的大小，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。SPI 接口方式，最高可達 1MHz 串行時鐘頻率；所有引腳 ESD 防靜電保護可達 200V；設(shè)置修改確認的參數(shù)，先放在AT89C51 的 RAM 中，一項一項設(shè)置后，單片機將引腳 （X5045 的 ）置低、( )電平置高并向 X5045 發(fā)出 WERN 指令,置位寫使能鎖存器 ,然后將存放在AT89C51 的 RAM 中設(shè)置修改確認的幾項參數(shù)寫入 X5045 的 3 個區(qū)域。在 8 位數(shù)據(jù)被發(fā)送之后， 必須為高電平。X5045 集 E2PROM、可編程看門狗定時器、低 Vcc 復位加上電復位 3 項功能為一體。串行擴展接口是設(shè)備內(nèi)部器件之間的互接接口。但是 RS—232 的關(guān)鍵之處是一種基于單端非對稱電路的接口，即一根信號線與一根地線，這種結(jié)構(gòu)對共模信號沒有抑制能力，它與差模信號疊加在一起，在傳輸電西 安 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 14纜上產(chǎn)生較大的壓降損耗，壓縮了有用信號的動態(tài)范圍。RS—485 標準器件的數(shù)據(jù)傳輸速率目前有 32Mb/s，20Mb/s，12 Mb/s，10 Mb/s， Mb/s 和數(shù)百 Kb/s 等規(guī)格。 SN75LBC176 芯片的隔離1 問題的提出在使用 RS—485 總線時，如果簡單地按常規(guī)方式設(shè)計電路，在實際工程中可能有通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問題。其中為了實現(xiàn)與單片機系統(tǒng)的隔離，在 AT89C51 的異步通信口與 SN75LBC176 之間采用光電耦合器隔離?？梢詢?yōu)化普通光電耦合電路參數(shù)的設(shè)計，使之能工作在最佳狀態(tài)。在本設(shè)計中，使用的是 TIL117 光電耦合器，它的最小電流傳輸比為 50%。西 安 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 174 顯示部分系統(tǒng)的硬件設(shè)計 LED 顯示器LED（Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管的縮寫。LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：? 共陽極接法把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。LED 顯示的基本原理西 安 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 18用單片機驅(qū)動 LED 數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，按譯碼方式可分為硬件譯碼和軟件譯碼。靜態(tài)顯示是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機將要顯示的數(shù)據(jù)送出后不再控制 LED，直到下次顯示再送一次新的顯示數(shù)據(jù)。動態(tài)掃描顯示接口是單片機中應(yīng)用最廣泛的一種顯示方式。只要恰當?shù)剡x擇LED 刷新時間（ ≤20ms ） ，會給人一種視覺暫停效應(yīng)，似乎 N 位 LED 都在同時顯示，就不會有閃爍感了。作用在單片機系統(tǒng)中，LED 數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。（2）并行驅(qū)動在一般情況下，單片機使用并行驅(qū)動的方式進行 LED 的顯示。 顯示器的驅(qū)動硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，CPU 只要送出標準的 BCD 碼即可，硬件西 安 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 20接線有一定標準。采用多晶硅輸入保護電阻，限制電流過大，對電路中的過電壓來說，74HC 系列具有足夠的保護能力。最高時鐘頻率在負載為 150pF 時能保證達到 300MHz。采用的是動態(tài)掃描接法，在每個瞬間，四位 LED 只可能顯示相同的字符，要想每一個 LED 顯示不同的字符，必須用另外一個 I/O 口控制各個 LED 顯示器公共陰極輪流接地的方法，逐一掃描點亮，使每個 LED 顯示該位應(yīng)該顯示的字符即位選端，此時，每個位選的最達電流為 16mA8=128mA。在工作模式下，由單片機系統(tǒng)進行脈寬調(diào)制，實現(xiàn)電動機從空載到滿載的變化，測定出負載曲線。由上式可知，當電源電壓 Us 不變的情況下，電樞的端電壓的平均值 Uo 取決于占空比 α 的大小，改變 α 值就可以改變端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的，這就是 PWN 調(diào)速原理。（2） 調(diào)寬調(diào)頻法這種方法是保持 t2 不變，只改變 t1，這樣使周期 T（或頻率）也隨之改變。本系統(tǒng)采用的就是定頻調(diào)寬法。由于這個特點，使得功率場效應(yīng)管具有開關(guān)速度快，損耗低，驅(qū)動功率小，無二次擊穿的優(yōu)點，目前已得到越來越廣泛的應(yīng)用。