《汽车后悬架弹簧热卷成型研究》12000字

第1章绪论1.1课题背景及研究的目的与意义在机械工业中，如果不能用单片机控制机床，工作和研究将非常困难。在机械工业中，越来越多地使用单片机控制系统，这种自动控制大大提高了机械及自动化行业产品设计的质量和效率。控制系统的迅速发展给老机械行业带来了重大变化。现代电子技术与机械技术相结合，产生了许多先进的电子产品，特别是电子产品，由于带芯片的微型计算机的特殊结构，在某些应用中，一个简单的芯片微型计算机将承担一些无法完成的任务。单片机是一种高性能、低成本、高集成度、低体积的控制芯片，由于其可靠性高、控制功能强、电压低等优点在人们生活中得到了广泛的应用。工业弹簧热卷成型控制系统是用于工业弹簧成型机构与单片机控制的综合系统。1.2国内外的研究及发展现状1.2.1机电一体化应用现状机电一体化最重要的技术包括机械技术、电子技术、微电子技术、单片机技术、传感器和接口技术，现代自动化生产系统几乎都是机电一体化设备。上世纪80年代初，我国开始研究机电技术。面对全球经济市场竞争，我国机电技术正面临困境。其次，加快机电产品技术现代化，提高市场占有率的压力很大。最后，低技术机电产品的附加值交换对我国经济发展具有重要意义。我国在机电一体化领域发展的历史太多短暂，和发达国家差距较大，许多产品很难满足国民经济发展的需求，每年需进口大量的国外产品。面对如此艰巨的形势，我国机电一体化工作应该从以下两方面入手，一方面，需将微电子技术引入传统产业，这样不仅能提高传统工业的技术水平，而且能解决目前资源能源短缺境况；另一方面，从机电一体化产品的更新换代入手大力发展其相关支持技术如自动化技术、数字化技术以及智能化技术等。1.2.2单片机应用的研究现状近年来单片机应用及其广泛。张林（2021）设计的垃圾桶装载智能语音控制模块,通过该模块在两米范围内能够实现对垃圾桶的移动、开盖、随叫随到、自动充电、自动打扫功能。智能垃圾桶还搭载了实现挥挥手就能开盖功能和垃圾桶在行动时躲避障碍所需的红外感应模块。除了这些基础功能,还应该拥有一些打扫卫生的装置,比如消毒剂喷撒、垃圾清理功能[9]。崔瑾娟（2020）用AT89S51D单片机为控制核心设计了常见的交通灯控制系统,结合信号灯控制电路、计时显示电路、时间控制电路和紧急处置电路等硬件,并以Keil编程软件、Proteus仿真软件配合搭建单片机软硬件设计和系统仿真,可实现交通信号灯的基本转化控制和时间计时,调整绿灯通行时间和红灯停止时间长短,实现夜间信号灯转变以及紧急情况下交通信号处置等,从而实现交通信号灯的智能化控制和现场实时的灵活控制,提高城市路口车辆通行能力和改善道路车辆拥堵现象[10]。姚春鹏（2020）设计了一种基于51单片机的人体感应灯，利用人体感应热电模块采集人体信号,结合声音检测模块、光照强度检模块、烟雾检测模块对夜用照明LED灯进行控制,当它被激活时，人们会亮起，如果没有人移动，他们会使用低功耗模式。依据无人时间调节电灯亮度以节约电能,同时还具有应急照明功能,如有火灾发生,根据烟雾检测模块数据反馈,将进入电灯的高功率工作状态,照亮逃生通道,减少逃离时间,保证人们的安全[11]。1.2.3工业弹簧热卷成型的研究现状在工业系统中，弹簧占据了很重要的地位，使用量大，种类繁多，因此弹簧的生产已经由以前的手工制作，逐渐走向自动化。到了90年代，中国便有了相对专业的弹簧机械设备。在接下的时间里，市场不断扩大，许多专业弹簧设备公司远渡重洋，来到中国。主流的春季生产市场由台湾东北泉机械（EN侨鼎）和阿里斯托尔（KHM）瓜分。东北的EN502万能机，能够舒适高效地生产各种专用弹簧模具和异型弹性元件。目前国外有很多专业的弹簧生产厂家，专门生产光学宏器件，用作弹簧的拉伸和压缩，如MEC瓦菲奥斯（现为ori&MEC），但在中国，大批量的生产仍然是空白。虽然弹簧行业是贯穿整个制造业的一个小行业，但其作用不可低估，提高弹簧的品种和质量是提高机械设备和主机性能的关键。因此，弹簧行业在国民经济发展中占有重要地位。热成形弹簧钢的热处理是通过热机械处理将钢加热到加工温度，然后趁热成形。目前我国在（9~25）mm规格上的成型机仅有CNC2轴热卷弹簧机，最大速度每分钟17件。