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1、精品学习资源机电一体化综合课程设计The Format Criterionof SDJU作 者 姓 名： 专业 ：学号 ：指 导 教 师： 完 成 日 期：上海电机学院连续训练学院摘要本设计是完成一两坐标步进电机驱动运动工作台掌握系统的设计；完成沟通电机启停的电气掌握系统设计；其硬件部分共包括键盘操作、单片机掌握、输入电路、控欢迎下载精品学习资源制电路、显示电路等五个主要组成部分；设计的总体思路是精确安全的对工作台和电机进行掌握；位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序，向掌握回路发送掌握信号，进而掌握工作台的动
2、作，实现对硬件设备的掌握；关键词： 键盘操作，单片机掌握，数码管显示；欢迎下载精品学习资源注：论文英文题目；阅后删除此文本框；The Format Criterionof SDJUAbstractThe design is completed on January 2 coordinates stepper motor driven campaign platforms control system design； complete AC motor COMMITMENTelectrical control system design. Part of its hardware, includ
3、ing keyboard, microcontrollercontrol, input circuits and control circuits, display circuit, the five main components. The overall design is an accurate idea of the table and the safety of motor control.Position signal and key information transmitted to the transmission line through the MCU and keybo
4、ard interface chip, a data processing, key information will be transmitted to the serial microprocessor, microcontroller through relevant procedures, sent to the control loop control signal and then control table action to achieve the control of the hardware equipment.Key Words： Keyboardoperation,SC
5、M control,Digital Display；欢迎下载精品学习资源目录AbstractIII引言 11 总体方案设计 21.1 总体分析 21.2 方案框图 22 单元模块设计 32.1 键盘与显示模块 32.1.1 模块工作原理 32.1.2 芯片 CH452 介绍 42.1.2.1特点 42.1.2.2显示驱动原理52.1.2.2键盘扫描原理62.2 单片机掌握单元模块电路 82.2.1 掌握原理 82.2.2 光电耦合电路 102.2.3 芯片介绍 102.3 串行通信模块 142.3.1 RS232通信协议 142.3.2 串行通信电路 153 电机与电气掌握电路设计163.1
6、步进电机模块 163.1.1 步进电机的工作原理 163.1.2 步进电机的步距角与工作拍数 183.1.3 步进电机的频率特性 193.2 沟通电机正反转掌握原理 213.3 沟通电机的星 三角形启动 223.4 电气元件介绍 22结论 24参考文献 25附录 A 单片机掌握系统电路原理图设计26附录 By: 电气掌握原理图 127致谢 28欢迎下载精品学习资源引言机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在进展和逐步完善的一门新兴的边缘学科；机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及治理体系发生了庞大变化，使工业生产由“机械电气
