绕线机的单片机控制系统设计-毕业名师(完整版)资料

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绕线机的单片机控制系统设计毕业名师（完整版）资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）2021届本科生毕业论文绕线机的单片机控制系统设计（论文）院系：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：指导教师：毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文《单片机剪切机控制系统》是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。毕业论文作者签名：2021年12月5日基于单片机的绕线机控制系统的设计目录摘要……………………2第一章绪论……………31.1提出问题确定设计方案……………………31.2研究方法和内容……………51.3本课题的研究意义和发展趋势……………6第二章控制系统硬件电路的设计……72.1开关量接口电路…………72.2扩展RAM接口电路………112.3复位、时钟中断部分电路………………162.4执行机构接口电路………192.5键盘和显示部分接口电路………………22第三章控制系统软件的设计………263.1RAM地址分配及初始化…………………263.2控制系统主程序的设计…………………293.3控制系统子程序的设计…………………31第四章控制系统可靠性设计、综合调试和误差分析………………344.1控制系统可靠性设计……………………344.2控制系统的综合调试……………………354.3误差分析…………………36第五章总结与展望…………………37致谢……………………38参考文献………………39附录一…………………40附录二…………………44附录三…………………51摘要PLC绕线机存在着成本高，更换绕组品种困难，工作方式单一和人机交互不便等缺点。原来的PLC绕线机生产的绕组已很难满足不断发展的机电产品的要求。为解决此问题，我们研制了一种能代替PLC控制系统的新的控制系统—单片机控制系统。本文论述了绕线机单片机控制系统的设计方法和过程，包括：硬件设计、软件设计、可靠性设计等方面。硬件电路采用89C52单片机、先进的接口技术和大规模的集成电路设计而成。精密排线是通过单片机输入的CP脉冲信号和方向信号准确控制步进电机的步进、跳段等工作状态来实现的。方便良好的人机交互界面是用8279键盘/显示集成芯片来实现的。本绕线机控制系统，既可以预先设定800种规格或型号的绕组，又可以根据用户需求随时设定新型绕组。单片机控制系统的绕线机具有自动化程度高、成本底、体积小、控制精确等优点，具有很好的经济效益和广阔的发展前景。关键词：绕线机单片机控制系统ABSTRACTPLCwindershavemanydisadvantages,suchasnotaccomplishingaccuratewindingthreads,beingdifficultyinworkpatternsandbeingnotconvenientintheexchangebetweenpeopleandmachines.WinderscontrolledbyPLChavenotbeensatisfiedwiththemechanicalandelectricalproducts’need.Toovercometheseproblems,weresearchedintoanewcontrolsystem—SCMsystemforwinder,ThispaperintroducedthedesignmethodandreachprocessofSCMsystemforwinder,includinghardwaredesign,softwaredesign,reliabilitydesignandsoon.Hardwarecircuitsaredesignedbymeansof89C52,advancinginterfacetechnology,largeintegratedcircuitsandsoon.AccomplishingaccuratewindthreadreliesontheSCM’CPpulseanddirectionsignal,whichcanaccuratecontrolstepmotor’sstepmovingandjumping.Theconvenientcontrolsystemcannotonlydesign800kindsofwindinginadvance,butalsodesignwindersatanytime.SCMwindershavemanyadvantages,suchasautomaticwork,priceinprospects.TheresearchsuccessofSCMsystemforwindermarkedgreatadvancementinthedevelopmentofwinder.Keywords:windSCMcontrolsystem绪论1.1提出问题确定设计方案一、问题的提出现行的绕线机主要是PLC绕线机，这种绕线机存在着更换绕组困难人机交互不便，工作方式单一，整个控制系统体积大。成本高等缺点。尤其是随着机电产品对绕组质量要求的不断提高，原有的控制系统已很难实现高质量绕组的要求。为此迫切要求有新型的绕线机的出现。二、明确课题任务本单片机控制的绕线机是用来生产机电产品所使用的绕组，为了实现高质量的绕组，绕组的生产过程必须有一套精密的自动控制系统来实现，对控制系统的要求是：1、提高绕组质量，实现精密排线。