电缆盘装设计_副本

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1、摘 要电缆盘装定长控制装置的设计是基于AT89C51单片机进行设计的定长控制器,操作直观简单,可以配套使用并控制相应的电机,广泛应用于各种电缆生产需要定长控制的机械。电缆盘装定长控制装置由信号采集调理部分、数码管显示部分、电机控制部分以及键盘输入部分组成。控制器在执行过程中由信号采集调理部分将信号即脉冲传输到单片机中,单片机通过预定的程序对电机及切割部分进行控制；键盘输入部分通过键盘的按钮对电缆的长度进行设置,设定值可随时手动在数码管上显示。数据采集通道中采用V/F转换器,具有转换精度高、抗工频干扰能力强、易于实现光电隔离以及价格低廉等特点,合理确定外围元件的参数是保证数据采集精度的关键。本电

2、缆盘装定长控制装置控制准确、结构简单、使用方便、适用围很广。关键词：单片机,传感器,电缆定长控制,MAX7219AbstractCable tray fixed length control device design is a fixed-length controller, based on AT89C51 microcontroller. the design is intuitive simple, supporting the use and control the corresponding motor, widely applied in all kinds of cable p

3、roduction need to set the long control machine. Cable tray fixed length control device design is madeup of signal acquisition regulate part, digital tube display section, motor control parts and keyboard input parts. Controller during the implementation by signal acquisition regulate part will signa

4、l that is transmitted to the single chip microcomputer pulse, microcontroller through the scheduled program on motor and cutting parts of control; Keyboard input part through the keyboard buttons on the length of cable setting, set data may at any time in the digital display on the manual. Data acqu

5、isition channel, the V/F converter, has high precision, strong ability to resistance to convert power frequency interference; easy to realize the photoelectric isolation and low price and other characteristics, reasonably determine the parameters of the peripheral components is to ensure the accurac

6、y of the key data collection. The cable tray fixed length control device design is accurate, of simple structure, and easy to use for a wide range.Keywords:microcontroller,sensor, cable fixed-length control, MAX721942 / 48目 录摘要.绪论.1第1章 总体方案的设计.31.1 硬件组成.31.2 总体方案.3第2章 系统硬件设计.52.1 单片机最小系统.52.2 光电传感器及

7、信号调理电路.62.3 数码管显示电路.62.4 执行电路.102.5 键盘电路.122.6 电源转换电路.14第3章 系统软件设计.163.1 主程序设计.163.2 中断服务程序设计.173.3 部分主要子程序的设计.18第4章 系统稳定性设计.19第5章 展望.21致.22参考文献.23附录.24附录 系统程序.24附录 系统硬件原理图.38附录 元件清单.39绪论20世纪科学技术是第一生产力,是一个国家综合国力的重要指标之一。科技的日新月异使人们对产品的要求也越来越高。智能化、自动化程度不断提高给人们的生活带来极大的方便。随着智能化技术的推广、传播,随着科研单位、企业、学校及大家的不断

8、参与和推进,智能化技术将会在各个领域开花结果,最终使我们大量的管理劳动让计算机软件来完成,使智能化产品的质量和工业化产品的质量不断更新,基于单片机的智能控制系统也越来越受人们青睐。电线电缆用以传输电能,信息和实现电磁能转换的线材产品。广义的电线电缆亦简称为电缆。狭义的电缆是指绝缘电缆。电线电缆行业产品种类众多,应用围十分广泛,涉及到电力、建筑、通信、制造等行业,与国民经济的各个部门都密切相关。电线电缆还被称为国民经济的动脉与神经,是输送电能、传递信息和制造各种电机、仪器、仪表,实现电磁能量转换所不可缺少的基础性器材,是未来电气化、信息化 社会中必要的基础产品。尤其像中国这样的快速发展中国家,基

9、础建设以及配套设施建设的庞大需求不言而喻。随着中国经济持续快速的增长,为线缆产品提供了巨大的市场空间,中国市场强烈的诱惑力,使得世界都把目光聚焦于中国市场,在改革开放短短的几十年,中国线缆制造业所形成的庞大生产能力让世界刮目相看。伴随着中国电线电缆行业高速发展,新增企业数量不断上升,行业整体技术水平得到大幅提高,也吸引了为数不少的外资进驻中国。电线电缆行业虽然只是一个配套行业,却占据着中国电工行业1/4的产值。它产品种类众多,应用围十分广泛,涉及到电力、建筑、通信、制造等行业,与国民经济的各个部门都密切相关。电线电缆还被称为国民经济的动脉与神经,是输送电能、传递信息和制造各种电机、仪器、仪表,

