模拟工业顺序控制.docx

1、模拟工业顺序控制沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计课程设计题目： 模拟工业顺序控制 系 别 自动化学院 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 工程师、讲师 起止日期：2013年6月24日起至2013年6月28日止沈 阳 工 程 学 院课程设计任务书 课程设计题目： 模拟工业顺序控制 系 别 自动化学院 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 工程师、讲师 课程设计进行地点： 单片机实验室(F207) 任 务 下 达 时 间：2013 年6月7日起止日期：2013年6月24日起至 201年6月28日止教研室主任 王 健 2013 年6月7日批准一、设计目的通过课程设计使学生更进一步掌握单片机原理

2、及应用课程的有关知识，提高应用单片机解决问题的能力，加深对单片机应用的理解。通过查阅资料，结合所学知识进行软、硬件的设计，使学生初步掌握应用单片机解决问题的步骤及方法。为以后学生结合专业从事单片机应用奠定基础。二、设计的原始资料及依据利用TD-NMC+单片机实验系统的I/O接口或可编程接口8255，指示灯等。三、设计的主要内容及要求1分别用五个开关代替五个抢答小组，当开关为0时表示未抢答，为1时表示抢答，一个开关表示抢答开始，一个开关表示清除（复位）。2每个开关对应有一个发光二极管表示抢答是否成功，当该组抢答成功时，对应的发光二极管闪亮，未抢答成功时不亮。3当抢答开始开关为1时才允许抢答，为0

3、时不允许抢答。4抢答开始后，某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，主持人可用清除开关对其清除。5扩展功能：某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，同时用两个数码管显示器显示出抢答成功的组别。四、对设计说明书撰写内容、格式、字数的要求 1.课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。2.学生应撰写的内容为：目录、正文、参考文献等。课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。3.说明书（论文）手写或打印均可。手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按沈

4、阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。4. 课程设计说明书（论文）装订顺序为：封面、任务书、成绩评定表、目录、正文、参考文献。五、 设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求；提交课程设计说明书一份。在说明书中要有设计原理、硬件电路接线图、设计的程序及必要注释、程序流程图等。六、时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注11.5天查阅资料及程序设计22.5天上机调试程序30.5天成绩评定40.5天书写报告七、主要参考资料（文献）。沈 阳 工 程 学 院单片机应用技术课程设计成绩评定表系（部）：自动化学院 班级： 学生姓名： 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具

5、 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资

6、料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分 摘要在工业控制过程，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。我们所设计的共有五道工序，通过单片机P1

7、.0-P1.4模拟控制五道工序，并由五只发光二极管显示五道工序的，每只二极管的发光间隔时间为10秒，即每10秒完成一道工序，依次循环。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。 引言随着时代的发展，各种生产制造的工厂应接不暇，工业生产的自动控制显得极为重要，于是，基于单片机控制的工业顺序控制在应时代需要被设计出来。基于单片机控制的工业顺序控制，具有方向性，控制简单，节约人力，节省时间，为生产制造提供了许多方便，减少了工业成本，提高了生产效率随着微电子技术、电力电子技术、传

8、感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的发展，使单片微型计算机也得到迅速的发展，单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。它作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。同

9、时楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。一 设计目的基于单片机的工业顺序控制系统设计二 设计要求 1分别用五个发光二极管代替五道工序。2每个发光二极管随工序的开始和结束亮和灭。3正常工作时，工序轮流循环。4用一个开关模拟顺序控制出现故障，此时送出告警信号，红灯闪亮，一旦故障解决，恢复原工序。三 设计使用的元器件及功能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17秒的汇编程序。图-1系统

10、框图2.【器件选择】8031单片机、74LS240、9012晶体管、数码管、扬声器图-2 74LS240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-3 8051管脚图8051系列单片机是国际上流行多年的代表机型，是国内高校教学和初学者入门首选的主流机型，也是在各种技术期刊和专业书籍中出现频率最高的经典机型。本文以标准80C51为模型，并适当兼顾8051系列的共性和常用型号的特性。内容主要包括：硬件架构、ROM、RAM、指令系统、汇编程序基础和汇编语言工具链、并行端口、定时器、中断逻辑、复位逻辑、时钟电路、电源电路等功能电路的结构和工作原理，以及片内程序存储器编程原理。图

11、1 8051的时序图 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

12、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 RST/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10F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（50.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。 ALE/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

13、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）。 PSEN（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

