【文章內(nèi)容簡介】 型數(shù)據(jù)的功能，下位機(jī)具備查詢和修改功能，并且對(duì)斷針斷油斷線等故障做出報(bào)警。上位機(jī)同時(shí)可以對(duì)控制電機(jī)的從單片機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)速設(shè)定，控制后報(bào)警信號(hào)輸入 FLASH 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 狀態(tài)顯示和鍵盤操作 電機(jī)控制 PC機(jī)接口（ 232 串口通訊） 單 片 機(jī) 最小系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊。 工作原理 本設(shè)計(jì)的工作原理為： 采用單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心控制模塊，通過 232 串口通訊接口連接 PC 機(jī)和單片機(jī)控制模塊。 用主單片機(jī)控制鍵盤顯示以及 FLASH 存儲(chǔ)花型數(shù)據(jù)。從單片機(jī)主要控制轉(zhuǎn)速設(shè)定，同樣通過 PC 機(jī)通過 232 串口發(fā)送控制指令使得從單片機(jī)可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)向。 方案論證與比較 提花毛皮機(jī)花型輸入系統(tǒng) 主要由 單片機(jī)最小系統(tǒng)、串口通訊系統(tǒng)、鍵盤顯示系統(tǒng)、 FLSAH 系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)等模塊組成， 在單片機(jī)的控制下協(xié)調(diào)工作，完成 對(duì)花型數(shù)據(jù)傳輸、保存、查詢、修改以及對(duì)相關(guān)故障報(bào)警和步進(jìn)電機(jī)控制等功能 。在形成系統(tǒng)各部分方案時(shí)綜合考慮了 可行性、 可靠性 、 精度 、成本等因素， 以 使 整個(gè)系統(tǒng)安全可靠、簡易實(shí)用 。 單片機(jī)的選擇 選擇單片機(jī)時(shí)考慮了以下幾個(gè)要求： (1)可靠性 由于提花毛皮機(jī)工作環(huán)境一般比較復(fù)雜，這使得其控制系統(tǒng)必須具備較強(qiáng)的抗干擾能力。 (2)內(nèi)部資源 由于 本次設(shè)計(jì)的程序量較大，且單片機(jī)需要采集大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部 RAM 中，設(shè)計(jì)較復(fù)雜。所選單片機(jī)必須有足夠的內(nèi)部 ROM 和 RAM。 (3)成本 從整機(jī)成本考慮，在能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，單片機(jī)的價(jià)格越低越好。 基于以上幾點(diǎn)原因，本次設(shè)計(jì)采用 STC89C52RC 單片機(jī)作為核心控制部件。它具有 8K 字節(jié)片內(nèi) Flash 程序存儲(chǔ)器， 256 字節(jié)片內(nèi) RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；通過了4000V 高壓脈沖測(cè)試 ，具有很強(qiáng)的抗干擾性；支持 ISP/IAP(在系統(tǒng)可編程 /在應(yīng)用可編程 )，無須專用編程器；內(nèi)部集成硬件看門狗 (WDT)，提高了程序運(yùn)行可靠性。 存儲(chǔ)芯片選擇 選擇存儲(chǔ)芯片時(shí)考慮了一下幾個(gè)要求： (1)存儲(chǔ)容量 由于設(shè)計(jì)要求需要存儲(chǔ) 999 行， 1056 列 8位花型數(shù)據(jù)，這使得存儲(chǔ)芯片至少需要 999*1056=1054944 個(gè)存儲(chǔ)單元。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 (2)功能 由于本次設(shè)計(jì)要求掉電后花型數(shù)據(jù)仍然可以保存，使得其必須要求選擇 FLASH、 EEPROM 等掉電后不會(huì)丟失記憶的芯片。 (3)成本與速度 從整機(jī)成本考慮，在能達(dá)到設(shè)計(jì)要求 的前提下，單片機(jī)的價(jià)格越低越好。并且由于存儲(chǔ)芯片內(nèi)容不是很大，并且對(duì)速度要求不是很高。 基于以上幾點(diǎn)原因，本次設(shè)計(jì)初期選擇了四片 AT45DB021B 或者一片M29F016D FLASH 存儲(chǔ)器完成存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)。 AT45DB021B 是一款基于 SPI 通訊總線的串行 FLASH 芯片，節(jié)約單片機(jī)的 IO口，但是讀寫時(shí)序比較復(fù)雜；而 M29F016D相反的，其是一款并行 FLASH 存儲(chǔ)器，讀取速度更快，但是需要占用大量的單片機(jī) IO 口，并且成本較高。