【正文】 8255 的一些控制命令： (1)CS—— 選片信號(hào)，低電平有效，由它啟動(dòng) CPU 與 8255A 之間的通信。 25 (2)RD—— 讀信號(hào)，低電平有效，它控制 8255A 送出數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息至 CPU。 (3)WR—— 寫信號(hào)，低電平有效，它控制把 CPU 的數(shù)據(jù)或命令信號(hào)寫到8255A。 (4)RESH—— 復(fù)位信號(hào)，高電平有效，它清除控制寄存器和置所有端口到輸入方式。 8255A 及外設(shè)的接口電路設(shè)計(jì) （ 1）鍵盤接口設(shè)計(jì) 因考慮本設(shè)計(jì)中的按鍵數(shù)目較多，故采用矩陣方式與計(jì)算機(jī)連接，即將所有按鍵排成 M 行、 N 列，將行數(shù)和列數(shù)通 I/O 接口和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)線相等，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是占用的 I/O 線少，圖示是以 8088CPU 為核心的單片機(jī)的鍵盤接口 76。 8088 的數(shù)據(jù)線通過鎖存器 741S04 及外設(shè)驅(qū)動(dòng)器與鍵盤 的行線相連，鍵盤的列線通過三態(tài)緩沖器與 CPU 相連。 按矩陣方式連接的鍵盤檢測(cè)是否有鍵按下，可用行掃描法。行掃描法的原理是：計(jì)算機(jī)向行線輸出信號(hào)使所有行線置低電平“ 0”并由鎖存器存儲(chǔ)，然后輸入列信號(hào)，若某列有鍵按下，則該引線必為低電平“ 0”。當(dāng) CPU 檢測(cè)到列線中有“ 0”時(shí)，存儲(chǔ)“ 0”線列號(hào)，并延時(shí)一段時(shí)間消除，接著進(jìn)入掃描過程，從 C1 行到 C6 行逐行置 0，每置一行便讀一次列值，并判斷是否有“ 0”，若有“ 0”則存儲(chǔ)行量，根據(jù)行號(hào)可以計(jì)算所按下鍵的編碼值，然后根據(jù)該編碼值查鍵值表，查到后便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的鍵處理程序。我們 用中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行掃描，中斷掃描就是當(dāng)有鍵按下鍵盤接口向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求， CPU 響應(yīng)中斷后，便調(diào)用鍵盤掃描程序，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描識(shí)別處理，在沒有鍵按下時(shí)， CPU 不掃描鍵盤，節(jié)省 CPU 時(shí)間，采用中斷掃描。如圖：圖中采用 8255 作接口芯片，將8255PA 和 PB口編程為基本輸入輸出方式，單片機(jī)先向 8255PA 輸出低電平，這樣當(dāng)有鍵按下時(shí)，與輸出低電平向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。 26 圖 44 鍵盤接口原理圖 （ 2） LED 顯示器接口 在微機(jī)控制系統(tǒng)中， LED 顯示控制方法有兩種：一 種是靜態(tài)顯示控制，一種是動(dòng)態(tài)顯示控制，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示控制，因?yàn)閯?dòng)態(tài)顯示控制硬件電路一般較為簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)控制是采用掃描方式。這種方式各位的段位驅(qū)動(dòng)可分別共用一個(gè)鎖存器。為了防止各位數(shù)碼管同時(shí)顯示一個(gè)字符，需控制顯示位顯示位。需要哪位顯示，便使哪位導(dǎo)通，某位顯示一段時(shí)間后，反復(fù)重上位，計(jì)算機(jī)送另一位要顯示的數(shù)據(jù)，并選通相應(yīng)的顯示位，重復(fù)上述過程，各位數(shù)碼管便輪流顯示，但由于有關(guān)過程，所以如果輪流時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生閃爍，因此需限制間隔時(shí)間，掃描過程可以采用按位掃描和按字段掃描，在顯示器位數(shù)少時(shí)，多采用按位掃描 。 （ 3）步進(jìn)電機(jī)的接口技術(shù) 27 步進(jìn)電機(jī)與微機(jī)的接口包括硬件接口和相應(yīng)的軟件接口，這里只設(shè)計(jì)硬件硬件接口。 微機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口實(shí)際上是微機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的接口，接口電源具有下列功能： ①能將計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)準(zhǔn)確地傳給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。 ②能按步進(jìn)電機(jī)的工作方式產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，這些控制信號(hào)可由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生，并進(jìn)行接口電路送給步進(jìn)電機(jī)。 ③能實(shí)現(xiàn)升、降速控制。 ④能實(shí)現(xiàn)電壓隔離。 ⑤有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，以驅(qū)動(dòng)功率晶體管的通斷。 ⑥能根據(jù)不同形式的驅(qū)動(dòng)電源，提供各種所需的控制信號(hào)。 接口一般由以下幾部分組 成： 本設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)接口選用 8255A 作為接口芯片， 8255A 能實(shí)現(xiàn)可編程并進(jìn)行輸入輸出，并可設(shè)計(jì)擴(kuò)展接口電路來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)與其它外設(shè)，脈沖分配器是驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)必不可少的環(huán)節(jié)，其作用是將控制裝置送來(lái)的一系列指令脈沖進(jìn)行分配。本設(shè)計(jì)使用軟件脈沖分配器，軟件脈沖分配器用軟件編程方法來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電器。脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓高，電流也較大，如果如果將將輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起強(qiáng)電器干擾，所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電 路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光電耦合器。光電耦合器由發(fā)光器件和受光器件組成，當(dāng)輸入信號(hào)加到輸入端時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，激發(fā)發(fā)出紅外光，受光三極管受照射后，由于主敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流，通過輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號(hào)傳輸。輸入端、輸出端在電氣上完全隔離。由于脈沖分配器的輸出功率小，必須將其輸出信號(hào)放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。目前我國(guó)步進(jìn)電機(jī)的功率放大器由廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，只需根據(jù)選用的步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。 28 模擬通道接口設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中 ，檢測(cè)和控制的物理量往往是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，如溫度、壓力、流量等，由于計(jì)算機(jī)加工處理的是數(shù)字量，因此必須將這些模擬量通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D）轉(zhuǎn)換成模擬量，總之計(jì)算機(jī)模擬通道接口的問題，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中占有重要的地位。 （ 1） A/D 轉(zhuǎn)換器 本設(shè)計(jì)采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器是 AD574，它是混合集成的逐次比較 A/D 轉(zhuǎn)換器，它由兩片集成電路進(jìn)行組裝而成，這樣可獲得較高的技術(shù)性能，其中一片為一個(gè) 12 位的 D/ A，另一片集成了逐次比較寄存器、控制電路、時(shí)鐘電路、比較器和總線接口電路。 它有如下幾個(gè)特點(diǎn)： ①三種供電電源， +5V和兩種正負(fù)電源，采用的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為 12V 或 15V。 ②本身自帶時(shí)鐘和參考電壓源。 ③數(shù)據(jù)輸出經(jīng)三態(tài)緩沖，可直接與總線相連。 ④轉(zhuǎn)化時(shí)間 25。 AD574 引腳如下圖： 引腳說(shuō)明： A 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇 A＝ 0時(shí)啟動(dòng) 12 位轉(zhuǎn)換， A＝ 1時(shí)， 8 位轉(zhuǎn)換。 CS：片選信號(hào)，按地址譯碼輸出。 R/C：讀或轉(zhuǎn)換選擇，高電平為讀數(shù)據(jù)，低電平為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 CE：芯片允許信號(hào)。 STS：狀態(tài)輸出。轉(zhuǎn)換進(jìn)行時(shí)為高電平，結(jié)束后為低電平。 D0～ D11 ：數(shù)據(jù)線輸出。 