基于單片機(jī)多功能工業(yè)控制平臺(tái)設(shè)計(jì)論文

自20世紀(jì)80年代初期誕生至今，工業(yè)控制軟件已有20年的發(fā)展歷史。工業(yè)控制與上位機(jī)軟件相結(jié)合，是隨著PC機(jī)的興起而不斷發(fā)展的。工業(yè)控制與上位機(jī)軟件經(jīng)濟(jì)效益。2000年“九五”國家科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“大型骨干石化生產(chǎn)系統(tǒng)控制及2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2開發(fā)設(shè)計(jì)思路2.3系統(tǒng)方框圖步進(jìn)電機(jī)繼電器單片機(jī)MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器(MixedSignalProcessor)。稱之為混合信號(hào)處理器，主要是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在MSP430系列是一個(gè)16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī)，在1996年問世，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開開始階段從1996年推出MSP430系列開始到2000年初，這個(gè)階段首先推出有33X、32X、31X等幾個(gè)系列，而后于2000年初又推出了11X、11X12000年推出了11X/11X1系列。這個(gè)系列采用20腳封裝，內(nèi)存容量、片足夠的I/0引腳等，只有33X系列才具備。33X系列價(jià)格較高，比較適合于較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)用戶設(shè)計(jì)需要更多考慮成本時(shí)，33X并不一定是最適合的。而片內(nèi)高精度A/D轉(zhuǎn)換器又只有32X系列才有。尋找突破，引入Flash技術(shù)隨著Flash技術(shù)的迅速發(fā)展，TI公司也將這一技術(shù)引入MSP430系列中。在2000年7月推出F13X/F14X系列，在2001年7月到2002年又相繼推出F41X、F43X、F44X這些全部是Flash型單F41X單片機(jī)是目前應(yīng)用比較廣的單片機(jī)，它有48個(gè)I/0口，96段LCD驅(qū)動(dòng)。F43X、F44X系列是在13X、14X的基礎(chǔ)上，增加了液晶驅(qū)動(dòng)器，將驅(qū)動(dòng)LCD的段數(shù)由3XX系列的最多120段增加到160段。并且相應(yīng)地調(diào)整了都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)點(diǎn)。這是TI公司推出具有Flash掃描技術(shù)的廉價(jià)開發(fā)工具M(jìn)SP-FET430X110,將國際上先進(jìn)的JTAG技術(shù)和功能擴(kuò)展打下了良好的基礎(chǔ)。于是TI公司在2002年底和2003年期間又陸續(xù)3.3MSP430單片機(jī)的特點(diǎn)令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作125ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、125ns的指令周期以及多功能的硬件有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式(AM)和五種低功耗模式 (LPMO~LPM4)。在等待方式下，耗電為0.7uA,在節(jié)電方式下，最低可達(dá)-40~+85攝氏度，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合用于工業(yè)環(huán)境下。16.A/D轉(zhuǎn)換器(10位或更高精度)。首先，89C51單片機(jī)是8位單片機(jī)。其指令是采用的被稱為“CISC”的復(fù)雜指令集，共具有111條指令。而MSP430單片機(jī)是16位的單片機(jī)，采用MSP430F4xx基于閃存的MCU提供1.8V至3.6V工作電壓、高達(dá)60kB的MSP430F2xx基于閃存的MCU提供1.8V至3.6V工作電壓、掉電復(fù)位及16MIP(帶有基本時(shí)鐘)。達(dá)60kB和8MIP(帶有基本時(shí)鐘)。3.6開發(fā)環(huán)境及程序下載project中的options的xlink3.由于430支持匯編語言和C語言兩種語言，因此可以在一個(gè)工程文件中同5.在線調(diào)試時(shí)，不能將58管腳(復(fù)位/非屏蔽中斷)外部變高，否則，會(huì)強(qiáng)制3.7MSP430F149單片機(jī)的功能介紹16個(gè)中斷源，還可以直接利用P口的輸入輸出寄存器，直接對(duì)外進(jìn)行通信。因初始化初始化定各P口功能用P口給電容充電開始放電至捕獲電壓定時(shí)器開始定時(shí)比較器開始工作讀捕獲時(shí)間計(jì)算時(shí)間圖3-2定時(shí)器及數(shù)模轉(zhuǎn)換3.7.3時(shí)鐘模塊板中有一個(gè)測(cè)試程序是實(shí)現(xiàn)通過RS202與計(jì)算機(jī)超級(jí)終端串行口相連的測(cè)試程決定，以后類推。而調(diào)整位取“O”還是“1”,取決于當(dāng)前的分頻因子與需要的分頻因子的差距，如果大于0.5取“1”,如果小于0.5取“O”。3.7.5比較器模塊3.7.6模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊選擇通道模式，參考電平選擇通道模式，參考電平時(shí)鐘源，分頻因子下次轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束寫結(jié)束采樣控制，開始轉(zhuǎn)換加信號(hào)，開始延時(shí)到采樣結(jié)束圖3-3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊按鍵接口按鍵接口3.3V電源晶振電路下面將分模塊介紹各模塊原理(標(biāo)示見原理圖)及調(diào)試程序和結(jié)果：外存和考慮到單片機(jī)有時(shí)需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘和外存，因此本設(shè)計(jì)加了一個(gè)8563實(shí)時(shí)時(shí)由于本設(shè)計(jì)中只有一個(gè)片外存儲(chǔ)，因此其芯片地址為1010000,8563的讀的芯片地址為1010011,寫地址為1010010,關(guān)于I2C總線的幀結(jié)構(gòu)為：3.7.7485和232通訊模塊電平驅(qū)動(dòng)電平驅(qū)動(dòng)電平轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)的串口電平反向發(fā)送的通訊口超級(jí)終輸出口接收發(fā)送進(jìn)入中斷，發(fā)送字符調(diào)試結(jié)果可以看出發(fā)送的正確性，也可以看出用4.1直流電機(jī)的控制部分圖4-1L298N芯片腳圖L298N的引腳9為LOGICSUPPLYVOLTAGEVss,即邏輯供應(yīng)電壓。引腳4為它的引腳2,3,13,14為L298N芯片輸入到電動(dòng)機(jī)的輸出端，其中引腳2和14也可控制一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。引腳6和11腳為電動(dòng)電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLHH同IN2(IN4)同IN1(IN3)快速停止LXX3.邏輯部分工作電流Iss:≤36mA7.