2、整个控制系统自动化程度高、控制精确、操作简便，成本低，体积小。3、有一个方便良好的人机界面，设计一个输入键盘和两个显示部分，一部分显示出：绕组规格的编号、绕组的总匝数、慢绕匝数、跳距、排幅和线径等数据，另一部分指示出工作状态。4、厂家既可以预先设定800多种绕组，又可以根据用户需要随时设定新型绕组。5、绕线机工作系统方框图和单片机控制系统方框图参见图1-2-1和图1-2-2。三、确定设计方案明确课题任务后我们认为单片机控制系统能代替原来的PLC控制系统，并能很好的满足对绕组质量的要求。方案如下：确定系统的I/O点数和通道：(1)输入量点数的确定：系统的输入量主要包括：主轴电机的测速信号、键盘输入和一组开关量输入。其中开关输入量有8个，分别是：左限、右限、起止位置、断线、起止位置、断线、热继电保护器、气压欠压、刹车、脚踏。(2)输出量点数的确定：输出量包括：驱动步进电机的信号(2个)、驱动继电器工作的信号(5个)、驱动工作状态的指示灯、驱动键盘显示器18位7段LED数码管。(3)输入输出通道：除了键盘显示器输入输出外，输入通道2个分别是：转速检测信号的输入通道和开关输入量的输入通道。输出通道3个，分别是：驱动步进电机信号的输出通道、驱动继电器执行机构的输出通道、驱动工作状态指示的通道。选择单片机：根据控制系统所需要的控制精度、响应速度、开发环境、I/O点数、输入输出通道数等情况，选择了MCS-51系列的8位单片机89C52，它具有8KEEPROM，256BRAM，全双工UART与8032完全兼容。确定存储器和键盘显示器：单片机运行的程序存放在存储器ROM中，其中有关的数据和参数存放在RAM中。本单片机控制系统选择的是intel2732EPROM芯片。8279是INTER公司生产的可编程键盘/显示I/O专用芯片，8279能够以较简单的硬件电路和较少的硬件开销实现单片机与键盘和显示器接口。利用8279，可以实现对键盘/显示器的自动扫描，并识别键盘上闭和的键号，不仅可以大大的节省CPU对键盘/显示器的操作时间，而且显示稳定、程序简单很少出现误操作。因此，本设计键盘/显示器部分选用8279芯片。设计绕线机工作系统方框图：如图1-2-1所示，是绕线机工作系统方框图。绕线机的工作过程：用一个3K的三相异步电动机，通过皮带轮带动绕线机主轴的转动，丝通过丝杠上的穿孔送到绕线机绕组的模子上。由步进电动机带动主轴的转动和三相步进电动机推动丝杠的步进来完成绕组的绕线过程。绕组的模子套在绕线机的主轴上，绕线机的主轴由汽缸固定，脚踏开关控制汽缸的动作来完成装载和卸下绕组模子的工作。电磁刹车阀可以用单片机控制系统控制，也可以由操作工手动控制。通过单片机发出的信号去控制变频器，在由变频器控制主轴电机的速度，变频器有快速、慢速、停三个控制挡。步进电机的运动由步进电动机控制/驱动器控制的。设计单片机控制系统方框图：如图1-2-2所示，是单片机控制系统的方框图。其中转速检测接口电路、开关输入量接口电路、步进电机接口电路、执行机构接口电路与单片机连接。1.2研究内容和方法本课题的主要任务是设计一套绕线机单片机控制系统，主要研究内容和方法如下：研究内容主要研究内容是：通过单片机控制系统对步进电机的工作状态和主轴转速的控制，实现不同尺寸线径的精密排线。用LED显示器组成的高亮度的显示电路完成数据的输入输出显示，包括绕组型号及其地址、匝数、慢绕匝数、线径排幅和跳距等。用LED发光管完成工作状态的指示。设计单片机控制系统的硬件电路。编制控制系统的软件二、研究方法主要的研究方法是：用单片机及其接口技术，通过软硬结合，实现对绕线机工作状态的自动控制和精确控制，以实现不同尺寸线径的精密排线。用一个三相异步电动机，通过皮带轮带动绕线机主轴的转动，丝通过丝杠上的穿孔送到绕线机绕组的模子上。由步进电动机带动主轴的转动和三相步进电动机推动丝杠的步进来完成绕组的绕线过程。绕组的模子套在绕线机的主轴上，绕线机的主轴由汽缸固定，脚踏开关控制汽缸的动作来完成装载和卸下绕组模子的工作。电磁刹车阀可以用单片机控制系统控制，也可以由操作工手动控制。通过单片机发出的信号去控制变频器，在由变频器控制主轴电机的速度，变频器有快速、慢速、停三个控制挡。步进电机的运动由步进电动机控制/驱动器控制的。精密排线是通过单片机输入的CP脉冲和CP脉冲的个数，准确控制步进电机的步进、跳段等工作状态来实现的。通过单片机发出的CP脉冲的个数，控制步进电动机推动丝杠向前移动的距离，如480个脉冲，使步进电动机推动丝杠向前移动5mm。通过单片机发出的方向信号，控制步进电机的运动方向。3本课题的研究意义和发展趋势一、研究意义单片机控制系统的研制成功是绕线机发展中的一次较大的进步，它表明了目前正在使用的许多PLC控制系统完全可以由单片机控制系统来代替。这种绕线机的控制系统采用单片机控制技术和先进的接口技术，具有良好的人机交互界面：厂家可以预先设定800多种绕组，又可以根据用户需要随时设定新型绕组；具有三种工作方式，可以同时绕三排绕组，每排10绕组；可以实现0.01-1.00mm线径，10-80mm的排幅；克服了PLC绕线机更换绕组品种困难，能节省大量的人力、物力、财力，能很好的满足许多机电产品对绕组质量的要求，具有很好的推广市场和广阔的发展前景。二、发展趋势随着机电产品对绕组质量要求的不断提高，如何实现精密排线是绕线设备上档次上水平首先要解决的问题，因此如何把排线的精密程度作为反馈信号构成闭环系统是下一步绕线机的发展方向。 第二章控制系统硬件电路的设计2.1开关输入量接口电路开关输入量接口电路开关输入量经8255A扫描输入口输入，由89C52发出的读信号，从74LS373芯片读入。二、8255A接口芯片1.8255的主要功能

