機電一體化課程設計.pdf

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1、機 電 一 體 化 課 程 設 計 班 級學 號姓 名指 導 老 師 ： 吳 來 杰付 先 成 一 、 課 程 設 計 的 題 目 及 任 務 要 求設 計 一 個 基 于 單 片 機 的 液 壓 系 統(tǒng) 油 溫 油 壓 檢 測 系 統(tǒng) ， 其 中 ： 壓 力P=016MPa， 油 溫 T=0120 。要 求 設 計 并 繪 制 電 路 原 理 圖 和 印 刷 電 路 板 （ PCB圖 ） 。 內(nèi) 容 包 括 ：1、 繪 制 電 路 原 理 圖 ；2、 繪 制 印 刷 電 路 板 圖 ；3、 撰 寫 設 計 報 告 書 。二 、 課 程 設 計 的 目 的 及 意 義目 的 ：機 電 一 體

2、化 課 程 設 計 ， 梳 理 了 我 們 這 三 年 來 所 學 的 東 西 ， 把 我 們 一 些 原 來 學 過 的 知 識 進 行 了 融 合 。 這 次 課 程 設 計 ， 我 們 從 理 論 聯(lián) 系 了 實 踐 ， 同 時 也 溫 習 和 鞏 固 了 所學 的 專 業(yè) 知 識 ， 對 于 單 片 機 系 統(tǒng) 能 夠 從 整 體 上 認 識 和 把 握 ， 能 夠 從 整 體 的 高 度 上 根 據(jù) 實 際 需求 設 計 出 有 效 的 系 統(tǒng) 。 對 于 電 路 設 計 軟 件 protel99， 熟 悉 和 了 解 了 基 本 的 操 作 ， 根 據(jù) 設 計 需求 獨 立 設 計

3、 和 布 局 出 合 理 的 電 路 原 理 圖 （ SCH） 和 電 路 板 圖 （ PCB） 。 系 統(tǒng) 化 針 對 實 際 問 題的 解 決 和 設 計 思 路 ， 掌 握 獨 立 解 決 問 題 的 方 法 ， 為 即 將 面 臨 的 社 會 實 踐 打 好 基 礎 ， 都 是 非 常必 要 的 。機 電 一 體 化 是 連 接 機 械 和 電 子 、 氣 壓 、 液 壓 等 的 關 鍵 技 術 ， 故 而 要 求 我 們 從 事 機 械 設 計制 造 及 自 動 化 行 業(yè) 的 技 術 人 員 掌 握 機 電 一 體 化 技 術 。 機 電 一 體 化 的 關 鍵 技 術 有 ：（

4、1） 機 械 技 術（ 2） 計 算 機 及 信 息 處 理 技 術（ 3） 系 統(tǒng) 技 術 （ 4） 自 動 控 制 技 術（ 5） 傳 感 檢 測 技 術（ 6） 侍 服 傳 動 技 術意 義 :機 電 一 體 化 課 程 設 計 的 意 義 有 以 下 三 點 ：（ 1） 綜 合 應 用 相 關 課 程 的 知 識 ， 培 養(yǎng) 工 程 技 術 能 力（ 2） 一 邊 設 計 一 邊 學 習 ， 積 累 專 業(yè) 知 識 ， 鍛 煉 動 手 能 力（ 3） 熟 悉 相 關 設 計 軟 件 ， 為 后 續(xù) 的 畢 業(yè) 設 計 以 至 于 以 后 的 專 業(yè) 生 涯 打 下 扎 實 的 基 礎三