与发达国家相比差距比较大。工业弹簧成型使用控制系统来有助于提高弹簧生产效率，增强加工安全。将机械生产和自动化控制结合起来也更加符合生产要求。1.3本文主要研究内容本课题主要研究工业弹簧热卷成型控制系统设计，在阅读文献了解背景以及学习了单片机的相关知识和特性后，设计控制系统。（1）浏览阅读文献，综述国内外对单片机及其应用的研究，熟悉单片机原理的基本知识，发展现状，掌握控制系统的运行特性，了解单片机控制的机电一体化系统的优势所在和劣势所在。（2）完善设计思路，并进行实物模拟。（3）运用SolidWorks设计机构模型。（4）设计电路原理图，构建单片机控制系统，通过电控系统将机构和单片机结合起来。（5）利用C++编写单片机控制程序，通过编写相应的程序，对设计的控制系统进行明确控制，从而完成设计要求，完善控制系统的设计。（6）对机构模型和控制系统进行整体评估并分析，完善工业弹簧热卷成型控制系统，总结结论。

第2章系统设计方案与要求2.1工业弹簧热卷成型控制系统方案设计工业弹簧热卷成型控制系统分为两个部分。（1)机构部分：通过机械结构实现弹簧的热卷端口固定、旋转、压边、收尾等流程。（2）控制部分：控制工业弹簧热卷成型加工全过程的自动化，包括启动、暂停，停止以及具体的设置功能。2.2单片机交通控制系统的功能要求。本设计以STC89C52单片机为控制核心，整个系统主要由各部件驱动模块、电源模块、LCD显示模块、键盘模块等组成。通过驱动模块和电源模块控制伺服电机的启动和停止来实现设计要求，伺服电机的工作流程为正转，停止，反转。键盘模块可以设置伺服电机正反转圈数和停止时间，方便应对不同型号的弹簧成型。LCD显示模块对伺服电机的工作流程计数（即对当天的弹簧生产数量进行计数。）2.2.1键盘模块功能本系统的按键控制并不复杂，且I/O口足够，可直接采用独立式。按键可以控制电机的启动和停止及设置电机的工作流程。“设置”按键可以将系统切换到设置模式；“加1”、“减1”、“加10”、“减10”分别设置四个按键，可以设置电机正转圈数，停止时间，反转圈数；“启动/停止”按键控制电机的启动与停止。使得整个系统的应用更加广泛，从而节省成本。2.2.2显示模块功能显示模块采用LCD1602显示屏，显示伺服电机工作流程的具体参数，包括正反转圈数和停止时间。此外还会显示工作流程计数，即电机正转，停止，反转一次，显示加1,用于统计当天弹簧生产数量。使整个系统流程更加清晰，节省人力成本。2.3工业弹簧热卷成型控制系统的基本构成和原理工业生产流水线上一环扣一环，有条不紊。正是通过单片机控制系统实现这种井然有序。本系统采用热卷弹簧机，STC89C52单片机,LCD1602显示屏，海德H3N-TD伺服控制器，海德60-1330伺服电机海德180-27010伺服电机及外围按键等部件，设计一个基于单片机的工业弹簧热卷成型控制系统，带有报警器。设计通过LCD1602显示屏显示，能通过按键进行具体设置。本系统经济性强，使用方便，能适应多种不同的生产要求。本系统通过单片机发送脉冲信号控制伺服电机驱动器，从而控制伺服电机，基本上可以控制工业弹簧热卷成型的工作流程。加入显示模块使得工作流程更加清晰。键盘设置模块对系统的工作流程作出调整，由报警器，霍尔传感器组成的反馈系统能进行紧急报警，以达到危险情况下及时预警，实时控制的目的。单片机单片机反馈系统LCD显示模块复位电路最小系统外围接口按键控制驱动模块单片机图2-1系统的总体框图因此本设计系统以单片机为控制核心，设置了键盘、按键输入及系统反馈模块、输出模块和驱动模块。系统的总体框图如上图所示。第3章系统的整体设计3.1工业弹簧热卷成型控制系统机构部分设计图2-2机构模型（整体）图2-1示机构由一个滑台，一个主轴组成，两个电机和一组齿轮组成。通过电机控制滑台进给运动，带动整个主轴进给运动，同时另一个电机控制主轴旋转，从而实现主轴的径向移动和转动的同时进行。图2-3机构模型图2-2所示为机构加工工业弹簧的部分，工业弹簧通过固定装置固定在主轴上，实现端口固定，同时四周设置导向轮，通过导向轮来实现弹簧的压边、收尾等动作。