10、实现电磁能量转换所不可缺少的基础性器材,是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。随着欧盟颁布ROHS指令,生态环保电线电缆的研发和大规模采用已成为国际趋势。目前国外阻燃、防火电缆应用已扩大到很多领域,如矿用、通用橡套电缆、电梯电缆、家用电器用线缆均有不同程度阻燃要求。电线电缆行业是中国仅次于汽车行业的第二大行业,产品品种满足率和国市场占有率均超过90%。 在世界围,中国电线电缆总产值已超过美国,成为世界上第一大电线电缆生产国。伴随着中国电线电缆行业高速发展,新增企业数量不断上升,行业整体技术水平得到大幅提高。电缆是应用广泛的电力产品,为了节省材料,降低成本,方便而精确地测量和切割,大多数厂家

11、会引进电缆盘装定长控制装置。本电缆盘装定长控制装置的设计是基于AT89C51单片机进行设计的定长控制器,操作直观简单,可以配套使用并控制相应的电机。电缆定长控制装置由信号采集调理部分、数码管显示部分、电机控制部分以及键盘输入部分组成。控制器在执行过程中由信号采集调理部分将信号即脉冲传输到单片机中,单片机通过预定的程序对电机及切割部分进行控制；键盘输入部分通过键盘的按钮对电缆的长度进行设置,设定值可随时手动并在数码管上显示。电缆定长控制器控制准确、结构简单、使用方便、适用围广。本设计共分为5章,第1章为总体方案的设计,第2章为系统硬件电路设计,第3章为系统软件设计,第4章为系统稳定性设计,第5章

12、展望。由于自身水平有限,本设计一定存在不足或不妥之处,衷心希望得到各位老师和同学们的批评和指正。第1章 总体方案的设计 本电缆盘装定长控制装置的设计以经济实用,控制精确,结构简便,使用方便、灵活为原则,以AT89C51单片机最小系统为控制中心,操作直观简单,可以配套使用并控制相应的电机。1.1 硬件组成按照电缆生产工艺对控制系统的技术要求, 控制系统的硬件应包括以下几部 分： 1控制部分：控制部分作为电缆定长控制器的核心,本设计中采用AT89C51微型控制器最小系统完成,在定长控制器工作的过程中控制部分通过信号采集调理部分采集信号,并与部程序存储器中的值进行比较,按照预定的程序控制电机的转停及

13、电缆是否被切断；同时控制部分还控制键盘的输入及数码管的动态显示。2信号采集调理部分：通过光电传感器将电机主轴的转动圈数转化为脉冲数,经过信号调理本系统中主要是放大将信号调整为控制部分可以识别的脉冲信号。 3显示部分：通过MAX7219驱动8位LED数码管显示,与单片机的接口只需3根线,带BCD译码器,及显示测试、移位、锁存器等,输出电流达40mA,外围只需一只亮度调整电阻。4执行部分：通过部程序、继电器或三极管控制电机的转或停。 5输入部分：通过独立键盘对电缆要求长度进行实时控制和随时显示设定值操作。6检测部分：电机或工作剪运行时,相应的运行指示灯亮；自动循环操作时当工作剪运行超过10秒,故障

14、指示灯亮。1.2 总体方案如图1.2所示,系统通过光电传感器采集电机转动情况的信号,当电机转动 一圈时会产生一个单脉冲,脉冲经放大被送到单片机外部中断引脚引起中断,单片机每执行一次中断,数码管显示单片机的P2口输出数据,通过MAX7219驱动8位LED数码管显示值会加1,当数码管显示长度值与设定的长度数值一致时,单片机会控制电机停转,同时通过控制电磁继电器或三极管 启动工作剪剪断电缆。如果运行键未断开,延时一段时间后电机将再次启动,进入下一个循环。电机的速度和电缆的长度通过独立键盘设定,在键盘上有七个按键,分别是S1-S7,其中S3是设置键,S1是加1键,S2是减1键,S4是手动驱动剪刀键,S

