机械5

该课题为设计一控制系统，在上位机管理下，本控制系统控制检测母导线性能参数（电阻、绝缘强度）运动机构的运动。控制系统以单片机8031为CPU，外扩数据存储器、程序存储器、LED显示器、键盘及I/O接口等。控制两个测头分别在X、Y及U、V四个坐标运动。同时控制多个气缸运动。用Protel软件设计硬件电路原理图及PCB图。 1.设计的原始数据： 检测对象为单层母线槽和双层母线槽，每层分为3、4、5排三种，母 线槽长度范围3～4m。控制轴数为X、Y、U、V共四轴。 2.设计()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，外扩程序存储器和数据存储器。I/O用8255 扩展，键盘及选择开关用8155扩展，步进电机脉冲信号经锁存器输出。 6位LED静态显示：其中一位十六段的“米“字形的LED用于显示 字母，其余的五位皆是七段LED，其中的第一位LED用于显示坐标负 号，其后三位用于显示检测机构位移量的整数部分，最后一位LED用于 显示检测机构位移量的小数部分。 3.设计应完成的技术文件： （1）设计开题报告1份 （2）控制系统原理图1份 （3）PCB图1份 （4）英文翻译资料1篇 （5）设计1篇 目录 第一章绪论1 1.1引言1 1.2母导线简介1 1.3选题背景与意义2 1.4本文的结构2 第二章母导线参数检测机简介3 2.1母导线参数检测机的检测内容3 2.2母导线参数检测机控制系统的组成及工作流程4 2.2.1母导线参数检测系统的组成4 2.2.2母导线参数检测系统的工作流程4 第三章母导线参数检测机（下位机）硬件电路设计8 3.1母导线参数检测机（下位机）硬件系统组成方案的拟定8 3.2 CPU存储器扩展电路的设计9 3.2.1 CPU的选择9 3.2.2 ROM的选择10 3.2.3 RAM的选择11 3.2.4锁存器的选择12 3.2.5 CPU存储器扩展电路13 3.3显示电路的设计15 3.3.1锁存器的选择15 3.3.2十六段“米”字形LED 15 3.3.3七段LED 16 3.3.4显示电路17 3.4 I/O接口电路的设计19 3.4.1 I/O接口芯片的选择19 3.4.2 I/O接口电路20 3.5键盘及选择开关电路的设计22 3.5.1键盘及选择开关接口芯片的选择22 3.5.2键盘及选择开关电路24 3.6步进电机控制信号输出电路的设计25 3.7译码电路的设计26 3.7.1译码器的选择26 3.7.2译码电路的组成27 3.7.3地址分配28 3.8母导线参数检测机（下位机）硬件电路30 第四章母导线参数检测机（下位机）控制程序流程图设计31 4.1主程序流程图的设计31 4.2键盘扫描程序流程图的设计32 4.2.1手动键盘扫描程序流程图的设计32 4.2.2编辑键盘扫描程序流程图的设计36 第五章硬件电路原理图及PCB图的绘制41 5.1 Protel 99SE的基础知识41 5.1.1 Protel 99SE的基本操作41 5.1.2电路原理图的设计步骤41 5.1.3 PCB图的设计步骤42 5.2电路原理图的绘制43 5.2.1绘制过程中的问题与解决43 5.2.2元器件的封装44 5.3 PCB图的绘制45 第六章结论47 致谢49 参考文献50 附录A：英文资料51 附录B：英文资料翻译58 附录C：硬件设计原理图与PCB图63 附件：光盘资料 CPU外扩ROM一般用EPROM，它是紫外线可擦除电可编程的只读存储器，芯片置于紫外线灯下照20mi
n以后，内部内容变为全“1”，通过编程器将程序代码写入后信息不会丢失，可靠性很高。常用的EPROM电路有2732（4KB）、2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）、27512（64KB），由于它们价格相近，且大容量的EPROM读取速度快，故控制系统的硬件电路采用27256（32k×8）作为外扩ROM。图3.3 27256引脚图 外扩ROM27256（32k×8）采用28引脚双列直插封装（DIP方式），其引脚图如图3.3所示。 1. 27256的引脚功能 27256各引脚的意义如下： 1）A0～A14：地址输入线。 2）D0～D7：三态数据总线，读或编程检验时为数据输出线，编程时为数据输入线。维持或编程禁止时，D0～D7呈高阻抗。 3） ：片选信号输入线，低电平有效。 4） ：读选通信号输入线，低电平有效。 5）Vpp：编程电源输入线，Vpp的值因芯片型号和制造厂商而异。 6）Vcc：主电源输入线，Vcc一般为5V。 7）GND：线路接地。 2. EPROM的操作方式 对EPROM的主要操作方式有： 1）编程方式：把程序代码（机器指令、常数）固化到EPROM中。 