高速喷水织布机单片机控制系统设计

摘 要本 文 主 要 介 绍 了 高 速 喷 水 织 布 机 的 工 作 原 理 及 设 计 要 求 ， 叙 述 了 喷 水 织 布 机控 制 系 统 的 设 计 过 程 ， 包 括 硬 件 电 路 和 软 件 编 程 ， 以 及 用 Protel DXP 软 件 绘制 电 路 原 理 图 和 PCB 图 的 方 法 及 步 骤 。喷 水 织 布 机 的 硬 件 控 制 电 路 包 括 ： 主 控 电 路 、 故 障 检 测 电 路 、 电 磁 刹 车 电 路 、整 流 电 路 及 强 电 电 路 等 。 其 中 主 控 电 路 利 用 89C51 单 片 机 来 控 制 主 电 机 的 正 反转 、 点 动 以 及 风 机 的 启 动 ； 故 障 检 测 电 路 主 要 控 制 断 纬 、 左 右 捻 边 纱 断 纱 、 电机 过 热 、 卷 布 筒 张 力 过 大 等 五 项 故 障 自 停 以 及 计 长 停 车 ； 电 磁 刹 车 电 路 控 制 织布 机 刹 车 装 置 和 高 、 低 刹 车 电 压 的 转 换 ； 整 流 电 路 将 交 流 电 转 换 为 直 流 电 ； 强电 电 路 控 制 电 机 的 正 反 转 、 两 个 风 机 的 启 动 以 及 星 /三 角 启 动 的 转 换 。软 件 控 制 程 序 包 括 主 程 序 ， 以 及 中 断 子 程 序 和 延 时 子 程 序 。本 设 计 采 用 单 片 机 来 控 制 织 布 机 系 统 ， 单 片 机 编 程 对 故 障 检 测 精 确 度 高 ， 可随 时 停 机 排 除 故 障 ， 这 样 可 以 提 高 织 物 品 质 ， 并 且 单 片 机 控 制 灵 活 性 大 ， 操 作人 性 化 ， 可 靠 性 高 ， 价 格 低 廉 ， 维 修 方 便 。 可 广 泛 投 入 市 场 使 用 。关 键 词 ： 高 速 喷 水 织 布 机 ； 单 片 机 控 制 ； 硬 件 设 计 ； 软 件 设 计ABSTRACTThis paper presents the work principle and the design of the high-speed water jet loom and the design process of the control system,including the dardware and the software,and how to protract the circuit principle fig and PCB.The hardware control circuit of the water jet loom include:the main control circuit,the malfunction check circuit,the electromagnetism brake circuit,the commute circuit,and the strong electricity circuit.The main control circuit impose the 89C51 singlechip to control the positive and negative reversal of the direct electromotor,wiht point reversal,and the start and stop of two fans. The malfunction check circuit is used to examine the break of the latitude, left and right side to twist the break yarn, the high temperature of the electrical engineering, the powerful strain of the sari tube and so on. The electromagnetism brake circuit controls the braking movement of the looms brake installation and the conversion of the high and low brake voltage.The commute circuit would conversion AC to DC.The strong electricity circuit control the positive and negative reversal of the direct electromotor and the conversion of the startup mode ,which can choose Y