【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)的微控制器選用Intel公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)8031。下面對8031作一個基本的介紹：①一個面向控制的8位CPU；②128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存貯器；③兩個16位定時器/計數(shù)器；④可尋址64K外部數(shù)據(jù)存貯器和64K外部程序存貯空間的控制電路；⑤32條可編程的I/O線(四個8位并行I/O端口)；⑥一個可編程全雙工串行口；⑦具有五個中斷源，兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)；(2)8255A:8255A基本特性：①8255A是一個具有兩個8位(A口和B口)和兩個4位(C口高/低4位)并行I/O端口的接口芯片，它是Intel系列CPU與外部設(shè)備之間提供TTL電平兼容的接口，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、步進(jìn)電機(jī)以及需要同時兩位以上信息傳遞的一切形式的并行接口；②8255A能適應(yīng)CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求；③8255A可執(zhí)行功能很強(qiáng)，內(nèi)容豐富的兩條命令(方式字和控制字)為用戶根據(jù)外界條件來使用8255A構(gòu)成多種接口電路提供了靈活方便的編程環(huán)境；④8255A的PC口的使用比較特殊，除作數(shù)據(jù)口外，還可作狀態(tài)口，進(jìn)行按位控制等；(3)74LS373:8位輸入8位輸出鎖存器，引腳功能如下：VCC：接電源端；G：存儲器允許信號；(4)2732：4K*8 200ns紫外線可擦除電可編程的半導(dǎo)體只讀存儲器，標(biāo)準(zhǔn)EPROM；A11A0：地址輸入線；D7D0：三態(tài)數(shù)據(jù)總線；(5)74LS377：同向電流驅(qū)動器，為LED提供足夠驅(qū)動電流。說明：鍵盤和顯示器接口芯片還有8279可使用，而8279對鍵盤還有硬件消抖功能，但這樣會和8255A形成硬件浪費，況且8279由于接口不夠不能代替8255A。包裝系統(tǒng)控制電路主要有兩部分：一是信號檢測，光電檢測器1判斷包裝箱是否到位和光電檢測器2用于產(chǎn)品計數(shù)；二是傳送帶電機(jī)控制。 (6)開關(guān)電源： 開關(guān)電源選用+12V ATX電源。在整個開關(guān)接通期間，電源向負(fù)載提供能量；當(dāng)開關(guān)斷開時，輸入電源便中斷了能量的控制，輸入電源向負(fù)載提供的能量是斷續(xù)的。(7)光電傳感器：光電傳感器選用CH3系列。光電傳感器的敏感范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的范圍，此外光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機(jī)殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。： 光電傳感器的原理圖 控制電路設(shè)計 信號檢測(數(shù)據(jù)采集)電路本系統(tǒng)的基本原理主要是單片機(jī)和光電檢測技術(shù)的結(jié)合。該系統(tǒng)利用單片機(jī)對電源進(jìn)行控制。單片機(jī)根據(jù)用戶鍵入的信息自動生成一串有序電源脈沖，用這一電源脈沖來控制半導(dǎo)體激光器。這樣有半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光便是一串激光脈沖波，這一串激光脈沖便是載有用戶信息的信號波。當(dāng)光電監(jiān)測器檢測到此激光信號波時，將其轉(zhuǎn)化成為一串連續(xù)的電脈沖波。