貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計

貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計,機(jī)械手,運(yùn)動,控制系統(tǒng),設(shè)計 南京工程學(xué)院 自動化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 ： 貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè)： 自動化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用） 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起迄日期： 設(shè)計地點(diǎn)： 實(shí) 驗(yàn) 樓 _ Graduation Design (Thesis) The Design Of Labeling Manipulator Controller By CAI Weiting Supervised by Associate Prof. HUA Maofa Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology June, 2007 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 本文概述了母導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)型式，使用范圍以及選型，及其自動檢測系統(tǒng)的 組成和控制流程，著重介紹了貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計和功能實(shí)現(xiàn)。貼標(biāo)機(jī) 運(yùn)動控制系統(tǒng)選用MCS-51 系列單片機(jī)8031作為CPU，外部擴(kuò)展了程序存儲器和 數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲控制系統(tǒng)監(jiān)控程序和數(shù)據(jù)，并設(shè)計了LED顯示電路、手 動鍵盤和編輯鍵盤?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的脈沖信號，采用光電隔離輸出，提高 了系統(tǒng)的可靠性。另外還設(shè)計了與本控制系統(tǒng)相配套的步進(jìn)驅(qū)動電路。在該驅(qū) 動電路中，選用89C2051作環(huán)行分配器件，電路簡單易于進(jìn)行相序分配。本驅(qū)動 電路為恒流斬波電路，能將電機(jī)繞組電流恒定，電路簡單,工作可靠。文中繪出 了驅(qū)動的電路原理圖，給出了四相步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的程序設(shè)計流程圖和主 要的控制程序，最后介紹了Protel 99 SE 在電路設(shè)計中的應(yīng)用，指出了設(shè)計中出 現(xiàn)的問題，并提出了具體的解決方法。 關(guān) 鍵 詞 ： 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) ； 單 片 機(jī) 控 制 ； 步 進(jìn) 驅(qū) 動 電 路 ； 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II Abstract In this paper, the structure, usage and composition of the automatic testing system and the control flow of the bus bar were introduced briefly, and the motion control of the labeling machine is emphasized and realized. In the system developed, a 51 series MCU, 8031, is used as the controller, and data memorizer, program memorizer, LED displaying circuit, keyboard circuit and other function module are completed. Optical coupler used in the pulse generation and transmission, the system reliability is promoted greatly. Further more, a 89C2051 is used in the phase conversion of the step motor, the system got simplified. The schematic diagram of the driver, the flow chart of motion of the 4-phase step motor and main program of the controller is presented in detail. In the end of this paper, the application of protel 99se in the system development, problems encountered during the design, is summarized and solution in detail is advised Keywords: the bus bar labeling machine; Microcontroller control; step motor driver 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） III 目 錄 第一章 緒 論 ………………………………………………………………1 1.1 引言……………………………………………………………………....1 1.2 選題背景與意義………………………………………………………....2 1.3 研究現(xiàn)狀………………………………………………………………....2 1.4 本文的結(jié)構(gòu)………………………………………………………………3 第二章 母導(dǎo)線參數(shù)檢測系統(tǒng)簡介……………………………………… 4 2.1 母導(dǎo)線簡介……………………………………………………………....4 2.2 母導(dǎo)線分類……………………………………………………………....4 2.3 母導(dǎo)線基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………………4 2.4 自動檢測系統(tǒng)組成………………………………………………………6 2.5 自動檢測系統(tǒng)控制流程…………………………………………………7 第三章 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)電路設(shè)計………………………………10 3.1 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)概述…………………………………………………...10 3.2 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動控制方案擬定……………………………………………...11 3.2.1 總體方案設(shè)計……………………………………………………..11 3.2.2 貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計……………………………………………..11 3.3 CPU 選擇及其外圍電路設(shè)計…………………………………………...12 3.3.1 單片機(jī) 8031 簡介………………………………………………....12 3.3.2 單片機(jī) 8031 的時鐘及復(fù)位電路………………………………....13 3.4 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計…………………………………………………...13 3.4.1 程序存儲器的擴(kuò)展………………………………………………..13 3.4.