or .The software control classify main program ,intermit subprogram and time-lapse subprogram.This design adopt the singlechip to control the high-speed water jet loom,which has a strong agility charanter,a human operation,a high dependability.Its so cheap and has a convenient maintain.So it can be dived into agora greatly.Keywords： high-speed water jet loom; singlechip control; hardware design; software design目 录第一章 绪论 .11.1 织布机的发展 .11.2 织布机的控制.11.3 织布机控制技术的发展.21.4 本文的结构.3第二章 织布机概述与设计要求 .42.1 织布机概述 .42.1.1 喷水织布机简介.42.1.2 喷水织布机喷纱原理 .42.2 检测的内容与要求.42.3 织布机的控制要求.42.3.1 电机的控制.42.3.2 刹车的控制.62.3.3 指示灯要求.62.3.4 直流电源要求.6第三章 织布机控制系统电路设计 .83.1 设计方案的拟定.83.2 主控电路的设计.83.2.1 主控电路中单片机 89C51 的 应 用 .83.2.2 主控电路中光 电 耦 合 器 接 口 电 路 .123.2.3 主控电路中固态继电器接口电路 .123.3 六 项 自 停 电 路 设 计 .143.4 电磁刹车电路设计.143.4.1 刹车电路中的电气元件 .143.4.2 刹车电路工作原理 .153.5 强电控制电路设计.173.6 整流电路设计.18第四章 织布机控制系统软件设计 .204.1 主程序设计.204.2 子程序设计.28第五章 原理图与 PCB 图的绘制 .34 5.1 Protel DXP 的 简 介 .345.2 如何用 Protel 画原理图 .345.2.1 原理图的设计步骤.345.2.2 画原理图.355.3 织布机控制系统总原理图.365.4 如 何 用 protel 画 PCB 图 .365.4.1 自动布线法画 PCB 图 .375.4.2 部分元件的封装说明.385.5 织布机控制系统 PCB 图 .39第六章 结论 .40致谢.42参考文献.43附录 A：英文资料 .44附录 B：英文资料翻译 .57附录 C：硬件设计原理图与 PCB 图 .63附件： 毕业论文光盘资料 第一章 绪 论1.1 织布机的发展喷 水 织 机 (如 图 1.1所 示 )是 20世 纪 50年 代 出 现 的 一 种 新 型 无 梭 织 机 ， 它 由 捷 克斯 洛 伐 克 人 V.S vaty发 明 ， 1955年 在 布 鲁塞 尔 国 际 纺 织 机 械 展 览 会 上 展 出 了 世 界 上最 早 的 一 台 喷 水 织 机 样 机 。 1959年 捷 克 斯洛 伐 克 生 产 的 喷 水 织 机 ， 扣 幅 只 有 1050mm一 种 ， 最 高 车 速 仅 有 400r/min。 我 国 从 本世 纪 70年 代 开 始 研 制 喷 水 织 机 。 1980年 ， 上 图 1.1 喷 水 织 布 机海 第 十 五 丝 织 厂 在 全 国 首 家 引 进 日 本 津 田 驹 ZW型 喷 水 丝 织 机 52台 ， 因 其 具 有车 速 高 、 质 量 优 、 看 台 多 、 故 障 少 、 电 子 化 显 示 生 产 情 况 等 特 点 ， 立 即 在 国 内纺 织 界 引 起 哄 动 ， 在 丝 绸 行 业 刮 起 了 一 股 喷 水 织 机 引 进 风 ， 至 1992年 ， 全 国丝 织 厂 共 引 进 日 本 日 产 LW型 喷 水 织 机 2190台 ， 日 本 津 田 驹 ZW型 喷 水 织 机 1842台 ， 意 大 利 JH-1000型 喷 水 织 机 120台 ， 捷 克 H175U型 喷 水 织 机 20台 ， 喷 水 织 机成 为 丝 织 行 业 引 进 最 多 的 无 梭 织 机 机 种 。 同 时 ， 我 国 国 产 喷 水 织 机 销 势 也 渐 好 ，外 资 、 民 营 均 有 ， 有 引 进 技 术 的 ， 也 有 仿 制 改 进 的 ， 喷 水 织 机 在 全 国 遍 地 开 花 。随 着 人 民 生 活 的 提 高 ， 仿 真 丝 、 化 纤 纺 丝 、 仿 麻 ， 仿 皮 的 高 档 服 饰 面 料 需 求量 大 幅 上 升 。 