有2个独立的8位并行数据通道（A、B口），2个4位的并行数据通道（C口高4位、低4位）；占用4个IO端口地址（A、B、C、控制端口）；A、B通道具有基本输入/输出、选通输入/输出以及双向3种传输方式；C口除了具有简单输入/输出功能外，还具有另外3个功能：其部分信号线可作为CPU与外设之间的应答联络信号；具有按位置位/复位功能；在CPU读取8255A状态时，C口又可作为状态口

2.8255内部结构：4部分组成（1）数据端口A、B、C（称为PA、PB、PC）：

端口A具有1个输入锁存器和1个输出锁存器/缓冲器。作输入或输出时，数据均受到锁存。所以可用作双向数据传输。

端口B只有1个数据输入缓冲器和1个输出锁存器/缓冲器。只能工作在输入或输出方式，不具有双向功能。

端口C每个4位的端口对应1个输入缓冲器和1个输出锁存器/缓冲器。

C口只有在端口A、B都工作在简单I/O方式时，才具有2个4位的I/O功能。在更多情况下是作为A、B口的应答联络信号，分别为端口A和端口B提供控制信号和状态信号。

（2）A组控制和B组控制这两组控制电路接收CPU输出的控制字，以及读/写控制逻辑电路命令，决定两组端口的工作方式和读/写操作。

A组控制电路控制端口A和端口C的高4位（PC7～PC4）的工作方式和读/写操作。

B组控制电路控制端口B和端口C的高4位（PC3～PC0）的工作方式和读/写操作。（3）读/写控制逻辑电路

接收及来自系统总线的信号A1、A0（在8086系统中为A2、A1）和控制总线的信号，将这些信号进行组合，以完成对数据、状态信息和控制信息的传输。

（4）数据总线缓冲器

双向三态的8位数据缓冲器，8255A通过它与系统数据总线相连。用来传送输入/输出数据、CPU发给8255A的控制字图2-2.12-2扩展RAM接口电路本单片机控制系统数量巨大，内部RAM不够用，还需要外接RAM电路，作为外部数据储存器扩大存储容量。根据本设计系统的实际需要，在兼顾芯片容量和价格的情况下，选择一片容量为8K的6264芯片。6264扩展RAM芯片的主要作用是存储800多种预置绕组的参数数据。扩展RAM接口电路的工作原理：单片机CPU与存储器有两种联系方式，或者CPU向数据存储器写数据或者CPU从其中读数据。当CPU向数据时，先把要写入的数据的单元地址经P0接口、P2接口送出，锁存后连接到6264的地址端A0-A12，然后再把欲写入的数据写入6264指定单元中。当从数据存储器6264读数据时，同样先经过P0、P2口送出要读数据的单元地址，一旦8031的读选通信号R0为低电平，使得6264的读允许端OE为低电平，则把指定单元的数据经P0口读如单片机RAM中。二、电路中地址线、数据线、控制线的连接方法：1.地址线:：6264低8位地址A0-A7经地址锁存器74LS373与P0口P0.0-P0.7相连通，高5位地址A8-A12直接与P2接口P2.0-P2.4连接，P2接口有锁存功能，共13根地址线。2.数据线：6264的数据线D0-D7与P0接口P0.0-P0.7直接相连，P0接口兼做数据线和地址线。3.控制线：6264的CP连接89C52的ALE端，ALE作为锁存扩展地址的控制端。6264的输入使能端OE(低)接89C52的WR(低)端通，WR(低)端通，WR(低)是片外数据存储器写选通控制线，低电平有效。三、随机存储器RAM6264：6264是8*8K位的静态随机存储器芯片，它采用CMOS工艺制造，由单一+5V供电，额定功耗20mw，典型的存取时间200ns，为28线双列直插式封装。6264各引脚的功能：A0-A12：地址输入端D0-D7：双相数据线CE1:低电平有效CE2:片选线2，高电平有效WE写选通信号输入线，低电平有效OE读选通信号输入线，低电平有效GND接地线RAM6264引脚功能与工作方式表：见表2-2.1_WE_CE1_CE2_OE方式D0-D7XHXX未选中(掉电)高阻XXLX未选中(掉电)高阻HLHH输出禁止高阻HLHL读DoutLLHH写Din(6264D0-D7)LLHL写Din(D0-D76264)表2-2.1由上表得，当片选2为低电平时，6264芯片处于未选中状态，在一般情况下需将此引脚拉至高电平。当把该引脚拉至小于0.2V时，RAM就进入数据保存状态。一般将作为片选信号，接译码器，在不许保持状态时必须接高电平。6264的主要技术指标：见表2-2.2参数6264容量8K引脚数28维持电流2工作电流40存取时间200工作电压5表2-2.2四、地址锁存器74LS373：1.74LS373是地址锁存器，是电平触发器的8D锁存器，三状态输出。它的8位由8个D形触发器组成。74LS373是电平触发器送数。当CP=1时D0-D7进入锁存器。当CP=0时数据被锁存。当OE(低).为低电平时，触发器输出。当使能端OE(低)为高电平时，D0-D7为高阻抗。在图中74LS373的OE端接地。当锁存允许端(LE)为高电平时，Q随数据而变。当LE为低电平时，Q被锁存在已建立的数据存储器中。由于LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗干扰度被改善400mv。引出端符号：D0-D7:数据输入端OC三态允许控制端(低电平有效)LE锁存允许端1Q-8Q:输出端功能表：见表2-2.3输入输出OCCDQLHHLLHLLLLXQ0HXXZH-高电平L-低电平X-任意Z-高阻Q0-规定的稳态输入条件前Q的电平工作条件：见表2-2.4表2-2.4最小额定最大极限值单位电源电压VCC4.7555.25V输入高电平电压V1h2V输入低电平电压V110.8V输出高电平电流I0h-2.6mA输出低电平电流I01mA脉冲宽度TwCh15nSC115建立时间TestD0nS保持时间ThD10电源电压7V输入电压7V输出高阻态电压7V工作环境温度0-70C存储温度-65-150C图2-2.12.3复位、时钟、指示灯和中断部分电路一、复位电路单片机在启动或断电后，程序需要从头开始执行，机器内部全部寄存器，端口等都必须重新复位，这个功能由复位电路来完成。1.专用电源电压检测集成芯片，TL7705CP芯片是专用以排除电源干扰的芯片，此芯片不仅具有电源接通时的复位功能，并且在电源电压上升到正常时具有自动解除复位信号的功能，此外，还能检测出电源的瞬时短路和瞬时压降，同时产生复位信号。片内还含有温度补偿的基准电压和正负两种逻辑功能输出，（集电极开路30mA）。