貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),機(jī)械手,運(yùn)動(dòng),控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 南京工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 自動(dòng)化 系 自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用） 專業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 蔡 衛(wèi) 廷 班 級(jí) 數(shù)控033 起 止 日 期 3月1日至6月15日 指 導(dǎo) 教 師 華 茂 發(fā) 教研室主任 葛 紅 宇 發(fā)任務(wù)書(shū)日期 2007年3月 1日 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)： 控制對(duì)象：母導(dǎo)線貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 控制軸：X軸（橫向運(yùn)動(dòng)），Y軸（垂直運(yùn)動(dòng)），Z軸（縱向運(yùn)動(dòng)） 顯示：?jiǎn)闻臠ED 驅(qū)動(dòng)電路：四相八拍 2.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求(包括技術(shù)要求、圖表要求以及工作要求等)： 采用8031作為CPU，外擴(kuò)8K程序存儲(chǔ)器，8K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；鍵盤(pán)用8255 擴(kuò)展，行線用PC口高4位，列線用PC口低4位，I/O口用8255的PB和 PA口擴(kuò)展，手動(dòng)鍵盤(pán)接8031的P1口，步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)經(jīng)鎖存器輸出。 4位LED顯示，一位顯示字母，其它三位顯示數(shù)據(jù)。LED段選信號(hào)經(jīng)鎖存 器輸出，位選信號(hào)用8031的P2口高地址譯碼輸出。并設(shè)計(jì)一步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)電路，控制貼標(biāo)機(jī)械手步進(jìn)電機(jī)。編寫(xiě)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相序分配程序。 3.畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的技術(shù)文件： （1）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） （2）控制系統(tǒng)原理圖 （3）印制電路板圖 （4）主要程序流程圖和程序 （5）英文資料譯文 4.主要參考文獻(xiàn)： 1.何立民. MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：北京航空航天大學(xué)出版 社，1990年 2.李朝青. 單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999 3.趙德安等. 單片機(jī)原理與應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)： 起 止 日 期 工 作 內(nèi) 容 備 注 第一周 第二周 第三周 第四周 第五周 第六周 第七周 第八周 第十周 第十一周 第十二周 第十三周 第十四周 第十五周 第十六周 熟悉課題 收集資料 擬定方案 CPU擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 顯示電路設(shè)計(jì) 手動(dòng)鍵盤(pán)和編輯鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) I/O擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 印制電路板圖繪制 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)主要程序流程圖 編寫(xiě)相序分配程序 英文資料翻譯 寫(xiě)論文 修改論文 答辯 教研室審查意見(jiàn)： 室主任 年 月 日 系部審查意見(jiàn)： 系主任 年 月 日 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題目： 貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用） 班 級(jí)： 數(shù)控033 學(xué) 號(hào)： 203030908 學(xué)生姓名： 蔡 衛(wèi) 廷 指導(dǎo)教師： 華茂發(fā) 副教授 2007年3月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名 蔡衛(wèi)廷 學(xué)號(hào) 203030908 專 業(yè) 自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用） 指導(dǎo)教師 華茂發(fā) 職稱 副教授 所在院系 自動(dòng)化學(xué)院 課題來(lái)源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程設(shè)計(jì) 課題名稱 貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容： 本課題介紹了母導(dǎo)線貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)橫向運(yùn)動(dòng)（X軸）、縱向運(yùn)動(dòng)（Y軸）、垂直運(yùn)動(dòng)（Z軸）三維空間的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。要求母導(dǎo)線貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械手能夠自動(dòng)完成標(biāo)簽的抓取和粘貼。機(jī)械手對(duì)標(biāo)簽的“吸附”和“粘貼”，由簡(jiǎn)易的氣壓裝置完成。 選用單片機(jī)8031作為CPU，其內(nèi)部沒(méi)有ROM（程序存儲(chǔ)器），需要外部擴(kuò)展，因此外部擴(kuò)展8K程序存儲(chǔ)器和4K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；用8255作為鍵盤(pán)的接口，無(wú)需再專門(mén)增加芯片，所以鍵盤(pán)和I/O口用單片機(jī)8255A芯片擴(kuò)展；手動(dòng)按鈕接8031的P1口；LED顯示電路顯示機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)；段選信號(hào)經(jīng)鎖存器輸出，位選信號(hào)用8031的P2口高位地址譯碼輸出；8031輸出的步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)經(jīng)光電耦合器分別控制X軸、Y軸和Z軸，采用89C2051單片機(jī)對(duì)各軸正反轉(zhuǎn)脈沖進(jìn)行相序分配，利用恒流斬波電路對(duì)環(huán)型分配后信號(hào)進(jìn)行放大，形成控制步進(jìn)電機(jī)的四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各軸步進(jìn)電機(jī)的控制；編寫(xiě)主要程序流程圖、鍵盤(pán)掃描程序流程圖及步進(jìn)驅(qū)動(dòng)程序。 其研究意義如下： 1、本課題對(duì)貼標(biāo)機(jī)械手的應(yīng)用進(jìn)行了研究，其中用到了8031單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等基礎(chǔ)專業(yè)課程中的知識(shí)。因此這個(gè)課題和我的專業(yè)有著很緊密的聯(lián)系。我相信通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)以后的工作和學(xué)習(xí)起一定的鋪墊作用。 2、實(shí)現(xiàn)母導(dǎo)線貼表機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化，能夠簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的簡(jiǎn)單化、快速化和自動(dòng)化，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。 3、這個(gè)課題來(lái)源于工程實(shí)際，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要用到模擬電子技術(shù)、Protel 99SE、單片機(jī)等學(xué)科的知識(shí)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)四年來(lái)大學(xué)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)更加深刻的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)實(shí)踐來(lái)證明理論的正確與否。 4、單片機(jī)技術(shù)是工業(yè)控制的三大支柱之一。它應(yīng)用于很多場(chǎng)合，如電子、冶金、石油、紡織、輕工、醫(yī)藥、食品、建材等行業(yè)。此課題《貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》緊密結(jié)合市場(chǎng)實(shí)際，因此該技術(shù)的研究具有一定的市場(chǎng)價(jià)值。 5、單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性，芯片本身具有高可靠性，與應(yīng)用系統(tǒng)有最少的連接。系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 文 獻(xiàn) 綜 述 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革,普通手工貼標(biāo)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足社會(huì)發(fā)展的需要。本課題的設(shè)計(jì),最主要的是對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[1][2][3][4][5][6][7]等都是關(guān)于單片機(jī)方面的內(nèi)容，主要介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本概念；單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展；單片機(jī)的系統(tǒng)配置；應(yīng)用程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；系統(tǒng)的干擾與抗干擾設(shè)計(jì)。