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母线槽 机运 控制系统 设计

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南京工程学院毕业设计任务书 自动化 系 自动化（数控技术应用） 专业设 计 题 目 母线槽贴标机运动控制系统设计 学 生 姓 名 钱巧栋 班 级 032022 起 止 日 期 2006.2.20至2006.6.16 指 导 教 师 华茂发 教研室主任 葛红宇 发任务书日期 2006 年 02 月 20日1.毕业设计的原始数据： 控制对象：母线槽贴标机运动结构控制轴：X轴（横向运动），Y轴（垂直运动），Z轴（纵向运动）显示：单排LED2.毕业设计(论文)的内容和要求(包括技术要求、图表要求以及工作要求等)： 采用8031作为CPU，外扩8K程序存储器，8K数据存储器；键盘用8255扩展，行线用PC口高4位，列线用PC口低4位，I/O口用8255的PB和 PA口扩展，手动键盘接8031的P1口，步进电机脉冲信号经所存器输出。 4位LED显示，一位显示字母，其它三位显示数据。LED段选信号经所存 器输出，位选信号用8031的P2口高地址译码输出。步进电机脉冲信号经 相序分配和驱动，控制贴标机械手三轴步进电机。编写主要程序流程图和 程序。3.毕业设计应完成的技术文件： （1） 毕业设计说明书（论文）（2） 控制系统原理图（3） 印制电路板图（4） 主要程序流程图和程序4.主要参考文献： 1. 何立民. MCS-51单片机应用系统设计. 北京：北京航空航天大学出版社， 1990年2. 李朝青. 单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，19993. 赵德安等. 单片机原理与应用. 北京：机械工业出版社，20045.毕业设计(论文)进度计划(以周为单位)：起 止 日 期工 作 内 容备 注第一周第二周第三周第四周第五周第六周第七周第八周第十周第十一周第十二周第十三周第十四周第十五周第十六周第十七周熟悉课题收集资料拟定方案修改方案CPU扩展电路显示电路手动键盘和编辑键盘电路I/O扩展电路印制电路板图五一放假步进驱动电路设计主要程序流程图编写相序分配程序写论文修改论文答辩教研室审查意见： 室主任 年 月 日系部审查意见： 系主任 年 月 日 南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 钱巧栋 学 号： 003202225 系 部： 自动化系 专 业： 自动化（数控技术应用） 题 目： 母线槽贴标机控制系统设计 指导者： 华茂发 副教授 (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2006 年 06月 南 京毕业设计说明书（论文）中文摘要 本文概述了母线槽及其自动检测系统的组成和控制流程，主要介绍贴标机运动控制系统的设计和功能实现。贴标机运动控制系统选用8031单片机作为CPU，外部扩展程序存储器和数据存储器，选用LED设计显示电路，键盘有手动键盘和编辑键盘两种形式。8031单片机系统通过外部扩展的输入输出接口，输出控制步进电机转动的脉冲信号，8031输出的脉冲信号通过光电耦合器，由89C2051单片机构成的步进电机环形分配器进行相序分配，经恒流斩波电路进行功率放大，驱动步进电机转动，控制贴标机械手的移动，实现贴标机的运动控制。关键词 母线槽贴标机 单片机控制 步进驱动电路毕业设计说明书（论文）外文摘要Title The Design Of The Bus Ways Automatic Signing Machining Control System AbstractThis paper has outlined the bus way and its automatic detection system composition and the control flow, the main introduction pastes the sign machine movement control is the system series design and the function realization. Pastes the sign machine movement control system to select 8031 as CPU, exterior expansion ROM and RAM, select the LED to design the display circuit, the keyboard has the manual keyboard and the editor keyboard two kinds of forms. 