（纺织工程专业论文）hn1型双轴向纬编针织机电气控制系统的实现.pdf

摘要 h n 一1 型双轴向纬编针织机是用来生产纬编双轴向衬纱织物的专用织机，其 生产的产品与同类的经编双轴向织物相比，具有三维曲面可成型性好、不起皱、 衬纱层数多等优点，特别适于增强三维曲丽复合材料的生产。 本文主要研究的是h n 一1 型双轴向纬编针织机的电气控制系统的实现。系统 主要分为单片机控制系统和动力系统两部分。单片机控制系统由c p u 、键盘电路、 显示电路和掉电保护电路等构成，用于控制动力系统的动作；动力系统主要由编 织动力和卷布动力构成，用于带动执行部件( 编织机构和卷轴) 动作。 单片机控制系统采用a t 8 9 c 5 2 为c p u ，利用a t 8 9 c 5 2 的串行口和移位寄存器 7 4 1 s 1 6 4 配合扩展出键盘和数码显示接口，控制编织和卷布步进电机来完成工艺 要求的动作。动力系统中编织步进电机采用斯达特公司的型号为1 l o b y g 3 5 0 c 的 步进电机，与之配套的驱动器采用m s 一3 1 11 0 m 型驱动器；卷布步进电机采用斯达 特公司的型号为1 3 0 b y g 3 5 0 b 的步进电机，与之配套的驱动器采用m s 一3 h 1 3 0 m 型 驱动器。这两款步进电机均能满足系统的动力要求。 该系统的实现大大简化了机器的机械传动机构，提高了机器的自动化程度， 同时降低了制造成本。 h n l 型双轴向纬编针织机的研制对我国轻工业发展具有一定的积极意义， 在航空、人体装甲防护、劳保、医用等领域得到广泛应用。 关键字：双轴向纬编针织机，电气控制系统，a t 8 9 c 5 2 a b s t r a c t h n lb i a x i a lw e f tk n i t t i n gm a c h i n ei sas p e c i a lm a c h i n ew h i c hi su s e d t op r o d u c eb i a x i a li n s e r t i n gy a r nf a b r i c s c o m p a r e dw i t ht h ew a r pk n i t t i n g f a b r c s ，t h ep r o d u c t so fb i a x i a lw e f tk n i t t i n gm a c h i n eh a v em a n yv i r t u e s s u c ha sg o o dc o n f o r m a b i l i t y ，n ow r i n k e si nf o r m i n gp r o c e s s ，m o r el a y e r s o fi n s e r t i n gy a r n se t c i ts p e c i a l l yf i t sf o rt h ep r o d u c t i o no fs t r e n g t h e n t h r e ed i m e n s i o n a lc u r v e ds u r f a c ec o m p o s i t e s t h i sp a p e ri sm a i n l ya b o u tt h er e a l i z a t i o no ft h ee le c t r i c a l c o n t r o l l i n gs y s t e mt o w a r dh n lb i a x i a lw e f tk n i t t i n gm a c h i n e t h es y s t e m i sm a d eu po fs i n g l e - c h i pc o n t r o ls y s t e ma n dp o w e rs y s t e m t h es i n g l e c h i p c o n t r o ls y s t e mw h i c hi su s e dt oc o n t r o lt h ea c t i o no ft h ep o w e rs y s t e m i sm a d eu po fc p u ，k e y b o a r dc i r c u it ，d is p l a yc i r c u i ta n dp o w e rs u p p l y k e e p i n gc i r c u i t t h ep o w e rs y s t e mw h i c hi su s e dt od r i v et h ee x e c u t i n g p a r t s ，k n i t t i n gc o m p o n e n t sa n dr o l l i n gd r a f t ，i sm a d eu po ft h ek n i t t i n g p o w e ra n dr o l l i n gp o w e r t h es i n g l e - c h i pc o n t r o ls y s t e mi sm a d eu po fac p uw h i c hi sa na t 8 9 c 5 