[3][5]以單片機(jī)MCS-51系列為背景機(jī)，系統(tǒng)地介紹單片機(jī)的發(fā)展概況和基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、并行擴(kuò)展和串行擴(kuò)展方法、人機(jī)接口，以及單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用等方面的內(nèi)容。[1][4]MCＳ51系列單片機(jī)組成原理；應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展、開(kāi)發(fā)與調(diào)試；鍵盤(pán)輸入接口的設(shè)計(jì)及調(diào)試；特別是8031芯片、8255芯片的應(yīng)用和擴(kuò)展。其中[3]和[4]介紹了MCS-51系列單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，如單片機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，引腳的描述，以及外部擴(kuò)展問(wèn)題等；文獻(xiàn)[5]以89C51單片機(jī)為典型機(jī)，詳細(xì)介紹片內(nèi)結(jié)構(gòu)、工作原理、接口技術(shù)和單片機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用；文獻(xiàn)[1][4][7]介紹了如何設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)，提供了大量實(shí)用電路和程序并舉例了應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，注重理論聯(lián)系實(shí)際，著重實(shí)際應(yīng)用。畫(huà)電路原理圖和電路板圖需用到軟件PROTEL99SE，文獻(xiàn)[8]詳細(xì)介紹了如何設(shè)計(jì)電路原理圖、畫(huà)元件圖、設(shè)計(jì)電路板圖、畫(huà)元件封裝圖和電路仿真等。 參考文獻(xiàn)： 1、何立民．MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990年 2、 李朝青. 單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999年 3、趙德安等．單片機(jī)原理與應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 4、 王樹(shù)勛. MCS-51單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與監(jiān)控分析.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992年 5、李學(xué)海．標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)基礎(chǔ)教程．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006 6、 何立民. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編（4）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997年 7、 余永權(quán)等. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992 8、 夏路易 石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程Protel 99SE. 北京：北京希望電子希望出版社，2002年 研 究 內(nèi) 容 設(shè)計(jì)CPU擴(kuò)展電路 設(shè)計(jì)鍵盤(pán)及I/O接口電路 設(shè)計(jì)LED顯示電路 設(shè)計(jì)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路程序流程圖，編寫(xiě)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)相序分配中斷程序 設(shè)計(jì)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路 繪制控制系統(tǒng)電路圖和PCB圖 研 究 計(jì) 劃 第一周 熟悉課題 第二周 查看資料，研究課題 第三周 擬訂、修改設(shè)計(jì)方案 第四周 設(shè)計(jì)CPU擴(kuò)展電路部分； 第五周 設(shè)計(jì)LED顯示電路部分； 第六周 設(shè)計(jì)鍵盤(pán)電路部分； 第七周 設(shè)計(jì)I/O擴(kuò)展電路部分； 第八周 繪制貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)印制電路板圖； 第九周 設(shè)計(jì)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)相序分配電路部分； 第十周 畢業(yè)設(shè)計(jì)期中檢查和總結(jié)； 第十二周 設(shè)計(jì)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)橫流斬波電路； 第十三周 設(shè)計(jì)主程序、鍵盤(pán)掃描程序、相序分配流程圖； 第十四周 編寫(xiě)相序分配程序； 第十五周 總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)，起草畢業(yè)設(shè)計(jì)論文； 第十六周 修改論文，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯. 特 色 與 創(chuàng) 新 利用單片機(jī)MCS-51系列實(shí)現(xiàn)母導(dǎo)線貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，利用簡(jiǎn)易的機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽粘貼的自動(dòng)化。 指導(dǎo)教師 意 見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見(jiàn) 主任簽名： 年 月 日 系部意見(jiàn) 教學(xué)主任簽名： 年 月 日 南 京 工 程 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表 教研室 數(shù)控技術(shù)應(yīng)用 指導(dǎo)教師 華茂發(fā) 職稱 副教授 申報(bào)課題名稱 貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題性質(zhì) 工程設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 自擬課題 課 題 簡(jiǎn) 介 本課題設(shè)計(jì)一三坐標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，用于粘貼母導(dǎo)線性能參數(shù)標(biāo)簽?？刂葡到y(tǒng)以單片機(jī)8031為CPU，外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、LED顯示器、鍵盤(pán)及I/O接口等；另設(shè)計(jì)一四相八拍驅(qū)動(dòng)電路，配合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。用Protel軟件設(shè)計(jì)硬件電路原理圖。 所需經(jīng)費(fèi) 200元 上機(jī)時(shí)數(shù) 300小時(shí)/人 課題要求 （包括所具備的條件） 計(jì)算機(jī)、Protel軟件。 課題工作量 要求 硬件電路及部分軟件設(shè)計(jì)，1人。 教研室 審定意見(jiàn) 室主任簽字： 系領(lǐng)導(dǎo)小組審定意見(jiàn) 系主任簽字： 說(shuō)明： 1、該表為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題申報(bào)時(shí)專用，由選題教師填寫(xiě)，經(jīng)教 研室討論、室主任簽字，報(bào)系領(lǐng)導(dǎo)小組審定，系主任簽字后生效。 2、上機(jī)時(shí)數(shù)可填：xx時(shí)數(shù)/人或者該課題所需總時(shí)數(shù)。 3、選題結(jié)束后，該表要求統(tǒng)一存放在系辦公室備查。 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 ： 貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用） 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起迄日期： 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 實(shí) 驗(yàn) 樓 _ Graduation Design (Thesis) The Design Of Labeling Manipulator Controller By CAI Weiting Supervised by Associate Prof. HUA Maofa Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology June, 2007 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 本文概述了母導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)型式，使用范圍以及選型，及其自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的 組成和控制流程，著重介紹了貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)。貼標(biāo)機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)選用MCS-51 系列單片機(jī)8031作為CPU，外部擴(kuò)展了程序存儲(chǔ)器和 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)控制系統(tǒng)監(jiān)控程序和數(shù)據(jù)，并設(shè)計(jì)了LED顯示電路、手 動(dòng)鍵盤(pán)和編輯鍵盤(pán)?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖信號(hào)，采用光電隔離輸出，提高 了系統(tǒng)的可靠性。