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1、长春工业大学学士学位论文1检测电路主要完成压.5 DAC75123. 接口工作模式采用三线制（SYNC，SCLK 及 DIN）串行接口，其串行写操作时序如图 3.5 DAC7512 所示。写操作开始前，SYNC 要置低，DIN 的数据在串行时钟 SCLK 的下降沿依次移入 16 位寄存器。在串行时钟的第 16 个下降沿到来时，将最后一位移入寄存器，可实现对工作模式的设置及 DAC7512 内容的刷新，从而完成一个写周期的操作。此时，SYNC 可保持低电平或置高，但在下一个写周期开始前，SYNC 必须转为高电平并至少保持 33ns，以便 SYNC 有时间产生下降沿来启动下一个写周期。若 SYNC
2、 在一个写周期内转为高电平，则本次写操作失败，寄存器强行复位。由于施密特缓冲器在 SYNC 高电平时的电流消耗大于低电平时的电流消耗，因此，在两次写操作之间，应把 SYNC 置低电平以降低功耗。DAC7512 的片内移位寄存器宽度为 16 位，其中DB15、DB14 是空闲位，DB13、DB12 是工作模式选择位、DB11DB0 是数据位。器件内部带有上电复位电路。上电后，寄存器置 0，所以 DAC7512 处于正常工作模式，模拟输出电压为 0 V。掉电模式下，不仅器件功耗要减小，而且缓冲放大器的输出级通过内部电阻网络接到 1、100 或开路。而处于掉电模式时，所有的线性电路都断开，但寄存器内
3、的数据不受影响。3.3. 5 5 执行机构的设计执行机构的设计执行机构是本设计的核心所在，包括直流伺服电机和直流电机驱动器，下面主要介绍直流电机、直流电机驱动器的型号和原理，以及直流伺服驱动单元的工作原理。3 35 51 1 直流伺服电机和直流电机驱动器的简介直流伺服电机和直流电机驱动器的简介伺服电机有直流和交流两大类。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛应用。本系统采用的是 SEM 伺服直流电机和 LMD18200 直流电动机驱动器。（1）SEM 直流伺服电机是一种性能优良的永久磁体伺服马达，输出扭矩 0.5Nm-37
4、Nm，对于高低压驱动器均适用，具有最优电流速度特性，所有 MT 马达按标准均配备高精度的测速发电机，最高转速：1400-5000RPM，型号 MT20/30/40/52 编码器可选。适用于输送机，给料器，包装设备，印刷设备等。（2）LMD18200 直流电动机驱动器的功能及作用如下：LMD18200 是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于直流电动机驱动的 H 桥组件。同一芯片上集成有 CMOS 控制电路和 DMOS 功率器件，利用它可以与主处理器、长春工业大学学士学位论文2电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。LMD18200 广泛应用于打印机、机器人和各种自动化控制领域。本文介绍了
5、 LMD18200 芯片的结构、原理及其典型应用。主要性能 ：峰值输出电流高达 6 A，连续输出电流达 3 A，工作电压高达 55 V Low RDS(ON)typically0.3Wper switch， TTL/CMOS 兼容电平的输入，无 “shoot-through” 电流；具有温度报警和过热与短路保护功能芯片结温达 145，结温达 170时，芯片关断，具有良好的抗干扰性。典型应用：驱动直流电机、步机电机、伺服机构系统位置与转速、应用于机器人控制系统、 应用于数字控制系统、 应用于电脑打印机与绘图仪。管脚说明和内部结构说明：LMD18200 外形结构和内部电路框图如图所示。它有 11
6、个引脚,采用 TO-220 和双列直插式封装。电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势，用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。使用专门的电机控制芯片 LMD18200 可以减轻单片机负担，工作更可靠。驱动器和直流伺服电机的连接电路：LMD18200 与直流伺服电机的连接电路如图 3.7 所示：. 长春工业大学学士学位论文3图 3.7 驱动器与直流伺服电机的连接图3 35 52 2 直流伺服驱动单元的工作原理直流伺服驱动单元的工作原理直流 PWM 伺服驱动单元是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与
7、“断开”时间的长短，通过调节直流伺服电动机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，这种装置又称为“开关驱动装置”。PWM 控制原理示意图如图 3.8 所示，可控开关 S 以一定的时间间隔重复地接通和断开，当 S 接通时，供电电源 U、通过开关 S 施加到电动机电枢两端，电源向电动机提供能量，电动机储能;当开关 S 断开时，中断了供电电源 U 向电动机提供能量，但在开关 S 接通期间电枢电感所储存的能量此时通过续流二级管 VD 使电动机电流继续流通。15图 3.8 PWM 控制原理示意图长春工业大学学士学位论文4在电动机电枢两端间得到的电压波形如上图右所示，电压平
8、均值 U可用下式表示：Uav= ton/T * US =* Us (3-4)式中ton 开关每周期接通的时间T开关通断的工作周期占空比， = ton / T由式(3-4)可见，改变占空比即可改变电动机电枢两端间的平均电压，达到调速的目的。但必须有将控制转速的指令转换为脉冲宽度或开关周期的电路或装置来实现。3 36 6 外围电路的设计外围电路的设计所谓的外围电路的设计就是人机交互接口，是指人与计算机之间建立联系、交换信息的输入/输出设备的接口，这些输入/输出设备主要有键盘和显示器等。3 36 61 1 BC7281ABC7281A 芯片的介绍芯片的介绍BC7281A 芯片是由海外知名厂家制造，比
