《重量的測量與電機(jī)控制（高級模塊） 微機(jī)原理與接口設(shè)計課程設(shè)計》說明書

1、 微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計 說明書 課題名稱： 重量的測量與電機(jī)控制（高級模塊） 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： 日 期： 2014年5月27日 目 錄1課程設(shè)計任務(wù)書 31.1 任務(wù)要求 3 1.2主要技術(shù)要求 3 1.3主要完成任務(wù) 3 1.4 提交成果 3 1.5 時間與地點安排 4 1.6 注意事項 52說明書正文 62.1 前 言 62.2 現(xiàn) 狀 62.3 任務(wù)分析與方案設(shè)計 72.4 系統(tǒng)電路原理圖 72.5元器件參數(shù)選擇及清單 122.6 電路的調(diào)試 132.7軟件設(shè)計開發(fā) 143. 心得體會 164. 參考文獻(xiàn) 195. 附錄

2、 20 1. 課程設(shè)計任務(wù)書 課題：重量的測量與控制設(shè)計及調(diào)試1.1 任務(wù)要求 在Dais實驗臺基礎(chǔ)上設(shè)計并調(diào)試一個外接口電路，能夠測量和顯示所測量重量的值，且具有一定的控制功能，編程并調(diào)試完成整個開發(fā)系統(tǒng)。每組一題，分別由34位同學(xué)合作完成。1.2 主要技術(shù)要求不同質(zhì)量間的控制1.3 主要完成任務(wù)1. 查找相關(guān)資料，確定課程設(shè)計方案； 2. 微機(jī)接口電路硬件的焊接、裝配、逐步排除故障及調(diào)試； 3. 用Protel2004繪制微機(jī)最小系統(tǒng)配置原理圖； 4. 用Protel2004繪制相關(guān)項目的接口原理圖； 5. 編寫有關(guān)項目的程序，并進(jìn)行調(diào)試； 6. 按照相關(guān)項目內(nèi)容要求，上機(jī)進(jìn)行聯(lián)調(diào)； 7.

3、 編寫課程設(shè)計報告。 1.4提交成果 1. 課程設(shè)計說明書一本。（電子文檔和打印稿各一份） 要求：內(nèi)容完整，圖表完備，條理清晰，分析有據(jù)，計算精確。 所附電路圖布局合理，清晰完備，圖形和符號要規(guī)范。 2. 所用元器件清單。 3. 電路實體一套。要求：該電路實體必須是經(jīng)過自己安裝調(diào)試通過并達(dá)到性能指標(biāo)要求的電路實體。1.5 時間與地點安排 地點：機(jī)械學(xué)院微機(jī)原理實驗室時間安排：第11周至14周周末，上午：8:30-11:30;下午：13:30-16:30課程安排： 4月19號 ：分組及分配課程設(shè)計任務(wù)。 第11周周末：查找相關(guān)資料，初擬總體方案；討論確定總方案；上機(jī) Protel2004軟件；第

4、12周周末：微機(jī)最小系統(tǒng)配置原理圖，相關(guān)接口電路圖設(shè)計；借領(lǐng)工具，分發(fā)參考資料，PCB板及相關(guān)元器件。接口電路PCB板焊接、裝配、調(diào)試； 第13周周末：各項目相關(guān)程序設(shè)計、編寫及調(diào)試；軟硬件聯(lián)合調(diào)試。第14周周末：答辯及驗收課程設(shè)計成果；歸還所借工具，上交課程設(shè)計成果。6.266.27：提交修改后的最終報告及成果。1.6 注意事項 1、按時上下機(jī)，嚴(yán)禁玩游戲，注意公共衛(wèi)生。 2、愛護(hù)實驗室內(nèi)一切實驗設(shè)施，違者按零分計。 3、愛護(hù)借用的工具，丟失工具者按原價賠償。故意損壞工具者按零分計，并原價賠償。 4、注意安全。下課時關(guān)閉總閘與空調(diào)，拔掉電烙鐵，關(guān)好門窗。5、不準(zhǔn)用筆在實驗桌上亂寫亂畫，否則按

5、零分計。2.說明書正文2.1 前 言計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來了人們生活、學(xué)習(xí)和科學(xué)研究各個方面的技術(shù)革命，計算機(jī)知識和應(yīng)用技能已成為人類知識經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。 從1946年第一臺電子計算機(jī)問世到現(xiàn)在六十年的時間中，計算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路和大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路幾個發(fā)展階段。以微處理器為核心的微型計算機(jī)，也從4位、8位、16位發(fā)展到32位、64位，計算機(jī)的應(yīng)用范圍也從最初的科學(xué)計算發(fā)展到目前的無所不及。 隨著CPU芯片的制作工藝和性能的提高，微型計算機(jī)硬件和軟件產(chǎn)品不斷翻新，但是計算機(jī)的工作原理基本上沒有改變，通過80x86芯片學(xué)習(xí)微型計算機(jī)的工作原理、

