工企電氣化論文

1、設 計 說 明 書設計名稱：單片機在自動剪板機中的應用自 控 系 工企電氣化 專業(yè) 班 設計人： 指導老師： xxx 學 院2003 年 月 日畢 業(yè) 設 計 （論 文） 任 務 書自控系 工企自動化 專業(yè) xxx 班 學生 xxx畢業(yè)設計（論文）題目： 單片機在自動剪板機中的應用畢業(yè)設計（論文）內容：單片機在自動剪板機中的應用 的硬件設計和軟件設計畢業(yè)設計（論文）專題部分： 指 導 教 師： 簽字 年 月 日 教研室主任： 簽字 年 月 日 系 主 任： 簽字 年 月 日(4)目 錄(5)前 言········&

2、#183;································(7)概 述················&

3、#183;························(7)第一章 芯片介紹·······················&#

4、183;······(9) 第一節(jié) 8031芯片·····················(10) 第二節(jié) 2716芯片·················

5、83;···(11) 第三節(jié) 74ls273芯片··················(12) 第四節(jié) 74ls125芯片··················(14)第五節(jié) 74ls373芯片·

6、3;················(14)第二章 硬件設計·····························(16) 第一節(jié) 時鐘電路、復位

7、電路和外部中斷··(17) 第二節(jié) 程序存儲器的擴展··············(18) 第三節(jié) i/o口的擴展···················(22) 第四節(jié) 硬件接口電路······

8、;············(22)第三章 軟件設計······························(23) 第一節(jié) 系統(tǒng)各開關及控制口狀態(tài)··

9、83;·····(26) 第二節(jié) 流程圖························(28) 第三節(jié) 程序················

10、3;·········(29)結束語·······································

11、83;附錄··········································前 言隨著科學技術的進步，近代超大規(guī)模集成電路正在日新月異地發(fā)展起來。集成技術的最新成

12、就之一是將中央微處理器、數(shù)據存貯器、定時器/計數(shù)器、并行串行輸入/輸出口，中斷控制器等部件集成在一個芯片上，從而形成了計算機領域的一個重要分支單片計算機。單片機發(fā)展到現(xiàn)在經歷了四個階段。第一階段（1976年 1978年），單片機的探索階段。第二階段（1978年 1982年）,單片機的完善階段。第三階段（1982年 1990年） 向微控制器發(fā)展階段。第四階段（1990年 ） 微控制器的全面發(fā)展階段。現(xiàn)在單片機正向cmos化，低功耗化，低電壓化，低噪音化，高可靠化，大容量化，高性能化，高擴展技術，外用電路內裝化的方向發(fā)展。概 述一單片機性能介紹：單片機有優(yōu)異的性能價格比，集成度高、體積小、有很高可

13、靠性?？刂乒δ軓姟⒌凸?、低電壓、便于生產便攜式產品，外部總線增加了spt等。單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。二、自動剪板機工作原理電機b 工作過程：自動剪板機系統(tǒng)可控按照要求剪開大塊板料，并由送料小車運送到包裝線，未動作時，壓塊及剪切刀的限位開關sa2，sa3和sa4切斷開，行程開關sa1和光電接近開關sa7也都斷開，其工作過程如下：1、讀入限位開關sa6的狀態(tài)，判斷小車是否空載，空載則開始工作。2、啟動送料小車，并使其到位，此時限位開關sa5閉合。3、ssre通電，啟動送料機構e，帶動板料向右移動。4、當板料碰到行程開關sa1時，停止送料，同時ssr送電