可以在较宽的范围内调节输出脉冲的宽度它是一片具有8条引脚的双列直插式的集成芯片。(1).引脚功能及外围元件：1脚基准电压输出端，输出电压为2.5V。为防止电源线索引起的冲击杂音及振荡，需要旁路电容，其输出电流必须小于30，若使电流大于30，则必须加缓冲放大器。2脚复位输入端，低电平有效。用以强制复位端有效。3脚定时电容连接端。连接定时电容以确定复位脉冲的宽度。脉冲可调范围从100~10。4脚接地端5脚复位输出端，低电平有效。其输出时集电极开路方式，故必须接上拉电阻。6脚复位输出端，高电平有效。其输出是集电极开路方式，故必须接上拉电阻。7脚被测电压的输入端，监测4.5V以上的电平。8脚电源端。工作电压范围3.5~18。（2）电源电压变化和输出状态变化图：在本设计中，是对+5V电压监视与复位。如图2-3.2所示，位电源电压的变化及输入状态变化的波形。由图2-3.2可知，当电源接通，电压开始上升、瞬间电压降和瞬间干扰时，电源监视器都能正确而及时的输出复位脉冲，图2-3.2中，Vs为被检测电平，对+5V来说，一般大与4.5。Top是复位脉冲的宽度，大小由Ct来决定。对89C52来说，ts为反应时间，对该芯片而言均为500ns同时可外加RC延时网络来延长ts的时间，用以降低燥声影响和器件的灵敏度。上电时reset有效，直到vcc达到+5V以后，经过ts时间reset无效。当vcc下降或有干扰时只要vcc小于vs，经过ts后，reset有效。当vcc恢复到vs以上或干扰脉冲后，在经过ts时间reset无效。图2-3.2TL7705CP控制RESET复位时需配合软件使用：当用TL7705CP控制8031RESET0时，如图2-3.1所示，还需要软件配合。因为89C52有效时，89C52被初始化，使程序计数器从0000开始执行。若89C52正在执行某一程序当中，系统受到干扰，器件在微秒级内便又有反映，使整个系统复位，包括接口部分。待干扰过后，程序从0000开始执行，而不是从原来干扰时的短点处执行，这就破坏了整个系统的工作。所以程序初始化部分要加上软件开关或相应的状态标志，即在执行程序前，首先打开与自身相关的软件开关或之相应状态标志，然后再执行程序。这样做以后，当程序受到干扰而初始化时，首先判断各个标志，继而程序自动转向被中断的程序继续进行。二、工作状态指示电路工作状态指示电路的主要作用是指示10中工作状态。在图2-3.1中，IC2、74LS374、DS301~DS310、R304~R313为工作状态指示部分的电路，10个LED发光管指示出10种工作状态，从DS301~DS310依次指示的工作状态是：电源、左限、右限、起止位置、脚踏开关、断线、气压、刹车、热继电器保护、设定。74LS373是8D触发器，三态输出，详细介绍见2-2节当138的14脚=0时74LS373的11脚CLK就有触发脉冲输出信号，指示工作状态。三、LED显示电路在附图中，本设计系统的操作面板上共需18位显示，而8279只能提供16位，所以用IC36、IC37两位静态显示，这样16位动态显示，2位静态显示共同组成18位数据显示。图2-3.12-4执行机构接口电路一、译码器74LS138IC774LS138芯片选择问题，根据本设计系统电路的地址分配设计，对P2.5，P2.6，P2.7译码器产生的片选信号Y3、Y5，Y3加到IC374LS374的CLK端，作为IC3的时钟信号，Y5加到IC474LS374的CLK端，作为IC4的时钟信号。74LS138有两组输入信号，一组是地址输入端A、B、C另一组是输入端G1、G2A、G2B、Y0-Y7是输出端。在同一时间内最多只有一个输入端被选中，被选中的输出端为低电平，其余的为高电平。在本设计中74LS138的A、B、C分别接P2口的P2.5、P2.6、P2.7三端译码后，用输出片选信号Y3、Y5，Y3加到IC3的CLK端，作为IC3的时钟信号，Y5加到IC474LS374的CLK端，作为IC4的时钟信号。74LS138真值表：见表2-4.1输入输出使能选择Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8______G1AG2AG3CBA10010010010010010010010000000101001110010111011101111111101111111101111111101111111101111111101111111101111111100xxx1xxx1XxxXxxXxx1111111111111111111111112.输出端符号____A0-A12：译码地址输入端_______G1、G2AG2B选通端（低电平有效）____Y0--Y7：译码输出端（低电平有效）3.工作条件最小额定最大极限值单位电源电压VCC4.7555.257V输入高电平电压V1h2V输入低电平电压V1l0.8V输出高电平电流I1h-400mA输出低电平电流I1l8mA输入电压7V工作环境温度0-70C存储温度-65-150C二、8D触发器74LS37374LS373是8D触发器，三态输出，CLK是送数触发器脉冲输入端，CLK实是密特输入，增大了对触发脉冲的抗干扰能力，当输出使能端OE（或OC）为低电平时1Q-8Q为高阻抗，在电路图中OC接地。信号流程：在执行机构电路图中，光电耦合器的输入电流Ip=10ma，这是光耦的输出电流Ic=113Ua，Ic=113Ua是很小的电流不能直接用于驱动继电器，所以在光耦的输出端加了三极管Q521~Q505对光耦输出信号进行放大，放大后，再去驱动继电器。Q501~Q505三极管根据要求选择了9013，其放大倍数B=40~400，Icmax<500ma，Ic501~Ic505=B*Ic=(40~400)*113uA=4.52~45.2mA。用此信号去驱动继电器工作。J12接口接的电阻1K*8，是三极管的基极偏置电阻。D501~D505五个二极管是释放二极管，起保护作用，其型号均为IN401。继电器K501的常开触点接变频器的制动开关，K502的常开触点接变频器的夹紧开关。K503的常开触点接控制电磁阀的开关，K504的常开触点接变频器的快转开关，K505的常开触点接变频器的慢转开关，五个继电器的型号均是JZC-23F（DF41230）10A/28VDC；5A/220VAC；DC6V图2-4.12.5键盘和显示部分接口电路本设计键盘和显示部分选用8279芯片方便良好的人机界面是用8279键盘显示芯片来实现的。