基于单片机的点焊机控制器系统设计.docx

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基于单片机的点焊机控制器系统设计

基于单片机的点焊机控制器系统设计

基于单片机的点焊机控制器系统设计

摘要：

本文介绍了用51单片机设计的一种多功能点焊机控制器,具有自动加热、设置炉温、到设置温度自动停止等功能，并且具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。

当前市场上的点焊机控制器基本上采用双金属片温控，控温精度低、可靠性差、功能单一。

随着微电子技术的发展，单片微处理器功能日益增强，价格低廉，在各方面得到广泛应用。

在点焊机控制器中应用单片机，具有设计简单、可靠性高、功能易扩展等优点。

本文着重于点焊机在智能控制方面的探讨。

关键词：

单片机，点焊机，51，加热1前言

1.1Proteus仿真软件简介

ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件[9]。

它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：

①实

现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。

具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、

RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

②支持主流单片机系统的仿真。

目前支持的单片机类型有：

68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

③提供软件调试功能。

在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。

④具有强大的原理图绘制功能。

总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。

Proteus主要用于绘制原理图并可进行电路仿真，Proteus

ARES主要用于PCB设计。

ISIS的主界面主要包括：

1是电路图概览区、2是元器件列表区、3是绘图区。

绘制电路图的过程如下：

单击2区的P命令即弹出元器件选择（PickDevices）对话框，Proteus提供了丰富的元器件资源，包括30余种元器件库，有些元器件库还具有子库。

利用该对话框提供的关键词

（Keywords）搜索功能，输入所要添加的元器件名称，即可在结果（Results）中查找，找到后双击鼠标左键即可将该元器件添到2区，待所有需要的元器件添加完成后点击对话框

右下角的OK按钮，返回主界面。

接着在2区中选中某一个元器件名称，直接在3区中单击鼠标左键即可将该元器件添加到3区。

由于是英国的软件，特别要注意的是绘图区中鼠标的操作和一般软件的操作习惯不同，这正像是司机座位和人行道走向和国内不同一样。

单击左键是完成在2区中被选中的元器件的粘贴功能；将鼠标置于某元器件上并单击右键则是选中该元器件（呈现红色），若再次单击右键的话则删除该元器件，而单击左键的话则会弹出该元器件的编辑对话框（EditComponent）;若不需再选中任何元器件，则将鼠标置于3区的空白处单击右键即可；另外如果想移动某元器件，则选中该元器件后再按住鼠标左键即可将之移动。

元器件之间的连线方法为：

将鼠标移至元器件的某引脚，即会出现一个“X”符号，按住鼠标左键后移动鼠标，将线引至另一引脚处将再次出现符号“X”，此时单击鼠标左键便

可完成连线。

连线时在需拐弯的地方单击鼠标左键即可实现方向的改变。

绘制好电路后，可利用1区的绿色边框对3区的电路进行定位。

1.2Keil编译及调试软件简介目前流行的51系列单片机开发软件是德国Keil公司推出的KeilC51软件，它是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其6.0以上的版本将编译

和仿真软件统一为卩Vision（通常称为卩V2）。

Keil提供包括

C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真

调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：

卩Vision

IDE集成开发环境（包括工程管理器、源程序编辑器、程序

调试器）、C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及Monitor-51、RTX51实时操作系统。

应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：

编写源程序并保存——建立工程并添加源文件——设置工程——编译/汇编、连接，产生目标文件——程序调试。

Keil使用“工程”（Project）的概念，对工程（而不能对单一的源程序）进行编译/汇编、连接等操作。

工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。

首先选择菜单File—New…，在

源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序（或选择File—Open…，直接打开已用其他编辑器编辑好的源程序文档）并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm（.a51）或.c;然后选择菜单Project—NewProject…，建立新工程并保存（保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2）;工程保

存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。

这时工程管理窗口的文件页（Files）会出现

“Target1”，将其前面+号展开，接着选择SourceGroup1,右击鼠标弹出快捷菜单，选择“AddFiletoGroup‘Source

Groupl'”出现一个对话框，要求寻找并加入源文件（在加入一个源文件后，该对话框不会消失，而是等待继续加入其他文件）。

加入文件后点close返回主界面，展开“SourceGroup1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。

紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的Target1，再选择Project—OptionforTarget'Targetl'（或点右键弹出快捷菜单再选择该选项），打开工程