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展………………………………………………..14 3.5 顯示電路設(shè)計…………………………………………………………...17 3.5.1 LED 顯示器簡介 …………………………………………………...17 3.5.2 LED 顯示電路 ……………………………………………………...17 3.6 鍵盤擴(kuò)展電路設(shè)計……………………………………………………....18 3.6.1 編輯鍵盤接口芯片選擇…………………………………………...18 3.6.2 編輯鍵盤電路……………………………………………………...20 3.6.3 手動鍵盤電路……………………………………………………...20 3.6.4 編輯鍵盤流程圖…………………………………………………...21 3.7 輸入/輸出信號接口擴(kuò)展電路設(shè)計……………………………………...21 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 3.7.1 步進(jìn)電機(jī)控制信號接口電路………………………………………21 3.7.2 開關(guān)量輸入/輸出信號接口電路…………………………………...21 3.8 地址譯碼電路設(shè)計……………………………………………………….22 3.8.1 譯碼電路……………………………………………………………22 3.8.2 譯碼地址……………………………………………………………24 第四章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 …………………………………………25 4.1 步進(jìn)電機(jī)簡述…………………………………………………………….25 4.2 步進(jìn)電機(jī)的控制原理…………………………………………………….25 4.3 相序分配電路設(shè)計……………………………………………………….26 4.3.1 相序分配電路………………………………………………………26 4.3.2 相序分配軟件………………………………………………………27 4.4 功率放大電路設(shè)計……………………………………………………….29 第五章 貼標(biāo)機(jī)械手運(yùn)動控制系統(tǒng)的原理圖及 PCB 圖繪制………32 5.1 用 Protel 99 SE 進(jìn)行電路設(shè)計的基本步驟……………………………..32 5.1.1 電路原理圖設(shè)計的步驟……………………………………………32 5.1.2 印刷電路板設(shè)計的步驟…………………………………………….32 5.2 電路原理圖設(shè)計…………………………………………………………..33 5.3 印刷電路板的設(shè)計………………………………………………………..33 5.4 設(shè)計中的問題及解決方法………………………………………………………35 第六章 總 結(jié) ………………………………………………………………36 1、論文總結(jié)…………………………………………………………………36 2、感謝………………………………………………………………………36 致 謝…………………………………………………………………………38 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………39 附錄 A：英文資料………………………………………………………………..40 附錄 B：英文資料翻譯…………………………………………………………..45 附錄 C：硬件設(shè)計原理圖與 PCB 圖…………………………………………….49 附件： 畢業(yè)論文光盤資料 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 0 第一章 緒 論 1.1 引言 人類已經(jīng)進(jìn)入電氣化時代，人們借助電氣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動控制機(jī)械、自動 生產(chǎn)線甚至自動工廠，并大大地發(fā)展了自動控制理論。在單片機(jī)出現(xiàn)后，計算 機(jī)成為廣大工程技術(shù)人員現(xiàn)代化技術(shù)革新、技術(shù)革命的武器。目前，計算機(jī)在 工業(yè)控制領(lǐng)域中得到最廣泛的應(yīng)用，各種機(jī)電設(shè)備都競相引入單片機(jī)構(gòu)成各種 控制器、控制系統(tǒng)以及相應(yīng)的多機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而本課題母導(dǎo)線貼標(biāo)機(jī)控 制系統(tǒng)，就是通過外擴(kuò)鍵盤、顯示和輸入/輸出接口等單元，滿足母導(dǎo)線自動貼 標(biāo)功能的單片機(jī)系統(tǒng)。作為一名將成為電子、電氣工程技術(shù)人員的自動化專業(yè) 畢業(yè)生，了解和掌握單片機(jī)及其控制系統(tǒng)是非常必要的。 目前，主要的自動貼標(biāo)技術(shù)有三種: 1“吸貼法”(或“氣吸法”) 這是最普通的貼標(biāo)技術(shù).當(dāng)標(biāo)簽紙離開傳送帶后，分布到真空墊上，真空墊 連接到一個機(jī)械裝置的末端。當(dāng)這個機(jī)械裝置伸展到標(biāo)簽與包裝件相接觸后， 就收縮回去，此時就將標(biāo)簽貼附到包裝件上。這種技術(shù)可靠地實(shí)現(xiàn)正確地貼標(biāo)， 且精度高，這種方法對于產(chǎn)品包裝件的高度有一定變化的頂部貼標(biāo)，或?qū)τ陔y 于搬動的包裝件側(cè)面貼標(biāo)是非常適用的，但是它的貼標(biāo)速度較慢。 2“吹貼法” （或“射流法”) 這種技術(shù)的某些運(yùn)作方式是與上述吸貼法相似的，就是將標(biāo)簽放置到真空 表面墊上固定，直到貼附動作開始為止。但在本方法中真空表面是保持不動的， 標(biāo)簽固定和定位在一個“真空柵 ”上， “真空柵”為一個上面具有幾百個小孔的 平面，這些小孔是用來維持形成“空氣射流”的。由這些“空氣射流”吹出一 股壓縮空氣，壓力很強(qiáng)，使真空柵上標(biāo)簽移動，讓它貼附到被包裝物品上.這是 一項(xiàng)稍具復(fù)雜性的技術(shù)，它具有較高的精度和可靠性。 3“擦貼法”(或“刷貼法”) 第三種貼標(biāo)方法稱為同步貼標(biāo)法，也可稱作“擦貼法” 、 “刷貼法”或“接 觸粘貼法” 。在貼標(biāo)時，當(dāng)標(biāo)簽的前緣部分粘附到包裝上后，產(chǎn)品就馬上帶走標(biāo) 簽。在這一種貼標(biāo)機(jī)中，只有當(dāng)包裝件通過速度與標(biāo)簽分配速度一致時，這種 方法才能成功。這是一項(xiàng)需要維持連續(xù)作業(yè)的技術(shù)。此外，為使標(biāo)簽的貼附滿 足完整恰當(dāng)?shù)囊?，像刷子或滾筒那樣的第二套裝置也是不可缺少的。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1.2 選題背景與意義 近年來，隨著市場競爭的日益激烈，人們對產(chǎn)品外包裝的要求越來越高。 