2 ， ak e y b o a r di n t e r f a c ea n dad i g i t a ld i s p l a yi n t e r f a c ew h i c ha r ee x p a n d e d b ya s s o r t i n gt h ea t 8 9 c 5 2 ss e r i a lp o r tw i t hs h i f tr e g i s t e r 一7 4 l s l 6 4 i t i su s e dt oc o n t r o lt h ek n i t t i n gp o w e ra n dr o l l i n gp o w e rt of u l f i l lt h e a c t i o n sw h i c ht h ec r a f tr e q u e s t s t h ek n i t t i n gs t e p m o t o ro fp o w e rs y s t e m i s1l o b y g 3 5 0 cs t e p m o t o rc o o p e r a t e dw i t hm s 一3 h 1i o md r i v e r ，w h i l et h e t e l l i n gs t e p m o t o ri s1 l o b y g 3 5 0 bs t e p m o t o rc o o p e r a t e dw i t hm s 一3 h 1 3 0 m d r i v e r t h e ya r eb o t hp r o d u c e db ys t a r tc o r p o r a t i o na n dm e e tt h ed e m a n d s o ft h ep o w e rs y s t e m t h er e a l i z a t i o no ft h es y s t e ms i m p l i f i e st h em e e h a n i s mo fm a c h i b e ， i m p r o v e st h ea u t o m a t i o nd e g r e ea n dl o w e r st h em a n u f a e t u r i n gc o s ta tt h e s a m et i m e t h er e s e a r c ht om a n u f a c t u r et o w a r dh n 一1b i a x i a lw e f tk n i t t i n gm a c h i r e h a sd e f i n i t ea c t i v em e a n i n gt ot h ed e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y sl i g h t i n d u s t r i e s i tw i l lb ee x t e n s i v e l ya p p l i e di nt h ef i e l d ss u c ha sa v i a t i o n ， h u m a nb o d ya r m o rp r o t e c t i o n ，l a h o ri n s u r a n c ea n dp h y s i ce t c k e yw o r d ：b i a x i a lw e f tk n i t t i n gm a c h i n e ，t h ee l e c t r i c a lc o n t r o l l i n g s y st e m ，a t 8 9 c 5 2 独创性声明 y8 6 0 16 3 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些塞堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：时年7 月2 2e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，。并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：专专扬商、 导师签名：韶滩 签字日期：d r 年宁月 弓日签字日期：吣年9 月2 闩 学位论文的主要创新点 一、利用a t 8 9 c 5 2 的串行口和移位寄存器7 4 l s l 6 4 配合来扩展键盘和 数码显示接口，简化了系统的结构，降低了系统的成本。 二、对传统的掉电保护电路进行了改造，增强了系统的稳定性和可靠 性。 三、结合系统的控制要求，设计了编织电机的转向控制电路、断纱自 停控制电路和手动控制电路，提高了系统的自动化程度以及可操 作性。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题意义及课题来源 1 1 1 双轴向经编与双轴向纬编概述 产业用纺织品中的纺织复合材料由于其优异的力学性能，不但在航空航天及 军事工业中受到重视，而且应用的领域也涉及到车胎制造、建筑业、体育用品等 各个行业。