另外還設(shè)計(jì)了與本控制系統(tǒng)相配套的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路。在該驅(qū) 動(dòng)電路中，選用89C2051作環(huán)行分配器件，電路簡(jiǎn)單易于進(jìn)行相序分配。本驅(qū)動(dòng) 電路為恒流斬波電路，能將電機(jī)繞組電流恒定，電路簡(jiǎn)單,工作可靠。文中繪出 了驅(qū)動(dòng)的電路原理圖，給出了四相步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的程序設(shè)計(jì)流程圖和主 要的控制程序，最后介紹了Protel 99 SE 在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，指出了設(shè)計(jì)中出 現(xiàn)的問(wèn)題，并提出了具體的解決方法。 關(guān) 鍵 詞 ： 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) ； 單 片 機(jī) 控 制 ； 步 進(jìn) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 ； 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract In this paper, the structure, usage and composition of the automatic testing system and the control flow of the bus bar were introduced briefly, and the motion control of the labeling machine is emphasized and realized. In the system developed, a 51 series MCU, 8031, is used as the controller, and data memorizer, program memorizer, LED displaying circuit, keyboard circuit and other function module are completed. Optical coupler used in the pulse generation and transmission, the system reliability is promoted greatly. Further more, a 89C2051 is used in the phase conversion of the step motor, the system got simplified. The schematic diagram of the driver, the flow chart of motion of the 4-phase step motor and main program of the controller is presented in detail. In the end of this paper, the application of protel 99se in the system development, problems encountered during the design, is summarized and solution in detail is advised Keywords: the bus bar labeling machine; Microcontroller control; step motor driver 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 第一章 緒 論 ………………………………………………………………1 1.1 引言……………………………………………………………………....1 1.2 選題背景與意義………………………………………………………....2 1.3 研究現(xiàn)狀………………………………………………………………....2 1.4 本文的結(jié)構(gòu)………………………………………………………………3 第二章 母導(dǎo)線參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介……………………………………… 4 2.1 母導(dǎo)線簡(jiǎn)介……………………………………………………………....4 2.2 母導(dǎo)線分類……………………………………………………………....4 2.3 母導(dǎo)線基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………………4 2.4 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)組成………………………………………………………6 2.5 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)控制流程…………………………………………………7 第三章 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)………………………………10 3.1 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)概述…………………………………………………...10 3.2 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制方案擬定……………………………………………...11 3.2.1 總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………..11 3.2.2 貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………..11 3.3 CPU 選擇及其外圍電路設(shè)計(jì)…………………………………………...12 3.3.1 單片機(jī) 8031 簡(jiǎn)介………………………………………………....12 3.3.2 單片機(jī) 8031 的時(shí)鐘及復(fù)位電路………………………………....13 3.4 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)…………………………………………………...13 3.4.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展………………………………………………..13 3.4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展………………………………………………..14 3.5 顯示電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………...17 3.5.1 LED 顯示器簡(jiǎn)介 …………………………………………………...17 3.5.2 LED 顯示電路 ……………………………………………………...17 3.6 鍵盤(pán)擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)……………………………………………………....18 3.6.1 編輯鍵盤(pán)接口芯片選擇…………………………………………...18 3.6.2 編輯鍵盤(pán)電路……………………………………………………...20 3.6.3 手動(dòng)鍵盤(pán)電路……………………………………………………...20 3.6.4 編輯鍵盤(pán)流程圖…………………………………………………...21 3.7 輸入/輸出信號(hào)接口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)……………………………………...21 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 3.7.1 步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)接口電路………………………………………21 3.7.2 開(kāi)關(guān)量輸入/輸出信號(hào)接口電路…………………………………...21 3.8 地址譯碼電路設(shè)計(jì)……………………………………………………….22 3.8.1 譯碼電路……………………………………………………………22 3.8.2 譯碼地址……………………………………………………………24 第四章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) …………………………………………25 4.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)述…………………………………………………………….25 4.2 步進(jìn)電機(jī)的控制原理…………………………………………………….25 4.3 相序分配電路設(shè)計(jì)……………………………………………………….26 4.3.1 相序分配電路………………………………………………………26 4.3.2 相序分配軟件………………………………………………………27 4.4 功率放大電路設(shè)計(jì)……………………………………………………….29 第五章 貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖及 PCB 圖繪制………32 5.1 用 Protel 99 SE 進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的基本步驟……………………………..32 5.1.1 電路原理圖設(shè)計(jì)的步驟……………………………………………32 5.1.2 印刷電路板設(shè)計(jì)的步驟…………………………………………….32 5.2 電路原理圖設(shè)計(jì)…………………………………………………………..33 5.3 印刷電路板的設(shè)計(jì)………………………………………………………..33 5.4 設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方法………………………………………………………35 第六章 總 結(jié) ………………………………………………………………36 1、論文總結(jié)…………………………………………………………………36 2、感謝………………………………………………………………………36 致 謝…………………………………………………………………………38 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………39 附錄 A：英文資料………………………………………………………………..40 附錄 B：英文資料翻譯…………………………………………………………..45 附錄 C：硬件設(shè)計(jì)原理圖與 PCB 圖…………………………………………….49 附件： 畢業(yè)論文光盤(pán)資料 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 0 第一章 緒 論 1.1 引言 人類已經(jīng)進(jìn)入電氣化時(shí)代，人們借助電氣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制機(jī)械、自動(dòng) 生產(chǎn)線甚至自動(dòng)工廠，并大大地發(fā)展了自動(dòng)控制理論。