AC 和 DC：模擬器和數(shù)字器。 AD574 啟動(dòng)過程： CS=0， CE=1， R/C=0 時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 12位轉(zhuǎn)換， A＝ 1 時(shí)，啟動(dòng) 8 位轉(zhuǎn)換。 29 圖 45 AD574 引腳圖 表 41 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換與讀數(shù)據(jù)真值表 CE CS R/C 12/8 A 功能 1 0 0 X 0 啟動(dòng) 12 位轉(zhuǎn)換 1 0 0 X 1 啟動(dòng) 8 位轉(zhuǎn)換 1 0 1 高電平 X 允許 12位并行輸出 1 0 1 高電平 0 允許高 8 位數(shù)據(jù)輸出 1 0 1 低電平 1 允許低四位數(shù)據(jù) 輸出 如何讀取 A/D 轉(zhuǎn)換值，由于本設(shè)計(jì)接 8 位數(shù)據(jù)總線，所以需讀兩次，分高8 位和低 4 位，兩次讀出由 A0決定，其它應(yīng)滿足的條件是 CE=1,CS=0,R/C=1 期 30 間， IORC 為低電平，經(jīng)與非門輸出后使 CE=1，由于 I/O 讀操作期間， IORC 為高電平，因而滿足了 R/C=1，讀取低 4位地址，使 A0＝ 1，因此全滿足了讀操作時(shí)序。 （ 2）多模擬開關(guān) 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被測(cè)回路往往有幾路或幾十路，對(duì)這些回路的參數(shù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，常公用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，利用多路開關(guān)輪流切換被測(cè)回路與模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的通道，以達(dá)到分時(shí)檢測(cè)的目的。 本設(shè)計(jì)由于有 6路被測(cè)回路，所以要應(yīng)用模擬開關(guān)，設(shè)計(jì)使用的是 CD4051，這是一個(gè)具有 8通道的雙向模擬開關(guān)， CD4051 可多路輸入 ，又可一線輸入，多線輸出，本設(shè)計(jì)采用多線輸入一線輸出的方式。 CD4051 的引腳圖如下： 圖 46 CD4051 引腳圖 圖中 INH 為片選信號(hào)，低電平有效， C、 B、 A 為通道選擇信號(hào)， COM 為公共端，多路輸入信號(hào) S0～ S7被 C、 B、 A 選中者，由 COM 端輸出。 31 第 5 章 傳感器的選擇及測(cè)量原理 傳感器的選擇及測(cè)量原理 凡接受外界刺激能產(chǎn)生輸出信號(hào)，即可定義為傳感器。傳感器就是用來(lái)對(duì)所測(cè)的量產(chǎn)生響應(yīng)并提供可用的電信號(hào)器件，即把輸入信號(hào)變成不同形式的輸出信號(hào)的裝置。最簡(jiǎn)單也是應(yīng)用最廣泛的是位置傳感器， 位置傳感器的檢測(cè)方式有接觸式和非接觸式兩種。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，選用非接觸測(cè)量方式，并使用電容式傳感器，傳感器如圖所示： 圖 51 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 本傳感器的工作原理式以被測(cè)連桿圓孔為一極板，另一極板在傳感器上，當(dāng)傳感器在側(cè)頭的帶動(dòng)下伸入孔內(nèi)時(shí)，由于孔的平行度存在誤差，必然會(huì)引起傳感器上的極板和孔的內(nèi)壁之間的距離的變化，從而引起傳感器電容兩極板之間電壓的變化。傳感器將這些變化引入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)這些變化進(jìn)行處理， 32 即可求出傳感器極板與圓孔之間的距離。 連桿平行度誤差分析與計(jì)算 當(dāng)測(cè)頭進(jìn) 入連桿中心孔時(shí)，測(cè)頭上的三套傳感器能自動(dòng)檢測(cè)與孔壁之間的距離，即為 y1， y2， y3。 ? ?23c os2 1 yyx ??? ? 如圖所示。根據(jù)圓與直線交點(diǎn)的關(guān)系得出偏心量 x? ， y? 。 ? ? ? ?? ?3212s i n12 1 yyyy ????? ? 其中 ?30?? 則 ? ? yyx ??? ? ?? ?32123 2 yyyy ???? y1， y2， y3由檢測(cè)器輸出電壓的變 化來(lái)求得，當(dāng)測(cè)頭向前移動(dòng) L時(shí)，再次測(cè)得 y1′， y2′， y3′。 ? ?????? 231 5 7 yyx ? ?? ???????? 3211 23 2 yyyy 則以第一個(gè)所測(cè)得的圓面位 X， Y平面建立空間直角坐標(biāo)系，如圖所示。則兩點(diǎn)的中心線即可近似為中心孔的軸線。直線方程為 LZyy yyxx xx ???? ?????? ?? 11 同 理 ， 因 兩 孔 為 同 時(shí) 測(cè) 量 ， 則 另 一 孔 也 會(huì) 同 樣 通 過 兩 點(diǎn) A ′（ x′ , y? ′ , z? ′） , 33 B′ (x1′ , 1y? ′ ,L)，則另一條軸線的方程為 LZyy yyxx xx ?????? ????????? ??? 