在包裝件或產(chǎn)品上加上適當(dāng)?shù)臉?biāo)簽，不僅可以清晰地表示出產(chǎn)品的商標(biāo)、主要 參數(shù)、使用說明等信息，而且美觀的產(chǎn)品標(biāo)簽還有助于提升公司形象，促進(jìn)產(chǎn) 品的銷售。自動貼標(biāo)機(jī)是在包裝件或產(chǎn)品上加上標(biāo)簽的一種自動化設(shè)備。目前 所使用的貼標(biāo)機(jī)中，多采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，制造成 本較高。采用氣動技術(shù)，不僅可以做到機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，而且具有綠色環(huán)保、防 火、防爆、耐高溫等特點(diǎn)，同時輸出力及輸出速度易于調(diào)節(jié)，可以最大限度地 保護(hù)包裝物品。因此，研究和開發(fā)基于氣動技術(shù)的自動貼標(biāo)機(jī)，具有實(shí)用價值。 自動貼標(biāo)機(jī)具有以下特點(diǎn): 1) 一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動速度快，動作精度高。為滿足性能要求，對零件的 剛度要求和表面質(zhì)量等都有較高的要求。 2) 用于食品和藥品的包裝機(jī)要便于清洗，與食品和藥品接觸的部位要用不 銹鋼或經(jīng)化學(xué)處理的無毒材料制成。 3) 進(jìn)行包裝作業(yè)時的工藝力一般都較小。 4) 一般都采用無級變速裝置，以便靈活調(diào)整速度、調(diào)節(jié)生產(chǎn)能力。 5)特殊類型的專業(yè)機(jī)械，種類多，生產(chǎn)數(shù)量有限。 隨著各種貼標(biāo)技術(shù)的深入發(fā)展，貼標(biāo)機(jī)正向著以下幾個發(fā)展方向: 1)高生產(chǎn)率、高可靠性、高精度、好的柔性和靈活性，注重成套性和配套 性; 2)自動化程度不斷提高，過去的手工半手工的復(fù)雜作業(yè)，己被半自動或自 動的貼標(biāo)機(jī)所取代，且逐漸向控制智能化的方向發(fā)展; 3)先進(jìn)的機(jī)電技術(shù)和新元件被綜合應(yīng)用于貼標(biāo)機(jī)中，并通過采用先進(jìn)的設(shè) 計方法提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，縮短制造周期。 貼標(biāo)機(jī)作為包裝生產(chǎn)線的一個重要組成部分，直接影響到包裝質(zhì)量，因此 要努力提高貼標(biāo)質(zhì)量，根據(jù)貼標(biāo)要求從設(shè)計、制造、裝配、調(diào)試等方面綜合考 慮，以較低的成本滿足貼標(biāo)機(jī)的功能要求。 1.3 研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)的測定還是由人工完成，其自動檢測技術(shù)在國內(nèi) 還是個空白。隨著社會的發(fā)展，人工檢測技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會對生產(chǎn)率的要 求，采用自動檢測技術(shù)并配備自動化檢測裝置將大大提高企業(yè)生產(chǎn)的效率，減 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 少人員的投入，將會給企業(yè)帶來廣闊的市場前景和顯著的社會效益。 1.4 本文的結(jié)構(gòu) 本文以貼標(biāo)機(jī)械手的研發(fā)工程項(xiàng)目作為應(yīng)用背景，對 8031 單片機(jī)的擴(kuò)展技 術(shù)、步進(jìn)電機(jī)的恒流斬波技術(shù)進(jìn)行了研究。全文共分為六章，各章的主要內(nèi)容 如下： 第一章扼要地介紹了母導(dǎo)線、自動貼標(biāo)機(jī)的概念、特點(diǎn)與相關(guān)研究背景； 第二章研究了母導(dǎo)線參數(shù)檢測系統(tǒng)； 第三章對貼標(biāo)機(jī)進(jìn)行了研究，給出了外部擴(kuò)展電路的控制方案，并討論了 單片機(jī)的擴(kuò)展相關(guān)外部電路的設(shè)計方法； 第四章對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了研究，給出了四相八拍步進(jìn)電機(jī)的控制方案，并 討論了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計方法； 第五章介紹了用 Protel 99SE 繪制原理圖的過程其中遇到的問題及解決方法。 第六章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進(jìn)一步研究的方向。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第二章 母導(dǎo)線參數(shù)檢測系統(tǒng)簡介 2.1 母導(dǎo)線簡介 母 線 是 一 種 可 與 幾 條 電 路 分 別 連 接 的 低 阻 抗 導(dǎo) 體 ； 母 導(dǎo) 線 由 絕 緣 材 料 包 裹 的 幾 條 并 排 母 線 加 上 金 屬 外 殼 封 裝 而 成 。 母 導(dǎo) 線 是 低 壓 供 電 系 統(tǒng) 中 負(fù) 責(zé) 傳 輸 電 能 、 分 配 電 能 的 一 種 新 型 的 配 電 設(shè) 備 ， 由 于 母 導(dǎo) 線 具 有 載 流 能 力 大 、 防 護(hù) 等 級 高 、 分 配 電 能 方 便 、 安 全 可 靠 等 優(yōu) 點(diǎn) 是 替 代 傳 統(tǒng) 的 電 纜 和 電 纜 橋 架 輸 配 電 系 統(tǒng) 的 更 新 換 代 產(chǎn) 品 ,尤 其 在 大 電 流 輸 送 電 方 面 母 導(dǎo) 線 居 于 主 導(dǎo) 地 位 ， 其 輸 電 能 力 在 200A～ 5000A, 母 導(dǎo) 線 由 許 多 個 直 線 單 元 和 若 干 個 彎 曲 單 元 連 接 組 成 。 與 傳 統(tǒng) 的 電 纜 配 電 方 式 比 較 ， 母 導(dǎo) 線 具 有 體 積 小 、 輸 送 電 流 大 、 安 全 可 靠 、 拆 裝 方 便 、 基 建 與 配 電 施 工 互 不 相 擾 ， 一 次 投 資 可 反 復(fù) 使 用 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 是 一 種 理 想 的 配 電 產(chǎn) 品 。 母 導(dǎo) 線 的 安 裝 可 直 接 從 變 壓 器 接 到 低 壓 配 電 柜 ， 也 可 以 從 低 壓 柜 直 接 接 到 配 電 系 統(tǒng) 作 為 配 電 干 線 線 路 。 2.2 母導(dǎo)線分類 母 導(dǎo) 線 主 要 有 三 相 三 線 制 、 三 相 四 線 制 和 三 相 五 線 制 ， 其 中 又 有 單 通 道 和 雙 通 道 之 分 ， 截 面 如 圖 2.1 所 示 。 按 制 造 工 藝 和 用 途 ， 又 可 以 分 為 ： 密 集 型 母 導(dǎo) 線 、 空 氣 型 母 導(dǎo) 線 、 高 性 能 型 母 導(dǎo) 線 、 耐 火 型 母 導(dǎo) 線 、 防 水 型 母 導(dǎo) 線 、 絕 緣 型 母 導(dǎo) 線 ； 按 其 外 殼 材 料 分 為 鋼 外 殼 、 鋁 合 金 外 殼 和 鋼 鋁 混 合 外 殼 母 導(dǎo) 線 ； 按 其 導(dǎo) 體 材 料 分 有 銅 導(dǎo) 體 和 鋁 導(dǎo) 體 母 導(dǎo) 線 等 。 2.3 母 導(dǎo) 線 基 本 結(jié) 構(gòu) （1）外 殼 母 導(dǎo) 線 外 殼 由 優(yōu) 質(zhì) 鋼 和 鋁 組 成 ， 以 減 少 磁 滯 渦 流 損 耗 ， 完 成 面 噴 涂 灰 色 環(huán) 氧 樹 脂 ， 對 外 表 加 以 保 護(hù) 。 