单片机控制实际应用课件

单片机控制实际应用

6.1水塔水位控制系统6.1水塔水位控制系统6.1.1水塔水位控制系统功能如图6-1所示是水塔水位控制的原理图，两条虚线表示水位范围，正常水位不高于上限水位，也不低于下限水位。控制系统要求：1当水位低于下限水位时，系统应有信号控制电动机工作，带动水泵供水。2当供水时水位高于上限水位时，系统能控制电动机停止工作，水泵停止供水。3当水位处于上下限水位之间时，一种情况是由于用水使水位不断下降，但电动机不工作；另一种情况，电动机工作，水位不断上升。两种情况下均保持原有工作状态。4检测电路失灵报警。下一页返回6.1水塔水位控制系统6.1.2系统的硬件组成水塔水位控制系统的硬件组成电路图如图6-2所示，包含以下几个部分：1控制微机电路本系统采用8031单片机，但8031芯片内无程序存储器，需外接程序存储器EPROM，本系统选用4K×8的2732构成外部程序存储器，将8031的端接地，这样单片机仅执行外部程序存储器中的程序。使用外部程序存储器，一定要使用地址锁存器，本系统采用74LS373作为地址锁存器，以接受P0口的低8位地址信号。上一页下一页返回6.1水塔水位控制系统2检测电路水塔水位控制系统的检测电路由水塔内的3根金属棒A、B、C及水构成，A棒在水塔底部，C棒处于上限水位上，B棒处于下限水位上。A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。当用水使水位降到下限水位时，A棒不能与B、C棒导通，因此B、C两端均为“0”电位，即“0”状态。当水泵供水使水位超过了下限水位而不到上限水位时，A棒与B棒连通，但与C棒不连通，这时，B应为高电平，即“1”状态；C为低电平，即“0”状态；同样当用水使水位界于上、下水位之间时，也是上述状态，电机此时应保持原有状态。当水泵供水使水位超过上限水位时，A、B、C三棒均连通，B、C均为高电平，即为“1”状态。检测电路的信号由P1.0及P1.1输入，P1.0与B的状态有关，P1.1与C的状态有关。这两个信号共有四种组合，水位与电机状态关系见表6-1。上一页下一页返回6.1水塔水位控制系统当B棒失灵，水位即使处于上限水位上，C为高电平，B仍为低电平，视为故障状态。3输出驱动电路当水位信号被采集到8031后，再输出相应的控制信号，以控制电动机工作，形成反馈控制系统。输出驱动电路如图6-3所示，控制信号由P1.2端输出，经过输出缓冲驱动器7407的驱动将信号接至光电耦合器。光电耦合器的输出信号用来控制电机的线圈。光电耦合器是把一个发光二极管(例如砷化镓发光二极管)和一个光敏三极管封装在一个外壳里的器件，其图形符号如图6-4所示，输入信号使发光二极管发光，其光线又使光敏三极管产生电信号输出，从而既完成了信号的传递又实现了电气上的隔离。上一页下一页返回6.1水塔水位控制系统当P1.2=0时，光电耦合器内二极管发光，光敏三极管集电极有电流，继电器线圈得电，继电器触头相应动作，电动机电路接通工作。当P1.2=1时，电动机停转。继电器线圈KM两侧并接一续流二极管，目的是为继电器线圈KM在通断时产生的感应电动势提供续流回路以防止晶体管被击穿。报警信号由P1.3输出，当P1.3=0时，以7407驱动LED发光发出报警。由图6-3看出光电耦合器输出的一端接地，接地符号为“模拟地”。因在控制系统中既有模拟信号，又有数字信号，为避免地环流的干扰，模拟信号接地与数字信号接地应在不同的点上，所以有两种不同的接地符号。上一页下一页返回6.1水塔水位控制系统6.1.3软件系统程序流程如图6-5所示。1主程序ORG8000HAJMPLOOPLOOP：ORLP1，#03H；为检测水位状态做准备

MOVA，P1JNBACC.0,ONE；P1.0=0则转移

JBACC.1,TWO；P1.1=1则转移上一页下一页返回6.1水塔水位控制系统BACK:ACALLD10S；延时10sAJMPLOOPONE:JNBACC.1,THREE；P1.1=0则转移