纤 织 物 的 需 求 快 速 增 长 ， 这 不 但 为 喷 水 织 机 提 供 了 快 速 发 展 的 空间 ， 而 且 因 为 纤 维 原 料 和 织 物 品 种 的 不 断 更 新 ， 人 们 对 织 造 技 术 效 率 不 断 提 出新 的 要 求 ， 促 使 喷 水 织 机 及 喷 水 织 造 技 术 逐 步 提 高 。 经 过 十 多 年 的 发 展 ， 喷 水织 造 的 技 术 水 平 出 现 了 新 面 貌 。 常 规 大 批 量 投 产 的 织 机 速 度 已 由 最 初 的400r/min提 高 到 1000r/min以 上 。1.2 织布机的控制为 了 保 证 织 机 高 速 、 高 效 的 生 产 各 种 高 质 擞 的 产 品 ， 降 低 劳 动 强 度 ， 提 高劳 动 生 产 率 ， 除 具 备 先 进 的 机 械 设 计 与 精 密 的 机 加 工 技 术 之 外 ， 完 备 的 织 机 电控 系 统 也 是 其 中 一 个 重 要 方 面 。 进 入 80年 代 后 期 之 后 ， 随 着 微 型 计 算 机 技 术 应用 的 进 一 步 发 展 ， 各 种 无 梭 织 机 的 电 控 系 统 更 加 成 熟 与 完 善 ， 以 至 当 前 任 何 一台 先 进 的 织 机 都 体 现 了 机 电 一 体 化 的 完 美 结 合 。 新 型 织 机 的 电 控 系 统 具 备 了 下 列 主 要 功 能 :1） 织 机 工 作 状 态 的 调 整 、 监 控 及 生 产 管 理 功 能 ， 如 织 机 参 数 的 设 置 、 工 艺参 数 的 设 定 、 织 机 工 作 状 态 监 测 、 生 产 数 据 转 移 、 织 机 信 息 显 示 等 操 作 台 式 中央 计 算 机 的 键 盘 功 能 。2） 提 高 织 机 的 产 品 质 量 及 品 种 适 应 性 的 功 能 ， 如 电 子 多 臂 、 电 子 提 花 、 电子 选 色 、 电 子 卷 取 、 电 子 送 经 、 自 动 找 梭 口 及 防 开 车 档 、 引 纬 张 力 程 控 、 纬 纱定 长 及 时 间 控 制 、 开 车 补 偿 、 自 动 修 纬 、 自 动 修 经 等 。3） 方 便 织 机 的 操 作 与 维 修 功 能 和 织 机 的 安 全 保 护 劝 能 等 。 织 机 的 电 气 控 制系 统 是 织 机 全 部 电 控 系 统 的 强 电 部 分 ， 是 织 机 电 子 控 制 系 统 的 执 行 系 统 ， 有 时织 机 机 械 控 制 系 统 的 动 力 来 源 于 控 制 设 备 ， 它 由 主 电 路 及 其 控 制 电 路 组 成 。 织机 的 电 子 控 制 系 统 是 全 部 织 机 电 控 系 统 的 弱 电 部 分 ， 也 是 其 核 心 部 分 ， 织 机 各种 功 能 的 完 备 与 否 ， 与 该 机 电 控 制 技 术 的 先 进 程 度 密 切 相 关 。1.3 织布机控制技术的发展织 机 控 制 技 术 发 展 到 今 天 ， 经 历 了 纯 人 工 控 制 、 纯 机 械 控 制 、 机 电 (或机 电 液 )控 制 、 机 电 一 体 化 、 单 台 计 算 机 的 集 中 控 制 、 多 台 微 机 的 分 级 和 分 层 控制 等 几 个 阶 段 。 无 梭 织 机 的 控 制 最 主 要 的 特 征 体 现 在 新 型 引 纬 方 面 ， 且 其 他 方面 也 采 用 了 许 多 新 技 术 ， 所 以 又 称 为 新 型 织 机 。随 着 电 子 控 制 技 术 和 计 算 机 控 制 技 术 的 发 展 ， 织 机 控 制 技 术 进 入 了 新 的 迅速 发 展 的 阶 段 ， 为 研 制 低 价 格 、 高 性 能 的 织 机 控 制 提 供 了 可 能 性 ， 为 不 断 提 高织 物 质 量 创 造 了 条 件 。 计 算 机 控 制 技 术 在 织 机 中 的 应 用 日 趋 广 泛 和 成 熟 ， 它 代表 了 当 今 织 机 发 展 的 最 新 水 平 。 计 算 机 控 制 技 术 的 应 用 提 高 了 织 造 的 生 产 效 率和 产 品 的 质 量 ， 大 大 降 低 了 劳 动 强 度 ， 节 省 劳 力 ， 实 现 了 织 造 工 厂 自 动 化 。织 机 的 计 算 机 控 制 技 术 的 特 点 是 利 用 微 电 子 技 术 来 实 现 自 动 控 制 ， 利 用 微 机生 产 管 理 系 统 完 成 织 造 参 数 设 定 、 修 改 、 现 实 、 检 测 、 控 制 ， 使 织 造 生 产 的 管理 自 动 化 。 国 产 纺 织 设 备 的 机 电 一 体 化 起 步 较 晚 ， 我 国 织 机 生 产 厂 家 从 90年代 后 期 ， 开 始 涉 足 喷 水 织 机 控 制 系 统 的 研 究 开 发 领 域 ， 走 技 术 引 进 、 技 术 消 化吸 收 、 独 立 开 发 的 道 路 。 