7、化”迈入了以“机电一体化”为特点的进展阶段；本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床帮助功能动作进行程序掌握的一种自动化机械加工设备；采纳微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率，保证加工质 量；此外，由于微型运算机具有价格低、体积小、性能牢靠和使用敏捷等特点，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节约得多，且又便于一般工人把握操作和修理；因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的进展方向之一；本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的掌握驱动元件，具有快速起动和停止的特点；其驱动速度和指令脉冲
8、能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调剂；它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度掌握和位置掌握系统；本设计完成了如下要求：1）单片机掌握系统电路原理图的设计2）掌握系统电路印制版的绘制3）利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动4）实现两坐标工作台极限移动的爱护及显示、报警5）设计沟通电机的点动、正反转掌握和星-三角形启动的电气掌握原理图6）电气掌握电路有相应的爱护电路 过载、过压、欠压等）7）熟识机电系统常用元器件 PLC、沟通电机、直流电机、步进电机）此次 “机电一体化课程设计”主要简洁设计出数控机床系统，其实离实
9、际真正工业用数控机床仍有很大的距离；经过小组争论，拟设计两坐标步进电机驱动运动工作台掌握系统和沟通电机启停的电器掌握系统，单元模块包括：单片机掌握电路，键盘接口电路，键盘电路，显示电路，输入电路，掌握电路，PC 接口电路等；由于时间仓促和自己学问水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳请老师指正；欢迎下载精品学习资源1 总体方案设计1.1 总体分析本次设计实现的是一两座标步进电机驱动运动工作台掌握系统的设计；设计采纳单片机对系统进行掌握，单片机的包括键盘与显示的掌握、与PC 机的串口通讯、以及电机输入输入输出信号的掌握；电机的输入信号包含报警监测，在机床边缘运用一个接近开关即可实现此目的；1.2
10、 方案框图单片机作为掌握的核心，一方面对机床的运动方向和位移量进行掌握，另外仍将与键盘对应的位移信息显示在LED 上，并实现与 PC机的通信以及对报警的处理；三相沟通继电器掌握4*8 键盘光电隔离功率接口步进电机 XHD7279A8LED 显示单片机光电隔离功率接口步进电机 Y工作台串行通信至 上 位即行程开关图 1.1 总体方案设计图2 单元模块设计2.1 键盘与显示模块2.1.1 模块工作原理本单元模块电路的功能是通过对单片机编程，使当前按键信息在8 个 LED 上显示出来，由芯片 CH452 来对数码管进行驱动，并对键盘进行扫描；图 3.1 所示为一来个八位 LED 动态显示电路；在同一
11、时刻，假如各位位选线都处于选通状态的话， 8 位 LED 将显示相同的字符；如要各位LED 能够同时显示出与本位欢迎下载精品学习资源相应的显示字符，就必需采纳动态显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线就处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示的字符段码；这样，在同一时刻， 8 位 LED 中只有选通的那一位显示出字符，而另一位就是熄灭的；同样，在下一时刻，只让下一位的位选线处于选通状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，就同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位就是熄灭的；如此循环下去，就可以使两位分别显示出将要显示的字符；VCC2325R66V