它具有键盘处理功能，能自动消除键抖动，本键盘控制部分可控制5*5=25个按键。本设计有18位LED显示，其中后16位LED动态显示，是用8279来实现的，前两位采用静态显示。8279的内部结构和工作原理I/O控制及数据缓冲器数据缓冲器是双向缓冲器，连接内、外总线，用于传送CPU和8279的命令和数据。2．控制与定时寄存器及定时控制控制与定时器用来寄存键盘及显示的工作方式以及由CPU编程的其它操作方式。这些寄存器一旦接收并锁存送来得命令，就通过译码电路产生相应的控制功能。定时控制包括基本计数器。首级计数器是一个可编程的N级计数器。N可以在2-31之间，由软件编程，以便把外界时钟CLK分频得到内部所需的100KHZ时钟，为键盘扫描提供适当的逐行频率和显示扫描时间。3．扫描计数器扫描计数器有两种输入方式。一种为外部译码方式，计数器以二进制方式计数。四位计数状态从扫描线SL0-SL3输出，经外部译码器译码出16位扫描线；另一种扫描计数器的低二位译码后从SL0~SL2输出.4.键输入控制这个部件完成对键盘的自动扫描，锁存RL0~RL7的键输入信息，搜索闭合键，去除键抖动，并将键输入数据写入内部先进先出（FIFO）的RAM存储器。5.FIFO/传感器RAM和显示RAM8279有8个先进先出的键输入缓冲器，并提供16字节的显示数据缓冲器。CPU将段数据写入显示缓冲器，8279自动对显示器扫描，将其内部显示缓冲器中的数据在显示器上显示出来。8279的引脚及功能D0~D7（数据总线）CLK（系统时钟）：RESET（复位）：输入线，当RESET=1时，8279复位，其复位状态为16个字符显示：编码扫描键盘双键锁定；程序时钟编程为31。 CS（片选）输入线，当CS=0时8279选中，允许CPU对其读写，否则禁止。A0（数据选择）：输入线当A0=1时CPU写入数据为命令字；A0=0时，CPU读写的数据均为数据。RD、WR（读、写信号）：输入线，低电平有效，来自CPU的控制信号，控制8279的读写操作。IRQ（中断请求）输入线，高电平有效，在键盘工作方式中，当FIFO/传感器RAM存有数据时，IRQ为高电平。CPU每次从RAM中读取数据时，IRQ为低电平。若RAM中仍有数据，则IRQ再次恢复为高电平。在传感器工方式中，每当检测到传感器状态变化时，IRQ就出现高电平.SL0~SL3(扫描线)：输出线，用来显示键盘和显示器。它们可以编程设定成编码（16中取1）或译码输出（4取1）。SHIFT（移位信号）：输入线，高电平有效。该输入信号是8279键盘数据的次高位（D6），通常用来扩充键开关的功能，可以用作上下键功能键。在传感方式和选通方式中，SHIFT无效。RL0~RL7（回复线）：输入线，它们是键盘矩阵式或传感器矩阵式的列（或行）信号输入线。CNTL/STB（控制/选通）：输入线，高电平有效。在键盘工作方式中，该输入信号是键盘数据的最高位（D7），通常用来扩充键盘开关的控制功能，作为控制功能键用。在选通方式中，在该信号的上升沿时，把来自RL0~RL7的数据存如FIFO的RAM中。在传感器方式中该信号无效。SHIFT和CNTL/STB：内部有上拉电阻，当它们悬空时即为高电平。OUTA0~OUTA3（A组显示信号）：输出线。OUTB0~OUTB3：（B组显示信号）：输出线。这两组引线都是数据输出线，与多位数字显示的扫描线SL0~SL3同步。两组可以同时使用也可以合并使用。在合并使用时，两组首尾相接，OUTA3是最高位，OUTB0是最低位，合并后用做8位数码数据输出线。DB（显示消隐）：输出线，低电平有效，该信号在数字切换显示或使用消隐命令时，将显示消隐。8279键盘显示接口电路的设计外部时钟脉冲的产生：在图2-5.1和图2-5.2中，89C52的ALE既用做低8位地址的封锁信号，也把它接到3脚即CLK引脚用作8279的外时钟信号的输入。89C52的振荡频率fosc选12MHZ。89C52的ALE脉冲频率是振荡器频率的1/6即2MHZ，这是89C52的最高频率。通过对8279的程序时钟命令字的编程，8279对来自CLK的引脚的脉冲分频，分频数系数为20，可得到8279内部工作所需的100MHZ的内部时钟。译码电路：8279片选译码电路：根据本系统电路的地址分配设计，对P2.5、P2.6、P2.7译码产生的片选信号（低电平有效）接到8279的CS引脚。译码器选用74LS138（其详细介绍见2-1节），P2.5、P2.6、P2.7分别与A、B、C相连，Y7与8279的CS端相连。键盘/显示器扫描译码器：对“键盘/显示方式设置命令字”的编程设置为选通输入IRQ、译码显示方式（D0=0），8279内部不译码，用IC1374LS138对SL0~SL3译码，以产生信号送入键盘。本设计选用16位LED显示器，5行5列键盘扫描。在初始化时，设置“键盘/显示方式显示命令字”的D3=1使8279工作与16位显示方式。2..中断请求线：当键盘中的某键按下，8279在测得其按下并在去抖动9延时10ms后再检测认为该键仍在按下状态，便确认此键以按下。在确认某键以按下后，便把此键的键值储存与FIFO寄存器中，此时FIFO中有内容，称为FIFO存储器不空。只要FIFO存储器不空，便使IRQ为高电平，就直接相89C52请求中断。但由于89C52的INT0与INT1是低电平或下降沿请求中断，因此把IRQ反向后加到89C52的INT1端。当单片机读取FIFO的内容后，IRQ就回到低电平。如果FIFO还有未读取的键值时，回重新使IRQ不变为高电平，相单片机请求中断。由于FIFO存储器是先进先出RAM，因此先读走的键值对应与先按下的键。控制系统软件的设计3.1RAM地址分配及初始化首先给出位标志定义、RAM地址分配和初始化部分。位标志定义00H：自检标志，用于主程序中的自检；01H：8279用以申请中断标志；02H：SET键标志；03H：RUN键标志；04H：停车标志。RAM地址分配内部RAM：60H：SP；69H：DELAY；68H：KEY；67H：KEY；（2000H）66H：状态指示用；（6000H）65H：主轴电机及步进电机输出；（8000H）64H：输入定义；中断入口地址：0003H：INT0000BH：T00013H：INT1001BH：T1外部RAM：4000H，4001H：匝数；4002H：慢绕匝数；4003H，4004H：线经；4005H，4006H：排幅；4007H，4008H：跳距；4009H：方式；(低)5FF0H：(高)5FF1H：起始编号；(低)5FF2H：(高)5FF3H：设定转速；2000H：IC274LS3734000H-5000H：IC30RAM62646000H：IC374LS3748000H：IC1574LS244A000HI：C1474LS374C000HI：C1674LS244E000H,E001H：IC88279定时器部分的初始化步进电机驱动需要一个方向电平信号，此方向电平信号为高电平“1”时，步进电机按正方向旋转，为低电平“0”时按负方向旋转。