绕线机计数器设计

绕线机是用来绕制线圈的专用设备,而计数器则起到了计数作用。计数器可以用来显示产品的工作状态,一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作。

绕线机计数器的核心控制是单片机。单片机技术作为一个非常有前途的计算机技术,其应用非常广泛,已深入到我们日常生活中的方方面面。目前,单片机正在向稳定可靠、小而廉价的方向发展。本设计选用AT89C51单片机来制作,它是一个40脚的8位单片机,片内含4KB的可编程存储器,有4个8位并行输入/输出口,可用于多个按键信号的输入及控制信号、数字显示信号、声音信号的输出。有两个外中断输入端及两个定时器/计数器,为软件设计与电路设计相配合提供了方便。

绕线机计数器的控制电路除了单片机电路外还有5V稳压电源电路、光电开关、4011与非门、按键输入电路、数码管显示电路和电动机电路。

关键词:绕线机计数器;单片机;数码管显示;按键输入;

Winding the coil winding machine is used special equipment, and the counter is counting played a role.Counter can be used to display the working status of products in general is mainly used to indicate how many products have completed the page with the work of folding.

Winding machine control is the core of counter microcontroller.Microcomputer technology as a promising computer technology, its application is very extensive, has been deep into every aspect of our daily life.Currently, SCM is the reliable, small and cheap direction.AT89C51 microcontroller used in this design to production, it is a 40-foot 8-bit microcontroller with a programmable memory containing 4KB, there are four 8-bit parallel input / output, multiple keys can be used to input signals and control signals digital display signals, sound signals output.There are two interrupt inputs and the two outer timer / counter, for the design and circuit design software provides a convenient match.

Winding machine counter control circuit in addition to microcontroller circuit external 5V regulated power supply circuit also, photoelectric switches, 4011 and non-gate, key input circuit, digital control circuit and motor circuit.

Keywords:Winding machine counter; SCM; digital display; key input;

目录

1 绪论 (1)

1.1课题的目的与意义 (1)

1.2采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 (1)

1.3课题的发展现状和前景展望 (1)

1.4特色或创新之处 (1)

2 硬件部分设计 (2)

2.1系统框图 (2)

2.2电源电路 (2)

2.2.1 整流电路 (2)

2.2.2 稳压电路 (3)

2.2.3 滤波电路 (3)

2.3传感器驱动电路 (4)

2.3.1光电开关 (4)

2.3.2 CD4011与非门 (5)

2.4主控制电路 (6)

2.4.1 A T89C51单片机 (7)

2.4.2 振荡电路 (9)

2.4.3复位电路 (9)

2.5编码式键盘电路 (10)

2.6数码管显示电路 (11)

2.6.1数码管介绍 (11)

2.6.2 七段LED数码管发光原理 (11)

2.6.3 数码显示电路原理 (11)

2.7直流电动机驱动电路 (12)

2.7.1 电机工作原理 (12)

3 软件部分设计 (13)

3.1主程序框图 (13)

3.2加1子程序框图 (20)

3.3加1子程序源码分析 (20)

3.4减1子程序框图 (21)

3.5减1子程序源码分析 (21)

3.6显示子程序 (22)

4 总结 (24)

致谢 (25)

参考文献 (26)

附录 (27)

绕线机计数器设计

1 绪论

1.1 课题的目的与意义

本课题是绕线机计数器的设计,根据计数器的原理,用AT89C51单片机把硬件电路和软件编程进行设计。目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展,发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。绕线机计数器电路由单片机作为控制器,加上各种控制电路、显示电路和电机驱动器电路,控制程序用汇编语言编写。该设计方案能使学生把所学到的电子技术结合起来,为走上工程技术道路提供很好的练兵机会。

1.2 采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

先理解电路图及工作原理,再复习单片机MCS-51系列的硬件构成及命令系统,拟采取硬件电路和软件编程联合研究的方法,根据实际的工作原理及参考电路图改用AT89C51单片机来重新设计硬件电路;再利用网上以及书本上的控制过程来设计出主程序流程图及各子程序流程图,然后用汇编语言编制单片机AT89C51的控制软件。要求控制软件能使硬件电路正常运行,达到已有产品同样的可编程定时器的各种功能。