3.2工业弹簧热卷成型控制系统电控部分设计3.2.1系统硬件电路构成为实现本设计的具体功能，构建了一个由STC89C52单片机、伺服驱动模块、LCD显示模块、按键单元和外围电路组成的控制系统。该系统以单片机为核心，构建半开环电路控制系统，用于处理电信号和自动控制，同时还可以监测电机转动情况。系统硬件由单片机、LCD显示模块、伺服驱动模块、按键单元、霍尔传感器等组成。其具体的电路图如图3-1所示。其中P0接LCD显示屏，P1用于控制键盘电路，P2,P3控制伺服电机驱动器，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路，REST引脚接上复位电路。3.2.2单片机系统随着微型计算机的发展，单片机也得到了迅速的发展。自从1975年第一台单片微机TMS1000在美国德克萨斯仪器公司问世以来，单片机技术已经成为计算机技术的一个独特领域，特别是在工业控制领域，我们经常面临着物理量的时间和控制问题，在智能设备中单片机也起着非常重要的作用。从最开始8位单片机投入使用，单片机的发展分为以下几个阶段：第一阶段（1976－1978）：单片机的探索。Inte推出的Mcs-48是对工业控制领域的一次探索。Motorola、zillog等公司参与了这一探索，并取得了良好的效果。这就是SCM的诞生，单片机一词就是从SCM诞生的。第二阶段（1978－1982）：单片机的完善。以Intel的Mcs-48单片机为基础，介绍了一系列具有代表性的MCU，并从以下几个方面介绍了一种典型的通用总线结构MCU。（1）完美的外部总线。MCS-51确定了8位MCU总线的经典配置，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线和具有多机通信功能的串行通信接口。（2）CUP周围功能单元的集中管理模式。（3）反映工业控制特点的地址空间和位运算。（4）通过增加许多强调控制功能的命令，教育系统趋于丰富和完善。第三阶段（1982－1990）：8位单片机的改进和发展以及16位单片机的引入也是单片机的发展阶段。Intel的MCS-96单片机包括模拟数字转换器和程序执行，监控这些单片机在测控系统中的应用体现了单片机的特点。第四阶段（1990－）：微控制器的总体发展阶段。在微控制器的开发阶段，在单片机在不同领域的开发和应用中，逐渐出现了具有速度快、地址范围宽、计算能力强的特点的8位/16位/32位单片机和小型廉价微型计算机。单片机是一种包含了集成了处理器CPU、RAM数据存储器、ROM程序存储器、定时器/计数器、中断系统，时钟组件与I/O电路等多个部件的集成电路芯片的微型计算机。单片机具有片数少、成本低、可靠性高的优点，易于使用。它广泛应用于现代电子技术和工业中，在控制领域，人们越来越重视计算机控制的低成本、低容量、可靠性和灵活性。将单片机引入到各种仪器仪表中，提高了测试的自动化程度和准确性，提高了计算机的运算速度，简化了设备的硬件结构，提高了设备的可靠性。单片机的引脚介绍单片机主要特点：（1）有优异的性能价格比。（2）单片机集成度高、体积小、可靠性高，将实现功能所需部件集成在一块小型芯片中，芯片之间使用总线连接，降低了成本，提高了单片机的可靠性和完整性。同时，在恶劣的磁场环境下可以通过比较方便的方式屏蔽外部磁场，可靠性的提高也可以采取硬化工艺的形式。（3）强大的控制功能。为满足工业控制的要求，通用单片机指令系统具有丰富的传输指令，IO端口逻辑运算和位处理功能。单片机系统的逻辑控制功能和运行速度均高于同等级微机。（4）功耗低，电压低，方便生产和使用。（5）为了减小体积和简化结构，在外部总线上增加了I2C（集成电路接口）和SPI（串行外围接口）。（6）单片机系统的开发和配置具有典型性和规范性，易于创建通用的应用系统。单片机的具体引脚以及相应功能如下：VCC：STC89C52电源正输入，连接到＋5V。GND：电源地端。XTAL1：反相放大器输入单片机系统时钟。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出一般设计为只要石英振荡晶体系统连接XTAL1号和XTAL2号就可以工作，另外，为了系增强系统的稳定性，避免噪声干扰，通常可以在在两个引脚和地面之间可以加一个小电容，。