但此時所得到的信號是非常微弱、不夠規(guī)則的，同時由于雜散光以及外部干擾的存在，此時的電信號還混雜著一些無用的干擾信號，因此這些信號還不能直接應(yīng)用。必須通過前置放大電路將它進(jìn)行放大和除噪處理，處理過的信號便可直接驅(qū)動單片機(jī)工作，進(jìn)行譯碼及判別處理。通過比較判別，單片機(jī)決定執(zhí)行哪一種處理，然后生成控制信號來啟動控制設(shè)備。半導(dǎo)體激光器光電檢測器前置放大器單片機(jī)譯碼判別處理編碼電源受控設(shè)備1受控設(shè)備2…n單片機(jī)控制調(diào)制電信號 檢測原理框圖由于上述的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，經(jīng)過論證可以考慮省略一些無關(guān)部分，經(jīng)過分析，BG1為光敏二極管，當(dāng)光線照射BG1時，產(chǎn)生光電流，使R1上壓降增大，導(dǎo)致晶體管導(dǎo)通，觸發(fā)由晶體管BG3和BG4組成的射極耦合觸發(fā)器，使U0為高位；反之，U0為低電位。該脈沖信號U0可送到計數(shù)電路計數(shù)。 電脈沖轉(zhuǎn)換電路 電機(jī)控制電路的設(shè)計包裝系統(tǒng)控制電路主要有兩部分：一是信號檢測，光電檢測器1判斷包裝箱是否到位，光電檢測器2用于裝箱零件計數(shù)。再一部分就是傳送帶電機(jī)控制。下邊主要介紹傳送帶電機(jī)控制。，8255A的PC0控制傳送帶1的電機(jī)，PC1控制傳送帶2電機(jī)。當(dāng)按下啟動鍵(START)后，使PC0輸出高電平，經(jīng)反向后變?yōu)榈碗娖?，固態(tài)繼電器(SSR1)發(fā)光二極管亮，因而使得SSR1導(dǎo)通，交流電機(jī)通電，使傳送帶1運(yùn)動，帶動包裝箱運(yùn)動。當(dāng)包裝箱運(yùn)動到光源與檢測器1之間時，光源被擋住，從而光電傳感器輸出為高電平，當(dāng)微型機(jī)檢測到是高電平后，PC0輸出低電平，傳送帶電機(jī)1停止。并同時使傳送帶2電機(jī)起動(PC1輸出高電平)，帶動產(chǎn)品運(yùn)動，使產(chǎn)品落入包裝箱內(nèi)。當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)過檢測器2的光源與光電傳感器時，光電傳感器輸出高電平。當(dāng)微型機(jī)檢測到此信號后在計數(shù)器中加1，并送顯示。然后在與給定的產(chǎn)品值進(jìn)行比較。如果計數(shù)值小于給定值，則繼續(xù)計數(shù)；一旦計數(shù)值等于給定值，則停止計數(shù)；此時關(guān)斷傳送帶2的電源，并接通傳送帶1的電源，讓裝滿產(chǎn)品的箱子移開，同時帶動下一個空箱到位，并重復(fù)上述過程。 電機(jī)控制電路 顯示電路設(shè)計本系統(tǒng)采用LED數(shù)碼顯示。發(fā)光二極管LED (Light Emitting Diode)是一種通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性質(zhì)與普通二極管類似。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合成的一種新型顯示器件，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。發(fā)光二極管是組成LED發(fā)光二極管顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點，故通常稱之為7段(也有稱作8段)發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)又有共陽極和共陰極兩種接法，分別為高電平有效和低電平有效。為顯示某個數(shù)字，就要點亮對應(yīng)的段，這就需要譯碼。譯碼分硬件譯碼和軟件譯碼。硬件譯碼時，接口在總線和LED顯示器之間，必須有鎖存器或I/O接口電路，此外還應(yīng)有專用的譯碼器/驅(qū)動器，通過譯碼器把1位十六進(jìn)制數(shù)(4位二進(jìn)制數(shù))或BCD碼譯碼為相應(yīng)的顯示段碼，然后由驅(qū)動器提供足夠的功率去驅(qū)動發(fā)光二極管。