其管腳也較小，并且比較多，不易于 PCB 版圖設(shè)計(jì)和焊接。綜上考慮，最后采用了四片 AT45DB021B 組成花型存儲(chǔ)單元。 AT45DB021B芯片實(shí)物圖如圖 所示。 M29DF016D 芯片實(shí)物圖如圖 。 圖 AT45DB021B 芯片實(shí)物圖 圖 M29DF016D 芯片實(shí)物圖 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 顯示模塊的比較與選擇 在顯示數(shù)據(jù)時(shí)，可選用數(shù)碼管顯示或者液晶顯示。從成本考慮，數(shù)碼管顯示比液晶顯示要低。由于成本以及設(shè)計(jì)要求綜合考慮，采用數(shù)碼管顯示模式。在顯示譯碼芯片選擇過程中，可選用 HD7279 鍵盤顯示芯片外擴(kuò)顯示與鍵盤。 HD7279是一種 串行專用顯示鍵盤擴(kuò)展芯片， IO口占用較少，但是其讀寫時(shí)序較為復(fù)雜，并且成本較高。而使用 138譯碼芯片與單片機(jī)整體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)簡單并且成本較為低廉，鍵盤使用單片機(jī) P 口直接擴(kuò)展，降低成本和軟件設(shè)計(jì)困難。綜上考慮，在本次設(shè)計(jì)中將不予采用 HD7279 顯示芯片，而直接使用簡單數(shù)字邏輯器件搭建鍵盤顯示電路。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 3 提花毛皮機(jī)花型輸入系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 該部分電路是系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的核心，主要由 RS232 串口電路、STC89C52RC單片機(jī)及相應(yīng)的時(shí)鐘振蕩電路和 復(fù)位電路組成。 RS232串口電路 設(shè)計(jì) STC89C52RC 單片機(jī)電平為 TTL 電平 (即：高電平 — +5V,低電平 — 0V)，而計(jì)算機(jī)串口電平為 RS232 電平 (即：高電平 — 12V,低電平 — +12V),所以，計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行通訊時(shí)需要加電平轉(zhuǎn)換芯片。 RS232 串口電路如圖 所示。 圖中 MAX232 芯片是專門設(shè)計(jì)為 TTL電平和 RS232 標(biāo)準(zhǔn)電平做電平轉(zhuǎn)換的芯片。 RS232 標(biāo)準(zhǔn)電平在 +15V ~ 15V之間，而傳統(tǒng)的 TTL 電平在 0V ~ 5V之間。MAX232 芯片的設(shè)計(jì)就是為了 完成這個(gè)電平之間的轉(zhuǎn)換。 MAX232 芯片采用單電源 +5V供電，僅需要幾個(gè)電容就可以完成 RS232 和 TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，共兩路。其中 R1IN、 R1OUT、 T1IN、 T1OUT 為第一數(shù)據(jù)通道； R2IN、 R2OUT、T2IN、 T2OUT為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS信號(hào)從 T1IN、 T2IN輸入轉(zhuǎn)換成 RS232數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦的 DP9 插頭； DP9 插頭中 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后由 R1OUT、 R2OUT 輸出。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 RS232 串口電路 圖 ， RS232 串口電路使用 MAX232CPE 作為電平轉(zhuǎn)換芯片，通過串口線連接到計(jì)算機(jī)的 COM 口 (9 針 D 形口 )，用于 STC89C52RC 單片機(jī)與上位機(jī)通信以及和其他串口設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。 復(fù)位及振蕩電路 復(fù)位及振蕩電路如圖 。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 圖 復(fù)位及振蕩電路 系統(tǒng)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都要復(fù)位，使中央處理器和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開始工作。 復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。 