在本设计中这个方向信号由P1.6输出。CP脉冲通过定时器T0和软件编程产生，由P1.5输出，选择T0工作方式2。自动重装方式。LED显示部分的闪烁通过定时器T1 来产生。定时器初始化的主要内容：选择工作方式：对方式寄存器TMOD进行设置，选择工作方式。TMOD的状态应置为01100110，其状态字为66H。T0、T1的启、停控制由8位寄存器TCON控制，TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT08FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H各位均为“1”时有效，TR1、TR0为“1”时启动，为“0”时停止。给定时器赋初值：启动定时器SETBTR0：启动T0SETBTR1：启动T18279的初始化8279的命令字：8279的各种工作方式都要通过对命令寄存器的设置来实现，各命令寄存器的命令字及其寄存器口地址如下：键盘/显示命令字为：00001110，命令寄存器口地址为：0EH；时钟编程命令字为：00110100，命令寄存器口地址为：34H；读FIFO/AM命令字为：01010000，命令寄存器口地址为：50H；读显示RAM命令字为：01110000，命令寄存器口地址为：70H；写显示RAM命令字为：10010000，命令寄存器口地址为：90H；显示器禁止写入/熄灭命令字为：10100000，命令寄存器口地址为：A0H；清除命令字为：11010001，命令寄存器口地址为：D1H；结束中断/出错命令字为：11110000，命令寄存器口地址为：F0H；根据上述8种命令字可以确定8279的工作方式，初始化时把各命令字送入命令地址口，根据其特征位可以把命令存入相应的命令寄存器，执行程序时8279能自动寻址相应的命令寄存器。8279初始化程序图：3.2控制系统主程序的设计主程序的主要功能对单片机进行自检。对单片机系统进行初始化。检测中断，并执行相应的中断子程序。进行键盘扫描，检测各功能键的闭合情况，并执行相应的子程序。检测各开关量，并发出报警信号。指示绕线机的工作状态及显示有关数据。程序的设计绕线机单片机控制系统的设计设计要求（详见任务书）：绕线机单片机控制系统是通过计数对一个电动绕线系统进行控制，要求：绕线圈数控制值可通过键盘进行设定，设定值的范围为0~9999，要有LED数码管显示计数的设定置；启动工作开关后，绕线系统工作。当绕线计数值到达设定的计数控制值时，单片机发出控制信号，使该工作系统停止工作。再次启动工作开关时，系统进行下一次绕线工作。如需重新设定绕线圈数，则可通过按键进行，并有暂停绕线功能。原理说明计数控制系统是目前使用最广泛的自动控制应用系统之一，本系统采用了8031单片机作为该控制系统的核心，该系统的组成分为硬件电路和系统程序两部分，下面就该两部分的组成、工作原理进行说明。系统硬件电路图1为带数码管显示当前计数值的单片机计数控制系统的电路。其中：单片机采用89C52，LED显示采用动态扫描方式。为了提供LED数码管的驱动电流，用三极管BG1作电源驱动输出，其型号可选择3DG12型NPN管。为了提高计数的精确性，采用12MHz晶振。为满足控制设备功率的要求，采用了继电器控制输出结构，继电器的型号可选用JZC—23F型，其工作电压为5V，为防止继电器断电时产生反电动势的干扰，在其线圈两端加了一个二极管D作为吸收回路。继电器线圈的驱动电流由三极管BG的集电极提供，三极管BG2的型号可选用型3DG12NPN管。2.系统程序的设计2.1数码管显示的数据(即用户设定的绕线圈数)存放在内部寄存器R4和R5中，如下表1所示。其中：R4存放个位、十位数据，R5存放百位、千位数据，均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据经P1.4~P1.7口送至四线—七段显示译码器CC14547后，由CC14547将其译为LED数码管相应显示数据的段码（CC14547的译码真值表如下表2所示），使LED数码管显示相应的数据。由于CC14547具有较大的输出电流驱动能力，因此其输出直接与LED数码管相连。显示时，由P1.0~P1.3口进行LED数码管的位选控制，实现LED数码管的循环显示。本设计中LED数码管显示电路采用了共阴极形式。表1R5高4位R5低4位R4高4位R4低4位LED3LED2LED1LED0表2输入输出数字显示BIDCBAabcdefg0××××0000000消隐1000011111100100010110000110010110110121001111110013101000110011410101101101151011000111116101111110000711000111111181100111100119110100000000消隐110110000000消隐111000000000消隐111010000000消隐11110 0000000消隐111110000000消隐2.2系统程序实现本设计要求的源程序(供参考)：ORG0000HLJMPSTARTORG0003HAJMPINTT0ORG000BHRETIORG0013HRETIORG001BHRETIORG0023HRETIORG0050HSTART：MOVR4,#00H；存放设置数单元清零，R4的低、高4位分别放个、十位(BCD码)MOVR5，#00H；存放设置数单元清零，R5的低、高4位分别放百、千位(BCD码)MOVR6，#00H；存放统计已输入多少位数的单元清零MOV20H，#00H；位标志位单元清零MOVP3,#0FFHMOVP1，#00HMOV60H，#00H；实际绕线计数值存放单元（十位、个位）清零MOV61H,00H；实际绕线计数值存放单元（千位、百位）清零MOVDPTR,#0003H；给出8255A的控制字寄存器的地址MOVA,#10000010BMOVX@DPTR,A；设定8255A的PA口、PC口为输出口，PB口为输入口。