12、CCADDRC2C12200.114H3L29GND10GND15SEG0SEG116SEG21718SEG319SEG420SEG5SEG62122SEG7200CH4 528 1N40112RSTDIG024INT27SCL26SDA12DIG13DIG24DIG3DIG45DIG567DIG68DIG78 2KK8K0虽然这些字符是在不同时刻显现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于 LED 显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔时间足够短，就可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的成效；图 2.1显示单元模块电路图键盘的扫描原理与数码管的扫描显示原理类似，依次
13、将矩阵键盘的某行或某列置一，再逐个判定改行或该列上是否有信号为高，有就说明两座标相交处的按键按下了；2.1.2 芯片 CH452介绍CH452是数码管显示驱动和键盘扫描掌握芯片；CH452 内置时钟振荡电路，可以动态驱动 8 位数码管或者 64 位 LED，具有 BCD译码、闪耀、移位、段位寻址、光柱译码等功能；同时仍可以进行 64 键的键盘扫描； CH452 通过可以级联的 4 线串行接口或者 2 线串行接口与单片机等交换数据；并且可以对单片机供应上电复位信号；欢迎下载精品学习资源图 2.2 CH452 工作原理图2.1.2.1 特点1、显示驱动内置电流驱动级，段电流不小于15mA，字电流不
14、小于 80mA；动态显示扫描掌握，直接驱动 8 位数码管、 64 位发光管 LED 或者 64 级光柱；可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者BCD 译码方式；BCD 译码支持一个自定义的 BCD 码，用于显示一个特殊字符；数码管的字数据左移、右移、左循环、右循环；各数码管的数字独立闪耀掌握，可选快慢两种闪耀速度；任意段位寻址，独立掌握各个LED 或者各数码管的各个段的亮与灭；64 级光柱译码，通过 64 个 LED 组成的光柱显示光柱值；扫描极限掌握，支持 1 到 8 个数码管，只为有效数码管安排扫描时间；可以挑选字驱动输出极性，便于外部扩展驱动电压和电流；2、键盘掌握内置 64 键键
15、盘掌握器，基于 8 8 矩阵键盘扫描；内置按键状态输入的下拉电阻，内置去抖动电路；键盘中断，可以挑选低电平有效输出或者低电平脉冲输出；供应按键释放标志位，可供查询按键按下与释放；支持按键唤醒，处于低功耗节电状态中的CH452 可以被部分按键唤醒；3、外部接口同一芯片，可选高速的4 线串行接口或者经济的 2 线串行接口；4 线串行接口：支持多个芯片级联，时钟速度从0 到 2MHz ，兼容 CH451 芯片；欢迎下载精品学习资源4 线串行接口： DIN 和 DCLK 信号线可以与其它接口电路共用，节约引脚；2 线串行接口：支持两个CH452 芯片并联 由 ADDR引脚电平设定各自地址）；2 线串行
16、接口：时钟速度从 500Hz 到 200KHz ，兼容两线 I2C 总线，节约引脚；内置上电复位，可以为单片机供应高电平有效和低电平有效复位输出；4、其它内置时钟振荡电路，不需要外部供应时钟或者外接振荡元器件，更抗干扰；支持低功耗睡眠，节约电能，可以被按键唤醒或者被命令操作唤醒；可选两种封装： SOP28、DIP24S，引脚与 CH451 芯片兼容；经过授权采纳了 1 项专利技术，低成本，简便易用；2.1.2.2 显示驱动原理CH452 对数码管和发光管采纳动态扫描驱动，次序为DIG0 至 DIG7 ，当其中一个引脚吸入电流时，其它引脚就不吸入电流；CH452 内部具有电流驱动级，可以直接驱动
17、 0.5 英寸至 1 英寸的共阴数码管，段驱动引脚SEG6SEG0 分别对应数码管的段G段 A，段驱动引脚 SEG7 对应数码管的小数点，字驱动引脚DIG7 DIG0 分别连接8 个数码管的阴极； CH452 也可以连接 88 矩阵的发光二级管 LED 阵列或者 64 个独立发光管或者64 级光柱； CH452 可以转变字驱动输出极性以便直接驱动共阳数码管 不译码方式），或者通过外接反相驱动器支持共阳数码管，或者外接大功率管支持大尺寸的数码管；CH452 支持扫描极限掌握，并且只为有效数码管安排扫描时间；当扫描极限设定为 1 时，唯独的数码管 DIG0 将得到全部的动态驱动时间，从而等同于静态
