【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 功能齊全，智能化程度高、操作更加簡(jiǎn)便。 設(shè)計(jì)方案的論證 本次設(shè)計(jì)使 用 AT89C52RC 單片機(jī)完成此次設(shè)計(jì)。此款單片機(jī)與 MCS51 兼容，含有 32 個(gè)可編程 I/O 線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源，可編程串行通道，紅外接收裝置等部件，為實(shí)現(xiàn)上述功能提供了大量硬件。 根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能特點(diǎn)， 本次設(shè)計(jì)主要用到以下模塊：中斷服務(wù)，電機(jī)調(diào)速、 EEPROM 存儲(chǔ)、液晶顯示系統(tǒng)工作狀態(tài) 功能，硬件上采用 1621 液晶顯示器、 3*8 矩形按鍵、行程（滿盤(pán)）開(kāi)關(guān)、霍爾傳感器、 LED 燈、蜂鳴器、繼電器等。 此設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)對(duì)滾布筒與托布盤(pán)電機(jī)啟?？刂?。由液晶實(shí)現(xiàn)已卷長(zhǎng)度、設(shè)定長(zhǎng)度、電機(jī)檔位與 啟停以及其他的顯示，采用線反轉(zhuǎn)法取得鍵值，并由按鍵處理程序?qū)θ〉玫逆I值進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)條帶切割機(jī)主輔電機(jī)啟動(dòng)方式和工作方式的控制。 單 片 機(jī)A T 8 9 C 5 2傳 感 器 電 路按 鍵 電 路液 晶 顯 示 電 路滿 盤(pán) 開(kāi) 關(guān) 電 路 報(bào) 警 電 路電 機(jī) 調(diào) 速 電 路 圖 24 系統(tǒng)總體框圖 在本系統(tǒng)中使用到的芯片都是符合設(shè)計(jì)要求的，使用的芯片實(shí)用且經(jīng)濟(jì)。如EEPROM 是 STC89C52RC 本身自帶的，運(yùn)行響應(yīng)速度更加快捷。還有 LED 液晶顯示器，體積小、微功耗、顯示內(nèi)容豐富超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在很多場(chǎng)合得到運(yùn)用。 在校期間對(duì) VB、 c 語(yǔ)言等匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，同時(shí)也學(xué)習(xí)了基于 STC89C52RC 的 單片畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 6 機(jī)編程方法和技巧，現(xiàn)已能獨(dú)立進(jìn)行編程、調(diào)試等相關(guān)工作。 利用這些資源可使條帶切割機(jī)具完成下功能： ：顯示滾布筒電機(jī)和托布盤(pán)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（包括運(yùn)行、停止）、轉(zhuǎn)速檔位、布條盤(pán)滿盤(pán)等狀態(tài)的指示；顯示布條盤(pán)已卷布條的總長(zhǎng)度、顯示設(shè)定切帶長(zhǎng)度值等； *8 矩陣按鍵式鍵盤(pán)操作面板，可進(jìn)行多種狀態(tài)切換及數(shù)值輸入等； ，觸發(fā)中斷功能； ，單片機(jī)內(nèi) EEPROM 能實(shí)時(shí)保存所需存儲(chǔ)數(shù)據(jù)； ，蜂鳴器可對(duì)各種狀態(tài)方式進(jìn)行提示或報(bào)警； 第 3章 硬件原理電路 圖的設(shè)計(jì)與分析 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)及 I/O 口分布 在本設(shè)計(jì)的自動(dòng)計(jì)數(shù)控制系統(tǒng)中，控制的核心是 STC89C52 單片機(jī)，該單片機(jī)是 51 系列增強(qiáng)型 8 位單片機(jī)， 它提供了 4 個(gè) 8 位的 I/O 口，分別為 P0、 PP P2 和 P3，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，內(nèi)部有 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能， 并且片內(nèi)含有 256 個(gè) RAM 單元以及 8KB 的 ROM 存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和程序的存儲(chǔ) ，便于用電的方式瞬間擦除和改寫(xiě)，其外部晶振一般用，一個(gè)指令周期為 1us。