【正文】 圖 13 主程序流程圖 初始化程序流程 是 是 否 否 端口初始化 定時(shí)器初始化 曲線選擇 啟動(dòng)鍵是否按下 曲線程序 停止鍵是否按下 停止 開始 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 14 如圖 14所示初始化模塊程序執(zhí)行時(shí)，先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，主要初始化 DSP的時(shí)鐘鎖相環(huán)、看門狗、片內(nèi)位設(shè)時(shí)鐘初始化等；然后，立即初始化 DSP和 SPIA外設(shè)，接著程序通過 SPIA復(fù)位外部芯片 74HC595，刷新面板角度指示燈和數(shù)碼管；接著程序初始化 DSP的輸入引腳，按照設(shè)計(jì)要求，將一些腳配置成輸入口，一些配置成輸出口，還有部分引腳配置成片內(nèi)外設(shè)的輸入輸出口；隨后程序初始化片內(nèi)外設(shè)的中斷擴(kuò)展模塊（ PIE）和中斷向量表，將中斷程 序入口地址映射到中斷向量表，程序還在這里使能響應(yīng)的中斷寄存器，本電路的中斷源有 3個(gè)： 50us周期中斷、 1ms周期中斷、電源檢測(cè)掉電中斷 。因?yàn)橛?2排數(shù)碼管，為了便于修改 參數(shù)，在用戶進(jìn)入編輯模式的時(shí)候，被編輯的參數(shù)將閃爍顯示。 清除寫 RAM 標(biāo)志 寫 和檢驗(yàn)值 寫 報(bào)警歷史記錄 寫 機(jī)床參數(shù) 寫 電子凸輪參數(shù) 寫 生產(chǎn)計(jì)數(shù) 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 16 圖 16 人機(jī)界面模塊 Y Y Y N N N N N Y Y 角度指示燈刷新處理 數(shù)碼管 閃爍處理 報(bào)警顯示標(biāo)志 =1 主菜單清 0標(biāo)志 =1 狀態(tài)顯示模式 監(jiān)視顯示模式 預(yù)置 生產(chǎn)計(jì)數(shù)模式 主菜單清 0 復(fù)位相應(yīng)標(biāo)志位 電子凸輪參數(shù)模式 調(diào)機(jī)床參數(shù)模式程序 結(jié)束 調(diào)狀態(tài)顯示模式程序 調(diào)監(jiān)視顯示模式程序 調(diào)預(yù)置生產(chǎn)計(jì)數(shù)模式程序 調(diào)電子凸輪參數(shù)模式 程序 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 17 掉電中斷 圖 17 掉電中斷 電源檢測(cè)掉電中斷主要是保存一些重要數(shù)據(jù)。這里程序依次掃描 9個(gè)數(shù)碼管和角度指示燈，先根據(jù)當(dāng)前需要顯示到那個(gè)器件，進(jìn)行譯碼，如果當(dāng)前掃描到閃爍功能開，還應(yīng)該定時(shí)清除數(shù)碼管的嫻熟緩沖區(qū)，譯 碼完成后，程序調(diào)用刷新子程序。然后，程序?qū)呙栉恢米兞吭黾?1，如果大于 10，則掃描位置變量清 0。另外，也培養(yǎng)了自己嚴(yán)肅認(rèn) 真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)。 SBIT HC595_DS =P3^4。NUM++) //循環(huán) 8 次 寫入變量 {HC595_DS=HC_DATAamp。 CHAN: LCALL delay50ms。 //R3等于 FF? INC R2。 //設(shè)置數(shù)據(jù) CLR WR。 //設(shè)置文本顯示區(qū)域首地址 MOV DAT2， 00H。 MOV COM, 42H。 MOV COM,9CH。 CLEAR1: LCALL ST3 //判定狀態(tài)位 S3 MOV A, 00H。 LCALL PR1 MOV R3， 00H。 LCALL PR1 MOV COM, 0A7H。 //設(shè)置文本顯示區(qū)域?qū)挾? MOV DAT2， 00H。 //P2 口置 1 SETB CD。 //寫操作信號(hào) RD EQU 。 RET。 //拉低時(shí)鐘信號(hào)以出現(xiàn)上升沿 HC595_SHCP=1。 VOID HC595(UCHAR HC_DATA) //寫入函數(shù) {UCHAR NUM。 C 脈沖處理 角度計(jì)算 壓力機(jī)轉(zhuǎn)向判斷 運(yùn)轉(zhuǎn)判斷 報(bào)警處理 測(cè)速處理 電子凸輪處理 運(yùn)行過程處理 生產(chǎn)計(jì)數(shù)處理 輸入信號(hào)處理 中斷返回 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 20 6 參考文獻(xiàn) 1 何德譽(yù) . 曲柄壓力機(jī) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1981. 2 何立民 . 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1990. 3 徐志軍 . 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。如果控制器檢測(cè)到的角度在設(shè)置的角度范圍則輸出高電平，反之，輸出低電平。因?yàn)樵趬簷C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不允許修改參數(shù)，所以這里又增加了按鍵消失程序，在壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如果參數(shù)進(jìn)入編輯模式，則忽略增鍵、減鍵。