RESET：STC89C52的重置引脚，在高电平时工作。当该引脚置于高电平达到或者超过2个机械周期时，单片机便可以完成复位动作。将内部特殊功能寄存器的内容置为已知，然后读取存储地址0000H里的程序并开始执行该程序。EA/Vpp：是访问外部程序代码，在低电平时起作用。换而言之，如果此引脚连接到低电平，则系统连接到外部电源。由于8031和8032没有程序存储器，执行程序（存储在外部EPROM中）的程序代码，从而使EA引脚必须连接到较低的电平。在内部程序空间中，此引脚必须连接到高电平。如果程序代码写入8751内部EPROM，该引脚可用于输入21V高压（VPP）的烧录电压。ALE/PROG：ALE是地址锁存启用信号。单片机可以根据这个信号触发外部8位外部锁存器，将端口0的地址总线（A0到A7）放入锁存器中。由于输出频率约为系统运行频率的16倍，因此可以根据其他外围芯片的时间来控制输入。此外，当烧录程序代码时，该引脚被认为是程序的特殊功能，从而能够被使用。PSEN：程序存储启用。当8051配置为读取外部代码模式时发送此消息可以获得程序代码，该引脚通常连接到EPROM的OE引脚。STC89C52可以使用PSEN和RD引脚来使用外部RAM或启用EPROM，并结合数据存储和程序内存来使用64K的定址范围。PORT0（P0.0～P0.7）：端口0是一个开放的双向I/O端口，总宽度为8位。P0.0表示位0，P1.1表示位1，其他三个I/O端口（P1、P2、P3）是内部提升电路，不具备开放的双向作用。如果将P0用作IO，则可以推动8个LS的TTL负载。如果EA引脚置于低电平（即具有外部程序代码或数据存储器），则P0以复用模式提供地址总线（A0-A7）和数据总线（D0-D7）。从端口0发送的地址引脚被A0~A7阻塞，然后与从端口8发送的A8~A15结合，形成一个完整的16位地址总线，最后定制到64K的外部存储器空间PORT1（P1.0～P1.7）：端口1也是一个具有内部提升电路的双向转换器，该电路有一个输出缓冲器，可以驱动四个负载。类似的，如果端口1的输出变为高电平，则输入来自该端口的数据。在8052和8032中，P1.0可用作定时器2外部脉冲的输入引脚，P1.1可具有英式EX功能，并可用作外部中断输入的触发引脚。PORT2（P2.0～P2.7）：端口2是一个带有内置提升电路的双向电路。每个引脚可驱动四个负载。如果端口2的输出设置为高电平，则该端口可以用作输入端口。除了用作通用语言I/O端口（当STC89C52扩展以连接程序存储器或数据存储器时，当提供高字节地址总线A8至A15时），P2当前不能用作I/O端口。PORT3（P3.0～P3.7）：端口3具有内部升降回路的双向功能。同时，许多工具还具有其他特殊功能，这包括串行通信、外部中断控制、时间和计数控制以及外部数据存储的读取或读写控制。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。RST：复位输入。当单片机保持改引脚两个机器周期的高电平时间时，振荡器便可以实现复位功能。ALE/PROG：地址锁存允许信号输出端，高电平时有效。引脚用于在闪存编程期间输入编程脉冲。通常Ale以恒定的频率周期发出正脉冲。因此，它可以用作外部输出或时间脉冲。但是，请注意，当用作外部数据时，ALE脉冲失败。要禁用整个输出，可以在SFR8eh方向上设置0。Ale执行MOVX操作，Ale使用MOVC命令。引脚稍微上拉。如果微处理器执行所有禁止状态，则此设置无效。PSEN：来自外部程序存储器的频带信号。在记录外部程序存储器期间，PSEN每个机械周期两次。然而，当访问外部数据存储器时，这两个有效PSEN信号不显示。EA/VPP：如果EA保持在低电平，无论有没有内部存储器，都将使用外部存储器。在加密模式1中，EA通过内部锁定复位。如果EA保持高电平，则从片内程序存储器中读取指令。在FLASH编程时，该引脚也可以产生一个12V的编程电源。