其最小系統(tǒng)主要包括：復(fù)位電路、震蕩電路以及存儲(chǔ) 器選擇模式（ EA 腳的高低電平選擇），電路如下圖 31 所示： 圖 31 單片機(jī)最小系統(tǒng) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 7 為合理利用單片機(jī)的端口資源，并且兼顧程序設(shè)計(jì)的便利，將系統(tǒng)的輸出和輸入端口作如如表 31 所示硬件說(shuō)明。 表 31 STC89C52 主要管腳功能表 單片機(jī)端口 外圍接口電路硬件模塊 液晶顯示集成電路模塊 LED（照明）電路模塊 托布盤(pán) 電機(jī) 調(diào)速 電路模塊 ， 3*8 矩陣按鍵電路模塊 滾布筒電機(jī) 調(diào)速 電路模塊 蜂鳴器電路模塊 限位（滿盤(pán)）開(kāi)關(guān)電路模塊 外部中斷（霍爾）電路模塊 滾布筒 電機(jī) 啟停 電路模塊 拖布盤(pán)電機(jī) 啟停 電路模塊 3*8 矩陣按鍵電路 按鍵是最常用的單片機(jī)輸入設(shè)備，可通過(guò)按鍵輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。常用的鍵盤(pán)接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤(pán)接口。 本系統(tǒng)采用 3*8 矩陣按鍵，電路如圖 32 所示。圖中的三條行線和八條列線可分別接入 — 和 — 的端口，該端口各位都上拉一個(gè) 1k 的上拉電阻。 圖 32 3*8 矩 形按鍵電路圖以及對(duì)應(yīng)的鍵值 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 8 3*8 矩形按鍵在控制面板的效果圖，詳見(jiàn)附錄 4 控制面板布線與效果圖，如圖 33 所示，本系統(tǒng)設(shè)置了 24 個(gè)按鍵，采用查詢方式處理，其功能如下： 圖 33 按鍵效果圖 液晶顯示電路 CS1621 是一種具有微控制器接口，由存儲(chǔ)器映射的 32*4 點(diǎn)陣式 LCD 控制驅(qū)動(dòng)器。電路上電時(shí)清零復(fù)位，通過(guò)命令端進(jìn)行工作狀態(tài)設(shè)置，通過(guò)片選、讀、寫(xiě)、修改操作，按照一一對(duì)應(yīng)的原則，驅(qū)動(dòng) LCD 顯示器。該電路可用于點(diǎn)陣式LCD 顯示驅(qū)動(dòng)，各 SET 端是相互獨(dú)立的， 且容易對(duì) RAM 數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，所以顯示陣內(nèi)容靈活，可隨用戶任意制定，它與單片機(jī)的接口如圖 34 所示。 圖 34 CS1621 液晶驅(qū)動(dòng)芯片接口電路圖 設(shè)定動(dòng)作延時(shí) 確定狀態(tài) 已卷長(zhǎng)度清零 1） 刪除設(shè)定長(zhǎng)度 2） 刪除目前運(yùn)動(dòng)狀態(tài) LED 開(kāi)關(guān) 托布盤(pán)速度加減 托布盤(pán)啟停 滾布筒啟停 滾布筒速度加減 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 9 1） RAM 靜態(tài)顯示存儲(chǔ)器（ RAM）結(jié)構(gòu)為 32x4 位，貯存所顯示的數(shù)據(jù)。 RAM 的內(nèi)容直接映射成 LCD 驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)容。 RAM 中的數(shù)據(jù)可被 READ、 WRITE 和READMODIFYWRITE 命令存取。 RAM 中的內(nèi)容映射至 LCD 的過(guò)程如下圖 35 所示： 圖 35 RAM 映射圖 相對(duì)應(yīng)的本系統(tǒng)所采用 RAM 內(nèi)容如下圖 36 所示： 圖 36 本系統(tǒng)采用 RAM 內(nèi)容圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 10 2） LED 驅(qū)動(dòng)器 CS1621 是一個(gè) 128（ 32X4）點(diǎn)陣 LCD 驅(qū)動(dòng)器，它可以驅(qū)動(dòng) 1/2 或者 1/3 偏置， 4 個(gè) COM 端的 LCD 顯示器，這個(gè)特性使得 CS1621 適合多種 LCD顯示器， LCD 驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘產(chǎn)生于系統(tǒng)時(shí)鐘，不管系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)源于 晶振頻率還是片內(nèi) RC 振蕩器頻率或者外部頻率， LCD 驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的頻率總是 256Hz。 