2）编程校验方式：读出EPROM中的内容，检验编程操作的正确性。 3）读出方式：CPU从EPROM中读取指令或常数，是单片机应用系统中的工作方式。 4）维持方式：不对EPROM操作，数据端呈高阻。 5）编程禁止方式：适用于多片EPROM并行编程不同数据。 表3.2给出了27256不同操作方式下控制引脚的电平。 表3.2 27256不同操作方式下控制引脚的电平 引脚 方式 (20) (22) Vpp (1) Vcc (28) D0～D7 (11～13)(15～19) 读VIL VIL Vcc 5V数据输出 禁止输出VIL VIH Vcc 5V高阻 维持VIH任意Vcc 5V高阻 编程VIL VIH Vpp 5V数据输入 编程校验VIH VIL Vpp 5V数据输出 编程禁止VIH VIH Vpp 5V高阻 3.2.3 RAM的选择 控制系统硬件电路中的RAM用于存放控制检测头运动位移量的检测程序。目前，单片机系统常用的RAM电路有6216（2KB）、6264（8KB）、62256（32KB）。考虑到控制系统存放的程序和数据不是很多，且市场上较容易买到8k的RAM，价格也便宜，再加上4k的RAM很难买到，因此，选择6264（8k×8）作为外扩RAM。由于只用到4k的容量，故空掉了A12一根地址线。 6264同样采用28引脚的双列直插封装（DIP方式），其引脚图如图3.4所示。 6264各引脚的意义如下： 1）A0～A12：地址输入线。 2）D0～D7：双向三态数据线。 3）VCC：工作电源5V。 4）GND：线路接地。 5）NC：悬空脚。 6） ：片选信号输入线，低电平有效。图3.4 6264引脚图 7） ：读选通信号输入线，低电平有效。 8） ：写选通信号输入线，低电平有效。 9）CS：第二片选信号，高电平有效。CS=1， =0选中。 值得注意的是，6264芯片是易失性的，一旦掉电，内部的所有信息都会丢失。因此，需设计一个掉电保护电路，在无外部电源给6264供电时，电路的备用干电池给6264供电，以保证6264内的数据不丢失。 1、总结 目前在国内，对母导线的导线电阻和导电片间绝缘强度的检测，还处于人工阶段。而母导线参数检测机可以实现这两个参数的自动检测，并进行合格检验，最后完成母导线的贴标、包装。本设计旨在设计出母导线参数检测机控制系统下位机部分的控制电路以及控制程序流程图，并根据硬件电路生成相应的PCB图。经过三个多月的努力，本人成功完成了设计任务和要求，相关工作总结如下： 一、主要工作及结论 1）熟悉MCS-51系列单片机，特别是8031的引脚分布、引脚功能等知识。 2）熟悉8031在系统应用中，存储器扩展常用的元器件及其扩展电路；显示电路常用的扩展方法、元器件及连接电路；8155、8255两个芯片的引脚分布、引脚功能、工作方式以及控制字等知识；分配各个元器件地址的方法。 3）熟悉Protel 99SE的基本操作，能够以此为工具，绘制出控制系统的硬件电路，并生成相应的PCB板。 4）完成了CPU存储器扩展电路、显示电路中、I/O接口电路、键盘及选择开关电路、步进电机控制信号输出电路以及译码电路的设计和绘制。 5）完成了控制程序流程图的设计。主程序控制检测机运动，对母导线进行检测；键盘扫描程序分手动部分和编辑部分，分别用来扫描手动键盘和编辑键盘的按键。 6）根据硬件电路，确定各个元器件的封装，生成与硬件电路对应的PCB图。 7）设计的母导线参数检测机下位机部分的控制系统可以自动控制两个检测头在X、Y、U、V四个坐标方向的进给，并在6位LED上显示检测头的位移量；可以自动检测一层三列、一层四列、一层五列以及两层三列、两层四列、两层五列六种母导线的主要技术参数：导线电阻和绝缘强度；还可以控制位置检测信号、压力继电器信号、步进电机正负超程信号的输入和异步电机起停信号、电磁换向阀换向信号、绝缘强度检测仪与微欧计测量头切换信号的输出。 8）设计的控制系统的下位机部分，与控制程序、上位机等软硬件相结合，可以实现母导线的自动检测、传送、定位、贴标、升降和包装。这样就大大提高了检测的自动化程度，且能避免手动检测效率低、质量低及安全性差等不足。另外，由于本人的设计内容是一个大课题中的一部分，所以经常与同一大课题的其他同学积极探讨设计方案，交流设计思路，一方面加快了设计进度，另一方面也避免了电路设计过程中的重复问题。 二、存在的问题 1）由于缺乏部分元器件的实际尺寸，故对元器件的封装不是十分完善，生成的PCB图中的一些元器件与实际尺寸可能有差别。 2）设计的控制系统的硬件电路还不够完善，设计的程序只是设计了控制程序的流程图，并未编写控制程序，也没有制作实际的印制电路板，因此，不能进行调试。还有许多工作需要他人继续完成。