CLR93H；P1.3清零，启动报警装置

SETB92H；P1.2置1，电机停止FOUR:SJMPFOURTHREE:CLR92H；启动电机

AJMPBACKTWO：SETB92H；电机停止工作

AJMPBACK上一页下一页返回6.1水塔水位控制系统2延时子程序D10S（延时10s）

ORG8030HMOVR3,#19HLOOP3:MOVR1,#85HLOOP1:MOVR2,#0FAHLOOP2:DJNZR2,LOOP2DJNZR1,LOOP1DJNZR3,LOOP3RET主程序中，92H是P1.2的位地址，93H是P1.3的位地址，子程序中的3个立即数为延时10s而设置的参数。上一页返回6.2车刀架伺服系统的控制车床是用来进行车削加工的机床，是最常见的一种加工机床，主要用于各种内、外旋转表面及其端面的加工，加工范围较大。加工时，工件夹持在卡盘(或其他夹具)上，车刀夹持在刀架上，主运动是工件的旋转运动，进给运动是刀架的纵向和横向移动。通过主轴和刀架运动的相互配合来完成对工件的车削加工。车床的种类很多，按其用途和结构的不同可分为卧式车床、落地车床、立式车床、仿形车床、转塔车床、多刀半自动车床、自动车床等。本节只介绍卧式车床数控改造后车刀架的伺服控制过程。6.2.1普通卧式车床的传动系统图6-6所示为卧式车床的传动系统框图。由图所示，车刀架的进给传动是由主传动引出来的，进给运动传动链包括车螺纹、一般进给和快速移动3组传动链。下一页返回6.2车刀架伺服系统的控制6.2.2数控改造后车刀架的伺服控制系统对卧式车床的数控改造是简易的开环数控改造(不考虑车螺纹的情况)，其主传动仍然使用普通卧式车床的传动，而车刀架的进给运动则由两台步进电动机控制，可实现快速和切削进给。改造后的卧式车床的传动框图如图6-7所示。由图可以看出，改造后的传动系统省略了很多机械结构，而由单片机用软件来进行车刀架的换向控制、变速控制以及位置控制。6.2.3MCS-51单片机控制的硬件系统本次数控改造考虑经济成本，采用8031单片机。因8031内部没有ROM存储，而内部RAM只有256个字节，所以对8031外部扩展了程序和数据存储器。因8031只有P1口可用作I/O接口控制，考虑到数控改造后应有必要的键盘和显示器的I/O接口，所以又用了8155对8031的并行I/O接口进行扩展，其硬件系统连接图如图6-8所示。上一页下一页返回6.2车刀架伺服系统的控制6.2.4车刀架伺服系统软件设计系统中没有设置硬件环行分配器，是通过软件来控制步进电动机正、反转及转动速度、转动步数或角度等。这里只给出主程序流程图及显示子程序清单。1．主程序主要功能是完成必要的初始化、键盘及显示管理，主程序流程图如图6-9所示。2．显示子程序用8031的串行口控制显示，串行口工作方式为方式0。入口条件：被显示字符存于R2中，欲显示位标志存于R1中。R1=1，显示第一位，否则显示第二位，子程序流程图如图6-10所示。上一页下一页返回6.2车刀架伺服系统的控制3．程序清单

ORG2000HLOOP0：CLRP3.5；清零显示

SETBP3.5；开显示

MOVA,R2；发送预显示的字符

MOVSBUF,ALOOP1:JNBTI,LOOP1；发送完否？

CLRTI；清发送标志

CJNER1,#00H,LOOP2；判断显示哪一位

MOVR1,#01H；重设显示位标志上一页下一页返回6.2车刀架伺服系统的控制LOOP5:ACALLDELAYAJMPLOOP3LOOP2:MOVA,#00H；显示第二位时