工作溫度：-25℃~+130℃之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5,7,10,12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA,En4.1.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理機(jī)器人無法借助循環(huán)處理實(shí)現(xiàn)PWM,需要通過中斷處理方式實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)靠的是國硅通用半導(dǎo)體公司(SiliconGeneral)推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動(dòng)N溝工業(yè)品、民品三個(gè)等級(jí)。下面我們對(duì)SG3525特點(diǎn)、引腳功能、電氣參數(shù)、工作過輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使有提高，是目前比較理想的新型控制器。SG3525引腳功能及特點(diǎn)簡介其原理圖123456789AA1.Inv.input(引腳1):誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端(引腳9)相連，可構(gòu)成跟隨2.Noninv.input(引腳2):誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端(引腳9)之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。3.Sync(引腳3):振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。4.0SC.0utput(引腳4):振蕩器輸出端。5.CT(引腳5):振蕩器定時(shí)電容接入端。6.RT(引腳6):振蕩器定時(shí)電阻接入端。欠電壓欠電壓言基準(zhǔn)電源言RSG3525A輸出級(jí)7.Discharge(引腳7):振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。8.Soft-Start(引腳8):軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5的軟啟動(dòng)電9.Compensation(引腳9):PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。10.Shutdown(引腳10):外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。11.0utputA(引腳11):輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。12.Ground(引腳12):信號(hào)地。14.0utputB(引腳14):輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。15.Vcc(引腳15):偏置電源接入端。(10)雙路輸出(灌電流/拉電流):mA(峰值)。動(dòng)接入端(引腳8)上通常接一個(gè)5的軟啟動(dòng)電容。上電過程中，由于電容兩端禁止SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影SG3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。此外，SG3525還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來，PWM瑣存器才被復(fù)位。4.1.4控制直流電機(jī)程序設(shè)計(jì)流程4.2步進(jìn)電機(jī)的控制部分圖4-6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理2.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路返回第一步正轉(zhuǎn)0111返回1011返回1101返回1110返回1110返回1101返回1011返回0111返回一CNm83NE555D527418腳：外接電源VCC,雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5~16V,CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3~18V,一般用5V。圖4-8555定時(shí)器組成框圖在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為表4-3555定時(shí)器的功能表0XX0導(dǎo)通0導(dǎo)通111不變555定時(shí)器的應(yīng)用1.構(gòu)成多諧振蕩器用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的電路和工作波形如圖4-9所示2.多諧振蕩器電路和工作波形接通電源后，假定Vo截止，電容C充電。充電回路是VCC—R1—R2—C—地，Vo按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)Vc到2/3VCC端電平大于2/3VCC),輸出Vo翻轉(zhuǎn)為低電下降，當(dāng)Vc下降到1/3VCC平小于1/3VCC轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得：輸出高電平時(shí)間tph=0.7(R?+R?)C輸出低電平時(shí)間tpL=0.7R?C振蕩周期T=tpn+tpL=0.7(R?+2R?)C輸出方波的占空比4.2.3控制步進(jìn)電機(jī)的程序設(shè)計(jì)流程圖4-11繼電器控制部分電路原理圖5.1VB6.0軟件的介紹Visualbasic是在Basic語言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此它有Basic語言Basic相對(duì)于其他的計(jì)算機(jī)編程語言來最初由美國計(jì)算機(jī)科學(xué)家Johnkemeny和ThomasKurtz設(shè)計(jì)，誕生于1964年，迄今為止經(jīng)歷了40多年。其間經(jīng)歷了GW-Basic、TrueBasic、TurboBasic、QuickBasicC等很多版本。隨著Windows的流行，微軟的工程師們著眼于未來在改進(jìn)QuickBasic的基礎(chǔ)上開發(fā)了VisualBasic的第一個(gè)版本。其后，VisualBasic1.0以后，于1992年、1993年、1995年、1997年、1998年接連發(fā)布了VisualBasic2.0、3.0、4.0、5.0、6.0版本。VisualBasic是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。與傳統(tǒng)程序化設(shè)計(jì)語言相比，VisualBasic提供了可視化象的屬性之后，VisualBasic會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生界面代碼，從VisualBasic4.0以后的版本都支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，但它與一般的和描述每個(gè)對(duì)象的程序代碼，而是用工具把它們畫在界面上，由VisualBasicVisualBasic由于是在QuickBasic的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以具有高級(jí)解翻譯成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的機(jī)器指令，并判斷每個(gè)語句的語法錯(cuò)誤。在設(shè)計(jì)