母 導(dǎo) 線 外 殼 完 全 封 閉 以 免 機(jī) 械 損 傷 和 灰 塵 積 聚 ， 而 且 采 用 50%容 量 的 整 個 外 殼 鋁 質(zhì) 接 地 導(dǎo) 體 ， 由 于 這 導(dǎo) 體 是 母 導(dǎo) 線 外 殼 的 一 部 分 ， 當(dāng) 發(fā) 生 高 容 量 的 接 地 故 障 時 ， 可 有 效 接 地 和 保 護(hù) 整 個 系 統(tǒng) 。 （2）連 接 裝 置 母 導(dǎo) 線 的 連 接 裝 置 是 使 用 螺 栓 ， 其 材 料 為 高 強(qiáng) 度 鋼 、 彈 簧 墊 片 為 寬 沿 以 確 保 壓 力 在 整 個 受 壓 面 上 的 均 勻 分 布 ， 螺 栓 為 雙 頭 設(shè) 計 ， 有 力 矩 指 示 （ 81—108N·m） ， 處 于 地 電 位 ， 在 母 線 全 部 檢 測 后 扭 斷 力 矩 螺 栓 ， 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 以 達(dá) 到 壓 緊 力 矩 。 800A 及 以 上 的 母 導(dǎo) 線 可 以 在 不 影 響 鄰 母 導(dǎo) 線 段 的 情 況 下 ， 拆 除 一 段 ， 也 可 以 在 要 求 電 氣 隔 離 的 情 況 下 ， 拆 除 連 接 裝 置 。 （3）母 線 母 線 采 用 表 面 度 銀 的 銅 排 作 為 導(dǎo) 電 材 料 。 導(dǎo) 電 排 的 外 表 面 均 采 用 B 級 130°聚 脂 膠 片 以 達(dá) 到 長 期 絕 緣 效 果 。 在 額 定 負(fù) 載 電 流 下 ， 母 線 槽 內(nèi) 任 何 一 點(diǎn) 的 溫 升 不 應(yīng) 高 出 周 圍 環(huán) 境 55°C。 800A 及 意 識 的 直 線 饋 線 和 插 入 式 母 導(dǎo) 線 為 三 明 治 結(jié) 構(gòu) ， 除 開 口 處 ， 其 余 部 分 母 線 各 層 無 空 間 存 在 ， 防 止 煙 囪 效 應(yīng) 。 （4）插 接 口 每 條 標(biāo) 準(zhǔn) 插 接 母 導(dǎo) 線 為 3.05m 長 ， 在 每 條 母 導(dǎo) 線 兩 個 側(cè) 面 均 有 插 接 口 ， 插 接 口 上 有 活 頁 門 作 保 護(hù) ， 插 接 口 間 距 為 610mm。 在 插 接 箱 安 全 插 入 之 前 應(yīng) 使 檢 查 開 口 方 便 可 行 ， 明 確 標(biāo) 注 插 接 口 母 線 的 相 序 。 1 2 3 4 5 6 7 a) b) c） d） 圖 2.1 母 導(dǎo) 線 截 面 圖 1—絕 緣 墊 塊 2—固 定 螺 栓 3—導(dǎo) 電 排 4—絕 緣 層 5—側(cè) 板 6—蓋 板 7—外 殼 螺 栓 母 導(dǎo) 線 結(jié) 構(gòu) （ 圖 2.2） ： 由 絕 緣 墊 塊 （ 酚 醛 塑 料 ） 、 固 定 螺 栓 、 導(dǎo) 電 排 、 絕 緣 層 （ 聚 四 氟 乙 烯 ） 、 側(cè) 板 、 蓋 板 和 外 殼 螺 栓 等 部 件 組 成 。 母 導(dǎo) 線 應(yīng) 用 范 圍 廣 ， 適 用 于 高 層 建 筑 、 多 層 工 業(yè) 工 房 、 機(jī) 床 密 集 的 車 間 、 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 產(chǎn) 品 工 藝 多 變 的 車 間 、 老 車 間 和 廠 房 的 改 造 ， 以 及 各 種 實(shí) 驗(yàn) 室 、 展 覽 館 、 體 育 館 、 賓 館 等 場 所 作 電 力 饋 電 和 配 電 使 用 。 可 以 應(yīng) 用 于 多 個 行 業(yè) 的 許 多 場 合 ； 防 護(hù) 等 級 高 ， 可 廣 泛 應(yīng) 用 于 室 內(nèi) 、 戶 外 、 地 下 、 水 中 和 含 有 腐 蝕 性 氣 體 等 特 殊 環(huán) 境 中 。 圖 2.2 母 導(dǎo) 線 結(jié) 構(gòu) 母 導(dǎo) 線 的 相 關(guān) 技 術(shù) 參 數(shù) 執(zhí) 行 GB7251.2 的 相 關(guān) 規(guī) 定 。 其 主 要 參 數(shù) 有 ： 額 定 電 流 及 電 壓 ， 介 電 性 能 ， 絕 緣 電 阻 ， 結(jié) 構(gòu) 強(qiáng) 度 和 防 護(hù) 等 級 等 ， 產(chǎn) 品 型 號 標(biāo) 識 如 圖 2.3 所 示 。 母 導(dǎo) 線 的 參 數(shù) 性 能 要 求 達(dá) 到 ： 1） 母 導(dǎo) 線 保 證 在 額 定 工 作 電 流 及 110%的 額 定 電 壓 下 長 期 正 常 作 。 2） 母 導(dǎo) 線 單 元 應(yīng) 承 受 交 流 2500V（ 有 效 值 ） 的 工 頻 耐 壓 ， 歷 時 1min 無 擊 穿 或 閃 絡(luò) 現(xiàn) 象 。 3） 母 導(dǎo) 線 單 元 相 與 相 之 間 及 外 殼 之 間 的 絕 緣 電 阻 均 不 低 于 20 歐 姆 。 4） 母 導(dǎo) 線 2m 長 度 中 間 能 承 受 2m 母 導(dǎo) 線 本 身 重 量 加 90kg 的 靜 負(fù) 荷 ， 不 影 響 其 性 能 ， 母 導(dǎo) 線 連 接 處 能 承 受 1.5m 母 導(dǎo) 線 重 量 加 90kg 的 靜 負(fù) 荷 ， 不 影 響 其 性 能 。 5） 防 護(hù) 等 級 為 IP40。 圖 2.3 母 導(dǎo) 線 產(chǎn) 品 型 號 2.4 自動檢測系統(tǒng)組成 母 導(dǎo) 線 自 動 檢 測 系 統(tǒng) 主 要 由 一 個 上 位 機(jī) （ PC） 、 運(yùn) 動 控 制 系 統(tǒng) （ 或 稱 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 下 位 機(jī) ） 、 母 導(dǎo) 線 參 數(shù) 檢 測 系 統(tǒng) 、 貼 標(biāo) 機(jī) 、 氣 壓 系 統(tǒng) 、 輔 助 動 作 執(zhí) 行 結(jié) 構(gòu) 、 包 裝 機(jī) 構(gòu) 、 定 位 機(jī) 構(gòu) 、 步 進(jìn) 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 等 組 成 ， 并 配 備 了 相 關(guān) 的 傳 輸 機(jī) 構(gòu) 、 打 印 機(jī) 等 ， 如 圖 2.4 所 示 。 圖 2.4 自 動 檢 測 系 統(tǒng) 的 組 成 上 位 機(jī) （ PC） 主 要 負(fù) 責(zé) 母 導(dǎo) 線 自 動 檢 測 系 統(tǒng) 的 總 體 控 制 ， 控 制 下 位 機(jī) 、 接 收 檢 測 系 統(tǒng) 檢 測 數(shù) 據(jù) 、 打 印 檢 測 結(jié) 果 及 控 制 貼 標(biāo) 機(jī) 貼 標(biāo) 。 下 位 機(jī) 由 8031 單 片 機(jī) 構(gòu) 成 ， 主 要 控 制 氣 缸 傳 動 系 統(tǒng) 和 步 進(jìn) 驅(qū) 動 系 統(tǒng) ， 相 應(yīng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 單 元 根 據(jù) 控 制 系 統(tǒng) 發(fā) 出 的 控 制 信 號 動 作 。 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 由 8031 及 外 圍 電 路 組 成 ， 接 收 上 位 機(jī) 控 制 信 號 ， 控 制 貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 ， 抓 取 打 印 機(jī) 打 印 的 標(biāo) 簽 并 粘 貼 到 母 導(dǎo) 線 外 殼 上 。 