工企电气化论文.doc

设 计 说 明 书设计名称：单片机在自动剪板机中的应用自 控 系 工企电气化 专业 班 设计人： 指导老师： xxx 学 院2003 年 月 日毕 业 设 计 （论 文） 任 务 书自控系 工企自动化 专业 xxx 班 学生 xxx毕业设计（论文）题目： 单片机在自动剪板机中的应用毕业设计（论文）内容：单片机在自动剪板机中的应用 的硬件设计和软件设计毕业设计（论文）专题部分： 指 导 教 师： 签字 年 月 日 教研室主任： 签字 年 月 日 系 主 任： 签字 年 月 日(4)目 录(5)前 言(7)概 述(7)第一章 芯片介绍(9) 第一节 8031芯片(10) 第二节 2716芯片(11) 第三节 74ls273芯片(12) 第四节 74ls125芯片(14)第五节 74ls373芯片(14)第二章 硬件设计(16) 第一节 时钟电路、复位电路和外部中断(17) 第二节 程序存储器的扩展(18) 第三节 i/o口的扩展(22) 第四节 硬件接口电路(22)第三章 软件设计(23) 第一节 系统各开关及控制口状态(26) 第二节 流程图(28) 第三节 程序(29)结束语附录前 言随着科学技术的进步，近代超大规模集成电路正在日新月异地发展起来。集成技术的最新成就之一是将中央微处理器、数据存贮器、定时器/计数器、并行串行输入/输出口，中断控制器等部件集成在一个芯片上，从而形成了计算机领域的一个重要分支单片计算机。单片机发展到现在经历了四个阶段。第一阶段（1976年 1978年），单片机的探索阶段。第二阶段（1978年 1982年）,单片机的完善阶段。第三阶段（1982年 1990年） 向微控制器发展阶段。第四阶段（1990年 ） 微控制器的全面发展阶段。现在单片机正向cmos化，低功耗化，低电压化，低噪音化，高可靠化，大容量化，高性能化，高扩展技术，外用电路内装化的方向发展。概 述一单片机性能介绍：单片机有优异的性能价格比，集成度高、体积小、有很高可靠性。控制功能强、低功耗、低电压、便于生产便携式产品，外部总线增加了spt等。单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。二、自动剪板机工作原理电机b 工作过程：自动剪板机系统可控按照要求剪开大块板料，并由送料小车运送到包装线，未动作时，压块及剪切刀的限位开关sa2，sa3和sa4切断开，行程开关sa1和光电接近开关sa7也都断开，其工作过程如下：1、读入限位开关sa6的状态，判断小车是否空载，空载则开始工作。2、启动送料小车，并使其到位，此时限位开关sa5闭合。3、ssre通电，启动送料机构e，带动板料向右移动。4、当板料碰到行程开关sa1时，停止送料，同时ssr送电，压下压块b并使上限开关sa2闭合。5、当压块到位，压紧板料时，压块下限开关sa3闭合。6、ssra通电，控制剪板机，剪刀落下，此时sa4闭合，直到把板料剪断。当板料下落通过光电接近开关sa7时，sa1输出一个脉冲，并使8031计数器加1。7、判断小车上的板料是否够数，如果不够则继续重复步骤37，一旦够数，则使控制电机通电，小车右行，把切好的板料送至包装线，板料卸下后小车重新返回到剪板机下，并开始下一车的装料工作。因为单片机的程序存储器，数据存储器，输入/输出接口，指令系统满足该设计的要求，并且单片机功耗低，体积小，控制及运算功能强等优点，所以本次设计选择单片机。第一章 芯片的介绍 第一节 8031芯片介绍本次设计选用mcs-51单片机中8031芯片。一、8031芯片引脚图 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 24 p2.3 xtal2 18 23 p2.2 xtal1 19 22 p2.1 vss 20 21 p2.0二、8031芯片各引脚功能vcc：接正5v电源。vss：接地。xtal1：接外部晶体的一端，在片内是内部振荡器的反相放大器的输入端。在使用外部时钟工作时，此脚接地。xtal2：振荡器以内部方式工作时，此脚接晶振的另一端，用外部时钟工作时，此脚为外部振荡信号的输入端。rst：用于单片机的上电复位或掉电保护，高电平有效。