15、5是模拟外部信号键,S6是手动停止剪刀键,S7是归零键。程序默认设定初值为0000。图 1.1 硬件系统框架图第2章 系统硬件设计硬件电路以AT89C51单片机最小系统为控制核心部件,外加光电传感器及信号调理电路、数码管显示电路、执行电路、键盘电路及电源转换电路组成。2.1 单片机最小系统本系统中用单片机最小系统作为,这里采用Atmel公司AT89C51 单片机,该单片机以其推出时间早、配套资源丰富、开发手段完善、性价比高等特点而得到了广泛的应用,是单片机的主流品种。 AT89C51的部资源主要包括： 与MCS-51 系列完全兼容的高性能8位CPU； 4K字节可重复编程的Flash存储器；12

16、8字节SRAM； 4个8 位的并行口,共32条I/O口线；2个16位的定时器/计数器； 5个中断源,2个中断优先级的中断系统； 一个全双工的串行口； 部振荡器。 这里采用的最小体统包括单片机电源电路,时钟电路,复位电路,片外程序选择电路。如图 2.1 所示：图 2.1 单片机最小系统2.2 光电传感器及信号调理电路光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,

17、光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 本系统中将光电传感器转在电机主轴上,电机主轴每转动一圈,光路将会被 打断一次,从而产生一个脉冲信号,然后吧脉冲信号通过反向放大器放大后送到 单片机的外部中断INT0,向CPU申请中断,如图 2.2 所示：图 2.2 信号采集电路2.3数码管显示电路数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出 我们要的数字,因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动。静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O 端口多,实际应用

18、时必须增加译码驱动器进行驱动,增加了硬件电路的复杂性。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通COM端电路的控制,通过分时轮流控制各个数码管的的COM端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。只要扫描的速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是一样的,能够节省

19、大量的 I/O 端口,而且功耗更低本系统中采用单片机的P2口输出数据。MAX7219是一种串入、并出的共阴极LED数码管显示驱动器,每片可驱动8位LED数码管显示,与单片机的接口只需3根线,带BCD译码器,及显示测试、移位、锁存器等,输出电流达40mA,外围只需一只亮度调整电阻,MAX7219和单片计算机连接有三条引线DIN、CLK、LOAD,采用16位数据串行移位接收方式。即单片机将16 位二进制数逐位发送到DIN 端,在CLK上升沿到来前准备就绪,CLK 的每个上升沿将一位数据移入MAX7219移位寄存器当16位数据移入完,在LOAD引脚信号上升沿将16位数据装入MAX7219的相应位置,

20、在MAX7219部硬件动态扫描显示控制电路作用下实现动态显示。其引脚图如下：图 2.3 MAX7219引脚图1、 引脚功能说明DIN：串行数据输入端,CLK的上升沿时数据被载入部16位移位寄存器中CLK：串行时钟输入端,最高工作频率可达10MHzLOAD：片选端,低电平接收DIN端的数据,高电平时数据被所存DIG07：LED的位控制端ADP：LED的端控制端DOUT： 串行数据输出端,用于芯片的级联ISET：硬件亮度调整端,在该引脚与VCC之间跨接一个电阻,LED的亮度即可通过该电阻来调节,流过LED的段驱动平均电流为流过此电阻电流的100倍,此电阻值围为：1080K之间。2、 部寄存器说明a

21、) 译码方式选择寄存器 地址：09H赋值：FFH 表示使用MAX7219部的BCD译码器 00H 表示不使用MAX7219部的BCD译码器b) 亮度调节寄存器 地址：0AH赋值：00H0FH 可改变MAX7219所驱动的LED的亮度,其变化围在1/3231/32之间c) 扫描位数设定寄存器 地址：0BH赋值：00H 所有位不显示 01H07H 依次对应于18位及前面位全部显示即需显示的位应为1d) 待机模式开关寄存器 地址：0CH赋值：00H LED全灭 01H LED正常显示e) 显示器测试寄存器 地址：0FH赋值：00H LED为正常显示状态 01H LED测试状态,即LED全亮f) 8位