经 过 十 几 年 的 努 力 ， 取 得 了 一 定 的 成 绩 ， 研 发 出 了 多款 喷 水 织 机 控 制 系 统 。 与 进 口 喷 水 织 机 相 比 ， 在 织 机 性 能 和 织 造 织 物 的 品 种 适应 性 等 方 面 还 存 在 很 大 差 距 。 从 理 论 上 研 究 高 速 喷 水 织 机 的 控 制 系 统 ， 对 提 高国 内 喷 水 织 机 的 制 造 水 平 ， 满 足 日 益 增 长 的 市 场 要 求 ， 有 重 要 的 理 论 意 义 和 显著 的 经 济 效 益 。织 布 机 一 般 有 硬 件 和 软 件 两 种 控 制 方 式 。 硬 件 控 制 成 本 虽 低 ， 但 灵 活 性 也 低 ，机 器 的 使 用 寿 命 也 不 长 ， 维 修 不 方 便 。 而 软 件 控 制 ， 成 本 虽 高 ， 但 可 靠 性 也 高 ，稳 定 性 也 好 ， 维 修 简 单 ， 并 且 节 省 劳 动 力 ， 现 在 被 广 泛 使 用 。 本 课 题 中 ， 采 用了 单 片 机 控 制 织 布 机 ， 通 过 改 变 软 件 程 序 就 可 以 实 现 织 布 机 所 要 求 的 不 同 功 能 ，大 大 增 强 了 灵 活 性 和 工 作 效 率 。1.4 本文的结构本 文 围 绕 高 速 喷 水 织 布 机 控 制 系 统 的 设 计 ， 根 据 设 计 任 务 和 要 求 ， 介 绍 了织 布 机 的 发 展 概 况 ， 喷 水 织 布 机 的 工 作 原 理 ， 控 制 系 统 原 理 图 的 设 计 ， 软 件 流程 图 的 绘 制 与 程 序 的 编 写 ， 并 介 绍 了 如 何 使 用 Protel DXP 绘 制 原 理 图 和 PCB图 。 全 文 分 六 章 ， 各 章 内 容 如 下 ：第 一 章 为 绪 论 ， 主 要 介 绍 织 布 机 的 发 展 及 其 控 制 技 术 ；第 二 章 为 织 布 机 概 述 与 设 计 要 求 ， 主 要 介 绍 了 织 布 机 工 作 原 理 与 检 测 要 求 ，以 及 对 织 布 机 的 控 制 要 求 进 行 阐 述 ；第 三 章 为 控 制 系 统 硬 件 电 路 设 计 部 分 ， 详 细 说 明 了 硬 件 部 分 的 设 计 情 况 ， 包括 设 计 方 案 的 确 定 ， 主 控 制 电 路 、 整 流 电 路 及 强 电 控 制 电 路 部 分 的 设 计 与 分 析 ；第 四 章 为 控 制 系 统 软 件 设 计 部 分 ， 包 括 主 程 序 、 子 程 序 流 程 图 的 绘 制 ， 主 程序 、 中 断 子 程 序 、 延 时 子 程 序 的 编 写 ；第 五 章 为 Protel DXP 的 应 用 ， 介 绍 了 Protel DXP， 以 及 如 何 应 用Protel DXP 绘 制 系 统 原 理 图 及 PCB 图 ；第 六 章 主 要 是 结 论 ， 对 论 文 的 总 结 以 及 做 毕 业 设 计 的 感 想 。第二章 织布机概述与设计要求2.1 喷水织布机概述2.1.1 喷水织布机简介织 布 机 分 梭 织 机 、 喷 水 织 机 和 喷 气 织 机 ， 由 于 梭 织 惯 性 大 、 效 率 低 ， 基 本 已淘 汰 ， 目 前 织 布 机 多 为 喷 水 织 机 和 喷 气 织 机 ， 两 者 工 作 原 理 基 本 相 同 。2.1.2 喷水织布机喷纱原理喷 水 织 机 是 利 用 高 压 水 与 纬 纱 之 间 的 摩 擦 力 ， 拉 动 纬 纱 穿 过 交 错 排 列 好 的 上下 交 替 运 动 的 一 根 根 经 纱 ， 交 织 过 程 中 ， 经 纱 边 交 替 上 下 运 动 边 向 前 移 动 ， 每上 下 交 替 运 动 一 次 ， 高 压 水 喷 出 一 根 纬 纱 ， 经 纱 和 纬 纱 绕 在 各 自 纱 台 上 ， 自 动放 纱 ， 每 喷 出 一 根 纬 纱 ， 剪 纱 刀 自 动 将 其 剪 断 ， 为 使 纬 纱 排 紧 ， 每 喷 一 根 纬 纱 ，紧 纱 装 置 紧 纱 一 次 ， 使 纬 纱 排 列 紧 密 。 织 成 的 布 经 吸 水 装 置 吸 水 后 ， 卷 到 前 方卷 布 筒 上 。 如 图 2.1所 示 。2.2 检测的内容与要求在 织 布 过 程 中 ， 遇 到 故 障 必 须 立 即 停 车 ， 需 检 测 到 故 障 有 ：1） 断 纬 。 如 图 2.2 所 示 。 