基于单片机的自动送料小车的毕业设计

基于单片机的自动送料小车的毕业设计内容摘要：

功率小，机械结构简单、灵敏而可靠。 音叉由弹性良好的金属制成，本身具有确定的固有频率，如外加交变力的频率与其固有频率一致，则叉体处于共振状态。 由于周围空气对振动的阻 尼微弱，金属内部的能量损耗又很少，所以只需微小的驱动功率就能维持较强的振动。 当粉粒体物料触及叉体之后，能量消耗在物料颗粒间的摩擦上，迫使振幅急剧衰减，音叉停振。 为了给音叉提供交变的驱动力，利用放大电路对压电元件施加交变电场，靠逆压电效应产生机械力作用在叉体上。 用另外一组压电元件的正压电效应检测振动，它把振动力变为微弱的交变电信号。 再由电子放大器和移相电路，把检振元件的信号放大。 经过移相，施加到驱动元件上去，构成闭环振荡器。 在这个闭环中，既有机械能也有电能，叉体是其中的一个环节，倘若受到物料阻尼难以振动，正 反馈的幅值和相位都将明显的改变，破坏了振荡条件，就会停振。 只要在放大电路的输出端接以适当的器件，不难得到开关信号。 为了保护压电元件免受物料损坏和粉尘污染，将驱动和检振元件装在叉体内部，经过金属膜片传递振动。 如果在容器的上下方都装叉体，可以实现自动进料或自动出料的逻辑控制，或者把料位越限信号远传到控制室。 在控制室里的控制电路判断料位是否越限，并按要求使被控的进出料设备启停。 并且叉体的制造和装配良好时，音叉也可用于液体测量和控制。 在测量时不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠。 综上所述， 此设计选择音叉法阻力式料位传感器。 存储器扩展电路的选择 24C01 扩展： 串行总线上的各单片机或集成电路模块，通过一条数据线 (SDA)和一条时钟线 (SCL)，按照通信规则进行寻址和信息传输。 每个集成电路模块都有唯 — 伪地址，既可以是主控机 (能控制总线，并能完成一次传输过程的初始化和产生时 12 钟信号及传输终止信号的器件 )或被控机 (被主控器寻址的器件 )，可以是发送器(在总线 1：发送信息的器件 )或接收器 (从总线上接收信息的器件 ) I178。 C 总线上的器件，根据它的不同工作状态，可分为主控发送器、 主控接收器、被控发送器、被控接收器。 当多个主控器同时企图控制总线而不丢失信息，这叫多主竞争。 这时就要进行仲裁，仲裁就是针对这种情况进行裁决的过程。 只允许其中一个主控器继续占用总线，其它退出封藏器状态。 仲裁过程中还要保证总线的信息不丢失。 多主竞争时必须对所有参与竞争的主控器的时钟信号进行同步处理。 信息传输时， SCL 为高电平期间， SDA 上的信息必须保持稳定不变，只有 SCL 为低电平期间， SDA 上的信息才允许变化。 同时 SDA 上信息每一位部和 SCL 的时钟脉冲相对应。 SCL 没有时钟信号， SDA 信息将停止传输处于等待状态。 这因为线“与”逻辑，使 SCL 在低电平时钳住总线。 实现线“与”逻辑功能各 I178。 C 总线接口的输出端必须是漏极开路或集电极开路结构。 SCL 保持高电平期间， SDA 由高电平向低电平变化这种状态定义为起始信号。 SCL 保持高电平期间， SDA 由低电平向高电平变化，这种状态定义为终止信号。 SDA 传输的每个字节必须 8 位 (最高有效位首先传送 )，每个传送字节必须跟随一位应答位。 与应答信号相应的时钟信号由主控器产生，发送器在这个时钟信号释放 SDA，使它处于高电平状态，以便接收由接收器在这位发出的应答信号。 这时接收器还必须 SCL 在这位 高电平期间，在 SDA 上输出一个恒定低电平信气以完成应答信号的输出。 整个传输过程中，传输的字节数目是没有限制的。 数据传输一段时间后，接收器无法继续接收更多的数据，主控器同样可以终止数据的传送 [2]。 24C01是一种 128 字节串行 CMOS EEPROM,它具有如下特点： 存储容量为 128 字节。 串行接口可使用普通两根 I/O 接口。 具有页写模式：每页4字节。 同步周期小于 10ms。 它只使用一条数据线和一条时钟线，采用 ATMEL公司的 24C01 串口存储器，应用简单方便，但是其编程较为复杂。 2864A芯片扩展： 2864A 是一种并行 EEPROM，它的特点同上，但每页有 16字节， 2864A 与8051 单片机的接口电路如下图所示 ,2864A 的片选端 CE 与高地址线 连接，P2． 7=0 才能选中 2864A，这种线选法决定了 2864A 对应多组地址空间，即0000H~1FFFH,2020H~3FFFH,4000H~5FFFH,6000H~7FFFH,这 8K 字节存储器可作为数据存储器使用 ,且掉电后数据不丢失。 