它所用的高性能纤维原料中最受人关注的是玻璃纤维、碳纤维、芳纶 纤维和高强度聚乙烯纤维等。这些纤维材料制成的基布和树脂复合后制成的纤维 增强复合材料，具有高强、高模、轻而耐高温的优异性能，使产业用纺织品进入 了传统的材料工业领域，成为新材料中的一员新秀，愈来愈受到人们的青睐。 在加工复合材料的基布中，除了使用芳纶和高密度聚乙烯纤维外，还广泛使 用玻璃纤维及碳纤维。这类纤维虽然具有高强度和高模量，但是它们却是脆性的， 应该特别予以关注。因此针织工业中通常采用经编的方法来加工玻璃纤维和碳纤 维复合材料基布“3 。图卜1 所示为一种双轴向经编衬线结构，在这种结构中玻璃 纤维或碳纤维在织物中的经纬向都呈直线状态铺覆，然后由柔软而易于弯曲的芳 纶、涤纶等纤维形成经编线圈将玻璃纤维或碳纤维捆绑起来形成织物。这种经编 结构作为板材基布是很好的，但当用作曲率半径较大的制品模压成型时其成型性 能却不理想。例如，在压制头盔时出现起拱的现象，如图卜2 所示。3 。 图卜1 经编烈轴向织物结构图 第一章绪论 图卜2 经编敏轴向织物模压成型时的起拱现象 基于上述原因，人们开始在纬编机上用编织成型的方法研制玻璃纤维、芳纶、 碳纤维的针织复合材料成型基布。图l 一3 所示为在电脑横机上开发研制出的几种 成型产品。但是，这些产品在推广应用上却存在着先天的不足，即：当用不易弯 曲的脆性纤维来形成线圈时十分困难；由于线圈为三维弯曲状态，因此在织物受 到拉伸时，纱线沿其径向会受到严重的剪切作用，而一般来说脆性纤维的抗剪能 力很差( 例如碳纤维) ，特别容易导致纱线断裂，使纤维的高性能受到了削弱。 因此可以认为，用编织成圈的方法来加工脆性高性能纤维，在芨挥纤维潜能方面 就是扬短避长；对于芳纶一类易于弯曲成圈的纤维来说，编织成型方法织制头盔 和用轴向织物模压成型头盔相比，在达到相同的强度时，织物的克重加大。3 。 ( a ) k e v l a r 织成的漏斗状管子( b ) 玻璃纤维织成的头部为半球形的筒子 ( c ) 立体编织盒 ( d ) 全成型贝雷帽 图卜3电脑横机。卜开发研制的成型产品 为了既能发挥高性能纱线的高强、高模特点，又能充分利用针织线圈的可变 第一章绪论 形性能，人们开发研制了多层双轴向纬编衬线织物。它除了具有与经编双轴向织 物相似的卓越力学性能外，还具有经编双轴| i = l j 织物所无法比拟的可成型性能，在 平面织物增强成型复合材料领域中一枝独秀，颇具应用潜力“1 。 图卜4 所示为多层双轴向纬编衬线织物的结构示意圈。从图中可以看出，织 物中包含两层衬经线及三层衬纬线，这五层纱线由罗纹组织结构捆绑在一起。当 然，可以根据设计上的需要选用两层、三层或四层衬纱，而经纬衬纱也可以根据 设计上的需要进行空穿或抽纱“1 。 图卜4 多层双轴向纬编衬线织物的结构示意图 由于这种织造方法是用具有一定弹性的纬编罗纹组织把经纬衬线捆绑起来， 其线圈结构不同于经编的编链或经平组织，因此制织出的多层双轴向纬编衬线织 物与经编双轴向织物相比具有如下的优点“1 ： 较高的捆绑强度和刚度： 制织的织物具有较低的可拉伸性能： 具有较高的能量吸收能力和较好的减震性能； 在弯曲和冲击应力作用下，各层衬纱之间不易分层； 在制造部件时减少了加工消耗和原材料的投入； 极好的模压成型性。 此外，多层双轴向纬编衬线织物和同类的经编产品的产品开发相比具有如下 的优点： 试制新产品时对门幅的要求具有较强的适应性，即可依据产品要求确 定衬纬门幅的宽度； 在试制新产品时，为了对新产品的性能进行考验测试，可先用较窄的 门幅试织开发。这样上机试验时需要的纱管数可以很少，对价格昂贵 的碳纤维及芳纶纤维的产品开发颇具经济意义； 这种纬编衬线织物编织机对原料的适应性强，特别是在加工脆性的碳 第一章绪论 纤维时或是加工芳纶纤维，只需采取一些特殊的措施即可顺利织制； 和经编双轴向织物相比可以用较粗的衬线( 如2 5 0 0 t e x ) ，一次可以衬 入五层衬线，可以编织出很厚的织物厚度( 目前最厚可达8 r n m ) ： 为了加工不同粗细的衬线，可以采用不同机号的针床，和经编机相比 机号的改变既方便投入资金又少。 1 1 2h n - 1 型双轴向纬编针织机研制的意义 双轴向纬编针织机是用于生产我校专利产品纬编双轴向衬纱织物的专用织 机，其生产的产品与同类的经编双轴向织物相比，具有三维睦面可成型性好、不 起皱、衬纱层数多等优点，特别适于增强复杂三维曲面复合材料，并因此在航空、 防弹、人体装甲防护、劳保、医用等领域得到应用和推广0 1 。 几年来经过不断努力，使用纬编双轴向衬纱织物为我国军工某研究所开发的 “双轴向织物基整体头盔的研制及其应用”科研项目已经取得成功并通过装机评 审，头盔的各项性能指标均达到或超过了合同要求，并已被应用于我国某高型号 战机上。现在使用该产品丌发的后续项目“飞行员吸氧面罩的研制”正在洽谈之 中，但同时该项目对织物也提出了新的要求，希望在现有织物的基础上，能够进 一步降低织物的厚度及捆绑线的粗度，增加织物的密度等。另外在防弹、人体装 甲防护、劳保、医用等领域的开发中，用户也曾对织物的幅宽、密度、厚度、机 器的编织效率等提出了更高的要求。因此，为了满足客户的不同要求，拓宽产品 的应用领域，进一步提高机器的自动化程度、产品生产效率和质量稳定性，实现 产业化。