定 位 機(jī) 構(gòu) 是 由 氣 缸 驅(qū) 動 的 。 2.5 自動檢測系統(tǒng)控制流程 上位機(jī) 打印機(jī) 下位機(jī) 檢測系統(tǒng) 氣壓傳動 系統(tǒng) 功率放大系統(tǒng) 步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng) 測試臺 母導(dǎo)線 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （氣缸） 貼標(biāo)機(jī) 母導(dǎo)線 包裝機(jī)構(gòu) 定位機(jī)構(gòu) 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 檢測平臺傳送電機(jī)啟動 檢測臺母線槽縱向定位缸升起 母線槽傳送電機(jī)停止 左端側(cè)向定位缸啟動 右端側(cè)向定位缸啟動 連接絕緣強(qiáng)度檢測儀 兩檢測頭移動檢測并將檢測結(jié)果發(fā)送給上位機(jī) 檢測完后回起點(diǎn) 連接檢測電阻的微歐計 兩檢測頭移動檢測并將檢測結(jié)果發(fā)送給上位機(jī) 開始 Y 左、右端側(cè)向定位缸到 位？ 母線槽縱向到位？ A N Y N 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 兩個檢測頭回原點(diǎn) 前后檢測頭側(cè)向定位缸退回 檢測臺縱向定位缸退回 檢測臺傳送電機(jī)啟動 包裝臺傳送電機(jī)啟動 包裝臺縱向定位缸升起 母線槽離開檢測臺后檢測臺電機(jī)停轉(zhuǎn) 母線槽到達(dá)包裝臺后包裝臺電機(jī)停轉(zhuǎn) 發(fā)信給上位機(jī)啟動貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo) 貼標(biāo)結(jié)束后，包裝氣缸升起 延時，包裝 定位缸退回 包裝缸退回 結(jié) 束 A 圖 2.5 自動檢測系統(tǒng)控制流程圖 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第三章 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)電路設(shè)計 3.1 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)概述 貼 標(biāo) 機(jī) 是 一 個 三 坐 標(biāo) 機(jī) 構(gòu) ， 由 X 軸 （ 橫 向 運(yùn) 動 ） 、 Y 軸 （ 垂 直 運(yùn) 動 ） 、 Z 軸 （ 縱 向 運(yùn) 動 ） 組 成 ， 三 個 軸 分 別 由 三 個 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動 ， 通 過 機(jī) 械 傳 動 裝 置 ， 控 制 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) 貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 的 運(yùn) 動 ， 實(shí) 現(xiàn) 粘 貼 標(biāo) 簽 的 具 體 動 作 ， 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動 機(jī) 構(gòu) 如 圖 3.1 所 示 。 其 中 貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 由 一 個 兩 位 三 通 電 磁 閥 （ 圖 中 未 畫 出 ） 控 制 的 薄 膜 氣 缸 、 抽 風(fēng) 扇 和 壓 標(biāo) 頭 等 機(jī) 械 部 件 組 成 。 通 過 抽 風(fēng) 扇 抽 風(fēng) ， 形 成 負(fù) 壓 吸 附 標(biāo) 簽 。 貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 在 三 坐 標(biāo) 方 向 移 至 母 導(dǎo) 線 外 殼 表 面 ， 薄 膜 氣 缸 上 腔 進(jìn) 氣 ， 壓 標(biāo) 頭 伸 出 將 標(biāo) 簽 壓 貼 在 母 導(dǎo) 線 外 殼 表 面 上 。 Y2 1 X Z 6 3 4 5 7 圖 3.1 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動 機(jī) 構(gòu) 示 意 圖 1—X 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 2—Y 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 3—薄 膜 氣 缸 4—吸 標(biāo) 風(fēng) 扇 5—貼 標(biāo) 機(jī) 械 手 6—壓 標(biāo) 頭 7—Z 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 3.2 貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動控制方案擬定 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 3.2.1 總體方案設(shè)計 如 圖 3.2 所 示 ， 選 用 8031 單 片 機(jī) 作 為 CPU， 擴(kuò) 展 控 制 系 統(tǒng) ， 輸 出 分 別 控 制 X 軸 、 Y 軸 和 Z 軸 方 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 脈 沖 信 號 ， 經(jīng) 光 電 耦 合 器 輸 出 ， 由 89C2051 單 片 機(jī) 對 各 軸 正 反 轉(zhuǎn) 脈 沖 進(jìn) 行 相 序 分 配 ， 利 用 恒 流 斬 波 電 路 對 環(huán) 型 分 配 后 的 信 號 進(jìn) 行 放 大 ， 形 成 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 四 相 驅(qū) 動 信 號 ， 最 終 實(shí) 現(xiàn) 對 各 軸 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 控 制 。 貼標(biāo)機(jī)控 制系統(tǒng) 光 耦 光 耦 光 耦 貼標(biāo)頭開關(guān)量 輸出接口 X 軸相序分配 X 軸驅(qū)動器 X 軸步進(jìn)電機(jī) Y 軸相序分配 Y 軸驅(qū)動器 Y 軸步進(jìn)電機(jī) Z 軸相序分配 Z 軸驅(qū)動器 Z 軸步進(jìn)電機(jī) 圖 3.2 總 體 控 制 方 案 框 圖 3.2.2 貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 如 圖 3.3 所 示 ， 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 采 用 8031 單 片 機(jī) 作 為 CPU。 8031 單 片 機(jī) 是 控 制 系 統(tǒng) 的 核 心 ， 控 制 貼 標(biāo) 機(jī) 的 運(yùn) 動 。 手 動 按 鈕 接 8031 的 P1 口 ， 對 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動 進(jìn) 行 手 動 控 制 ， 手 動 操 作 X 軸 、 Y 軸 和 Z 軸 的 移 動 。 用 2764 芯 片 外 擴(kuò) 8KB 程 序 存 儲 器 （ ROM） ， 存 儲 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動 的 控 制 程 序 。 