在單片機(jī)出現(xiàn)后，計(jì)算 機(jī)成為廣大工程技術(shù)人員現(xiàn)代化技術(shù)革新、技術(shù)革命的武器。目前，計(jì)算機(jī)在 工業(yè)控制領(lǐng)域中得到最廣泛的應(yīng)用，各種機(jī)電設(shè)備都競(jìng)相引入單片機(jī)構(gòu)成各種 控制器、控制系統(tǒng)以及相應(yīng)的多機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而本課題母導(dǎo)線貼標(biāo)機(jī)控 制系統(tǒng)，就是通過(guò)外擴(kuò)鍵盤(pán)、顯示和輸入/輸出接口等單元，滿足母導(dǎo)線自動(dòng)貼 標(biāo)功能的單片機(jī)系統(tǒng)。作為一名將成為電子、電氣工程技術(shù)人員的自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)生，了解和掌握單片機(jī)及其控制系統(tǒng)是非常必要的。 目前，主要的自動(dòng)貼標(biāo)技術(shù)有三種: 1“吸貼法”(或“氣吸法”) 這是最普通的貼標(biāo)技術(shù).當(dāng)標(biāo)簽紙離開(kāi)傳送帶后，分布到真空墊上，真空墊 連接到一個(gè)機(jī)械裝置的末端。當(dāng)這個(gè)機(jī)械裝置伸展到標(biāo)簽與包裝件相接觸后， 就收縮回去，此時(shí)就將標(biāo)簽貼附到包裝件上。這種技術(shù)可靠地實(shí)現(xiàn)正確地貼標(biāo)， 且精度高，這種方法對(duì)于產(chǎn)品包裝件的高度有一定變化的頂部貼標(biāo)，或?qū)τ陔y 于搬動(dòng)的包裝件側(cè)面貼標(biāo)是非常適用的，但是它的貼標(biāo)速度較慢。 2“吹貼法” （或“射流法”) 這種技術(shù)的某些運(yùn)作方式是與上述吸貼法相似的，就是將標(biāo)簽放置到真空 表面墊上固定，直到貼附動(dòng)作開(kāi)始為止。但在本方法中真空表面是保持不動(dòng)的， 標(biāo)簽固定和定位在一個(gè)“真空柵 ”上， “真空柵”為一個(gè)上面具有幾百個(gè)小孔的 平面，這些小孔是用來(lái)維持形成“空氣射流”的。由這些“空氣射流”吹出一 股壓縮空氣，壓力很強(qiáng)，使真空柵上標(biāo)簽移動(dòng)，讓它貼附到被包裝物品上.這是 一項(xiàng)稍具復(fù)雜性的技術(shù)，它具有較高的精度和可靠性。 3“擦貼法”(或“刷貼法”) 第三種貼標(biāo)方法稱為同步貼標(biāo)法，也可稱作“擦貼法” 、 “刷貼法”或“接 觸粘貼法” 。在貼標(biāo)時(shí)，當(dāng)標(biāo)簽的前緣部分粘附到包裝上后，產(chǎn)品就馬上帶走標(biāo) 簽。在這一種貼標(biāo)機(jī)中，只有當(dāng)包裝件通過(guò)速度與標(biāo)簽分配速度一致時(shí)，這種 方法才能成功。這是一項(xiàng)需要維持連續(xù)作業(yè)的技術(shù)。此外，為使標(biāo)簽的貼附滿 足完整恰當(dāng)?shù)囊?，像刷子或滾筒那樣的第二套裝置也是不可缺少的。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1.2 選題背景與意義 近年來(lái)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，人們對(duì)產(chǎn)品外包裝的要求越來(lái)越高。 在包裝件或產(chǎn)品上加上適當(dāng)?shù)臉?biāo)簽，不僅可以清晰地表示出產(chǎn)品的商標(biāo)、主要 參數(shù)、使用說(shuō)明等信息，而且美觀的產(chǎn)品標(biāo)簽還有助于提升公司形象，促進(jìn)產(chǎn) 品的銷(xiāo)售。自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)是在包裝件或產(chǎn)品上加上標(biāo)簽的一種自動(dòng)化設(shè)備。目前 所使用的貼標(biāo)機(jī)中，多采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，制造成 本較高。采用氣動(dòng)技術(shù)，不僅可以做到機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有綠色環(huán)保、防 火、防爆、耐高溫等特點(diǎn)，同時(shí)輸出力及輸出速度易于調(diào)節(jié)，可以最大限度地 保護(hù)包裝物品。因此，研究和開(kāi)發(fā)基于氣動(dòng)技術(shù)的自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)，具有實(shí)用價(jià)值。 自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)具有以下特點(diǎn): 1) 一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)速度快，動(dòng)作精度高。為滿足性能要求，對(duì)零件的 剛度要求和表面質(zhì)量等都有較高的要求。 2) 用于食品和藥品的包裝機(jī)要便于清洗，與食品和藥品接觸的部位要用不 銹鋼或經(jīng)化學(xué)處理的無(wú)毒材料制成。 3) 進(jìn)行包裝作業(yè)時(shí)的工藝力一般都較小。 4) 一般都采用無(wú)級(jí)變速裝置，以便靈活調(diào)整速度、調(diào)節(jié)生產(chǎn)能力。 5)特殊類型的專業(yè)機(jī)械，種類多，生產(chǎn)數(shù)量有限。 隨著各種貼標(biāo)技術(shù)的深入發(fā)展，貼標(biāo)機(jī)正向著以下幾個(gè)發(fā)展方向: 1)高生產(chǎn)率、高可靠性、高精度、好的柔性和靈活性，注重成套性和配套 性; 2)自動(dòng)化程度不斷提高，過(guò)去的手工半手工的復(fù)雜作業(yè)，己被半自動(dòng)或自 動(dòng)的貼標(biāo)機(jī)所取代，且逐漸向控制智能化的方向發(fā)展; 3)先進(jìn)的機(jī)電技術(shù)和新元件被綜合應(yīng)用于貼標(biāo)機(jī)中，并通過(guò)采用先進(jìn)的設(shè) 計(jì)方法提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短制造周期。 貼標(biāo)機(jī)作為包裝生產(chǎn)線的一個(gè)重要組成部分，直接影響到包裝質(zhì)量，因此 要努力提高貼標(biāo)質(zhì)量，根據(jù)貼標(biāo)要求從設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)試等方面綜合考 慮，以較低的成本滿足貼標(biāo)機(jī)的功能要求。 1.3 研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)的測(cè)定還是由人工完成，其自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi) 還是個(gè)空白。隨著社會(huì)的發(fā)展，人工檢測(cè)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)對(duì)生產(chǎn)率的要 求，采用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)并配備自動(dòng)化檢測(cè)裝置將大大提高企業(yè)生產(chǎn)的效率，減 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 少人員的投入，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)前景和顯著的社會(huì)效益。 1.4 本文的結(jié)構(gòu) 本文以貼標(biāo)機(jī)械手的研發(fā)工程項(xiàng)目作為應(yīng)用背景，對(duì) 8031 單片機(jī)的擴(kuò)展技 術(shù)、步進(jìn)電機(jī)的恒流斬波技術(shù)進(jìn)行了研究。全文共分為六章，各章的主要內(nèi)容 如下： 第一章扼要地介紹了母導(dǎo)線、自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)的概念、特點(diǎn)與相關(guān)研究背景； 第二章研究了母導(dǎo)線參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)； 第三章對(duì)貼標(biāo)機(jī)進(jìn)行了研究，給出了外部擴(kuò)展電路的控制方案，并討論了 單片機(jī)的擴(kuò)展相關(guān)外部電路的設(shè)計(jì)方法； 第四章對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了研究，給出了四相八拍步進(jìn)電機(jī)的控制方案，并 討論了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方法； 第五章介紹了用 Protel 99SE 繪制原理圖的過(guò)程其中遇到的問(wèn)題及解決方法。 第六章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問(wèn)題和進(jìn)一步研究的方向。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 母導(dǎo)線參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2.1 母導(dǎo)線簡(jiǎn)介 母 線 是 一 種 可 與 幾 條 電 路 分 別 連 接 的 低 阻 抗 導(dǎo) 體 ； 母 導(dǎo) 線 由 絕 緣 材 料 包 裹 的 幾 條 并 排 母 線 加 上 金 屬 外 殼 封 裝 而 成 。 母 導(dǎo) 線 是 低 壓 供 電 系 統(tǒng) 中 負(fù) 責(zé) 傳 輸 電 能 、 分 配 電 能 的 一 種 新 型 的 配 電 設(shè) 備 ， 由 于 母 導(dǎo) 線 具 有 載 流 能 力 大 、 防 護(hù) 等 級(jí) 高 、 分 配 電 能 方 便 、 安 全 可 靠 等 優(yōu) 點(diǎn) 是 替 代 傳 統(tǒng) 的 電 纜 和 電 纜 橋 架 輸 配 電 系 統(tǒng) 的 更 新 換 代 產(chǎn) 品 ,尤 其 在 大 電 流 輸 送 電 方 面 母 導(dǎo) 線 居 于 主 導(dǎo) 地 位 ， 其 輸 電 能 力 在 200A～ 5000A, 母 導(dǎo) 線 由 許 多 個(gè) 直 線 單 元 和 若 干 個(gè) 彎 曲 單 元 連 接 組 成 。 與 傳 統(tǒng) 的 電 纜 配 電 方 式 比 較 ， 母 導(dǎo) 線 具 有 體 積 小 、 輸 送 電 流 大 、 安 全 可 靠 、 拆 裝 方 便 、 基 建 與 配 電 施 工 互 不 相 擾 ， 一 次 投 資 可 反 復(fù) 使 用 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 是 一 種 理 想 的 配 電 產(chǎn) 品 。 