22、LED显示数据寄存器 地址：01H08H对这些寄存器赋值即需显示的容,就会在对应的18位LED数码管上显示出来3、 使用注意事项由于电源中杂波或附近的电磁等干扰信号,使MAX7219在上电后不显示或乱显示；为了消除这种现象应在MAX7219的VCC端与地之间接一只104pf的瓷片电容,在LOAD端于地之间接一只10K的电阻。最好还在电源与MAX7219的VCC端之间串一只去高频的电感。而在电源方面,最好使用变压器供电,而不要用开关电源供电。加在DIN引脚上的串行数据必须在LOAD脚为低电平时,以每2字节一次,在SCK脚信号的每个上升沿移入1位数据,且高位在前低位在后,然后在LOAD信号的上升沿

23、MAX7219所存数据。LED数码管引脚图如下：图 2.4 LED数码管引脚图LED数码管显示原理图如下：图2.5LED数码管显示原理图2.4 执行电路执行电路有工作剪电路与步进电机电路组成。工作剪电路用来切割电线电缆,步进电机电路用于收放电线电缆。2.4.1工作剪电路电磁继电器一般由电磁铁,衔铁,弹簧片,触点等组成的,其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。电磁继电器还可以实现远距离控制和自 动化控制。只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯, 从而带动衔铁的动触点与静触点常开触点吸合。当线圈断

24、电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静 触点常闭触点释放。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的常开、常闭触点,可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为常开触点,处于接通状态的静触点称为常闭触点。在数字电路中,三极管是作为一个开关来使用的,它不允许工作在放大状态,而只能工作在饱和导通状态又称饱和状态或截止状态。 截止：当输入UI=UIL=0.3V时,基、射极间的电压Ube小于其门限电压Uth 三级管截止,为了使三极管能可靠截止,应使发射结处于反偏,因此,三极管的可靠截止条件为: Ube=0V。三极管

25、截止时,E、B、C三个极互为开路。 饱和：当输入UI=UIh 时,使三极管工作在临界饱和状态,C、B、E为连通状态。本系统过电磁继电器三极管工作剪的工作状态,电路如图 2.4 所示 ：图 2.6 工作剪仿真电路2.4.2步进电机电路步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件,它广泛应用于工业机械 的数字控制,为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优根据控制系统功能要求及步进电机应用环境,确定了设计系统硬件和软件的功能划分,本系统采用基于AT89C51单片机的四相步进电机的开环控制系统。1.四相步进电机的工作原理 该设计采用了20BY-0型步进电机,该电机为四相步进电机,采用单极性直流

26、电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机转动。当某一相绕组通电时,对应的磁极产生磁场,并与转子形成磁路,这时,如果定子和转子的小齿没有对齐,在磁场的作用下,由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点,则转子将转动一定的角度,使转子与定子的齿相互对齐,由此可见,错齿是促使电机旋转的原因。 2.步进电机的静态指标及术语 相数：产生不同队 N、S 磁场的激磁线圈对数,常用 m 表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数, 以四相电机为例,有四相四拍运行方式即 ABCDA, 四相八拍运行方式即 AABBBCCCDDDAA。 步距角：对应一

27、个脉冲信号,电机转子转过的角位移用表示。以常规二、四相,转子齿角为 50 齿角电机为例。四相运行时步距角为=360度/50*4=1.8 度,八拍运行时步距角为=360 度/50*8=0.9 度。 定位转矩：电机在不通电的状态下,电机转子自身的锁定力矩由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的。 静转矩：电机在额定静态作业下,电机不做旋转运动时,电机转轴的锁定 力矩。此力矩是衡量电机体积的标准,与驱动电压及驱动电源等无关。虽然 静态转矩与电磁激磁匝数成正比,与定子和转子间的气隙有关。但过分采用减小气隙,增加励磁匝数来提高静转矩是不可取的,这样会造成电机的发热及机械噪音。 3. 四相步进电机的脉冲分配规律

28、 目前,对步进电机的控制主要有分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形 脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计利用单片机进行控制,主要是利用软件进行环形脉冲分配。四相步进电机的工作方式为四相单四拍,双四 拍和四相八拍工作的方式。本设计的电机工作方式为四相单四拍,根据步进电机的工作的时序和波形图,总结出其工作方式为四相单四拍时的脉冲分配规律,四相双四拍的脉冲分配规律,在每一种工作方式中,脉冲的频率越高,其转速就越快,但脉冲频率高到一定程度,步进电机跟不上频率的变化后电机会出现失步现象,所以脉冲频率一定要控制在步进电机允许的围。步进电机的四相绕组用 P1口的P1.0P1.3控制,由P1口驱