在已有机器的基础上进一步进行技术改造，提出了h n 一】型双轴向纬编 针织机的研制。 1 2h n 一1 型双轴向纬编针织机电气系统控制要求 1 2 1h n - 1 型双轴向纬编针织机电气系统的组成部件 h n l 型双轴向纬编针织机电气系统主要有以下部件构成： 编织动力( 步进电机、电机支架、传动齿带、齿轮) 编织动力步进电机驱动器 织物牵拉、卷曲动力( 步进电机、电机支架、传动齿带、齿轮) 织物牵拉、卷曲动力步进电机驱动器 电器控制装置( 电器控制操作面板、电路控制板、电器箱) 4 第。章绪论 设备照明( 双排4 0 w 同光灯) 电停装置( 地纱失张自停器、衬纬纱失张自停器) 机头倒向控制器( 接近开关、开关支架) 编织操作开关 卷布操作开关 防止机头溢出保护开关 1 2 2h n - 1 型双轴向纬编针织机步进电机运动要求 1 步进电机的运动方式 在正常编织情况下，要求编织步进电机和卷布步进电机按如图卜5 所示的方 式循环运动4 3 。 当卷布电机完成一个横 列的牵拉、卷曲后，编织 步进电机开始做顺时针 方向转动。 当收到接近开关发出的 信号后，编织步进电机逆 时针方向转动停l l ，卷布 电机转动。 当收到接近开关发出 的信号后，编织步进电 机顺时针方向转动停 止，卷布电机转动。 当卷布电机完成一个横 列的牵拉、卷曲后，编织 步进电机开始做逆时针 方向转动。 图卜5 正常编织情况下编织步进电机和卷布步进电机的运动方式 2 步进电机的控制要求 ( 1 ) 当按下“启动”按钮后，两组步进电机应按照图1 5 所示的方式循环运 动。 ( 2 ) 当按下“停止”按钮后，运动的编织电机不论在任何位置，都应该立即 停止在该位置上。如果正好在卷布电机作用时按下“停止”按钮，则要求卷布电 机完成此次卷布动作后，编织电机别再启动即可。 ( 3 ) 电停保护装置对编织、卷布两组步进电机的要求与( 2 ) “停止”按钮的要 求相同。 ( 4 ) 防止机头溢出保护开关的作用是在机头倒向控制器万一失效的情况下， 机器也能自停的保护装置。该保护开关与“停止”按钮串联在一起即可。 ( 5 ) 在编织电机动作时，由于( 2 ) 、( 3 ) 原因造成机器停机( 此时机头肯定停在 第一章绪论 织针编织区的某一位置上) ，如果再重新启动机器，要求编织电机转动方向必须 与机器停止前的转动方向相同。 ( 6 ) 在卷布电机动作时，由于( 2 ) 、( 3 ) 原因造成机器停机( 此时机头肯定停在 机头倒向控制器的位置上) ，如果再重新启动机器，此时编织电机转动方向应由 针床两侧的机头倒向控制器的( 两组接近开关) 锁开情况决定。 ( 7 ) 机器处于停止状态下，编织电机主轴处于锁定状态，在按下“手动”按 钮后，要求编织电机主轴改为处于放松状态，以便可以使用操作手柄进行编织、 修理等。如果是在机器正常运转状态下，则要求按下“手动”按钮无效。 ( 8 ) 在用手柄操作机器编织的情况下，当机头编织到针床的任意一侧时( 即 机头与接近开关发生感应后) ，卷布电机应同正常编织时一样起作用，产生一个 横列的卷布脉冲( 即手动每编织一个横列，卷布电机也应感应卷布一次) 。 ( 9 ) 无论是在编织、卷布电机运动或停l t 状态下，每按下“慢卷布”按钮一 次，卷布电机应产生一个横列的卷布脉冲。 ( 1 0 ) 在编织、卷布电机停止状态下，在按下“快卷布”按钮的时间里，卷布 电机应产生连续的卷布脉冲。如果是在机器正常运转状态下，则要求按下此按钮 无效。 q d 在编织、卷布电机停止状态下，在按下“反卷布”按钮的时间里，卷布 电机应产生与正常卷布方向相反的连续的卷布脉冲。如果是在机器正常运转状态 下，则要求按下此按钮无效。 1 2 。3h n - 1 型双轴向纬编针织机部件参数及要求 1 编织步进电机 速度调节范围要求：0 4 0 转分。 调节档位：0 9 9 档 所需个数：1 个 电机启动升速完成时间：3 秒 电机停止速度衰减完成时间：1 秒 2 卷布步进电机 每横列转动角度范围要求：0 5 0 。 调节档位：o 一9 9 档 所需个数：1 个 3 编织步进电机驱动器 所需个数：1 个 6 第一章绪论 4 卷布步进电机驱动器 所需个数：1 个 5 接近开关 电压要求：1 2 v 所需个数：4 组 6 编织操作开关 开关要求：包括“启动”、“停止”、“手动”三个按钮，其中“停止”按钮采 用凸出式按键，“启动”和“手动”按钮采用凹进式按键。 所需个数：2 组 7 卷布操作开关 开关要求：包括“i 曼卷布”、“快卷布”和“反卷布”三个按钮，三个按钮均 采用凹进式按键。 所需个数：2 组 8 电器箱 数量：1 个 9 电器控制操作面板 数量：l 张 1 0 电路控制板 数量：1 套 1 1 电停保护装置 型号：d g c 2 a 型漏针器( 慈溪) 电压要求：1 2 v 数量：8 个 1 2 防止机头溢出保护开关 型号：l x k 3 行程开关 数量：4 个 1 3 设备照明 型号：双排4 0 w 日光灯 数量：l 组 第一章绪论 1 2 4h n 一1 型双轴向纬编针织机面板显示、输入及功能设置要求 h n 一1 型双轴向纬编针织机面板如图卜6 所示。 