1、長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要本文闡述了RTV膠的自動(dòng)加注系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程。該系統(tǒng)利用成熟的單片機(jī)技術(shù)，以微控制器AT89C51作為主要控制器件，并通過擴(kuò)展相關(guān)的外圍電路以及采用模塊化的軟件設(shè)計(jì)完成了能夠?qū)崿F(xiàn)膠的精確自動(dòng)加注和批量生產(chǎn)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件主要包括MCU模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊等幾個(gè)模塊。該系統(tǒng)的軟件主要由主模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、顯示模塊及控制輸出模塊等幾個(gè)部分組成，主模塊為核心，管理其他幾個(gè)子模塊。設(shè)計(jì)完成的系統(tǒng)可以對(duì)工廠零件的RTV膠的加注進(jìn)行自動(dòng)控制。通過液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前操作的動(dòng)作信息。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 步進(jìn)電機(jī) 自動(dòng)控制 RTV膠Abstra

2、ctThis paper elaborates the design process of the RTV glue self-motion infuse system. This system uses mature Single-chip technology and Microcontrollers AT89C51 as the main control device. Achieve the system which chould add agglutinant precisely and automatically through the expansion of the relat

3、ed circuits, and the use of modular software design .The hardware system includes: MCU module,Stepper motor drive module, liquid crystal display module, keyboard module and so on.The software system includes the main module, control module, display module ,the output module and other several parts.

4、The main module was the core which managed the others sub-module.The design system is completed the automatic adding of RTV glue to the factory parts . Through the LCD screen shows real-time information which how to operate the action.Key words: Single-chip Stepping Motor Automatic Control RTVgluewa

5、ter長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄目 錄I緒 論11.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2 本系統(tǒng)研究的意義和主要內(nèi)容11.3 系統(tǒng)應(yīng)用背景21.3.1 RTV膠概述21.3.2 灌膠工件4第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)62.1 系統(tǒng)組成62.2 系統(tǒng)核心AT89C5162.2.1 AT89C51簡(jiǎn)介62.2.2 系統(tǒng)端口分配82.3 步進(jìn)電機(jī)概述82.3.1 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理102.4 器件選型介紹112.4.1 步進(jìn)電機(jī)的選用112.4.2 顯示器的選用112.4.3 驅(qū)動(dòng)器的選用122.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)122.6 LCD顯示模塊電路設(shè)計(jì)132.6.1 液晶與AT89C51的I/O連接132.

6、6.2 顯示設(shè)置142.7 鍵盤設(shè)計(jì)部分152.8 二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)16第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)183.1統(tǒng)開發(fā)軟硬件環(huán)境183.2整機(jī)初始化自檢模塊193.3 采用字符點(diǎn)陣液晶模塊的顯示模塊軟件流程203.4 步進(jìn)電機(jī)控制模塊軟件流程203.4.1 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減速運(yùn)行規(guī)律203.4.2 步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)X/Y方向行程233.4.3 步進(jìn)電機(jī)軟件流程圖25第四章 系統(tǒng)集成調(diào)試274.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試274.2 軟件調(diào)試27結(jié) 論28致謝29參考文獻(xiàn)30附錄31II長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)緒 論1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀這一設(shè)備的研究在國內(nèi)已有先例，目前市場(chǎng)上的大型灌膠機(jī)品種較多，功能也十

7、分完善，但價(jià)格昂貴，功能方面已經(jīng)遠(yuǎn)超過工廠現(xiàn)在的簡(jiǎn)單灌膠要求，現(xiàn)在工廠里的灌膠機(jī)是老式灌膠機(jī)，灌膠頭是固定不動(dòng)的，它只能依靠手動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)來完成對(duì)零件表面的灌膠，而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)腔、圓周及其它特殊的平面曲線的灌膠，更無法適應(yīng)對(duì)數(shù)量較多的電子管集成線路板的灌膠，因此這種灌膠機(jī)在使用上有一定的局限性。在國外，目前日本三洋己經(jīng)研制了一種灌膠機(jī)，它在微機(jī)系統(tǒng)的控制下能夠?qū)π滦臀⒉t的內(nèi)腔和面板四周一圈自動(dòng)灌封。但是，其價(jià)格昂貴，而且灌膠機(jī)中所用的一些需要定期更換的附件，目前在國內(nèi)市場(chǎng)上是買不到的，這就造成機(jī)子在使用過程中的維修，保養(yǎng)及附件更換不方便的現(xiàn)實(shí)問題。而且這種灌膠機(jī)只能用日本的膠進(jìn)行灌封，日本的膠

8、不僅要比國產(chǎn)的膠貴好幾倍，而且購買也不方便，這樣就造成生產(chǎn)成本成倍的提高，產(chǎn)品的價(jià)格相應(yīng)的上升，產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力就下降了。1.2 本系統(tǒng)研究的意義和主要內(nèi)容通過對(duì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的了解，設(shè)計(jì)研制我們自己的灌膠設(shè)備對(duì)滿足工廠內(nèi)的灌膠封裝要求是非常必要的。隨著微電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及智能化程度的提高，集成電路技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)一步完善，在汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造、家用電器、軍事、醫(yī)療、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域，自動(dòng)灌膠機(jī)設(shè)備將被廣泛的應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子部件、混合集成電路、變壓器、高低壓電源、線圈、繼電器、傳感器、電氣開關(guān)、儀器儀表等進(jìn)行灌封。以便保證電子元器件、電

