条带切割机控制系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

条带切割机控制系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

功能齐全，智能化程度高、操作更加简便。 设计方案的论证 本次设计使 用 AT89C52RC 单片机完成此次设计。 此款单片机与 MCS51 兼容，含有 32 个可编程 I/O 线，两个 16 位定时 /计数器， 5 个中断源，可编程串行通道，红外接收装置等部件，为实现上述功能提供了大量硬件。 根据要实现的功能特点， 本次设计主要用到以下模块：中断服务，电机调速、 EEPROM 存储、液晶显示系统工作状态 功能，硬件上采用 1621 液晶显示器、 3*8 矩形按键、行程（满盘）开关、霍尔传感器、 LED 灯、蜂鸣器、继电器等。 此设计是利用单片机对滚布筒与托布盘电机启停控制。 由液晶实现已卷长度、设定长度、电机档位与 启停以及其他的显示，采用线反转法取得键值，并由按键处理程序对取得的键值进行处理，实现条带切割机主辅电机启动方式和工作方式的控制。 单 片 机A T 8 9 C 5 2传 感 器 电 路按 键 电 路液 晶 显 示 电 路满 盘 开 关 电 路 报 警 电 路电 机 调 速 电 路 图 24 系统总体框图 在本系统中使用到的芯片都是符合设计要求的，使用的芯片实用且经济。 如EEPROM 是 STC89C52RC 本身自带的，运行响应速度更加快捷。 还有 LED 液晶显示器，体积小、微功耗、显示内容丰富超薄轻巧等优点，在很多场合得到运用。 在校期间对 VB、 c 语言等汇编语言的学习，同时也学习了基于 STC89C52RC 的 单片毕 业 设 计 说 明 书 6 机编程方法和技巧，现已能独立进行编程、调试等相关工作。 利用这些资源可使条带切割机具完成下功能： ：显示滚布筒电机和托布盘电机运行状态（包括运行、停止）、转速档位、布条盘满盘等状态的指示；显示布条盘已卷布条的总长度、显示设定切带长度值等； *8 矩阵按键式键盘操作面板，可进行多种状态切换及数值输入等； ，触发中断功能； ，单片机内 EEPROM 能实时保存所需存储数据； ，蜂鸣器可对各种状态方式进行提示或报警； 第 3章 硬件原理电路 图的设计与分析 单片机最小系统电路设计及 I/O 口分布 在本设计的自动计数控制系统中，控制的核心是 STC89C52 单片机，该单片机是 51 系列增强型 8 位单片机， 它提供了 4 个 8 位的 I/O 口，分别为 P0、 PP P2 和 P3，实现数据的输入和输出，内部有 2 个 16 位定时器 /计数器，用于实现定时和计数功能， 并且片内含有 256 个 RAM 单元以及 8KB 的 ROM 存储单元实现数据和程序的存储 ，便于用电的方式瞬间擦除和改写，其外部晶振一般用，一个指令周期为 1us。 其最小系统主要包括：复位电路、震荡电路以及存储 器选择模式（ EA 脚的高低电平选择），电路如下图 31 所示： 图 31 单片机最小系统 毕 业 设 计 说 明 书 7 为合理利用单片机的端口资源，并且兼顾程序设计的便利，将系统的输出和输入端口作如如表 31 所示硬件说明。 表 31 STC89C52 主要管脚功能表 单片机端口 外围接口电路硬件模块 液晶显示集成电路模块 LED（照明）电路模块 托布盘 电机 调速 电路模块 ， 3*8 矩阵按键电路模块 滚布筒电机 调速 电路模块 蜂鸣器电路模块 限位（满盘）开关电路模块 外部中断（霍尔）电路模块 滚布筒 电机 启停 电路模块 拖布盘电机 启停 电路模块 3*8 矩阵按键电路 按键是最常用的单片机输入设备，可通过按键输入数据或命令，实现简单的人机通信。 常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。 本系统采用 3*8 矩阵按键，电路如图 32 所示。 图中的三条行线和八条列线可分别接入 — 和 — 的端口，该端口各位都上拉一个 1k 的上拉电阻。 图 32 3*8 矩 形按键电路图以及对应的键值 毕 业 设 计 说 明 书 8 3*8 矩形按键在控制面板的效果图，详见附录 4 控制面板布线与效果图，如图 33 所示，本系统设置了 24 个按键，采用查询方式处理，其功能如下： 图 33 按键效果图 液晶显示电路 CS1621 是一种具有微控制器接口，由存储器映射的 32*4 点阵式 LCD 控制驱动器。 电路上电时清零复位，通过命令端进行工作状态设置，通过片选、读、写、修改操作，按照一一对应的原则，驱动 LCD 显示器。 该电路可用于点阵式LCD 显示驱动，各 SET 端是相互独立的， 且容易对 RAM 数据进行修改，所以显示阵内容灵活，可随用户任意制定，它与单片机的接口如图 34 所示。 