i 司2 l jl j i 曾o o o o l o9 3 o o i 1 51 8 00 ii 1 41 3 0p i 1 2l l 口 l t 图卜6i n l 型双轴向纬编针织机面板 1 当每次开启总电源开关1 后，要求显示屏2 首先闪烁显示p 字样1 0 秒钟后，再显示上一次关机时所显示的数据。 2 4 8 键为功能显示、设置键，按下其中任意一键一次，要求显示屏马上 显示出与该键相对应的信息，但此时不能通过数字键3 、下调键9 或上调键1 0 对该内容信息进行修改。其中4 、5 、6 键如果连续按下其中任意一键两次，则要 求显示屏马上闪烁显示出与该键相对应的信息，此时可以通过数字键3 、下调键 9 或上调键1 0 对显示屏上的数字信息进行修改或调节。 3 4 键为织物卷布量显示、设置键。当按下此键一次时，显示屏上将显示出 “jb ”的字样，其中“jb ”代表卷布，“女六”代表当前设定的卷布 档位值。当连续按下此键两次时，显示屏上将闪烁显示出“jb”的字样， 此时可以通过数字键3 、下调键9 或上调键1 0 对显示屏上的“女”值进行修 改或调节。“- k ”的取值范围为o 一9 9 ，因为卷布步进电机每横列转动角度范围 要求为o 一5 0 。，所以每增加或减少“”值一档，卷布电机主轴卷布时每次 转动的角度递增或递减0 0 5 。 4 5 键为织物编织速度显示、设置键。当按下此键一次时，显示屏上将显示 出“bz- k 女”的字样，其中“bz ”代表编织，“”代表当前设定的编 织速度档位值。当连续按下此键两次时，显示屏上将闪烁显示出“bz 六士” 的字样，此时可以通过数字键3 、下调键9 或上调键1 0 对显示屏上的“- k ” 值进行修改或调节。“”的取值范围为o 一9 9 ，因为编织步进电机速度调节范 几 _ 。 4 5 6 t 8 口口口口口 第一章绪论 围要求为o 一4 0 转分，所以每增加或减少“士”值一档，编织步进电机的转速 将递增或递减0 4 转分。 5 6 键为织物定长显示、设定键。当按下此键一次时，显示屏上将显示出“d c - k - k 士”的字样，其中“dc ”代表织物定长，“古 - k ”代表当 前设定的织物定长为“ - a - - k ”编织横列值。当连续按下此键两次时，显示 屏上将闪烁显示出“dc- r - k - k - k ”的字样，此时可以通过数字键3 、下调 键9 或上调键1 0 对显示屏上的“六- k ”值进行修改或调节。“ - k - k ” 的取值范围为0 - 9 9 9 9 9 。 6 7 键为织物当前的编织长度显示键。当按下此键时，显示屏上将显示出“p c 六六”的字样，其中“pc ”代表织物当前匹长，“女六”代 表织物当前的编织长度为“古士”横列值。无论显示屏上显示的信息是否 为“pc”，每当机头与针床两侧的任意一个接近开关感应后，“ 士古 - k - r ”数值自动增加1 ，当“女- k - k 士 - k ”数值增加到与“dc 女士- k - - k ”中“- - k - k - k ”数值相等时，显示屏上将闪烁显示出“pcm 古 - , k - ” 的字样，同时机器编织自动停止，即使按下“启动”按钮1 4 机器也不能启动。 7 8 键为织物匹长复位、清零键。要求织物编织长度满转后，显示屏上将 闪烁显示出“pcm 六”的字样，同时机器编织自动停止，即使按下“启 动”按钮1 4 机器也不能启动，此时只有按下织物匹长复位、清零键8 ，显示屏 上闪烁显示出“pcm 士 - k - a - ”的字样才能消失，并改为“pc0 ”的字 样，“启动”按钮1 4 才能再次起作用。在织物匹长没有满转的情况下，按下织 物匹长复位、清零键8 ，一样也有匹长复位清零的功能，显示屏同样显示“pc 0 ”的字样。此键选用凹进或与面板平面平齐的键，以免误操作。 1 3 系统设计方案 根据系统的控制要求来分析， l n 一1 型双轴向纬编针织机电气控制系统主要 分为单片机控制系统和动力系统两部分。单片机控制系统由c p u 、键盘电路、显 示电路和掉电保护电路等构成，用于控制动力系统的动作；动力系统主要由编织 动力和卷布动力构成，用于带动执行部件( 编织机构和卷轴) 动作。 1 3 1 单片机控制系统设计方案 根据系统的控制要求，单片机控制系统采用a t 8 9 c 5 2 芯片为c p u ，a t 8 9 c 5 2 管脚排列如图卜7 所示。 第 章绪论 图卜7a t 8 9 c 5 2 管脚排，0 1 a t 8 9 c 5 2 的特点及功能0 1 a t 8 9 c 5 2 具有如下特点： 与m c s 一5 1 “产品兼容 8 k 字节的系统内部可编程闪存 l ，0 0 0 次反复写擦 工作频率：0 到2 4 m i - i z 三级程序内存锁定 2 5 6 字节的片内r a m 3 2 条可按位寻址的i o 线 三个1 6 位的定时器计数器 八个中断源 可编程串口通道 低能耗空闲和掉电模式 a t 8 9 c 5 2 芯片具有如下功能： 有1 个专用的键盘显示接口； 有1 个全双工异步串行通信接口； 有2 个1 6 位定时计数器。 这样，1 个8 9 c 5 2 芯片承担了3 个专用接口芯片的工作，不仅使成本大大下 降，而且优化了硬件结构和软件设计，给用户带来许多方便。 2 a t 8 9 c 5 2 的管脚定义 a t 8 9 c 5 2 的p o 口和p 2 口的一部分管脚用作键盘和开关的输入接口，p 1 口用 作输出接口，p 3 口的部分管脚用作键盘选择和显示接口。