单片机引脚图如下：图3-2单片机引脚图单片机最小系统并行IO端口也是单片机芯片的主要内容之一。STC89C51有四个8位并行IO端口，分别记录为P0，P1，P2和P3。TC89C51有四个8位并行IO端口，分别记为为P0、P1、P2和P3。每个端口包含一个锁存器、输出控制器和输入缓冲区。实际上，它们被分类为字节寻址和位寻址的特殊寄存器。访问片外存储器时，端口P0发送低8位地址和数据，端口P2发送高8位地址。端口的每一位都可用作系统的双向IO端口，无需原始内存。单片机的4个I/O口都是8位双向口，这些的结构和特性基本相同的，但不同端口都有各自的功能。产生STC89C51时钟信号有两种方式，一种是内部时钟模式，另一种是外部时钟模式。只要晶体（晶体振荡器）连接到XTAL1和XTALMCU的两个引脚上，MCU就有一个自激振荡。图中电容器C1和C2的作用是稳定频率和振动机器。电容值为5-30pf，典型值为30PF。晶体振荡器的频率范围是1.2到12兆赫，典型的是12兆赫和11.0592兆赫。如果向STC89C51微控制器的RST引脚输入高电平并且保持两个机械周期，则在微控制器内执行复位操作（如果引脚始终保持高值，则微控制器处于循环复位模式）。复位电路通常采用上电自动复位和复位键。在最简单的设置中，电源的自动复位是通过外部复位电路的充电电容来实现的。只要Vcc的崛起时间不超过1ms，就能够实现自动上电复位化，如果时钟频率为6mhz、C22UF、R1K，有时需要按手动复位键。此设计用于手动复位键。手动复位有两种方式：电平模式和脉冲模式。RST端子通过电阻与电源相连，实现电平复位。系统图如图3-2所示图3-2单片机最小系统原理图3.2.3显示系统LCD1602显示屏LCD1602是一个工业字符液晶显示器，它能利用液晶显示器的物理特性，通过电压控制显示区域。当外部有施加电压时，便可以工作，显示图形。1602液晶是专门用来显示字母和数字符号等。LCD1602引脚介绍第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL调整对比度的端口，当电源连接到正极时对比度最弱，当电源接地时对比度高。对比度太高时，就会产生鬼影，影响显示效果，此时通常使用一个10K电位器调对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW是一种可以读取电平的信号线。如果RS和RW同时处于低电平，它们可以写入命令或显示地址。RW高电平时可以读取忙信号并在RS低电平时写入数据。6脚：E端为使能端，液晶模块会在E端由高电平跳变成低电平时执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。其与单片机的连接如下图所示图3-3LCD1602接线图3.2.4伺服电机驱动电路伺服电机伺服电机（servomotor）是控制伺服系统机械部分运行的发动机。微特电机与普通电机没有本质区别，其主要作用是完成控制信号的传递和转换，注重高精度和快速响应。微特电机分为驱动微电机和控制电机，驱动微电机在电力拖动系统中作为执行机构使用，伺服电机即为驱动微电机，可以精确地控制速度和位置精度，通过将电信号转换成转矩信号和速度信号来控制控制具体动作。伺服电机的转速由输入信号控制，并可以调节和反应，可以将接收到的电信号转换成发动机轴角位移和角速度作为输出。伺服电机一般为直流伺服电机和交流伺服电机。在工业生产中，交流伺服电机相对更加常见，它的主要特点是在信号电压为零时停止，输出电压为零时转速随转矩的增大而减小。本次设计所选伺服电机为海德60-1330伺服电机海德180-27010伺服电机，具体参数如下图：图3-4海德60系伺服电机参数图3-5海德180系伺服电机参数伺服驱动器伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，广泛应用于工业机器人、数控加工中心等自动化设备中，用于控制交流永磁同步发动机的伺服驱动器已成为中国和国外的研究热点。目前，基于矢量控制的电流、速度和位置闭环控制算法广泛应用于交流伺服发动机的结构中，在所有伺服控制中占有重要地位。