间歇机构机电一体化设计——AT89C51应用于间歇送料机设计

1、 学校代码：115117书毕业设计（论文）任务书题目 基于单片机自动打铃装置控制的设计 专业 机械设计制造及其自动化 学号 姓名 主要内容：各种固态物料的实时、精确计量一直是固态送料领域的难题。经过几十年的发展，随着传感器技术、计算机技术、机电设备的发展，送料设备的不断完善，现在自动送料系统是生产中一个中间关键环节，它的作用是将固态物料以一定量一定速度输送到后续设备，以实现整个生产的自动化。设计包括自动控制部分与机械部分，主要对控制部分进行详细的设计，控制核心采用单片机AT89C51通过一系列电路对步进电机的调节完成对送料机速度的多种控制，并且采用1602液晶显示器能够显示系统的当前工作状态，

2、详细介绍硬件系统和软件系统的设计过程。机械部分的间歇机构采用不完全齿轮机构，对不完全齿轮的设计、和电机的连接、传送带的位置进行总体的设计方法介绍。基本要求：1、显示系统工作状态。2、采用单片机控制电机与间歇机构相结合实现调速。3、系统能够稳定工作，具有一定的抗干扰能力。4、系统可以实现多种速度。5、做出PCB板，控制试验用步进电机。主要参考资料：1徐惠民、安德宁.单片微型计算机原理、接口及应用M.第二版.北京：北京邮电大学出版社.20002李广弟.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社,20013彭为、黄科、雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲M.北京：电子工业出版社.20064 曹巧媛.单

3、片机原理与应用M北京：电子工业出版社，2002：83-1075夏继强、沈德金,单片机实验与实践教程M北京：北京航空航天大学出版社，2005：51-746赖雅琳;张金顺.间歇机构-不完全齿轮机构设计及应用J.机械设计制造20027孙桓，陈作模.葛文杰编著，机械原理M.北京高等教育出版社，2006.5完 成 期 限：指导教师签名： 专业负责人签名： 年 月 日间歇机构的机电一体化设计AT89C51应用于间歇送料机设计目 录摘 要IABSTRACTII1绪论12总体方案分析设计33 AT89C51简介43.1 AT89C51描述43.2 AT89C51功能特性43.3 AT89C51引脚介绍44单片

4、机控制步进电机系统的设计74.1控制LED数码管显示实验74.2元器件简介及选择74.2.1步进电机介绍及选择74.2.2 ULN2003介绍94.2.3光耦的介绍及选择104.2.4 1602LCD介绍114.2.5 7805简介134.3单片机控制步进电机框架图144.4电路设计154.5程序流程图164.6原理图以及PCB图的绘制174.6.1 protel绘制PCB图174.7 PCB板的制作及焊接184.8单片机控制步进电机小结205机械部分设计介绍215.1方案设计215.2联轴器的选择方法215.3不完全齿轮的设计方法22结 论26致 谢27参考文献28附录28间歇机构的机电一体

5、化设计AT89C51应用于间歇送料机设计摘 要机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息 技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。基于设计题目，本文选择对送料机进行机电一体化设计。此设计包括自动控制部分与机械部分，本设计主要对控制部分进行详细的设计，控制核心采用单片机AT89C51通过一系列电路对步进电机的调节完成对送料机速度的多种控制，并且采用1602液晶显示器能够显示系统的当前工作状态，详细介绍了硬件系统和软件系统的设计过程。机械部分的间歇机构采用不完全齿轮机构，对不完全齿轮的设计、和电机的连接、传送带的位置进行总体

6、的设计方法介绍。关键词： 机电一体化；AT98C51；不完全齿轮；送料机ELECTROMECHANICAL INTEGRATIONDESIGN FOR INTERMITTENT INSTITUTIONSAT89C51 USED IN THE DESIGN OF THE INTERMITTENT TAPE FEEDERABSTRACT Electromechanical integration technology is the machinery technology, electrical and electronic technology, microelectronics technol

7、ogy, information technology, the sensor technology, interface technology, signal transformation technology and integrated organically combined with the practical application of comprehensive technology.Based on the design topic,This article chooses to tape feeder for electromechanical integration de

8、sign.This design including automatic control section and mechanical parts,this design main part to control the detailed design,uses AT89C51 as control core, regulate the stepping motor so as to control the feeding speed, adopt 1602 LCD can display the current working condition, Detailed introduces t

9、he hardware and software system design process.Mechanical part of intermittent organization adopt Incomplete gear, the design of Incomplete gear, motor connection, conveyor belts position overall design is introduced.Keyword： Electromechanical integration;AT89C51;Incomplete gear;Tape feeder371.绪论目前，