6、CPU功能結(jié)構(gòu)、尋址方式和指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、中斷的工作原理及處理方法和接口技術(shù)等，以求達(dá)到從理論到實踐上對微型計算機(jī)的主要技術(shù)的掌握和運(yùn)用。學(xué)習(xí)微機(jī)原理與接口技術(shù)后，通過本次課程設(shè)計加深對它的理解和掌握。在設(shè)計計算器的過程中，廣泛的查閱相關(guān)資料，如各類中斷的作用和調(diào)用方式、屏幕顯示等等，通過實踐來加深對理論知識的理解，同時將自己對這門技術(shù)的理解應(yīng)用在計算器的設(shè)計當(dāng)中，理論與實踐相互融合、相互促進(jìn)，提高了自己的理論水平和實踐能力。2.2 現(xiàn) 狀由于大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，計算機(jī)的微型化很快，其性能價格比也大為提高，因而微型計算機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。計算機(jī)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用，已有大量的報

7、道，從中可知計算機(jī)的應(yīng)用已取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。微型計算機(jī)不但在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的應(yīng)用，在科研設(shè)備中也有比較普遍的應(yīng)用，而且在辦公自動化以及家庭生活中也已逐漸得到推廣和應(yīng)用。2.3 任務(wù)分析與方案設(shè)計2.3.1 任務(wù)分析三位數(shù)數(shù)字式電子秤測量與控制原理是通過對它每個壓敏傳感器受到壓力時，該傳感器發(fā)生形變，從而使電阻或電容等參數(shù)發(fā)生變化， 出到A/D轉(zhuǎn)換芯片。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號輸出到CPU運(yùn)算控制。CPU根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⑦@種結(jié)果轉(zhuǎn)化后輸出到顯示器。利用實驗系統(tǒng)上的ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器，實驗系統(tǒng)上的電位器提供模擬量輸入，編制程序，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字，通過數(shù)碼管顯示出來參

8、數(shù)計算：根據(jù)公式U模=aM+b由調(diào)試后的數(shù)據(jù)得a=0.5 b=0 2.3.2、方案設(shè)計（1) 重量傳感器采用壓敏電阻。利用壓敏電阻采集應(yīng)變,產(chǎn)生變化的阻值。(2) 利用放大電路將其轉(zhuǎn)化為電壓值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換將電壓值轉(zhuǎn)化成 CPU 處理的數(shù)字信號。(3）8086 根據(jù)編制的程序?qū)?shù)字信號轉(zhuǎn)換為砝碼重量顯示輸出。(4) 根據(jù) LED 燈的值來判斷各個狀態(tài)的顯示值，從而確定步進(jìn)電動機(jī)是否轉(zhuǎn)動。2.4 系統(tǒng)電路及原理圖2.4.1接口電路設(shè)計：輸入接口電路的功能是將傳感器輸出的電信號經(jīng)過必要的轉(zhuǎn)換或信號放大與處理，使之符合微機(jī)控制系統(tǒng)要求。接口電路的組成與傳感器輸出測量信號的形式有關(guān)，與微機(jī)處理系統(tǒng)功能

9、要求有關(guān)，因此可根據(jù)輸出信號的形式和系統(tǒng)的功能要求決定接口電路的類型 橋路放大電路 橋路放大電路主要由橋路接口，濾波電路，限幅電路，橋路放大電路，放大反相電路，橋路激勵電路，信號輸出接口組成。如圖一所示 圖一：橋路放大電路原理圖1.橋路接口橋路接口連接傳感器與放大器額端口，它由Rd1、Rd2、Rd3、RW6、C1及1、2、3、4傳感器接口輸入端所組成。1、2、3、4外接4個傳感器，同時3、4端接橋路工作電壓，1、2端輸出傳感器信號送放大器放大，在電路板設(shè)計中用5芯插槽。Rd1、Rd2、Rd3、RW6、C1（C1為旁路電容）組成調(diào)整電橋平衡電路。在傳感器橋路中（金屬電阻應(yīng)變片），四個傳感器一般選