速度闭环设计的正确与否对速度控制的性能有着重要的影响，特别是在伺服控制系统中。在闭环控制系统中，发动机转速的实时测量精度对提高转速控制系统的动静态性能至关重要。为了在测量精度和系统成本之间保持平衡，必须对电机转子转速进行实时测量，增量式光电编码器作为一种高速传感器，通常被采用。通常使用M/t速度测量。M/t测速具有一定的精度，测量范围广，但也有其固有的缺陷，即两个控制系统的定时开关难以严格同步，速度变化大，速度精度无法保证。因此，在以往的速度环的构建中，很难实现同步，很难提高伺服发动机的速度跟踪和控制[101]。本次设计选择的伺服驱动器为海德H3N-TD伺服控制器，处于位置控制模式。其接线方法如下图所示：图3-6位置控制模式下标准接线3.2.4键盘输入电路单片机有独立键盘和矩阵键盘有两种：独立键盘的每个IO口连接一个键，按键的另一端连接电源或接地（一般接地），独立键盘的接法程序简单，系统稳定；矩阵键盘连接更复杂，但使用较少的IO口。由于本设计的必要性，我们选择了独立键盘的连接方式。独立键盘的实现是使用IO端口电平级别来确定是否按下了键。常开按钮一端接地，另一端接IO口，程序开始IO端口是放置在高电平时，平时没有按键按下，IO端口保护高水平时。按下按键时，IO端口对地短路，迫使IO端口处于低位。按键释放后，由单片机控制，开启上拉电阻，IO口电平变高。我们需要做的是找出IO端口程序的水平状态，从而得知是否有按键动作。 抖动时间一般由按键的机械特性决定，绝大部分按键的抖动时间都在10ms以内，所以为了确保程序对按键的闭合和断开只响应一次，就需要进行按键消抖处理。当按键状态出现变化时，先等待状态稳定，然后再去响应动作用单片机处理键盘时，消除键盘抖动是一相当关键的过程。抖动时间一般由按键的机械特性决定，绝大部分按键的抖动时间都在10ms以内，所以为了确保程序对按键的闭合和断开只响应一次，就需要进行按键消抖处理。当按键状态出现变化时，先等待状态稳定，然后再去响应动作。按键消抖一般分为硬件消抖和软件消抖:硬件消抖一般是在按键上并联一个电容，利用电容的的充放电来抵消键盘抖动所产生的电压变化，但会使电路变得更加复杂。软件消抖即在监测到键盘状态变化时，等待一段时间，再次检测键盘状态变化，如果两次变化相同，即可确认键盘状态确实发生了改变。相对而言，软件消抖更加简单和方便。键盘电路如下图所示：图3-7键盘电路3.2.4实物模拟根据上述设计，对控制系统进行了实物模拟。控制核心依然使用STC89C51单片机：机构部分通过丝杆螺母的组合代替原有设计的机械结构，使得其能完成预期动作;电机部分，实物模拟过程中考虑到伺服电机花费过于昂贵，从而采用步进电机及其驱动器代替伺服驱动系统;键盘采用独立键盘，能完美实现设计功能。第4章系统软件程序的设计4.1程序主体设计流程全部控制部分实际上包括若干模块：键盘设置处理程序，LCD显示程序，延时消抖程序，状态判断及处理程序，伺服驱动程序等。整个软件程序主要分为两大部分：按键处理程序和键盘扫描程序。流程图见附录。4.1.1子程序模块设计按键模块的控制是调用中断来实现控制，独立按键是通过端口电平来判断键盘是否被按下来实现的。转动常开按钮，一端接地，另一端连接IO端口。在程序刚开始时，IO港被放置在高电平。如果没有按键，IO端口通常会受到很好的保护。如果有按键的时候，IO端口对地短路后打开，打开的IO端口将设置为低电平。MCU内的上拉电阻将IO端口保持在高电平。我们需要做的是找出IO端口程序的水平状态，就可以知道是否有按键动作。定时中断是本设计的关键。一旦定时器开始，它将在原来的数值上加1计数。程序启动时，在没有进行设置的情况下，Th0和TL0会默认置0。若采用12MHZ晶振时，机器周期就是1us。记满TH0和TL0需要216-1个数字，如果此时再来一个脉冲，计数器便会溢出，从而向CPU申请中断。因此，一次溢流总共需要65536us，约65．6ms。如果我们想定时50ms，我们需要先为TH0和TL0设定一个初始值。然后以这个初始值为基础，记录了50000个数字之后，定时器就溢出了。此时，中断次数为1，即时间过去了50ms。