10、纯机械领域已经不能满足我们的要求，它面临的问题很多：精度不足、功能单一、结构复杂、自动化程度不高等等1。现代科学技术的发展极大的推动了不同学科的交叉与渗透引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息 技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎

11、可以说都是机电一体化的设备。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。机电一体化的主要技术特征有以下几点：第一、机械技术、电子技术和信息技术的彼此功能交互，大多以机械系统的高级微机控制的形式出现。第二、在一个具体的物理单元中，在不同子系统空间上的集成。第三、机电一体化系统的控制功能智能化，越来越先进的控制功能取代了许多操作人员的推理和判断。第四、柔性化使得机电一体化产品能够灵活地满足各种要求，适应各种环境。第五、采用微处理器控制的系统，易于增加或改变功能，无需增加硬件成本。第六、控制功能采用电子技术、微电子技术、微机控制技术来实现，因此，对用户来说，机电一体化系统的内部运行机制是隐蔽

12、的。第七、在机电一体化技术中，设计思想方法与制造技术紧密联系在一起，它们是并行发展的2。本文以间歇性送料机为例进行机电一体化设计。间歇式送料机拥有大量传统的物料送料机所不具备的有点，从而能够产生巨大的经济效益和环境效益，市场对该类设备的需求与日俱增。间歇性送料机是很重要的现代散状物料输送设备，它广泛地应用于电力、粮食、冶金、化工、煤炭、矿山、港口、建材等领域。间歇式送料机种类有：槽轮式间歇送料机、棘轮棘爪式间歇送料机、不完全齿轮式送料机，但是无论选择哪种方式都不能完全解决间歇机构加工柔性差，难以实现供料步距的无极化目标。各种固态物料的实时、精确计量一直是固态送料领域的难题。经过几十年的发展，随

13、着传感器技术、计算机技术、机电设备的发展，送料设备的不断完善，现在自动送料系统是生产中一个中间关键环节，它的作用是将固态物料以一定量一定速度输送到后续设备，以实现整个生产的自动化。本设计主要内容是应用单片机控制的机电结合的快速间歇供料系统的设计。2 总体方案分析设计 本设计需要实现的功能是在正常情况下送料机以平常速度，以间歇方式前进，当一个物料到达指定地点，输送带停止，取下物料后，输送带继续前进。当送料机输送带上有一段没有工件需要快进时可以快速前进，当有特殊情况出现的时候可以后退。大体方案确定如图2-1所示：图2-1 大体方案图1）、自动供料系统按执行机构不同分为两种:步进电机驱动的送料和伺服

14、电机驱动的送料。采用直流伺服电机送料，具有加速度大、响应快、承载力大、调速范围大、低速无爬行等一系列优点。但从系统成本考虑,步进电机更具优势,系统的送料执行力矩很小，用步进电机足以达到要求。2）、联轴器的选择：因为不完全齿轮在转动始末有刚性冲击，所以联轴器的种类选择有弹性元件的挠性联轴器。3）、不完全齿轮结构简单、造价低廉、工作可靠、可以承受一定的冲击载荷，设计时从动论的运动时间和静止时间的比例可以在较大范围内变化。4）、输送带的应根据具体工作环境进行选择。3 AT89C51简介3.1 AT89C51描述AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（

15、PENROM）。和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中3。3.2 AT89C51功能特性AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存

16、储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位4。3.3 AT89C51引脚介绍AT89C51封装如图3-1。VCC：电源电压GND：地P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。 P1口一个带内部上拉电阻

17、的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。 图3-1 AT89C51封装图P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，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或16位地址的外部数据存储器时，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时，P2口线上的内容在整个

18、运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能：P3.0 RXD、P3.1 TXD、P3.2INT0、P3.3INT1、P3.4T0、P3.5T1、P3.6WR、P3.7RD。RST：复位输入，当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE/ ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的

19、低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这

20、两次有效的PSEN 信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：震荡器反相放大器的输出端5。 4单片机控制步进电机系统的设计4.1控制LED数码管显示实验对于单片机控制系统因为没有实际的经验，理论与实际结合的并不深，所以在设计控制步进电机送料系统之前先做一

21、个控制LED数码管的板子，要求自己画原理图并焊板子飞线，目的是增加对单片机控制的认识和实际经验，减少做本系统时的出错问题。4.2元器件简介及选择4.2.1步进电机介绍及选择步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的6

22、。步进电机的特性：第一、一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 第二、步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。第三、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。第四、步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并

23、伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。本设计中步进电机选用4相5线步进电机。该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图4-1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。图4-1 四相反应式步进电机工作原理示意图开始时，接通电源，SA、SC、SD断开，