ale：低八位地址锁存允许信号，高电平有效。psen：外部程序存储器输出允许信号，低电平有效。ea/vpp：在8031中此脚必须接地或接低电平。对于内部有程序存储器的机型，ea应接高电平。p0.0p0.7：统称p0口，在外接程序存储器时，除用作低八位地址总线，还可以作数据总线使用。p1.0p1.7：统称p1口，i/o口。p2.0p2.7：统称p2口，在外接程序存储器时，可提供高八位地址。p3.0p3.7：统称p3口，双功能口。p3.1为rxd：串行口输入。p3.2为int0：外部中断0输入端。p3.3为int1：外部中断1输入端。p3.4为t0：定时器0外部输入端。p3.5为t1：定时器1外部输入端。p3.6为wr：外部数据存储器写选通控制输出端。p3.7为rd：外部数据存储器读选通控制输出端。第二节 2716芯片介绍一、2716芯片的引脚图 a0 1 vcc 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芯片各引脚功能a0a10：地址端，11根地址总线；d0d7：输出端；vcc：接正5v电源；ce：片选信号输入端，低电平有效，选中该芯片；oe：使能控制端；gnd：接地。三、外扩eprom的选择 要扩展2kb字节，2716是2k*8eprom芯片，所以有11根地址总线。四、2716芯片特点：存取快，单一的正5v电源，低功耗，编程简单，引脚与intel 2732a eprom兼容，编程时输入与输出兼容，全静态。 第三节 74ls273芯片介绍一、74ls273芯片引脚图 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芯片各引脚功能 d1d8输入端，q1q8输出端，vcc接正5v电源，gnd接地，clr：清零，低电平有效；clk：时钟，上升沿有效，低电平锁存三、74ls273芯片和74ls373芯片的区别 74ls273有clr 引脚，低电平时，清除存储值，74ls373没有删除存储值的功能。四、74ls273在这次的设计中的作用 74ls273在本次设计中作扩展输出。输出控制信号由8031芯片的p2.7和rd相或非而成。二者同时为1高电平时，或非门输出为0，将p0口数据锁存到74ls273中。第四节 74ls125芯片介绍一、74ls125芯片引脚图 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芯片各引脚功能 1a4a：输入端；1y4y：输出端；1c4c：使能端，低电平有效；vcc：接正5v电源；vss：接地。当c为电平0时，a输入为低电平0。当y输出为低电平0;当c为低电平o，a输入为高电平1，y输出为高电平1;当c为高电平1时，无论a输入为高电平1或低电平0，y输出都为高阻态。三、74ls125真值表输入输出cay0000111x高阻 四、74ls125芯片在这次的设计中的作用当c为低电平0时，a输入为低电平0，y输出为低电平0；当c为低电平0时，a输入为高电平1，y输出为高电平1；当c为高电平1时，无论a输入为高电平1或低电平0时，y输出都为高阻态。第五节 74ls373芯片介绍 74ls373是8d锁存器、地址锁存器，只能接输出端。一、74ls373芯片引脚图 oe 1 74ls373 20 vcc q0 2 19 q7 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引脚功能 d0d7:输入端。q0q7输出端。vcc：接正5v电压。gnd：接地。g：锁存控制信号。oe：使能控制端。当oe为低电平时，8路全导通；当oe为高电平时，输出为高阻态。三、74ls373芯片三种工作状态1、oe低电平，g高电平时，输出等于输入。2、oe 低电平，g为下降沿时，输出等于输入，输入被存储；oe低电平，g低电平时，输出等于被存储值。3、oe高电平，输入与输出断开。四、74ls373地址锁存的实现当74ls373用做单片机低8位地址线/数据线、地址锁存时，将oe置成低电平，锁存允许信号g受控于单片机地址有效锁存信号ale。这样当外部地址锁存有效信号ale使g变为高电平时，74ls373内部寄存器便处于直通状态；当ale下降为低电平时，立即将锁存器的输入d0d7，即总线上的低8位地址锁入内部寄存器中。 