18、驱动；当扫描极限设定为 8 时， 8 个数码管 DIG7 DIG0 各得到 1/8 的动态驱动时间；当扫描极限设定为 4 时， 4 个数码管 DIG3 DIG0 各得到 1/4 的动态驱动时间，此时各数码管的平均驱动电流将比扫描极限为8 时增加一倍，所以降低扫描极限可以提高数码管的显示亮度；CH452 内部具有8 个 8 位的数据寄存器，用于储存8 个字数据，分别对应于CH452 所驱动的 8 个数码管或者 8 组每组 8 个的发光二极管； CH452 支持数据寄存器中的字数据左移、右移、左循环、右循环，并且支持各数码管的独立闪耀掌握，在字数据左右移动或者左右循环移动的过程中，闪耀掌握的属性不
19、会随数据移动；CH452 支持任意段位寻址，可以用于独立掌握64 个发光管 LED 中的任意一个或者数码管中的特定段 例如小数点），段位编址次序与键盘编址一样，编址从00H 到3FH；当用“段位寻址置 1”命令将某个地址的段位置 1 后，该地址对应的发光管 LED 或者数码管的段会点亮，该操作不影响任何其它LED 或者数码管其它段的状态；欢迎下载精品学习资源CH452 支持 64 级的光柱译码，用 64 个发光管或者 64 级光柱表示 65 种状态，加载新的光柱值后，编址小于指定光柱值的发光管会点亮，而大于或者等于指定光柱值的发光管会熄灭；CH452 默认情形下工作于不译码方式，此时8 个数据
20、寄存器中字数据的位 7位 0 分别对应 8 个数码管的小数点和段 G段 A，对于发光二极管阵列，就每个字数据的数据位唯独地对应一个发光二级管；当数据位为1 时，对应的数据管的段或者发光管就会点亮；当数据位为0 时，就对应的数据管的段或者发光管就会熄灭；例如，第三个数据寄存器的位 0 为 1，所以对应的第三个数码管的段A 点亮；通过设定， CH452仍可以工作于 BCD 译码方式，该方式主要应用于数码管驱动，单片机只要给出二进制数 BCD 码，由 CH452 将其译码后直接驱动数码管显示对应的字符；BCD 译码方式是指对数据寄存器中字数据的位4位 0 进行 BCD 译码，掌握段驱动引脚 SEG6
21、 SEG0 的输出，对应于数码管的段G段 A，同时用字数据的位 7 掌握段驱动引脚SEG7 的输出，对应于数码管的小数点，字数据的位6 和位 5 不影响 BCD 译码；下表为数据寄 存器中字数据的位 4位 0 进行 BCD 译码后，所对应的段 G段 A 以及数码管显示的字符；参考下表，假如需要在数码管上显示字符0，只要置入数据0xx00000B 或者00H；需要显示字符 0.0 带小数点），只要置入数据1xx00000B 或者 80H；类似地， 数据 1xx01000B 或者 88H 对应于字符 8.8 带小数点）；数据 0xx10011B 或者 13H 对应于字符 =；数据 0xx11010
22、B 或者 1AH 对应于字符 .小数点）；数据 0xx10000B 或者10H 对应于字符 空格，数码管没有显示）；数据0xx11110B 或者 1EH 对应于自定义的特殊字符，由“自定义 BCD 码”命令定义；2.1.2.2键盘扫描原理CH452 的键盘扫描功能支持8 8 矩阵的 64 键键盘；在键盘扫描期间， DIG7 DIG0 引脚用于列扫描输出，SEG7 SEG0 引脚都带有内部下拉电阻，用于行扫描输入；当启用键盘扫描功能后， 4 线串行接口中的 DOUT 引脚的功能由串行接口的数据输出变为键盘中断输出以及按键数据输出；CH452 定期在显示驱动扫描过程中插入键盘扫描；在键盘扫描期间，
23、DIG7 DIG0 引脚依据 DIG0 至 DIG7 的次序依次输出高电平，其余7 个引脚输出低电平； SEG7 SEG0 引脚的输出被禁止，当没有键被按下时，SEG7SEG0 都被下拉为低电平；当有键被按下时，例如连接 DIG3 与 SEG4 的键被按下，就当 DIG3 输出高电平常 SEG4 检测到高电平；为了防止由于按键抖动或者外界干扰而产生误码，CH452 实行两次扫描，只有当两次键盘扫描的结果相同时，按键才会被确认有效；假如CH452 检测到有效的按键，就记录下该按键代码，并通过4 线串行接口中的 DOUT 引脚或者 2 线串行接口中的 INT# 引脚产生低电平有效的键盘中断当 IN
24、TM为 1 时输出低电平脉冲中断，参考 5.5 节和 5.6 节中的说明），此时单片机可以通过串行接口读取按键代码；在欢迎下载精品学习资源没有检测到新的有效按键之前，CH452 不再产生任何键盘中断； CH452 不支持组合键，也就是说，同一时刻，不能有两个或者更多的键被按下；假如多个键同时按下，那么按键代码较小的按键优先；CH452 所供应的按键代码为 7 位，位 2位 0 是列扫描码，位 5位 3 是行扫描码，位 6 是状态码 键按下为 1，键释放为 0）；例如，连接 DIG3 与 SEG4 的键被按下，就按键代码是 1100011B 或者 63H，键被释放后，按键代码通常是 010001