8031 systems through exterior expansion input output connection, the output control stepping motor the pulse signal which the electrical machinery rotates, 8031 outputs pulse signals through the electricity coupler, constitute by the 89C2051 stepping motor the electrical machinery ring-like divider to carry on the foreword assignment, and carries on the constant flow to cut wave processing, actuates to stepping motor the electrical machinery rotation, the control pastes the sign manipulators migration, the realization pastes the sign machine movement control.Keywords the bus ways signing machine, microcontroller control, stepping motor driving circuit 南京工程学院毕业设计说明书（论文）前 言人类已经进入电气化时代，人们借助电气技术实现了自动控制机械、自动生产线甚至自动工厂，并大大地发展了自动控制理论。在单片机出现后，计算机成为广大工程技术人员现代化技术革新、技术革命的武器。目前，计算机在工业控制领域中得到最广泛的应用，各种机电设备都竞相引入单片机构成各种控制器、控制系统以及相应得多机系统和网络系统。而本课题母线槽贴标机控制系统，就是通过外扩键盘、显示和输入/输出接口等单元，满足母线槽自动贴标功能的单片机系统。作为一名将成为电子、电气工程技术人员的自动化专业毕业生，了解和掌握单片机及其控制系统是非常必要的。目前国内母线槽技术参数的测定还是由人工完成，其自动检测技术在国内还是个空白。随着社会的发展，人工检测技术远远不能满足社会对生产率的要求，采用自动检测技术并配备自动化检测装置将大大提高企业生产的效率，减少人员的投入，将会给企业带来广阔的市场前景和显著的社会效益。本课题是母线槽贴标机运动控制系统设计，课题来源是系工程实验室项目。母线槽贴标机运动控制系统是母线槽技术参数自动检测系统的一个重要组成部分，另一重要组成部分是母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系统，由朱静同学负责该控制系统控制电路部分的设计，潘彩霞同学负责自动检测线气压传动部分的设计。第一章 概 述1.1 母线槽简介母线槽是一种新型的配电设备，是替代传统的电缆和电缆桥架输配电系统的更新换代产品,尤其在大电流输送电方面母线槽居于主导地位， 其输电能力在200A5000A, 母线槽由许多个直线单元和若干个弯曲单元连接组成。与传统的电缆配电方式比较，母线槽具有体积小、输送电流大、安全可靠、拆装方便、基建与配电施工互不相扰，一次投资可反复使用等优点，是一种理想的配电产品。母线槽的安装可直接从变压器接到低压配电柜，也可以从低压柜直接接到配电系统作为配电干线线路。 母线槽主要有三相三线制、三相四线制和三相五线制，其中又有单通道和双通道之分，截面如图1-1所示。按制造工艺和用途，又可以分为：密集型母线槽、空气型母线槽、高性能型母线槽、耐火型母线槽、防水型母线槽、绝缘型母线槽等。适用于高层建筑、多层工业工房、机床密集的车间、产品工艺多变的车间、老车间和厂房的改造，以及各种实验室、展览馆、体育馆、宾馆等场所作电力馈电和配电使用。母线槽结构（图1-1）：由绝缘垫块（酚醛塑料）、固定螺栓、导电排、绝缘层（聚四氟乙烯）、侧板、盖板和外壳螺栓等部件组成。母线槽应用范围广，可以应用于多个行业的许多场合；防护等级高，可广泛应用于室内、户外、地下、水中和含有腐蚀性气体等特殊环境中。母线槽的相关技术参数执行GB7251.2的相关规定。其主要参数有：额定电流及电压，介电性能，绝缘电阻，结构强度和防护等级等，产品型号标识如图1-2所示。母线槽的参数性能要求达到：1）母线槽保证在额定工作电流及110%的额定电压下长期正常工作。2）母线槽单元应承受交流2500V（有效值）的工频耐压，历时1min无击穿或闪络现象。3）母线槽单元相与相之间及外壳之间的绝缘电阻均不低于20M欧姆。