13 图 2864 扩展电路 2864A 的四种工作方式： （ 1）维持方式：当 CE 为高电平时， 2864A 进入低功耗维持状态。 此时，输出线呈高阻状态，芯片的电流从 140mA 下降至维持电流 60mA。 （ 2）读方式：当 CE 和 OE 均为低电平而不为高电平时，内部的数据缓冲器被打开，数据送上总线，此时，可进行读操作。 （ 3）写方式： 2864A 提供了两种数据写入方式：页写入和字节写入。 页写入：为了提 高写入速度， 2864A 片内设置了 16 字节的“页缓冲器”，并将整个存储器阵列划分成 512 页，每页 16 个字节。 页的区分可由地址的高 9位（ A4~A12）来确定，地址线的低四位 (A0~A3)用以选择页缓冲器中的 16个地址单元之一。 对 2864A 的写操作可分为两步来实现：第一步，在软件控制下把数据写入页缓冲器，这部称为页装载，与一般的静态 RAM 写操作是一样的。 第二步，在最后一个字节（即第 16个字节）写入到页缓冲器后 20ns 自动开始，把页缓冲器的内容写到 EEPROM 阵列中对应的地址单元中，这一步成为页存储。 写方式时， CE 为低电平，在 WE 下降沿，地址码 A0A12 被片内锁存器锁存，在上升沿时数据被锁存片内还有一个字节装载限时定时器，只要时间未到，数据可以随机地写入页缓冲器。 在连续向页缓冲器写入数据的过程中，不用担心限时定时器会溢出，因为每当 WE 下降沿时，限时定时器自动被复位并重新启动 14 计时。 限时定时器要求写入一个字节数据的操作时间 BLWT 须满足；3μS BLWT 20μS，这样是正确完成对 2864A 页面写入操作的关键。 当一页装载完毕，不再有 WE 信号时，限时定时器将溢出，于是页存储操作随即自动开始。 首先把选中页的内容擦除，然后写入的数据由页缓冲器传递到 EEPROM 阵列中。 字节写入：字节写入的过程与页写入的过程类似，不同之处在于仅写入一个字节，限时定时器就溢出。 （ 4）数据查询方式 ： 数据查询是指用软件来检测写操作中的页存储周期是否完成。 在页存储期间，如对 2864A 执行读操作，那么读出的是最 后写入的字节，若芯片的转储工作未完成，则读出数据的最高位是原来写入字节最高位的反码。 据此， CPU 可判断芯片的编程是否结束。 如果读出的数据与写入的数据相同，表示芯片已完成编程 ， CPU 可继续向 2864A 装载下一页数据。 并且编程起来比较简单，所以此设计采用此方案 [3]。 LED显示电路选择 LED 显示器是由 N 个 LED 显示块拼接成 N 位 LED 显示器。 N 个 LED 显示块有 N跟位选线，根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不相同，段选线控制显示字符的字型，而位选线为各个 LED 显示块的公共端，它控 制该LED 显示位的亮、暗。 LED 显示器有静态显示和动态显示两种显示方式。 LED 静态显示方式 LED 显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或 +5V）；每位的段选线 （ a~dp） 分别与一个 8位的锁存器输出相连。 所以称为静态显示。 各个 LED 的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。 也正因此如此，静态显示器的亮度都较高。 这种显示方式接口编程容易。 付出的代价是占用口线较多，若用 I/O 接口，则要占用 4 个 8 位 I/O 口，若用锁存器接口，则要用 4片 74LS373芯片。 如果显示器位数增多，则静态显示方式更是无法适应，因此在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。 LED 动态显示方式 在多位 LED 显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，有一个 8位 I/O 口控制，形成段选线的多路复用。 而各位的共阳极或共阴极分别由相应的 I/O 线控制，实现各位的分时选通。 其中段选线占用一个 8位 I/O 口，而位选线占用一个 4 位 I/O 口。 由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位位选线都处于选 通状态的话，4位 LED 将显示相同的字符。 若要各位 LED 能够显示出与本位相应的显示字符， 15 就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字节的段码。 