9、控板及其它儀表的良好的電氣性能、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械性能、導(dǎo)熱性、絕緣性、阻燃性、以及粘接、抗震、抗老化等。現(xiàn)在設(shè)計(jì)研制的這種自動(dòng)灌膠機(jī)系統(tǒng)在研制過程中采用了步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)、自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)以及其他一些系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化和設(shè)計(jì)的柔性化。本灌膠機(jī)研制成功后將對(duì)工廠內(nèi)電子元件、線路板等的灌封生產(chǎn)效率有本質(zhì)的提高。由于膠量易于控制，可減少膠的浪費(fèi)，而且經(jīng)處理的膠不會(huì)出現(xiàn)爛膠現(xiàn)象，利用這種灌膠機(jī)將能對(duì)線路板及曲線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌封，從而解決了以往工人手工灌膠膠量難以控制，質(zhì)量難以保證，到處滴膠等問題，而且本機(jī)的適應(yīng)性強(qiáng)，國產(chǎn)的大部分膠都可以用，從而使得灌封的線路板的質(zhì)量得到了保證，工人的生產(chǎn)環(huán)境得到了改善，

10、膠的利用率大大提高，生產(chǎn)效率成倍增加，生產(chǎn)成本大大降低。而且本機(jī)工作可靠，操作方便，便于維護(hù)。1.3 系統(tǒng)應(yīng)用背景1.3.1 RTV膠概述1.3.1.1 組成分類有機(jī)硅是分子結(jié)構(gòu)中含有硅元素的高分子合成材料，一般指聚硅氧烷而言，包括硅油、硅橡膠、硅樹脂、硅烷偶聯(lián)劑四大門類幾千個(gè)品種牌號(hào)。有機(jī)硅是二次大戰(zhàn)期間作為飛機(jī)、火箭的特殊材料使用而發(fā)展起來的，經(jīng)過六十多年的開發(fā)研究，現(xiàn)在己成為一類幾乎到處都可使用的材料，其原因是出于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能。世界上著名的有機(jī)硅生產(chǎn)廠商有：美國的道康寧公司，通用電氣公司，聯(lián)合碳化公司德國的拜耳公司和瓦克爾化學(xué)公司；日本的信越化學(xué)公司等。我國的有機(jī)硅研究和生產(chǎn)

11、始于五十年代，發(fā)展很快。現(xiàn)在，主要生產(chǎn)廠家有江西星火有機(jī)硅廠、吉林化學(xué)工業(yè)公司電石廠、浙江新安江集團(tuán)、中藍(lán)晨光化工研究院、上海樹脂廠等。另外，在廣東、江蘇、浙江等省以生產(chǎn)有機(jī)硅聚合產(chǎn)品或制品為主的工廠增長迅速。目前我國不僅有機(jī)硅單體的產(chǎn)量已成規(guī)模生產(chǎn)，而且有機(jī)硅下游產(chǎn)品的品種和產(chǎn)量都在日益增多。硅橡膠是聚硅氧烷最主要的產(chǎn)品之一。由以si-o-si鍵為骨架的硅氧烷構(gòu)成，具有良好的耐候、耐熱、耐寒性及電器性能等特點(diǎn)。硫化前為高摩爾質(zhì)量的線型聚硅氧烷，硫化后成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的彈性體。在所有橡膠中，硅橡膠具有最廣的工作溫度范圍(-100+350)，耐高低溫性能優(yōu)異。硅橡膠具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，在-60+26

12、0內(nèi)，不僅能保持一定的柔軟性、回彈性和表面硬度，機(jī)械性能無明顯變化，而且還能抵抗長時(shí)間的熱老化，并且具有優(yōu)良的電絕緣性、耐候性、耐臭氧和透氣性，而且無毒無味。一些特殊結(jié)構(gòu)的硅橡膠，還具有優(yōu)異的耐油、耐溶劑、耐輻射以及在超高低溫下使用等特性。硅橡膠按其產(chǎn)品形態(tài)及硫化機(jī)理，可分為如圖1-1所示的幾種類型。硅橡膠按其硫化溫度，可分為高溫加熱硫化型及室溫硫化型兩類；按產(chǎn)品形態(tài)及混配方式可以分為混煉硅橡膠及液體硅橡膠兩類；按其交聯(lián)反應(yīng)機(jī)理又可分為有機(jī)過氧化物引發(fā)型、縮合反應(yīng)型及加成反應(yīng)型三類。圖1-1 硅橡膠的分類1.3.1.2 室溫硫化硅橡膠RTV膠又叫室溫硫化硅橡膠，室溫硫化硅橡膠通常為輕基或乙烯基

