基于单片机的工业顺序控制系统设计.docx

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基于单片机的工业顺序控制系统设计

基于单片机的工业顺序控制系统设计

【设计题目】

基于单片机的工业顺序控制系统设计

【设计要求】

在工业控制过程，如冲压、注塑、轻纺、制瓶等生产过程，都是一些断续生产过程，按某种程序有规律地完成预定的动作，对这类断续生产过程的控制称顺序控制，例如注塑机工艺过程大致按“合模→注射→延时→开模→产伸→产退”顺序动作，用单片机最容易实现这类过程的控制。

要求如下：

（1）单片机的P1.0—P1.6模拟控制注塑机的七道工序，通过缓冲器74LS240控制七只发光二极管的点亮，P1口输出高电平有效信号，经74LS240反向后驱动发光二极管（VL1~VL7），按VL1~VL7顺序先后分别亮1~7秒，依次循环。

（2）P3.3用作外故障输入模拟端口，再P3.3口送“0”时，能不断发出告警，P1.7口作为报警声音输出，经功放驱动扬声器。

故障排除时，程序应从刚才报警的那道工序继续执行。

【设计过程】

1.【方案设计】

硬件：

单片机可以实现时序控制、时间控制等，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统，因此选择单片机作为控制芯片。

软件：

单片机晶振为12MHZ，一个单指令周期为12个机器周期，以此写出延时1~7秒的汇编程序。

图-1系统框图

2.【器件选择】

8031单片机、74LS240、9012晶体管、数码管、扬声器

图-274LS240管脚图

74LS240是一种芯片，对发光二极管起缓冲反相器的作用。

图-38031管脚图

下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。

1）、主电源引脚VCC和VSS

VCC——（40脚）接+5V电压；

VSS——（20脚）接地。

2）、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。

在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。

当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。

XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。

在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。

采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。

3）、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP

①RST/VPD（9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。

推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。

VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。

当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。

②ALE/PROG（30脚）：

当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。

即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。

然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。

对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。

③PSEN（29脚）：

此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。

在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。

但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。

PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。

④EA/VPP（引脚）：

当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80C51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。

当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。

对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。

对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。

4）、输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）

①P0口（39脚至32脚）：

是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。

②P1口（1脚至8脚）：

是准双向8位I/O口。

由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。

P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。

对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。

③P2口（21脚至28脚）：

是准双向8位I/O口。

在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。

在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。

P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

④P3口（10脚至17脚）：

是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。

P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。

作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。

值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。

表P3各口线的第二功能定义

口线引脚第二功能

P3.010RXD（串行输入口）

P3.111TXD（串行输出口）

P3.212INT0（外部中断0）

P3.313INT1（外部中断1）

P3.414T0（定时器0外部输入）

P3.515T1（定时器1外部输入）

P3.616WR（外部数据存储器写脉冲）

P3.717RD（外部数据存储器读脉冲）

3.【软件设计】

1）.实验流程图

图-3程序框图

2）.实验源程序

ORG0013H

LJMPHA2S3

ORG0580H

HA2S:

MOVP1,#07FH

ORLP3,#00H

HA2S1:

JNBP3.4,HA2S1

ORLIE,#84H

ORLIP,#04H

MOVPSW,#00H

MOVSP,#53H

HA2S2:

MOVP1,#01H

ACALLDELAY1

MOVP1,#02H

ACALLDELAY2

MOVP1,#04H

ACALLDELAY3

MOVP1,#08H

ACALLDELAY4

MOVP1,#10H

ACALLDELAY5

MOVP1,#20H

ACALLDELAY6

MOVP1,#40H

ACALLDELAY7

SJMPHA2S2

HA2S3:

MOVB,R2

HA2S4:

MOVP1,#07FH

MOV20H,#0A0H

HA2S5:

SETBP1.7

ACALLHA2S6

CLRP1.7

ACALLHA2S6

DJNZ20H,HA2S5

CLRP1.7

ACALLHA2S6

JNBP3.2,HA2S4

MOVR2,B

RETI

HA2S6:

MOVR2,#10

D0：

MOVR5，#125

D1：

MOVR6，#2

D2：

DJNZR6，D2

DJNZR5，D1

DJNZR4，D0

RET

DELAY1：

MOVR4，#20

D10：

MOVR5，#125

D11：

MOVR6，#200

D12：

DJNZR6，#D12

DJNZR5，D11

DJNZR4，D10

RET

DELAY2：

MOVR4，#40

D20：

MOVR5，#125

D21：

MOVR6，#200

D22：

DJNZR6，D22

DJNZR5，D21

DJNZR4,D20

RET

DELAY3：

MOVR4，#60

D30：

MOVR5，#125

D31：

MOVR6，#200

D32：

DJNZR6，D32

DJNZR5，D31

DJNZR4,D30

RET

DELAY4：

MOVR4，#80

D40：

MOVR5，#125

D41：

MOVR6，#200

D42：

DJNZR6，D42

DJNZR5，D41

DJNZR4,D40

RET

DELAY5：

MOVR4，#100

D50：

MOVR5，#125

D51：

MOVR6，#200

D52：

DJNZR6，D52

DJNZR5，D51

DJNZR4,D50

RET

DELAY6：

MOVR4，#120

D60：

MOVR5，#125

D61：

MOVR6，#200

D62：

DJNZR6，D62

DJNZR5，D61

DJNZR4,D60

RET

DELAY7：

MOVR4，#140

D70：

MOVR5，#125

D71：

MOVR6，#200

D72：

DJNZR6，D72

DJNZR5，D71

DJNZR4,D70

RET

END

【安装调试】

1、P3.4连K1，P3.3连K2，P1.0—P1.6分别连到L1—L7，P1.7连SIN（电子音响输入端）。

2、K1开关拨在上面，K2拨在上面。

3、用连续方式从起始地址0580H开始运行程序（输入0580后按EXEC键），此时应在等待开工状态。

4、K1拨至下面（显低电平），各道工序应正常运行。

5、K2拨至下面（低电平），应有声音报警（人为设置故障）。

6、K2拨至上面（高电平），即排除故障，程序应从刚才报警的那道工序继续执行。

【电路安装】

图-4系统电路图

【系统调试】

调试环境（仪器）

DVCC实验箱，计算机，导线若干。

调试方法

按图连接好线路，K1拨至下面（显低电平），各道工序应正常运行，可以看到VL1~VL7依次按照1~7秒分别亮起后熄灭，循环反复。

若K2拨至下面（低电平），应有声音报警（人为设置故障）。

K2拨至上面（高电平），即排除故障，程序应从刚才报警的那道工序继续，则设计实验成功。

【结果分析】

实验中延时的时间的计算为：

DELAY1t=20*125*200*12*2/12000000=1S;

分别代表的含义为：

20、125、200是循环的次数相乘，12代表一个指令周期为12个机器周期，2代表该指令周期为双指令周期，12000000表示晶振的频率，也是机器周期。

在实验中可以观察到VL1～VL7依次按照1～７秒间隔循环亮起。

在故障出现时能够保护现场，待故障消除后从现场又开始循环。

【设计总结】

经过将近一周的单片机课程设计，终于完成了工业顺序控制的设计，本次设计过程，真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，此次在软件上是花费时间最多的，我们上网找资料，上图书馆，尽可能的了解有关于工业顺序控制这方面的知识。

通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。

使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步。

【参考文献】

【1】张大明.单片微机控制应用技术.北京：

机械工业出版社，2006

【2】胡汉才.单片机原理及接口技术.北京：

清华大学出版社，2007

【3】付家才.单片机控制工程实践技术.北京：

化学工业出版社，2005

【4】余孟尝.数字电子技术基础简明教程.北京：

高等教育出版社，2006

【5】李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：

北京航空航天大学出版社，2004