為了降低寫 FRAM存儲(chǔ)器衣外出錯(cuò)的幾率，在此處寫 FRAM 存儲(chǔ)器的時(shí)候，程序同樣采用冗余備份的方法。如果是，則調(diào)用電子凸輪參數(shù)模式程序，否則判斷是否是機(jī)床參數(shù)模式。 圖 14 初始化模塊程序 寫 FRAM 處理流程 如圖 15 所示， 初始化完成后，系統(tǒng)進(jìn)入主程序模塊的寫 FRAM 存儲(chǔ)器處理。 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 13 圖 12 編碼器輸入輸出口圖 4 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主 程序流程 參見圖 13，本設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)處理器中的軟件程序由初始化模塊、主程序、斷電中斷、1ms中斷、 50us中斷 5部分組成。在一圈里，每個(gè)位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的； 因此，當(dāng)電源斷開時(shí)，絕對(duì)型編碼器并不與實(shí)際的位置分離。 如圖 11 所示， I/O 接口電路有輸入輸出兩個(gè)部分，輸入接口由 PC1~PC8 的光耦組和與之相連的電阻組成 ,主要用于信號(hào)采集；而輸出部分由 U7 和與之相連的電阻組成用于角度信號(hào)輸出。緩存的命中率跟緩存的大小有很大的關(guān)系，理論上是緩存越大的話，所能緩存的數(shù)據(jù)也就越多，這樣命中率也自然越高，當(dāng)然緩存不可能太大，畢竟成本在那兒呢。所有的指 令，地址與數(shù)據(jù)都是以 MSB（最高有效位）在前的方式傳送。顯然，利用串行 FRAM 可以構(gòu)成 IC 卡。例如， Ramtron 公司新近推出的 128 K8 bit 的 FRAM 芯片 FM20L08 的一次讀 /寫時(shí)間為 60ns，而其連續(xù)的讀 /寫周期為 150 ns。 由于在整個(gè)物理過程中沒有任何原子碰撞，鐵電存儲(chǔ)器 (FRAM)擁有高速讀寫，超低功耗和無限次寫入等特性。 圖 8 TMS320F28335 引腳連接電路圖 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 9 在本設(shè)計(jì)中， DSP 主控 芯片為 U1，芯片內(nèi)存有針對(duì)機(jī)械壓力機(jī)的控制程序。 TMS320F28335 的復(fù)位電路： 復(fù)位采用上電復(fù)位電路，由電源器件給出復(fù)位信號(hào)。成就這一進(jìn)展的前提就是 DSP 每 MIPS 價(jià)格目標(biāo)已設(shè)定為幾個(gè)美分或更低。當(dāng)設(shè)計(jì)師努力使 DSP 處理器每 MIPS 成本降到了適合于商用的低于 10 美元范圍時(shí)， DSP 在軍事、工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中不斷獲得成功。 DSP 優(yōu)點(diǎn) ： 對(duì)元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部因素影響??；容易實(shí)現(xiàn)集成； VLSI 可以分時(shí)復(fù)用，共享處理器；方便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波；可實(shí)現(xiàn)模擬處理不能實(shí)現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級(jí)聯(lián)、易于存儲(chǔ) 等；可用于頻率非常低的信號(hào)。 5 具有特殊的 DSP 指令 ： 為了滿足數(shù)字信號(hào)處理的需要，在 DSP 的指令系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一些完成特殊功能的指令。 2）哈佛結(jié)構(gòu) ： 采用雙存儲(chǔ)空間，程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開，有各自獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，可獨(dú)立的編址和獨(dú)立訪問，可對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立的傳輸，使取指令操作、指令執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)吞吐并行完成，大大的提高了數(shù)據(jù)處理的能力和指令執(zhí)行的速度，非常適合于實(shí)時(shí)的數(shù)字信號(hào)處理。 DSP 主控電路 芯片 DSP 是 數(shù)字信號(hào)處理 （ Digital Signal Processing）的簡(jiǎn)稱， 是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。 數(shù)據(jù)在 SHcp 的上升沿輸入到移位寄存器中，在 STcp 的上升沿輸入到存儲(chǔ)寄存器中去。 3 硬件電路 3. 1電源電路 如圖 3所示，電源電路有三個(gè)輸出電壓 、 5V電壓，為整個(gè)電路不同部分提供電壓。 