13、封端的、分子量在18萬之間的直鏈聚硅氧烷，又稱為液體硅橡膠。室溫硫化硅橡膠是六十年代問世的一種新型的有機(jī)硅彈性體，這種橡膠的最顯著特點(diǎn)是在室溫下無須加熱、即可就地固化，使用極其方便。因此，一問世就迅速成為整個(gè)有機(jī)硅產(chǎn)品的一個(gè)重要組成部分。液體硅橡膠以其品種眾多、性能優(yōu)良、適應(yīng)性強(qiáng)及使用方便等而博得人們青睞，雖然它們的開發(fā)歷史較短，但發(fā)展速度則超過了混煉型硅橡膠，它是有機(jī)硅聚合產(chǎn)品中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)在室溫硫化硅橡膠己廣泛用作粘合劑、密封劑、防護(hù)涂料、灌封和制模材料，在各行各業(yè)中都有它的用途。室溫硫化硅橡膠一般包括縮合型和加成型兩大類。加成型室溫膠是以具有乙烯基的線性聚硅氧烷為基礎(chǔ)膠，以含氫

14、硅氧烷為交聯(lián)劑，在催化劑存在下于室溫至中溫下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而成為彈性體。它具有良好的耐熱性、憎水性、電絕緣性，同時(shí)由于活性端基的引入，使其具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能，尤其是在抗張強(qiáng)度、相對(duì)伸長和撕裂強(qiáng)度上有明顯的提高。它適用于多種硫化方法，如輻射硫化、過氧化物硫化及加成型硫化，廣泛用于耐熱、防潮、電絕緣、高強(qiáng)度硅橡膠制品等方面。縮合型室溫硫化硅橡膠是以硅羥基與其他活性物質(zhì)之間的縮合反應(yīng)為特征，于室溫下即可交聯(lián)成為彈性體的硅橡膠，產(chǎn)品分為單組分包裝和雙組分包裝兩種形式。單組分室溫硫化硅橡膠(簡(jiǎn)稱RTV-1膠)是縮合型液體硅橡膠中主要產(chǎn)品之一。通常由基礎(chǔ)聚合物、交聯(lián)劑、催化劑、填料及添加劑等配制而成。產(chǎn)

15、品包裝在密封軟管中，使用時(shí)擠出，接觸空氣后能自行硫化成彈性體，使用極為方便。硫化膠能在-60+200溫度范圍長期使用，具有優(yōu)良的電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能耐水，耐臭氧，耐氣候老化，對(duì)多種金屬和非金屬材料有良好的粘接性。主要用作各種電子元器件及電氣設(shè)備的涂覆，包封材料絕緣、防潮、防震；作為半導(dǎo)體器件的表面保護(hù)材料；也可作為密封填隙料及彈性粘接劑等。雙組分室溫硫化硅橡膠(簡(jiǎn)稱RTV-2膠)使用上沒有RTV-1膠方便，但其組分比例富于變化，一個(gè)品種可以得到多種規(guī)格性能的硫化制品，而且還能深度硫化，因而被廣泛用于電子電器、汽車、機(jī)械、建筑、紡織、化工、輕工、印刷等行業(yè)作絕緣、封裝、嵌縫、密封、防潮、抗

16、震及制作輥筒的材料。此外，由于RTV-2具有優(yōu)異的脫模性，因而作為軟模材料大量用于文物、工藝品、玩具、電子電器、機(jī)械零件等的復(fù)制與制造。此外，RTV膠大量用作建筑物接縫密封，玻璃粘接及密封，如玻璃幕墻以及高層建筑等新型建筑形式的粘接密封等，也用于公路及機(jī)場(chǎng)跑道接縫密封，輕質(zhì)復(fù)合屋頂材料及電纜通道阻燃密封等；在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，主要用做各種假體、印模材料等。1.3.2 灌膠工件工件的圖形如圖1-2，它的中間黑色部分是需要注入RTV膠的槽，它深3mm、寬3mm。注入RTV膠后在它的上面扣一個(gè)密封蓋子，在其中間需要密封的是一塊電路板，密封后可以防止其他的氣體、液體進(jìn)入腐蝕電路板影響電路的使用性能。圖1-

17、2 工件示意圖在往槽內(nèi)注入膠的時(shí)候，X電機(jī)先轉(zhuǎn)動(dòng)使膠頭按照直線方向行進(jìn)，把X方向的槽均勻注入膠，走過到固定距離后進(jìn)行轉(zhuǎn)彎處的注膠，這時(shí)兩個(gè)電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使膠頭走出圓弧的曲線，把圓弧形槽處注膠，走過90°后，X電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，Y電機(jī)再轉(zhuǎn)動(dòng)固定的圈數(shù)，將Y軸方向的槽均勻注入膠，然后再進(jìn)行下一個(gè)90°轉(zhuǎn)彎處槽的膠澆注。31第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)組成根據(jù)RTV膠的自動(dòng)加注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，整個(gè)系統(tǒng)由電源，顯示，單片機(jī)（MCU），按鍵電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成。系統(tǒng)中采用并行控制，用單片機(jī)接口線直接連接步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)電路，由單片機(jī)發(fā)出信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)，然后根據(jù)起始的位置和步距