在 正 常 工 作 中 ， 每 喷 水 一 次 ， 由 接 近 开 关 产 生 一信 号 ， 同 时 探 纬 传 感 器 也 相 应 产 生 一 信 号 ， 两 信 号 同 时 送 到 探 纬 器 ， 若 探 纬 器只 收 到 接 近 开 关 信 号 ， 没 有 收 到 探 纬 传 感 器 信 号 ， 说 明 已 经 断 纬 ， 此 时 探 纬 器立 即 发 出 停 车 信 号 ， 切 断 主 电 机 电 源 ， 随 后 发 出 刹 车 信 号 ， 刹 住 织 布 机 ， 停 止运 动 ， 以 免 经 纱 继 续 向 前 移 动 ， 造 成 排 除 故 障 重 新 开 机 后 纬 纱 不 连 续 ， 出 现 次品 。2） 电 机 过 热 。 当 电 机 工 作 温 度 过 高 ， 电 机 内 部 的 过 热 保 护 装 置 发 出 信 号 ，电 机 须 停 机 并 立 即 刹 车 。3） 左 右 捻 边 纱 、 缠 纬 纱 断 纱 、 卷 布 筒 张 力 过 大 ， 需 停 止 、 刹 车 。除 了 上 述 故 障 发 生 的 需 要 停 车 外 ， 当 织 布 长 度 达 到 设 定 长 度 的 也 要 立 即 停 车 。2.3 织布机的控制要求2.3.1 电机的控制织 布 机 共 有 三 台 电 机 ： 1） 主 电 机 。 主 要 为 织 布 机 运 动 装 置 提 供 运 动 以 及 动 力 。 起 动 时 ， 有 两 种图 2.1高 速 喷 水 织 布 机 工 作 原 理方 式 ： Y 型 起 动 ， 正 常 工 作 时 也 为 Y 型 ； Y 型 起 动 ， 型 起 动 （ 起 动快 ） ， 经 延 时 后 切 换 成 Y 型 正 常 运 转 ， 起 动 方 式 可 由 操 作 者 选 择 。2） 风 机 电 机 。 共 两 台 ， 一 只 吹 风 ， 一 只 吸 风 ， 将 吹 风 机 吹 出 的 水 汽 吸 走 。调 整 织 布 机 各 个 运 动 机 构 位 置 时 ， 可 正 、 反 点 动 主 电 机 ， 此 时 ， 风 机 电 机 不需 起 动 。 织 布 时 ， 要 先 启 动 风 机 电 机 ， 后 启 动 主 电 机 ， 否 则 主 电 机 不 起 动 。（ 另 外 ， 调 整 织 布 机 ， 刹 车 装 置 要 松 开 ， 否 则 不 能 点 动 。 织 布 时 ， 刹 车 装 置 处在 松 开 的 有 效 状 态 。 ）图 2.2 压 水 及 断 纬 故 障 检 测 示 意 图2.3.2 刹 车 的 控 制刹 车 装 置 为 电 磁 铁 ， 启 动 主 电 机 织 布 时 ， 刹 车 装 置 必 须 处 于 有 效 状 态 ， 即 遇到 故 障 的 停 车 能 立 即 刹 车 ， 当 刹 车 装 置 处 于 无 效 状 态 时 ， 主 电 机 不 能 启 动 。 点动 调 整 织 布 机 时 ， 刹 车 也 应 处 于 有 效 状 态 ， 松 开 点 动 按 钮 后 ， 能 立 即 刹 住 织 布机 。 当 刹 车 装 置 处 于 无 效 状 态 时 ， 可 用 于 手 工 盘 动 织 布 机 ， 以 调 整 织 布 机 运 动机 构 装 置 。2.3.3 指 示 灯 要 求织 布 机 由 四 只 指 示 灯 ， 红 色 作 电 源 指 示 ， 接 通 电 源 后 ， 该 灯 亮 ； 黄 色 作 织布 指 示 ， 正 常 工 作 时 ， 该 灯 不 停 闪 烁 ， 断 纬 停 车 后 ， 该 灯 只 亮 不 闪 烁 ； 绿 色 作电 机 过 热 、 捻 边 纱 、 缠 纬 纱 断 纱 指 示 ， 故 障 发 生 后 停 车 时 ， 该 灯 亮 ， 故 障 不 发生 不 亮 ； 蓝 色 作 计 长 指 示 ， 设 定 长 度 达 到 后 停 车 时 指 示 ， 长 度 未 到 ， 不 停 车 ，灯 不 亮 。2.3.4 直 流 电 源 要 求控 制 系 统 所 需 要 电 源 由 四 种 直 流 电 源 ： 单 片 机 工 作 电 压 5V， 探 纬 器 工 作电 压 12V， 控 制 按 钮 工 作 电 压 12V， 刹 车 装 置 直 流 电 压 110V。 上 述 四 种 直 流 电压 经 变 压 器 、 整 流 后 获 得 。 刹 车 时 ， 加 在 电 磁 铁 上 的 电 压 为 110V， 停 车 后 ，降 为 24V， 这 是 通 过 控 制 系 统 软 件 ， 使 电 磁 铁 线 圈 处 于 通 断 通 断 工 作 状 态 ， 靠 改 变 通 、 断 时 间 以 使 线 圈 的 平 均 电 压 为 24V。 如 图 2.3 所 示 。图 2.3 刹 车 电 压第 三 章 织 布 机 控 制 系 统 电 路 设 计3.1 设 计 方 案 的 拟 定根 据 任 务 书 要 求 ， 对 织 布 机 控 制 系 统 电 路 进 行 设 计 。 控 制 系 统 电 路 分 三 个 电路 ： 主 控 电 路 、 强 电 电 路 和 整 流 电 路 。 