機電一體化課程設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 0引腳的輸出被禁止，當沒有鍵被按下時， SEG7～ SEG0都被下拉為低電平；當有鍵被按下時，例如連接 DIG3與 SEG4的鍵被按下，則當 DIG3輸出高電平時 SEG4 檢測到高電平；為了防止因為按鍵抖動或者外界干擾而產生誤碼， CH452實行兩次掃描，只有當兩次鍵盤掃描的結果相同時，按鍵才會被確認有效。如果 CH452檢測到有效的按鍵，則記錄下該按鍵代碼，并通過 4 線串行接口中的 DOUT引腳或者 2 線串行接口中的 INT引腳產生低電平有效的鍵盤中斷（當 INTM為 1 時輸出低電平脈沖中斷，參考 節和 ），此時單片機可以通過串行接口讀取按鍵代碼；在沒有檢測 到新的有效按鍵之前， CH452 不再產生任何鍵盤中斷。 CH452 不支持組合鍵，也就是說，同一時刻，不能有兩個或者更多的鍵被按下；如果多個鍵同時按下，那么按鍵代碼較小的按鍵優先。 第 9 頁 CH452 所提供的按鍵代碼為 7 位，位 2～位 0 是列掃描碼，位 5～位 3 是行掃描碼，位 6 是狀態碼（鍵按下為 1，鍵釋放為 0）。例如，連接 DIG3 與 SEG4 的鍵被按下，則按鍵代碼是 1100011B 或者 63H，鍵被釋放后，按鍵代碼通常是 0100011B或者 23H（也可能是其它值，但是肯定小于40H），其中，對應 DIG3的列掃描碼為 011B，對應 SEG4的行掃描碼為 100B。單片機可以在任何時候讀取按鍵代碼，但一般在 CH452檢測到有效按鍵而產生鍵盤中斷時讀取按鍵代碼，此時按鍵代碼的位 6總是 1，另外，如果需要了解按鍵何時釋放，單片機可以通過查詢方式定期讀取按鍵代碼，直到按鍵代碼的位 6為 0。 下表是在 DIG7～ DIG0 與 SEG7～ SEG0之間 8 8 矩陣的順序編址，既是按鍵編址，也是數碼管段位、發光管 LED 陣列以及光柱的編址。由于按鍵代碼是 7位，鍵按下時位 6總是 1，所以當鍵按下時， CH452 所提供的實際按鍵代碼是表中的 按鍵編址加上 40H，也就是說，此時的按鍵代碼應該在 40H到 7FH之間。 表 CH452按鍵編址 單片機控制單元模塊電路 控制原理 本次設計是以單片機為核心進行設計的。在整個單片機控制系統中， CPU 既是運算處理中心，又是控制中心，是控制系統最關鍵的器件。本系統中選用與 MCS51 系列完全兼容的AT89C52 單片機， AT89C52 可構成真正的單片機最小應用系統，縮小系統體積，提高系統可靠性，降低系統成本。 89C52 的 P2 口輸出的矩形脈沖信號直接控制步進電機的正反轉，兩臺電機需 4 個控制信號，一根信號線備用。工作臺上行程開關的檢測信號經光電隔離器件后送到單片機，這樣可以實現單片機與電機工作電路的隔離，起到了抗干擾和保護的作用，也有 3 個備用。工作臺工作時的指示燈則由 P14P17 和 T0、 T1 控制，分別用于提示操作人員工作臺是在哪個坐標上朝哪個方向運動。 第 10 頁 P 101P 112X T A L 24X T A L 15P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0732P 0633P 0534P 0435P 0336P 0237P 0138P 0039P 2728P 2627P 2526P 2425P 2324P 2223P 2122P 2021A L E30P S E N29RD17WR16R S T9EA31R X D10T X D11I N T 012I N T 113T014T115 A T 8 9C 5 1V C C2PFI4MR1G N D3R E S T7W D I6W D O8PFO5R91KR 103. 3KV C CK 65C330 PC430 PY112 M1 2 3 4 5 6 7 8I N P U T12345678D r iv e rU3U4U5U6U7U2U1R 212KR 222KR 232KR 242KR 252KR 262KR 272KR 3120 0R 3220 0R 3320 0R 3420 0R 3520 0R 3620 0R 3720 0P 07P 06P 05P 04P 03P 02P 01V C C 1 2U 1A74 071 2U 2A74 071 2U 3A74 071 2U 4A74 071 2U 5A74 071 2U 6A74 07R 411KR 421KR 431KR 441KR 451KR 461K1 2 3 4 5 6 7 8O U T P U TV C CP 12P 13P 14P 15P 17P 16 圖 單片機控制單元模塊電路 光電耦合電路 電機的那個輸入信號先經光電耦合器后送至單片機處理，這是由于步進電機的大功率、高電平會對單片機產生較嚴重的干擾，不能直接把單片機產生的控制信號直接連在步進電機 第 11 頁 上，需要進 行強弱電隔離。在實際運用中，對于強弱電隔離一般采用電子開關方法或光電隔離的方法，在這里我們采用光電隔離的方法，如圖 所示。