29、动能力不够,因而用一片ULN2803增加驱动能力。步进电机电路如图所示：图 2.7步进电机驱动电路原理图2.5 键盘电路单片机应用系统中的键盘接口电路一般有两种方式：行列式键盘和独立式键盘。前者适用于需要按键数量较多的场合,后者适用于需要按键数量较少的场合。 本系统中采用的独立键盘,是用来对电缆的长度进行设定的,同时键盘也可 以调整数码管显示值和设定值之间的相互切换。如图3.5所示,在键盘上有七个键,分别是S1-S7,其中S3是设置键,S1是加1键,S2是减1键,S4是手动驱动剪刀键,S5是模拟外部信号键,S6是手动停止剪刀键,S7是归零键。程序默认设定初值为00000000。 设置键S3未按

30、下时,显示外部模拟长度信号d的值。该状态下程序禁止定时器中断1且开启外部中断INT0和定时器中断T0,若速度值不为零步进电机运转。此时若为自动操作状态同时进行设定转换长度m与外部模拟长度信号d的比较,如果d=m,关闭外部中断INT0和定时器中断T0,打开定时器中断T1,步进电机停止,工作剪运转。完成切割后需在10秒手动停止工作剪,否则故障信号灯亮。设置键S3按下一次时,调用显示speed子函数,此时显示器上显示speed字符。设置键S3按下两次时,调用设置速度函数并显示设定速度的大小,但显示的速度值不是真实的速度值而是与速度呈负相关,此时可通过S1、S2进行数据的加减,S1每按下一次数据在原来

31、的基础上加1,S2每按下一次数据在原来的基础上减1。设置键S3按下三次时,调用显示long子函数,此时显示器上显示long字符。设置键S3按下四次时,调用设置长度函数并显示设定长度m的大小并在显示器上显示, 此时也可通过S1、S2进行长度数据的加减操作。设置键S3按下五次时,通过程序使y=0,实现循环。自动操作状态与手动操作状态可通过自动与手动切换按键选择,本系统还可通过正转与反转切换键实现正反转控制,归零键S7实现相关数据清零,通过启动/停止按键在任何时刻都可实现步进电机的运行与停止。图 2.8 键盘电路2.6 电源转换电路1. 电路实现功能该电路输入家用220v交流电,经过全桥整流,稳压后

32、输出稳定的5v直流电。2. 特点方便实用,输出电压稳定,最大输出电流为1A,电路能带动一定的负载。3. 电路工作原理图 2.9 电源电路工作原理图从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路发生短路,保险的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。 变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路,整流后就得到一个电压波动很大的直流电源,所以在这里接一个330uF/25V的电解电容。 变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波,在电容C1两端大约会有11V多一点的电压,假如从电容两端直接接一个负载,当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化,因此要

33、得到一个比较稳定的电压,在这里接一个三端稳压器的元件。 三端稳压器是一种集成电路元件,部由一些三极管和电阻等构成,在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件,当负载电流大时三端稳压器的电阻自动变小,而当负载电流变小时三端稳压器的电阻又会自动变大,这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。因为我们要输出5V的电压,所以选用7805,7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A的电流,部有限流式短路保护,短时间,例如几秒钟的时间,输出端对地2脚短路并不会使7805烧坏,当然如果时间很长就不好说了,这跟散热条件有很大的关系,虽然7805最大电流是一安培,但实际

34、使用一般不要超过500mA,否则会发热很大,容易烧坏。一般负载电有200mA以上时需要散热片。 三端稳压器后面接一个105的电容,这个电容有滤波和阻尼作用。 最后在C2两端接一个输出电源的插针,可用于与其它用电器连接。比如MP3等。 第3章 系统软件设计系统软件用C语言编写,分为主程序、中断服务程序和子程序三部分。3.1 主程序设计主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序,主程序主要完成系统的初始 化、扫描显示、扫描键盘等工作。本系统上电或复位时,根据有没有按键按下以及有键按下时按下的次数,分为自动操作状态与手动操作状态。手动操作时,可通过相应的按键手动停止与启动步进电机或工作剪,各按键的作用