14、，壓下壓塊b并使上限開關sa2閉合。5、當壓塊到位，壓緊板料時，壓塊下限開關sa3閉合。6、ssra通電，控制剪板機，剪刀落下，此時sa4閉合，直到把板料剪斷。當板料下落通過光電接近開關sa7時，sa1輸出一個脈沖，并使8031計數(shù)器加1。7、判斷小車上的板料是否夠數(shù)，如果不夠則繼續(xù)重復步驟37，一旦夠數(shù)，則使控制電機通電，小車右行，把切好的板料送至包裝線，板料卸下后小車重新返回到剪板機下，并開始下一車的裝料工作。因為單片機的程序存儲器，數(shù)據存儲器，輸入/輸出接口，指令系統(tǒng)滿足該設計的要求，并且單片機功耗低，體積小，控制及運算功能強等優(yōu)點，所以本次設計選擇單片機。第一章 芯片的介紹 第一節(jié) 8

15、031芯片介紹本次設計選用mcs-51單片機中8031芯片。一、8031芯片引腳圖 p1.0 1 8031 40 vcc p1.1 2 39 p0.0 p1.2 3 38 p0.1 p1.3 4 37 p0.2 p1.4 5 36 p0.3 p1.5 6 35 p0.4 p1.6 7 34 p0.5 p1.7 8 33 p0.6 rst 9 32 p0.7 p3.0 10 31 ea/vpp p3.1 11 30 ale p3.2 12 29 psen p3.3 13 28 p2.7 p3.4 14 27 p2.6 p3.5 15 26 p2.5 p3.6 16 25 p2.4 p3.7 17

16、 24 p2.3 xtal2 18 23 p2.2 xtal1 19 22 p2.1 vss 20 21 p2.0二、8031芯片各引腳功能vcc：接正5v電源。vss：接地。xtal1：接外部晶體的一端，在片內是內部振蕩器的反相放大器的輸入端。在使用外部時鐘工作時，此腳接地。xtal2：振蕩器以內部方式工作時，此腳接晶振的另一端，用外部時鐘工作時，此腳為外部振蕩信號的輸入端。rst：用于單片機的上電復位或掉電保護，高電平有效。ale：低八位地址鎖存允許信號，高電平有效。psen：外部程序存儲器輸出允許信號，低電平有效。ea/vpp：在8031中此腳必須接地或接低電平。對于內部有程序存儲器的機

17、型，ea應接高電平。p0.0p0.7：統(tǒng)稱p0口，在外接程序存儲器時，除用作低八位地址總線，還可以作數(shù)據總線使用。p1.0p1.7：統(tǒng)稱p1口，i/o口。p2.0p2.7：統(tǒng)稱p2口，在外接程序存儲器時，可提供高八位地址。p3.0p3.7：統(tǒng)稱p3口，雙功能口。p3.1為rxd：串行口輸入。p3.2為int0：外部中斷0輸入端。p3.3為int1：外部中斷1輸入端。p3.4為t0：定時器0外部輸入端。p3.5為t1：定時器1外部輸入端。p3.6為wr：外部數(shù)據存儲器寫選通控制輸出端。p3.7為rd：外部數(shù)據存儲器讀選通控制輸出端。第二節(jié) 2716芯片介紹一、2716芯片的引腳圖 a0 1 vc

18、c a1 2 d0 a2 3 d1 a3 4 d2 a4 5 d3 a5 6 d4 a6 7 d5 a7 8 d6 a8 9 oe a9 10 ce a10 11 gnd 12二、2716芯片各引腳功能a0a10：地址端，11根地址總線；d0d7：輸出端；vcc：接正5v電源；ce：片選信號輸入端，低電平有效，選中該芯片；oe：使能控制端；gnd：接地。三、外擴eprom的選擇 要擴展2kb字節(jié)，2716是2k*8eprom芯片，所以有11根地址總線。四、2716芯片特點：存取快，單一的正5v電源，低功耗，編程簡單，引腳與intel 2732a eprom兼容，編程時輸入與輸出兼容，全靜態(tài)。

19、第三節(jié) 74ls273芯片介紹一、74ls273芯片引腳圖 clr 1 74ls273 20 clk 1q 2 19 5q 1d 3 18 5d 2d 4 17 6d 2q 5 16 6q 3q 6 15 7q 3d 7 14 7d 4d 8 13 8d 4q 9 12 8q gnd 10 11 vcc二、74ls273芯片各引腳功能 d1d8輸入端，q1q8輸出端，vcc接正5v電源，gnd接地，clr：清零，低電平有效；clk：時鐘，上升沿有效，低電平鎖存三、74ls273芯片和74ls373芯片的區(qū)別 74ls273有clr 引腳，低電平時，清除存儲值，74ls373沒有刪除存儲值的功能