a t 8 9 c 5 2 的管脚的详细 定义如表卜l 所示。 o 量量懋懋滞暮量量重量墓暑薹吖m吼吼吖“b偃吖盯吖“吖 衄札仉乱乱乱钆玑乱v程a 2 毛t 毛 v p p p p h p p p 一日埘f p p p p p p p p拍鸲鹑”掂辐舛斡；神神玎；8拍h铃控m 0 0 4 0 5 o o，儿”圬他己加-一一o盯巾-卫一一一石一址u虹mm儿hh儿nhi蓦胁胁胁加mmmmmm， 躲 黜需翌器 第1 章绪论 表卜la t 8 9 c 5 2 的管脚的洋细定义 端口管脚 功能类型 p o 0 卷布值显示、设置 p o 1 速度值显示、设置 p o 2 定长值显示、设置 p o 3 计数值显示、设置 p o 口 输入 p o 4 清零开关 p o 5启动开关 p o 6 停止开关 p o 7 手动开关 p 1 0 编织电机驱动器d i r 一 p 1 1 编织电机驱动器c p 输出 p 1 2 编织电机驱动器e n p 1 3 编织电机正转开关 p 1 口 输入 p 1 4 编织电机反转开关 p 1 5 卷布电机驱动器d i r 一 p 1 6 卷布电机驱动器c p 输出 p 1 7 卷布电机驱动器e n p 2 0 慢卷布开关 p 2 口p 2 1 快卷布开关 输入 p 2 2 反卷布开关 p 3 3 与t x d 和r x d 构成显示电路 p 3 口 输出 p 3 4 、p 3 5与t x d 和r x d 构成键盘选择电路 3 利用a t 8 9 c 5 2 的串行口和7 4 l s l 6 4 实现i 0 扩展 由于在本系统中a t 8 9 c 5 2 的串行口没有串行通讯的任务，所以在本系统中可 用串行口和7 4 l s l 6 4 配合来扩展i o 接口。 第一章绪论 l ll f ) r 1 7 邺1 6 4 广 l 图卜87 4 l s l 6 4 管脚排列图 如图卜8 所示，7 4 l s l 6 4 为t t l 单向8 位移位寄存器，可实现串行输入，并 行输出。其中a 、b ( 第1 、2 脚) 为串行数据输入端，这两个引脚按逻辑与运算 规律输入信号，共一个输入信号时可并接。c p ( 第8 脚) 为时钟输入端，可连接 到串行口的t x d 端。每一个时钟信号的上升沿加到c p 端时，移位寄存器移一位， 8 个时钟脉冲过后，8 位二进制数全部移入7 4 l s l 6 4 中。m r ( 第9 脚) 为复位端， 当r = o 时，移位寄存器各位复o ，只有当m r = i 时，时钟脉冲才起作用。q o q 7 ( 第 3 6 和1 0 1 3 引脚) 为并行输出端“。 在本系统中，采用串行口和一片7 4 l s l 6 4 结合扩展出一个2 8 键盘选择接 口，a t 8 9 c 5 2 的p 3 4 、p 3 5 作为键输入线；串行口和七片7 4 l s l 6 4 结合扩展出 七个八段l e d 数码管的静念显示接口，a t 8 9 c 5 2 的p 3 3 作为同步脉冲输出控制 线。 1 3 2 动力系统设计方案 本系统的动力系统中编织步进电机采用斯达特公司的型号为1 l o b y g 3 5 0 c 的 步进电机，与之配套的驱动器采用m s 一3 h l l o m 型驱动器；卷布步进电机采用斯达 特公司的型号为1 3 0 b y g 3 5 0 b 的步进电机，与之配套的驱动器采用m s 一3 h 1 3 0 m 型 驱动器。这两款步进电机均能满足系统的动力要求。 第二章基于a t 8 9 c 5 2 的单片机控制系统的实现 第二章基于a t 8 9 c 5 2 的单片机控制系统的实现 根据系统的设计方案，h n 一1 型双轴向纬编针织机的单片机控制系统主要由 键盘电路、显示电路和掉电保护电路构成，用于控制动力系统的动作。本章详细 介绍这些电路的实现与编程。 2 1 键盘的实现与编程 2 1 1 键盘硬件电路的实现 键盘是h n 一1 型双轴向纬编针织机控制系统重要的输入设备，其硬件电路的 实现如图2 一l 所示。 图2 一l 键盘硬件电路 在本系统中，采用串行口和一片7 4 l s l 6 4 结合扩展出一个2 8 键盘选择接 口，a t 8 9 c 5 2 的p 3 4 、p 3 5 作为键输入线。 2 1 2 键盘编程中须解决的相关问题“田 站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的 键盘状念是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘时就容 易引起误操作和操作失控等现象。 1 去抖动处理 + 5 t 第一二章 基t - a t 8 9 c 5 2 的单片机控制系统的实现 按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定 的，如不妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或重复执行。现在- 般均用软 件延时的方法来避开抖动阶段，这一延时过程一般大于5 m s ，例如，取1 0 2 0 m s 。 