11 則兩條直線在空間的夾角為： ? ?? ? ? ?? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? 21121121111???????????????????????????????????????yyyyxxxxLyyyyxxxxa r c t g? 而根據(jù)所要求的平行度所夾的最大角為 Larctg ??? 如所測(cè)得的角 ???? 則連桿為合格品，否則為不合格品。 34 第 6 章 經(jīng)濟(jì)性分析 連桿平行度測(cè)量?jī)x是專門用來(lái)檢測(cè)連桿平行度的檢測(cè)設(shè)備，它避免了手工檢測(cè)可能帶來(lái)的人 為因素導(dǎo)致的誤差，極大地提高了檢測(cè)精度，同時(shí)也提高了檢測(cè)的效率。在我國(guó)汽車及相關(guān)零部件快速發(fā)展的今天，它一定會(huì)受到廣大汽車行業(yè)的歡迎。 目前開發(fā)研制成功的連桿綜合檢測(cè)儀器，將先進(jìn)的傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、誤差處理技術(shù)及控制技術(shù)融入到整臺(tái)設(shè)備中，利用比較測(cè)量的方法對(duì)連桿主要參數(shù)進(jìn)行綜合測(cè)量，與傳統(tǒng)的利用三座標(biāo)測(cè)量機(jī)的方法相比，測(cè)量效率高、精度高、成本低，是企業(yè)用來(lái)對(duì)連桿的產(chǎn)品質(zhì)量控制、委外產(chǎn)品驗(yàn)收、工序間檢查的理想測(cè)試設(shè)備。 它的作用還體現(xiàn)在報(bào)廢連桿的修復(fù)上，它不但能提示零件是否合格，還能將檢測(cè)結(jié)果顯示出來(lái)，供 我們參考，以便我們采取相應(yīng)措施提高產(chǎn)品的合格率。 35 總結(jié) 經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不但鞏固了這四年學(xué)習(xí)的知識(shí)，還學(xué)到了很多新的東西。知道了自己的不足，也知道了自己的一些優(yōu)點(diǎn)。從這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我收獲不少，更讓我高興的是我又一次系統(tǒng)的總結(jié)大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，學(xué)會(huì)了如何去解決問題，嘗到了解決問題的樂趣。 剛開始和楊老師見面定題目的時(shí)候，感覺自己什么都不知道，突然有些手足無(wú)措?？赡苁堑谝淮蔚木壒剩睦镉行┚o張。等我全身心的投入設(shè)計(jì)當(dāng)中，經(jīng)過老師的指導(dǎo)和查閱大量的資料，我知道了設(shè)計(jì)的一般過程，同時(shí) 也大致了解了我設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。這時(shí)心情才放輕松下來(lái)。 我要設(shè)計(jì)的是一臺(tái)連桿平行度測(cè)量?jī)x，將它的每一個(gè)零件的立體造型都畫出來(lái)，并進(jìn)行裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。這個(gè)題目涉及的內(nèi)容很廣，包括機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我主要設(shè)計(jì)的是機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)又涵蓋了液壓部分、電機(jī)部分，還有一些傳動(dòng)和檢測(cè)的知識(shí)。我的工作量比其他同學(xué)的要多一點(diǎn)，所以我很早就開始設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中我查閱了很多資料，光運(yùn)動(dòng)仿真相關(guān)書籍就不下十本。設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題，也學(xué)到了很多東西。也使我明白了一個(gè)道理：有些事只有自己親自去做才能真得學(xué)到東西。我用的 三維造型和運(yùn)動(dòng)仿真軟件是美國(guó) PTC 公司 Pro／ ENGINEER，它是一個(gè)相當(dāng)強(qiáng)大的軟件。利用該軟件，不但可建立零件模型，還可輕松建立部件、整機(jī)的裝配模型，還可對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上預(yù)先進(jìn)行動(dòng)態(tài)、靜態(tài)分析，裝配干涉檢驗(yàn)，甚至進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，不僅快速高效，而且天衣無(wú)縫，一次成功。 經(jīng)過了無(wú)數(shù)次的修改，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在想想設(shè)計(jì)過程中的困難也不算什么，因?yàn)橹挥邪l(fā)現(xiàn)問題才能解決問題。經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的收獲很多，將理論和實(shí)踐聯(lián)系了起來(lái)，提高了自己解決實(shí)際問