第二章 硬件设计 第一节 时钟电路、复位电路和外部中断一、时钟电路 外接晶振时，c1c2通常选择为30pf；外接陶瓷谐振时，c1和c2约为47pf；为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠地工作，电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。 利用芯片内部的振荡器，然后在引脚xtal1和xtal2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。二、复位电路单片机在启动运行时，都需要先复位，其作用是cpu和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。按键电平复位相当于按复位键后，复位端通过电阻与vcc电源接通。三、外部中断 外部中断0中断申请，由p3.2引脚输入。ito=0为电平触发方式。单片机上电复位后，就一直处于执行指令状态，当按下常开开关，into接低电平处于中断状态。 第二节 程序存储器的扩展一、8031的存储器 8031芯片无片内程序存储器，只有片内数据存储器，可以扩展片外程序存储器和片外数据存储器。二、存储器的寻址存储器寻址是通过对地址线进行适当连接，使存储器中任一单元都对应唯一的寻址地址。存储器的寻址包含两部分，即存储器芯片的寻址和存储单元的寻址。寻址方法：线选法。以系统的高位地址线存储器的片选端相连。三、存储器的扩展 程序存储器的扩展常用的芯片：eprom27xx，地址锁存器74xxx。 用eprom作为单片机外部程序存储器是目前最常用的程序存储器的扩展方法。数据存储的扩展方法与程序存储的扩展方法相同。 典型的eprom扩展方法：扩展2kb字节2k*8=16 所以选2716芯片；2k=2*2=2 所以有11根地址总线a0a10 ce引脚为片选信号输入端，低电平有效，表示选中该片，因此2716占有地址空间0000h07ffh的2k字节。 oe端是输出使能端，与单片机的psen端相连。当psen有效时，把2716中的指令或数据通过p0线读入单片机中。 p2用做扩展程序存储器的高8位地址总线，即使没有全部占用，空余口的几根也不宜作通用i/o线，否则会给软件编写及其使用带来不必要的麻烦。 第三节 i/o口的扩展一、i/o的作用 i/o口提供了一条输入/输出通道，大多数情况下靠单片机自身i/o端口，不足以测控众多的外部电路或设备，这就需要对i/o口进行扩展。二、扩展芯片可编程i/o芯片；ttl mos芯片；74ls244芯片；74ls273芯片；74ls373芯片。三、i/o扩展的基本方法1、i/o口占用外部数据存储器空间。2、i/o口的输入/输出指令就是访问片外ram的指令。3、i/o扩展芯片的数据线取自单片机的p0口总线，只是分时占用p0口。4、串行口扩展方式。5、扩展时要分析接口芯片的功能、结构及驱动方法。要防止总线上的数据冲突。 第四节 硬件接口电路 开关量输入sa1sa6接p0口（i/o扩展273），sa7接t0定时器/计数器。输出ssre接p1.4，ssrb接p1.3，ssra接p1.2，直接电动机接p1.0和p1.1。一、开关量输入接口 sai闭合，发光二极管加正向电压导通，光电三极管有光照导通，8031接口与地等电位，低电平。sai断开，发光二极管不导通，光电三极管无光照不导通，8031接口接5v电压，高电平。当有板料落下时，光控开关sa7闭合，发光二极管导通，光电三极管有光照导通，t0计数。二、输出控制电路1、ssre、ssrb、ssrap1.4（p1.2、p1.3）为高电平“1”，发光二极管导通，光电三极管有光照导通，过0触发器触发，双向可控硅导通，电机转。p1.4（p1.2、p1.3）为低电平“0”，发光二极管不导通，光电三极管无光照不导通，过0触发器不触发，双向可控硅不导通，电机停。2、直流电动机输入控制电路 双向直流电动机控制真值表 p1.1 p1.0 运行状态 qs1 qs2 qs3 qs4 1 0 正 转 1 0 0 1 0 1 反 转 0 1 1 0 1 1 停 车 0 1 0 10 0 滑 行 0 0 0 0p1.0为0，p1.1为1：三态门4控制端为0，三态门4输出0。