18、角及絲桿的傳送比確定CPU發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)，X軸和Y軸需要各用一個(gè)電機(jī)，負(fù)責(zé)完成注膠頭的橫向與縱向的直線運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)彎的運(yùn)動(dòng)。AT89C51單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)灌膠頭鍵盤真空泵電磁閥氣缸LCD顯示計(jì)量缸電磁閥驅(qū)動(dòng)器圖2-1 系統(tǒng)總體框圖2.2 系統(tǒng)核心AT89C512.2.1 AT89C51簡(jiǎn)介單片機(jī)從誕生至今己經(jīng)產(chǎn)生了許多種，新品種的也是層出不窮，從最初INTEL的MCS-51和PIC系列，以及最近推出的AVR，ARM等，品種繁多，功能各異。但是就目前來說，51系列的單片機(jī)仍是許多設(shè)計(jì)的首選，特別是ATMEL公司的89系列單片機(jī)，運(yùn)用更是廣泛。而且各種技術(shù)參考資料相對(duì)也較多。通過對(duì)本設(shè)計(jì)所需資源的分析，

19、選用ATMEL公司的8位單片機(jī)AT89C51作為主控芯片。它的片內(nèi)含可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，這些使AT89C51成為一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)。它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了高度靈活和低成本的解決方法。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KB可編程Flash存儲(chǔ)器（可擦寫1000次）；128字節(jié)RAM；32條I/O引線；兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；1個(gè)全雙工一個(gè)串行通訊口；片內(nèi)振蕩器。AT89C51可降至

20、0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。主要性能如下：1.與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；2.4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器；3.耐久性：1000寫、擦除； 4.全靜態(tài)操作：0-24MHz；5.三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；6. 128×8字節(jié)內(nèi)部RAM； 7.32個(gè)可編程I/O口線；8.兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；9.6個(gè)中斷源；10.可編程串行UART通道；11.低功耗空載和掉電方式；引腳功能:

21、P0口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FIash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部

22、信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。FIash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。 P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2

23、亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3 口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示：表2-2 P3引腳第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外中斷0）P3.3/INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)計(jì)數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)計(jì)數(shù)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

24、器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）2.2.2 系統(tǒng)端口分配1.P0.0-P0.7：輸出步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，用于控制步進(jìn)電機(jī)。2.P1.0-Pl.1：鍵盤接口。3.P2.0-P2.7：接LCD顯示數(shù)據(jù)口 4.P3.0-P3.3：接LCD控制口。詳細(xì)接線見附錄系統(tǒng)原理圖。2.3 步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)或階躍電機(jī)，國外一般稱Step motor或Stepping motor。目前，隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)以及電動(dòng)機(jī)本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)電機(jī)分類間的界面越來越模糊。就傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)來說，步進(jìn)電機(jī)可以簡(jiǎn)單地定義為：根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)一定角度或

25、長度，若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動(dòng)機(jī)。從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)是一種受電脈沖信號(hào)控制的無刷直流電動(dòng)機(jī)，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率同步的同步電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有其自身的特色，歸納起來有：1直接接收數(shù)字信號(hào)，不必進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，使用方便；2位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以要求更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)；3無刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高；4易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好；5停止時(shí)，可有自鎖功能；6步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通常可以在較低速下以高轉(zhuǎn)矩運(yùn)

26、行，因而可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作；7速度可以相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電機(jī)可使它們完全同步運(yùn)行；8不能直接使用普通的交流電源驅(qū)動(dòng)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類型。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電磁式步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大類；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。目前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機(jī)。(1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類型。(2)永

27、磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。它輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好，消耗功率小(相比反應(yīng)式)，但啟動(dòng)運(yùn)行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電。(3) )混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)。混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動(dòng)小。這種電動(dòng)機(jī)最初是作為一種低

28、速驅(qū)動(dòng)用的交流同步機(jī)設(shè)計(jì)的，后來發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動(dòng)機(jī)也能做步進(jìn)增量運(yùn)動(dòng)。由于能夠開環(huán)運(yùn)行以及控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，因此這種電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。由于本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目的更注重整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，所以只采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。2.3.1 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理 圖2-3是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，它的定子具有均勻分布的八個(gè)磁極，磁極上繞有繞組，兩個(gè)相對(duì)的磁極組成一組。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理是利用了物理上的“磁通總是力圖使自己所通過的路徑的磁阻最小”所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。以四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例。圖2-3 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、

29、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。其通電順序分別為：四相單四拍：A->B->C->D->A；四相雙四拍：AB-&g

30、t;BC->CD->DA->AB；四相八拍：A->AB->B->BC->C->CD->D->DA->A。電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-CA-BC-AB時(shí)為反轉(zhuǎn)。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序分別如圖2-4 a、b、c所示：四相單四拍在換相瞬間可能導(dǎo)致相電流的缺失從而影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，其余兩種方式在任何時(shí)刻至少有一相通電，避免了這樣的問題；步進(jìn)電機(jī)在兩相通電時(shí)力矩較大，大約是單相的1.4倍。四相雙四拍可以取得最大的驅(qū)動(dòng)力矩，但其犧牲了一定的定位精度。四相八拍步距

31、角是7.5度，是單四拍與雙四拍的一半，正轉(zhuǎn)1圈需要360/7.5=48個(gè)脈沖，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度，由于系統(tǒng)對(duì)與電機(jī)的周期穩(wěn)定性有很高要求，因此系統(tǒng)中采用的是四相八拍的運(yùn)行方式。a. 單四拍                b. 雙四拍                  