這種方法僅用1條輸出指令，就可以進(jìn)行LED顯示。當(dāng)它所使用的硬件電路較多，而硬件譯碼缺乏靈活性，只能顯示十進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)(包括空白字符)。該方法主要用于顯示位數(shù)較多或?qū)︼@示器的亮度有一定要求的場合。軟件譯碼時，方法是以軟件查表代替硬件譯碼，不但省去了譯碼器，而且還能顯示更多的字符，并且其譯碼邏輯可隨編程設(shè)定，不受硬件譯碼邏輯的限制。所以本系統(tǒng)采用的是以軟件為主的LED接口電路，用軟件進(jìn)行譯碼，(由于發(fā)光二極管通常需要十幾到二十幾毫安的驅(qū)動電流，所以驅(qū)動器是必不可少的，因為僅靠接口提供不了較大的電流供LED顯示器使用，本系統(tǒng)采用74LS377進(jìn)行驅(qū)動)。 PB7 PB6 PB5 PB48255A PB3 PB2 PB1 PB0驅(qū)動器74LS377dpgfedcba 以軟件為主的LED接口電圖采用以軟件為主的LED接口電路由于個位數(shù)碼管的顯示段碼是互相并聯(lián)的，因此在同一時刻只能顯示同一種字符(即只顯示一個顯示位上的字符)。為了能夠同時顯示多個(即多位)字符，我們必須對LED采用動態(tài)顯示方法，其方法就是利用人眼對視覺的殘留效應(yīng)，逐個地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管，每位顯示1ms左右，使人看起來就好像在通的字符一樣。為了實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描顯示，除了要給顯示器提供顯示碼段之外，還要對顯示器進(jìn)行位控制，即通常所說的“段控”和“位控”。因此對于多位LED數(shù)碼顯示器的接口電路來說，需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出顯示段碼；另一個用于輸出位控信號?！拔豢亍睂嶋H上就是對LED顯示器的公共段進(jìn)行控制，位控信號的數(shù)目與顯示器的位數(shù)相同。這里的顯示器位數(shù)為3位。 報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為了使生產(chǎn)安全準(zhǔn)確，通常設(shè)有報警系統(tǒng)。通?？赏ㄟ^聲、光、語言進(jìn)行報警。在這里為了提高系統(tǒng)的可靠性及減少誤操作，我們也設(shè)計了一個報警系統(tǒng)。其報警方式采用光信號進(jìn)行：我們用PCPC3這兩個I/O口接線設(shè)計了兩個狀態(tài)指示燈以作為報警系統(tǒng)的輸出硬件。D1為紅色，D2為綠色，當(dāng)系統(tǒng)沒有設(shè)定值而啟動START鍵時，或者當(dāng)計數(shù)值超過給定值時，則D1燈亮，提醒操作者注意，需重新設(shè)置參數(shù)后啟動。如果系統(tǒng)操作運(yùn)行正常，則綠燈D2亮。 給定值電路設(shè)計為了使系統(tǒng)簡單，我們自行設(shè)計的一個由二極管矩陣組成的編碼鍵盤。 編碼鍵盤原理圖鍵盤輸出信號D、C、B、A (BCD碼)接到8255A的A口PA3PA0，鍵選通信號KEYSTROBE(高電平有效)，經(jīng)反向器接到8031的中斷管腳。當(dāng)某一個鍵按下去時，KEYSTROBE為高電平，經(jīng)反相后的下降沿向8031申請中斷。8031響應(yīng)后，讀入BCD碼，作為給定值，并送顯示。由于系統(tǒng)設(shè)計只有三位顯示，所以最多只能給定999，輸入順序為從高位(百位數(shù))開始。當(dāng)按鍵未按下時，所有輸出端均為高電平。當(dāng)按鍵按下后該鍵的BCD碼將出現(xiàn)在輸出線上。例如，按下“6”鍵時，與鍵6相連的兩個二極管導(dǎo)通，所以D、A線上為低電平，因此輸出編碼為0110，其余以此類推。當(dāng)任何一個鍵按下去時，四輸入或非門7420產(chǎn)生一個高電平選通信號經(jīng)反相器后向8031申請中斷。