35、在前面键盘电路中已说明。自动操作状态具体情况如下：1.设置键S3未按下即y=0时,显示外部模拟长度信号d的值。该状态下程序禁止定时器中断T1且开启外部中断INT0和定时器中断T0,若速度值不为零步进电机运转。此时若为自动操作状态同时进行设定转换长度m与外部模拟长度信号d的比较,如果d=m,关闭外部中断INT0和定时器中断T0,打开定时器中断T1,步进电机停止,工作剪运转。完成切割后需在10秒手动停止工作剪,否则故障信号灯亮。2.设置键S3按下一次即y=1时,调用显示speed子函数,此时显示器上显示speed字符。3.设置键S3按下两次即y=2时,调用设置速度函数并显示设定速度的大小,但显示的

36、速度值不是真实的速度值而是与速度呈负相关。4.设置键S3按下三次即y=3时,调用显示long子函数,此时显示器上显示long字符。5.设置键S3按下四次即y=4时,调用设置长度函数并显示设定长度m的大小并在显示器上显示。6.设置键S3按下五次即y=5时,通过程序使y=0,实现循环。自动操作状态与手动操作状态可通过自动与手动切换按键选择,本系统还可通过正转与反转切换键实现正反转控制,归零键S7实现相关数据清零。自动操作程序流程图如图3.1所示。图 3.1 自动操作程序流程图 3.2 中断服务程序设计本系统中断用外部中断INT0、定时器中断T0和定时器中断T1三个中断程序完成,初始化后主程序就等待

37、中断请求,中断服务程序流程图如图3.2所示。当中断总开关EA=1,外部中断INT0允许/禁止EX0=1时,开启外部中断INT0,然后判断定时器运行控制位TR0是否为1,如果TR0=1,开启定时器中断T0;如果TR0不为1,判断TR1是否为1,如果TR1=1,开启定时器中断T1；如果TR1不为1,进行下一次循环。如图3.2所示：图 3.2 中断服务程序流程图3.3 部分主要子程序的设计系统主要子程序包括初始化子程序、延时子程序、数码管显示子程序、按键处理子程序、设置步进电机速度子程序、设置长度子程序、执行子程序。 1初始化子程序的设计：主要完成对系统程序全局变量的定义。2延时子程序的设计：通过软

38、件实现毫秒延时。3数码管显示子程序：包括MAX7219初始化程序、MAX7219数据读写程序。4按键处理子程序的设计：通过延时实现按键消抖。5执行子程序：通过外部中断INT0实现传感器脉冲信号与实际长度值得转换,通过定时器中断T0实现步进电机连续运转以及正反转控制,通过定时器中断T1实现自动循环及故障检测,通过控制P0.7口的高低电平来控制工作剪的停止与运行。 以上程序设计详见附录1。第4章 系统稳定性设计系统稳定性是系统在扰动作用消除后系统恢复本身的一种能力。为了提高系统的稳定性与精确性,我们在信号采集与调理部分引入AD620放大器和u/f变换电路；在检测部分装有运行指示灯和故障信号指示灯。

39、检测电路前面已介绍,下面说明放大电路和u/f变换电路的原理与作用。放大电路AD620放大器已经成为工业标准的高性能、低成本的仪表放大器。AD620是一种完整的单片仪表放大器,提供8引脚DIP 和SOIC 两种封装。用户使用一只外部电阻器可以设置从1到1000任何要求的增益。按照设计要求,增益10和100需要的电阻值是标准的1%金属膜电阻值。AD620是传统AD524仪表放大器的第二代产品并且包含一个改进的传统三运放电路。经过激光微调的片薄膜电阻器R1和R2,允许用户仅使用一只外部电阻器便可将增益精确设置到100,最大误差在0.3%之。单片结构和激光晶圆微调允许电路元器件的精密匹配和跟踪。图 4

