机电控制及可编程序控制器技术课程设计

机电控制及可编程序控制器技术课程设计内容摘要：

T113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10A T 89C 51A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CE20OE22PGM27VPP1D011D112D213D315D416D517D618D7192764A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CS120CS226WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D7196264D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE1174L S 37312A12A+ 5V+ 5V12M H Z33pF22uFS33pFD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7A8 A9A10 A11 A12A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9A10 A11 A12A8 A9A10 A11 A12INT0INT1+ 5V 图 单片机外部存储器扩展电路图 17 （ 1） 三总线连接 对与单片 8031 的总线分配，前面图 中已经作了说明。 ① 数据线的连接： 存储器芯片的数据线一般连接到 8031 的 P0 端口。 P0口为 8031 单片机的地址总线和数据总线的复用端口。 ② 地址线的连接：外部存储器的地址信号来自单片机的 P0 口和 P2口。 存储器的低 8 位地址由 P0 口分时送出。 P0 口首先输出的低 8 位地址由 ALE 选通地址锁存器锁存起来，这样。 使 P0 口能再次送出数据信号。 存储器所需要连接的地址线数目由存储器芯片容量决定。 当存储器没有用足 16 根地址线时，余下的 P2 口线可作为片选控制线使用。 在图 中， 6264 和 2764 接入 13 根地址线（ ～ 、 ～ ），使用 作为片选控制线等。 ③ 控制信号线的连接 ：存储器的控制信号线基本上分为两类：芯片选通控制和读写控制接到 8031 相应的控制信号输出线上。 SRAM 的读写读写控制信号（ WE 、 OE ）应分别与 8031 的 （ WR ）和 （ RD ）相连， EPROM 的读写控制 OE 应与 8031 的读选通 PSEN 相连； 对于实现片选 的方式有线选和译码选通两种方式，系统采用线选的方式。 （ 2） 数据存储器和程序存储器地址的确定 ① 数据存储器（ SRAM）地址的确定 由图 可知，系统是将 8031 的 口作为片选接口。 6264 的片 18 选端 CS接 8031 的 ，当 输出为 1 时，选通 6264，所以有数据存储器的地址范围为： 2020H— FFFFH ② 程序存储器（ EPROM）地址的确定 由图 可知， 2764 的片选端 CE 同样接 8031 的 ， 输出为0 时，才能选 2764 所以，它的地址为 0000H— DFFFH 主轴电机的驱动电路 这一部分主要是为主轴电机的正反转以及实现其速度的可调而设计的。 在本系统中，为了使电机的控制更加灵活和方便，我们采用了具有多种功能和优越性的 TD2020 系列变频器 TD20204T0055G/0075P，来实现对电机的各种运行状态进行控制，同时在本系统中，我们打破了以往用手动控制来调节电机速度的常规，加入了 12 位的 D/A 转换器DAC1208，用它的输出对变频器进行控制以达到调速的目的，使整个系统的操作更加方便和智能 化。 实现了数字控制的目的。 下面就具体实现过程作以介绍。 D/A 转换电路的选择 对于 D/A 转换的设计，为了提高分辨率，系统选用了 12 位的 D/A 转换器 DAC1208。 （ 1） DAC1208 的引脚排列 DAC1208 的引脚排列如图 所示。 19 1 24 2 23 3 22 4 21 5 20 6 19 7 18 8 17 9 16 10 15 1 1 14 12 13 DAC1208 V CC B Y T E 1 / B Y T E 2 WR 2 X F E R DI 6 DI 7 DI 8 DI 9 DI 10 DI 11 ( M S B ) I o ut 2 I o ut 1 C S W R 1 A G N D D I 5 D I 4 D I 3 D I 2 D I 1 ( L S B ) D I 0 V R EF R fb D G N D 图 DAC1208 的引脚排列 （ 2） DAC1208 的引脚功能 DI0～ DI11：数据输入线，其中 DI11 为最高位。 VREF：基准电源输入端（－ 10V～＋ 10V）。 Rfb：内部反馈电阻引出端。 IOUT IOUT2：电流输出端。 BYTE1/BYTE 2：字节顺序控制信号。 该信号为高电平时，开启 8 位和 4 位两个锁存器，将 12 位数据全打入锁存器；当该信号为低电平时，则开启 4 为输入锁存器。 