32、60;  c八拍圖2-4 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖2.4 器件選型介紹2.4.1 步進(jìn)電機(jī)的選用由前面介紹的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能可知，步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)只能在電機(jī)的啟動(dòng)頻率范圍內(nèi)起動(dòng)。微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)除必須保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率、步進(jìn)電機(jī)的步距角a和機(jī)械系統(tǒng)匹配得到合適的脈沖當(dāng)量占外，還必須考慮在負(fù)載情況下，步進(jìn)電機(jī)頻率變化。在選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，先估算出機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載慣量和機(jī)械系統(tǒng)所要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性相匹配并具有一定的余量，而且要使最高連續(xù)工作頻率能滿足工作臺(tái)快速移動(dòng)的要求。步進(jìn)電機(jī)在選用時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵問題：1.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；2.定位轉(zhuǎn)距；3.最

33、大靜轉(zhuǎn)距；通過以上這些參數(shù)的分析來判斷我們所選的步進(jìn)電機(jī)是否符合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行要求。考慮到本系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、精度要求及灌封時(shí)間，選擇35BY48S03型步機(jī)電機(jī)。表2-535BY48S03型步機(jī)電機(jī)參數(shù)型號(hào)步距角相數(shù)電壓電流電阻最大靜轉(zhuǎn)距定位轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)動(dòng)慣量35BY48S037.54120.264718065 2.52.4.2 顯示器的選用在數(shù)據(jù)顯示方面，由于系統(tǒng)的顯示量大，同時(shí)從實(shí)現(xiàn)方便性和經(jīng)濟(jì)性考慮，因此采用了1602字符液晶模塊作為顯示界面，它微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。1602可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，和RS、R/

34、W、EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)和背光，液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，有阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)功率消耗低，滿足系統(tǒng)長期連續(xù)不間斷工作的要求。2.4.3 驅(qū)動(dòng)器的選用L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線

35、圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；并可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號(hào)；由L298組成的步進(jìn)電機(jī)控制電路使用元件少，組件的損耗低，可靠性高，體積小。而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。 2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件, 它不能直接接到交直流電源上, 而必須使用專用設(shè)備-步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器。典型

36、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖2-6所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2-7，控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號(hào), 它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。圖2-6 典型步進(jìn)電機(jī)控制框圖環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)輸人端，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)分器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器，另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱為硬環(huán)形分配器。功率放大器主要對(duì)環(huán)形分配器的較小輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)目的。L298 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)是

37、為接受標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載的，例如繼電器、圓筒形線圈、直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。具有兩抑制輸人來使器件不受輸入信號(hào)影響。每橋的三級(jí)管的射極是連接在一起的, 相應(yīng)外接線端可用來連接外設(shè)傳感電阻。為防止電機(jī)產(chǎn)生的反向感應(yīng)電壓燒毀芯片，所以在電機(jī)輸出端接二極管。圖2-7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2.6 LCD顯示模塊電路設(shè)計(jì)2.6.1 液晶與AT89C51的I/O連接LCD是液晶顯示器的英文名稱的縮寫，它是一種被動(dòng)式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線通過方向的特性達(dá)到顯示的目的。功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多，同時(shí)抗干擾能力強(qiáng)。

38、LCD按排列形狀可分為字段型、點(diǎn)陣字符型和點(diǎn)陣圖形型。點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊是專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣型的液晶顯示模塊。它由若干個(gè)5X7或5X10點(diǎn)陣組成，每一個(gè)點(diǎn)陣顯示1個(gè)字符。本系統(tǒng)顯示采用的1602點(diǎn)陣字符型顯示器，芯片工作電壓：4.55.5V，工作電流：2.0mA(5.0V)，能夠同時(shí)顯示1602即32個(gè)字符（16列2行），液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中

39、的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，就能看到字母“A”。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳，與單片機(jī)的I/O接口：第1腳：VSS接電源地；第2腳：VDD接5V電源正極；第3腳：VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。接單片機(jī)的P1.0口；第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。接單片機(jī)的P1.1口；第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電

40、平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。接單片機(jī)的P1.2口；第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。接單片機(jī)的P3口；第15腳：背光正極；第16腳：背光負(fù)極。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊顯示字符位置。2.6.2 顯示設(shè)置1602基本操作時(shí)序表：圖2-8 讀操作時(shí)序圖2-9 寫操作時(shí)序顯示模式設(shè)置：0011 0000 0x38 設(shè)置16×2顯示，5×7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口。顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置：0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有

41、效)。0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加1 &光標(biāo)加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減1 &光標(biāo)減1)。S=1，N=1 (當(dāng)寫一個(gè)字符后，整屏顯示左移)S=0 當(dāng)寫一個(gè)字符后，整屏顯示不移動(dòng)。數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H，40-67H)。其他設(shè)置：01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。圖2-10 顯示模塊電路圖2.7 鍵盤設(shè)計(jì)部分鍵盤是按其結(jié)構(gòu)形式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤。編碼鍵盤采用硬件方法產(chǎn)生鍵碼。每按下一個(gè)鍵，鍵盤能自動(dòng)生成鍵盤代碼，鍵數(shù)較多，但硬件較復(fù)雜