所以采用集電極開路的 OC門 TTL 集成電路來驅(qū)動。進入原理圖設(shè)計窗口的步驟如下：首先進入 Protel99 系統(tǒng)，執(zhí)行 File(文件)/New(新建)命令建立一個新的原理圖設(shè)計數(shù)據(jù)庫，或者打開一個已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫。在執(zhí)行 design/options 后彈出的對話框中，選擇 sheet options 選擇進行設(shè)置。Scheet 是設(shè)置圖紙底紋顏色。(4)、電氣節(jié)點的設(shè)置。 （有些不同的元件可能半截不同的元件庫，要根據(jù)自己所設(shè)計的原理圖選擇所要加載的元件庫，具體參照本網(wǎng)站上有關(guān)具體說明。如果要修改元件的屬性，可以直接雙擊所要修改的元件，在彈出的對話框中對所要修改的項進行修改。若要進行電路圖錯誤檢查，可以使用命令 Tools/ERC 打開對話框，進行錯誤檢查設(shè)置。Unconnected labels 檢查繪圖頁面中是否有不連接到其它電氣對象的網(wǎng)絡(luò)標識。Add error markers 設(shè)置圖紙上有錯誤或獲情況的位置上放置錯誤標記。西 安 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 267 電路板的印制隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和新型電子元器件的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代電子電路已經(jīng)變得愈來愈復雜。設(shè)計者可以運行各種服務(wù)器程序組件。印刷電路板是整個通訊協(xié)議卡系統(tǒng)中器件、信號線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計的好壞與否對抗干擾能力有很大影響，所以印刷電路板設(shè)計決不單是器件、線路的簡單布局安排，同時還必須符合抗干擾的設(shè)計原則。元件的布局首先要考慮 PCB 尺寸的大小。在確定特殊元件的位置時要遵循以下的原則：1 盡可能的縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和互相間的電磁干擾。(2) 以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它進行布局。(3) 位于電路板邊緣的元器件，與電路板邊緣一般不小于 2mm。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。電源線和地線應(yīng)接成樹狀，盡量加粗，是它能通過三倍于印制板上的電流。3 印制導線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。4 數(shù)字的地和模擬的分開。西 安 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 29 8 附 錄8．1 開題報告 課題背景及內(nèi)容: 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。 *采用無極性輸入，模塊可以接收任意極性直流供電和總線信號。利用軟件編程實現(xiàn)此功能。AT89C51 是一種帶有 4KBFlash 可編程、可擦除只讀存儲器（EEPROM）的低壓、高性能 8位 CMOS 微型計算機。 *RS485 標準通訊口。西 安 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 30*本設(shè)計中所使用的是存儲器是 X5045，它是帶有硬件寫保護功能的串行 EEPROM，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。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。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。*查找外文資料以作參考。完成英文資料的查找及翻譯。在論文設(shè)計期間,我一定嚴格按照設(shè)計計劃,如期完成畢業(yè)論文。二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡單框圖 該系統(tǒng)旨在利用單片機實現(xiàn)對負載對象變化的控制，其主要由單片機，SPI 串行總線的 E2PROM 參數(shù)存儲，鍵盤，帶光電耦合的 RS485 接口芯片，顯示及常規(guī)可靠性接地設(shè)計組成，具體如下：三、系統(tǒng)主要器件的選取及其設(shè)計的簡要介紹* AT89C51 單片機AT89C51 是一種帶有 4KBFlash 可編程、可擦除只讀存儲器（EEPROM）的低壓、高性能 8 位 CMOS 微型計算機。X5045 是將可編程看門狗、電壓監(jiān)控、E 2PROM 集于一體的多功能芯片，該芯片具有體積小、占用 I/O 少等優(yōu)點，應(yīng)用于系統(tǒng)中可以簡化單片機系統(tǒng)的設(shè)計，并完善其性能。隔離問題：通過光電耦合器件發(fā)作用有利于提高傳輸速率。　 顯示器的驅(qū)動芯片的類型要根據(jù)電路的具體參數(shù)的計算進行選取，現(xiàn)在還未完成