MOVSBUF,A；使第一位不显示LOOP4:JNBTI,LOOP4CLRTIMOVRI,#00H；重设显示标志

AJMPLOOP5LOOP3:NOP；返回

RET

上一页返回6.3直冷式电冰箱的控制系统6.3.1直冷式电冰箱的工作原理及控制要求直冷式电冰箱的控制原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启、停，使冰箱内的温度保持在设定温度范围内。一般地，当蒸发器温度高至3～5℃时启动压缩机制冷，当温度低于-10～-20℃时停止制冷，关断压缩机。采用单片机控制，可以使控制更准确、灵活。电冰箱采用单片机控制主要功能及要求：1设定3个测温点，测量范围-26～+26℃，精度±0.5℃。2利用功能键分别控制温度设定、速冻设定、冷藏室及冷冻室温度设定等。下一页返回6.3直冷式电冰箱的控制系统3利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度，压缩机启、停和速冻、报警状态。4制冷压缩机停机后自动延时3min后方能再启动。5电冰箱具有自动除霜功能，当霜厚达3mm时自动除霜。6开门延时超过2min发声报警。7连续速冻时间设定范围1～8小时。8工作电压180～240V，当欠压或过压时，禁止启动压缩机并用指示灯显示。上一页下一页返回6.3直冷式电冰箱的控制系统6.3.2电冰箱控制系统硬件电路1主机电路主机电路采用8031单片机，扩展一片2732EPROM程序存储器和一片A/D转换芯片ADC0809，构成基本系统，另外功能键和LED显示由串行口扩展n片74LSl64实现。还有一些附加电路如除霜电路、电压检测和开门报警电路等。电路原理框图如图6-11所示，电路图如图6-12所示。2A/D转换电路及功能A/D转换电路采用逐次逼近式8位ADC0809芯片。0809共有8路模拟输入通道，本系统只用了其中4个通道IN0～IN3。其中IN0作为冷冻室温度检测通道，IN1作为冷藏室温度检测通道，IN2作为除霜检测通道，IN3作为电源电压检测通道。上一页下一页返回6.3直冷式电冰箱的控制系统ADC0809与单片机接口电路见主电路图6-12所示，图中ADC0809的A、B、C三端通过地址锁存器接于P0口的P0.0～P0.2，该三端控制模拟通道号的选择。P1.6与、端经与非门接于0809的ALE、START、端，控制0809的启动、读、写。0809的EOC端悬空，转换后利用软件延时再读结果，不用中断方式。3.功能键及显示电路系统功能键及LED显示电路如电路图6-12所示，采用6个功能键控制冷冻室、冷藏室及速冻温度设定，4位LED数码管负责显示冷冻室、冷藏室温度及压缩机启、停和报警等状态。上一页下一页返回6.3直冷式电冰箱的控制系统显示和键盘输入均通过8031的串行口。显示输出通道和键盘输入通道的选择由端口线P3.2和与门A完成。当P3.2为“1”时，8031的TXD端输出同步脉冲通过与门A发送到显示移位寄存器74LS164的移位脉冲输入端，这样8031欲显示的数据，由RXD端输出，移位读入到显示器通道。当P3.2为“0”时，8031RXD的数据仅能被移位读入到键盘扫描用的移位寄存器中。由于显示通道采用LED数码管并用74LS164作为驱动器，所以简化了线路，结构简单，显示字位扩充方便，驱动程序设计容易。键盘工作原理也很简单，8031通过RXD向键盘扫描移位寄存器74LS164逐位发送数据“0”，每次发送后即从P3.4端读入键盘信号，若读得“0”，则表示有键按下，于是转入键处理功能程序。上一页下一页返回6.3直冷式电冰箱的控制系统4.除霜电路除霜电路如图6-13所示。图中Rt为温度传感器，选用MF53-1型热敏电阻，具有负温度系数，灵敏度高。其阻值和温度的关系为：