42、。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以判斷哪個(gè)按鍵被按下。其鍵碼由軟件確定，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡(jiǎn)單。獨(dú)立式鍵盤相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵占用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他按鍵的工作狀態(tài)。在獨(dú)立鍵盤電路中，各按鍵都采用上拉電阻，這保證了在按鍵斷開時(shí)，各I/O口有確定的高電平。這種按鍵軟件程序簡(jiǎn)單，適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中。I/O狀態(tài)皆為高電平，則表示無鍵閉合；I/O狀態(tài)中有低電平則表明有鍵閉合。本系統(tǒng)中需要的按鍵較少，采用的兩個(gè)獨(dú)立式按鍵即可滿足系統(tǒng)操作的要求。按鍵1接P1.1口，按鍵2接P1.0口，如圖2-11。圖

43、2-11 獨(dú)立式按鍵電路2.8 二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)二維工作是自動(dòng)灌膠機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，它主要由上下兩層組合而成，見圖2-12所示。各層結(jié)構(gòu)均有絲杠副與直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副組成。運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器傳給絲杠2，使與滾動(dòng)螺母3相連接的滑板4沿導(dǎo)軌的承導(dǎo)件5移動(dòng)。上層導(dǎo)軌的底板與下層導(dǎo)軌的滑板連接在一起，使上層導(dǎo)軌隨下層導(dǎo)軌的滑板一起移動(dòng)，上層導(dǎo)軌的滑板還可以沿其本身的導(dǎo)軌移動(dòng)，從而使與滑板相連接的灌膠頭6實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)。夾持灌膠頭的底座7是固定在上層導(dǎo)軌的滑板4上，依靠切口部分的彈性螺釘將其固定。為了保證灌膠系統(tǒng)在灌膠過程中的可靠性和提高滾珠滾動(dòng)副的定位精度，在每層導(dǎo)軌的的兩側(cè)安裝了零位傳感器8，

44、從而保證了滾珠絲杠的零位準(zhǔn)確，并大大減少了螺距累積誤差對(duì)灌膠質(zhì)量的影響。通過滾珠絲杠可以將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠和滑板的相對(duì)位移為： （2-1）其中：-絲杠或螺母的位移； -螺距； -螺旋線頭數(shù)； -絲杠和螺母的相對(duì)轉(zhuǎn)角；工作臺(tái)設(shè)計(jì)采用了以步進(jìn)電機(jī)、自線導(dǎo)軌副和滾珠絲杠副為主體的二維運(yùn)動(dòng)裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)靈活、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)。圖2-12 二維測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1統(tǒng)開發(fā)軟硬件環(huán)境Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，它增加了源代碼功能、導(dǎo)航器功能、模板編輯和改進(jìn)的搜索功能。與匯編相比，C

45、語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發(fā)大型軟件時(shí)有高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)時(shí)可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由L

46、IB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，或直接寫入程序存貯器如EPROM中。 圖3-1 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)軟件框架設(shè)計(jì)，軟件中主模塊是管理模塊，設(shè)計(jì)考慮因素有：1）系統(tǒng)資源的合理使用，例如中斷資源，內(nèi)部存儲(chǔ)器的寄存器資源。2）在實(shí)現(xiàn)功能的前提下，保證程序的簡(jiǎn)化和優(yōu)化，減少調(diào)試工作量。 3）系統(tǒng)集成調(diào)試，分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，硬件的調(diào)試側(cè)重于原理的正確性驗(yàn)證和印刷電路板的工藝性錯(cuò)誤的檢測(cè)：軟件的調(diào)

47、試重于子模塊的功能驗(yàn)證與模塊的接口配合。3.2整機(jī)初始化自檢模塊開機(jī)或復(fù)位后，系統(tǒng)首先進(jìn)行整機(jī)初始化處理。初始化模塊完成對(duì)本系統(tǒng)硬、軟件的初態(tài)設(shè)置，自檢指系統(tǒng)在上電時(shí)對(duì)控制器的部分器件進(jìn)行檢測(cè)，看其工作是否正常，該單片機(jī)系統(tǒng)在上電時(shí)主要對(duì)各種存儲(chǔ)器進(jìn)行自檢，包括89C51的內(nèi)部RAM、外部RAM、EEPROM、顯示控制器。整機(jī)初始化完成后，將表首數(shù)據(jù)(運(yùn)行頻率)放入定時(shí)器中，并開定時(shí)器中斷，然后判斷是不是需要調(diào)用EPROM子程序，將灌膠對(duì)象的參數(shù)送CPU，如果不要?jiǎng)t系統(tǒng)進(jìn)入灌膠子程序;如果需要?jiǎng)t調(diào)用鍵盤子程序并將參數(shù)保存在EEPROM中，同時(shí)調(diào)用計(jì)算子程序?qū)⒚恳欢蔚木唧w運(yùn)行頻率及步數(shù)送入表中，