10、擇相同阻值，則在靜態(tài)條件下處于平衡狀態(tài)（即輸出為零）。當(dāng)傳感器受力的作用產(chǎn)生的電阻率的變化破壞橋路的平衡狀態(tài)，就會輸出信號。Ra、Rb、Rc、Rd為傳感器，連接橋路時必須使產(chǎn)生不同應(yīng)變方向的傳感器連結(jié)，即Ra為正應(yīng)變，Rb為負(fù)應(yīng)變，Rc為正應(yīng)變，Rd為負(fù)應(yīng)變，否則橋路無輸出。 2. 橋路激勵電源電路由U4、Q1、R10、R14、C5、R17、D3、C7組成產(chǎn)生穩(wěn)定的正電壓源，由U5、Q2、R11、R13、R15、C6組成產(chǎn)生穩(wěn)定的負(fù)電壓源。正、負(fù)兩路電壓源經(jīng)RW5組合成正負(fù)橋路激勵電源，即傳感器橋路工作電壓。3濾波電路電路由L1、L2、C2、C3組成濾波電路，可以降低電波干擾。4. 限幅電路電

11、路由D1、D2組成限幅電路。為避免輸入信號超過線性放大區(qū)，用二個正反極性并接的二極管接入線中，將輸入信號限制在-0.6+0.6V范圍內(nèi)。5. 橋路輸入放大電路由U1、R1、RW3組成正信號放大器，由U2、R2、RW4組成負(fù)信號放大器：其中RW3、RW4分別是調(diào)整U1、U2運(yùn)算放大器的共模抑制電壓。將U1、U2的各自同相與凡相輸入端接地，調(diào)整RW3、RW4,使U1、U2的輸出端6腳輸出電壓為零，完成后恢復(fù)原來的電路。6. 放大電路由U3、R4、R5、R6、R7、RW2組成該放大電路。其中R4、R5分別為正、負(fù)輸入信號電阻，改變R6、R7的值就能調(diào)整正負(fù)信號的放大數(shù)倍，RW2為調(diào)整U3的共模抑制電

12、壓大小。7. 信號輸出接口由RW1、R8、C4、JP1組成信號輸出接口電路。調(diào)整RW1就能改變輸出電壓大小，這樣能確保在最大量程時，輸出電壓不超過5V。8. 聯(lián)機(jī) 1、對卡式結(jié)構(gòu)機(jī)型而言，把A/D區(qū)0809的CS端接譯碼輸出端Y0插孔。 2、把A/D區(qū)0809的0通道IN0用插孔針接至W1的中心抽頭V01插孔（05V）。 3、把0809的CLK插孔與六位LED顯示器左下方的ALE插孔相連，VREF端連接+5V；EXIC1上插上74LS02芯片，各接線按A/D實驗接線圖要求連線。4、以連續(xù)方式從起始地址3390運(yùn)行程序，LED顯示器右邊二位顯示當(dāng)前采集的電壓值轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，調(diào)節(jié)W1，LED的內(nèi)

13、容將隨著電壓變化而相應(yīng)變化，LED以十六進(jìn)制方式對應(yīng)顯示數(shù)字量D7-D0。在8086微機(jī)系統(tǒng)下配合程序，PCB板可以實現(xiàn)四位數(shù)數(shù)字式電子秤測量與控制。程序可以輸入不同的量程，當(dāng)超過100的時候會提使二極管發(fā)光提示超出量程，并提供一定時間給予調(diào)整。當(dāng)被測物在范圍之內(nèi)，通過AD轉(zhuǎn)換值與相應(yīng)的放大倍數(shù)相乘得到的數(shù)會在四位數(shù)LED上顯示。 步進(jìn)機(jī)工作原理分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理：是通過對每相線圈中的電流的順序切換來使電機(jī)機(jī)作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，切換是通過單片機(jī)輸出脈沖信號來實現(xiàn)的。所以調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率便可以改變步進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變各相輸入脈沖先后順序，可以改變點擊的旋轉(zhuǎn)方向。轉(zhuǎn)速控制：調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率便可以改變

14、步進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)速 圖二：步進(jìn)電機(jī)原理圖 圖三 微機(jī)8086最小模式系統(tǒng)配置 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809ADC0809是M美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片 2.5 元器件參數(shù)選擇及清單 名稱型號數(shù)量/個市場價格（元）集成芯片OPO7DP21LM74131電阻510K20.0282K10.0210K100.027.5K10.021K30.0210030.0239020.02變電阻20K20.1510K20.155K20