電機(jī)速度電路 滾布筒電機(jī)速度電路 滾布筒電機(jī)在兩個(gè)工作模式下均有可能頻繁啟停與切調(diào)速范圍較大，針對(duì)滾布筒電機(jī)調(diào)速方案選擇變頻調(diào)速，由于變頻調(diào)速技術(shù)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)自制 一個(gè)數(shù)字定位器，通過(guò)數(shù)字定位器來(lái)調(diào)整頻率 .本系統(tǒng)采用自制數(shù)字定位器，給外接的變頻器輸出不同檔位的電阻，通過(guò)變頻器的轉(zhuǎn)換，輸出不同頻率，從而改變電機(jī)的速度。 下面簡(jiǎn)單介紹數(shù)字定位器的工作原理，數(shù)字定位器用于電機(jī)調(diào)速，由單片機(jī)送入 5 個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示的 0~31 速度擋位，通過(guò) 74HC154 處理，輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)光耦截至或者導(dǎo)通，從而輸出與速度檔位相對(duì)應(yīng)的電阻。舉例，如要輸出檔位 1，那么接 74HC154 芯片編號(hào)為 V102 引腳輸出 0，另外引腳輸出為1，那么編號(hào)為 U6 光耦處于導(dǎo)通狀態(tài)，其它光耦均截至，那么輸出 100 歐的電阻，再通過(guò)調(diào)頻器輸出對(duì)應(yīng)頻率控制電機(jī)頻率，以上為自制數(shù)字定位器工作原理舉例說(shuō)明。如圖 37 滾布筒電機(jī)調(diào)速電路圖。 布盤(pán)電機(jī)速度電路 托布盤(pán)電機(jī)調(diào)速與滾布筒電機(jī)調(diào)速相類似，也是采用數(shù)字定位器，通過(guò)外接調(diào)頻器轉(zhuǎn)化，從而輸出不同頻率，最后實(shí)現(xiàn)改變托布盤(pán)電機(jī)的 1~16 檔調(diào)速，如圖 38 托布盤(pán)調(diào)速電路圖所示，托布盤(pán)電機(jī)調(diào)速原理與滾布筒電機(jī)調(diào)速的原理類似，在此不多做介紹。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 11 圖 37 滾布筒電機(jī)調(diào)速電路圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 12 圖 38 托布盤(pán)調(diào)速電路圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 13 霍爾速度傳感器電路 霍爾 速度 傳感器 是一種基于霍爾效應(yīng)的磁電傳感器，由于半導(dǎo)體比金屬有高得多的霍爾系數(shù)，故用半導(dǎo)體制成的霍爾傳感器具有對(duì)磁場(chǎng)敏感度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)。 如圖 39 所示，采用 口外接霍爾速度傳感器，對(duì)已卷長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)數(shù)，相比傳統(tǒng)計(jì)數(shù)方式更加方便可靠 . 123霍爾傳感器VCC(INT0)GND123J3CON31KR1+5C522PF(INT0) 圖 39 霍爾傳感器電路 滿盤(pán)開(kāi)關(guān)電路 如圖 310 所示，本系統(tǒng)采用 外接滿盤(pán)開(kāi)關(guān)（行程開(kāi)關(guān)），當(dāng)滿盤(pán)開(kāi)關(guān)閉合后，系統(tǒng)報(bào)警，可滿足滿 盤(pán)工作設(shè)計(jì)要求。 S2滿盤(pán)開(kāi)關(guān)（行程開(kāi)關(guān)）1KR5VCC 圖 310 滿盤(pán)開(kāi)關(guān)電路 LED 照明電路 如圖 311 為 LED 電路，采用外接 LED，由另外 220V 交流電供電， LED 體積小 ， 耗電量低使用壽命長(zhǎng) ， 在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢?LED 的使用壽命可達(dá) 10萬(wàn)小時(shí) ， 高亮度、低熱量 ， 環(huán)保 LED 是由無(wú)毒的材料作成，可以回收再利用。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 14 10KR21KR4D1DIODEK1D1LED 大燈~(yú)220Q1NPNLED 圖 311 LED 電路 報(bào)警電路 不同的音符，實(shí)質(zhì)就是不同頻率的聲音。通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生不同的頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路，由蜂鳴器發(fā)出。如圖 312所示的報(bào)警電路。 