母 導(dǎo) 線 的 安 裝 可 直 接 從 變 壓 器 接 到 低 壓 配 電 柜 ， 也 可 以 從 低 壓 柜 直 接 接 到 配 電 系 統(tǒng) 作 為 配 電 干 線 線 路 。 2.2 母導(dǎo)線分類 母 導(dǎo) 線 主 要 有 三 相 三 線 制 、 三 相 四 線 制 和 三 相 五 線 制 ， 其 中 又 有 單 通 道 和 雙 通 道 之 分 ， 截 面 如 圖 2.1 所 示 。 按 制 造 工 藝 和 用 途 ， 又 可 以 分 為 ： 密 集 型 母 導(dǎo) 線 、 空 氣 型 母 導(dǎo) 線 、 高 性 能 型 母 導(dǎo) 線 、 耐 火 型 母 導(dǎo) 線 、 防 水 型 母 導(dǎo) 線 、 絕 緣 型 母 導(dǎo) 線 ； 按 其 外 殼 材 料 分 為 鋼 外 殼 、 鋁 合 金 外 殼 和 鋼 鋁 混 合 外 殼 母 導(dǎo) 線 ； 按 其 導(dǎo) 體 材 料 分 有 銅 導(dǎo) 體 和 鋁 導(dǎo) 體 母 導(dǎo) 線 等 。 2.3 母 導(dǎo) 線 基 本 結(jié) 構(gòu) （1）外 殼 母 導(dǎo) 線 外 殼 由 優(yōu) 質(zhì) 鋼 和 鋁 組 成 ， 以 減 少 磁 滯 渦 流 損 耗 ， 完 成 面 噴 涂 灰 色 環(huán) 氧 樹(shù) 脂 ， 對(duì) 外 表 加 以 保 護(hù) 。 母 導(dǎo) 線 外 殼 完 全 封 閉 以 免 機(jī) 械 損 傷 和 灰 塵 積 聚 ， 而 且 采 用 50%容 量 的 整 個(gè) 外 殼 鋁 質(zhì) 接 地 導(dǎo) 體 ， 由 于 這 導(dǎo) 體 是 母 導(dǎo) 線 外 殼 的 一 部 分 ， 當(dāng) 發(fā) 生 高 容 量 的 接 地 故 障 時(shí) ， 可 有 效 接 地 和 保 護(hù) 整 個(gè) 系 統(tǒng) 。 （2）連 接 裝 置 母 導(dǎo) 線 的 連 接 裝 置 是 使 用 螺 栓 ， 其 材 料 為 高 強(qiáng) 度 鋼 、 彈 簧 墊 片 為 寬 沿 以 確 保 壓 力 在 整 個(gè) 受 壓 面 上 的 均 勻 分 布 ， 螺 栓 為 雙 頭 設(shè) 計(jì) ， 有 力 矩 指 示 （ 81—108N·m） ， 處 于 地 電 位 ， 在 母 線 全 部 檢 測(cè) 后 扭 斷 力 矩 螺 栓 ， 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 以 達(dá) 到 壓 緊 力 矩 。 800A 及 以 上 的 母 導(dǎo) 線 可 以 在 不 影 響 鄰 母 導(dǎo) 線 段 的 情 況 下 ， 拆 除 一 段 ， 也 可 以 在 要 求 電 氣 隔 離 的 情 況 下 ， 拆 除 連 接 裝 置 。 （3）母 線 母 線 采 用 表 面 度 銀 的 銅 排 作 為 導(dǎo) 電 材 料 。 導(dǎo) 電 排 的 外 表 面 均 采 用 B 級(jí) 130°聚 脂 膠 片 以 達(dá) 到 長(zhǎng) 期 絕 緣 效 果 。 在 額 定 負(fù) 載 電 流 下 ， 母 線 槽 內(nèi) 任 何 一 點(diǎn) 的 溫 升 不 應(yīng) 高 出 周 圍 環(huán) 境 55°C。 800A 及 意 識(shí) 的 直 線 饋 線 和 插 入 式 母 導(dǎo) 線 為 三 明 治 結(jié) 構(gòu) ， 除 開(kāi) 口 處 ， 其 余 部 分 母 線 各 層 無(wú) 空 間 存 在 ， 防 止 煙 囪 效 應(yīng) 。 （4）插 接 口 每 條 標(biāo) 準(zhǔn) 插 接 母 導(dǎo) 線 為 3.05m 長(zhǎng) ， 在 每 條 母 導(dǎo) 線 兩 個(gè) 側(cè) 面 均 有 插 接 口 ， 插 接 口 上 有 活 頁(yè) 門(mén) 作 保 護(hù) ， 插 接 口 間 距 為 610mm。 在 插 接 箱 安 全 插 入 之 前 應(yīng) 使 檢 查 開(kāi) 口 方 便 可 行 ， 明 確 標(biāo) 注 插 接 口 母 線 的 相 序 。 1 2 3 4 5 6 7 a) b) c） d） 圖 2.1 母 導(dǎo) 線 截 面 圖 1—絕 緣 墊 塊 2—固 定 螺 栓 3—導(dǎo) 電 排 4—絕 緣 層 5—側(cè) 板 6—蓋 板 7—外 殼 螺 栓 母 導(dǎo) 線 結(jié) 構(gòu) （ 圖 2.2） ： 由 絕 緣 墊 塊 （ 酚 醛 塑 料 ） 、 固 定 螺 栓 、 導(dǎo) 電 排 、 絕 緣 層 （ 聚 四 氟 乙 烯 ） 、 側(cè) 板 、 蓋 板 和 外 殼 螺 栓 等 部 件 組 成 。 母 導(dǎo) 線 應(yīng) 用 范 圍 廣 ， 適 用 于 高 層 建 筑 、 多 層 工 業(yè) 工 房 、 機(jī) 床 密 集 的 車(chē) 間 、 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 產(chǎn) 品 工 藝 多 變 的 車(chē) 間 、 老 車(chē) 間 和 廠 房 的 改 造 ， 以 及 各 種 實(shí) 驗(yàn) 室 、 展 覽 館 、 體 育 館 、 賓 館 等 場(chǎng) 所 作 電 力 饋 電 和 配 電 使 用 。 可 以 應(yīng) 用 于 多 個(gè) 行 業(yè) 的 許 多 場(chǎng) 合 ； 防 護(hù) 等 級(jí) 高 ， 可 廣 泛 應(yīng) 用 于 室 內(nèi) 、 戶 外 、 地 下 、 水 中 和 含 有 腐 蝕 性 氣 體 等 特 殊 環(huán) 境 中 。 圖 2.2 母 導(dǎo) 線 結(jié) 構(gòu) 母 導(dǎo) 線 的 相 關(guān) 技 術(shù) 參 數(shù) 執(zhí) 行 GB7251.2 的 相 關(guān) 規(guī) 定 。 其 主 要 參 數(shù) 有 ： 額 定 電 流 及 電 壓 ， 介 電 性 能 ， 絕 緣 電 阻 ， 結(jié) 構(gòu) 強(qiáng) 度 和 防 護(hù) 等 級(jí) 等 ， 產(chǎn) 品 型 號(hào) 標(biāo) 識(shí) 如 圖 2.3 所 示 。 母 導(dǎo) 線 的 參 數(shù) 性 能 要 求 達(dá) 到 ： 1） 母 導(dǎo) 線 保 證 在 額 定 工 作 電 流 及 110%的 額 定 電 壓 下 長(zhǎng) 期 正 常 作 。 2） 母 導(dǎo) 線 單 元 應(yīng) 承 受 交 流 2500V（ 有 效 值 ） 的 工 頻 耐 壓 ， 歷 時(shí) 1min 無(wú) 擊 穿 或 閃 絡(luò) 現(xiàn) 象 。 3） 母 導(dǎo) 線 單 元 相 與 相 之 間 及 外 殼 之 間 的 絕 緣 電 阻 均 不 低 于 20 歐 姆 。 4） 母 導(dǎo) 線 2m 長(zhǎng) 度 中 間 能 承 受 2m 母 導(dǎo) 線 本 身 重 量 加 90kg 的 靜 負(fù) 荷 ， 不 影 響 其 性 能 ， 母 導(dǎo) 線 連 接 處 能 承 受 1.5m 母 導(dǎo) 線 重 量 加 90kg 的 靜 負(fù) 荷 ， 不 影 響 其 性 能 。 5） 防 護(hù) 等 級(jí) 為 IP40。 圖 2.3 母 導(dǎo) 線 產(chǎn) 品 型 號(hào) 2.4 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)組成 母 導(dǎo) 線 自 動(dòng) 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 主 要 由 一 個(gè) 上 位 機(jī) （ PC） 、 運(yùn) 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) （ 或 稱 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 下 位 機(jī) ） 、 母 導(dǎo) 線 參 數(shù) 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 、 貼 標(biāo) 機(jī) 、 氣 壓 系 統(tǒng) 、 輔 助 動(dòng) 作 執(zhí) 行 結(jié) 構(gòu) 、 包 裝 機(jī) 構(gòu) 、 定 位 機(jī) 構(gòu) 、 步 進(jìn) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 等 組 成 ， 并 配 備 了 相 關(guān) 的 傳 輸 機(jī) 構(gòu) 、 打 印 機(jī) 等 ， 如 圖 2.4 所 示 。 圖 2.4 自 動(dòng) 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 的 組 成 上 位 機(jī) （ PC） 主 要 負(fù) 責(zé) 母 導(dǎo) 線 自 動(dòng) 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 的 總 體 控 制 ， 控 制 下 位 機(jī) 、 接 收 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 檢 測(cè) 數(shù) 據(jù) 、 打 印 檢 測(cè) 結(jié) 果 及 控 制 貼 標(biāo) 機(jī) 貼 標(biāo) 。 下 位 機(jī) 由 8031 單 片 機(jī) 構(gòu) 成 ， 主 要 控 制 氣 缸 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 和 步 進(jìn) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 相 應(yīng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 單 元 根 據(jù) 控 制 系 統(tǒng) 發(fā) 出 的 控 制 信 號(hào) 動(dòng) 作 。 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 由 8031 及 外 圍 電 路 組 成 ， 接 收 上 位 機(jī) 控 制 信 號(hào) ， 控 制 貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 ， 抓 取 打 印 機(jī) 打 印 的 標(biāo) 簽 并 粘 貼 到 母 導(dǎo) 線 外 殼 上 。 定 位 機(jī) 構(gòu) 是 由 氣 缸 驅(qū) 動(dòng) 的 。 