15、.15電容1000pF20.11uF30.10.1uF20.1二極管IN400730.04三極管C265510.15A101310.15 單電源：+12V 分辨率：8位顯示精度：0.1g轉(zhuǎn)換時間：取決于時鐘頻率2.6 軟硬件調(diào)試2.6.1 硬件調(diào)試：1、 檢查電路板的焊接工藝，目信測有沒有虛焊、短路等問題；檢查元器件的連接與焊接：芯片是否有插錯方向，三極管、二極管是否方向錯誤等：2、目測沒有問題后，連接CSY-910傳感器實驗儀的應(yīng)變片和12V電源插頭；3、萬用表A用mv檔測量應(yīng)變電橋的輸出端1-2（電橋的微弱輸出信號）；萬用表B用20檔測量信號輸出端JPI（最終放大的信號）；4、將傳感器實驗

16、儀的應(yīng)變梁空載（重量）、或?qū)?yīng)變梁用旋轉(zhuǎn)測微頭調(diào)節(jié)至目測水平（位移）；5、首先調(diào)節(jié)RW5使萬用表A的讀數(shù)為零；然后調(diào)節(jié)Rw6使萬用表B的讀數(shù)為零，完成電橋零點的調(diào)節(jié)；6、在應(yīng)變梁自由度逐個放上5個20g的砝碼（重量）或以圈遞增順時針旋轉(zhuǎn)測微頭（位移），觀察萬用表A、B的讀數(shù)是否是線性遞增；7加載至最大，調(diào)節(jié)RW1，控制萬用表B的讀數(shù)在5V之內(nèi)，以免對后續(xù)輸入電路產(chǎn)生破壞。 2.6.2 軟件的調(diào)試： 在實驗系統(tǒng)上按要求連好線，裝載程序，編譯，執(zhí)行程序，顯示為零，加載，若能顯示預(yù)定的數(shù)據(jù)，說明軟件調(diào)試成功。 若不行則檢查電路板各器件連接是否完好，芯片是否插錯，直到改正。 2.6.3 步進(jìn)電機(jī)電路的

17、調(diào)試對步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。我們采用四相雙四拍的方式（AB-BC-CD-C-DA-.)2.6.4 硬件和軟件的聯(lián)合調(diào)試： 按要求連接好試驗臺及電路板的連線，打開仿真軟件及編寫好的程序，裝載程序，編譯，執(zhí)行程序，顯示為零，從外部加載模擬量，若能顯示預(yù)定的數(shù)據(jù)，說明兩者調(diào)試成功。若不行則更改程序數(shù)值，再次調(diào)試，直至成功。2.7軟件設(shè)計開發(fā) 2.7.1簡介:控制可編程芯片達(dá)到效果并使用匯編語言編寫程序。設(shè)計流

18、程圖如下： 圖三：程序設(shè)計流程圖2.7.2流程圖解釋：首先：對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，設(shè)置好要用的字形口、字位口、PA、PB、控制口等地址以及初始化需要使用的BUF1和BUF2。并且將80H的控制方式字輸出到8255A的控制口。第二：將通過0809轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)取出來。第三：通過上面已經(jīng)求得的公式M=D/2處理數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的準(zhǔn)確質(zhì)量值。第四：對轉(zhuǎn)化后得到的M進(jìn)行一次除法，除數(shù)為10，計算得到余數(shù)定為個位，并將它保存到BUF2緩沖區(qū)。計算所得的商為十位，并將它保存到BUF1緩沖區(qū)。 第五：再將BUF1,2二個數(shù)取出，對LED段代碼緩沖區(qū)進(jìn)行查表換碼取數(shù)，取出的數(shù)賦給相應(yīng)字位口的字形口。從而就實現(xiàn)了在

19、LED低二位屏上顯示重量。第六：確定指示燈和電機(jī)應(yīng)表現(xiàn)的狀態(tài)，依據(jù)質(zhì)量分為小于20g，20-40g,40-60g,60g以上四個狀態(tài)。先將BUF1的數(shù)取出，并與6比較，當(dāng)大于等于6則電機(jī)反轉(zhuǎn)，指示燈亮3盞。當(dāng)BUF1小于6則再與4比較，當(dāng)大于等于4則電機(jī)快轉(zhuǎn)，指示燈亮2盞。當(dāng)BUF1小于4則再與2比較，當(dāng)大于等于2則點擊慢轉(zhuǎn)，指示燈亮1盞。當(dāng)BUF1小于2時，電機(jī)不轉(zhuǎn)，指示燈全滅。第七：循環(huán)主程序使cpu能不斷取數(shù)。3. 心得體會3.1下圖為焊接電路圖四：橋路放大電路板 圖五：步進(jìn)電機(jī)電路板3.2 心得和總結(jié)我們的課程設(shè)計從短學(xué)期被提前到了在正常的學(xué)期中，這對于我們是一個非常大的挑戰(zhàn)。在沒學(xué)完微機(jī)原