光電耦合器件是把發光器件 (如發光二極管 )和光敏器件 (如光敏三極管 )集成在一起，通過光線實現耦合構成電 光和光 電的轉換器件。 R1 R2H O N G W A I2 47 4A H C 1 G 141 2A7 40 4+ 5V 圖 光電耦合電路 芯片介紹 設計所使用的單片機 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能 COMS8 位單片機，如圖 基本外圍電路圖所示。它片內含有 8k bytes 的可反復檫寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 256 bytes的隨機存儲數據存儲（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性技術生產，與標準 MCS51 指令系統及 8052 產品引腳兼容，片內置通用 8 位中央處理器（ CPU）和Flash 存儲單元，功能強大 AT89C52 單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。 AT89C52 提供以下標準功能： 8k 字節 Flash 閃速存儲器， 256 字節內部 RAM， 32 個 I/O口線， 3 個 16 位定時 /計數器，一個 6 向量兩級中斷結構，一個全雙工川行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C52 可降至 0Hz 的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 第 12 頁 圖 AT89C52基本外圍電路圖 AT89C52 的內部邏輯框圖如圖 所示，其管腳功能如下： (1)電源引腳： Vcc(40 引腳 )：接 +5V 電源。 Vss(20 引腳 )：接地。 (2)時鐘引腳： 2 個時鐘引腳 XTAL XTAL2 外接晶體與片內的反向放大器構成了一個晶體振蕩器，它為單片機提供了時鐘控制信號。兩個引腳也可以外接獨立的晶體振蕩器。 XTAL1（ 19 引腳）：接外部晶體的一個引腳。該引腳內部是一個反向放大器的輸入端，這個反向放大器構成了片內振蕩器。 XTAL1（ 18 引腳）：接外部晶體的另一端，在該引腳的內部接至內部反向放大器的輸出端。若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘振蕩器的信號。 第 13 頁 圖 AT89C52的內部邏輯框圖 (3)控 制引腳： 此類引腳提供控制信號，有的引腳還有復用功能。 RST/VPD(9 引腳 )： RST（ RESET）是復位信號輸入端，高電平有效。當單片機運行時，在此引腳上加上持續時間大于兩個機器周期的高電平時，就可以完成復位工作。在單片機正常工作時，此引腳應為≤ 低電平。 VPD為本引腳的第二功能，即備用電源輸入端。 ALE/PROG（ 30引腳）： ALE 引腳輸出為地址鎖存允許信號，當單片機上電正常工作以后，ALE 引腳不斷輸出正脈沖信號。當單片機訪問外部存儲器時， ALE 輸出信號的負跳沿用于單片機 發出的低 8位地址經外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。 PROG 為本引腳的第二功能，為低電平有效。在對片內 EPROM 型單片機編程寫入，此引腳作為編程脈沖輸入端。 PSEN（ 29引腳）：程序存儲器允許輸出控制端，為低電平有效。在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。 第 14 頁 EA/VPP（ 31 引腳）： EA功能為內外程序存儲器選擇控制端，為低電平有效。 EA為高電平時，單片機訪問片內程序存儲器，反之則選擇片外程序存儲器。 VPP 為本引腳的第二功能。在對 Flash 閃速存儲器編程時，該引腳加上 +12V 或是 +5V 的編程允許電源。 (4)I/O 口引腳： P0 口：雙向 8位三態 I/O 口，此口為地址總線（低 8 位）及數據總線分時復用口，可驅動 8個 LS 型 TTL 負載。 P1 口： 8位準雙向 I/O 口，可驅動 4個 LS型 TTL 負載。 P2 口： 8位準雙向 I/O 口，與地址總線（高 8位）復用，可驅動 4 個 LS 型 TTL負載。 P3 口： 8 位準雙向 I/O 口，雙功能復用口，可驅動 4 個 LS 型 TTL 負載。除此之外， P3口還有第二功能，如表 所示： 表 P3口的第二功能 串行通信模塊 串行通信有很多種，目前較常用的有 RS23 RS422 和 RS485，根據本設計的實際情況，RS232 串行通信可以滿足要求， 232 電平與 TTL 電平的轉換使用已廣泛使用且效果良好的MAX232 芯片。 RS232通信協議 （ 1） RS232C 標準介紹 串行通信接口標準中， RS232C 是目前最常用的一種串行通信接口。 RS232C 標準的全稱是 EIARS232C 標準，該標準對串行通信的連接電纜和機械、電氣特性、信號功能以及傳輸過程都進行了明確的規定，適合于數據傳輸速率在 020kb/s 范圍內的通信。 RS232C 的推薦最大電