如果监控程序中的读键操作安排在主程序( 后台程序) 或键盘中断( 外部中断) 子程序中，该延时子程序便可直接插入读键过程中。如果读键过程安排在定时中 断子程序中，就可省去专门的延时子程序，利用两次定时中断的时间间隔来完成 去抖动处理。 2 连击处理 当我们按下某个键时，对应的功能通过键盘解释程序得到执行，如果这时操 作者还没有释放按键，则对应的功能就会反复被执行，好像操作者在连续操作该 键一样，这种现象就称为连击。连击在很多情况下都是不允许的，它使操作者很 难准确地进行操作。 解决连击的关键是一次按键只让它响应一次，该键不释放就不执行第二次。 为此要分别检测到按键按下的时刻和释放的时刻。用图2 2 所示的两种程序结构 都可解决连击问题。 图2 - 2 解决连击的两种程序结构 图2 2 ( a ) 所示的程序结构是按下键盘就执行，执行完后就等待操作者释放 按键，在未释放前不再执行指定功能，从而避免了一次按键重复执行的现象。图 2 2 ( b ) 所示的程序结构是在按键释放后再执行指定功能，同样可以避免连击。 连击现象如果加以合理利用，有时也能给操作者带来一些方便。在有些简易 智能仪器中，因设置的按键数目很少，没有数字键o 一9 ，这时只能采用加一( 或 减一) 的方式来调整有关参数。当参数的调整量比较大时，就需要按下很多次调 1 4 第二章基于a 1 8 9 c 5 2 的单片机控制系统的实现 整键。如果这时有连击功能，只要按住调整键不放，参数就会不停地加一( 或减 一) ，调整到我们需要的参数时再放开按键，这就会给操作带来不少方便。 计算机处理过程的速度很快，如果允许连击，还来不及放手它就可以执行几 十次到几百次，使人无法控制连击的次数。因此，要对连击速度进行限制，例如 每秒3 4 次，使操作者能有效控制连击次数。连击功能的实现如图2 3 所示。 图2 3 连击功能的实现 连击现象对于调整键是有利的，但对其它功能键则是有害的，必须区别对待。 一个能同时实现连击和防止连击的程序结构如图2 4 所示。 幽2 - 4 同时实现连击和防止连击 当键盘解释程序安排在后台主程序中时，上述处理连击的方法比较适用。当 第二章基于a t 8 9 c 5 2 的单片机控制系统的实现 键盘解释程序安排在定时中断子程序中时，上述方法就不能使用，因为每次定时 中断的时间问隔是很短的( 例如1 0 m s ) ，不能停下来等待键盘释放，也不能另外 再延时。 3 键盘编码 键盘编码有两种方式，一种是特性编码，一种是顺序编码。对于小键盘，特 性编码比较有用。对于中、大型键盘，有效编码较多，监控中。般采取散转处理 或查表处理，这时就要采用顺序编码。在读键盘过程中，通过键盘扫描等方法得 到的是特征编码，离散度很大。 对应源程序如下所示。 o r go e o o h k e y ：m o va # o m o vs b u f ，a 图25 键盘程序框图 第二章基于a t 8 9 c 5 2 的单片机控制系统的实现 k l o ：j n bt i k l 0 c l rt i k l l ：j n bp 3 ，4 ，p k l j bp 3 5 ，k l l l p k l ：l c a l ld 1 0 m s j n bp 3 4 ，p k 2 j bp 3 5 ，k l l l p k 2 ：m o vr 7 # 0 8 m o vr 6 ，# o f e h m o vr 3 # 0 m o va ，r 6 k l 5 ：m o vs b u f ，a k l 2 ：j n bt i ，k l 2 c l rt i j n bp 3 4 ，p k o j bp 3 5 ，n e t m o vr 4 # 0 8 h l j m pp k 3 p k o ：m o vr 4 # 0 p k 3 ：m o va # o m o vs b u f ，a k l 3 ：j n bt i ，k l 3 c l rt i k l 4 ：j n bp 3 4 ，k l 4 j n bp 3 5 ，k l 4 m o va ，r 4 a d da ，r 3 m o vr 3 ，a r e t n e t ：m o va ，r 6 r la m o vr 6 ，a i n cr 3 d j n zr 7 ，k l 5 1 7 第二章 基于a t 8 9 c 5 2 的单片机控制系统的实现 r e t k l l l ：m o vr 3 ，, # o f f h r e t d i o m s ：m o vr 7 ，# o a h d l ：m o vr 6 ，# ：o f f h d l 6 ：d j n zr 6 ，d l 6 d j n zr 7 ，d l r e t 2 2 数码显示电路的实现与编程 在单片机系统中，通常用l e d 数码管来显示各种数字或符号。由于它具有显 示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。 2 2 1 八段l 印数码管 国 图2 - 6 八段l e d 数码管 如图2 6 所示，八段i 。e d 数码管由8 个发光二极管组成，其中7 个长条形的 发光管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小 数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。 