1.3 课题的发展现状和前景展望

先研究现成的微电脑控制的绕线机计数器的电路图及工作原理说明,再复习单片机MCS-51系列的硬件构成及命令系统,根据绕线机计数器的工作原理及已有电路图,选择AT89C51单片机做控制电路。设计出主程序流程图及各子程序流程图,然后用汇编语言编制单片机的控制软件。要求软件能使硬件电路正常运行,达到绕线机计数器的自动计数功能。

1.4 特色或创新之处

使用我们比较熟悉51系列单片机,而AT89C51单片机与MCS-51单片机的51子系列完全兼容。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此在设计中选择AT89C51作为控制单片机,结合适当的外围电路,设计绘制电原路图,再绘制出主程序流程图及各子程序流程图,然后用汇编语言编制控制软件。

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2 硬件部分设计

2.1系统框图

该计数器是以AT89C51单片机为核心的应用系统。整个系统包括几个部分:AT89C51单片机、驱动电路、传感器、数码管显示器、按键电路。

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图2-1 系统框图

2.2 电源电路

稳压电源电路作用是为整个系统提供稳定的工作电源。稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

电源工作原理:220V交流电经变压器T1、桥式整流电路D1和电解电容C1滤波后,再经由5V 稳压集成电路U1稳压后得到+5V直流电压作为单片机及其它电路的电源VCC。如图2-4所示。

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图2-2 稳压电路原理图

2.2.1 整流电路

桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路,只要增加两只二极管口连接成“桥”式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。

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图2-3 整流电路引脚图

2.2.2 稳压电路

7805是常用的稳压芯片, 它的使用方便,用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5V,刚好是51系列单片机运行所需的电压。

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图2-4 7805芯片引脚图

其中1接整流器输出的电压,2为公共地(也就是负极),3就是我们需要的+5V输出电压了。

2.2.3 滤波电路

整流电路的输出电压虽然是单一方向的,但是脉动较大,含有较大的谐波成分,不能适应大多数电子线路及设备的需求。因此,一般在整流后,还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。

电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路,在整流电路的输出端(即负载电阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路,如图。滤波电容容量较大,因此一般采用电解电容,在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用,使输出电压趋于平滑。

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图2-5 滤波电路

2.3 传感器驱动电路

传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。其中,敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分,转换元件是指传感器能将敏感元件的输出转换为适于传输和测量的电信号部分。

光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。由于光电测量方法灵活多样,可测参数众多,一般情况下具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和反应快等特点。

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图2-6 传感器驱动电路

2.3.1光电开关

光电开关是传感器大家族中的成员,它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的,所以它可以在许多场合得到应用。新型光电开关体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔位识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。

光电开关的特点:具有自诊断稳定工作区指示功能,可及时告知工作状态是否可靠;对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能,安装方便;响应速度快,高速光电开关的响应速度可达到0.1ms,每分钟可进行30万次检测操作,能检出高速移动

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的微小物体;采用专用集成电路和先进的SMT 表面安装工艺,具有很高的可靠性;体积小、重量轻,安装调试简单,并具有短路保护功能。

2.3.2 CD4011与非门

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图2-7 CD4011内部逻辑结构图

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图2-8 CD4011引脚图

CD4011功能及真值表:

逻辑表达式:Y = A.B

A=Y.B

VDD

VSS

VDD 4B 4A 4Y 3Y 3B 3A

1B

2Y

2A

2B

VSS

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表2-1 真值表

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(1)当X=0、Y=0时,将使两个NAND门之输出均为1,违反触发器之功用,故禁止使用。如真值表第一列。