4）母线槽2m长度中间能承受2m母线槽本身重量加90kg的静负荷，不影响其性能，母线槽连接处能承受1.5m母线槽重量加90kg的静负荷，不影响其性能。5）防护等级为IP40。1234567 a) b) c） d） 图1-1 母线槽截面图a）三线制截面 b）四线制截面 c）双通道四线制 d）五线制截面1绝缘垫块 2固定螺栓 3导电排 4绝缘层 5侧板 6盖板 7外壳螺栓图1-2 母线槽产品型号1.2 自动检测系统的组成及控制流程母线槽自动检测系统主要由一个上位机（PC）、运动控制系统（或称下位机）、母线槽参数检测系统、贴标机、气压系统、辅助动作执行结构、包装机构、定位机构、步进驱动系统等组成，并配备了相关的传输机构、打印机等，如图1-3所示。 上位机 打印机 检测系统 下位机气压传动系统 贴标机功率放大系统母线槽步进驱动系统执行机构（气缸）母线槽测试台定位机构包装机构图1.3 自动检测系统的组成及控制流程框图上位机（PC）主要负责母线槽自动检测系统的总体控制，控制下位机、接收检测系统检测数据、打印检测结果及控制贴标机贴标。下位机由8031单片机构成，主要控制气缸传动系统和步进驱动系统，相应执行机构单元根据控制系统发出的控制信号动作。贴标机系统由8031及外围电路组成，接收上位机控制信号，控制贴标机械手，抓取打印机打印的标签并粘贴到母线槽外壳上。定位机构是由气缸驱动的。第二章 贴标机运动控制电路设计2.1 贴标机的运动贴标机是一个三坐标机构，由X轴（横向运动）、Y轴（垂直运动）、Z轴（纵向运动）组成，三个轴分别由三个步进电机驱动，通过机械传动装置，控制母线槽贴标机贴标机械手的运动，实现粘贴标签的具体动作，贴标机运动机构如图2-1所示。其中贴标机械手由一个两位三通电磁阀（图中未画出）控制的薄膜气缸、抽风扇和压标头等机械部件组成。通过抽风扇抽风，形成负压吸附标签。贴标机械手在三坐标方向移至母线槽外壳表面，薄膜气缸上腔进气，压标头伸出将标签压贴在母线槽外壳表面上。Y21XZ63457 图2-1 贴标机运动机构示意图 1X向步进电机 2Y向步进电机 3薄膜气缸 4吸标风扇 5贴标机械手 6压标头 7Z向步进电机2.2 贴标机运动控制方案设计2.2.1 总体方案设计如图2-2所示，选用8031单片机作为CPU，扩展控制系统，输出分别控制X轴、Y轴和Z轴方向步进电机脉冲信号，经光电耦合器输出，由89C2051单片机对各轴正反转脉冲进行相序分配，利用恒流斩波电路对环型分配后信号进行放大，形成控制步进电机的四相驱动信号，最终实现对各轴步进电机的控制。贴标机控制系统光耦光耦光耦贴标头开关量输出接口X轴相序分配X轴驱动器X轴步进电机Y轴相序分配Y轴驱动器Y轴步进电机Z轴相序分配Z轴驱动器Z轴步进电机 图2-2 总体控制方案框图2.2.2 贴标机控制系统设计如图2-3所示，贴标机控制系统采用8031单片机作为CPU。8031单片机是控制系统的核心，控制贴标机的运动。手动按钮接8031的P1口，对贴标机运动进行手动控制，手动操作X轴、Y轴和Z轴的移动。用2764芯片外扩8KB程序存储器（ROM），存储贴标机运动的控制程序。用6264芯片外扩8KB数据存储器（RAM），存储贴标机运动的相关数据。四位LED显示，一位用“米”字型16段管，用来显示字母X、Y和Z，其它三位用7段管，分别显示百、十、个位数值。LED显示键盘输入的字母和数值，并在贴标头移动过程中显示贴标头的坐标值。LED显示的段选信号经74LS273锁存器输出，位选信号用8031的P2口高位地址经74LS138译码输出。键盘用8255A的PC口扩展，行线接PC口高四位，列线接PC口低四位，实现44小键盘，分别设置09数字键，X、Y和Z三个字母键等键盘按钮。输入/输出（I/O）接口也由8255A扩展，控制贴标机的操作方式（手动、自动和键盘扫描）和三轴的正负行程限位等信号。步进电机的脉冲信号经74LS273锁存输出，经光耦电路隔离，接贴标机各轴步进电机的脉冲分配器。8031单片机ROMRAM8255A74LS273光耦电路键盘I/O接口手动按钮4位LED显示图2-3 控制系统组成框图2.3 CPU选择及其外围电路设计MCS-51系列中，各种廉价的普及型8031单片机为我国单片机技术的普及、推广做出了巨大贡献。8031内部没有ROM，需外扩一程序存储器。根据母线槽控制系统的要求，要求具有8KB程序存储器，8051内部只有4KB程序存储器，存储空间仍需外扩，所以选用8031单片机。8031具有价格低、功能强、使用灵活、开发方便等特点，适合贴标机控制系统的控制。 2.3.1 单片机8031简介制造工艺为HMOS的MCS-51单片机都采用40只引脚的双列直插封装（DIP）方式，8031引脚如图2-4所示。