圖 312 報(bào)警電路原理圖 第 4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與分析 主 程序 條帶切割機(jī)的程序流程圖如圖 41 所示。該控制器軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化架構(gòu)，其軟件部分主要包括主程序、按鍵掃描子程序、液晶顯示子程序、中斷服務(wù)程序、自定義字庫(kù)顯示子程序以及 EEPROM 掉電保護(hù)子程序等。當(dāng)接通電源后，芯片開(kāi)始工作，內(nèi)部程序先是初始化，并輸出顯示上一次斷電后已卷長(zhǎng)度、設(shè)定長(zhǎng)度、滾布筒電機(jī)與托布盤(pán)電機(jī)速度檔位以及此時(shí)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。判斷按鍵來(lái)確定是何種工作狀態(tài)。 具體操作為： 系統(tǒng)上電后，進(jìn)入系統(tǒng)初始態(tài)：兩個(gè)電機(jī)停止，照明開(kāi)啟，液晶屏上顯示：“已卷長(zhǎng)度”值以及“設(shè)定長(zhǎng)度”值為上次關(guān)機(jī)時(shí)的數(shù)值， 滾布筒檔位和托布盤(pán)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 15 檔位顯示當(dāng)前處于最低速度檔，液晶屏右側(cè)的機(jī)床狀態(tài)欄顯示：“滾布筒停止” “托布盤(pán)停止”。并對(duì)定時(shí)中斷內(nèi)，掃描按鍵按下情況及獲取鍵值進(jìn)行處理，檢測(cè)滿盤(pán)開(kāi)關(guān)及加工情況，判斷是否進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)更新并顯示結(jié)果。 具體程序： void main() { void allscreendispaly()。 //全屏顯示子程序 void clearscreen(void)。 //清屏子程序 void delaynn(int ms)。 void LCD_init(void)。 //液晶初始化 IT0=1。EX0=1。EA=1。 TMOD=0X10。ET1=1。 TR1=1 TH1=(6553610000)/256。TL1=(6553610000)%256。 。 / /中斷初始化 while(1) { allscreendispaly()。 //液晶顯示 if（ status==0） //初始狀態(tài) else if（ status==1） //設(shè)定編輯狀態(tài) ese if（ status==2） //時(shí)間設(shè)定狀態(tài) else if（ status==3） /已卷長(zhǎng)度等于設(shè)定長(zhǎng)度狀態(tài) else if（ status==4） //滿盤(pán)報(bào)警狀態(tài) } } 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 16 液 晶 、 中 斷 、 系 統(tǒng) 初 始 化 、 讀 取 E E P R O ML C D 顯 示鍵 值 檢 測(cè) 及 處 理Y e sN oN o開(kāi) 始設(shè) 定 長(zhǎng) 度 = ？ 已卷 長(zhǎng) 度滿 盤(pán) 開(kāi) 關(guān) 閉 合 ？蜂 鳴 器 報(bào) 警 、 電 機(jī)暫 停 ； 報(bào) 警 狀 態(tài)L C D 顯 示數(shù) 據(jù) 更 新電 機(jī) 控 制長(zhǎng) 度 設(shè) 置 鍵按 下 ？設(shè) 定 長(zhǎng) 度 狀 態(tài)延 時(shí) 設(shè) 置 鍵按 下 ？設(shè) 定 延 時(shí) 狀 態(tài)滿 盤(pán) 報(bào) 警 狀 態(tài)N oN oN oY e sY e s清 零 鍵 按 下已 卷 長(zhǎng) 度 清 零電 機(jī) 工 作 狀 態(tài)電 機(jī) 停 止 狀 態(tài)刪 除 鍵 按 下 ？電 機(jī) 停 止 狀 態(tài)N oY e sY e sY e s圖 41 條帶切割機(jī)的主程序流程圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 17 3*8 矩形按鍵掃描程序 由于按鍵數(shù)量及狀態(tài)較多，本文采用圖形方法在系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)下說(shuō)明每個(gè)按鍵用途，系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖 42 所示： 清 零確 定 / 清 零延 時(shí)確 定刪 除滾 布 筒 啟 停1 ） 滾 布 筒 啟 停2 ) 刪 除1 ） 當(dāng) “ 設(shè) 定 長(zhǎng) 度 ” = “ 已 卷 長(zhǎng) 度 ”2 ) 滿 盤(pán) 開(kāi) 關(guān) 閉 合1 ） 確 定2 ） 滾 布 筒 啟 停停 機(jī) 狀 態(tài)延 時(shí) 設(shè) 置狀 態(tài)已 卷 長(zhǎng) 度 清 零狀 態(tài)報(bào) 警 狀 態(tài)工 作 狀 態(tài)長(zhǎng) 度 設(shè) 定狀 態(tài)設(shè) 置確 定圖 42 系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 具體操作如下： 系統(tǒng)上電后，處于系統(tǒng)初始狀態(tài) —— 停機(jī)狀態(tài)，可通過(guò)滾布筒、拖布盤(pán)啟停按鍵啟動(dòng)電機(jī)，進(jìn)入工作狀態(tài)。