A点电压与温度的关系为：上一页下一页返回6.3直冷式电冰箱的控制系统除霜电路工作原理：把热敏电阻安装在距蒸发器3mm的某个合适的位置上，当霜厚大于3mm时，热敏电阻接触到霜，从而感到较低的温度，其电阻值R（t）变大，A点温度降低，运算放大器输出信号有变化，经A/D转换后送入单片机，经其分析、判断，给出除霜电路命令。5.制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路其电路工作原理简述如下：8031单片机控制信号经P1.3和P1.4端口输出，并在P1.7的控制下锁存在74LS273中，74LS273的输出再经驱动器MC1413后驱动固态继电器SSRI和SSR2。当MCl413的16端有高电平输出时，SSRI的3、4引脚端接通，使加热丝接通电源而除霜。当MCl413的15端输出高电平时，SSR2的3、4端接通，使压缩机绕组接通电源而启动，开始制冷。74LS273锁存控制信号，一方面增加输出功率，另一方面也防止单片机复位时引起控制的误动作。采用固态继电器作为压缩机和除霜电热丝的开关，属于无触点开关，内部是大功率的晶闸管电路，不产生火花，无电磁干扰并使高压与单片机系统隔离。上一页下一页返回6.3直冷式电冰箱的控制系统三、电冰箱控制系统软件电冰箱控制程序主要由三大部分：主程序、定时器T0中断服务程序和定时器T1中断服务程序。这里我们只给出程序的流程图，仅供参考。1主程序主程序是整个电冰箱的总控制程序，如控制各单元初始化、控制中断、定时、显示、键盘程序的启动与重复等。主程序框图如图6-15所示。2T0中断服务程序To中断服务程序主要完成电源欠电压、过电压处理、开门状态检查及处理等。其框图如图6-16所示。3．Tl中断服务程序T1工作于计数方式，通过计数达到延时3min的目的。Tl的中断服务程序主要完成3min定时及温度、除霜、速冻等各种检测，根据检测结果，比较、分析以控制执行元件工作。其框图如图6-16所示。上一页返回6.4剪切机的控制系统6.4.1自动剪切机工作过程如图6-18所示为自动剪切机工作示意图。它由送料机构、工作台、压块、剪切刀、装运小车等组成。图中一些限位开关的初始状态为：当被剪切板材未送进足够长度时，SAl断开；压块未压下时，SA2和SA3均断开；剪切刀未落下时，SA4断开；装运小车空载时，SA6断开、小车未到装板位置时，SA5断开。自动剪切机的工作过程如下：1根据限位开关SA6的状态，判断小车是否空载。若是空载，则可开始工作。2通过控制电动机M使小车向左运动，到达限定位置时，SA5闭合。M停转，小车等待装载剪切下来的板料。3送料机构电动机M3转动，带动板料向右运动。当板料到达预定位置时，SAl闭合，停止送料。下一页返回6.4剪切机的控制系统4启动电动机M2，压块下落，SA2闭合。当压块压紧板料时，SA3也闭合。5启动电动机M1，剪切刀下落，当板料被剪开后，SA4闭合。6使M1和M2断电，压块和剪刀在机械机构作用下向上抬起。当回到初始位置时，SA2、SA3、SA4均断开。7剪下的板料落下，通过光开关SA7时，仅开关输出一个脉冲。此脉冲送到一个计数器，若剪下的板料还不够走的数，则重复步骤3～7。若剪下的板料已够数，则启动电动机M反向转动，使小车向右运动，把板料送到另一地方，卸下后回到剪切机下，开始下一车的剪切工作。上述4台电动机中，M1、M2和M3是单相交流电动机，单方向转动；M是直流电动机，能正转和反转。上一页下一页返回6.4剪切机的控制系统6.4.2单片机硬件设计自动剪切机的控制系统电路连接如图6-19所示。在图中，1#74LS373为地址锁存器。2#74LS373为I/O扩展接口，其地址为7FFFH，用1D～6D作为开关量输入位，分别接SAl～SA6。P1口的P1.2～P1.4这3位分别用来控制剪切机、压块和送料机构；P1.0和P1.1这两位用作双向电动机控制，以便使小车前进或后退。8031内部定时肼数器用作板料的计数器。为了提高系统的抗干扰能力，各开关量输入电路均接有光隔离器，控制输出采用光隔离固态继电器。开机方法是按下启动按钮，通过INT0申请中断、执行断服务程序进入自动操作过程。上一页下一页返回6.4剪切机的控制系统开关量输入接口电路如图6-20所示。图中采用光耦合器隔离，两个电源独立，不共接地。当开关SA断开时，电路输出高电平；当SA闭合时，电路输出低电平。三台交流电动机M1、M2和M3的控制电路如图6-21所示(以M3为例)。电路采用固态继电器，由P1口输出信号经过反相缓冲器74LS06驱动固态继电器。当P1.4信号为高电平时，固态继电器3导通，电动机M3转动。直流电动机M的双向控制电路如图6-22所示。图中采用的光耦器件是两组光控晶闸管耦合器，它的输入受P1.0和P1.1控制，其输出驱动M。当P1.0=0、P1.1=1时，VDl导通，VD2截止，因而v1导通，V2截止，M正转；当P1.0=1、P1.1=0时，VDl截止，VD2导通，因而v1截止，V2导通，M反转。上一页下一页返回6.4剪切机的控制系统6.4.3软件设计自动剪板机的控制是典型的顺序控制系统。控制程序分为两部分，一部分是主程序，用来对系统初始化，即设置中断控制字及计数初值等。当主程序执行完以后，便进入等待状态。当系统需要工作时，只要操作人员按一下启动按钮，即转到相应的中断服务程序。另一部分为中断服务程序，用以对系统进行顺序控制。两部分程序流程如图6-23所示。上一页下一页返回6.4剪切机的控制系统程序清单：1主程序

ORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINT；转INT0中断服务程序

ORG0100HMAIN:MOVP1,#03H；断开系统所有控制电路

SETBIT0；设INT0为边沿触发方式

SETBEX0；允许INT0中断

MOVTMOD,#06H；设T0为计数、方式2MOVTH0,#0F6H；加载时间常数（设一车装板料为10块）上一页下一页返回6.4剪切机的控制系统

MOVTL0,#0F6HSETBTR0；启动T0开始计数HERE:AJMPHERE；等待开机2中断服务程序

ORG0120HINT:MOVDPTR,#7FFFH；送2#74LS373地址LOOP1:MOVXA,@DPTRJNBACC.5,LOOP1；判小车是否空载

MOVP1,#02H；启动小车向左运动上一页下一页返回6.4剪切机的控制系统LOOP2:MOVXA,@DPTRJBACC.4,LOOP2；判小车是否到位

SETBP1.0；停车REPEAT:SETBP1.4；启动M3，送板料LOOP3:MOVXA,@DPTRJBACC.0,LOOP3；判板料是否到位

CLRP1.4；停止M3SETBP1.3；启动M2上一页下一页返回6.4剪切机的控制系统LOOP4:MOVXA,@DPTRXRLA,#0E8HJNZLOOP4；判断压块是否压紧SETBP1.2；启动M1，剪切力下降LOOP5:MOVXA,@DPTRXRLA,#0C1H