主 控 电 路 利 用 CPU 为 89C51 的 单 片 机实 现 正 反 转 、 正 反 点 动 、 风 机 运 转 、 电 磁 刹 车 、 故 障 检 测 自 停 ， 以 光 电 耦 合器 作 为 隔 离 单 片 机 系 统 与 输 入 输 出 部 分 的 控 制 元 件 。 控 制 系 统 输 出 口 与 强 电 电路 接 口 为 固 态 继 电 器 。 整 流 电 路 主 要 由 变 压 器 、 二 极 管 整 流 桥 、 滤 波 器 和 集 成稳 压 器 等 组 成 ， 用 来 实 现 三 相 交 流 电 到 5v（ 单 片 机 工 作 电 压 ） ， 12v（ 探 纬 器工 作 电 压 ） ， 12v（ 控 制 按 钮 工 作 电 压 ） ， 110v（ 刹 车 装 置 直 流 电 压 ） 的 转 换 。强 电 部 分 主 要 利 用 电 气 控 制 原 理 实 现 电 机 运 转 ， 包 括 电 气 保 护 元 件 、 接 触 器 开关 、 电 机 等 。3.2 主 控 电 路 的 设 计主 控 电 路 主 要 利 用 89C51单 片 机 实 现 主 电 机 正 反 转 、 正 反 点 动 、 风 机 运 转 、电 磁 刹 车 、 故 障 检 测 自 停 ， 以 光 电 耦 合 器 作 为 隔 离 单 片 机 系 统 与 输 入 输 出 部分 的 控 制 元 件 ， 并 在 电 机 控 制 信 号 输 出 电 路 当 中 采 用 了 固 态 继 电 器 与 电 机 控 制强 电 电 路 进 行 连 接 。 主 控 电 路 如 图 3.1所 示 。3.2.1 主 控 电 路 中 单 片 机 89C51 的 应 用AT89C51 是 美 国 ATMEL 公 司 生 产 的 低 电 压 、 高 性 能 CMOS8 位 单 片 机 ， 片 内含 4KB 的 可 反 复 擦 写 的 程 序 存 储 器 和 128B 的 随 机 存 取 数 据 存 储 器 （ RAM） ， 器件 采 用 Atmel 公 司 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 储 技 术 生 产 ， 兼 容 MCS 51 指 令 系统 ， 片 内 配 置 通 用 8 位 中 央 处 理 器 （ CPU） 和 Flash 存 储 单 元 ， 功 能 强 大 的AT89C51 单 片 机 可 灵 活 应 用 于 各 种 控 制 领 域 1。如 图 3.2 所 示 ， 89C51 共 有 40 条 引 脚 。 其 引 脚 的 说 明 如 下 ：1.电 源 引 脚 VCC 和 GND（ 共 2 根 ）VCC （ 40 脚 ） ： 接 5V 电 压 。GND（ 20 脚 ） ： 接 地 。2.外 接 晶 体 引 脚 XTAL1 和 XTAL2（ 共 2 根 ）XTAL1（ 19 脚 ） 和 XTAL2（ 18 脚 ） 引 脚 接 外 部 振 荡 器 的 信 号 ， 即 把 外 部 振荡 器 的 信 号 直 接 连 到 内 部 时 钟 发 生 器 的 输 入 端 。 原 理 图 中 ， XTAL2 接 振 荡 信 号 ，图 3.1主 控 电 路 图XTAL1 接 地 。 其 使 用 了 12MHz 晶 振 ， 则 根 据 单 片 机 CPU 的 工 作 时 序 ， 其 4 个周 期 的 具 体 值 计 算 如 下 ：振 荡 周 期 = ；/us时 钟 周 期 = ；/6s机 器 周 期 = ；1/21指 令 周 期 = 。(4)su3.控 制 和 复 位 引 脚 ALE、 、 和 RST（ 共 4 根 ）PSN1122334455667788991010111212D DC CB BA ATitle Number RevisionSizeA1Date: 208-6-1 Shet of File: C:Documents and Setings.1.SchDoc Drawn By:p1.01 p1.2 p1.23 p1.34 p1.45p1.56 p1.67 p1.78 RST9 3.0103.11 3.212 3.13 3.414 3.5153.616 3.717 XTAL218 TL119 p2.0 21p2.1 2p2. 23p2.3 24p2.4 25p2.5 26p2.6 27p2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VP 31P0.7 32P0.6 3P0.5 34P0.4 35P0.3 36P0.237P0.1 38P0. 