工业过程控制系统的仿真与实现.docx

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工业过程控制系统的仿真与实现

工业过程控制系统的仿真与实现

摘要

本文基于AT89S52列单片机为核心控制器对工业过程的包装加工工序进行了系统仿真设计，针对工件计数，设计了一套用于工件计数的自动计数控制系统，系统采用AT89S52单片机为该系统的控制核心部件，利用红海外线发射，接受模块作为传感器，当有工件通过时红外光被遮挡，接受模块将产生一个脉冲信号，对此脉冲信号进行计数，就可以实现对工件计数。

关键词：

AT89S52；光电传感器；自动计数

Abstract

SystemSimulationandDesignofmicrocontrollerbasedonAT89S52columnpackingandprocessingprocessesofthecorecontrollerforindustrialprocesses,countagainsttheworkpiece,asetofworkpiececountautomaticallycountcontrolsystem,thesystemusesAT89S52MCUforsystemcontrolcorecomponentsof,launchtheRedSeaoutside,toacceptthemoduleasasensor,infraredlightisblockedwhentheworkpiecethroughtoacceptthemodulewillgenerateapulsesignal,thepulsesignalcountcanbeachievedontheworkpiececount.

Keywords:

AT89S52is;automaticcounting;photoelectricsensor

1.2AT89S52单片机简介.....................................................1

第1章绪论

1.1概述

光电计数器广泛应用于工业生产，实时检测，自动化控制等领域，一般的光电计数器采用红外感应器件，或者是光电对射器件，存在计数范围发散，计数狭缝窄，不适合体积大的固件计数等不足。

今年来，工厂对小工件的需求量越来越大，对小工件的计数准确性的要求越来越高，因此，十分有必要研制试用于小工件计数的仪器。

针对这一话题，我基于光电传感器的检测原理设计了一个自动计数仪的控制系统。

该系统能对工件进行计数控制，调控。

并具有计数准确，检测速度，稳定星性好，抗干扰能力强，计数达到设定值后自动进行包装的特点。

该计数器采用系统的控制电路是以AT8952单片机为核心，通过步进电机与LED，红外感应，振动盘，共同工作下完成计数，显示，包装的工作。

1.2AT89S52单片机简介

AT89S52为ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器。

（一）、AT89S52主要功能列举如下：

1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash

2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）

3、内部程序存储器（ROM）为8KB

4、内部数据存储器（RAM）为256字节

5、32个可编程I/O口线

6、8个中断向量源

7、三个16位定时器/计数器

8、三级加密程序存储器

9、全双工UART串行通道

（二）、AT89S52各引脚功能介绍：

VCC：

AT89S52电源正端输入，接+5V。

VSS：

电源地端。

XTAL1：

单芯片系统时钟的反相放大器输入端。

XTAL2：

系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。

RESET：

AT89S52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。

EA/Vpp：

"EA"为英文"ExternalAccess"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。

因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。

如果是使用8751内部程序空间时，此引脚要接成高电平。

此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。

ALE/PROG：

ALE是英文"AddressLatchEnable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。

AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0～A7）锁进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。

平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。

此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。

PSEN：

此为"ProgramStoreEnable"的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。

AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。

PORT0（P0.0～P0.7）：

端口0是一个8位宽的开路汲极（OpenDrain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。

其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。

如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0～A7）及数据总线（D0～D7）。

设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。

PORT2（P2.0～P2.7）：

端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。

P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。

PORT1（P1.0～P1.7）：

端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。

如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。

PORT3（P3.0～P3.7）：

端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。

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。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

　　ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

　　/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

　　/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

　　XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

单片机（ATMEL8952）有24个输入/输出点,支持在线下载功能,能满足该装备的控制与可靠运行,ATMEL8952还能通过编程改变控制策略,克服了大多数同类设备采用逻辑芯片进行控制,无法根据工作情况调整参数或控制策略的缺点因此,本系统决定使用该型号单片机

在计数过程中需要相应的输入设备进行参数设置,常用的输入设备有按钮、键盘、薄膜开关、触摸屏等由于薄膜开关具有外形美观、密封性好、装配方便、成本低、寿命长等优点,决定选用它作为输入设备.

1.3硬件电路设计

系统硬件包括红外光电传感器、单片机接口电路及键盘、显示器、振动盘等部分,图1是系统硬件框图.系统的工作流程如下:

先由键盘设定好计数的

初始值,系统运行后,工件由送料设备振动盘送至

光电传感器检测区域,当落入检测区域的工件阻断

光通路后,光电传感器输出脉冲信号,单片机通过

对脉冲信号的判断和处理,对送料设备振动盘、显

示设备以及包装部分的步进电机进行控制.

系统的控制电路是以AT8952单片机为核

心,图2是单片机接口电路,所有电路的控制与信图1系统硬件框图

号处理都由单片机完成.单片机的外围电路主要有:

晶振电路、复位电路、液晶屏显示电路、振动盘控制电路、键盘接口电路、红外光电传感器电路等.

单片机的P0口通过上拉电阻增加驱动能力,再经过74L245（8路同相三态双向总线收发器）接到液晶屏的数据口上P2.0至P2.5这6个口也经过74L245再接到液晶屏的各控制线上P1.0、P1.1，P1.2、P3.0、P3.1和P2.6口经过74HC14D（6非门施密特触发器）和ULN2003（高耐压、大电流、内部由七个硅NPN达林顿管组成的驱动芯片）驱动步进电机的运行P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7与P2.7口都接至键盘软件方法来实现PID调节功能。

前者称为模拟PID控制器，后者称为数字PID控制器。

其中数字PID控制器的参数可以再现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以较好的控制效果。

采用这种方法实现的温度控制器，其控制品质的好坏主要决定于三个PID参数（比例值，积分值，微分值）。

只要PID参数选取正确，对于一个确定的受控系统来说，其控制精度是比较令人满意的。

但是，它的不足也恰恰在于