5、 、 系 統(tǒng) 方 案 論 證1、 單 片 機 控 制 的 液 壓 油 溫 檢 測 系 統(tǒng) 中 ， 其 要 檢 測 的 指 標 有 油 壓 和 油 溫 兩 個 。 油壓 的 檢 測 要 用 壓 力 傳 感 器 ， 而 油 溫 的 檢 測 要 用 溫 度 傳 感 器 。 傳 感 器 一 般 由 敏 感 元 件 ， 轉 換 元 件 和 基 本 轉 換 電 路 三 部 分 組 成 。 敏 感 元 件 直 接 感 受 被 測 量 ， 并 以 確 定 的 關 系 輸 出 某 一 物 理 量 。 轉 換 元 件 將 敏 感 元 件 輸 出 的 非 電 物 理 量 轉 換 成 電 路 參 數(shù)量 。 基 本 轉

6、 換 電 路 將 電 路 參 數(shù) 量 轉 換 成 便 于 測 量 的 電 量 。2、 電 量 通 過 整 流 電 路 的 輸 出 電 壓 不 是 理 想 的 平 滑 直 流 ， 而 是 單 方 向 的 脈 動 直 流 ，即 除 了 直 流 分 量 以 外 還 有 許 多 交 流 分 量 。 所 以 要 針 對 電 源 的 負 載 特 性 選 擇 合 適 的濾 波 電 路 。 濾 波 電 路 就 是 使 單 向 脈 動 直 流 變 成 平 滑 直 流 的 電 路 ， 常 用 電 阻 ， 電 容和 電 感 組 合 而 成 。3、 由 于 傳 感 器 檢 測 到 的 信 號 經(jīng) 整 流 ， 濾 波

7、放 大 電 路 后 輸 出 的 是 模 擬 信 號 ， （ 如電 壓 ， 電 流 ， 頻 率 等 ） 。 這 些 信 號 計 算 機 是 識 別 不 了 的 ， 所 以 要 進 行 A/D 轉 換 。A/D轉 換 電 路 的 功 能 是 將 連 續(xù) 變 化 的 模 擬 信 號 轉 換 成 數(shù) 字 信 號 ， 以 適 應 計 算 機 處理 。 4、 通 過 A/D 轉 換 電 路 輸 出 數(shù) 字 信 號 ， 該 信 號 進 入 MCS-51 單 片 機 ， 通 過 單 片 機來 實 現(xiàn) 檢 測 和 控 制 功 能 。 本 系 統(tǒng) 中 要 控 制 油 溫 和 油 壓 ， 還 要 在 油 溫 和 油

8、 壓 超 過 設定 的 額 定 值 時 ， 系 統(tǒng) 發(fā) 出 報 警 。 所 以 要 通 過 顯 示 器 ， 鍵 盤 和 報 警 電 路 來 實 現(xiàn) 。液 壓 傳 感 器 溫 度 傳 感 器 濾 波 、放 大 電路濾 波 、放 大 電 路 A/D轉換芯片 MCS51系列單片機 4*4鍵 盤電 路報 警電 路8位 LED顯 示其 中 ：1、 液 壓 壓 力 傳 感 器 采 用 油 壓 傳 感 器 選 型 為 應 變 式 壓 力 傳 感 器2、 油 溫 傳 感 器 選 型 為 AD590 油 溫 傳 感 器 。 。3、 A/D轉 換 芯 片 采 用 ADC0809。4、 單 片 機 采 用 8031

9、。5、 I/0擴 展 采 用 8155。6、 鍵 盤 、 顯 示 接 口 采 用 8279。 四 、 各 單 元 電 路 分 析 與 設 計1、 油 壓 檢 測 電 路 2、 油 溫 檢 測 電 路以 油 壓 檢 測 及 放 大 電 路 為 例 ， 插 座 J 外 接 一 應 變 式 壓 力 、 檢 測 傳 感 器 ， 插 座上 的 1、 2 腳 將 控 制 板 中 的 +6V 及 -6V 電 源 引 出 向 傳 感 器 供 電 ， 3、 4 腳 為 傳 感 器輸 出 的 差 動 信 號 。 三 個 運 算 放 大 器 組 成 差 動 放 大 電 路 ， 對 傳 感 器 輸 出 信 號 進 行