39VC40GND2089C51104C15+5V GND3KR4 5KRI3 15KR53KRI1 5KRI25KR163KRI61KRI510C1U4U8U5S1S1S110C12GND+12V +5VGNDGNDS1GND+12V +5V3KRI1 5KRI2U4S1S1GND+12V +5V3KR3 5KRI4U6+12V +5VD17GND3KR2 5KRI4U6+12V +5VGND3KRI1 5KRI2U4+12V +5VGNDD9S13KRI1 5KRI2U4+12V +5VGND1212MHZB1+5v +12vT65KR153KRI61KRI5U8+5v +12vT55KR143KRI81KRI7U7+5v +12vT45KR173KRI61KRI5U8+5v +12vT75KR183KRI61KRI5U8+5v +12vT8PS0-50KR1010KR6 1KR72KR1 R1*3KR215KRI25KR20 1KRI7 3KRI8470R19U7U7D1610mHL1D1510C16T9GND+5V+5vGND+5V +5V +12V T10+10V12 LED1KRI7 3KRI82KR13 T2+5V +12VU712 LED1KRI7 3KRI82KR13 T2+5V +12V3KRI1 5KRI2U4S1S1 GND+12V +5VU712 LED1KRI7 3KRI82KR13 T2+5V +12VU712 LED1KRI7 3KRI82KR13 T2+5V +12VGND5KRI4+5V GND5KRI4+5V30pC1330pC14GND12D4 S4 U53KRI9 5KRI3+12V +5VGND12D5 S5 U53KRI9 5KRI3+12V +5VGND12D3 S3 U53KRI9 5KRI3+12V +5VGND12D2 S2 U53KRI9 5KRI3+12V +5VGND12D6 S6 U53KRI9 5KRI3+12V +5VGND12D1 S1 U53KRI9 5KRI3+12V +5VGND470pC17S6S645 674AC0U2B 910 874AC0U2C 1213 174HC0U2D12 374AC0U2A87 2U3A65 3U3BALE（ 30 脚 ） ： 当 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 数 据 存 储 器 时 ， ALE（ 地 址 锁 存允 许 ） 输 出 脉 冲 用 于 锁 存 地 址 的 低 8 位 字 节 。图 3.2 89C51 引 脚 图（ 29 脚 ） ： 外 部 程 序 存 储 器 读 选 通 信 号 。PSEN（ 31 脚 ） ： 外 部 访 问 允 许 。ARST （ 9 脚 ） ： 复 位 信 号 输 入 端 （ 高 电 平 有 效 ） 。4. I/O 口 引 脚 P0、 P1、 P2、 P3P0 口 ： P0 口 是 一 组 8 位 漏 极 开 路 输 出 型 双 向 I/O 口 ， 也 即 地 址 /数 据 总线 复 用 口 。 作 为 输 出 口 用 时 ， 每 位 能 以 吸 收 电 流 的 方 式 驱 动 8 个 TTL 逻 辑 门电 路 ， 对 端 口 写 “1”时 ， 又 可 作 高 阻 抗 输 入 端 用 。P1 口 ： P1 口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 。 P1 口 的 输 出 缓冲 器 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 ） 4 个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 写 “1”， 通 过 内部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 ， 这 时 可 作 输 入 口 。 作 输 入 口 使 用 时 ， 因 为 内部 有 上 拉 电 阻 ， 某 个 引 脚 被 外 部 信 号 拉 低 时 会 输 出 一 个 电 流 。P2 口 ： P2 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 口 的 输 出 缓 冲级 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 ） 4 个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 写 “1”时 ， 通 过内 部 的 上 拉 电 阻 ， 某 个 引 脚 被 外 部 信 号 拉 低 时 会 输 出 一 个 电 流 。 在 访 问 外 部程 序 存 储 器 时 或 16 位 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 （ 如 执 行 MOVX DPTR， A） 时 ，P2 口 送 出 高 8 位 地 址 数 据 。 