2.5 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)控制流程 上位機(jī) 打印機(jī) 下位機(jī) 檢測(cè)系統(tǒng) 氣壓傳動(dòng) 系統(tǒng) 功率放大系統(tǒng) 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 測(cè)試臺(tái) 母導(dǎo)線 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （氣缸） 貼標(biāo)機(jī) 母導(dǎo)線 包裝機(jī)構(gòu) 定位機(jī)構(gòu) 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 檢測(cè)平臺(tái)傳送電機(jī)啟動(dòng) 檢測(cè)臺(tái)母線槽縱向定位缸升起 母線槽傳送電機(jī)停止 左端側(cè)向定位缸啟動(dòng) 右端側(cè)向定位缸啟動(dòng) 連接絕緣強(qiáng)度檢測(cè)儀 兩檢測(cè)頭移動(dòng)檢測(cè)并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給上位機(jī) 檢測(cè)完后回起點(diǎn) 連接檢測(cè)電阻的微歐計(jì) 兩檢測(cè)頭移動(dòng)檢測(cè)并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給上位機(jī) 開(kāi)始 Y 左、右端側(cè)向定位缸到 位？ 母線槽縱向到位？ A N Y N 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 兩個(gè)檢測(cè)頭回原點(diǎn) 前后檢測(cè)頭側(cè)向定位缸退回 檢測(cè)臺(tái)縱向定位缸退回 檢測(cè)臺(tái)傳送電機(jī)啟動(dòng) 包裝臺(tái)傳送電機(jī)啟動(dòng) 包裝臺(tái)縱向定位缸升起 母線槽離開(kāi)檢測(cè)臺(tái)后檢測(cè)臺(tái)電機(jī)停轉(zhuǎn) 母線槽到達(dá)包裝臺(tái)后包裝臺(tái)電機(jī)停轉(zhuǎn) 發(fā)信給上位機(jī)啟動(dòng)貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo) 貼標(biāo)結(jié)束后，包裝氣缸升起 延時(shí)，包裝 定位缸退回 包裝缸退回 結(jié) 束 A 圖 2.5 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)控制流程圖 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 3.1 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)概述 貼 標(biāo) 機(jī) 是 一 個(gè) 三 坐 標(biāo) 機(jī) 構(gòu) ， 由 X 軸 （ 橫 向 運(yùn) 動(dòng) ） 、 Y 軸 （ 垂 直 運(yùn) 動(dòng) ） 、 Z 軸 （ 縱 向 運(yùn) 動(dòng) ） 組 成 ， 三 個(gè) 軸 分 別 由 三 個(gè) 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) ， 通 過(guò) 機(jī) 械 傳 動(dòng) 裝 置 ， 控 制 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) 貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 的 運(yùn) 動(dòng) ， 實(shí) 現(xiàn) 粘 貼 標(biāo) 簽 的 具 體 動(dòng) 作 ， 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 如 圖 3.1 所 示 。 其 中 貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 由 一 個(gè) 兩 位 三 通 電 磁 閥 （ 圖 中 未 畫(huà) 出 ） 控 制 的 薄 膜 氣 缸 、 抽 風(fēng) 扇 和 壓 標(biāo) 頭 等 機(jī) 械 部 件 組 成 。 通 過(guò) 抽 風(fēng) 扇 抽 風(fēng) ， 形 成 負(fù) 壓 吸 附 標(biāo) 簽 。 貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 在 三 坐 標(biāo) 方 向 移 至 母 導(dǎo) 線 外 殼 表 面 ， 薄 膜 氣 缸 上 腔 進(jìn) 氣 ， 壓 標(biāo) 頭 伸 出 將 標(biāo) 簽 壓 貼 在 母 導(dǎo) 線 外 殼 表 面 上 。 Y2 1 X Z 6 3 4 5 7 圖 3.1 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 示 意 圖 1—X 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 2—Y 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 3—薄 膜 氣 缸 4—吸 標(biāo) 風(fēng) 扇 5—貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 6—壓 標(biāo) 頭 7—Z 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 3.2 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制方案擬定 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 3.2.1 總體方案設(shè)計(jì) 如 圖 3.2 所 示 ， 選 用 8031 單 片 機(jī) 作 為 CPU， 擴(kuò) 展 控 制 系 統(tǒng) ， 輸 出 分 別 控 制 X 軸 、 Y 軸 和 Z 軸 方 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 脈 沖 信 號(hào) ， 經(jīng) 光 電 耦 合 器 輸 出 ， 由 89C2051 單 片 機(jī) 對(duì) 各 軸 正 反 轉(zhuǎn) 脈 沖 進(jìn) 行 相 序 分 配 ， 利 用 恒 流 斬 波 電 路 對(duì) 環(huán) 型 分 配 后 的 信 號(hào) 進(jìn) 行 放 大 ， 形 成 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 四 相 驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào) ， 最 終 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 各 軸 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 控 制 。 貼標(biāo)機(jī)控 制系統(tǒng) 光 耦 光 耦 光 耦 貼標(biāo)頭開(kāi)關(guān)量 輸出接口 X 軸相序分配 X 軸驅(qū)動(dòng)器 X 軸步進(jìn)電機(jī) Y 軸相序分配 Y 軸驅(qū)動(dòng)器 Y 軸步進(jìn)電機(jī) Z 軸相序分配 Z 軸驅(qū)動(dòng)器 Z 軸步進(jìn)電機(jī) 圖 3.2 總 體 控 制 方 案 框 圖 3.2.2 貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 如 圖 3.3 所 示 ， 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 采 用 8031 單 片 機(jī) 作 為 CPU。 8031 單 片 機(jī) 是 控 制 系 統(tǒng) 的 核 心 ， 控 制 貼 標(biāo) 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 。 手 動(dòng) 按 鈕 接 8031 的 P1 口 ， 對(duì) 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 進(jìn) 行 手 動(dòng) 控 制 ， 手 動(dòng) 操 作 X 軸 、 Y 軸 和 Z 軸 的 移 動(dòng) 。 用 2764 芯 片 外 擴(kuò) 8KB 程 序 存 儲(chǔ) 器 （ ROM） ， 存 儲(chǔ) 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 的 控 制 程 序 。 用 6264 芯片外擴(kuò) 4KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，存 儲(chǔ) 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 的 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 。 四 位 LED 顯 示 ， 一 位 用 “米 ”字 型 16 段 管 ， 用 來(lái) 顯 示 字 母 X、 Y 和 Z， 其 它 三 位 用 7 段 管 ， 分 別 顯 示 百 、 十 、 個(gè) 位 數(shù) 值 。 LED 顯 示 的 段 選 信 號(hào) 經(jīng) 74LS273 鎖 存 器 輸 出 ， 位 選 信 號(hào) 用 8031 的 P2 口 高 位 地 址 經(jīng) 74LS138 譯 碼 輸 出 。 鍵 盤(pán) 用 8255A 的 PC 口 擴(kuò) 展 ， 行 線 接 PC 口 高 四 位 ， 列 線 接 PC 口 低 四 位 ， 實(shí) 現(xiàn) 4×4 小 鍵 盤(pán) ， 分 別 設(shè) 置 0～ 9 數(shù) 字 鍵 ， X、 Y 和 Z 三 個(gè) 字 母 鍵 等 鍵 盤(pán) 按 鈕 。 輸 入 /輸 出 （ I/O） 接 口 也 由 8255A 擴(kuò) 展 ， 控 制 貼 標(biāo) 機(jī) 的 操 作 方 式 （ 手 動(dòng) 、 自 動(dòng) 和 鍵 盤(pán) 掃 描 ） 和 三 軸 的 正 負(fù) 行 程 限 位 等 信 號(hào) 。 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 脈 沖 信 號(hào) 經(jīng) 74LS273 鎖 存 輸 出 ， 經(jīng) 光 耦 電 路 隔 離 ， 接 貼 標(biāo) 機(jī) 各 軸 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 脈 沖 分 配 器 。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 8031 單片機(jī) ROM RAM 8255A74LS273 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 鍵盤(pán) I/O 接 口 手 動(dòng) 按 鈕 4 位 LED 顯示 圖 3.3 控 制 系 統(tǒng) 組 成 框 圖 3.3 CPU 選擇及其外圍電路設(shè)計(jì) MCS-51 系 列 中 ， 常 用 的 有 8031 和 8051 等 。 其 中 ,8031 內(nèi) 部 沒(méi) 有 ROM， 需 外 擴(kuò) 一 程 序 存 儲(chǔ) 器 。 根 據(jù) 母 導(dǎo) 線 控 制 系 統(tǒng) 的 要 求 ， 要 求 具 有 8KB 程 序 存 儲(chǔ) 器 ， 8051 內(nèi) 部 只 有 4KB 程 序 存 儲(chǔ) 器 ， 存 儲(chǔ) 空 間 仍 需 外 擴(kuò) ， 所 以 選 用 8031 單 片 機(jī) 。 