I/O口线：P0、P1、P2、P3共四个8位口；控制口线：PSEN（片外取指控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外存储器选择）、RESET（复位控制）；电源及时钟：Vcc（接+5V电源）、Vss（接地）；XTAL1和XTAL2接外部晶体振荡器。当8031单片机外扩程序存储器、数据存储器或输入输出端口时，外部芯片需要8031为其提供地址总线、数据总线和控制总线，如图2-5所示。地址总线（AB）宽度为16位，可访问64KB的外部程序存储器和64KB的外部数据存储器。低8位地址总线（A0A7）由P0口经地址锁存器提供，高8位地址总线（A8A15）直接由P2口提供。数据总线宽度为8位,由P0口提供。控制总线（CB）由P3口的第二功能状态和4根独立的控制线RESET、EA、ALE和PSEN组成。 图2-4 8031引脚图 2-5 8031片外总线结构 2.3.2 单片机8031的时钟及复位电路1. 时钟电路单片机8031虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。母线槽贴标机控制系统用内部时钟方式，在XTAL1、XTAL2引脚上外接晶体以及电容C12和C13构成并联谐振电路，使内部振荡器产生自激振荡，如图2-6所示。2. 复位电路贴标机系统采用按钮复位。在8031复位端RESET上接如图2-6所示电路，当上电或按动按钮S0，复位端RESET上出现高电平，保持10ms以上便能可靠地实现复位，R22取 200欧姆，R23取1k欧姆。图2-6 时钟及复位电路2.4 存储器扩展电路设计2.4.1 程序存储器的扩展1. 程序存储器芯片选择EPROM是可擦除、可编程只读存储器， 母线槽贴标机控制系统中，只需扩展8KB空间的程序存储器，用一片2764（8K8）芯片就可满足要求。图2-7所示为2764芯片引脚。图中，A0A12为地址线，D0D7为数据输出线，CE为片选端，OE为输出允许端， PGM为编程脉冲端，NC为未连接端，Vpp为编程电压端，Vcc为+5V，GND为地。 图2-7 2764引脚图2. 程序存储器扩展电路程序存储器扩展时，一般扩展容量大于256字节，因此，EPROM片内地址线除了由P0口经锁存器提供8位地址线外，还需由P2口提供若干地址线。EPROM所需地址线数决定于EPROM的容量，当EPROM为2KB时地址线为11根，4KB时地址线为12根，8KB时地址线为13根，以此类推。所需的高位地址线由P2口提供。如图2-9所示，贴标机系统外扩8KB程序存储器，8031的P0口经74LS373锁存器接2764的8根地址线A0A7，8031的P2.0P2.4接2764的另5根地址线A8A12。8031单片机P0口接2764的数据线D0D7,ALE（允许地址锁存）接锁存器CLK端（11脚），由于是分时使用，先输出外部存储器的低8位地址，故应在外部加锁存器将地址数据锁存，地址锁存信号用ALE。然后，P0口才作为数据口使用。根据程序存储器电路的连线，确定2764的寻址范围，如表2-1所示。表2-1 程序存储器地址表 地址线地址A15 A14 A13 A12 A11 A1 A00 0 0 0 0 0 0 0000H0 0 0 0 0 0 1 0001H0 0 0 0 0 1 0 0002H 0 0 0 1 1 1 0 1FFEH0 0 0 1 1 1 1 1FFFH2.4.2 数据存储器的扩展1. 数据存储器芯片选择8031单片机内部有128个字节的RAM，在母线槽贴标机控制系统中，仅靠片内RAM是不够的，必须外扩外部数据存储器。常用的数据存储器有静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两类。DRAM一般用于存储容量较大的系统中，而且DRAM需要刷新逻辑电路以保持数据信息的不丢失，电路设计较复杂。虽然DRAM芯片具有容量大、功率低、价格便宜等优点，但它极易受干扰，对外界环境、工艺结构、控制逻辑和电源质量等的要求都很高。因此，母线槽贴标机控制系统选用SRAM。与DRAM相比，SRAM无须考虑保持数据而设置的刷新电路，故扩展电路较简单。在8031单片机应用系统中，最常用的静态数据存储器RAM芯片有6116（2K8）和6264（8K8）两种。标机控制系统要求外扩不大于8K数据存储器，故6264芯片能满足要求。6264是8K8位静态随机存储器芯片，采用CMOS工艺制作，28线双直插式封装，其引脚如图2-8所示。A0A12为片内13位地址线；D0D7位8位数据线；CS1和CS2为片选端；RD、WE为读、写信号线。 2. 