用 6264 芯片外擴(kuò) 4KB 數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，存 儲 貼 標(biāo) 機(jī) 運(yùn) 動 的 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 。 四 位 LED 顯 示 ， 一 位 用 “米 ”字 型 16 段 管 ， 用 來 顯 示 字 母 X、 Y 和 Z， 其 它 三 位 用 7 段 管 ， 分 別 顯 示 百 、 十 、 個 位 數(shù) 值 。 LED 顯 示 的 段 選 信 號 經(jīng) 74LS273 鎖 存 器 輸 出 ， 位 選 信 號 用 8031 的 P2 口 高 位 地 址 經(jīng) 74LS138 譯 碼 輸 出 。 鍵 盤 用 8255A 的 PC 口 擴(kuò) 展 ， 行 線 接 PC 口 高 四 位 ， 列 線 接 PC 口 低 四 位 ， 實(shí) 現(xiàn) 4×4 小 鍵 盤 ， 分 別 設(shè) 置 0～ 9 數(shù) 字 鍵 ， X、 Y 和 Z 三 個 字 母 鍵 等 鍵 盤 按 鈕 。 輸 入 /輸 出 （ I/O） 接 口 也 由 8255A 擴(kuò) 展 ， 控 制 貼 標(biāo) 機(jī) 的 操 作 方 式 （ 手 動 、 自 動 和 鍵 盤 掃 描 ） 和 三 軸 的 正 負(fù) 行 程 限 位 等 信 號 。 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 脈 沖 信 號 經(jīng) 74LS273 鎖 存 輸 出 ， 經(jīng) 光 耦 電 路 隔 離 ， 接 貼 標(biāo) 機(jī) 各 軸 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 脈 沖 分 配 器 。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 8031 單片機(jī) ROM RAM 8255A74LS273 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 鍵盤 I/O 接 口 手 動 按 鈕 4 位 LED 顯示 圖 3.3 控 制 系 統(tǒng) 組 成 框 圖 3.3 CPU 選擇及其外圍電路設(shè)計 MCS-51 系 列 中 ， 常 用 的 有 8031 和 8051 等 。 其 中 ,8031 內(nèi) 部 沒 有 ROM， 需 外 擴(kuò) 一 程 序 存 儲 器 。 根 據(jù) 母 導(dǎo) 線 控 制 系 統(tǒng) 的 要 求 ， 要 求 具 有 8KB 程 序 存 儲 器 ， 8051 內(nèi) 部 只 有 4KB 程 序 存 儲 器 ， 存 儲 空 間 仍 需 外 擴(kuò) ， 所 以 選 用 8031 單 片 機(jī) 。 8031 具 有 價 格 低 、 功 能 強(qiáng) 、 使 用 靈 活 、 開 發(fā) 方 便 等 特 點(diǎn) ， 適 合 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 控 制 。 3.3.1 單片機(jī) 8031 簡介 制 造 工 藝 為 HMOS 的 MCS-51 單 片 機(jī) 都 采 用 40 只 引 腳 的 雙 列 直 插 封 裝 （ DIP） 方 式 ， 8031 引 腳 如 圖 3.4 所 示 。 I/O 口 線 ： P0、 P1、 P2、 P3 共 四 個 8 位 口 ； 控 制 口 線 ： （ 片 外 取 指 控 制 ） 、 ALE（ 地 址 鎖 存 控 制 ） 、PEN （ 片 外 存 儲 器 選 擇 ） 、 RESET（ 復(fù) 位 控 制 ） ； 電 源 及 時 鐘 ： Vcc（ 接 +5VEA 電 源 ） 、 Vss（ 接 地 ） ； XTAL1 和 XTAL2 接 外 部 晶 體 振 蕩 器 。 當(dāng) 8031 單 片 機(jī) 外 擴(kuò) 程 序 存 儲 器 、 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 或 輸 入 輸 出 端 口 時 ， 外 部 芯 片 需 要 8031 為 其 提 供 地 址 總 線 、 數(shù) 據(jù) 總 線 和 控 制 總 線 ， 如 圖 3.5 所 示 。 地 址 總 線 （ AB） 寬 度 為 16 位 ， 可 訪 問 64KB 的 外 部 程 序 存 儲 器 和 64KB 的 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 。 低 8 位 地 址 總 線 （ A0～ A7） 由 P0 口 經(jīng) 地 址 鎖 存 器 提 供 ， 高 8 位 地 址 總 線 （ A8～ A15） 直 接 由 P2 口 提 供 。 數(shù) 據(jù) 總 線 寬 度 為 8 位 ,由 P0 口 提 供 。 控 制 總 線 （ CB） 由 P3 口 的 第 二 功 能 狀 態(tài) 和 4 根 獨(dú) 立 的 控 制 線 RESET、 、 ALE 和 組 成 。 SN 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 3.4 8031 引 腳 圖 圖 3.5 8031 片 外 總 線 結(jié) 構(gòu) 3.3.2 單片機(jī) 8031 的時鐘及復(fù)位電路 1. 時 鐘 電 路 單 片 機(jī) 8031 雖 然 有 內(nèi) 部 振 蕩 電 路 ， 但 要 形 成 時 鐘 ， 必 須 外 部 附 加 電 路 。 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 用 內(nèi) 部 時 鐘 方 式 ， 在 XTAL1、 XTAL2 引 腳 上 外 接 晶 體 以 及 電 容 C1 和 C2 構(gòu) 成 并 聯(lián) 諧 振 電 路 ， 使 內(nèi) 部 振 蕩 器 產(chǎn) 生 自 激 振 蕩 ， 如 圖 3.6 所 示 。 2. 復(fù) 位 電 路 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 采 用 按 鈕 復(fù) 位 和 內(nèi) 部 中 斷 復(fù) 位 相 結(jié) 合 。 在 8031 復(fù) 位 端 RESET 上 接 如 圖 3.6 所 示 電 路 ， 當(dāng) 上 電 或 按 動 按 鈕 S00 或 急 停 按 紐 S100 后 ， 復(fù) 位 端 RESET 上 出 現(xiàn) 高 電 平 ， 便 能 可 靠 地 實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 位 。 圖 3.6 時鐘及復(fù)位電路 3.4 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計 3.4.1 程序存儲器的擴(kuò)展 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 1. 程序存儲器芯片選擇 EPROM 是可擦除、可編程只讀存儲器，母導(dǎo)線貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)中，只需 擴(kuò)展 8KB 空間的程序存儲器，用一片 2764（8K×8）芯片就可滿足要求。圖 3.7 所示為 2764 芯片引腳。圖中，A0～A12 為地址線，D0～D7 為數(shù)據(jù)輸出線， 為片選端， 為輸出允許端， 為編程脈沖端，NC 為未連接端，VppCEOEPGM 為編程 電 壓 端 ， Vcc 為 +5V， GND 為 地 。 圖 3.7 2764 引腳圖 圖 3.8 6264 引腳圖 2. 