三态门3控制端为0，三态门3输出1。三态门2控制端为0，三态门2输出1。三态门1控制端为1高阻。三态门2、3输出为1，光电隔离器qs1和qs4导通，电动机正转。 p1.0为1，p1.1为0：三态门4控制端为0，三态门4输出为1。三态门3控制端为1，高阻。三态门2控制端为0，三态门2输出为0。三态门1控制端为0，三态门1输出为1。三态门4和三态门1输出为1，光电隔离器qs2和qs3导通，电动机反转。p1.0为1，p1.1为1：三态门4控制端为0，三态门4输出为1。三态门3控制端为1高阻。三态门2控制端为0。三态门2输出为1。三态门1控制端为1，三态门1，输出高阻。三态门4和三态门2输出为1，光电隔离器qs1和qs2导通电动机停车。p1.0为0，p1.1为1：三态门4控制端为0，三态门4输出为0。三态门3控制端为0，三态门3输出为0。三态门3控制端为0，三态门2输出为0。三态门1控制端为0，输出为0。光电隔离器qs1、qs2、qs4均不导通，电动机滑行。第三章 软件设计 第一节 系统各开关及控制器状态 输出控制状态判断条件程序步骤：程序内容：p1.7 p1.6 p1.5 p1.4 p1.3 p1.2 p1.1 p1.08d 7d 6d 5d 4d 3d 2d 1d step1判断小车是否空线0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1step2启动小车并判断是否到位0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 1 1 1 1step3停车，启动ssre送板料并是否到位0 0 0 1 0 0 1 11 1 1 0 1 1 1 0step4断ssre启动ssrb压下压块并判断是否压紧0 0 0 0 1 0 1 11 1 1 0 1 0 0 0step5启动ssra，剪刀下降判断是否剪下板料0 0 0 0 1 1 1 11 1 0 0 0 0 0 1step6断ssrb，ssra压块b剪d上抬，判断两者是否复位0 0 0 0 0 0 1 11 1 0 0 1 1 1 1step7测试tf0位判断板料是否剪够step8启动小车0 0 0 0 0 0 1 01 1 0 0 1 1 1 1 第二节 流程图1.主程序流程图断 开 系 统 所 有 控 制 电 源主 程 序置 int0 中 断 方 式开 中 断设 t0 为 计 数 方 式 2装 入 时 间 常 数启 动 t0等 待 2.中断服务流程图中 断 服 务 程 序读 入 sa6 状 态sa6=0 ？启 动 小 车 运 行接 入 sa5 状 态ssre 通 电 使 板 料 前 进小车是否到位（sa5=0） ？读 入 sa1 状 态ssre断电ss通电使压块下降板料是否到位（sa1=0） ？ step1 step2 step3读 入 sa2、sa3 状 态压块是否压紧？ step4 ssra，ssrb通 电 使 剪 切 刀 下 降读 入 sa2、sa3 状 态判断是否剪下？ step5断 开ssra，ssrb使 压 块 剪 刀 重 复 读 入sa1、 sa3、sa4 状 态判断压块剪刀是否复位？ step6读 t 、f0 tf0=0 ？ step7 启 动 小 车 运 行 第三节 程序主程序 org 0000h; 上电，复位入口地址ajmp main;org 0003h;ajmp intpt; 转into 中断服务程序org 0100h;main:mov p1 #00h; 断开系统所有控制电源setb it0; 设外部中断0为边沿触发方式setb ex0; 允许外部中断0中断setb ea; cpu开中断mov tmod #06h; 设t0为计数方式2mov tho #0f6h; 装入时间常数mov tlo #of6h;setb tro； 启动t0here:ajmp here； 等待中断服务程序org 0120hintpt:mov dptr #7fffa; 置74ls273 2#地址loop1:movx a dptr; 判断小车是否空载jnb acc