24、B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式可以提高控制精度。单四拍、双

25、四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图4-2、4-3、4-4所示： 图4-2 单四拍图 图4-3 双四拍图 图4-4 八拍图4.2.2 ULN2003介绍ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成。它的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。其工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还 可以在高负载电流并行运行7。ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16

26、脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。 引脚1到6：CPU脉冲输入端，端口对应一个信号输出端。引脚8：接地。 引脚9：该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接

27、各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地，实际上就是达林顿管的集电极对地接通。引脚10到16：脉冲信号输出端，对应7脚信号输入端。ULN2003如图4-5所示： 图4-5 ULN2003图4.2.3光耦的介绍及选择光耦的主要作用就是隔, 如信号隔离或光电的隔离. 隔离能起到保护的作用,如一边是微处理器控制电路,另一边是高电压执行端, 如市电启动的 电机,电灯等等8。由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点, 因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力. 又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。可以大大增加

28、计算机工作的可靠性。光耦合器的主要优点是:信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离,输出信号对输入 端无影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长。本设计中光耦型号选择TLP521-4，如图4-6：图4-6 TLP521-4图4.2.4 1602LCD介绍 1602LCD分为带背光和不带背光两种，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如图4-7：图4-7 1602LCD图引脚功能说明第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过

29、一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表4-1所示表4-1 1602的11条控制指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3

30、D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00

31、H。指令3：光标和显示位置设置I/D，光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平表示无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C:控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C ：高电平时显示移动的文字，低电平时移动光标指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示，F：低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5X10的显示字符。指令7：字符发生

32、器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或数据，如果为低电平表示不忙。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在，哪里显示字符，图4-8是1602的内部显示地址。图4-8 1602的内部显示地址图例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平所以实际写入的数据应该是01000000B（4

33、0H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” 9。4.2.5 7805简介X78XX是三端正电源

34、稳压电路，它的封装形式问TO-220.它有一系列固定的电压输出，应用非常的广泛，每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使他基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它们就能提供大于1.5A的电流。虽然是按照固定的电压值来设定的，但当接入适当的外部器件后，就能获得不同的电压和电流。它的特点：第一、最大输出电流为1.5A。第二、输出电压为5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V。第三、热过载保护。第四、短路保护。第五、输出晶体管安全工作区保护。7805即为输出5V电压，他的输入电压一般要比输出高2到4V。图4-9为7805稳压电路。图4-9 7805稳压

35、电路图4.3单片机控制步进电机框架图设计AT89C51控制步进电机如图4-10所示：图4-10 AT89C51控制步进电机框架图AT89C51通过光耦和ULN2003控制步进电机，1602液晶显示器用来显示当前系统的状态，采用两路电源为系统供电。4.4电路设计1）、光耦电路由P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4做光耦控制端，分别接TLP521-4的2、4、6、8引脚，1、3、5、7引脚分别接1k上拉电阻。16、14、12、10引脚分别接1K上拉电阻，15、13、11、9引脚全部接地。光耦的作用是隔离电路，所以左右两边分别接不同的+5V电源。这种接法是当P0控制端相应引脚为低电平时对

36、应的输出也为低，当输入为高时，输出也为高。2）、ULN2003电路光耦的16、14、12、10引脚分别接ULN2003的IN1、IN2、IN3、IN4，其OUT1、OUT2、OUT3、OUT4分别与步进电机的A、B、C、D相连。ULN2003为反相电路即当输入高电平时输出为低。3）、步进电机与ULN2003输出端相连，电源接+5V。4）、1602液晶显示器电路其接法如图4-11所示图4-11 1602的接法图5）、控制按钮电路按键采用扫描方式进行控制，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别接四个按钮的一端，按钮另一端接地，为了保证按键的可靠性，按钮接5.1K上拉电阻。四个按键分别为开始、快

37、速正转、反转、停止。6）、复位电路在复位电路中把上电复位与按键复位整合到一起。7）、振荡电路采用12MHZ的晶振。8）、稳压电路稳压电路采用5V两路供电，一路供光耦左边及其单片机，一路供光耦右边和步进电机以及1602液晶显示器。在电路正极中加上1N4007防止电源接反，并且加上发光二极管表示是否有电。4.5程序流程图 程序流程图如图4-12所示：图4-12 程序流程图图4.6原理图以及PCB图的绘制4.6.1原理图的绘制10利用protues进行原理图的绘制并仿真，原理图为图4-13。图4-13 原理图4.6.1 protel绘制PCB图 Protel绘制PCB图的注意事项11：第一、单面焊盘