25、1B 或者23H和光敏器件 如光敏三极管 集成在一起，通过光线实现耦合构成电 -光和光 -电的转换器件；图 3.3 光电耦合电路2.2.3 芯片介绍设计所使用的单片机AT89C52 是美国 ATMEL公司生产的低电压，高性能COMS8 位单片机，如图 3.5 基本外围电路图所示；它片内含有8k bytes 的可反复檫写的只读程序储备器 PEROM）和 256 bytes 的随机储备数据储备RAM ），器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性技术生产，与标准MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用8 位中心处理器 电源引脚：Vcc40 引脚：接+5V 电源；Vss20 引脚：
26、接地；2时钟引脚：2 个时钟引脚 XTAL1 、XTAL2 外接晶体与片内的反向放大器构成了一个晶体振荡器，它为单片机供应了时钟掌握信号；两个引脚也可以外接独立的晶体振荡器；XTAL119引脚）：接外部晶体的一个引脚；该引脚内部是一个反向放大器的输入端，这个反向放大器构成了片内振荡器；XTAL1掌握引脚：此类引脚供应掌握信号，有的引脚仍有复用功能；RST/VPD9 引脚： RSTRESET）是复位信号输入端，高电平有效；当单片机运行时，在此引脚上加上连续时间大于两个机器周期的高电平常，就可以完成复位工作；在单片机正常工作时，此引脚应为0.5V 低电平； VPD 为本引脚的其次功能，即备用电源输
27、入端；ALE/PROG30 引脚）： ALE 引脚输出为地址锁存答应信号，当单片机上电正常工作以后， ALE 引脚不断输出正脉冲信号；当单片机拜访外部储备器时，ALE 输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8 位地址经外部锁存器锁存的锁存掌握信号；PROG 为本引脚的其次功能，为低电平有效；在对片内EPROM 型单片机编程写入，此引脚作为编程脉冲输入端；欢迎下载精品学习资源PSEN29 引脚）：程序储备器答应输出掌握端，为低电平有效；在单片机拜访外部程序储备器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序储备器的选通信号；EA/VPPI/O 口引脚：P0 口：双向 8 位三态 I/O 口，此口为地址总线
28、低 8 位）及数据总线分时复用口， 可驱动 8 个 LS 型 TTL 负载；P1 口： 8 位准双向 I/O 口，可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载；P2 口： 8 位准双向 I/O 口，与地址总线 高 8 位）复用，可驱动4 个 LS 型 TTL 负载；P3 口： 8 位准双向 I/O 口，双功能复用口，可驱动4 个 LS 型 TTL 负载；除此之外， P3 口仍有其次功能，如表 3.2 所示： 表 3.2 P3 口的其次功能2.3 串行通信模块串行通信有很多种，目前较常用的有 RS232、RS422 和 RS485，依据本设计的实际情形， RS232 串行通信可以满意要求， 232 电
29、平与 TTL 电平的转换使用已广泛使用且成效良好的 MAX232 芯片；2.3.1 RS232 通信协议1） RS-232C 标准介绍欢迎下载精品学习资源串行通信接口标准中， RS-232C 是目前最常用的一种串行通信接口；RS-232C 标准的全称是 EIA-RS-232C 标准，该标准对串行通信的连接电缆和机械、电气特性、信号功能以及传输过程都进行了明确的规定，适合于数据传输速率在0-20kb/s 范畴内的通信；RS-232C 的举荐最大电缆长度为15m，实际通信中可以以降低通信速率为代价适当延长通信距离；假如要实现长距离的传输数百 M），需要使用特地的长线驱动器来延长 RS-232C 的