4 軟件設(shè)計 程序流程圖 主程序的設(shè)計及其流程圖通過上述分析可知，本系統(tǒng)鍵盤的作用主要是給定值的輸入。當(dāng)給定值設(shè)定后，在包裝過程中就沒什么作用了。因此為了提高系統(tǒng)的實時性，系統(tǒng)采用中斷方式作鍵盤處理，對裝箱是否到位及產(chǎn)品數(shù)計數(shù)，則采用查詢方法。整個系統(tǒng)流程圖。中斷程序主要用來設(shè)定給定值，當(dāng)給定鍵盤有鍵按下時，KEYSTROBE輸出高電平，經(jīng)反相器后向8031申請中斷。在中斷服務(wù)程序中，讀入該鍵盤給定值，一方面存入相應(yīng)的給定單元(PARTS和BOXES)，另一方面送去顯示，以便操作者檢查輸入的給定值是否正確。本程序輸入的順序是先輸入包裝箱數(shù)(3位，最大為999，按百、十、個位順序輸入)，然后再輸入每箱的零件數(shù)(3位，最大值為999，輸入順序同包裝箱)。為了設(shè)計主程序和子程序的流程圖，首先必須設(shè)置有關(guān)內(nèi)存單元。這里用8031內(nèi)部RAM的20H單元的00H至03H四位分別代表電機(jī)電機(jī)報警和正常運(yùn)行標(biāo)志單元；用21H單元的08H和09H兩位作為零件及包裝箱計數(shù)標(biāo)志單元。當(dāng)計數(shù)值等于給定值時，則此兩位標(biāo)志單元置1，否則為0。一旦此標(biāo)志單元為1，則停止計數(shù)，把裝滿的包裝箱運(yùn)走并重新運(yùn)來一個空箱；若包裝箱數(shù)已夠，則重新開始下一輪包裝生產(chǎn)控制過程。如果計數(shù)單元超過給定值，將產(chǎn)生報警，告知操作人員計數(shù)有誤，此時系統(tǒng)自動停下來，等待操作人員處理。 包裝控制系統(tǒng)主程序框圖 動態(tài)顯示子程序流程圖在這里我們采用的為以軟件為主的LED接口電路，用軟件進(jìn)行譯碼。 動態(tài)顯示子程序流程圖 中斷子程序流程圖中斷服務(wù)程序主要用來設(shè)定給定值，當(dāng)給定鍵盤按下時，KEYSTROBE輸出高電平，經(jīng)反相器后向8031申請中斷。在中斷服務(wù)程序中，讀入該鍵盤給定值，一方面存入相應(yīng)的給定單元(PARTS或BOXES)，另一方面送顯示器，以便操作者檢查輸入的給定值是否正確。本程序輸入的順序是先輸入包裝箱數(shù)(三位，最大999，按百位、十位、個位順序輸入)，然后再輸入每箱裝的產(chǎn)品數(shù)(三位，最大999，輸入順序同包裝箱)。 輸入給定值中斷服務(wù)程序圖 報警子程序設(shè)計報警系統(tǒng)根據(jù)報警參數(shù)及傳感器的具體情況又可分為硬件直接報警和全軟件程序報警，前者的報警信號是直接通過硬件對被測參數(shù)和給定值進(jìn)行比較而產(chǎn)生的，是在傳感器中進(jìn)行的，當(dāng)這種硬件直接報警的信號產(chǎn)生之后再由軟件進(jìn)行處理，而后者則通過程序比較而得到信號并由軟件完成報警處理系統(tǒng)主要是針對誤操作做出報警，如當(dāng)無給定值時就按STRART鍵等，而無需進(jìn)行上下限參數(shù)的比較，故只需在微機(jī)中進(jìn)行即可，故可采用全軟件報警。其報警程序的設(shè)計可對計數(shù)單元進(jìn)行比較而形成。 為了進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計，首先需設(shè)置一些有關(guān)內(nèi)存單元。這里用8031內(nèi)部RAM的20H單位的00H~03H四位分別代表電機(jī)電機(jī)報警和正常運(yùn)行標(biāo)志單元；用21H單元的08H和09H兩位作為產(chǎn)品及包裝計數(shù)標(biāo)志單元，當(dāng)計數(shù)值超過給定值時，則此二位標(biāo)志置1，否則為0。一旦標(biāo)志單元為1，則產(chǎn)生報警，告知操作人員計數(shù)有誤，此時系統(tǒng)會自動停止，等待操作人員處理。 系統(tǒng)內(nèi)存單元分配圖5 結(jié)論本系統(tǒng)采用8031單