【文章內(nèi)容簡介】 速發(fā)展，軟件包日益呈現(xiàn)出難以適應(yīng)時代發(fā)展的跡象。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，Protel公司及時推出了軟件包的升級版本，從此Protel這個名字在業(yè)內(nèi)日益響亮。 原理圖的設(shè)計步驟在Protel中，電路原理圖的設(shè)計包括以下7個步驟：1）創(chuàng)建原理圖文件，啟動原理圖編輯器2）設(shè)置原理圖選項這一步可以根據(jù)實際電路的復(fù)雜程度來設(shè)置圖版面，因為此設(shè)計需要設(shè)計弱電部分和強電部分，所以原理圖的設(shè)計中需要兩個制圖版面。3）載入和創(chuàng)建元件庫在Protel中只加載了2個最常用的元件庫，即常用電氣元件雜項庫和常用接插件雜項庫。但是，如果所用元件不在這2個元件庫中，則必須首先利用系統(tǒng)提供的搜索功能找到該元件所在的元件庫，然后將該元件加載到內(nèi)存庫中，最后才能使用該元件。4）在圖紙上放置元件在這一步中，我是根據(jù)要求從元件庫中取出元件，然后根據(jù)元件之間走線關(guān)系和電路板的功能劃分的，將電路元件放置到圖紙的合適位置。5）原理圖的布線在這個過程中實際上就是一個復(fù)雜的畫圖過程，利用Protel提供的各個工具將放置好的元件各個引腳用具有電氣意義的導(dǎo)線，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志等連接起來，使各個元件之間具有本設(shè)計的電氣連接關(guān)系。6）檢查原理圖 在這一步中，通過設(shè)置合適的檢查規(guī)則并編譯原理圖，對前邊所繪的原理圖進行檢查，以保證原理圖正確無誤。 原理圖的設(shè)計方案 弱電部分的電路分析1）總線概述計算機系統(tǒng)是以微處理器為核心的, 各器件要與微處理器相連, 且必須協(xié)調(diào)工作, 所以在微處理機中引入了總線的概念, 各器件共同享用總線, 任何時候只能有一個器件發(fā)送數(shù)據(jù)( 可以有多個器件同時接收數(shù)據(jù)) [14]。計算機的總線分為控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線等三種。而數(shù)據(jù)總線用于傳送數(shù)據(jù), 控制總線用于傳送控制信號, 地址總線則用于選擇存儲單元或外設(shè)。2）單片機的三總線結(jié)構(gòu)單片機具有完善的總線接口時序, 可以擴展控制對象, 其直接尋址能力達到64k( 216) 。在總線模式下, 不同的對象共享總線, 獨立編址、分時復(fù)用總線,CPU 通過地址選擇訪問的對象, 完成與各對象之間的信息傳遞。單片機三總線擴展示意如圖31 所示圖31 單片機總線擴展示意圖（1）數(shù)據(jù)總線單片機的數(shù)據(jù)總線為P0 口, P0口為雙向數(shù)據(jù)通道, CPU從P0口送出和讀回數(shù)據(jù)。（2）地址總線單片機的地址總線為16 位。為了節(jié)約芯片引腳, 采用P0口復(fù)用方式,除了作為數(shù)據(jù)總線外, 在ALE 信號時序匹配下, 通過外置的數(shù)據(jù)鎖存器, 在總線訪問前半周從P0口送出低8位地址, 后半周期從P0口送出8 位數(shù)據(jù)。高8位地址則通過P2 口送出。（3）控制總線 等,二者分別作為總線模式下數(shù)據(jù)讀和數(shù)據(jù)寫的使能信號。從圖32 中可以看出, 完成一次總線( 讀寫) 操作周期為T, P0 口分時復(fù)用, 在T0 期間, P0 口送出低8 位地址, 在ALE 的下降沿完成數(shù)據(jù)鎖存, 送出低8位地址信號, 在T1 期間, P0口作為數(shù)據(jù)總線使用, 送出或讀入數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)的讀寫操作在讀、寫控制信號的低電平期間完成。需要注意的是, 在控制信號( 讀、寫信號) 有效期間, P2口送出高8位地址, 配合數(shù)據(jù)鎖存器輸出的低8 位地址, 實現(xiàn)16 位地址總線, 即64kB 范圍的內(nèi)的尋址?！　‘?dāng)執(zhí)行“MOVX A, @DPTR”指令時, 讀信號RD 有效, 將選中的外部對象的數(shù)據(jù)讀入單片機累加器A 中。 