工作狀態(tài)時(shí)按下“刪除”鍵或“電機(jī)啟停”鍵時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入正常停機(jī)狀態(tài)。在停機(jī)或工作狀態(tài)時(shí)可對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。 停機(jī)時(shí)按下“設(shè)置”鍵系統(tǒng)進(jìn)入長(zhǎng)度設(shè)定狀 態(tài)，此時(shí)只響應(yīng)數(shù)字鍵 0~9 和確定鍵。設(shè)置完畢后按下“確定”，進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。按下延時(shí)鍵，進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)，可對(duì)延時(shí)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，此時(shí)只響應(yīng)數(shù)字鍵 0~9 和確定鍵。設(shè)置完畢后按下“確定”，進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。若想要在任意計(jì)數(shù)時(shí)刻重新從 0 開(kāi)始計(jì)數(shù)，依次按下“清零”“確認(rèn)”鍵即可。 工作狀態(tài)時(shí)，如果已切帶的長(zhǎng)度到達(dá)設(shè)定長(zhǎng)度值，系統(tǒng)將進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，電畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 18 機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，只響應(yīng)“確定”和“刪除”按鍵；若想要繼續(xù)下一個(gè)指定同樣長(zhǎng)度的切帶加工，按下“確定”按鍵即可；若需要清除當(dāng)前指定長(zhǎng)度的切帶加工，按下“刪除”按鍵，此時(shí)機(jī)床進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。 或滿盤(pán)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，只響應(yīng)“確定”和“刪除”按鍵；按下 “確定”，滾布筒立即以滿盤(pán)時(shí)的狀態(tài)動(dòng)作；如果不想繼續(xù)原先的狀態(tài)切帶加工，按下“刪除”即可，這時(shí)機(jī)床處于停止?fàn)顟B(tài)。 按 鍵 入 口 P 1 、 P 2 初 始 化 賦 值p r e _ s c a n 1 = s c a n 1 。 p r e _ s c a n 2 = s c a n 2 。f l a g = 1按 鍵 按 下 ？真 的 按 下 ？F l a g 2獲 取 鍵 值按 鍵 出 口檔 位 連 加抬 起 ？f l a g = 0連 加 ？F l a g = 0 ？F l a g = 1 ？f l a g = 2 ?Y e sN oY e sY e sY e sY e sY e sY e sN oN oN oN oN oN o 圖 43 矩形鍵盤(pán)掃描程序流程圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 19 矩形鍵盤(pán)掃描子程序流程圖如圖 43 所示。鍵盤(pán)掃描程序用于完成按鍵的判斷、按鍵的去抖動(dòng)以及按鍵的鍵值處理、存儲(chǔ)，本次設(shè)計(jì)運(yùn)用了線反轉(zhuǎn)法并將掃描程序放入中斷中處理。每隔 10ms 進(jìn)入中斷一次，對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，判斷是否有按鍵按下，若有 flag=1； flag=1 時(shí)進(jìn)入后再次掃描按鍵從而判斷是否真的按下，若真的按下 flag=2,并判斷是哪個(gè)鍵被按下獲取鍵值，進(jìn)入時(shí) flag=2，則判斷按鍵是否抬起，若按鍵沒(méi)有抬起，則需判斷鍵值進(jìn)而判斷是否進(jìn)行連加處理。 具體程