采用方式0。MOVA,#00000001BMOVDPTR,#0002H；给出8255A的PC口地址MOVX@DPTR,A；PC0=1、PC1=0，绕线电机复位（停止工作）。MOVTCON,#00HSETBIT0；设定INT0(外部中断0)为脉冲触发方式MOVIE,#00HSETBEASETBEX0；开INT0中断BH1:ACALLJPSM；调用键盘扫描子程序CJNER6，#01H,ABC11MOVA,BSWAPA；输入设置绕线圈数的千位数置高4位M0VR5，A；输入设置绕线圈数的千位数置R5的高4位ABC11：CJNER6，#02H,ABC12MOVA,R5ADDA,BM0VR5，A；输入设置绕线圈数的百位数置R5的低4位ABC12：CJNER6，#03H,ABC13MOVA,BSWAPA；输入设置绕线圈数的十位数置高4位M0VR4，A；输入设置绕线圈数的十位数置R4的高4位ABC13：CJNER6，#04H,BH2MOVA,R4ADDA,BM0VR4，A；输入设置绕线圈数的个位数置R4的低4位BH2：ACALLDISPLAY；调用显示子程序，显示绕线设定置JB00H,BH3JNBP3.1，BH4JB02H,BH5JNBP3.0，BH6AJMPBH1；设置绕线圈数未结束，转BH1BH4：CLR02HMOVR6,#00HAJMPBH1；转BH1，重新设置绕线圈数BH6：SETB02HJB00H,BH3BH5：JBP3.3，BH2SETB00HMOVA,#00000010BMOVDPTR,#0002H；给出8255A的PC口地址MOVX@DPTR,A；PC0=0、PC1=1，绕线电机工作（开始绕线）BH3：MOVA,R4CJNEA,60H,BH7MOVA,R5CJNEA,61H,BH7MOVA,#00000001BMOVDPTR,#0002HMOVX@DPTR,A；绕线结束，PC0=1、PC1=0，绕线电机复位（停止工作）。CLR00HMOV60H，#00H；实际绕线计数值存放单元（十位、个位）清零MOV61H,00H；实际绕线计数值存放单元（千位、百位）清零AJMPBH1；转BH1，准备下一次启动，进行绕线工作BH7：JNBP3.5，BH8AJMPBH2BH8：MOVA,#00000001BMOVDPTR,#0002H；给出8255A的PC口地址MOVX@DPTR,A；PC0=1、PC1=0，绕线电机复位（停止工作）。AJMPBH1；转BH1，准备下重新启动，进行绕线工作DISPLAY:MOVA,R4；LED显示子程序SWAPAANLA,#0F0HORLA,#01HMOVP1,AACALLDELAY1；LED0（设置的个位数）显示MOVA,R4ANLA,#0F0HORLA,#02HMOVP1,AACALLDELAY1；LED1（设置的十位数）显示MOVA,R5SWAPAANLA,#0F0HORLA,#04HMOVP1,AACALLDELAY1；LED2（设置的百位数）显示MOVA,R5ANLA,#0F0HORLA,#08HMOVP1,AACALLDELAY1；LED3设置的千位数）显示RETJPSM:ACALLKS1；键盘扫描子程序。调用判有无键按下子程序，检查有键闭合否JZJEND；A为零（无键按下）则转移,准备返回主程序ACALLDISPALY；显示2次（延时约12ms），去抖动ACALLDISPLAYACALLKS1；再检查有键闭合否JZJEND；A为零（无键按下）则转移,准备返回主程序MOVA,#11111110B；扫描初值送AMOVDPTR,#0000H；PA口地址MOVX@DPTR,A；扫描初值送PA口INCDPTR；PB口地址MOVXA,@DPTR；读PB口JBACC.0,ABC1MOVB,#5ABC1：JBACC.1,ABC2MOVB,#0ABC2：MOVA,#11111101B；扫描初值送AMOVDPTR,#0000H；PA口地址MOVX@DPTR,A；扫描初值送PA口INCDPTR；PB口地址MOVXA,@DPTR；读PB口JBACC.0,ABC3MOVB,#6ABC3：JBACC.1,ABC4MOVB,#1ABC4：MOVA,#11111011B；扫描初值送AMOVDPTR,#0000H；PA口地址MOVX@DPTR,A；扫描初值送PA口INCDPTR；PB口地址MOVXA,@DPTR；读PB口JBACC.0,ABC5MOVB,#7ABC5：JBACC.1,ABC6MOVB,#2ABC6：MOVA,#11110111B；扫描初值送AMOVDPTR,#0000H；PA口地址MOVX@DPTR,A；扫描初值送PA口INCDPTR；PB口地址MOVXA,@DPTR；读PB口JBACC.0,ABC7MOVB,#8ABC7：JBACC.1,ABC8MOVB,#3ABC8：MOVA,#11101111B；扫描初值送AMOVDPTR,#0000H；PA口地址MOVX@DPTR,A；扫描初值送PA口INCDPTR；PB口地址MOVXA,@DPTR；读PB口JBACC.0,ABC9MOVB,#9ABC9：JBACC.1,ABC10MOVB,#4ABC10：ACALLDISPLAY；延时6ms等待键释放ACALLKS1JNZABC10INCR6；键起，将统计输入的数的个数加1JEND:RET；键起，返回主程序KS1：MOVDPTR,#0000H；判有无键按下子程序。PA口送00HMOVA,#00HMOVX@DPTR,A；PA口送00HMOVDPTR,#0001HMOVXA,@DPTR；PB口送ACPLA；A取反，无键按下则为0ANLA,#03H；屏蔽A的高6位（只分析PB0，PB1的输入）RETINTT0:PUSHACC；外部中断0的中断响应程序。堆栈保存主程序中A的内容INC60H；60H单元内容加1，调整为BCD码CLRCCLRAADDCA,60HDAAMOV60H,AJNCNEXT；60H单元内容加1调整为BCD码后，若无进位则转NEXT,有进位则顺序执行INCR5；61H单元内容加1，调整为BCD码CLRCCLRAADDCA,R5DAAMOVR5,ANEXT:POPACC；外部中断0的中断响应结束。释放保存在栈中的主程序中A的内容RETIDELAY1:MOVR1,#100；0.1s延时子程序LOOP2:MOVR0,#250LOOP1:DJNZR0,LOOP1DJNZR1,LOOP2RETEND；汇编程序结束系统调试及结论分析