CS：片选信号，高电平有效。 1WR ：输入写选通信号，低电平有效。 当 1WR 为低电平时，将输入数据传送到输入锁存器；当 1WR 为高电平时，输 入锁存器中的数据被锁存；CS =1，且 1WR 同时为低电平时，才能将待转换的数据传送到输入寄存器。 20 2WR ： DAC 寄存器写选通信号，低电平有效。 XFER 和 2WR 共同构成DAC 寄存器的控制信号。 在 XFER =0时， 2WR 的低电平将输入寄存器中的数据写入 DAC 寄存器，以进行 D/A 转换。 XFER ：传送控制信号，低电平有效。 与 2WR 联合使用，构成第二级锁存控制。 （ 3） DAC1208 与 8031 单片机接口如图 所示。 D I 1 1 D I 9 D I 7 D I 5 D I 3 D I 1 W R 1 W R 2 C S D I 10 D I 8 D I 6 D I 4 D I 2 D I 0 R f b V c c I O U T 1 V RE F A B N D D G N D I O U T 2 22 15 16 17 18 19 5 4 20 6 7 8 9 2 23 地址译码 S 1 S 2 21 1 A 15 ～ A2 11 13 14 12 3 — ＋ L F 35 6 V O U T V CC 25K Ω 6 7 2 3 4 1 5 满量程调节 50 Ω 20pF － 15V ＋ 15V V os 调节 D 7 D 6 D 5 D 4D 3D 2D 1D 0 WR A0 至 8031 单片机 24 10 15V V RE F D A C 12 08 V OUT ＝ 4096( D )V R E F （ 0 ≤ D ≤ 4095 ） 图 DAC1208 与 8031 单片机接口 由图 可知 8 位数据总线 D7～ D0 可接 8031 的 P0口， A0 是 P0口输出的低 8 位地址经锁存后的地址最低位。 假定译码器对 A15～ A3 译码，则 DAC1208 对应三个地址：在 S2 有效和 A0=1 时，写数据高 8 位。 21 在 S2有效和 A0=0 时写数据低 4 位数据；在 S1有效时， 12 位数据同时送到 12 位 DAC 寄存器并锁存。 DAC1208 数据线的低 4 位 DI3～ DI0 接在 DI11～ DI8 上。 系统设计中没有采用译码器，对 A15～ A3 进行译码，而是直接通过 8031 剩余的 I/O 口对 S2 和 S1 进行控制。 主轴电机变频调速系统的设计 为了实现主轴电机的正反转以及速度的可调。 系统对主轴电机的驱动电路也做了精心的设计。 为了使电机的控制更加灵活和方便，系 统采用 了 具 有 多 种 功 能 和 优 越 性 的 TD2020 系 列 变 频 器TD20204T0055G/0075P，来实现对电机的各种运行状态进行控制， （ 1）变频器的概述 变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。 工作时，变频器把工频电源 (50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电，来实现对电机的 控制。 （ 2） TD20204T0055G/0075P 型变频器基本配线图 在本系统中，因为主轴电机的功率一般在 5KW～ 10KW 之间，所以在设计时选用了 TD20204T005G/0075P 型变频器作为对主轴电机的控制，具体引脚如图 所示。 22 在图 中，可以看出变频器的各种引脚的配线图，包括一些多功能引脚、控制引脚和一些保护输出引脚等。 另外，在变频器的配线过程中，我们还应该注意以下几点： ① 可以用电压（ 0（ 2） 10V）或电流（ 0（ 4） 20mA）作为频率设定信号输入。 但必须采用屏蔽电缆； ②控制端子 CCI 既可输入电压信号，又可输入电流信号，必须根据输入信号的类型，在主控板上 I/V 选择插座 CN10 做相应的跳线选择；若采用电流输入方式，则 CN10 应选择 I 侧，若采用电压输入方式，则CN10 应选择 V 侧； 23 图 变频器基本配线图 ③ 用控制端子运行时，一般要求通过 FWD或 REV与 COM来控制。 24 特别是在频率起停的应用场合。 如果采用变频器输入前端的接触器进行变频器的频繁起停或正反转控制，将会影响变频器的寿命。 ④ 内含制动组件，如制动容量不够， 可在 PB， P 之间外配电阻或在 P、 N 间外接制动组件； ⑤ 辅助电源引自正负母线 P 和 N。 ⑥ 应用范围：风机、水泵、传送设备、提升设备和其他设备配套。 （ 3） D20204T0055G/0075P 型变频器的主要性能 容许电网波动范围：额定电压177。 20% 输出频率范围： 0400Hz 频率精度： %最高频率 显示方式：四位 LED 显示， LCD(中 /英 )+LED 可选 核心硬件： IPM+DSP+MCUPWM 控制方式：电压矢量控制 防护等级： IP20 安装方式： 壁挂、 110KW220KW 装机装柜 走线方式： 下进下出、 110220KW 上进下出 （。