程 序 存 儲 器 擴(kuò) 展 電 路 圖 程 序 存 儲 器 擴(kuò) 展 時 ， 一 般 擴(kuò) 展 容 量 大 于 256 字 節(jié) ， 因 此 ， EPROM 片 內(nèi) 地 址 線 除 了 由 P0 口 經(jīng) 鎖 存 器 提 供 8 位 地 址 線 外 ， 還 需 由 P2 口 提 供 若 干 地 址 線 。 EPROM 所 需 地 址 線 數(shù) 決 定 于 EPROM 的 容 量 ， 當(dāng) EPROM 為 2KB 時 地 址 線 為 11 根 ， 4KB 時 地 址 線 為 12 根 ， 8KB 時 地 址 線 為 13 根 ， 以 此 類 推 。 所 需 的 高 位 地 址 線 由 P2 口 提 供 。 如 圖 3.9 所 示 ， 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 外 擴(kuò) 8KB 程 序 存 儲 器 ， 8031 的 P0 口 經(jīng) 74LS373 鎖 存 器 接 2764 的 8 根 地 址 線 A0～ A7， 8031 的 P2.0～ P2.4 接 2764 的 另 5 根 地 址 線 A8～ A12。 8031 單 片 機(jī) P0 口 接 2764 的 數(shù) 據(jù) 線 D0～ D7,ALE（ 允 許 地 址 鎖 存 ） 接 鎖 存 器 CLK 端 （ 11 腳 ） ， 由 于 是 分 時 使 用 ， 先 輸 出 外 部 存 儲 器 的 低 8 位 地 址 ， 故 應(yīng) 在 外 部 加 鎖 存 器 將 地 址 數(shù) 據(jù) 鎖 存 ， 地 址 鎖 存 信 號 用 ALE。 然 后 ， P0 口 才 作 為 數(shù) 據(jù) 口 使 用 。 根 據(jù) 程 序 存 儲 器 電 路 的 連 線 ， 確 定 2764 的 尋 址 范 圍 ， 如 表 3.1 所 示 。 3.4.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 1. 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 芯 片 選 擇 表 3.1 程 序 存 儲 器 地 址 表 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 地 址 線 A15 A14 A13 A12 A11 … A1 A0 地 址 0 0 0 0 0 … 0 0 0000H 0 0 0 0 0 … 0 1 0001H 0 0 0 0 0 … 1 0 0002H ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ 0 0 0 1 1 … 1 0 1FFEH 0 0 0 1 1 … 1 1 1FFFH 8031 單 片 機(jī) 內(nèi) 部 有 128 個 字 節(jié) 的 RAM， 在 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 僅 靠 片 內(nèi) RAM 是 不 夠 的 ， 必 須 外 擴(kuò) 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 。 常 用 的 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 有 靜 態(tài) RAM（ SRAM） 和 動 態(tài) RAM（ DRAM） 兩 類 。 DRAM 一 般 用 于 存 儲 容 量 較 大 的 系 統(tǒng) 中 ， 而 且 DRAM 需 要 刷 新 邏 輯 電 路 以 保 持 數(shù) 據(jù) 信 息 的 不 丟 失 ， 電 路 設(shè) 計 較 復(fù) 雜 。 雖 然 DRAM 芯 片 具 有 容 量 大 、 功 率 低 、 價 格 便 宜 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 但 它 極 易 受 干 擾 ， 對 外 界 環(huán) 境 、 工 藝 結(jié) 構(gòu) 、 控 制 邏 輯 和 電 源 質(zhì) 量 等 的 要 求 都 很 高 。 因 此 ， 母 導(dǎo) 線 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 選 用 SRAM。 與 DRAM 相 比 ， SRAM 無 須 考 慮 保 持 數(shù) 據(jù) 而 設(shè) 置 的 刷 新 電 路 ， 故 擴(kuò) 展 電 路 較 簡 單 。 在 8031 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 中 ， 當(dāng) 數(shù) 據(jù) 存 儲 量 較 小 時 ， 最 常 用 的 靜 態(tài) 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 RAM 芯 片 有 6116（ 2K×8） 和 6264（ 8K×8） 兩 種 。 貼 標(biāo) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 要 求 外 擴(kuò) 不 大 于 4K 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 ， 故 6264 芯 片 能 滿 足 要 求 。 6264 是 8K×8 位 靜 態(tài) 隨 機(jī) 存 儲 器 芯 片 ， 采 用 CMOS 工 藝 制 作 ， 28 線 雙 直 插 式 封 裝 ， 其 引 腳 如 圖 3.8 所 示 。 A0～ A12 為 片 內(nèi) 13 位 地 址 線 ； D0～ D7 位 8 位 數(shù) 據(jù) 線 ； 和 CS2 為 片 選 端 。 、 為 讀 、 寫 信 號 線 。 1EWR 2. 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 擴(kuò) 展 電 路 如圖 3.9 所示，6264 芯片低 8 位地址線 A0～ A7 與 8031 單片機(jī) P0 口經(jīng)地 址鎖存器 74LS373 鎖存輸出相連接；高 4 位地址線 A8～A11 與 8031 單片機(jī) P2.0～P2.3 直接相連（A12 接地當(dāng) 4K 存儲器使用） ；數(shù)據(jù)線 D0～D7 直接與 8031P0 口相連；片選 由 8031 高位地址 P2.4～P2.7 經(jīng) 74LS138 地址譯碼控1CS 制；片選 CS2 保持高電平。 6264 芯片的寫信號接掉電保護(hù)電路。掉電保護(hù)電路 帶有后備電池，在系統(tǒng)掉電瞬間，自動保護(hù) RAM 中有用的信息和系統(tǒng)的運(yùn)行 狀態(tài)。當(dāng)電源恢復(fù)時，能自動恢復(fù)掉電前的工作狀態(tài)。 根據(jù)數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展電路，確定 6264 芯片的尋址范圍，見表 3.2。 表 3.2 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 地 址 表 地 址 線 地 址 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 A15 A14 A13 A12 … A1 A0 1 1 1 0 … 0 0 EOOOH 1 1 1 0 … 0 1 E001H ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ 1 1 1 0 … 1 0 EFFEH 1 1 1 0 … 1 1 EFFFH 圖 3.9 存 儲 器 擴(kuò) 展 電 路 圖 3.5 顯示電路設(shè)計 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 單片機(jī)的顯示器主要有 LED（Light-emitting Diode,發(fā)光二極管顯示器）和 LCD（Liquid Crystal Display,液晶顯示器）兩種。