数据存储器扩展电路 图2-8 6264引脚图如图2-9所示，6264芯片低8位地址线A0A7与8031单片机P0口经地址锁存器74LS373锁存输出相连接；高5位地址线A8A12与8031单片机P2.0P2.4直接相连；数据线D0D7直接与8031P0口相连；片选CS1由8031高位地址P2.5P2.7经74LS138地址译码，并与WR写信号相“或”后控制；片选CS2保持高电平。6264芯片的Vcc引脚接掉电保护电路。掉电保护电路带有后备电池，在系统掉电瞬间，自动保护RAM中有用的信息和系统的运行状态。当电源恢复时，能自动恢复掉电前的工作状态。根据数据存储器的扩展电路，确定6264芯片的寻址范围，如表2-2所示。 表2-2 数据存储器地址表 地址线 地址A15 A14 A13 A12 A1 A01 1 0 0 0 0 COOOH1 1 0 0 0 1 C001H 1 1 0 1 1 0 DFFEH1 1 0 1 1 1 DFFFH2.5 显示电路设计单片机的显示器主要有LED（Light-emitting Diode,发光二极管显示器）和LCD（Liquid Crystal Display,液晶显示器）两种。其中LED的结构和电路设计更为简单，价格也更低廉，所以贴标机系统选用LED显示。LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。所谓静态显示就是需要显示的字符在各字段连续通电，所显示的字段连续发光。所谓动态显示，就是用扫图2-9 存储器扩展电路图描的方法一位一位轮流点亮显示器的各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次，利用人眼视觉的暂留效应，使得看上去好像几位显示器同时在显示，因此动态显示必须设计动态扫描电路，以保证显示的连续性。虽然静态显示占用硬件资源较多，但因为贴标机系统只用4位LED显示，位数较少，增加硬件不多，同时考虑到动态显示占用CPU时间较多，所以贴标机系统选用静态显示。2.5.1 LED显示器简介LED显示器由发光二极管构成的字段组成的，有7段（不含小数点段）和16段（“米”字）管两类，如图2-10所示，这种显示器又有共阴极和共阳极之分。当一个或几个发光二极管的阳极为高电平时，相应的段被点亮即显示。 如果加到各段阳极上的代码不同，则控制显示不同的字符或数字。这个代码称为段选码，也叫字形码。表2-3列出了7段LED显示数字09的对应段选码。7段LED显示器一般都有dp显示段，用于显示小数点，实际上b)a)为8段，所以它的段选码为一个字节。段选码的编码顺序从最高位到最低位 图2-10 LED显示器分别对应dp、g、f、e、d、c、b、a段。 a)七段显示器 b)十六段显示器2.5.2 LED显示电路根据对贴标头运动范围的估计，三个轴各自的行程不超过一米，所以用三位LED显示数值，最大显示值为999mm，即可满足显示要求。“米”字型LED显示X、Y、Z三轴坐标字母。贴标机系统的LED显示，段选信号由8031单片机P0口输出，经74LS273锁存器接各位LED段选信号端；位选信号用8031的P2口高位（P2.7、P2.6、P2.5）经74LS138译码器地址译码，形成5个不同的入口地址，接各位74LS273的片选端，控制各位LED选通显示，接口电路如图2-12所示，图中LED1用于显示字母X、Y、Z，LED2用于显示百位数值，LED3用于显示十位数值，LED4用于显示个位数值。表2-3 七段LED显示器段选码显示字符共阴极型共阳极型显示字符共阴极型共阳极型 0 3FH C0H 5 6DH 92H 1 06H F9H 6 7DH 82H 2 5BH A4H 7 07H F8H 3 4FH B0H 8 7FH 80H 4 66H 99H 9 6FH 90H2.6 键盘扩展电路设计贴标机系统用到两个键盘，如图2-13所示。一个为编辑键盘，用8255A扩展，键盘由数字键09，字母键X、Y、Z等组成。当贴标机位于编辑状态时，通过该键盘输入X轴、Y轴和Z轴坐标的位移量。另一个为手动键盘，用8031单片机P0口控制。贴标机在手动方式时，按下手动键盘，可以实现贴标机X轴、Y轴和Z轴正、负方向的手动操作。2.6.1 编辑键盘接口芯片选择8255A作为单片机应用系统常用的可编程I/O接口得到广泛的应用，对于单片机系统来说，若系统已用到8255A，在8255A资源足够时，作为键盘的接口无需再专门增加芯片，所以用8255A扩展编辑键盘，不仅使系统资源得到充分利用，而其使电路设计更为简单。8255A是Intel公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，可通过程序改变其功能，因而使用灵活方便，通用性强，可作单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。