9、高公司拥有版权的 LED 数码管显示及64 键键盘接口专用芯片。BC7280 最多可以驱动 8 位 LED 显示，而 BC7281B 则最多可以驱动 16 位。二者软件硬件均兼容，BC7281A 可以直接替代BC7280/BC7281/BC7281A，而不用对硬件或软件作任何修改。该芯片的主要特点如下: 抗干扰工作模式，亮度控制，单独关闭显示但保留键盘功能，有多种译码显示方式，同时可以直接修改显示寄存器，显示任意内容特有的光柱显示方式，用一条指令即可控制光柱显示译码显示时不影响小数点位，便于将小数点位用作单独指示灯段寻址方式，可以单独控制任意显示段，16 位可单独控制闪烁显示，闪烁速度可调，键
10、盘部分具有去抖和键值锁存功能段驱动极性和时序均可控，可以配合多种驱动电路，可适用于任何尺寸数码管，内部寄存器的内容可读，按键指示输出，2 线高速串行接口，使用简便，具有标准 DIP18 和 SOP20 两种封装具有 2 种键盘工作模式，适应不同应用需求。293 36 62 2 键盘显示电路的设计键盘显示电路的设计在对纸张拉力试验机的控制中，利用键盘/显示系统来实现监视和分析通过键盘输入的命令和数据，以及显示纸张拉力试验机的工作状态，及时显示材料的张力。在本次设计中用到的显示器件为 LED 数码管，这种显示器成本低廉，配置灵活，接口方便。LED 显示器结构与原理：LED 显示块是由发光二极管显示
11、字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段 LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种。长春工业大学学士学位论文5161718198151213149 1071163421 222324 252627 28 29 303132 33 343536 37 3839AD0AD1AD3AD2AD4AD5AD6AD7CERDWRIO/MALETMROUTTMRINRESETPA0PA1 PA2PA3 PA4PA5PA6PA7PB0 PB1PB2 PB3 PB4PB5PB6 PB7PC0 PC1 PC2123PC3PC4PC5共阴极 LED 显示块的发光二级管阴极共地。当某个发光二极管的阳极为高电平
12、时，发光二级管点亮；共阳极 LED 显示块的发光二极管阳极并接。通常的七段 LED 显示块中有八个发光二级管，故也有人叫做八段显示器。其中七个发光二极管构成七笔字形“8”。一个发光二级管构成小数点。七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个 8 位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8 位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。通常将控制发光二极管的 8 位字节数据称为段选码。共阳极与共阴极的段选码互为补数。27键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。键盘实质是一组按键开关的集合。通常，键盘开关利用了机械触点的合、断作用。
13、本设计采用的是矩阵式按键 4*8 式键盘。此键盘按键的功能如下：打印下降日期停止8 上升3清零有效速度小数点9641测量无效F1参数0752N1BDN3电路原理图参见附录 13 36 63 3 接口芯片接口芯片 81558155 的介绍的介绍系统采用 8155 外扩接口芯片带一个 4*8 键盘和由 8 个 LED 数码管组成的显示器，分别显示路数，欲置数，实测值。8155 是 INTEL 公司生产的可编程的并行 I/O 接口芯片。它具有 3 个 8 位的并行I/O 口，三种工作方式，可通过编程改变其他功能，因而使用灵活方便，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接使得中央接口电路。8155A
14、引脚如图 3.9 所示长春工业大学学士学位论文6图 3.9 8155 引角图带有 RAM 和定时器的并行口 8155 的引脚功能及引脚介绍： 8155 采用 40 脚双列直插式封装，单一5v 的电源。RESET:复位信号线，高电平有效，在该输入端加一脉冲宽度为 600ns 的高电平信号，就可使 8155 可靠复位，复位时三个输入/输出口预置为输入方式。CE:片选端,8155 为低电平有效，8156 为高电平有效，当 8155 上加上一个低电平时，芯片被选中，可以与单片机交换信息。AD0AD7:三态地址/数据总线，在 ALE 的下降沿把 8 位地址锁存于内部地址锁存器，地址可代 RAM 或输入/
15、输出用，由 IO/M 信号的极性而定，8 位数据的流向取决于 RD 或 WR 信号的状态。WR:写信号线，低电平有效，当片选信号和 WR 信号有效时，AD0AD7 上的数据将根据 IO/M 极性写入 RAM 或 I/O 口。PA0PA7:输入/输出口 A 的信号线，通用 8 位输入/输出口，输入/输出的方向通过对命令/状态寄存器的编程来选择。PB0PB7:输入/输出口 B 的信号线，通用 8 位输入/输出口，输入/输出的方向通过对命令/状态寄存器的编程来选择。PC0PC5:输入/输出口 C 的信号线，6 位可编程输入/输出口，也可用作 A 口和 B 口的控制信号线通过对命令/状态寄存器编程来选
16、择。INT:定时/计数器输入信号线，定时/计数器的时钟由此线输入。TOUT:定时/计数器的输出信号线,输出信号为方波还是脉冲则由定时/计数器的工作方式而定。VCC:电源线，接5V 直流电源。VSS:接地线，接到公用地线上。8155 与 89C52 的硬件设计如下图所示：3 36 64 4 电源监控芯片电源监控芯片 MAX708MAX708MAX708 是一种微处理器电源监控芯片，具有比较器、手动复位、两组复位电平输出的功能，可同时输出高电平有效和低电平有效的复位信号。复位信号可由 VCC电压、手动复位输入、或由独立的比较器触发。独立的比较器可用于监视第二个电长春工业大学学士学位论文7源信号，为处理器提供电压跌落的预警功能。这一功能是为器件发出复位信号前的正常关机、向操作者发送警报、或电源切换而考虑的。MAX708 提供 SO-8 或 TSSOP-8 的表面封装形式，有 3 种域值电平可供选
