【文章內(nèi)容簡介】 密電阻獲得。 AD521 的基本接法如圖 26 所示 圖 26 AD521 的基本接法 Fig 26 AD521 of basic connect the method 在本系統(tǒng)中，其 +IN 管腳接位移傳感器，為輸入，其－ IN 管腳接地， Vout 輸出接ADC0809。管腳（ 4， 6）用來調(diào)節(jié)放大器的零點。其放大倍數(shù)在 到 1000 范圍內(nèi)調(diào)整，選用 Rs=100kΩ? 15%時，可以得到較穩(wěn)定的放大倍數(shù)。放大倍數(shù)可以用下式計算： SGRK R? （ 23） 在本系統(tǒng)中， Rs=100， RG=10，所以 K=10。 3. 計算機控制系統(tǒng)的硬件 組成及工作原理 單片機控制設(shè)計的技術(shù)要求 1）整個焊接過程的控制 整個焊接過程作為數(shù)據(jù)程序，借助鍵盤得到輸入，修改，再現(xiàn)和儲存，以及輸入修改方案。 2）主要工藝參數(shù) 焊縫路徑長度和工藝參數(shù)象限區(qū)間，每個象限下有焊接電流（直流和脈沖電流），電流遞增時間（或斜率）焊接速度及提前 —滯后送氣時間等參數(shù)。焊接方法的選擇；焊接材料的選擇；工 件 厚度的選擇。 3）焊接參數(shù)范圍及精度 焊接速度： 0～ ? 53% 焊接電流： 6 ～ 255A ? 3% 脈沖時間： 0～ ? 3% 基值時間： 0～ ? 3% 脈沖頻率： ～ 250HZ ? 1% 提前 /滯后送氣時間： 0～ 電流遞增 /衰減時間： 0～ 焊逢長度： 0～ 4）主要功能 具有故障診斷，報警，顯示以及實時檢測等功能。 5）抗干擾能力 通 過硬件和軟件措施，提高抗干擾能力，確保安全工作。 單片機控制系統(tǒng)的組成 單片機控制系統(tǒng)中，作為核心部分的芯片有模 /數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC0809，單片機 8031，并行接口擴展芯片 8255 等。 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路， ADC0809 集成芯片組成，共有八個輸入通道，本設(shè)計采用一個輸入量，所以 A/D 轉(zhuǎn)換電路為單入通道。 ADC0809 是 8 路 8 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換 CMOS 器件，在控制過程中，對多路模擬信號進行分析采集和 A/D 轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號通過三態(tài)緩沖器，直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連接。 ADC0809 的主要特性如下： 16 （ 1）分辨率為 8 位。 （ 2）最大不可調(diào)誤差小于 ? ULSB 。 （ 3）可鎖存三態(tài)輸出，能與 8 位微處理器接口。 （ 4）輸出與 TTL兼容。 （ 5）不必進行零點和滿度調(diào)整。 （ 6）單電源供電，供電電壓為 。 （ 7）轉(zhuǎn)換速率取決于芯片的時鐘頻率，時鐘頻率范圍是： 10—1280KHZ。當時鐘頻率為500KHZ時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)換時間為 128us。 由于本設(shè)計只檢測一個位移量，故只用一個模擬信號輸入端口 IN。 與 8031 的接口電路如圖 31 所示： 圖 31 ADC0809 與 8031 接口連接 Fig31 ADC0809 with 8031 connect conjunction 圖中 START（啟動控制輸入設(shè)備）用于啟動內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換過程，高電平時有效。 ALE（地址鎖存控制輸入設(shè)備）與 START 連在一起，通過軟件輸入一個正脈沖，可立即啟動 A/D 轉(zhuǎn)換。 EOC（轉(zhuǎn)換結(jié)果信號輸出設(shè)備）開始 A/D 轉(zhuǎn)換時為低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束時輸出高電平。 OE（輸出允許控制設(shè)備）用于打開三態(tài)輸出鎖存器。當 OE 為高電平時，打開輸出鎖存器， 將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)量輸送到數(shù)據(jù)總線上。 單片機 8031 8031 單片機在芯片上集成了微機的基本部分，從功能上滿足了焊接控制的要求。8031 是 MCS—51 系列產(chǎn)品中的一種，由于 8031 內(nèi)部沒有程序存儲器 ROM，所以必須外接 EPROM 作為程序存儲器，才能構(gòu)成完整的微型機。 ALE（地址鎖存使能輸出設(shè)備）這里接 74LS373 的 G 端和 ADC0809 的 CLK。當CPU 訪問外部儲存器時， ALE 的輸出作為外部鎖存地址的低位字節(jié)的控制信號；當不訪問外部存儲器時，程序存儲器的 ALE 端仍以 1/6 的時鐘振蕩頻率固定地輸 出正脈沖。