【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 構(gòu)：由于伺服控制機(jī)構(gòu)為弱點(diǎn)控制，而沖壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)為強(qiáng)電動(dòng)作機(jī)構(gòu)，所以需要用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電動(dòng)作。繼電器配合電流放大電路，通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)的吸合與斷開(kāi)達(dá)到控制沖頭動(dòng)作的目的。（5）人機(jī)對(duì)話(huà)機(jī)構(gòu)：一般采用典型的鍵盤(pán)顯示電路，根據(jù)工作要求和系沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 統(tǒng)功能的不同其具體配置也不盡相同。通過(guò)鍵盤(pán)輸入對(duì)沖床進(jìn)行功能操作，需要顯示的參數(shù)通過(guò)顯示器顯示。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)上述功能要求，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分主要包沖壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、單片機(jī)、鍵盤(pán)及顯示器件、伺服控制機(jī)構(gòu)，繼電器，光電傳感器等。伺服控制機(jī)構(gòu)主要完成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、控制等操作，單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心，控制整個(gè)系統(tǒng)，對(duì)各個(gè)部分發(fā)出指令和控制。本次設(shè)計(jì)瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 31 所示 [3]。 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 指紋識(shí)別模塊軟件結(jié)構(gòu)瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)的功能主要有步進(jìn)電機(jī) X－Y 軸軸向運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、電機(jī)的加減速控制；鍵盤(pán)、顯示控制；繼電器和傳感器信號(hào)的接受和控制，中斷模塊控制整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)過(guò)程，步進(jìn)電機(jī) X－Y 軸軸向運(yùn)動(dòng)流程如圖32 所示，電機(jī)的加減速控制流程如圖 33 所示。定時(shí)中斷程序框圖如圖 34，按操作流程或系統(tǒng)職能，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制軟件主要由以下幾部分構(gòu)成：（1）電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。（2）電機(jī)的加減速控制。（3）X－Y 軸，軸向運(yùn)動(dòng)控制。 單片機(jī)軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)功能要求，單片機(jī)軟件主要由以下幾部分構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)與外接存儲(chǔ)器的通訊程序：主要負(fù)責(zé)單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊之間數(shù)據(jù)和命令的傳輸。根據(jù)他們之間的協(xié)議，設(shè)計(jì)編寫(xiě)他們之間的通訊程序。主要是單片機(jī)用軟件語(yǔ)言來(lái)模擬 I2C 總線(xiàn)通信規(guī)程。單片機(jī)與 IC 卡的通訊程序：主要模擬確認(rèn)信號(hào)、起始位、停止位，寫(xiě)操作，讀操作等通訊規(guī)程。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 AT89S52 單 片 機(jī)HD7279 鍵盤(pán)顯示8LED 顯示AT24C01 存儲(chǔ)器光偶TL5214X2L2972L2982傳感器2 相步進(jìn)電機(jī)繼電器沖頭電磁鐵交流電 機(jī)55 鍵盤(pán)圖 31 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)總框圖沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 開(kāi)始沖頭回應(yīng)步長(zhǎng)＝0點(diǎn)動(dòng)步數(shù)＝0正向判斷當(dāng)前位置執(zhí)行反向操作返回顯示刷新加工完？置回位標(biāo)志沖頭不工作置相應(yīng)標(biāo)志點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行判斷當(dāng)前位置正向操作加減速控制圖 32 步進(jìn)電機(jī) X 軸軟件流程圖Y 軸軟件流程圖與上圖類(lèi)似故不贅述。開(kāi)始加速判斷勻速運(yùn)動(dòng)置不加速標(biāo)志減速判斷？置減速標(biāo)志脈沖頻率控制程序返回加速運(yùn)動(dòng)減速運(yùn)動(dòng)圖 33 加減速子程序沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 開(kāi)始關(guān)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)回位X 步進(jìn)Y 步進(jìn)Y 回位X 回位Y 向運(yùn)動(dòng)模塊定時(shí)器賦值向運(yùn)動(dòng)模塊恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 開(kāi)中斷 返回X 回位子程序Y 回位子程序X 向運(yùn)動(dòng)模塊圖 34 定是中斷程序流程圖 本章小結(jié)本章根據(jù)具體的實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要功能，并作了描述。根據(jù)功能設(shè)計(jì)，進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，提出了硬件的設(shè)計(jì)思路和硬件的功能框圖。在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)職能模塊。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 4 章 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 主要器件的選擇根據(jù)上一章所述，瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)的硬件部分主要包括步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤(pán)顯示模塊、單片機(jī)、存儲(chǔ)器件、時(shí)鐘芯片等。 單片機(jī)的選擇AT89S52 是一種低功耗，高效能帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/ 輸出（I/O ）端口， 256 bytes Rom，一個(gè)六向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，看門(mén)狗電路同時(shí)其內(nèi)含有 2 個(gè)外中斷口，3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口。該器件采用 ATMEL 高密度非易丟失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89S52 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89S52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程。