40、.1 AD620电路原理图如图,Q1和Q2构成的前置放大器级提供附加的增益前端。通过Q1-A1-R1环路和Q2-A2-R2环路反馈使通过输入器件Q1和Q2的集电极电流保持恒定,由此使输入电压加在外部增益设置电阻器RG的两端。这就产生一个从输入到A1/A2 输出的差分增益G,G = /RG1。单元增益减法器A3消除了任何共模信号,并产生一个相对于REF引脚电位的单端输出。RG的值还决定前置放大器级的跨导。为了提供增益而减小RG时,前置放大器级的跨导逐渐增加到相应输入三极管的跨导。这有两个主要优点。1、 随着设置增益增加,开环增益也随着增加,从而降低了增益相对误差。2、 由C1,C2 和前置放大器

41、跨导决定的增益带宽乘积随着设置的增益一起增加,因而优化了放大器的频率响应。电压/频率变换电路 电压/频率变换电路简称为u/f变换电路或u/f变换器,集成的u/f变换器在电子技术、自动控制、数字仪表、通信设各、调频、锁相和模数变换等许多领域得到了广泛的应用。因为u/f变换器不需要同步时钟,所以在与微机连接时电路简单。变换电路的输人电压根据应用的要求,可以是直流或近似直流的电压,也可以选用正弦波、方波、三角波、锯齿波、矩形脉冲等作为控制信号。变换电路的输出波形可以是正弦波、三角波、锯齿波、矩形波等。如果u/f变换电路输出波形是对称的,如正弦波、三角波、方波等,这种电路称为压控振荡器vco,如果输出

42、波形是不对称的,则为u/f变换器。u/f变换器和有模块式结构和单片集成式两种。典型的变换方法有4种：积分恢复型、电压反馈型、交替积分型和恒流开关型。单片集成的u/f变换器常采用恒流开关型,通常都是可逆的,既可作为u/f使用,也可作为f/u使用,具有体积小、成本低的优点,但是外围元件较多,精度稍差些。模块式变换器一般做成不可逆的专用变换器,通常将u/f和f/u设计成两种独立的模块。其优点是外围元仵少,一般只有调零和调满刻度的元件在集成块的外面。本系统采用vfc100同步型u/f变换器。模拟电压变化转变成频率变换以后,其抗干扰的能力增强了,因此尤其适用于遥控系统、干扰较大的场合和远距离传输等方面。

43、图 4.2 u/f变换器原理图第5章 展望MCU 具有体积小、重量轻、价格低廉、方便灵活等特点,应用于自动控制系统中可以有效降低系统的成本。针对不同工业现场的情况,采取相应的抗干扰措施可以在环境恶劣的工业现场可靠地运行。数据采集通道中采用 u/f 转换器,具有转换精度高、抗工频干扰能力强、易于实现光电隔离以及价格低廉等特点,合理确定外围元件的参数是保证数据采集精度的关键。借鉴人工控制的经验,通过大量试验得到物料落差在不同情况下的实际重量,根据物料的重量结合PLD系列砼配料机的具体型号可以在砼配料生产过程中对物料的落差进行较为准确的预测,从而构建出用于落差修正的查询表。经过几个星期的努力,在本组

44、同学的齐心合作下使得本设计顺利完成,通过这次课程设计,使自己的知识水平有了显著的提高,并学会了如何将自己所学的运用于实践之中,本系统所涉及的东西几乎涵盖了大学所学的各个方面的知识,如电力电子技术、电路原理、程序设计基础、检测与转换、单片机原理及应用等,可以说,没有大学前三年的系统学习本设计几乎是不可能完成的,尽管下半年就将毕业,但是学习却是终身受益的事情,只有不断学习才能不断进步,只有不断的将所学运用于实践,才能检验出所学是否正确,自己是否真的掌握。由于自身知识水平有限本系统还有很多有待提高之处,这需要在以后的学习中完善自己的知识不断提高专业水平。通过本次课程设计,我们学会了把书本上的理论知识

45、如何运用到实践中,让所学的知识得到了融会贯通。在今后的工作和学习中,我们也将不断努力、创新,时刻保持积极进取和求真务实的心态,认真负责地对待每一份工作！致在本次课程计完成之际,首先要感我组的指导老师,从课题选择到具体的设计过程,无不凝聚着戚新波老师的心血和汗水,设计期间,戚新波老师为我们提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议,让我们树立起了一个职业人的工作态度,这对我们以后的职业生涯大有裨益。没有这样的帮助和关怀,我们不会这么顺利的完成这次设计。在此向戚新波老师表示深深的感和崇高的敬意。其次,设计的顺利完成,也离不开其他各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在整个的课程设计中,各位老师、