8031 具 有 價(jià) 格 低 、 功 能 強(qiáng) 、 使 用 靈 活 、 開(kāi) 發(fā) 方 便 等 特 點(diǎn) ， 適 合 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 控 制 。 3.3.1 單片機(jī) 8031 簡(jiǎn)介 制 造 工 藝 為 HMOS 的 MCS-51 單 片 機(jī) 都 采 用 40 只 引 腳 的 雙 列 直 插 封 裝 （ DIP） 方 式 ， 8031 引 腳 如 圖 3.4 所 示 。 I/O 口 線 ： P0、 P1、 P2、 P3 共 四 個(gè) 8 位 口 ； 控 制 口 線 ： （ 片 外 取 指 控 制 ） 、 ALE（ 地 址 鎖 存 控 制 ） 、PEN （ 片 外 存 儲(chǔ) 器 選 擇 ） 、 RESET（ 復(fù) 位 控 制 ） ； 電 源 及 時(shí) 鐘 ： Vcc（ 接 +5VEA 電 源 ） 、 Vss（ 接 地 ） ； XTAL1 和 XTAL2 接 外 部 晶 體 振 蕩 器 。 當(dāng) 8031 單 片 機(jī) 外 擴(kuò) 程 序 存 儲(chǔ) 器 、 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 或 輸 入 輸 出 端 口 時(shí) ， 外 部 芯 片 需 要 8031 為 其 提 供 地 址 總 線 、 數(shù) 據(jù) 總 線 和 控 制 總 線 ， 如 圖 3.5 所 示 。 地 址 總 線 （ AB） 寬 度 為 16 位 ， 可 訪 問(wèn) 64KB 的 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 和 64KB 的 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 。 低 8 位 地 址 總 線 （ A0～ A7） 由 P0 口 經(jīng) 地 址 鎖 存 器 提 供 ， 高 8 位 地 址 總 線 （ A8～ A15） 直 接 由 P2 口 提 供 。 數(shù) 據(jù) 總 線 寬 度 為 8 位 ,由 P0 口 提 供 。 控 制 總 線 （ CB） 由 P3 口 的 第 二 功 能 狀 態(tài) 和 4 根 獨(dú) 立 的 控 制 線 RESET、 、 ALE 和 組 成 。 SN 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 3.4 8031 引 腳 圖 圖 3.5 8031 片 外 總 線 結(jié) 構(gòu) 3.3.2 單片機(jī) 8031 的時(shí)鐘及復(fù)位電路 1. 時(shí) 鐘 電 路 單 片 機(jī) 8031 雖 然 有 內(nèi) 部 振 蕩 電 路 ， 但 要 形 成 時(shí) 鐘 ， 必 須 外 部 附 加 電 路 。 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 用 內(nèi) 部 時(shí) 鐘 方 式 ， 在 XTAL1、 XTAL2 引 腳 上 外 接 晶 體 以 及 電 容 C1 和 C2 構(gòu) 成 并 聯(lián) 諧 振 電 路 ， 使 內(nèi) 部 振 蕩 器 產(chǎn) 生 自 激 振 蕩 ， 如 圖 3.6 所 示 。 2. 復(fù) 位 電 路 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 采 用 按 鈕 復(fù) 位 和 內(nèi) 部 中 斷 復(fù) 位 相 結(jié) 合 。 在 8031 復(fù) 位 端 RESET 上 接 如 圖 3.6 所 示 電 路 ， 當(dāng) 上 電 或 按 動(dòng) 按 鈕 S00 或 急 停 按 紐 S100 后 ， 復(fù) 位 端 RESET 上 出 現(xiàn) 高 電 平 ， 便 能 可 靠 地 實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 位 。 圖 3.6 時(shí)鐘及復(fù)位電路 3.4 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 3.4.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 1. 程序存儲(chǔ)器芯片選擇 EPROM 是可擦除、可編程只讀存儲(chǔ)器，母導(dǎo)線貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)中，只需 擴(kuò)展 8KB 空間的程序存儲(chǔ)器，用一片 2764（8K×8）芯片就可滿足要求。圖 3.7 所示為 2764 芯片引腳。圖中，A0～A12 為地址線，D0～D7 為數(shù)據(jù)輸出線， 為片選端， 為輸出允許端， 為編程脈沖端，NC 為未連接端，VppCEOEPGM 為編程 電 壓 端 ， Vcc 為 +5V， GND 為 地 。 圖 3.7 2764 引腳圖 圖 3.8 6264 引腳圖 2. 程 序 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 展 電 路 圖 程 序 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 展 時(shí) ， 一 般 擴(kuò) 展 容 量 大 于 256 字 節(jié) ， 因 此 ， EPROM 片 內(nèi) 地 址 線 除 了 由 P0 口 經(jīng) 鎖 存 器 提 供 8 位 地 址 線 外 ， 還 需 由 P2 口 提 供 若 干 地 址 線 。 EPROM 所 需 地 址 線 數(shù) 決 定 于 EPROM 的 容 量 ， 當(dāng) EPROM 為 2KB 時(shí) 地 址 線 為 11 根 ， 4KB 時(shí) 地 址 線 為 12 根 ， 8KB 時(shí) 地 址 線 為 13 根 ， 以 此 類 推 。 所 需 的 高 位 地 址 線 由 P2 口 提 供 。 如 圖 3.9 所 示 ， 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 外 擴(kuò) 8KB 程 序 存 儲(chǔ) 器 ， 8031 的 P0 口 經(jīng) 74LS373 鎖 存 器 接 2764 的 8 根 地 址 線 A0～ A7， 8031 的 P2.0～ P2.4 接 2764 的 另 5 根 地 址 線 A8～ A12。 8031 單 片 機(jī) P0 口 接 2764 的 數(shù) 據(jù) 線 D0～ D7,ALE（ 允 許 地 址 鎖 存 ） 接 鎖 存 器 CLK 端 （ 11 腳 ） ， 由 于 是 分 時(shí) 使 用 ， 先 輸 出 外 部 存 儲(chǔ) 器 的 低 8 位 地 址 ， 故 應(yīng) 在 外 部 加 鎖 存 器 將 地 址 數(shù) 據(jù) 鎖 存 ， 地 址 鎖 存 信 號(hào) 用 ALE。 然 后 ， P0 口 才 作 為 數(shù) 據(jù) 口 使 用 。 根 據(jù) 程 序 存 儲(chǔ) 器 電 路 的 連 線 ， 確 定 2764 的 尋 址 范 圍 ， 如 表 3.1 所 示 。 3.4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 1. 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 芯 片 選 擇 表 3.1 程 序 存 儲(chǔ) 器 地 址 表 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 地 址 線 A15 A14 A13 A12 A11 … A1 A0 地 址 0 0 0 0 0 … 0 0 0000H 0 0 0 0 0 … 0 1 0001H 0 0 0 0 0 … 1 0 0002H ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ 0 0 0 1 1 … 1 0 1FFEH 0 0 0 1 1 … 1 1 1FFFH 8031 單 片 機(jī) 內(nèi) 部 有 128 個(gè) 字 節(jié) 的 RAM， 在 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 僅 靠 片 內(nèi) RAM 是 不 夠 的 ， 必 須 外 擴(kuò) 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 。 常 用 的 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 有 靜 態(tài) RAM（ SRAM） 和 動(dòng) 態(tài) RAM（ DRAM） 兩 類 。 DRAM 一 般 用 于 存 儲(chǔ) 容 量 較 大 的 系 統(tǒng) 中 ， 而 且 DRAM 需 要 刷 新 邏 輯 電 路 以 保 持 數(shù) 據(jù) 信 息 的 不 丟 失 ， 電 路 設(shè) 計(jì) 較 復(fù) 雜 。 雖 然 DRAM 芯 片 具 有 容 量 大 、 功 率 低 、 價(jià) 格 便 宜 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 但 它 極 易 受 干 擾 ， 對(duì) 外 界 環(huán) 境 、 工 藝 結(jié) 構(gòu) 、 控 制 邏 輯 和 電 源 質(zhì) 量 等 的 要 求 都 很 高 。 因 此 ， 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 選 用 SRAM。 與 DRAM 相 比 ， SRAM 無(wú) 須 考 慮 保 持 數(shù) 據(jù) 而 設(shè) 置 的 刷 新 電 路 ， 故 擴(kuò) 展 電 路 較 簡(jiǎn) 單 。 在 8031 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 中 ， 當(dāng) 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 量 較 小 時(shí) ， 最 常 用 的 靜 態(tài) 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 RAM 芯 片 有 6116（ 2K×8） 和 6264（ 8K×8） 兩 種 。 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 要 求 外 擴(kuò) 不 大 于 4K 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 ， 故 6264 芯 片 能 滿 足 要 求 。 6264 是 8K×8 位 靜 態(tài) 隨 機(jī) 存 儲(chǔ) 器 芯 片 ， 采 用 CMOS 工 藝 制 作 ， 28 線 雙 直 插 式 封 裝 ， 其 引 腳 如 圖 3.8 所 示 。 A0～ A12 為 片 內(nèi) 13 位 地 址 線 ； D0～ D7 位 8 位 數(shù) 據(jù) 線 ； 和 CS2 為 片 選 端 。 、 為 讀 、 寫(xiě) 信 號(hào) 線 。 1EWR 2. 