當(dāng)執(zhí)行“MOVX @DPTR, A”指令時, 寫信號WR 有效, 將累加器A 中的數(shù)據(jù)發(fā)送給所選中的外部對象。由于CPU不可能同時執(zhí)行讀和寫操作, 所以讀、寫信號不可能同時有效。單片機總線時序如圖32 所示。圖32 單片機總時序圖 弱電控制部分的電路原理圖：根據(jù)以上的研究與分析做出了弱電控制部分的電路原理圖，如圖33圖33弱電控制部分的電路原理圖 強電控制部分的確定在強電控制部分當(dāng)中需要進行對電動機、電磁閥、電液伺服閥、單向閥、換向閥等裝備的控制，具體電路原理圖如335。圖34電動機控制原理圖 圖35伺服閥控制原理圖 傳感器的選擇本設(shè)計中通過大量的閱讀資料選擇最具實用性的光柵位移傳感器。光柵是一種新型的位移檢測元件，是一種將機械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖的測量裝置。它的特點是測量精確度高（可達177。1μm）、響應(yīng)速度快、量程范圍大、可進行非接觸測量等。其易于實現(xiàn)數(shù)字測量和自動控制，廣泛用于數(shù)控機床和精密測量中。所謂光柵就是在透明的玻璃板上，均勻地刻出許多明暗相間的條紋，或在金屬鏡面上均勻地劃出許多間隔相等的條紋，通常線條的間隙和寬度是相等的。以透光的玻璃為載體的稱為透射光柵，不透光的金屬為載體的稱為反射光柵；根據(jù)光柵的外形可分為直線光柵和圓光柵。光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)主要由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光電器件和光源等組成。通常，標(biāo)尺光柵和被測物體相連，隨被測物體的直線位移而產(chǎn)生位移。一般標(biāo)尺光柵和指示光柵的刻線密度是相同的，而刻線之間的距離W稱為柵距。光柵條紋密度一般為每毫米250、100、250條等。具體的位移傳感器的控制電路原理圖如圖36：圖36傳感器控制原理圖 電器元件一覽表的制作根據(jù)以上的設(shè)計分析及制作的電路原理圖制作電器元件一覽表如表31：表31 電器元件一覽表項 目名 稱型 號數(shù) 目1行程開關(guān)3SE322熔斷器HK115/233定值電阻ZX21/64按扭開關(guān)HZ1525215變壓器GD16定值電阻ZX22/3747閥用電磁鐵68繼電器JAG22A19CPU8086CPU110鎖存器8282111收發(fā)器8286112總線控制器8288113存儲器HM6116114晶體管2CW18115電容器UF175516電感器mH83317與非門電器TTL2第4章系統(tǒng)仿真及實驗研究前面幾章已經(jīng)分析和建立了壓機電液伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及PID控制在電液位置和電液伺服控制系統(tǒng)中應(yīng)用的不足，闡述了PID控制的優(yōu)點[4]。分析并設(shè)計了典型的兩種模糊PID控制器：模糊增益自調(diào)整PID控制器和模糊—PID復(fù)合控制器。此次設(shè)計要用MATLAB軟件，模擬實際壓機系統(tǒng)的工作環(huán)境，進行Simulink控制工程箱進行仿真分析，得到滿意的仿真結(jié)果后，再運用RTW工具箱把模型轉(zhuǎn)換成c代碼，控制實際物理系統(tǒng)，畫出實驗曲線，得出結(jié)論。 電控過程的仿真分析壓機電液伺服系統(tǒng)的設(shè)計要求：實現(xiàn)靜壓的控制和振動控制兩種方式。電液力伺服系統(tǒng)的控制受到比較大的沖擊，所以要求系統(tǒng)具有一定的調(diào)節(jié)性。 模糊控制因子的選擇由于模糊控制器的可調(diào)整參數(shù)比相應(yīng)的非模糊控制器多，因此調(diào)整過程要復(fù)雜一些，在模糊控制過程中，主要調(diào)整過程如下：1)控制規(guī)則：調(diào)整控制規(guī)則的改變將影響系統(tǒng)的性能，但調(diào)整控制規(guī)則很難； 2)隸屬函數(shù)：調(diào)整隸屬函數(shù)對系統(tǒng)性能影響不大，而且調(diào)整隸屬函數(shù)也不方便；3)模糊控制因子的變化對系統(tǒng)性能的影響很大，且調(diào)整相對其他方法要簡單的多。因此因子的調(diào)整是模糊控制器最常用的方法[14]。