8255A的引脚介绍如图2-11所示，D7D0为三态双向数据线，与单片机数据总线连接，用来传送数据信息；CS为片选信号端，低电平有效，表示芯片被选中；RD为读出信号端，低电平有效，控制数据的读出；WR为写入信号端，低电平有效，控制数据的写入；VCC接+5V电源；PA7PA0为A口输入/输出线；PB7PB0为B口输入/输出线；PC7PC0为图2-11 8255A引脚图C口输入/输出线；RESET接复位信号；引脚 A0A1为地址线，用来选择8255A内部端口。 图2-12 LED接口电路 图2-13 键盘电路2.6.2 编辑键盘电路如图2-14所示，编辑键盘电路采用矩阵式结构，按键触点接于行、列母线构成的矩阵电路的交叉处，每当一个键按下时通过该键将相应的行、列母线连通。PC口低4位经反相器输出为列线，PC口高4位通过电阻接+5V电源为行线，行、列母线相交处用按键连接。通过键盘扫描方式，扫描PC3PC0口状态，读PC7PC4口状态，在行、列线相交处，确定按键的键值。图2-14 编辑键盘电路2.6.3 手动键盘电路手动键盘电路如图2-15所示，采用独立式结构，每个键都有一根信号线与8031单片机P1口连接，所有按键有一个公共地端，并通过电阻接+5V电源，每个键相互独立互不影响。 图2-15 手动键盘电路2.6.4 编辑键盘流程图根据编辑键盘电路接口和工作原理，设计编辑键盘扫描程序流程图，如图2-16所示。2.7 输入/输出信号接口扩展电路设计2.7.1 步进电机控制信号接口电路贴标机系统的输出信号主要有步进电机X轴、Y轴和Z轴的正转、反转共六个信号，由8031单片机P0口经地址所存器74LS273锁存输出，信号通过光电耦合器接步进电机相序分配电路，如图2-17所示。开始所有行置低读取列值有键按下？行扫描找到按键行?列扫描找到按键列？由列值、行值形成编码查表得到键值返回NYNYYN图2-16 键盘扫描程序流程图图2-17 步进电机控制信号接口电路2.7.2 开关量输入/输出信号接口电路 输入信号主要为X轴、Y轴和Z轴的正/负超程信号，贴标机自动状态、手动状态和编辑状态选择开关输入信号，输出信号有贴标头抽风扇和薄膜气缸控制信号。输入信号经光电耦合器接8255A芯片PA口。为了节省I/O口资源，将各坐标轴正负超程信号并接成一个输入信号，输出信号接8522A芯片PB口，经光耦输出，如图2-18所示。图2-18 关量输入/输出信号接口电路贴标机自动状态、手动状态和编辑状态拨动开关信号输入流程图如图2-19所示。2.8 地址译码电路设计控制系统中，所以外围芯片都通过总线与8031相连。8031数据总线分时地与外围芯片进行数据传送，所以要进行片选控制。需要片选信号的芯片：6264、8255A、输出步进电机控制信号的74LS273、LED显示用的5个74LS273。2.8.1 译码电路用3-8译码器（74LS138）进行全地址译码，由表2-4的74LS138译码器真值表可知，将G1接+5V，G2A、G2B接地，P2.7、P2.6、P2.5分别接到138译码器的C、B、A端，138地址译码输出Y0、Y1、Y2、Y3和Y4分别与8031的写选通信号相“或”后接LED显示用的5个74LS273的片选控制端，Y5接8255A片选控制端，Y6接6264芯片片选控制端，Y7输出也需与8031的写选通信号相“或”后接步进电机控制信号的74LS273芯片片选控制端，如图2-20所示。初始化执行自动程序开始自动状态吗？手动状态吗？编辑状态吗？读8031P1口状态执行编辑键盘扫描程序结束YNYNYN图2-19 选择开关信号输入流程图图2-20 74LS138译码电路表2-4 74LS138译码器真值表 输 入 输 出赋 能 选 择G1 G2 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 H L H L H L H L H L H L H L H L H L L L L L L H L H L L H H H L L H L H H H L H H H H H H H H H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L2.8.2 译码地址根据译码电路接线，确定各外扩芯片的地址空间或入口地址如表2-5所示。 