38、：不要用填充块来充当表面贴装元件的焊盘，应该用单面焊盘，通常情况下单面焊盘不钻孔，所以应将孔径设置为0。第二、过孔与焊盘：过孔不要用焊盘代替，反之亦然。第三、文字要求：字符标注等应尽量避免上焊盘，尤其是表面贴装元件的焊盘和在Bottem层上的焊盘，更不应印有字符和标注。如果实在空间太小放不了字符而需放在焊盘上的，又无特殊声明是否保留字符，在做板时将切除Bottem层上任何上焊盘的字符部分（不是整个字符切除）和切除TOP层上表贴元件焊盘上的字符部分，以保证焊接的可靠性。大铜皮上印字符的，先喷锡后印字符，字符不作切削。板外字符一律做删除处理。查阅各种元器件的封装进行PCB图绘制，PCB图如图4-1

39、4所示：图4-14 PCB图4.7 PCB板的制作及焊接PCB板的制作步骤：1）、把PCB图打印到热转印纸。2）、将打印好的图纸平整的放到覆铜板上（光滑面和铜板接触）。3)、把它从热塑机传过，出来后图就印在板子上了。4）、将板子放进腐蚀池里进行腐蚀。手工焊接方法：手工焊接是传统的焊接方法，虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了，但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。焊接质量的好坏也直接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能,在了解一般方法后,要多练;多实践,才能有较好的焊接质量。手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便

40、。手工焊接一般分四步骤进行。准备焊接：清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。加热焊接：将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或镊子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。清理焊接面：若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!),用光烙锡头沾些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头蘸些焊锡对焊点进行补焊。检查焊点：看焊点是否圆润、光亮、牢固,

41、是否有与周围元器件连焊的现象。造成焊接质量不高的常见原因是：焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少,不足以包裹焊点。冷焊，焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同豆腐渣一样!)。夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。对于已形成黑膜的,则要吃净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。焊锡连桥，指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及

42、细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。焊剂过量,焊点周围松香残渣很多。当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当造成的12。焊接完成后用单片机仿真器仿真，成功后往单片机内写入程序。4.8单片机控制步进电机小结在大多数实际机械应用中，步进电机的电流比较大，而且使用的是交流电，所以我们不可能用ULN2003驱动，这个时候需要把驱动换为专用的大功率步进电机驱动器器，这种驱动器和ULN2003在控制接口上有些许差别，但是其原理都是一样的，它的控制口

43、一般由cp（脉冲信号输入端）、dir（转动方向控制端）pd（脱机信号）组成，此外，它还有驱动器细分按键，可以对步进电机每一步转动度数进行设定。5机械部分设计介绍由于时间的关系，对于机械部分只是进行了设计方法的介绍，这样有些遗憾，但是通过查阅相关资料还是让我学到了不少东西。5.1方案设计 机械部分设计方案如图5-1：图5-1 机械部分设计方案图1.电机 2.联轴器 3.不完全齿轮 4.输送带5.2联轴器的选择方法在选择标准联轴器时应根据使用要求和工作条件，如承载能力、转速、两轴相对位移、缓冲吸振以及装拆、维修更换难易等综合分析来确定14。具体选择时顺序考虑以下几点,选择联轴器应考虑的因素。第一、

44、原动机和工作联轴器的机械特性。原动机型号不同，其输出功率和转速，有的是平稳，有的冲击甚至强烈冲击或振动。这将直接影响联轴器类型的选择，是选型的首要依据之一。对于载荷为平稳的，则可选刚弹性柱销联轴器，否则宜选用弹弹性柱销联轴器,TL型弹性套柱销联轴器。第二、联轴器联接的轴系及其运转情况。对于联接轴系的质量大、转动惯量大，而又经常起动、变速或反转的，则应考虑选用能承受较大瞬时过载，并能缓冲吸振的弹性柱销联轴器。第三、工作联轴器转速高低，对于需高速运转的两轴联接，应考虑选择联轴器的结构，应具有高平衡精度特性，以消除离心力而产生的振动和躁声。总之，合适的联轴器型号选择，有利于机器的使用和提高工作效率1

45、5。5.3不完全齿轮的设计方法这种机构的主动轮只有一个齿或几个齿的不完全齿轮，从动轮由正常齿和带有锁齿弧的厚齿组成16。原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上作出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止圆弧定位使从动轮静止17。 特点：不完全齿轮结构简单、工作可靠、可以承受一定的冲击载荷，设计时从动论的运动时间和静止时间的比例可以在较大范围内变化，因此在设计中被广泛应用18。不完全齿轮的结构19如图5-2，啮合参数如图5-3。不完全齿轮的参数以及相关计算1）、主从动轮布满齿时的齿数z1、z2。2）、模数m。