图 34 CS1621 液晶驱动芯片接口电路图 设定动作延时 确定状态 已卷长度清零 1） 删除设定长度 2） 删除目前运动状态 LED 开关 托布盘速度加减 托布盘启停 滚布筒启停 滚布筒速度加减 毕 业 设 计 说 明 书 9 1） RAM 静态显示存储器（ RAM）结构为 32x4 位，贮存所显示的数据。 RAM 的内容直接映射成 LCD 驱动器的内容。 RAM 中的数据可被 READ、 WRITE 和READMODIFYWRITE 命令存取。 RAM 中的内容映射至 LCD 的过程如下图 35 所示： 图 35 RAM 映射图 相对应的本系统所采用 RAM 内容如下图 36 所示： 图 36 本系统采用 RAM 内容图 毕 业 设 计 说 明 书 10 2） LED 驱动器 CS1621 是一个 128（ 32X4）点阵 LCD 驱动器，它可以驱动 1/2 或者 1/3 偏置， 4 个 COM 端的 LCD 显示器，这个特性使得 CS1621 适合多种 LCD显示器， LCD 驱动时钟产生于系统时钟，不管系统时钟来源于 晶振频率还是片内 RC 振荡器频率或者外部频率， LCD 驱动时钟的频率总是 256Hz。 电机速度电路 滚布筒电机速度电路 滚布筒电机在两个工作模式下均有可能频繁启停与切调速范围较大，针对滚布筒电机调速方案选择变频调速，由于变频调速技术缺点，本系统自制 一个数字定位器，通过数字定位器来调整频率 .本系统采用自制数字定位器，给外接的变频器输出不同档位的电阻，通过变频器的转换，输出不同频率，从而改变电机的速度。 下面简单介绍数字定位器的工作原理，数字定位器用于电机调速，由单片机送入 5 个二进制数表示的 0~31 速度挡位，通过 74HC154 处理，输出相应的数字信号，再通过光耦截至或者导通，从而输出与速度档位相对应的电阻。 举例，如要输出档位 1，那么接 74HC154 芯片编号为 V102 引脚输出 0，另外引脚输出为1，那么编号为 U6 光耦处于导通状态，其它光耦均截至，那么输出 100 欧的电阻，再通过调频器输出对应频率控制电机频率，以上为自制数字定位器工作原理举例说明。 如图 37 滚布筒电机调速电路图。 布盘电机速度电路 托布盘电机调速与滚布筒电机调速相类似，也是采用数字定位器，通过外接调频器转化，从而输出不同频率，最后实现改变托布盘电机的 1~16 档调速，如图 38 托布盘调速电路图所示，托布盘电机调速原理与滚布筒电机调速的原理类似，在此不多做介绍。 毕 业 设 计 说 明 书 11 图 37 滚布筒电机调速电路图 毕 业 设 计 说 明 书 12 图 38 托布盘调速电路图 毕 业 设 计 说 明 书 13 霍尔速度传感器电路 霍尔 速度 传感器 是一种基于霍尔效应的磁电传感器，由于半导体比金属有高得多的霍尔系数，故用半导体制成的霍尔传感器具有对磁场敏感度高、结构简单、使用方便等特点。 如图 39 所示，采用 口外接霍尔速度传感器，对已卷长度进行计数，相比传统计数方式更加方便可靠 . 123霍尔传感器VCC(INT0)GND123J3CON31KR1+5C522PF(INT0) 图 39 霍尔传感器电路 满盘开关电路 如图 310 所示，本系统采用 外接满盘开关（行程开关），当满盘开关闭合后，系统报警，可满足满 盘工作设计要求。 S2满盘开关（行程开关）1KR5VCC 图 310 满盘开关电路 LED 照明电路 如图 311 为 LED 电路，采用外接 LED，由另外 220V 交流电供电， LED 体积小 ， 耗电量低使用寿命长 ， 在恰当的电流和电压下， LED 的使用寿命可达 10万小时 ， 高亮度、低热量 ， 环保 LED 是由无毒的材料作成，可以回收再利用。 毕 业 设 计 说 明 书 14 10KR21KR4D1DIODEK1D1LED 大灯~220Q1NPNLED 图 311 LED 电路 报警电路 不同的音符，实质就是不同频率的声音。 通过单片机产生不同的频率的脉冲信号，经过放大电路，由蜂鸣器发出。 如图 312所示的报警电路。 图 312 报警电路原理图 第 4章 系统的软件设计与分析 主 程序 条带切割机的程序流程图如图 41 所示。 该控制器软件的设计采用模块化架构，其软件部分主要包括主程序、按键扫描子程序、液晶显示子程序、中断服务程序、自定义字库显示子程序以及 EEPROM 掉电保护子程序等。 当接通电源后，芯片开始工作，内部程序先是初始化，并输出显示上一次断电后已卷长度、设定长度、滚布筒电机与托布盘电机速度档位以及此时系统运动状态。 判断按键来确定是何种工作状态。 