【文章內容簡介】 系統(tǒng)的微控制器選用Intel公司生產的8位單片機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)先級嵌套中斷結構；(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與外部設備之間提供TTL電平兼容的接口，如A/D、D/A轉換器、鍵盤、步進電機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CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據傳送方式的要求；③8255A可執(zhí)行功能很強，內容豐富的兩條命令(方式字和控制字)為用戶根據外界條件來使用8255A構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)據口外，還可作狀態(tài)口，進行按位控制等；(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體只讀存儲器，標準EPROM；A11A0：地址輸入線；D7D0：三態(tài)數(shù)據總線；(5)74LS377：同向電流驅動器，為LED提供足夠驅動電流。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用于產品計數(shù)；二是傳送帶電機控制。 (6)開關電源： 開關電源選用+12V ATX電源。在整個開關接通期間，電源向負載提供能量；當開關斷開時，輸入電源便中斷了能量的控制，輸入電源向負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遠超過了電感、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 控制電路設計 信號檢測(數(shù)據采集)電路本系統(tǒng)的基本原理主要是單片機和光電檢測技術的結合。該系統(tǒng)利用單片機對電源進行控制。單片機根據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體激光器。這樣有半導體激光器發(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。當光電監(jiān)測器檢測到此激光信號波時，將其轉化成為一串連續(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用。必須通過前置放大電路將它進行放大和除噪處理，處理過的信號便可直接驅動單片機工作，進行譯碼及判別處理。通過比較判別，單片機決定執(zhí)行哪一種處理，然后生成控制信號來啟動控制設備。半導體激光器光電檢測器前置放大器單片機譯碼判別處理編碼電源受控設備1受控設備2…n單片機控制調制電信號 檢測原理框圖由于上述的結構過于復雜，經過論證可以考慮省略一些無關部分，經過分析，BG1為光敏二極管，當光線照射BG1時，產生光電流，使R1上壓降增大，導致晶體管導通，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)。 電脈沖轉換電路 電機控制電路的設計包裝系統(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控制。下邊主要介紹傳送帶電機控制。，8255A的PC0控制傳送帶1的電機，PC1控制傳送帶2電機。當按下啟動鍵(START)后，使PC0輸出高電平，經反向后變?yōu)榈碗娖?，固態(tài)繼電器(SSR1)發(fā)光二極管亮，因而使得SSR1導通，交流電機通電，使傳送帶1運動，帶動包裝箱運動。當包裝箱運動到光源與檢測器1之間時，光源被擋住，從而光電傳感器輸出為高電平，當微型機檢測到是高電平后，PC0輸出低電平，傳送帶電機1停止。并同時使傳送帶2電機起動(PC1輸出高電平)，帶動產品運動，使產品落入包裝箱內。當產品經過檢測器2的光源與光電傳感器時，光電傳感器輸出高電平。當微型機檢測到此信號后在計數(shù)器中加1，并送顯示。然后在與給定的產品值進行比較。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)；此時關斷傳送帶2的電源，并接通傳送帶1的電源，讓裝滿產品的箱子移開，同時帶動下一個空箱到位，并重復上述過程。 電機控制電路 顯示電路設計本系統(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)光的半導體器件，其導電性質與普通二極管類似。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，在單片機系統(tǒng)中應用非常普遍。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內部結構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，此外還應有專用的譯碼器/驅動器，通過譯碼器把1位十六進制數(shù)(4位二進制數(shù))或BCD碼譯碼為相應的顯示段碼，然后由驅動器提供足夠的功率去驅動發(fā)光二極管。這種方法僅用1條輸出指令，就可以進行LED顯示。當它所使用的硬件電路較多，而硬件譯碼缺乏靈活性，只能顯示十進制或十六進制數(shù)(包括空白字符)。該方法主要用于顯示位數(shù)較多或對顯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動電流，所以驅動器是必不可少的，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進行驅動)。 PB7 PB6 PB5 PB48255A PB3 PB2 PB1 PB0驅動器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，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。“位控”實際上就是對LED顯示器的公共段進行控制，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)的硬件設計在微機控制系統(tǒng)中，為了使生產安全準確，通常設有報警系統(tǒng)。通?？赏ㄟ^聲、光、語言進行報警。在這里為了提高系統(tǒng)的可靠性及減少誤操作，我們也設計了一個報警系統(tǒng)。其報警方式采用光信號進行：我們用PCPC3這兩個I/O口接線設計了兩個狀態(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，當系統(tǒng)沒有設定值而啟動START鍵時，或者當計數(shù)值超過給定值時，則D1燈亮，提醒操作者注意，需重新設置參數(shù)后啟動。如果系統(tǒng)操作運行正常，則綠燈D2亮。 給定值電路設計為了使系統(tǒng)簡單，我們自行設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)，經反向器接到8031的中斷管腳。當某一個鍵按下去時，KEYSTROBE為高電平，經反相后的下降沿向8031申請中斷。8031響應后，讀入BCD碼，作為給定值，并送顯示。由于系統(tǒng)設計只有三位顯示，所以最多只能給定999，輸入順序為從高位(百位數(shù))開始。當按鍵未按下時，所有輸出端均為高電平。當按鍵按下后該鍵的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。當任何一個鍵按下去時，四輸入或非門7420產生一個高電平選通信號經反相器后向8031申請中斷。4 軟件設計 程序流程圖 主程序的設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。當給定值設定后，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定給定值，當給定鍵盤有鍵按下時，KEYSTROBE輸出高電平，經反相器后向8031申請中斷。在中斷服務程序中，讀入該鍵盤給定值，一方面存入相應的給定單元(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)。為了設計主程序和子程序的流程圖，首先必須設置有關內存單元。這里用8031內部RAM的20H單元的00H至03H四位分別代表電機電機報警和正常運行標志單元；用21H單元的08H和09H兩位作為零件及包裝箱計數(shù)標志單元。當計數(shù)值等于給定值時，則此兩位標志單元置1，否則為0。一旦此標志單元為1，則停止計數(shù)，把裝滿的包裝箱運走并重新運來一個空箱；若包裝箱數(shù)已夠，則重新開始下一輪包裝生產控制過程。如果計數(shù)單元超過給定值，將產生報警，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程序主要用來設定給定值，當給定鍵盤按下時，KEYSTROBE輸出高電平，經反相器后向8031申請中斷。在中斷服務程序中，讀入該鍵盤給定值，一方面存入相應的給定單元(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程序圖 報警子程序設計報警系統(tǒng)根據報警參數(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)和給定值進行比較而產生的，是在傳感器中進行的，當這種硬件直接報警的信號產生之后再由軟件進行處理，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，如當無給定值時就按STRART鍵等，而無需進行上下限參數(shù)的比較，故只需在微機中進行即可，故可采用全軟件報警。其報警程序的設計可對計數(shù)單元進行比較而形成。 為了進行微機系統(tǒng)程序設計，首先需設置一些有關內存單元。這里用8031內部RAM的20H單位的00H~03H四位分別代表電機電機報警和正常運行標志單元；用21H單元的08H和09H兩位作為產品及包裝計數(shù)標志單元，當計數(shù)值超過給定值時，則此二位標志置1，否則為0。一旦標志單元為1，則產生報警，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)內存單元分配圖5 結論本系統(tǒng)采用8031單