在 访 问 8 位 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 （ 如 执 行MOVX R1， A） 时 ， P2 口 线 上 的 内 容 （ 特 殊 功 能 寄 存 器 SFR 区 中 的 R2 寄 存器 的 内 容 ） ， 在 整 个 访 问 期 间 不 会 改 变 。P3 口 ： P3 口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 。 P3 口 的 输 出 缓冲 级 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 ） 4 个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 写 “1”时 ， 它们 被 内 部 上 拉 电 阻 拉 高 并 可 作 为 输 入 端 口 。 作 输 入 端 时 ， 被 外 部 拉 低 的 P3 口将 用 上 拉 电 阻 输 出 电 流 。根 据 任 务 书 要 求 ， 本 设 计 所 应 用 引 脚 功 能 见 表 3.1：表 3.1 引 脚 功 能 说 明端 口 引 脚 功 能 说 明 端 口 引 脚 功 能 说 明VCC 工 作 电 压 5V P1.5 控 制 左 绞 故 障 自 停GND 接 地 P1.6 控 制 缠 纬 故 障 自 停P0.0 控 制 计 长 指 示 灯 P1.7 控 制 张 力 过 大 自 停P0.1 控 制 五 项 自 停 指 示 灯 P2.0 控 制 高 压 刹 车P0.2 控 制 探 纬 指 示 灯 P2.1 控 制 低 压 刹 车P0.3 控 制 电 源 指 示 灯 P2.2 控 制 继 电 器 YKM 输 出 电 路P0.4 控 制 继 电 器 KM0 输 出 电 路 P3.1 控 制 主 电 机 反 转 点 动P0.5 控 制 继 电 器 FKM 输 出 电 路 P3.2 控 制 系 统 停 车P0.6 控 制 继 电 器 ZKM 输 出 电 路 P3.3 控 制 主 电 机 正 转 点 动P0.7 控 制 继 电 器 KM 输 出 电路P3.4 接 近 开 关 信 号RST 控 制 系 统 复 位 P3.5 控 制 风 机 启 动P1.0 手 动 控 制 六 项 自 停 P3.6 刹 车 开 关 信 号P1.1 手 动 控 制 主 电 机 Y- 启 P3.7 控 制 系 统 停 止动P1.2 控 制 计 长 自 停 XTAL1 接 振 荡 器 P1.3 控 制 电 机 过 热 自 停 XTAL2 接 振 荡 器P1.4 控 制 右 绞 故 障 自 停3.2.2 主 控 电 路 中 光 电 耦 合 接 口 电 路1.光 电 耦 合 器 的 结 构 及 特 点光 电 耦 合 器 是 以 光 为 媒 介 传 输 电 信 号 的 一 种 电 一 光 一 电 转 换 器 件 。 它 由 发图 3.3 光 电 耦 合 器 的 结 构 和 符 号光 源 和 受 光 器 两 部 分 组 成 。 把 发 光 源 和 受 光 器 组 装 在 同 一 密 闭 的 壳 体 内 ， 彼 此间 用 透 明 绝 缘 体 隔 离 。 如 图 3.3 所 示 。 发 光 源 的 引 脚 为 输 入 端 ， 受 光 器 的 引 脚为 输 出 端 ， 常 见 的 发 光 源 为 发 光 二 极 管 ， 受 光 器 为 光 敏 二 极 管 、 光 敏 三 极 管 等等 。 光 电 耦 合 器 的 种 类 较 多 ， 常 见 有 光 电 二 极 管 型 、 光 电 三 极 管 型 、 光 敏 电 阻型 、 光 控 晶 闸 管 型 、 光 电 达 林 顿 型 、 集 成 电 路 型 等 。2.光 电 耦 合 器 接 口 电 路当 用 微 处 理 器 输 出 去 控 制 大 功 率 电 器 时 ， 要 将 强 电 与 弱 电 隔 离 ， 一 般 由 光 隔离 和 磁 隔 离 两 种 。 本 设 计 中 采 用 光 电 隔 离 。 由 光 电 耦 合 器 组 成 的 光 电 耦 合 电 路应 用 （ 以 控 制 风 机 启 动 为 例 ） 如 图 3.4 所 示 图 中 光 耦 为 晶 体 管 输 出 型 光 电 耦 合器 。 光 电 晶 体 管 以 光 取 代 基 极 电 流 ， 作 为 晶 体 管 的 输 入 ， 当 光 电 耦 合 器 的 发 光二 极 管 发 光 时 ， 光 电 晶 体 管 受 光 的 影 响 在 cb 和 ce 间 会 有 电 流 流 过 ， 电 流 受 光照 强 度 控 制 。 光 电 耦 合 器 将 单 片 机 89C51 系 统 与 控 制 开 关 隔 离 ， 使 两 部 分 的 电流 相 互 独 立 。 由 于 光 电 耦 合 器 是 电 流 型 输 出 ， 不 受 输 出 端 工 作 电 压 的 影 响 ， 因此 可 以 用 于 不 同 电 平 的 转 换 。图 中 ， 当