20、。四、74ls273在這次的設計中的作用 74ls273在本次設計中作擴展輸出。輸出控制信號由8031芯片的p2.7和rd相或非而成。二者同時為1高電平時，或非門輸出為0，將p0口數(shù)據鎖存到74ls273中。第四節(jié) 74ls125芯片介紹一、74ls125芯片引腳圖 1c 1 74ls125 14 vcc 1a 2 13 4c 1y 3 12 4a 2c 4 11 4y 2a 5 10 3c 2y 6 9 3a vss 7 8 3y二、74ls125芯片各引腳功能 1a4a：輸入端；1y4y：輸出端；1c4c：使能端，低電平有效；vcc：接正5v電源；vss：接地。當c為電平0時，a輸入為低電

21、平0。當y輸出為低電平0;當c為低電平o，a輸入為高電平1，y輸出為高電平1;當c為高電平1時，無論a輸入為高電平1或低電平0，y輸出都為高阻態(tài)。三、74ls125真值表輸入輸出cay0000111x高阻 四、74ls125芯片在這次的設計中的作用當c為低電平0時，a輸入為低電平0，y輸出為低電平0；當c為低電平0時，a輸入為高電平1，y輸出為高電平1；當c為高電平1時，無論a輸入為高電平1或低電平0時，y輸出都為高阻態(tài)。第五節(jié) 74ls373芯片介紹 74ls373是8d鎖存器、地址鎖存器，只能接輸出端。一、74ls373芯片引腳圖 oe 1 74ls373 20 vcc q0 2 19 q

22、7 d0 3 18 d7 d1 4 17 d6 q1 5 16 q6 q2 6 15 q5 d2 7 14 d5 d3 8 13 d4 q3 9 12 q4 gnd 10 11 g 8 d0d7 74ls373 +5v 8 q0q7 oe (8031ale)g gnd二、74ls373引腳功能 d0d7:輸入端。q0q7輸出端。vcc：接正5v電壓。gnd：接地。g：鎖存控制信號。oe：使能控制端。當oe為低電平時，8路全導通；當oe為高電平時，輸出為高阻態(tài)。三、74ls373芯片三種工作狀態(tài)1、oe低電平，g高電平時，輸出等于輸入。2、oe 低電平，g為下降沿時，輸出等于輸入，輸入被存儲；o

23、e低電平，g低電平時，輸出等于被存儲值。3、oe高電平，輸入與輸出斷開。四、74ls373地址鎖存的實現(xiàn)當74ls373用做單片機低8位地址線/數(shù)據線、地址鎖存時，將oe置成低電平，鎖存允許信號g受控于單片機地址有效鎖存信號ale。這樣當外部地址鎖存有效信號ale使g變?yōu)楦唠娖綍r，74ls373內部寄存器便處于直通狀態(tài)；當ale下降為低電平時，立即將鎖存器的輸入d0d7，即總線上的低8位地址鎖入內部寄存器中。 第二章 硬件設計 第一節(jié) 時鐘電路、復位電路和外部中斷一、時鐘電路 外接晶振時，c1c2通常選擇為30pf；外接陶瓷諧振時，c1和c2約為47pf；為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定

24、可靠地工作，電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近。 利用芯片內部的振蕩器，然后在引腳xtal1和xtal2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘電路。二、復位電路單片機在啟動運行時，都需要先復位，其作用是cpu和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。按鍵電平復位相當于按復位鍵后，復位端通過電阻與vcc電源接通。三、外部中斷 外部中斷0中斷申請，由p3.2引腳輸入。ito=0為電平觸發(fā)方式。單片機上電復位后，就一直處于執(zhí)行指令狀態(tài)，當按下常開開關，into接低電平處于中斷狀態(tài)。 第二節(jié) 程序存儲器的擴展一、8031的存儲器 8031