它用于對外輸出的時鐘，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時會使一個脈沖。 ALE 端可以驅(qū)動 8 個LSTTL 負載。 PSEN（外部程序存儲器選通信號）這里按 EPROM2764 的 OE 低電平有效。 CPU 在訪問外部程序存儲 器 期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時這兩次有效的 PSEN信號不出現(xiàn)。 PSEN 端可以驅(qū)動為 8 個 LSTTL 負載。 EA/VPP（外部訪問允許 /編程電源輸入）當 EA 端輸入為高電平時， CPU 執(zhí)行程序，在低 4KB（ 0000H～ OFFFH）地址上范圍內(nèi)，訪問片內(nèi)程序存儲器；在程序計數(shù)器 PC 的值超過 4KB 地址時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí) 行片外程序存儲器的程序。對于 8031 來說由于片內(nèi)無程序存儲器，所以 EA 必須接低電平。輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0， P1， P2 和 P3。 ～ ： P0 是一個 8 位 雙向數(shù)據(jù)總線。在 EPROM 編程時，從 P0 口輸入指令字節(jié)；在實證程序時，則輸出指令字節(jié)。 P0 口能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 LSTTL負載。 接 8255 和 6116 的 CS 端， 口與 RD端構(gòu)成與非門控制 ADC0809[7]。 系統(tǒng)擴展電路 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中由 803地址鎖存器（ 74LS373）、程序存儲器 2764 和數(shù)據(jù)存儲器 6116 及上電復位電路構(gòu)成 8031 的最小系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)存儲器與 8031 的連接 這里主要采用 6116 用來設(shè)計模糊控制器的程序。 6116 芯片是一種典型的 CMOS 靜態(tài) RAM，其芯片的容量為 2K8 位，它有 2048 個存儲單元，每個存儲單元字長為 8 位，故 6116 芯片內(nèi)有 16384 個基本存儲電路。為了節(jié)省內(nèi)部譯碼電路，將它們排列成128128 的矩陣形式，它是存儲器存儲信息的載體 [1]。 6116 的片選信號 __CE ,低電平有效，當 __CE =0 時，該片被選中。 __OE 讀控制端， __E? 為寫控制端。其與 8031 的接口電路如 32 所示： 18 圖 32 8031 與 6116 接口電路 Fig 32 8031 with 6116 connect electric circuit 6116 芯片的工作方式： (1)寫入方式。其條件是： __CE =0， __E? =0， __OE =1。操作結(jié)果是 D0～ D7上的內(nèi)容輸入到 A0～ A10 所指定的存儲單元中。 (2)讀出方式。其條件是： __CE =0， __E? =1， __OE =0。操作結(jié)果是 A0～ A10 的指定的存儲單元內(nèi)容輸出到 D0～ D7上。 (3)低功耗維持方式，這 是一種 非工作方式，當 __CE =1 時，芯片處于這一方式。此時，器件電流僅為 20 A? 左右，為系統(tǒng)斷電時用電池保持 RAM 的內(nèi)容提供了可能性。 有時用戶設(shè)置的參數(shù)需要長 期保存，為了避免意外掉電或關(guān)機后的數(shù)據(jù)丟失，需要時 RAM 采用掉電保護措施。以中斷源 INTO 來接受掉電信號，當比較器輸入端有掉電信號時，在輸出端向 INTO 發(fā)出一個低電平的脈沖信號，響應(yīng)該中斷后馬上禁止對 RAM 的R/W 操作，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不被破壞。 6116 的電源正常工作時，即 VccVbb,二極管 D 不導通 ,此時 ,微機控制系統(tǒng)用 Vcc 作工作電源。掉電時，由于掉電前電容 C 上以被充電，故在 D 導通前由 C 放電維持 6116 的工作電流，待 D 導通后有電池供電 [2]。 程序存儲器與 8031 的連接 只讀存儲器 ROM 的信息在使用時是不能改變的，即只能讀出，而不能像 RAM 那樣可隨意寫入，一般用來放固定程序，本設(shè)計選用 2764 容量 8K8。 2764 工作方式如表 31所示： 表 31 2764 工作方式 Tab 31 2764 work method 引腳 方式 Vcc VPP __CE __OE D0～ D7 讀 +5V +5V 低 低 輸出 未選中 +5V +5V 高 高阻 等待 +5V +5V 高 高阻 編程 +5V +25V 正脈沖 高 輸入 編程檢查 +5V +25V 低 低 輸出 編程禁止 +5V +25V 低 高 高阻 2764 與 8031 的接口如圖 33 所示： 圖 33 2764 與 8031 的接口 Fig 33 2764 with 8031 connect 8255 與 8031 的連接 8255A 的特點是，可以通過軟件設(shè)置不同的工作方 式，作為連接 CPU 和外設(shè)的接口，不需要或很少需要外加的硬件，使用十分靈活方便，通用性強。 