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 展 電 路 如圖 3.9 所示，6264 芯片低 8 位地址線 A0～ A7 與 8031 單片機(jī) P0 口經(jīng)地 址鎖存器 74LS373 鎖存輸出相連接；高 4 位地址線 A8～A11 與 8031 單片機(jī) P2.0～P2.3 直接相連（A12 接地當(dāng) 4K 存儲(chǔ)器使用） ；數(shù)據(jù)線 D0～D7 直接與 8031P0 口相連；片選 由 8031 高位地址 P2.4～P2.7 經(jīng) 74LS138 地址譯碼控1CS 制；片選 CS2 保持高電平。 6264 芯片的寫(xiě)信號(hào)接掉電保護(hù)電路。掉電保護(hù)電路 帶有后備電池，在系統(tǒng)掉電瞬間，自動(dòng)保護(hù) RAM 中有用的信息和系統(tǒng)的運(yùn)行 狀態(tài)。當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，能自動(dòng)恢復(fù)掉電前的工作狀態(tài)。 根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路，確定 6264 芯片的尋址范圍，見(jiàn)表 3.2。 表 3.2 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 地 址 表 地 址 線 地 址 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 A15 A14 A13 A12 … A1 A0 1 1 1 0 … 0 0 EOOOH 1 1 1 0 … 0 1 E001H ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ 1 1 1 0 … 1 0 EFFEH 1 1 1 0 … 1 1 EFFFH 圖 3.9 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 展 電 路 圖 3.5 顯示電路設(shè)計(jì) 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 單片機(jī)的顯示器主要有 LED（Light-emitting Diode,發(fā)光二極管顯示器）和 LCD（Liquid Crystal Display,液晶顯示器）兩種。其中 LED 的結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì) 更為簡(jiǎn)單，價(jià)格也更低廉，所以貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)選用 LED 顯示。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。所謂靜態(tài)顯示就是需要顯示 的字符在各字段連續(xù)通電，所顯示的字段連續(xù)發(fā)光。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是用掃 描的方法一位一位輪流點(diǎn)亮顯示器的各個(gè)位，對(duì)于顯示器的每一位來(lái)說(shuō)，每隔 一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，利用人眼視覺(jué)的暫留效應(yīng)，使得看上去好像幾位顯示器同 時(shí)在顯示，因此動(dòng)態(tài)顯示必須設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)掃描電路，以保證顯示的連續(xù)性。 雖然靜態(tài)顯示占用 硬件資源較多，但因?yàn)橘N標(biāo)機(jī)系統(tǒng)只用 4 位 LED 顯示， 位數(shù)較少，增加硬件不多，同時(shí)考慮到動(dòng)態(tài)顯示占用 CPU 時(shí)間較多，所以貼標(biāo) 機(jī)系統(tǒng)選用靜態(tài)顯示。 3.5.1 LED 顯示器簡(jiǎn)介 LED 顯 示 器 由 發(fā) 光 二 極 管 構(gòu) 成 的 字 段 組 成 的 ， 有 7 段 （ 不 含 小 數(shù) 點(diǎn) 段 ） 和 16 段 （ “米 ”字 ） 管 兩 類 ， 如 圖 3.10 所 示 ， 這 種 顯 示 器 又 有 共 陰 極 和 共 陽(yáng) 極 之 分 。 當(dāng) 一 個(gè) 或 幾 個(gè) 發(fā) 光 二 極 管 的 陽(yáng) 極 為 高 電 平 時(shí) ， 相 應(yīng) 的 段 被 點(diǎn) 亮 即 顯 示 。 如 果 加 到 各 段 陽(yáng) 極 上 的 代 碼 不 同 ， 則 控 制 顯 示 不 同 的 字 符 或 數(shù) 字 。 這 個(gè) 代 碼 稱 為 段 選 碼 ， 也 叫 字 形 碼 。 表 3.3 列 出 了 7 段 LED 顯 示 數(shù) 字 0～ 9 的 a) b) 對(duì) 應(yīng) 段 選 碼 。 7 段 LED 顯 圖 3.10 LED 顯 示 器 示 器 一 般 都 有 dp 顯 示 段 a)七 段 顯 示 器 b)十 六 段 顯 示 器 用 于 顯 示 小 數(shù) 點(diǎn) 實(shí) 際 上 為 8 段 ， 所 以 它 的 段 選 碼 為 一 個(gè) 字 節(jié) 。 段 選 碼 的 編 碼 順 序 從 最 高 位 到 最 低 位 分 別 對(duì) 應(yīng) dp、 g、 f、 e、 d、 c、 b、 a 段 。 3.5.2 LED 顯示電路 根 據(jù) 對(duì) 貼 標(biāo) 頭 運(yùn) 動(dòng) 范 圍 的 估 計(jì) ， 三 個(gè) 軸 各 自 的 行 程 不 超 過(guò) 一 米 ， 所 以 用 三 位 LED 顯 示 數(shù) 值 ， 最 大 顯 示 值 為 999mm， 即 可 滿 足 顯 示 要 求 。 “米 ”字 型 LED 顯 示 X、 Y、 Z 三 軸 坐 標(biāo) 字 母 。 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 的 LED 顯 示 ， 段 選 信 號(hào) 由 8031 單 片 機(jī) P0 口 輸 出 ， 經(jīng) 74LS273 鎖 存 器 接 各 位 LED 段 選 信 號(hào) 端 ； 位 選 信 號(hào) 用 8031 的 P2 口 高 位 （ P2.7、 P2.6、 P2.5） 經(jīng) 74LS138 譯 碼 器 地 址 譯 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 碼 ， 形 成 5 個(gè) 不 同 的 入 口 地 址 ， 接 各 位 74LS273 的 片 選 端 ， 控 制 各 位 LED 選 通 顯 示 ， 接 口 電 路 如 圖 3.12 所 示 ， 圖 中 LED1 用 于 顯 示 字 母 X、 Y、 Z， LED2 用 于 顯 示 百 位 數(shù) 值 ， LED3 用 于 顯 示 十 位 數(shù) 值 ， LED4 用 于 顯 示 個(gè) 位 數(shù) 值 。 表 3.3 七 段 LED 顯 示 器 段 選 碼 顯 示 字 符 共 陰 極 型 共 陽(yáng) 極 型 顯 示 字 符 共 陰 極 型 共 陽(yáng) 極 型 0 3FH C0H 5 6DH 92H 1 06H F9H 6 7DH 82H 2 5BH A4H 7 07H F8H 3 4FH B0H 8 7FH 80H 4 66H 99H 9 6FH 90H 3.6 鍵盤(pán)擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 用 到 兩 個(gè) 鍵 盤(pán) 。 一 個(gè) 為 編 輯 鍵 盤(pán) ， 用 8255A 擴(kuò) 展 ， 鍵 盤(pán) 由 數(shù) 字 鍵 0～ 9， 字 母 鍵 X、 Y、 Z 等 組 成 。 當(dāng) 貼 標(biāo) 機(jī) 位 于 編 輯 狀 態(tài) 時(shí) ， 通 過(guò) 該 鍵 盤(pán) 輸 入 X 軸 、 Y 軸 和 Z 軸 坐 標(biāo) 的 位 移 量 。 另 一 個(gè) 為 手 動(dòng) 鍵 盤(pán) ， 用 8031 單 片 機(jī) P0 口 控 制 。 貼 標(biāo) 機(jī) 在 手 動(dòng) 方 式 時(shí) ， 按 下 手 動(dòng) 鍵 盤(pán) ， 可 以 實(shí) 現(xiàn) 貼 標(biāo) 機(jī) X 軸 、 Y 軸 和 Z 軸 正 、 負(fù) 方 向 的 手 動(dòng) 操 作 。 3.6.1 編輯鍵盤(pán)接口芯片選擇 8255A 作 為 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 常 用 的 可 編 程 I/O 接 口 得 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 對(duì) 于 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 來(lái) 說(shuō) ， 若 系 統(tǒng) 已 用 到 8255A， 在 8255A 資 源 足 夠 時(shí) ， 作 為 鍵 盤(pán) 的 接 口 無(wú) 需 再 專 門(mén) 增 加 芯 片 ， 所 以 用 8255A 擴(kuò) 展 編 輯 鍵 盤(pán) ， 不 僅 使 系 統(tǒng) 資 源 得 到 充 分 利 用 ， 而 其 使 電 路 設(shè) 計(jì) 更 為 簡(jiǎn) 單 。 8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接 口芯片，它具有 3 個(gè) 8 位的并行 I/O 口，具有三 種工作方式，可通過(guò)程序改變其功能，因而使用 靈活方便，通用性強(qiáng)，可 作 單 片 機(jī) 與 多 種 外 圍 設(shè) 備 連 接 時(shí) 的 中 間 接 口 電 路 。 8255A 的 引 腳 介 紹 如 圖 3.11 所 示 ， 圖 3.11 8255A 引 腳 圖 D7~D0 為 三 態(tài) 雙 向 數(shù) 據(jù) 線 ， 與 單 片 機(jī) 數(shù) 據(jù) 總 線 連 接 ， 用 來(lái) 傳 送 數(shù) 據(jù) 信 息 ； 為 片 選 信 號(hào) 端 ， 低 電 平 有 效 ， 表 示 芯 片 被 選 中 ； 為 讀 出 信 號(hào) 端 ， 低CE RD 電 平 有 效 ， 控 制 數(shù) 據(jù) 的 讀 出 ； WR 為 寫(xiě) 入 信 號(hào) 端 ， 低 電 平 有 效 ， 控 制 數(shù) 據(jù) 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 的 寫(xiě) 入 ； PA7~PA0 為 A 口 輸 入 /輸 出 線 ； PB7~PB0 為 B 口 輸 入 /輸 出 線 ； PC7~PC0 為 C 口 輸 入 /輸 出 線 ； A0～ A1 為 地 址 線 ， 用 來(lái) 選 擇 8255A 內(nèi) 部 端 口 。 RESET 接 復(fù) 位 信 號(hào) ； VCC 接 +5V 電 源 。 圖 3.12 LED 接 口 電 路 3.6.2 編輯鍵盤(pán)電路 南京工程學(xué)