10、 放大 ， 其 中 R36用 于 調(diào) 節(jié) 零 點 ， R37 用 于 調(diào) 整 放 大 倍 數(shù) 。 油 溫 檢 測 系 統(tǒng) 采 用 相 同 系 統(tǒng) ， 兩 套 系 統(tǒng) 分 別 接 在 AD0809 的 p01 和 p06 兩 個 輸 口 。 3、 A/D 接 口 電 路 ADC0809是 典 型 的 8位 8通 道 逐 次 逼 近 式 A/D轉 換 器 ， CMOS工 藝 ， 可 實 現(xiàn) 8路 模 數(shù) 信 號 的 分 時 采 集 ， 片 內(nèi) 有 8路 模 擬 選 通 開 關 ， 以 及 相 應 的 通 道 地 址 鎖 存 用譯 碼 器 電 路 ， 其 轉 換 時 間 為 100us 左 右 。

11、IN-7-IN-0 是 模 數(shù) 輸 入 通 道 ， ADC0809對 輸 入 信 號 的 電 壓 要 求 是 0-5V， 若 信 號 過 小 還 需 要 進 行 放 大 。 另 外 ， 模 擬 輸 入量 在 A/D 轉 換 過 程 中 其 值 不 應 該 有 變 化 ， 對 變 化 快 的 模 擬 量 ， 在 輸 入 前 應 增 加 采樣 保 持 電 路 由 于 油 壓 及 油 溫 的 變 化 不 會 很 快 ， 所 以 不 必 采 用 采 樣 保 持 電 路 。 A、 B、C是 地 址 線 ， 設 置 P0.1-P0.3 口 經(jīng) 過 地 址 鎖 存 后 接 A、 B、 C地 址 線 。 AL

12、E 地 址 鎖存 允 許 信 號 ， A、 B、 C 地 址 狀 態(tài) 進 入 地 址 鎖 存 器 中 ， 由 P2.0 及 WR 控 制 地 址 鎖 存 。START轉 換 啟 動 信 號 ， 上 跳 沿 時 ， 所 有 內(nèi) 部 寄 存 器 清 零 ， 下 跳 沿 時 ， 開 始 進 行 A/D轉 換 ， 在 轉 換 過 程 中 應 保 持 低 電 平 ， 由 P2.0及 WR控 制 轉 換 信 號 。 D7-D0 數(shù) 據(jù) 輸出 線 ， 和 單 片 機 的 P0 口 直 接 連 接 。 EOC輸 出 允 許 信 號 ， 用 于 控 制 三 態(tài) 門 。 4、 單 片 機 擴 展 電 路 采 用

13、擴 展 芯 片 是 8155。 單 片 機 內(nèi) 部 的 硬 件 電 路 包 括 定 時 器 、 中 斷 、 串 行 接 口 、 內(nèi)部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 、 外 部 程 序 存 儲 器 等 ， 已 基 本 上 構 成 具 有 基 本 形 式 的 微 機 系 統(tǒng) ， 可 以 滿 足 許 多控 制 場 合 的 需 要 。 但 有 的 時 候 應 用 中 硬 件 電 路 還 不 夠 用 ， 需 要 在 單 片 機 外 增 加 新 的 電 路 （ 芯片 ） ， 故 需 要 擴 展 。5、 鍵 盤 接 口 電 路 為 了 減 少 鍵 盤 和 單 片 機 接 口 時 所 占 用 I/O 口 線 的 數(shù) 目

14、 ， 此 系 統(tǒng) 采 用 了 串 行 口控 制 的 鍵 盤 接 口 ， 擴 展 了 4 4 的 行 列 式 鍵 盤 ， 用 以 輸 入 油 壓 、 油 溫 的 報 警 設 定值 。 采 用 8255 可 編 程 輸 入 輸 出 接 口 芯 片 ， 它 具 有 3 個 8 位 的 并 行 I/O 口 ， 具 有三 種 工 作 方 式 ， 可 通 過 程 序 改 變 其 功 能 。RESET:復 位 輸 入 線 ， 當 該 輸 入 端 外 于 高 電 平 時 ， 所 有 內(nèi) 部 寄 存 器 （ 包 括 控 制寄 存 器 ） 均 被 清 除 ， 所 有 I/O 口 均 被 置 成 輸 入 方 式 。