具体操作为： 系统上电后，进入系统初始态：两个电机停止，照明开启，液晶屏上显示：“已卷长度”值以及“设定长度”值为上次关机时的数值， 滚布筒档位和托布盘毕 业 设 计 说 明 书 15 档位显示当前处于最低速度档，液晶屏右侧的机床状态栏显示：“滚布筒停止” “托布盘停止”。 并对定时中断内，扫描按键按下情况及获取键值进行处理，检测满盘开关及加工情况，判断是否进入报警状态，然后进行数据更新并显示结果。 具体程序： void main() { void allscreendispaly()。 //全屏显示子程序 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。 / /中断初始化 while(1) { allscreendispaly()。 //液晶显示 if（ status==0） //初始状态 else if（ status==1） //设定编辑状态 ese if（ status==2） //时间设定状态 else if（ status==3） /已卷长度等于设定长度状态 else if（ status==4） //满盘报警状态 } } 毕 业 设 计 说 明 书 16 液 晶 、 中 断 、 系 统 初 始 化 、 读 取 E E P R O ML C D 显 示键 值 检 测 及 处 理Y e sN oN o开 始设 定 长 度 =。 已卷 长 度满 盘 开 关 闭 合。 蜂 鸣 器 报 警 、 电 机暂 停 ； 报 警 状 态L C D 显 示数 据 更 新电 机 控 制长 度 设 置 键按 下。 设 定 长 度 状 态延 时 设 置 键按 下。 设 定 延 时 状 态满 盘 报 警 状 态N oN oN oY e sY e s清 零 键 按 下已 卷 长 度 清 零电 机 工 作 状 态电 机 停 止 状 态删 除 键 按 下。 电 机 停 止 状 态N oY e sY e sY e s图 41 条带切割机的主程序流程图 毕 业 设 计 说 明 书 17 3*8 矩形按键扫描程序 由于按键数量及状态较多，本文采用图形方法在系统各个状态下说明每个按键用途，系统状态转移图如图 42 所示： 清 零确 定 / 清 零延 时确 定删 除滚 布 筒 启 停1 ） 滚 布 筒 启 停2 ) 删 除1 ） 当 “ 设 定 长 度 ” = “ 已 卷 长 度 ”2 ) 满 盘 开 关 闭 合1 ） 确 定2 ） 滚 布 筒 启 停停 机 状 态延 时 设 置状 态已 卷 长 度 清 零状 态报 警 状 态工 作 状 态长 度 设 定状 态设 置确 定图 42 系统状态转移图 具体操作如下： 系统上电后，处于系统初始状态 —— 停机状态，可通过滚布筒、拖布盘启停按键启动电机，进入工作状态。 工作状态时按下“删除”键或“电机启停”键时，系统进入正常停机状态。 在停机或工作状态时可对电机进行速度调节。 停机时按下“设置”键系统进入长度设定状 态，此时只响应数字键 0~9 和确定键。 设置完毕后按下“确定”，进入停机状态。 按下延时键，进入延时状态，可对延时时间进行设定，此时只响应数字键 0~9 和确定键。 设置完毕后按下“确定”，进入停机状态。 若想要在任意计数时刻重新从 0 开始计数，依次按下“清零”“确认”键即可。 工作状态时，如果已切带的长度到达设定长度值，系统将进入报警状态，电毕 业 设 计 说 明 书 18 机处于停止状态，只响应“确定”和“删除”按键；若想要继续下一个指定同样长度的切带加工，按下“确定”按键即可；若需要清除当前指定长度的切带加工，按下“删除”按键，此时机床进入停机状态。 或满盘开关开启，进入停机状态，只响应“确定”和“删除”按键；按下 “确定”，滚布筒立即以满盘时的状态动作；如果不想继续原先的状态切带加工，按下“删除”即可，这时机床处于停止状态。 按 键 入 口 P 1 、 P 2 初 始 化 赋 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 键 按 下。 真 的 按 下。 F l a g 2获 取 键 值按 键 出 口档 位 连 加抬 起。 f l a g = 0连 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 图 43 矩形键盘扫描程序流程图 毕 业 设 计 说 明 书 19 矩形键盘扫描子程序流程图如图 43 所示。 键盘扫描程序用于完成按键的判断、按键的去抖动以及按键的键值处理、存储，本次设计运用了线反转法并将扫描程序放入中断中处理。 每隔 10ms 进入中断一次，对按键进行扫描，判断是否有按键按下，若有 flag=1； flag=1 时进入后再次扫描按键从而判断是否真的按下，若真的按下 flag=2,并判断是哪个键被按下获取键值，进入时 flag=2，则判断按键是否抬起，若按键没有抬起，则需判断键值进而判断是否进行连加处理。 具体程。