8255 與 8031 的連接很規(guī)范簡單，但需加一 74LS373，其它具體連接為： （ 1） 8255 的數(shù)據(jù)線 D0—D7 與 8031 的數(shù)據(jù)總線 — 直接相連； （ 2） 8255 的 RESET 與 8031 的 RESET 相接，當 8031 復位時， 8255 也同時復位 20 （ 3） 8255 的 WR、 RD 線與 8031 的 WR、 RD 相連； （ 4） 8255 的片選端 CS 通常與 8031 的 — 中一根斷線相接，決定 8255 口地址； （ 5） 8255 的 A A0 通常接經(jīng) 74LS373 鎖存后的低 8 位地址 Q1Q0， A1A0 決定8255 內(nèi)部 4 個端口地址； （ 6） 8255 的 A 口、 B 口、 C 口端線接外圍設(shè)備，作為擴展的并行 I/O 口。 連接詳情請見圖 34 所示： 圖 34 8031 與 8255 的連接 Fig 34 8031 with 8255 conjunction 系統(tǒng)的復位和復位電路 在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復位電路可靠的工作，本設(shè)計采用電復位與手動復位組合電路。所謂上電復位，是指單片機只要一上 電 ，便自動的進入復位系統(tǒng)。在通電瞬間，電容 C 通過電阻 R 充電， RST 端出現(xiàn)正脈沖，用以復位，這里采用晶振為 6MHZ，C=10μF， R=。所謂手動復位，是指通一按鈕開關(guān)，使單片機進入復位狀態(tài)。在本設(shè)計 RC 電路產(chǎn)生復位信號在經(jīng)施密特觸發(fā)電路整形，然后接入單片機的復位端外圍電路復位端。 8031 的 RSTV/P0（復位 /備用電源輸入設(shè)備）該設(shè)備接上電復位與手動復位組合電路。其電路圖如 35 所示。 圖 35 上電復位與手動復位組合電路 Fig 35 wire reply and hands bine the electric circuit 光電隔離 光電隔離的目的是割斷兩個電路的電聯(lián)系，使之相互獨立，從而割斷噪音從一個電路進入另一個電路的通路，通過光電偶合器實現(xiàn)，光電偶合器如下圖 36 所示： 圖 36 光電偶合器 Fig 36 light electricity match the machine accidentally 光電偶合器是把一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管封裝在一個外殼里的器件，發(fā)光二極管和一個光敏三極管之間用透明絕緣體填充，并使發(fā)光管與光敏管對齊 [12]。 步進電機工作原理及驅(qū)動電路 步進電機的工作原理 步進電機又稱為脈沖電動機，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功能是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，既給一個脈沖電信號，電動機就旋轉(zhuǎn)一個角度或前進一步。 步進電機的腳位移量 θ 或線位移量 S 與脈沖數(shù) K 成正比，如圖 37（ a）所示。轉(zhuǎn)速n或線速度 V與脈沖頻率 f 成正比，如圖 37(b)所示 。 22 圖 37 轉(zhuǎn)速或線速 v 與脈沖頻率 f 的關(guān)系 Fig 37 the relation between v and the pulse frequency 在負載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓，負載大小，環(huán)境條件的波動而變化。因而可適用于開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡化。步進電機可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速，能夠快速啟動，反轉(zhuǎn)和制動。它不需要變換能直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微機控制。步進電機實際上是一個數(shù)字 /角度轉(zhuǎn)換器，也是一個串行的 D/A 轉(zhuǎn)換器。圖 38 為三相步進 電機的結(jié)構(gòu)原理圖。從圖中可以看出，電機的定子上有 6 個等分的磁極，相鄰的兩個磁極之間的夾角為 60176。，相對的兩個磁極組成一相，如 A—A′， B—B′， C—C′。當某一繞組有電流通過時，該繞組相應(yīng)的兩個磁極立即形成 N 極和 S 極，每個磁極上各有 5 個均勻分布的矩形小齒 [10]。 電機的轉(zhuǎn)子上沒有繞組，而是由 40 個矩形小齒均勻地分布在圓周上，相鄰的兩個小齒之間的夾角是 9176。當某相繞組通電時，對應(yīng)的磁極就產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。如果這時定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)