STC89C52RC 單片機(jī)為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳 RST 上連接一個(gè)電容到 VCC，再連接一個(gè)電阻到 GND，由此形成一個(gè) RC充放電回路，保證單片機(jī)在上電時(shí) RST 引腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值分別為 10KΩ、 10uF。按鍵復(fù)位是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)電容放電， RST 被拉到高電平，由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來使單片機(jī)復(fù)位。 時(shí)鐘振蕩電路控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。 STC89C52RC 內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器， XTAL XTAL2 分別是反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件就組成振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘送 至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。如圖 所示，片內(nèi)電路與片外器件構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生電路， CPU 的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的震蕩頻率 fosc非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 12MHz 之間選取，南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 此次采用的時(shí)鐘頻率是 。 C C2 為 反饋電容，其值在 5pF～ 30pF 之間選擇 ,其典型值是 30pF，設(shè)計(jì)中采用 20pF。 單片機(jī)采用的是 STC 公司的 89C52RC 芯片 。 該款芯片 是一款 80C51 微控制器 ， 16kB Flash 和 512 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM。 89C52RC 的典型特性 是它的 X2方式選項(xiàng)。利用該特性，設(shè)計(jì)工程師可使應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的 80C51 時(shí)鐘頻率（每個(gè)機(jī)器周期包含 12 個(gè)時(shí)鐘）或 X2 方式（每個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)時(shí)鐘）的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，選擇 X2 方式可在相同時(shí)鐘頻率下獲得 2 倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時(shí)鐘頻率減半而保持特性不變，這樣可以極大地降低電磁干擾 (EMI)。 Flash 程序存儲(chǔ)器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（ ISP）。并行編程方式提供了高速的分組編程（頁編程）方式，可節(jié)省編程成本和上市時(shí)間。 ISP允 許在軟件控制下對(duì)成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。應(yīng)用 固件的產(chǎn)生 /更新能力實(shí)現(xiàn)了 ISP 的大范圍應(yīng)用。 89C52RC 也可采用在應(yīng)用中編程（ IAP），允許隨時(shí)對(duì) Flash 程序存儲(chǔ)器重新配置，即使是應(yīng)用程序正在運(yùn)行也不例外。 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì) AT45DB021B 芯片簡介 AT45DB021B 是一個(gè)僅 伏 供電 ，串行接口閃存 。 非常適合 用于 各種各樣的數(shù)字語音，圖像，程序代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用。 其內(nèi)存空間有 1024 頁 ， 每 頁 264字節(jié) ，共 2,162,688 位。除了主存儲(chǔ)器， AT45DB021B 還包含兩個(gè) SRAM 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) ，每個(gè) 264 字節(jié)。該 緩沖器允許接收數(shù)據(jù)，而 且 在主存儲(chǔ)器中的頁被重新編程，以及讀取或?qū)懭胍粋€(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流。 