14、驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。 EA/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） P0口（39

15、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。 P1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/计数器的个LED的同时显示。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。 P2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

16、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。 P3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 P3.0 10 RXD（串行输入口） P3.1 1

17、1 TXD（串行输出口） P3.2 12 INT0（外部中断0） P3.3 13 INT1（外部中断1） P3.4 14 T0（定时器0外部输入） P3.5 15 T1（定时器1外部输入） P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲） P3.7 17 RD（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 org 0000h Limp ha2sORG 0013H LJMP HA2S3 ORG 0580H HA2S: MOV P1,#07FH ORL P3,#00HHA2S1: JNB P3.4,HA2S1 ORL IE,#84H ORL IP,#04H

18、MOV PSW,#00H MOV SP,#53HHA2S2: MOV P1,#01H ACALL DELAY1 MOV P1,#02H ACALL DELAY2 MOV P1,#04H ACALL DELAY3 MOV P1,#08H ACALL DELAY4 MOV P1,#10H ACALL DELAY5 MOV P1,#20H ACALL DELAY6 MOV P1,#40H ACALL DELAY7 SJMP HA2S2HA2S3: MOV B,R2HA2S4: MOV P1,#07FH MOV 20H,#0A0HHA2S5: SETB P1.7 ACALL HA2S6 CLR P1.

19、7 ACALL HA2S6 DJNZ 20H,HA2S5 CLR P1.7 ACALL HA2S6 JNB P3.2,HA2S4 MOV R2,B RETIHA2S6: MOV R2,#10 D0：MOV R5，#125D1：MOV R6，#2D2：DJNZ R6，D2 DJNZ R5，D1 DJNZ R4，D0 RETDELAY1：MOV R4，#20D10：MOV R5，#125D11：MOV R6，#200D12：DJNZ R6，#D12 DJNZ R5，D11 DJNZ R4，D10 RETDELAY2： MOV R4，#40 D20：MOV R5，#125 D21：MOV R6，#2

20、00 D22：DJNZ R6，D22 DJNZ R5，D21 DJNZ R4,D20 RETDELAY3： MOV R4，#60 D30：MOV R5，#125 D31：MOV R6，#200 D32：DJNZ R6，D32 DJNZ R5，D31 DJNZ R4,D30 RET DELAY4： MOV R4，#80 D40：MOV R5，#125 D41：MOV R6，#200 D42：DJNZ R6，D42 DJNZ R5，D41 DJNZ R4,D40 RETDELAY5： MOV R4，#100 D50：MOV R5，#125 D51：MOV R6，#200 D52：DJNZ R6，D

21、52 DJNZ R5，D51 DJNZ R4,D50 RETDELAY6： MOV R4，#120 D60：MOV R5，#125 D61：MOV R6，#200 D62：DJNZ R6，D62 DJNZ R5，D61 DJNZ R4,D60 RETDELAY7： MOV R4，#140 D70：MOV R5，#125 D71：MOV R6，#200 D72：DJNZ R6，D72 DJNZ R5，D71 DJNZ R4,D70 RETEND3）程序设计思路 本次设计采用8051芯片和8255拓展，P1.0-P1.4模拟控制五道工序，由74LS240控制五只发光二极管的点亮，P3.3用作外故障

22、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。4.【安装调试】1、按实验电路图接好连线。2、执行程序前，把SW1（总开关）、SW2（故障模拟开关）置于高电平。汇编、运行程序，SW1置于低电平启动程序，发光二极管依次点亮，工序正常。把SW2置于低电平，所有工序停止运行，蜂鸣器报警。恢复中断，报警停止，程序从报警时那道工序执行下去。3、可用单步、单步跟踪、非全速断点、全速断点、连续执行功能调试软件，直到符合自己程序设计要求为止。【电路安装】 图-4 系统电路图5.【系统调试】调试环境（仪器）实验箱

23、，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VL1VL5依次按照15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。6.【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VL1V

24、L5依次按照15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，同时，这是一次理论应用于实践的尝试。要将课本上的基础知识深刻理解，懂得如何去应用。更重要的是，我们不能仅仅局限于课本上或要求上的东西。我们还要努力创新。在完成基本任务的情况下，有所突破。我们今天的学习不单单是只要会课本上的东西，我们要根据所学，创造出属于自己的东西，这才是我们应该真正学会的。才是以后我们实现人生价值的基础。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

25、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