属性设置对话框，共有8个选项卡，主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验

仿真板等，如要写片，还必须在Output选项卡中选中“CreatHexFi”；其他选项卡内容一般可取默认值。

工程设置后按F7键（或点击编译工具栏上相应图标）进行编译/汇编、连

接以及产生目标文件。

成功编译/汇编、连接后，选择菜单Debug—Start/StopDebug

Session（或按Ctrl+F5键）进入程序调试状态，Keil提供对

程序的模拟调试功能，内建一个功能强大的仿真CPU以模拟执行程序。

Keil能以单步执行（按F11或选择Debug—Step）、过程单步执行（按F10或选择Debug—StepOver）、全速执行等多种运行方式进行程序调试。

如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改（Debug—Inline

Assambly…）,不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步

骤。

对于一些必须满足一定条件（如按键被按下等）才能被

执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理（Debug—Insert/RemoveBreakpoint或

Debug—Breakpoints…等）。

在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。

Keil软件Eval版（免费产品）的功能与商业版相同，只是程序的最大代码量不得超过2kB，但对初学者而言已是足够。

Keil软件由于其强大的软件仿真功能，友好的用户界面以及易于掌握的特点而受到工程技术人员的欢迎，有人甚至认为Keil是目前最好的51单片机开发应用软件。

1.3课程设计要求完成基于单片机的点焊机控制器系统的设计，能够实现炉温的自动加热，并检测炉温温度，对温度进行显示。

o程序设计合理、简洁。

o自行设计检测及相关处理电路。

o完成单片机数据采集及处理的硬件电路设计及相

关软件编程。

o辅助电路及元器件自选。

o自选传感器类型

o加热范围40~100摄氏度1.4设计目的现代科技飞速发展,拥有渊博的知识是今后一展鸿图的基础实践也同知识一样重要,如果不在学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节，学习与应用脱节的局面。

任随书本上把单片微机技术介绍得多么重要、多么实用、多么好用，同学们仍然会感到那只是空中楼阁，离自己十分遥远，或者会因此而对它失去兴趣，或者会感到它高深莫测无从下手，这些情况都会令课堂教学的效果大打折扣。

“毕业设计”的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。

2设计方案2.1原理框图本文介绍了用51单片机设计的一种多功能点焊机控制器,具有设置炉温、实时温度显示，自动温度保持等特点。

并且具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。

当前市场上的点焊机控制器基本上采用双金属片温控，控温精度低、可靠性差、功能单一。

随着微电子技术的发展，单片微处理器功能日益增强，价格低廉，在各方面得到广泛应用。

在点焊机控制器中应用单片机，具有设计简单、可靠性高、功能易扩展等优点。

点焊机控制器主要实现对炉温的控制，并满足不同用户的个性需求。

因此一个较完善的控制器应具有以下功能：

炉温的测量与显示；用户设定功能（如炉温设定，定时设定等）；对电加热管的控制功能；一些功能键（如恒温控制等）

SHAPE\*MERGEFORMAT

图1原理框图2.2基本功能设计

显示电路如图6所示，温度采用二位七段码显示，显示范围0C〜99c。

对温度进行循环扫描显示。

设置按键两个，一个十位按键，一个个位按键。

3硬件电路设计

根据点焊机控制器的功能要求，并结合对51系列单片机的资源分析，采用此系列中的主流型号89C51作为电路系统的控制核心。

电点焊机控制器的总体布局如图1所示。

基本硬件电路图如图2（a）〜（c）所示。

在本系统中，P0.0〜P0.3用于七段码显示，P2.6控制水闸开关，P2.7控制电加热管，P3.3〜P3.5用于按键设计和读取水量，P3.0〜P3.2用于跟DS1820通信进行炉温测量，P2.0〜P2.1对七段码进行扫描，P2.2〜P2.5LED指示灯显示，P3.7控制扬声器用于报警和指示。

1.炉温测量电路

炉温测量电路如图4所示，测温元件采用DALLAS的单线数字温度传感器DS1820。

DS1820提供九位温度读数，测量范围-55C~125C,采用独特1-WIRE总线协议，只需一根口线即实现与MCU的双向通讯，具有连接简单，高精度，高可靠性等特点。

在工作时，通过总线向其提供电源，单片机发出指令码读取温