表2-5 芯片地址表芯片地址线地 址A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6A5A4 A3A2A1A062641 1 0 C000HDFFFH 8255A1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A口A000HB口A001HC口A002H步进74LS2731 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E000H显示74LS273LED1外0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000HLED1内0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2000HLED20 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4000HLED30 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6000HLED41 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8000H 第三章 步进电机驱动电路步进电机是贴标机系统中的执行元件。在贴标机控制系统控制下，驱动贴标机械手移动。贴标机各轴步进电机采用四相八拍工作方式，通电方式如下： A AB B BC C CD D DA按上述方式通电，步进电机正向转动。反之，如果通电方向与上述方向相反，步进电机反向转动。可见，步进电机的方向控制与内部绕组的通电顺序有关。步进电机的工作控制框图如图3-1所示，在图中脉冲分配电路分配步进电机工作方式所需的各相脉冲信号，功率放大电路对脉冲分配回路输出的弱电信号进行放大，产生电机工作所需的激磁电流。 A相脉 B相冲分配 C相 D相功率放大功率放大功率放大功率放大步进电机脉冲信号方向信号 图3-1 步进电机工作方式控制框图3.1 相序分配电路设计3.1.1 相序分配电路选用89C2051作为环形分配器，电路比较简单，硬件成本低，并且可以根据应用系统的需要灵活地改变步进电机的控制方式。如图3-2所示，取89C2051的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4作相序脉冲输出口，通过光电耦合器分别与步进电机的D相、C相、B相、A相驱动电路接口相连接，相序分配表见表3-1。P3.2口采用第二功能INT0（外部中断0）接收系统产生的脉冲信号，方向信号接P3.3口。 图3-2 相序分配电路图表3-1 四相八拍步进电机脉冲分配表步序 D相 C相 B相 A相(P1.7)(P1.6)(P1.5)(P1.4) 相序字模 通电状态 方 向01 0 0 0 1 10H A相通电 反转 正转02 0 0 1 1 30H AB相通电03 0 0 1 0 20H B相通电04 0 1 1 0 60H BC相通电05 0 1 0 0 40H C相通电06 1 1 0 0 C0H CD相通电07 1 0 0 0 80H D相通电08 1 0 0 1 90H DA相通电3.1.2 相序分配软件开始相序分配采用中断方式。根据相序分配电路和步进电机脉冲分配表，设计相序分配主程序流程图（图3-3）和中断程序流程图（图3-4），再根据流程图，编写相序分配程序。初始化 等待中断图3-3 相序分配主程序流程图开始关中断 正转？YNNYY首地址？末地址？N指针置末址指针+1指针置首址指针-1取该指针对应相序字模 输出相序字模开中断 返回 图3-4 步进电机相序分配中断流程图相序分配参考程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0 ORG 0030HMAIN: SETB EX0 ；允许外部中断0中断 SETB IT0 ；选择边沿触发方式 SETB EA ；CPU开中断 MOV 20H, #10H MOV 21H, #30H MOV 22H, #20H MOV 23H, #60H MOV 24H, #40H MOV 25H, #C0H MOV 26H, #80H MOV 27H, #90H MOV RO, #20HHERE: SJMP HEREINT0: CLR EAJB P3.3, ZRUNFRUN: CJNE R0, #20H, U1 ；反转 MOV R0, #27H SJMP L2U1: DEC R0 SJMP L2ZRUN: CJNE R0, #27H, L1 ；正转 MOV R0, #20H SJMP L2L1: INC R0L2: MOV A, R0 MOV P1, A SETB EA RETI3.2 功率放大电路设计功率放大电路有单电压、双电压、斩波型和细分型等型式的电路。贴标机系统采用单电压恒流斩波电路，如图3-5所示，利用斩波方法使通过步进电机绕组的电流恒定在额定值附近。a)在正常工作过程中，当环形分配器输入高电平时，大功率晶体管Q1、Q2和Q3导通；同时大功率晶体管Q4导通、大功率晶体管Q5截止，加在步进电机绕组L上的电源使绕组中的电流上升。当绕组中的电流升到额定值以上的时候，从电阻R9上