ab cdefgh 图2 7 两种不同形式的l e d 数码管 l8 第二章基于a t 8 9 c 5 2 的单片机控制系统的实现 如图2 7 所示，l e d 数码管有两种不同的形式：一种是8 个发光二极管的阳 极都连在一起的，称之为共阳极l e d 数码管；另一种是8 个发光二极管的阴极都 连在。起的，称之为共阴极l e d 数码管。共阴和共阳结构的l e d 数码管各笔划段 的名称和安排位置是相同的。当二：极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔 划段组合而显示的各种字符。八个笔划段h 、g 、f 、e 、d 、c 、b 和a 分别对应于 一个字节( 8 位) 的d 7 、d 6 、d 5 、d 4 、d 3 、d 2 、d 1 和d o 数据位，于是用八位二 进制码就可以表示要显示字符的字形代码。 2 2 2 字形表 对于共阴极l e d 数码管，当公共端接地( 为零电平) ，阳极各段输入为1 时， 对应的笔划段发光；如果是共阳极l e d 数码管，公共端接高电平，阴极各段输入 为0 时，对应的笔划段发光。例如，若要l e d 数码管显示“p ”字符，共阴极l e d 数码管的字形代码应为0 1 1 1 0 0 1 l ，即7 3 1 1 ；而共阳极l e d 数码管的字形代码应为 1 0 0 0 1 1 0 0 ，即8 c 1 t 。对于要显示的同一一个字符来说，共阴极l e d 数码管的字形代 码和共阳极l e d 数码管的字形代码之和应为f f h 。 以共阴极l e d 数码管为例，表2 1 列出了本系统中常用字符的字形代码。 表2 一l 常用字符的字形代码 数据位 字形 字符 d 7d 61 ) 5d 4i ) 3 d 2d 1d o 代码 o o0l111l13 f h 1o oo001100 6 h 2 0 1o11o1o5 b h 3010ol11l4 f h 40lloo1 1o6 6 h 50llo1 10l6 d h 6o1111 lo17 d h 7oo o001110 7 h 8o l1l11117 f h 9 0l101l116 f h a oll1ol117 7 h bo11111o o7 c h co011loo l3 9 h d01oll 11o5 e h eol1l1 0oi7 9 h foll1o 0o17 1 h pol l1oo1 l7 3 h 1 9 第二章基于a t 8 9 c 5 2 的单片机控制系统的实现 数据位字形 字符 d 7d 6d 5d 4d 3d 2d 1d o代码 joo00111o o e h y o11011106 e h soll01lo16 d h 2 2 3 静态显示接口电路实现 在单片机应用系统中，显示器显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。 所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的i o 接口用于 笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用 管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片 机中c p u 的开销小。可以提供单独锁存的i o 接口电路很多，一种常用静态显示 电路是以7 4 l s l 6 4 实现的串并转换电路。实现电路如图2 - 8 所示。 图2 - 87 4 l s l 6 4 实现的静态显示电路 a t 8 9 c 5 2 单片机串行口方式0 为移位寄存器方式，外接7 片7 4 l s l 6 4 作为7 位i 。e d 显示器的静态显示接口，把a t 8 9 c 5 2 的r x d 作为数据输出线，t x d 作为移 位时钟脉冲。7 4 l s l 6 4 为t t l 单向8 位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。 其中7 4 l s l 6 4 的a 、b 管脚( 第1 、2 脚) 为串行数据输入端，两个引脚按逻辑与 运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。t 管脚( 第8 脚) 为时钟输入端， 可连接到串行口的t x d 端。每一个时钟信号的上升沿加到t 管脚时，移位寄存器 移一位，8 个时钟脉冲过后，8 位二进制数全部移入7 4 。s 1 6 4 中。r 管脚( 第9 2 0 第二章基丁a t 8 9 c 5 2 的单，机控制系统的实现 脚) 为复位端，当r ：o 时，移位寄存器各位复o ，只有当r = i 时，时钟脉冲才起 作用。q 1 - q 8 ( 第3 6 和1 0 1 3 引脚) 并行输出端分别接i 。f d 显示器的各段对应 的引脚一h 。 7 片7 l s t 6 4 首尾相串，时钟输入端接在一起，这样，当输入8 个脉冲时， 从单片机r x d 端输出的数据就进入到了第一片7 4 l s l 6 4 中了，而当第二个8 个脉 冲到来