模糊控制因子的調(diào)整過程一般地分為兩步：首先根據(jù)非模糊控制器調(diào)節(jié)方法對比例因子進行粗調(diào)，然后精調(diào)比例因子以進一步提高性能。為了得到最佳的模糊控制因子，我們先畫出系統(tǒng)的非模糊方法控制的誤差和誤差變化以及輸出量的變化曲線如下，見圖41，圖42和圖43。圖41非模糊方法控制的誤差曲線圖42誤差變化曲線圖43輸出量的變化曲線由圖41我們知道誤差E變化范圍為[2，2]，由圖42可得誤差變化EC變化范圍為[20000，20000]，從圖43種可以知道控制量U的變化范圍為[7，7]。所以可得到模糊—PID復(fù)合控制中模糊控制器的誤差因子ke、誤差變化因子kc和控制量因ku的初值為ke=3，kc=，ku =1模糊增益自調(diào)整PID中模糊控制器的誤差因子ke、誤差變化因子kc和控制量因子ku初值為ke=，kc =，ku =。 快速控制原型(RCP)技術(shù)快速原型系統(tǒng)，包括硬件原型和軟件原型兩部分，其自動代碼生成功能，使設(shè)計人員不再需要程序員就能把自己非常熟悉的方塊圖表示的控制策略建立成可以執(zhí)行的代碼，參數(shù)的調(diào)整以及信號的采集和分析都非常方便[4]。Matlab軟件就提供了這樣的功能，這樣再快速控制原型系統(tǒng)的支持洗，控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)模型，從線性順序模型改變?yōu)榭焖傺h(huán)迭代模型。控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期大大縮短，軟件開發(fā)質(zhì)量得到了很大的提高。RTW(realtime workshop),是MATLAB提供的實現(xiàn)從數(shù)學(xué)仿真過渡到實時仿真的一個工具，也是一種基于Simulink的自動實時代碼生成環(huán)境，生成物理系統(tǒng)可以執(zhí)行的程序經(jīng)歷了以下幾個過程：編譯Simulink模型（RTW的使用需要安裝Microsoft Visual C/C++），與控制目標(biāo)連接，生成可執(zhí)行的程序。程序運行時，用戶可以通過Simulink模型框圖對外部程序進行實時參數(shù)調(diào)整，或通過Simulink提供的各種顯示模塊對外部程序進行實時監(jiān)視，即Simulink不僅是圖形建模和數(shù)學(xué)仿真環(huán)境，和且還可以成為外部實時程序的圖形化的前向控制臺。實時控制開發(fā)過程：1）系統(tǒng)建模（信號發(fā)生器、控制器、被控對象）2）手工調(diào)整控制器的參數(shù)3）連接并設(shè)置硬件4）分離控制器，加入A/D,D/A模塊和其他I/O模塊5）建立實時應(yīng)用6）實時運行并測試第5章 PCB電路板的設(shè)計 PCB設(shè)計流程PCB設(shè)計分為以下幾個步驟[6]：1）繪制原理圖繪制原理圖是PCB設(shè)計的前期工作，已經(jīng)在第三章就已經(jīng)做出了電路原理圖講述了這方面的工作內(nèi)容。2）設(shè)置環(huán)境參數(shù)在這個環(huán)節(jié)根據(jù)自己的習(xí)慣來設(shè)定PCB編輯器的環(huán)境參數(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)的大小、光標(biāo)捕捉范圍以及所采用的單位等等。3）規(guī)劃電路板這一步只要工作包括：規(guī)劃電路板的層結(jié)構(gòu)，確定電路板的外型、尺寸和安裝孔，確定電路板的有效布局和布線范圍。4）裝入網(wǎng)絡(luò)連接和元件封裝網(wǎng)絡(luò)連接是自動布線的關(guān)鍵，元件封裝是元件的外型。只有正確裝入網(wǎng)絡(luò)連接和每個元件的封裝，才能保證電路板自動元件布局和自動布線的順利進行。5）元件自動布局和手工調(diào)整裝入網(wǎng)絡(luò)連接后，可以讓系統(tǒng)對元件進行自動布局，也可以自己動手布局，或者先進行自動布局，然后對布局進行手工調(diào)整。只有布局合理，才能進行下一步的布線工作。6）自動布線和手工調(diào)整在布線過程中，Protel的自動布線器會根據(jù)設(shè)置的自動布線規(guī)則選擇最佳的布線策略，使電路板的設(shè)計盡可能的完美。7）對電路板做DRC檢驗在布線完畢后，需要對電路板做DRC檢驗，以確認(rèn)電路板是否符合設(shè)計規(guī)則，網(wǎng)絡(luò)是否連接正確