4.1硬件调试

单片机应用系统的硬件和软件调试是交叉进行的，但通常是先排除样机中明显的硬件故障，尤其是电源故障，才能安全地和仿真器相连，进行综合调试。

4.1.1硬件电路故障及解决方法

1．错线、开路、短路：由于设计错误和加工过程中的工艺性错误所造成的错线、开路、短路等故障。

解决方法：在画原理图时仔细检查、校正即可解决。

2．元器件损坏：由于对元器件使用要求的不熟悉及制作调试过程中操作不当致使器件损坏。

解决方法：在设计过程中要明确各元器件的工作条件，严格按照制作要求进行操作，损坏的元器件要及时更换，以免损坏其他元件或影响电路功能的实现。

3．电源故障：设计中存在电源故障，即上电后将造成元器件损坏、无法正常供电，电路不能正常工作。电源的故障包括：电压值不符和设计要求，电源引出线和插座不对应，各档电源之间的短路，变压器功率不足，内阻大，负载能力差等。

解决方法：电源必须单独调试好以后才能加到系统的各个部件中。本设计中就出现电源故障经过一个稳压电路才使其正常工作。

4.1.2硬件调试方法

本设计调试过程中所用的调试方法有：静态测试、联仿真器在线调试等。

1．静态测试

在样机加电之前，首先用万用表等工具，根据硬件电器原理图和装配图仔细检查样机线路的正确性，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。应特别注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并重点检查扩展系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互间的短路或与其它信号线的短路。第二步是加电后检查各个插件上引脚的电位，仔细测量各点电位是否正常，尤其应注意单片机插座上的各点电位，若有高压，联机时将会损坏仿真器。第三步是在不加电情况下，除单片机以外，插上所有的元器件，最后用仿真适配器将样机的单片机插座和仿真器的仿真接口相连，为联机调试做准备。

2．联仿真器在线调试

测试RAM存储器：用仿真器写命令将一批数据写入样机中扩展的RAM，然后用读命令读出其内容，若对任意单元读出和写入内容一致，则扩展RAM和单片机的连接没有逻辑错误。若读出写入内存不一致，则可能是地址数据线短路，试写入不同的数据观察读出结果，或缩小对RAM的读写范围，检查对RAM中其它区域的影响，这样可初步对地址数据线短路错误定位，再用万用表、示波器等进一步确诊。

4.2软件调试

4.2.1软件电路故障及解决方法

设计软件部分出现这种错误的现象：

1．当以断点或连续方式运行时，目标系统没有按规定的功能进行操作或什么结果也没有，这是由于程序转移到意外之处或在某处死循环所造成的。

解决方法：这类错误的原因是程序中转移地址计算错误、堆栈溢出、工作寄存器冲突等。在采用实时多任务操作系统时，错误可能在操作系统中，没有完成正确的任务调度操作，也可能在高优先级任务程序中，该任务不释放处理器，使CPU在该任务中死循环。通过对错误程序的修改使其实现预期的功能。

2．不响应中断

CPU不响应中断或不响应某一个中断这种错误的现象是连续运行时不执行中断任务程序的规定操作，当断点设在中断入口或中断服务程序中时碰不到断点。

错误的原因有：中断控制寄存器（IE，IP）的初值设置不正确，使CPU没有开放中断或不许某个中断源请求；或者对片内的定时器、串行口等特殊功能寄存器和扩展的I/O口编程有错误，造成中断没有被激活；或者某一中断服务程序不是以RETI指令作为返回主程序的指令，CPU虽已返回到主程序但内部中断状态寄存器没有被清除，从而不响应中断；或由于外部中断源的硬件故障使外部中断请求无效。

解决方法：修改中断控制寄存器（IE，IP）的初值设置。

3．结果不正确

目标系统基本上已能正常操作，但控制有误动作或者输出的结果不正确。这类错误大多是由于计算程序中的错误引起的。错误原因没有查明，没有解决。

4.2.2软件调试方法

软件调试所使用的方法有：计算程序的调试方法、I/O处理程序的调试法、综合调试法等。

总结与展望

5.1总结在这几个月的课题制作中，我们学到了很多的东西，特别注重理论与实践的联系，同时也完成了这个课题。从这个课题中，让我们受益匪浅，我们学到了很多东西，我以前学习的仅仅是单片机，电工，传感器等课程都是一些纯理论性的知识，而且学得很零散也很片面，与实践还是相差甚远，通过本课题的学习，慢慢得把这些零散的知识串起来，特别是在硬件制作和软件编程上都得到了很大的提高。大大增强了自身的综合能力，整个课题的制作过程就是一个发现问题—解决问题的过程，也可以说是发现困难—解决困难的过程。在整个过程中我们遇到了很多的困难，包含在整个系统的各个方面。当我们发现困难的时候，我们会在网上找相关的资料，然后向有关老师咨询相关内容，和同学一起讨论，最后把困难一个个给解决。当然很多时候，这不是一个很容易的事儿，这时候我们会从不同的方案中选择、实验，淘汰掉那些不能达到目的的方案，最后得到我们需要的方案。希望自己以后通过自己的不懈努力取得更大的进步。5.2展望

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

1.在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活