同時(shí)，AT89S52 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM,定時(shí)、計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下個(gè)硬件復(fù)位。AT89S52 具有PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求[1][2]。本文用的 AT89S52 的封裝形式是 PDIP。其引腳分布情況如下圖 41 所示，其主要功能特性如下。1．主要功能特性?與 MCS51 兼容?8K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 ?壽命：1000 寫(xiě)/擦循環(huán)?數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年?全靜態(tài)工作：0Hz24Hz?三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定?128*8 位內(nèi)部 RAM?32 個(gè)可編程雙向 I/O 口?3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 圖 41 AT89S52 引腳分布圖?低功耗的閑置和掉電模式?片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ? 1 個(gè)可編程 UARL 通道? 1 個(gè)串行中斷? 兩個(gè)外部中斷源? 8 個(gè)中斷源?全靜態(tài)操作：0HZ－24MHZ? 可直接驅(qū)動(dòng) LED （AT89C2051 ）? 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 2．管腳說(shuō)明沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路的雙向 I/O 口，可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 電路。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫(xiě) “1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 口能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口。當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 口輸出為原碼，而此時(shí) P0 外部必須被拉高。P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入“1”后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。與 AT89C51 不同之處是， 和 還可以分別作為定時(shí)、計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（）和輸入（） ，參見(jiàn)表 41。表 41引腳號(hào) 功能特性 T2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入，時(shí)鐘輸出） T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù) 2 捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 P3 口也可作為 AT89S52 的一些特殊功能口，P3 口管腳的備選功能如下： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。此外，P3 口還接受一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。如加密位 LBI 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 3．振蕩器特性XTAL1 口和 XTAL2 口分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。采用石晶振蕩和陶瓷振蕩均可。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 口應(yīng)懸空，且可省去上拉電阻。當(dāng)有信號(hào)輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器。因此，對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈沖寬度沒(méi)有什么要求，但為便于多芯片同步工作,外接時(shí)鐘方波信號(hào)的高低電平的持續(xù)時(shí)間都大于 20ns。4．芯片擦除整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須先被執(zhí)行。此外，AT89S52 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止[1][2]。 鍵盤(pán)顯示接口芯片的選擇HD7279A 芯片的實(shí)物如圖 42 所示，HD7279ABCD 八位 LED 數(shù)碼管 /64 鍵鍵盤(pán)控制芯片外部管腳分布情況如圖 43 所示。 圖 42 HD7279A 實(shí)物圖沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 43 HD7279A 鍵盤(pán)顯示接口芯片芯片 HD7279A 是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8 位共陰極數(shù)碼管（或者 64 只獨(dú)立 LED）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá) 64 鍵的鍵盤(pán)矩陣，單片即可完成 LED 顯示、鍵盤(pán)接口的全部功能。HD7279A 內(nèi)部還有譯碼器，可以直接接受 BCD 碼或者 16 進(jìn)制碼，并同時(shí)具有 2 種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。HD7279 具有片選信號(hào)，可以方便地實(shí)現(xiàn)多于 8 位的顯示或者多于 64 鍵的鍵盤(pán)接口。其串行接口無(wú)須外圍元件可以直接驅(qū)動(dòng) LED，各位獨(dú)力控制譯碼及消隱和閃爍屬性，內(nèi)嵌（循環(huán)）左移/（循環(huán)）右移指令，具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立 LED，64 鍵鍵盤(pán)控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路，有 DIP 和 SOIC 兩種封裝形式供選擇。其引腳圖如圖 23 所示，1,2 引腳 VDD 為正電源，3,5 引腳 NC 無(wú)連接，必須懸空，4 引腳 VSS 接地，6 引腳 CS 為片選輸入端，此引腳為低電平時(shí)，可以向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)，7 引腳 CLK 為同步時(shí)鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳電平上升沿表是數(shù)據(jù)有效，8 引腳 DATA 為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，當(dāng)芯片接受指令時(shí)，此引腳為輸入端，當(dāng)讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳在‘讀’指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆耍? 引腳 KEY 為按鍵有效輸出端，平時(shí)為高電平，當(dāng)檢測(cè)到有效按鍵時(shí)，此引腳變?yōu)榈碗娖剑?016引腳 SGSA 為段 g段 a 驅(qū)動(dòng)輸出，17 引腳 DP 為小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)