25、芯片無片內程序存儲器，只有片內數(shù)據存儲器，可以擴展片外程序存儲器和片外數(shù)據存儲器。二、存儲器的尋址存儲器尋址是通過對地址線進行適當連接，使存儲器中任一單元都對應唯一的尋址地址。存儲器的尋址包含兩部分，即存儲器芯片的尋址和存儲單元的尋址。尋址方法：線選法。以系統(tǒng)的高位地址線存儲器的片選端相連。三、存儲器的擴展 程序存儲器的擴展常用的芯片：eprom27xx，地址鎖存器74xxx。 用eprom作為單片機外部程序存儲器是目前最常用的程序存儲器的擴展方法。數(shù)據存儲的擴展方法與程序存儲的擴展方法相同。 典型的eprom擴展方法：擴展2kb字節(jié)2k*8=16 所以選2716芯片；2k=2*2=2 所以有

26、11根地址總線a0a10 ce引腳為片選信號輸入端，低電平有效，表示選中該片，因此2716占有地址空間0000h07ffh的2k字節(jié)。 oe端是輸出使能端，與單片機的psen端相連。當psen有效時，把2716中的指令或數(shù)據通過p0線讀入單片機中。 p2用做擴展程序存儲器的高8位地址總線，即使沒有全部占用，空余口的幾根也不宜作通用i/o線，否則會給軟件編寫及其使用帶來不必要的麻煩。 第三節(jié) i/o口的擴展一、i/o的作用 i/o口提供了一條輸入/輸出通道，大多數(shù)情況下靠單片機自身i/o端口，不足以測控眾多的外部電路或設備，這就需要對i/o口進行擴展。二、擴展芯片可編程i/o芯片；ttl mos

27、芯片；74ls244芯片；74ls273芯片；74ls373芯片。三、i/o擴展的基本方法1、i/o口占用外部數(shù)據存儲器空間。2、i/o口的輸入/輸出指令就是訪問片外ram的指令。3、i/o擴展芯片的數(shù)據線取自單片機的p0口總線，只是分時占用p0口。4、串行口擴展方式。5、擴展時要分析接口芯片的功能、結構及驅動方法。要防止總線上的數(shù)據沖突。 第四節(jié) 硬件接口電路 開關量輸入sa1sa6接p0口（i/o擴展273），sa7接t0定時器/計數(shù)器。輸出ssre接p1.4，ssrb接p1.3，ssra接p1.2，直接電動機接p1.0和p1.1。一、開關量輸入接口 sai閉合，發(fā)光二極管加正向電壓導通，

28、光電三極管有光照導通，8031接口與地等電位，低電平。sai斷開，發(fā)光二極管不導通，光電三極管無光照不導通，8031接口接5v電壓，高電平。當有板料落下時，光控開關sa7閉合，發(fā)光二極管導通，光電三極管有光照導通，t0計數(shù)。二、輸出控制電路1、ssre、ssrb、ssrap1.4（p1.2、p1.3）為高電平“1”，發(fā)光二極管導通，光電三極管有光照導通，過0觸發(fā)器觸發(fā)，雙向可控硅導通，電機轉。p1.4（p1.2、p1.3）為低電平“0”，發(fā)光二極管不導通，光電三極管無光照不導通，過0觸發(fā)器不觸發(fā)，雙向可控硅不導通，電機停。2、直流電動機輸入控制電路 雙向直流電動機控制真值表 p1.1 p1.0