15、CS:片 選 信 號 線 ， 當 這 個 輸 入 引 腳 為 低 電 平 時 ， 表 示 芯 片 被 選 中 ， 允 許 8155 與CPU進 行 通 訊 。RD:讀 信 號 線 ， 當 這 個 輸 入 引 腳 為 低 電 平 時 ， 允 許 8155通 過 數(shù) 據(jù) 總 線 向 CPU發(fā) 送數(shù) 據(jù) 或 狀 態(tài) 信 息 ， 即 CPU 從 8255 讀 取 信 息 或 數(shù) 據(jù) 。wR:寫 入 信 號 ， 當 這 個 輸 入 引 腳 為 低 電 平 時 ， 允 許 CPU 將 數(shù) 據(jù) 或 控 制 字 寫 入 。通 過 鍵 盤 的 輸 入 來 確 定 油 壓 和 油 溫 的 最 大 值 ， 從 而

16、確 定 報 警 電 路 的 安 全 值 ，該 過 程 通 過 編 程 實 現(xiàn) 。 在 設 定 某 個 最 大 值 時 ， 按 下 相 應 的 按 鈕 開 關 ， 從 而 使 得PA 口 的 相 關 位 為 低 電 平 ， 再 從 單 片 機 的 存 儲 器 中 調(diào) 用 已 經(jīng) 預 存 的 相 應 最 大 值 即 可 。 鍵 盤 是 由 若 干 獨 立 按 鍵 組 成 ， 鍵 的 按 下 與 釋 放 是 通 過 機 械 觸 點 的 閉 合 與 斷 開來 實 現(xiàn) 的 ， 因 機 械 觸 點 的 彈 性 作 用 ， 在 閉 合 與 斷 開 的 瞬 間 均 有 一 個 抖 動 過 程 。抖 動 必 須

17、 消 除 ， 去 抖 動 的 方 法 主 要 有 以 下 兩 種 ： 硬 件 消 抖 ， 軟 件 消 抖 。 此 處 采 用軟 件 消 抖 ， 即 利 用 單 片 機 延 時 程 序 ， 消 除 抖 動 干 擾 。6、 LED 顯 示 接 口 電 路 7、 報 警 電 路 單 片 機 的 PB4、 PB5引 腳 通 過 限 流 電 阻 、 容 與 三 極 管 基 極 相 連 ， 三 極 管 的 集電 極 接 有 報 警 器 。8、 電 源 電 路 由 于 電 路 電 壓 為 5V， 故 需 把 220V 交 流 變 成 低 壓 直 流 ， 由 四 個 組 成 部 分 :降 壓 整 流 濾 波

18、穩(wěn) 壓 。 五 、 電 路 原 理 圖 及 PCB圖 設 計 六 、 課 程 設 計 小 結經(jīng) 過 這 七 天 的 上 機 和 四 天 的 寫 報 告 時 間 ， 又 讓 我 重 新 溫 習 了 機 電 一 體 化 這 門課 程 ， 溫 故 而 知 新 ， 讓 我 又 學 習 了 很 多 ， 同 時 也 有 一 些 新 的 體 會 。 現(xiàn) 在 回 想 起 來 ，這 幾 天 的 經(jīng) 驗 著 實 寶 貴 。在 這 次 機 電 一 體 化 課 程 設 計 中 我 自 身 對 于 電 路 部 分 的 了 解 有 了 一 定 的 認 識 ，不 過 好 多 知 識 都 已 經(jīng) 有 所 遺 忘 了 ， 所