48、然后進(jìn)入灌膠子程序。整機(jī)初始化流程框圖如圖3-2圖3-2 整機(jī)初始化流程框圖CPU模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊為獨(dú)立模塊。CPU模塊為主模塊，管理其他3個(gè)子模塊，這4個(gè)模塊均為實(shí)模塊，而軟件模塊為虛模塊，它存儲(chǔ)于CPU的程序存儲(chǔ)器中，其作用就是監(jiān)視和控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。將程序燒入CPU ，系統(tǒng)上電后復(fù)位，對(duì)LCD1602進(jìn)行初始化，由AT89C51掃描鍵盤接口有無輸入，判斷輸入信號(hào)的內(nèi)容，采集到輸入信號(hào)后，將輸入信號(hào)種類進(jìn)行顯示的同時(shí)根據(jù)輸入的控制信號(hào)輸出電機(jī)的控制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電路，由步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)的各種動(dòng)作。3.3 采用字符點(diǎn)陣液晶模塊的顯示模塊軟件流程顯示模塊軟

49、件流程圖如圖3-3。圖3-3 顯示模塊軟件流程圖單片機(jī)復(fù)位后進(jìn)行LCD的初始化，設(shè)置顯示的格式：清屏，設(shè)置顯示初始位置，設(shè)置顯示模式：8位子行5X7點(diǎn)陣顯示光標(biāo)右移，顯示開，光標(biāo)不顯示，不閃爍。初始化后由鍵盤控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)，同時(shí)根據(jù)操作的內(nèi)容調(diào)用相應(yīng)數(shù)組的內(nèi)容送顯示。3.4 步進(jìn)電機(jī)控制模塊軟件流程3.4.1 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減速運(yùn)行規(guī)律一般情況下，步進(jìn)電機(jī)的極限起動(dòng)頻率較低，系統(tǒng)要求的灌膠速度要快，即要求的運(yùn)行頻率比較高，如果系統(tǒng)以要求的速度直接起動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生丟步或根本不能運(yùn)行的情況，因?yàn)橐蟮倪\(yùn)行速度即頻率己經(jīng)超過起動(dòng)頻率而造成電機(jī)不能正常工作。同樣系統(tǒng)運(yùn)行起來后，如果到達(dá)終點(diǎn)時(shí)

50、突然停發(fā)脈沖令其停止，由于系統(tǒng)慣性的原因，灌膠頭會(huì)繼續(xù)往前沖過終點(diǎn)的現(xiàn)象。因此在灌膠開始時(shí)，程序要有一個(gè)加速過程，結(jié)束時(shí)要有一個(gè)減速過程，才能保證系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)不能以系統(tǒng)要求的速度即頻率起動(dòng)，必須以步進(jìn)電機(jī)的極限起動(dòng)頻率或更小的頻率起動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作。因此灌膠系統(tǒng)的運(yùn)行速度有一個(gè)加速、恒速、減速的過程。在本系統(tǒng)中采用了自線規(guī)律的加減速，用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的加減速實(shí)際上是改變輸出脈沖的頻率。在加速時(shí)脈沖頻率逐漸增加，從極限起動(dòng)頻率一直到恒速運(yùn)行所需的頻率；在減速時(shí)脈沖頻率逐漸降低，從恒速運(yùn)行的頻率一直降到極限起動(dòng)頻率。因此有必要分析系統(tǒng)的加減速度運(yùn)行規(guī)律及確定運(yùn)行加速度值

51、。3.4.1.1 加速度值的確定圖3-4 步進(jìn)頻率、脈沖序列和時(shí)間序列的關(guān)系圖步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速常用每秒數(shù)或每秒脈沖數(shù)來表示。加速度常用步.秒來表示。單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)在線性加速條件下，加速中的速度指令、脈沖序列P和時(shí)間序列t的關(guān)系如圖3-4所示。圖中為恒速運(yùn)行頻率；為負(fù)載條件下的起動(dòng)頻率；為非零頻率起動(dòng)時(shí)的初值。在力學(xué)上，加速與減速的運(yùn)動(dòng)形態(tài)是一致的，但對(duì)于控制問題來說，由于步進(jìn)電機(jī)的加速和減速特性有差異，加速運(yùn)行時(shí)步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)力矩非常值，在計(jì)算和分析加速過程的值時(shí)要一并考慮。在圖3-4中，a、b、c和d表示步進(jìn)電機(jī)在線性加速運(yùn)行一步情況下的運(yùn)行頻率和時(shí)間間隔所包絡(luò)的梯形面積。

52、從圖中的線性加速段能看出下列的關(guān)系存在： （3-1） （3-2）式中：-步進(jìn)電機(jī)加速度；-起動(dòng)時(shí)的步進(jìn)頻率在線性加速時(shí)，從t=0到t=運(yùn)行的總步數(shù)是一定值，假設(shè)為m由于橫軸是時(shí)間坐標(biāo)，縱軸是步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)頻率坐標(biāo)，則有如下的關(guān)系成立： （3-3）解方程(3-1)(3-2)能得到脈沖時(shí)間定時(shí) （3-4）在微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中，線性加速后進(jìn)入恒速運(yùn)行，假定從第m個(gè)脈沖(脈沖編號(hào)為m-l)開始恒速運(yùn)行，取則由式(3-1)可得：則由式(3-4)可得：解上述聯(lián)立方程可得： （3-5）將式3-2代入式3-5可得： （3-6）解這個(gè)關(guān)于的二次方程并求有效值可得: （3-7）在已知m、的情況下就可以得到值了