29、 運行狀態(tài) qs1 qs2 qs3 qs4 1 0 正 轉 1 0 0 1 0 1 反 轉 0 1 1 0 1 1 停 車 0 1 0 10 0 滑 行 0 0 0 0p1.0為0，p1.1為1：三態(tài)門4控制端為0，三態(tài)門4輸出0。三態(tài)門3控制端為0，三態(tài)門3輸出1。三態(tài)門2控制端為0，三態(tài)門2輸出1。三態(tài)門1控制端為1高阻。三態(tài)門2、3輸出為1，光電隔離器qs1和qs4導通，電動機正轉。 p1.0為1，p1.1為0：三態(tài)門4控制端為0，三態(tài)門4輸出為1。三態(tài)門3控制端為1，高阻。三態(tài)門2控制端為0，三態(tài)門2輸出為0。三態(tài)門1控制端為0，三態(tài)門1輸出為1。三態(tài)門4和三態(tài)門1輸出為1，光電隔離器

30、qs2和qs3導通，電動機反轉。p1.0為1，p1.1為1：三態(tài)門4控制端為0，三態(tài)門4輸出為1。三態(tài)門3控制端為1高阻。三態(tài)門2控制端為0。三態(tài)門2輸出為1。三態(tài)門1控制端為1，三態(tài)門1，輸出高阻。三態(tài)門4和三態(tài)門2輸出為1，光電隔離器qs1和qs2導通電動機停車。p1.0為0，p1.1為1：三態(tài)門4控制端為0，三態(tài)門4輸出為0。三態(tài)門3控制端為0，三態(tài)門3輸出為0。三態(tài)門3控制端為0，三態(tài)門2輸出為0。三態(tài)門1控制端為0，輸出為0。光電隔離器qs1、qs2、qs4均不導通，電動機滑行。第三章 軟件設計 第一節(jié) 系統(tǒng)各開關及控制器狀態(tài) 輸出控制狀態(tài)判斷條件程序步驟：程序內容：p1.7 p1.

31、6 p1.5 p1.4 p1.3 p1.2 p1.1 p1.08d 7d 6d 5d 4d 3d 2d 1d step1判斷小車是否空線0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1step2啟動小車并判斷是否到位0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 1 1 1 1step3停車，啟動ssre送板料并是否到位0 0 0 1 0 0 1 11 1 1 0 1 1 1 0step4斷ssre啟動ssrb壓下壓塊并判斷是否壓緊0 0 0 0 1 0 1 11 1 1 0 1 0 0 0step5啟動ssra，剪刀下降判斷是否剪下板料0 0 0 0 1 1 1 11 1 0 0

32、0 0 0 1step6斷ssrb，ssra壓塊b剪d上抬，判斷兩者是否復位0 0 0 0 0 0 1 11 1 0 0 1 1 1 1step7測試tf0位判斷板料是否剪夠step8啟動小車0 0 0 0 0 0 1 01 1 0 0 1 1 1 1 第二節(jié) 流程圖1.主程序流程圖斷 開 系 統(tǒng) 所 有 控 制 電 源主 程 序置 int0 中 斷 方 式開 中 斷設 t0 為 計 數(shù) 方 式 2裝 入 時 間 常 數(shù)啟 動 t0等 待 2.中斷服務流程圖中 斷 服 務 程 序讀 入 sa6 狀 態(tài)sa6=0 ？啟 動 小 車 運 行接 入 sa5 狀 態(tài)ssre 通 電 使 板 料 前 進

33、小車是否到位（sa5=0） ？讀 入 sa1 狀 態(tài)ssre斷電ss通電使壓塊下降板料是否到位（sa1=0） ？ step1 step2 step3讀 入 sa2、sa3 狀 態(tài)壓塊是否壓緊？ step4 ssra，ssrb通 電 使 剪 切 刀 下 降讀 入 sa2、sa3 狀 態(tài)判斷是否剪下？ step5斷 開ssra，ssrb使 壓 塊 剪 刀 重 復 讀 入sa1、 sa3、sa4 狀 態(tài)判斷壓塊剪刀是否復位？ step6讀 t 、f0 tf0=0 ？ step7 啟 動 小 車 運 行 第三節(jié) 程序主程序 org 0000h; 上電，復位入口地址ajmp main;org 0003h;ajmp intpt; 轉into