智能纸张拉力试验机控制系统hhq副本.docx
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智能纸张拉力试验机控制系统hhq副本
检测电路主要完成压.5DAC7512
3.接口工作模式
采用三线制（SYNC，SCLK及DIN）串行接口，其串行写操作时序如图3.5DAC7512所示。
写操作开始前，SYNC要置低，DIN的数据在串行时钟SCLK的下降沿依次移入16位寄存器。
在串行时钟的第16个下降沿到来时，将最后一位移入寄存器，可实现对工作模式的设置及DAC7512内容的刷新，从而完成一个写周期的操作。
此时，SYNC可保持低电平或置高，但在下一个写周期开始前，SYNC必须转为高电平并至少保持33ns，以便SYNC有时间产生下降沿来启动下一个写周期。
若SYNC在一个写周期内转为高电平，则本次写操作失败，寄存器强行复位。
由于施密特缓冲器在SYNC高电平时的电流消耗大于低电平时的电流消耗，因此，在两次写操作之间，应把SYNC置低电平以降低功耗。
DAC7512的片内移位寄存器宽度为16位，其中DB15、DB14是空闲位，DB13、DB12是工作模式选择位、DB11～DB0是数据位。
器件内部带有上电复位电路。
上电后，寄存器置0，所以DAC7512处于正常工作模式，模拟输出电压为0V。
掉电模式下，不仅器件功耗要减小，而且缓冲放大器的输出级通过内部电阻网络接到1ｋΩ、100ｋΩ或开路。
而处于掉电模式时，所有的线性电路都断开，但寄存器内的数据不受影响。
3.5执行机构的设计
执行机构是本设计的核心所在，包括直流伺服电机和直流电机驱动器，下面主要介绍直流电机、直流电机驱动器的型号和原理，以及直流伺服驱动单元的工作原理。
3．5．1直流伺服电机和直流电机驱动器的简介
伺服电机有直流和交流两大类。
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛应用。
本系统采用的是SEM伺服直流电机和LMD18200直流电动机驱动器。
（1）SEM直流伺服电机是一种性能优良的永久磁体伺服马达，输出扭矩0.5Nm-37Nm，对于高低压驱动器均适用，具有最优电流速度特性，所有MT马达按标准均配备高精度的测速发电机，最高转速：
1400-5000RPM，型号MT20/30/40/52编码器可选。
适用于输送机，给料器，包装设备，印刷设备等。
（2）LMD18200直流电动机驱动器的功能及作用如下：
LMD18200是美国国家半导体公司（NS）推出的专用于直流电动机驱动的H桥组件。
同一芯片上集成有CMOS和DMOS功率器件，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。
LMD18200广泛应用于打印机、机器人和各种自动化控制领域。
本文介绍了LMD18200芯片的结构、原理及其典型应用。
主要性能：
峰值输出电流高达6A，连续输出电流达3A，工作电压高达55V LowRDS（ON）typically0.3Wperswitch，TTL/CMOS兼容电平的输入，无“shoot-through”电流；具有温度报警和过热与短路保护功能芯片结温达145℃，结温达170℃时，芯片关断，具有良好的抗干扰性。
典型应用：
驱动直流电机、步机电机、伺服机构系统位置与转速、应用于机器人控制系统、 应用于数字控制系统、 应用于电脑打印机与绘图仪。
③管脚说明和内部结构说明：
LMD18200外形结构和内部电路框图如图所示。
它有11个引脚,采用TO-220和双列直插式封装。
电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势，用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。
使用专门的电机控制芯片LMD18200可以减轻单片机负担，工作更可靠。
④驱动器和直流伺服电机的连接电路：
LMD18200与直流伺服电机的连接电路如图3.7所示：
.
图3.7驱动器与直流伺服电机的连接图
3．5．2直流伺服驱动单元的工作原理
直流PWM伺服驱动单元是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与“断开”时间的长短，通过调节直流伺服电动机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。
因此，这种装置又称为“开关驱动装置”。
PWM控制原理示意图如图3.8所示，可控开关S以一定的时间间隔重复地接通和断开，当S接通时，供电电源U、通过开关S施加到电动机电枢两端，电源向电动机提供能量，电动机储能;当开关S断开时，中断了供电电源U向电动机提供能量，但在开关S接通期间电枢电感所储存的能量此时通过续流二级管VD使电动机电流继续流通。
[15]
图3.8PWM控制原理示意图
在电动机电枢两端间得到的电压波形如上图右所示，电压平均值U}可用下式表示：
Uav=ton/T*US=α*Us（3-4）
式中ton—开关每周期接通的时间
T—开关通断的工作周期
α—占空比，α=ton/T
由式（3-4）可见，改变占空比即可改变电动机电枢两端间的平均电压，达到调速的目的。
但必须有将控制转速的指令转换为脉冲宽度或开关周期的电路或装置来实现。
3．6外围电路的设计
所谓的外围电路的设计就是人机交互接口，是指人与计算机之间建立联系、交换信息的输入/输出设备的接口，这些输入/输出设备主要有键盘和显示器等。
3．6．1BC7281A芯片的介绍
BC7281A芯片是由海外知名厂家制造，比高公司拥有版权的LED数码管显示及64键键盘接口专用芯片。
BC7280最多可以驱动8位LED显示，而BC7281B则最多可以驱动16位。
二者软件硬件均兼容，BC7281A可以直接替代BC7280/BC7281/BC7281A，而不用对硬件或软件作任何修改。
该芯片的主要特点如下:
抗干扰工作模式，亮度控制，单独关闭显示但保留键盘功能，有多种译码显示方式，同时可以直接修改显示寄存器，显示任意内容特有的光柱显示方式，用一条指令即可控制光柱显示译码显示时不影响小数点位，便于将小数点位用作单独指示灯段寻址方式，可以单独控制任意显示段，16位可单独控制闪烁显示，闪烁速度可调，键盘部分具有去抖和键值锁存功能段驱动极性和时序均可控，可以配合多种驱动电路，可适用于任何尺寸数码管，内部寄存器的内容可读，按键指示输出，2线高速串行接口，使用简便，具有标准DIP18和SOP20两种封装具有2种键盘工作模式，适应不同应用需求。
[29]
3．6．2键盘显示电路的设计
在对纸张拉力试验机的控制中，利用键盘/显示系统来实现监视和分析通过键盘输入的命令和数据，以及显示纸张拉力试验机的工作状态，及时显示材料的张力。
在本次设计中用到的显示器件为LED数码管，这种显示器成本低廉，配置灵活，接口方便。
LED显示器结构与原理：
LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。
在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。
这种显示块有共阴极与共阳极两种。
共阴极LED显示块的发光二级管阴极共地。
当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二级管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。
通常的七段LED显示块中有八个发光二级管，故也有人叫做八段显示器。
其中七个发光二极管构成七笔字形“8”。
一个发光二级管构成小数点。
七段显示块与单片机接口非常容易。
只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。
8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。
通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码。
共阳极与共阴极的段选码互为补数。
[27]
键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。
键盘实质是一组按键开关的集合。
通常，键盘开关利用了机械触点的合、断作用。
本设计采用的是矩阵式按键4*8式键盘。
此键盘按键的功能如下：
打印
下降
日期
停止
8
上升
3
清零
有效
速度
小数点
9
6
4
1
测量
无效
F1
参数
0
7
5
2
N1
BD
N3
电路原理图参见附录1
3．6．3接口芯片8155的介绍
系统采用8155外扩接口芯片带一个4*8键盘和由8个LED数码管组成的显示器，分别显示路数，欲置数，实测值。
8155是INTEL公司生产的可编程的并行I/O接口芯片。
它具有3个8位的并行I/O口，三种工作方式，可通过编程改变其他功能，因而使用灵活方便，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接使得中央接口电路。
8155A引脚如图3.9所示
图3.98155引角图
带有RAM和定时器的并行口8155的引脚功能及引脚介绍：
8155采用40脚双列直插式封装，单一＋5v的电源。
RESET:
复位信号线，高电平有效，在该输入端加一脉冲宽度为600ns的高电平信号，就可使8155可靠复位，复位时三个输入/输出口预置为输入方式。
CE:
片选端,8155为低电平有效，8156为高电平有效，当8155上加上一个低电平时，芯片被选中，可以与单片机交换信息。
AD0～AD7:
三态地址/数据总线，在ALE的下降沿把8位地址锁存于内部地址锁存器，地址可代RAM或输入/输出用，由IO/M信号的极性而定，8位数据的流向取决于RD或WR信号的状态。
WR:
写信号线，低电平有效，当片选信号和WR信号有效时，AD0～AD7上的数据将根据IO/M极性写入RAM或I/O口。
PA0～PA7:
输入/输出口A的信号线，通用8位输入/输出口，输入/输出的方向通过对命令/状态寄存器的编程来选择。
PB0～PB7:
输入/输出口B的信号线，通用8位输入/输出口，输入/输出的方向通过对命令/状态寄存器的编程来选择。
PC0～PC5:
输入/输出口C的信号线，6位可编程输入/输出口，也可用作A口和B口的控制信号线通过对命令/状态寄存器编程来选择。
INT:
定时/计数器输入信号线，定时/计数器的时钟由此线输入。
TOUT:
定时/计数器的输出信号线,输出信号为方波还是脉冲则由定时/计数器的工作方式而定。
VCC:
电源线，接＋5V直流电源。
VSS:
接地线，接到公用地线上。
8155与89C52的硬件设计如下图所示：
3．6．4电源监控芯片MAX708
MAX708是一种微处理器电源监控芯片，具有比较器、手动复位、两组复位电平输出的功能，可同时输出高电平有效和低电平有效的复位信号。
复位信号可由VCC电压、手动复位输入、或由独立的比较器触发。
独立的比较器可用于监视第二个电源信号，为处理器提供电压跌落的预警功能。
这一功能是为器件发出复位信号前的正常关机、向操作者发送警报、或电源切换而考虑的。
MAX708提供SO-8或TSSOP-8的表面封装形式，有3种域值电平可供选择。
MAX708的引角排列如图3.9：
图3.3MAX708原理图
3．6．5电源单元的设计
纸张拉力试验机控制系统在设计时用到+12V电源，它们均可通过对交流220V降压后，经整流模块、电容滤波、稳压模块而得。
设计如下：
对交流220V通过变压器降压为交流12V，然后经过整流模块、电容滤波变为直流，再经LM7805CT电源模块输出+12V的直流电源。
+12V直流电源
4软件设计
4．1引言
随着纸张拉力试验机和电子技术的发展，人们对纸张拉力试验机的控制系统要求越来越高。
拉力试验机用户不仅希望测控系统除了能够按照标准要求，对纸张、塑料、橡胶等材料实施精确有效的张力测量与控制外，也希望能够充分利用先进的计算机技术提供方便、实用、美观的试验操作环境。
这些功能最终都需通过软件来实现。
本章将围绕89C-52单片机和计算机技术，利用软件编程的方法，来实现直流电机伺服控制、PWM调速等一系列功能，从而完成了智能纸张拉力试验机控制系统的设计，实现了一个系统中以单片机为控制核心的控制模式
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