19、以 我 就 去 翻 閱 了 以 前 的 專 業(yè) 書 籍 ， 同 時 也 在圖 書 光 借 閱 了 一 些 圖 書 。 以 前 接 觸 的 是 理 論 性 極 的 知 識 ， 而 這 次 卻 遇 到 個 實 際 的應 用 問 題 ， 相 當 于 就 是 用 自 己 學 過 的 知 識 來 實 踐 ， 這 本 身 就 是 考 驗 知 識 學 習 的 牢固 性 ， 也 加 深 我 們 對 知 識 的 運 用 ， 這 本 身 是 極 好 的 。 在 實 習 的 過 程 中 ， 我 發(fā) 現(xiàn) 自己 有 好 多 不 懂 的 問 題 ， 后 來 總 結 了 一 下 ， 原 因 在 于 我 們 用 在 實 踐

20、上 的 時 間 太 少 了 ， 還 不 能 熟 練 地 將 所 學 的 理 論 知 識 應 用 于 實 際 中 ， 同 時 ， 遇 到 問 題 沒 有 思 路 。 所 以 ，這 次 實 習 就 是 讓 我 們 好 好 總 結 原 來 的 問 題 ， 讓 我 們 溫 習 原 來 的 知 識 的 時 候 結 合 實際 的 一 個 好 機 會 。最 后 本 次 機 電 一 體 化 課 程 設 計 ， 讓 我 們 對 以 往 所 學 的 專 業(yè) 知 識 有 了 進 一 步 的認 識 ， 尤 其 是 單 片 機 和 電 子 電 路 方 面 。本 次 課 程 設 計 我 們 采 用 了 protel99這

21、 款 軟 件 ， 從 開 始 的 什 么 都 不 會 ， 到 后來 的 能 調(diào) 用 原 件 畫 簡 單 的 原 理 圖 ， 再 后 來 能 自 己 畫 想 要 的 零 件 。 畫 完 原 理 圖 之 后封 裝 ， 創(chuàng) 建 網(wǎng) 絡 表 格 ， 畫 出 pcb圖 。 這 中 間 有 好 多 不 會 的 ， 這 期 間 就 靠 自 己 看 書操 作 著 摸 索 ， 同 時 問 旁 邊 的 同 學 和 老 師 ， 過 程 是 痛 并 快 樂 著 的 ， 但 最 后 總 算 是 基本 會 用 這 個 軟 件 了 ， 能 用 它 畫 出 自 己 想 要 的 圖 。 與 此 同 時 ， 此 次 課 程 設

22、計 還 使 我 對 機 電 一 體 化 的 理 論 知 識 有 了 不 同 的 理 解 ， 把 原 來 的 知 識 都 進 行 了 以 便 總 結 和 梳理 ， 讓 我 明 白 設 計 一 個 系 統(tǒng) 需 要 充 分 理 清 設 計 思 路 ， 理 解 系 統(tǒng) 需 要 實 現(xiàn) 的 功 能 ，然 后 根 據(jù) 不 同 的 模 塊 制 定 方 案 ， 再 找 出 每 個 模 塊 對 應 的 相 關 核 心 芯 片 ， 通 過 芯 片 ，結 合 自 身 需 要 設 計 出 簡 單 實 用 的 電 路 圖 。這 次 課 程 設 計 ， 總 體 來 說 收 獲 還 是 頗 豐 的 。 其 實 我 還 是 蠻 喜 歡 這 種 樣 子 的實 習 ， 它 能 讓 我 更 好 的 知 道 原 來 的 學 習 在 哪 些 方 面 有 薄 弱 的 地 方 ， 讓 我 更 好 的 認清 自 己 ， 同 時 也 能 在 實 踐 中 不 斷 的 豐 富 自 己 的 經(jīng) 驗 。 很 感 謝 老 師 給 我 們 的 這 次 實習 機 會 ， 也 希 望 以 后 ， 能 多 多 開 展 這 樣 的 實 習 。