其中 LED 的結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計 更為簡單，價格也更低廉，所以貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)選用 LED 顯示。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。所謂靜態(tài)顯示就是需要顯示 的字符在各字段連續(xù)通電，所顯示的字段連續(xù)發(fā)光。所謂動態(tài)顯示，就是用掃 描的方法一位一位輪流點(diǎn)亮顯示器的各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔 一段時間點(diǎn)亮一次，利用人眼視覺的暫留效應(yīng)，使得看上去好像幾位顯示器同 時在顯示，因此動態(tài)顯示必須設(shè)計動態(tài)掃描電路，以保證顯示的連續(xù)性。 雖然靜態(tài)顯示占用 硬件資源較多，但因?yàn)橘N標(biāo)機(jī)系統(tǒng)只用 4 位 LED 顯示， 位數(shù)較少，增加硬件不多，同時考慮到動態(tài)顯示占用 CPU 時間較多，所以貼標(biāo) 機(jī)系統(tǒng)選用靜態(tài)顯示。 3.5.1 LED 顯示器簡介 LED 顯 示 器 由 發(fā) 光 二 極 管 構(gòu) 成 的 字 段 組 成 的 ， 有 7 段 （ 不 含 小 數(shù) 點(diǎn) 段 ） 和 16 段 （ “米 ”字 ） 管 兩 類 ， 如 圖 3.10 所 示 ， 這 種 顯 示 器 又 有 共 陰 極 和 共 陽 極 之 分 。 當(dāng) 一 個 或 幾 個 發(fā) 光 二 極 管 的 陽 極 為 高 電 平 時 ， 相 應(yīng) 的 段 被 點(diǎn) 亮 即 顯 示 。 如 果 加 到 各 段 陽 極 上 的 代 碼 不 同 ， 則 控 制 顯 示 不 同 的 字 符 或 數(shù) 字 。 這 個 代 碼 稱 為 段 選 碼 ， 也 叫 字 形 碼 。 表 3.3 列 出 了 7 段 LED 顯 示 數(shù) 字 0～ 9 的 a) b) 對 應(yīng) 段 選 碼 。 7 段 LED 顯 圖 3.10 LED 顯 示 器 示 器 一 般 都 有 dp 顯 示 段 a)七 段 顯 示 器 b)十 六 段 顯 示 器 用 于 顯 示 小 數(shù) 點(diǎn) 實(shí) 際 上 為 8 段 ， 所 以 它 的 段 選 碼 為 一 個 字 節(jié) 。 段 選 碼 的 編 碼 順 序 從 最 高 位 到 最 低 位 分 別 對 應(yīng) dp、 g、 f、 e、 d、 c、 b、 a 段 。 3.5.2 LED 顯示電路 根 據(jù) 對 貼 標(biāo) 頭 運(yùn) 動 范 圍 的 估 計 ， 三 個 軸 各 自 的 行 程 不 超 過 一 米 ， 所 以 用 三 位 LED 顯 示 數(shù) 值 ， 最 大 顯 示 值 為 999mm， 即 可 滿 足 顯 示 要 求 。 “米 ”字 型 LED 顯 示 X、 Y、 Z 三 軸 坐 標(biāo) 字 母 。 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 的 LED 顯 示 ， 段 選 信 號 由 8031 單 片 機(jī) P0 口 輸 出 ， 經(jīng) 74LS273 鎖 存 器 接 各 位 LED 段 選 信 號 端 ； 位 選 信 號 用 8031 的 P2 口 高 位 （ P2.7、 P2.6、 P2.5） 經(jīng) 74LS138 譯 碼 器 地 址 譯 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 碼 ， 形 成 5 個 不 同 的 入 口 地 址 ， 接 各 位 74LS273 的 片 選 端 ， 控 制 各 位 LED 選 通 顯 示 ， 接 口 電 路 如 圖 3.12 所 示 ， 圖 中 LED1 用 于 顯 示 字 母 X、 Y、 Z， LED2 用 于 顯 示 百 位 數(shù) 值 ， LED3 用 于 顯 示 十 位 數(shù) 值 ， LED4 用 于 顯 示 個 位 數(shù) 值 。 表 3.3 七 段 LED 顯 示 器 段 選 碼 顯 示 字 符 共 陰 極 型 共 陽 極 型 顯 示 字 符 共 陰 極 型 共 陽 極 型 0 3FH C0H 5 6DH 92H 1 06H F9H 6 7DH 82H 2 5BH A4H 7 07H F8H 3 4FH B0H 8 7FH 80H 4 66H 99H 9 6FH 90H 3.6 鍵盤擴(kuò)展電路設(shè)計 貼 標(biāo) 機(jī) 系 統(tǒng) 用 到 兩 個 鍵 盤 。 一 個 為 編 輯 鍵 盤 ， 用 8255A 擴(kuò) 展 ， 鍵 盤 由 數(shù) 字 鍵 0～ 9， 字 母 鍵 X、 Y、 Z 等 組 成 。 當(dāng) 貼 標(biāo) 機(jī) 位 于 編 輯 狀 態(tài) 時 ， 通 過 該 鍵 盤 輸 入 X 軸 、 Y 軸 和 Z 軸 坐 標(biāo) 的 位 移 量 。 另 一 個 為 手 動 鍵 盤 ， 用 8031 單 片 機(jī) P0 口 控 制 。 貼 標(biāo) 機(jī) 在 手 動 方 式 時 ， 按 下 手 動 鍵 盤 ， 可 以 實(shí) 現(xiàn) 貼 標(biāo) 機(jī) X 軸 、 Y 軸 和 Z 軸 正 、 負(fù) 方 向 的 手 動 操 作 。 3.6.1 編輯鍵盤接口芯片選擇 8255A 作 為 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 常 用 的 可 編 程 I/O 接 口 得 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 對 于 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 來 說 ， 若 系 統(tǒng) 已 用 到 8255A， 在 8255A 資 源 足 夠 時 ， 作 為 鍵 盤 的 接 口 無 需 再 專 門 增 加 芯 片 ， 所 以 用 8255A 擴(kuò) 展 編 輯 鍵 盤 ， 不 僅 使 系 統(tǒng) 資 源 得 到 充 分 利 用 ， 而 其 使 電 路 設(shè) 計 更 為 簡 單 。 8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接 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，因而使用 靈活方便，通用性強(qiáng)，可 作 單 片 機(jī) 與 多 種 外 圍 設(shè) 備 連 接 時 的 中 間 接 口 電 路 。 8255A 的 引 腳 介 紹 如 圖 3.11 所 示 ， 圖 3.11 8255A 引 腳 圖 D7~D0 為 三 態(tài) 雙 向 數(shù) 據(jù) 線 ， 與 單 片 機(jī) 數(shù) 據(jù) 總 線 連 接 ， 用 來 傳 送 數(shù) 據(jù) 信 息 ； 為 片 選 信 號 端 ， 低 電 平 有 效 ， 表 示 芯 片 被 選 中 ； 為 讀 出 信 號 端 ， 低CE RD 電 平 有 效 ， 控 制 數(shù) 據(jù) 的 讀 出 ； WR 為 寫 入 信 號 端 ， 低 電 平 有 效 ， 控 制 數(shù) 據(jù) 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 的 寫 入 ； PA7~PA0 為 A 口 輸 入 /輸 出 線 ； PB7~PB0 為 B 口 輸 入 /輸 出 線 ； PC7~PC0 為 C 口 輸 入 /輸 出 線 ； A0～ A1 為 地 址 線 ， 用 來 選 擇 8255A 內(nèi) 部 端 口 。 RESET 接 復(fù) 位 信 號 ； VCC 接 +5V 電 源 。 圖 3.12 LED 接 口 電 路 3.6.2 編輯鍵盤電路 南京工程學(xué)