30、通信距离；2） RS232C中的引脚定义和电气特性DCD1DSR6RXD2RTS7TXD3CTS8DTR4RI9GND5DB9图 3.6 DB9 连接器引脚定义表 3.3 DB9 连接器信号说明RS-232C 中定义了 20 根信号线，使用 25 芯 D 型连接器 DB25 实现，后来为了简化串口的线路连接，显现了 9 芯 D 型连接器 DB9 ，DB9 引脚的分布和信号说明分别如图 3.6 和表 3.3 所示；引脚号符号缩写方向说明1DCD输入数据载波检出2RXD输入接受数据3TXD输出发送数据4DTR输出数据终端预备好5GND信号地6DSR输入数据预备就绪7RTS输出恳求发送8CTS输入答
31、应发送9RI输入振铃提示RS-232C 标准的电气特性参数有带3-7K 时驱动器的输出电平、输出开路时接受器的输出规律、输入经 300接地时接收器的输出规律和驱动器转换速率等；不同于传统的 TTL 等数字电路的规律电平， RS-232C 的规律电平以公共地为对称，其规律“0” 电平规定在 +3V-+25V 之间，规律“ 1”电平规定在 -3V 25V 之间，因此需要使用正负极性的双电源供电；由于其与TTL 等数字电路的规律电平不兼容，因此二者之间的连欢迎下载精品学习资源接必需使用电平转换；一般使用中，只需要连接好TXD 、RXD 、DSR、RTS、GND5根线即可正常通信；假如去掉握手信号，最
32、少使用3 根线即可实现正常的串口通信；本设计采纳 MAX232芯片实现单片机和上位机之间电平的转换，而且该芯片本身对电流具有肯定的泵升的作用，因此广泛应用于串行通信中；2.3.2 串行通信电路VCCC5S.2V+VCC160.11C1+GND15J. DB90.1C6143T1OUTC1-134R1INC2+0.1C7R1OUT125C2-T1IN11678V- T2IN R2OUTMAX232R2IN9C8T2OUT101627384950.1RS-232C 接口电路包括 RS-232C 接口电平转换部分和RS-232C 总线连接部分；RS-232C 标准的规律电平与TTL 电平之间的转换用
33、MAX232芯片实现，单片机的TXD 、RXD 分别连到 MAX232 的 T2in、R1out 端；在 RS-232C 的总线连接上采纳最简洁的三线连接模式，即连接 DB9 的 TXD 、RXD 和 GND 三端；欢迎下载精品学习资源3 电机与电气掌握电路设计图 3.7 RS-232C接口电路欢迎下载精品学习资源3.1 步进电机模块步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，它的运行需要特地的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号掌握；每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，这个角度称为步距角；脉冲的数量打算了旋转的总角度，脉冲的频率打算了电动机旋转的速度，转变绕组
34、的通电次序可以转变电机旋转的方向；在数字掌握系统中，它既可以用作驱动电动机，也可以用作伺服电动机；它在工业过程掌握中得到广泛的应用，特殊在智能外表和需要精确定位的场合应用更为广泛；欢迎下载精品学习资源图 3.1 三相反应式步进电机工作原理图3.1.1 步进电机的工作原理步进电机是机电一体化的关键部件之一，被广泛应用于需要精确定位、同步、行程掌握等场合；一、步进电动机有三线式、五线式、六线式三种，但其掌握方式均相同，必需以脉冲电流来驱动；如每旋转一圈以200 个励磁信号来运算，就每个励磁信号前进18度，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲次序来掌握；二、步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全步励磁又有1 相励磁及 2 相励磁之分， 而半步励磁又称 1-2 相励磁；图为步进电动机的掌握等效电路，适应掌握A、B、/A、/B 的励磁信号，即可掌握步进电动机的转动；每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步；因此，依序不断送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动；分述如下：A、1 相励磁法：在每一瞬时只有一个线圈导通；消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一励磁信号可走1.8 度；如欲以1 相励磁法掌握步进电动机正转，其励磁次序如下列图；如励磁信号反向传送，就步进电动机反转；B、2