(2)当X=0、Y=1时,由于X=1导致NAND-A的输出为“1”,使得NAND-B的两个输入均为“1”,因此NAND-B的输出为“0”,如真值表第二列。

(3)当X=1、Y=0时,由于Y=0导致NAND-B的输出为“1”,使得NAND-1的两个输入均为“1”,因此NAND-A的输出为“0”,如真值表第三列。

(4)当X=1、Y=1时,因为一个“1”不影响NAND门的输出,所以两个NAND门的输出均不改变状态,如真值表第四列。

管脚功能

数据输入端1A 2A 3A 4A

数据输入端1B 2B 3B 4B

电源正极VDD

接地VSS

数据输出端1Y 2Y 3Y 4Y

2.4 主控制电路

主控制器主要由单片机AT89C51、振荡电路和复位电路三部分组成。由于它是单片机工作的必要组成部分,所以又称为单片机最小系统。

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图2-9 最小应用系统

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2.4.1 AT89C51单片机

AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有4K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89C51提供以下标准功能:4K字节Flash闪存存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器;一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式,空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

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图2-10 AT89C51引脚图

VCC : 电源GND : 地

P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL 逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。

P1 口:P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。此

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外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表3-1所示。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。

表2-2 P1口的第二功能

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P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX @DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVX @RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。P3口亦作为AT89C51特殊功能(第二功能)使用,如下表3-2所示。在flash编程和校验时,P3

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表2-3 P3口的第二功能

RST: 复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。

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2.4.2 振荡电路

AT89C51 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器,XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器,自激振荡器与单片机内部的时钟发生器构成单片机的时钟电路。在单片机应用系统中,常选用晶体振动器作为外接振荡源,简称晶振。晶振的频率越高,则单片机系统的时钟频率越高,单片机的运行速度越快。

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图2-10 振荡电路

2.4.3复位电路

MCS-51系列单片机的复位是由外部的复位电路实现的。复位电路的目的是产生持续时间不小于2个机器周期的高电平。单片机通常采用2种形式的复位电路:上电自动复位电路和按钮开关复位电路。图为上电自动复位电路。

上电自动复位电路是通过电容充电来实现的。在接通电源(上电)的瞬间,RC电路充电,由于电容C两端的电压不能突变,在RESET引脚上电压接近电源电压+5V;随着充电时间的延长,充电电流减小,RESET引脚的电位也逐渐下降;当电容C两端的电压接近+5V,RESET引脚也被拉成低电平。在电容C充电过程中,只要RESET引脚能够保持10ms的高电平,就能使单片机有效地复位。

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图2-11 复位电路

2.5 编码式键盘电路

计数器面板上有9个轻触按键,按键值由单片机的P1.0-P1.7端输入,按键S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S12分别是“L1”按键、“L2”按键、“L3”按键、“L4”按键、“-rel-”按键、“+/r”按键、“-/p”按键和“清零”按键。当无按键按下时,单片机的P1.0~P1.7端读入的应是高电平;若有按键按下时,单片机P1.0~P1.7的某位为低电平,并设置电路同时触发单片机的外中断输入端INT0,使控制程序转入中断服务程序,来扫描P1.0~P1.7的各位是哪个按键被按下,然后转入相应的按键处理程序。

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图2-12 编码式键盘电路

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2.6 数码管显示电路

2.6.1数码管介绍

最常用的数码管为LED数码管,LED就是light emitting diode ,发光二极管的英文缩写。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

它的优点:亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。

单片机I/O的应用最典型的是通过I/O口与7段LED数码管构成显示电路。

2.6.2 七段LED数码管发光原理

LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类,了解LED的这些特性,对编程是很重要的,因为不同类型的数码管,除了它们的硬件电路有差异外,编程方法也是不同的。是共阴和共阳极数码管的内部电路,它们的发光原理是一样的,只是它们的电源极性不同而已。

将多只LED的阴极连在一起即为共阴式,而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例,如把阴极接地,在相应段的阳极接上正电源,该段即会发光。当然,LED 的电流通常较小,一般均需在回路中接上限流电阻。

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图2-13 数码管原理图

2.6.3 数码显示电路原理

显示电路采用6位LED数码管,6个数码管的8段字符负极与单片机P1并口的8位对应相连。6位数码管有个6个正极引线。数码管8段字符是用单片机软件来译码的,由

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