53、。微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，加速過程和減速過程的具體實(shí)現(xiàn)要靠微機(jī)在一定的時(shí)刻發(fā)送一定的脈沖來實(shí)現(xiàn)，從而需先計(jì)算出加速度，然后推算出脈沖定時(shí)和脈沖間隔。利用上面的公式在步進(jìn)電機(jī)行程較短，升速運(yùn)行的步數(shù)不是很多m小于10情況下控制起來可靠、方便。但當(dāng)升速段的步數(shù)大于10時(shí)，利用每一步都改變脈沖頻率的方法來加速和減速就不方便了。因此在升速段的步數(shù)大于10的情況下，將加速段和減速段分成幾段，在每一段改變頻率的方法來實(shí)現(xiàn)。在該系統(tǒng)中加減速段的行程為15mm，步進(jìn)電機(jī)每一步所對(duì)應(yīng)的直線位移量即脈沖當(dāng)量可由下式確定： （3-8）式中：-脈沖當(dāng)量值C-絲桿螺距-步距角在該系統(tǒng)中絲杠的螺距c為5mm，步距角為0.72

54、，則由式3-8可得步進(jìn)電機(jī)每一步所對(duì)應(yīng)的位移量為10um。則在加速段微機(jī)需發(fā)的脈沖個(gè)數(shù)可由下式確定： （3-9）式中：x-步進(jìn)電機(jī)行程已知x為15mm、為10um則可得加速段所需的步進(jìn)脈沖數(shù)為1500個(gè)，將其分成5段，則每一段的脈沖數(shù)是300個(gè)。通過改變每一段的頻率就可以實(shí)現(xiàn)加速過程和減速過程了。3.4.2 步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)X/Y方向行程灌膠機(jī)是要對(duì)如圖3-5所示的曲線進(jìn)行灌封。圖3-5 灌膠曲線示意圖步進(jìn)電機(jī)走X、Y兩個(gè)方向就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一封閉曲線進(jìn)行灌膠了。分別由X、Y兩個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)控制兩個(gè)方向的導(dǎo)軌的移動(dòng)來帶動(dòng)導(dǎo)軌上的灌膠頭的運(yùn)動(dòng)。單片機(jī)控制X方向的步進(jìn)電機(jī)沿正方向到灌膠零位，灌膠零位在方

55、向的中點(diǎn)(取該點(diǎn)是為了使灌膠起始和結(jié)束的重合點(diǎn)處于不顯眼的位置)，到灌膠零位后等待進(jìn)一步的灌膠命令，接到灌膠命令后灌膠頭沿X正方向、Y正方向、X反方向、Y反方向、X正方向的循序按加速、勻速、減速對(duì)每一段實(shí)現(xiàn)灌膠。通過控制單片機(jī)系統(tǒng)的輸出脈沖的頻率的大小來控制步進(jìn)電機(jī)的加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速運(yùn)行速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)灌膠速度的控制。在軟件上可以查表結(jié)合定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)升降頻控制，即速度的控制。首先將各段運(yùn)行頻率常數(shù)及步進(jìn)脈沖數(shù)依序存入表中，在開始運(yùn)行后，將表首數(shù)據(jù)(運(yùn)行頻率)放入定時(shí)器中，待第二次時(shí)鐘中斷到來時(shí)送一個(gè)步進(jìn)脈沖，同時(shí)將表中下一個(gè)數(shù)據(jù)即下一段的頻率常數(shù)送入定時(shí)器中，這樣重復(fù)至升至最高運(yùn)行頻率，然

56、后將最高頻率常數(shù)送定時(shí)器，保持最高頻率運(yùn)行到要減速時(shí)反查表送數(shù)據(jù)。圖3-6 升降頻控制程序框圖圓弧段的灌膠實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)。對(duì)于圓弧段而言，可以采用一個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)減速，另一個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)同時(shí)加速的方法來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然也可以利用走階梯步的方法，即一個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)先走一段然后停止，然后另一方向的步進(jìn)電機(jī)再走一段后停止的方法來實(shí)現(xiàn)，只要每段的長度足夠小就可等效于走圓弧了。雖然后一種方法編程實(shí)現(xiàn)起來比較容易，但考慮到步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)特性較差(起動(dòng)頻率較低)的特點(diǎn)，如果用階梯步的方法來實(shí)現(xiàn)，會(huì)造成灌膠速度大大減慢，影響灌膠效率。因此我們選用第一種方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)圓弧段的灌膠。對(duì)于有圓弧段是這樣來實(shí)現(xiàn)灌膠的：第一步、灌膠頭到初始灌膠零位；第二步、X正向加速運(yùn)行，然后勻速運(yùn)行；第三步、走第一個(gè)圓弧，X正方向步進(jìn)電機(jī)開始減速，同時(shí)Y方向步進(jìn)電機(jī)正向加速運(yùn)行；第四步、Y方向步進(jìn)電機(jī)正向勻速運(yùn)行；第五步、走第二個(gè)圓弧，Y方向步進(jìn)電機(jī)正向減速運(yùn)行，X方向步進(jìn)電機(jī)反向加速運(yùn)行；第六步、X方向步進(jìn)電機(jī)反向勻速運(yùn)行；第七步、