2） DSP 主 控芯片 ： DSP 主控芯片控制軟件程序包括①程序初始化模塊：含硬件初始化、系統(tǒng)軟件初始化以及中斷初始化；②主程序模塊：含 FRAM 寫讀模塊、人機(jī)界面模塊；③ 1ms 中斷模塊 :用于掃描角度指示燈、數(shù)碼管及按鍵；④ 50us 中斷執(zhí)行模塊：含電子凸輪、生產(chǎn)計(jì)數(shù)、上死點(diǎn)停機(jī)處理、測(cè)速、輸入輸出處理、第二角度處理模塊；⑤電源中斷模塊：用于掉電時(shí)需要保存的參數(shù)，如當(dāng)前角度和當(dāng)前生產(chǎn)計(jì)數(shù)值，程序?qū)?dāng)前角度和當(dāng)前生產(chǎn)計(jì)數(shù)值保存進(jìn) FRAM 存儲(chǔ)器。其中 DSP 主控芯片存有控制程序，以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力機(jī)的控制。 2 方案論證 方案一 ： 可編程凸輪控制器主控制器設(shè)計(jì) 圖 1 可編程凸輪控制器的系統(tǒng)框圖 如圖 1 所示， 旋轉(zhuǎn)編碼器與壓力機(jī)曲軸連接 ,用于檢測(cè)壓力機(jī)曲軸在 0~359b 之間所處的位置 ,并將所測(cè)出的位置信息傳給控制器。處理工作機(jī)構(gòu)邏輯關(guān)系是由凸 輪控制器來實(shí)現(xiàn)，凸輪控制器對(duì)曲軸旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行分配，發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。 電子凸輪又稱 Electronic CAM，是模擬機(jī)械凸輪的一種智能控制器。至于二者的不同之處，僅僅有別于凸輪控制器是憑借人工操縱的，并且能換接較多數(shù)目的電器，而接觸器系具有電磁吸引力實(shí)現(xiàn) 驅(qū)動(dòng)的遠(yuǎn)距離操作方式，觸頭數(shù)目較少。 關(guān)鍵詞：可編程凸輪控制器 方案設(shè)計(jì) 電路 硬件 1 引言 隨著科技進(jìn)步和數(shù)字伺服技術(shù)的出現(xiàn)，在傳動(dòng)及控制系統(tǒng)中我們可以利用電子凸輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械凸輪實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。電子凸輪是以伺服控制技術(shù) 為基礎(chǔ)，并結(jié)合先進(jìn)的微處理器，通過數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬機(jī)械凸輪的功能 。是一種大型的控制電器，也是多檔位、多觸點(diǎn)，利用手動(dòng)操作，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪去接通和分?jǐn)嗤ㄟ^大電流的觸頭轉(zhuǎn)換開關(guān)。電子凸輪是根據(jù)機(jī)械凸輪的特點(diǎn) ,用一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置 （如步進(jìn)電機(jī)） 直接驅(qū)動(dòng)頂桿運(yùn)動(dòng) ,而驅(qū)動(dòng)裝置由控制系統(tǒng)控制 ,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械凸輪系統(tǒng)功能的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在壓力機(jī)上，編碼器隨曲軸的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，電子凸輪將接受到的編碼器脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角度或沖程速度在面板上顯示，壓 力機(jī)所需的凸輪角度范圍可在凸輪面板上進(jìn)行任 意的無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 2 設(shè)置。在 1 個(gè)循環(huán)周期內(nèi) ,控制器把旋轉(zhuǎn)編碼器傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后變成主控機(jī)能識(shí)別的代碼 ,然后根據(jù)此代碼找到用戶外部輸出數(shù)據(jù) ,最后輸出到外部器件 ,使相應(yīng)輸出端子導(dǎo)通 ,完成對(duì)壓力機(jī) 附屬系統(tǒng)在曲軸的不同轉(zhuǎn)角位置時(shí)的控制。 各電路設(shè)計(jì)和論證 對(duì)于方案一的可編程凸輪控制器主控制器設(shè)計(jì)，它具有可以有 16 個(gè)控制量輸出；程序更換方便 ,機(jī)內(nèi)可以提供并存貯 8組程序 ,程序選擇輸入可選擇任意一組程序；運(yùn)轉(zhuǎn)中的 ON/OFF 輸出角度可微調(diào)。 3) I/O 接口電路 ： I/0 接口電路分為輸入接口和輸出接口兩個(gè)部分。 VR1為穩(wěn)壓管，連接電容、二極管，起到整流、穩(wěn)壓的作用。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。 DSP 芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的 DSP 指令，可以用來快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。 3）改進(jìn)型的哈佛結(jié)