如果我们在编写程序时设定20个中断为1，则此时时间刚好过去1s，从而能够精确地控制定时时间。输出数据并切换和处理各种状态都是根据定时中断来完成的。4.2KEILC51的应用硬件与软件的设计一般都要分别借助一些软件，如我们MCS-51程序开发工具KEIL，通常用作电路设计与制版的AltiumDesigner，绘制图形所用的AutoCAD等。KeilC51集成开发环境是基于80C51内核的软件开发平台，与当前市面上大部分集成开发环境一样，也是用工程的方法来管理文件，在编译时达到了较高的准确率。安装运行KEILC51，使用KEIL的开发工具进行项目开发过程，与其他软件开发项目的过程基本上相同：创建C语言或汇编语言的源程序。编译或汇编源文件。纠正源文件中的错误。从编译器和汇编器连接目标文件。测试连接的应用程序。4.3AltiumDesigner的应用AltiumDesigner是由Altium（以前的Protel软件开发公司）开发的电子产品开发系统。它主要基于Windows操作系统，包括集成电路开发、电路仿真、PCB设计、绘图和编辑，熟练使用该软件可以显著提高电路开发的质量和效率。电子设计自动化EDA（ElectronicDesignAutomation）是一种用于电路开发原理图、PCB制作、电路仿真和安装的计算机辅助工具，随着电子电路的设计越来越复杂，电路的开发也越来越困难。电子线路的计算机辅助设计是必然的发展趋势。越来越多的设计需要使用高速、功能强大的CAD软件来支持电路图的设计和打印，打印电路板和各种报表。其主要功能如下：⑴原理图设计。⑵印刷电路板设计。⑶嵌入式开发。⑸3DPCB设计。⑹封装库设计。4.3AutoCAD的应用AutoCAD（汽车、计算机、辅助、设计）是Autodesk为二维图形开发的第一个CAD软件。详细的图形、建筑文档和基本的三维设计已经成为世界上最流行的绘图工具。AutoCAD的用户界面广受好评，它能通过交互式菜单或命令行使用执行各种操作。它的多文件设计环境使非计算机专业的使用者快速学会使用成为可能。在不断实践的过程中，为了更好地管理不同的应用程序和开发能力，AutoCAD拥有广泛的定制选项，满足客户的不同功能需求。除此之外，它可以在各种微型计算机和工作站上运行，并支持多种操作系统。AutoCAD是Autodesk开发的计算机辅助设计软件。它支持不知道如何绘制二维图形和基本三维设计程序的用户，并能自动绘制。因此它在全球广泛使用，在土木建筑，装饰装潢，工业制图，工程制图，电子工业等领域更是必不可少。其主要功能如下：⑴具有完善的图形绘制功能。⑵有强大的图形编辑功能。⑶这可以通过多种方式重新开发或调整。⑷它具有很强的数据互换性，可以转换多种图形类型。⑸支持多种硬件设备。⑹支持多种操作平台。⑺另外，在autocad2000之后，引入了AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动程序、新的对象捕获功能和扩展的标注功能，部分开放功能和部分加载功能都有很多强大的功能，对系统进行了升级。第5章总结与展望单片机作为新时代科技发展的一大产物，对于社会各个方面的发展都有着重要的作用。想要提升单片机的应用空间，就必须借助电子功能环境，才能够实现单片机技术上突破以及应用范围的扩大。同时，单片机控制系统也应该和各行各业紧密连续，才能够好的发挥单片机的强大功能。本文主要完成了如下研究工作，并得到了相应的结论：通过阅读文献了解单片机原理及其应用，了解单片机控制系统的设计，经济特性以及研究现状，归纳总结单片机应用的国内外研究现状。对控制系统设计有一定的了解，学习了电路的部分知识，尝试自主设计机械结构。学习了AltiumDesigner以及Solidworks的使用方法，学习焊接的基本知识，尝试动手组装实物，极大提高了动手能力。（4）对控制系统进行整体组装。利用KEILC51编程，并由AutoCAD画出电路原理图。最终设计能满足设计要求。经过这次毕业设计，我觉得自己学到了不少东西。归纳起来，主要有以下几点：（1）通过这次毕业设计，我把在学校学到的经验和实践结合起来，充分利用从书本和课程中学到的知识，认识到