在确定 LED 不同位显示的时间间隔，不能太短，因为发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，发光太弱人眼无法看清。 但也不能太长，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，如果此时间越长，占用 CPU 时间也越多，另外，显示位增多，也将占用大量的 CPU时间，因此动态显示实质是一牺牲 CPU时间来换取元件 的减少。 所以，由于本系统只涉及到 2位显示输出，就采用了 和 2片 8位移位寄存器串级使用的 LED 静态显示方式。 键盘输入电路 矩阵式键盘接口： 矩阵式键盘（也称行列式键盘）适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交点上。 一个 3 3 的行列结构可以构成一个有 9 个按键的键盘。 同理，一个 4 4 的行列结构可以构成一个 16 键的键盘，很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的 I/O 口线。 按键设置在行列线交点上，行列线分别接到按键开关两端。 行线通过上拉电 阻接到 +5V上。 平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由于此行线相连的列线电平决定。 列线电平如果为低电平，则行线电平为低电平，列线电平如果为高电平，则行线电平为高电平。 这是识别矩阵键盘按键是否按下的关键所在。 由于矩阵键盘中行列线为多键公用，各按键均影响该键所在行列的电平。 因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行列信号配合起来比做适当的处理，才能确定闭合键的位置。 独立式按键接口： 独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状 态不会影响其他输入线上的工作状态。 因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。 独立式按键电路配置灵活，软件简单。 但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。 由于此系统中共有启动两条生产线的 “启动 1”键和“启动 2”键 ， 分秒选择键 ， 时间设置加 ， 时间设置减 ， 生产线状态的切换键，时间设置键 ， 时间切换键。 只有这 8 个键，比较简单。 所以就采用独立式按键接口电路。 小结 本章主要讨论了单片机、传感器、存储器、 LED 显示电路、键盘输入电路这五个部分。 重点论述各个部分里可选择方案在使用上的利弊端，最后介绍并论证了本设计在各个部分里所选的方案可行性。 16 第 3 章 自动送料小车主电路设计 主电路采用 AT89C51，由于 AT89C51 内含 4KB 容量，因此在设计中不需要外扩 ROM。 硬件电路主要有 LED 显示电路、键盘接收电路、继电器控制电路、EEPROM 外部存储器扩展电路。 系统结构原理图 主电路采用 AT89C51，由于 AT89C51 内含 4KB 容量。 硬件电路主要有 LED显示电路、键盘接受电路、继电器控制电路、 EEPROM 外部存储器扩展电路。 系统结构 框图 如下： 使小车置于初始位置 按下呼叫按钮 启动电动机 使其正转 小车快速行驶 感应到呼叫位置小车停止 10s 后小车返回初始位置 停止 8s 再次启动 小车停止 开始 17 主机电路核心器件介绍 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4K bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 128bytes 的随机存取数据存储器（ ROM），器件采 用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8位中央处理器（ CPU）和 Flash存储单元。 功能强大 AT89C51 单片机 可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 AT89C51主要性能参数 .与 MCS51产品指令系统完全兼容 .4K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 .1000 次擦写周期 .全静态操作： 0Hz24MHz .三级加密程序存储器 .128 8 字节内部 RAM .32 个可编程 I/O 口线 .2 个 16 位定时 /计数器 .6 个中断源 .可编程串行 UART 通道 .低功。