一個(gè)自包含三步讀 修改 寫操作 EEPROM 仿真（位或字節(jié)改變能力） 的芯片 是很容易處理。不同于傳統(tǒng)的快閃記憶體， 它可以 隨機(jī)訪問多個(gè)地址線和一個(gè)并行接口，數(shù)據(jù)閃存使用的 SPI 串行界面的順序訪問其數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)閃存支持SPI 模式 0 和模式 3。簡單的串行接口有利于硬件布局，提高了系統(tǒng)的可靠性，最大限度地降低開關(guān)噪聲，并減少包裝規(guī)模和活躍引腳數(shù)。該器件經(jīng)過優(yōu)化，使用在許多商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的高密度，低引腳數(shù)，低電壓和低功耗是至關(guān)重要的 。該器件工作在一個(gè)典型的有效的讀電流消耗為 4 mA 至 20 MHz 的時(shí)鐘頻率。 為了讓簡單的系統(tǒng)內(nèi)可編程，不需要 AT45DB021B 高輸入電壓進(jìn)行編程。該器件工作在單電源供電， 到 ，兩個(gè)方案和讀取操作。該 AT45DB021B 被啟用南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 通過片選引腳（ CS），并通過一個(gè)三線的接口，包括訪問串行輸入（ SI），串行輸出（ SO）和串行時(shí)鐘（ SCK）。 所有的編程周期是自定時(shí)，并沒有單獨(dú)的擦除 周期之前 需要編程。 當(dāng)芯片從 Atmel 公司出貨后 ，最重要的內(nèi)存頁陣列可能不會(huì)被刪除。換句話說，最后一頁的內(nèi)容可能并不充滿 FFH。 芯片圖如 。 圖 AT45DB021B 芯片 AT45DB021B 與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) AT45DBO21B 是一款基于 SPI 通訊總線的 串行 FLSAH 芯片。其連接電路圖比較簡單。將其四個(gè)芯片 1 腳 SI 并聯(lián)至單片機(jī) ，四個(gè)芯片的 8 腳 SO 并聯(lián)至單片機(jī)的 ，四個(gè)芯片的 2腳 SCK 并聯(lián)接到單片機(jī)的 。每個(gè)芯片的 4腳CS 接到單片機(jī)的 、 、 、 。 4 個(gè)芯片的 3 腳 RESET、 5 腳 WP 以及 6 腳 VCC 連接至高電平 VCC，而 7 腳 GND 連接于 GND。 圖 FLASH 存儲(chǔ)電路 SI 和 SO 是數(shù)據(jù)輸入輸出口，用于完成數(shù)據(jù)的讀寫； SCK 是芯片的時(shí)鐘信號(hào)，由 單片機(jī)給出，作為工作基準(zhǔn)； CS 是芯片片選信號(hào)，通過單片機(jī)給低電平信號(hào)南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 選通芯片使某個(gè)芯片工作； RESET 和 WP 連接至高電平，使其不會(huì)復(fù)位和關(guān)閉寫保護(hù)功能； VCC 和 GND 為芯片提供 的工作電壓。 FLASH 的硬件連接圖如圖 所示。 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示模塊由 6 個(gè)數(shù)碼管 、 74HC245 總線收發(fā)器 和 74LS138 譯碼器組成。采用動(dòng)態(tài)掃描。第一位數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速，第二位數(shù)碼管用于顯示花型數(shù)據(jù) ，后四位數(shù)碼管用于顯示花型地址（行數(shù)或列數(shù)） 如圖 。 圖 顯示與譯碼電路 通過 138 譯碼器選取不同的數(shù)碼管來顯示不同數(shù)據(jù)，用 9012 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 采用動(dòng)態(tài)掃描。 數(shù)碼管為共陽數(shù)碼管。 電阻為上拉電阻，使得 P0 口具備高電平要求。 圖中 74LS138 解碼一八線，根據(jù)條件在三元選擇輸入和三使能輸入。雙有源低一電平有效使能輸入減少需要外部大門或逆變器在擴(kuò)大。一個(gè) 24line 譯碼器可以實(shí)現(xiàn)無需外部逆變器，和一個(gè) 32line 解碼器 只需要一個(gè)逆變器。使能輸入可以用來作為解復(fù)用應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)輸入。 可以通過三條信號(hào)線的輸入來決定八條信號(hào)線的輸出。 電路圖中 74HC245 是一種高速 COMS 器件，管腳同時(shí)也可以兼容 TTL電平。工作時(shí)間為 7ns。其主要功能是作為三態(tài)輸出的八組總線收發(fā)器， DIR 可以作為方向控制，用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管或者 LED 等輸入電流要求較高的器件 。 鍵盤電路設(shè)計(jì) 鍵盤使用經(jīng)典的