46、3）、压力角。4）、主、从动轮齿顶高系数。5）、主动轮转一周，从动轮间歇的次数N。6）、从动轮顶圆齿间对应的中心角。 (5-1) 图5-2 不完全齿轮的结构图图5-3 不完全齿轮的啮合参数图 第一、二图为首齿进入啮合位置，第三图为末齿脱离啮合位置。7）、主、从动轮齿顶压力角： (5-2) 8）、在一次间歇运动中，从动轮转过角度内所包含的齿数z2。9）、仅有一个齿时从动轮转过角度内所包含的齿数K。10）、在一次间歇运动的主动轮所过齿数：z1=z2+N-K (5-3)11）、在一次间歇运动中，从动轮的转角： (5-4)12）、主动轮末齿齿顶高系数： (5-5)13）、主动轮末齿齿顶高系数has*h

47、am*。14）、主动轮首齿和末齿的齿顶压力角： (5-6)15）、首齿重合度： (5-7)16）、锁止弧半径： (5-8)17）、主动轮首末两齿中心线夹角： (5-9)18）、过主动轮锁止弧终点的相经与首齿中心线的夹角： (5-10)19）、过主动轮锁止弧起点的相经与末齿中心线的夹角： (5-11)设计时根据结构和强度要求确定中心距、z1、z2、模数m和压力角，主动轮转一周，从动轮间歇的次数N，然后按照公式进行参数设计21。第一、在生产当中要严把质量关。尤其对锁止凸、凹弧的尺寸公差，要严格要求， 而且在图纸上要注明关键件。 第二、由于加工问题，在空载传动中，修锉不完全齿轮的末、首齿，直到无异常

48、声音、传动流畅为止。第三、采用二硫化钼，提高不完全齿轮锁止弧的耐磨性。 第四、不完全齿轮机构反转效果差，并不是不完全齿轮机构本身不能反转，而是因为整个机构的空回量的积累引起不完全齿轮机构在反转时产生顶齿现象， 所以在使用中应尽量避免反转21。 结 论本设计重点放在了自动控制电路部分，对机械部分进行了框架和参数的设计。对于自动控制部分做了详细的软硬件分析设计，控制核心采用单片机AT89C51通过一系列电路对步进电机的调节完成对送料机速度的多种控制即在正常情况下送料机以平常速度，以间歇方式前进，当一个物料到达指定地点，输送带停止，取下物料后，输送带继续前进。当送料机输送带上有一段没有工件需要快进时

49、可以快速前进，当有特殊情况出现的时候可以后退 ，并且采用1602液晶显示器能够显示系统的当前工作状态，最终做出了PCB线路板并且调试成功，模型能够按照已经设定的功能进行正常的工作。对于机械部分进行了框架的设计介绍，间歇机构采用不完全齿轮，对不完全齿轮的设计参数进行设计。因为时间和财力的关系，在我做的实物模型中没有包括不完全齿轮和联轴器。致 谢我的毕业设计在耿国强老师的指导下完成了。毕业设计开始之初，我对单片机只是懵懵懂懂，耿老师对我进行细心辅导，每次给耿老师打电话请教问题，老师从来都是认真教导，直到我能够明白。在平时，老师也经常打电话督促我，问我进行到哪一步了，有什么问题。在调试板子的时候，耿

50、老师与我们在一起一干就是好几天，经常饭也不按时吃，甚至有一天指导我们到晚上12点才回去。老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。从毕业设计题目的选择、到选到课题的研究，再到本毕业设计的编写、修改，每一步都有耿老师的细心指导和认真的解析。在此，我向耿国强老师致以衷心的感谢！祝耿老师身体健康、工作顺利！参考文献1王静.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势J.同煤科技，2006(3):2-32石美峰.机电一体化技术的发展与思考J.山西焦煤科技，2007(4):3-43王幸之

51、.钟爱琴，王雷，等. AT89系列单片机原理与接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2002.84李广弟.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社,20015肖华等.MCS-51系列实用接口技术M北京：北京航空航天大学出版社，19936徐惠民,安德宁.单片微型计算机原理、接口及应用M.第二版.北京：北京邮电大学出版社.20007彭为,黄科,雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲M.北京：电子工业出版社.20068肖朝青.单片机原理及接口技术（修订版）M杭州：北京航空航天大学出版社，19989 SMC1602A LCM 使用说明书.长沙太阳人电子有限公司.10夏继强,沈德金,单片机实验与实践教程M北京：北京航空航天大学出版社，200511何立民.单