46、同学和朋友给予了积极的帮助和宝贵的意见,在他们的帮助下,毕业设计得以不断的完善,最终完成。在此感所有为我们提供帮助的人！参考文献1 毅,宝芬等 .自动检测技术及仪表控制系统. 化学工业,2004.2 中华人民国国家标准 :预拌混凝土GB/T14902-2003. :中国标准,2003. 3 庆彬,毕丽红 .工业自动配料系统的组成与设计. :起重运输机械,2005. 4 古天祥 .电子测量原理M. ：机械工业,2004.5 Skontos,Sam .PLCs Challenge DCSs in Batch Control Prozess and Control Engineering,1991.

47、 6 阮世勋,叶树林,华栋等 .基于PC机和单片机的自动配料控制系统. :轻工机械,2003. 7 罗武胜,吕海宝,等 .电子负秤混凝土自动配料机的研制. :仪表技术与传感器,1999. 8 涛 .工业企业自动配料微机控制系统. :国外机电一体化技术, 2003. 9 毅刚 .单片机原理及应用M. ：高等教育,2009.11.附录附录 系统程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit n=P23;/模拟外部信号sbit jianze=P24;/手动停止剪刀sbit jia=P00;/加键 sbit jia

48、n=P01;/减键sbit xuanze=P06;/选择手动与自动sbit guiling=P25;/归零建sbit guzhang=P26;/故障灯 sbit shoudong=P03;/手动驱动剪刀sbit queding=P02; /确定键 sbit l=P07;/驱动剪开关sbit chuanganqi=P37; /光电传感器开关 sbit k1=P04; /启动开关sbit yunxing=P27;/运行指示灯 sbit k2=P05; /换向开关 sbit CLK=P22; /MAX7219时钟信号线sbit LD=P21; /数据加载线sbit DIN=P20; /数据输入线un

49、signed char code disp_table=0x7e,0x30,0x6d,0x79,0x33,0x5b,0x5f,0x70,0x7f,0x7b,0x77,0x1f,0x4e,0x3d,0x01,0x00; /非译码方式时的共阴数码管显示编码,09,E,o,n,d,熄灭void w_max7219; /向MAX7219写数据函数声明void init_max7219; /MAX7219初始化函数声明void timer_ms; /毫秒级延时函数声明unsigned char int0_flag=0; /int0的中断标志位void zd_t0ist;void zd_t1ist; fl

50、oat countn=0; uint speed=0,i,t,zengzhi,k,fuzhi; uint code speed1=0x00,0x00,0x00,0x5b,0x67,0x4f,0x4f,0x3d;uint code along=0x00,0x00,0x00,0x00,0x0e,0x7e,0x76,0x7b;uint Num_Buffer=0,0,0,0,0,0,0,0; /按键代码,按键计数uchar Key_Code; uint Key_Counts=0,e=0,qidong=1,d=0,guan=0,xunze=0,y=0,key=0,guanjian=0; /毫秒延时voi

51、d DelayMS uchar i;while fori=0;i; /函数名称 ：Show_Counts_ON_DSY/函数功能：在线显示数据void Show_Counts_ON_DSY init_max7219; w_max7219; /向MAX7219第一位寄存器写显示数据z的个位数 w_max7219; /向MAX7219第二位寄存器写显示数据z的十位数 w_max7219; /向MAX7219第三位寄存器写显示数据z的百位数 w_max7219; /向MAX7219第四位寄存器写显示数据z的千位数 w_max7219; /向MAX7219第五位寄存器写显示数据z的万位数 w_max7219; /向MAX7219第六位寄存器写显示数据z的十万位数 w_max7219; /向MAX7219第七位寄存器写显示数据z的百万位数 w_max7219; /向MAX7219第八位寄存器写显示数据z的千万位数函数名称： timer_ms函数说明： 1ms延时子程序入口参数： tim为接收主调传来需延时的毫秒数,取值围1256,定时时间1256msvoid timer_ms unsigned char i; while fori=0;i; /延时1ms /函数名称：void xianshi/函数功能：显示speedvoid xianshi init_ma