運(yùn)動(dòng)控制的智能模擬負(fù)載畢業(yè)論文

1、<p>　　運(yùn)動(dòng)控制的智能模擬負(fù)載</p><p><b>　　——硬件部分</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制的智能模擬負(fù)載，是針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)負(fù)載對(duì)象及其變化規(guī)律的要求而設(shè)計(jì)的。本智能負(fù)載，是為滿足現(xiàn)代工業(yè)調(diào)試、科研測(cè)試中對(duì)不同負(fù)載對(duì)象及其

2、變化規(guī)律的需求，涉及到計(jì)算機(jī)控制、專業(yè)電工、電子、電力電子應(yīng)用等技術(shù)、掌握單片機(jī)工作原理及應(yīng)用技術(shù)的模擬負(fù)載及其智能化技術(shù)。硬件設(shè)計(jì)主要解決的是設(shè)計(jì)一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)，它主要包含：無(wú)極性輸入，兩種模式下的三鍵輸入(復(fù)用)，RS—485標(biāo)準(zhǔn)通訊口，典型MCS—51系列單片機(jī)系統(tǒng)等。</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The in

3、telligence simulation load of movement controlled is aimed at experiment of movement controlled system in automation specialized subject, which is designed to record to load action and the need of change rules. The intel

4、ligence load is order to satisfy many kinds of loads action and the need of change rules which is in industry test today and scientific research test, which is used in inferring to computer’s control and professional ele

5、ctrician and electron and electric power and so on, it</p><p>　　關(guān)鍵詞：模擬負(fù)載，單片機(jī)系統(tǒng)，RS-485串行通信，光電耦合器，驅(qū)動(dòng)電路， E2PROM存儲(chǔ)器，</p><p>　　Key Words:Simulation Load，Micro Computer System，RS—485 Series Communicat

6、ion， Photoelectrical Coupling， Drive Circuit，E2PROM Memory Cell.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　緒 論 ………………………………………………………………………………… 3</p><p>　　課題的名稱和課題背景 ……………………………………

7、………………… 3</p><p>　　國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究狀況 ………………………………………………………… 4</p><p>　　主要工作 ………………………………………………………………………… 5</p><p>　　論文的結(jié)構(gòu)安排………………………………………………………………… 5</p><p>　　2 單片機(jī)的工作原理及應(yīng)用 ……

8、………………………………………………… 7</p><p>　　2.1單片機(jī)的應(yīng)用……………………………………………………………………… 7</p><p>　　2.2 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)………………………………………………………… 7</p><p>　　2.3本模擬負(fù)載對(duì)單片機(jī)型號(hào)的選取…………………………………………… 9</p><

9、;p>　　3 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)………………………………………………………… 11</p><p>　　3.1 系統(tǒng)在兩種模式下的三鍵輸入（復(fù)用）……………………………… 11</p><p>　　3.2 X5045芯片在系統(tǒng)中的應(yīng)用 ……………………………………………… 11</p><p>　　3.2.1 X5045芯片的引腳及特點(diǎn)…………………

10、……………………………… 11</p><p>　　3.2.2 X5045芯片在控制系統(tǒng)中與單片機(jī)的接口……………………………… 12</p><p>　　3.3 RS—485標(biāo)準(zhǔn)通訊口 ………………………………………………………… 13</p><p>　　3.3.1 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)………………………………………………………… 14</p>&

11、lt;p>　　3.3.2 75176芯片的隔離 ………………………………………………………… 14</p><p>　　4 顯示部分系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)…………………………………………………… 17</p><p>　　4.1 LED顯示器……………………………………………………………………… 17</p><p>　　4.1.1 LED的選擇………………………

12、…………………………………………… 17</p><p>　　4.1.2 LED的驅(qū)動(dòng)和顯示…………………………………………………………… 18</p><p>　　4.2 顯示器的驅(qū)動(dòng) ………………………………………………………………… 19</p><p>　　5 負(fù)載部分 …………………………………………………………………………… 22</p>

13、<p>　　6 原理圖的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 24</p><p>　　7 電路板的印制……………………………………………………………………… 26</p><p><b>　　8附 錄:</b></p><p>　　8.1 開(kāi)題報(bào)告 ………………………………………………………………

14、… 27</p><p>　　8.2 中期報(bào)告 ………………………………………………………………… 31</p><p>　　8.3 相應(yīng)外文資料翻譯……………………………………………………… 32</p><p><b>　　系統(tǒng)SCH圖</b></p><p><b>　　致 謝</b>

15、;</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1課題的名稱、課題背景</p><p>　　本課題名稱為“運(yùn)動(dòng)控制的智能模擬負(fù)載”。

16、</p><p>　　為了滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)調(diào)試、科研測(cè)試中對(duì)不同負(fù)載對(duì)象及其變化規(guī)律的需求，涉及計(jì)算機(jī)控制、電力電子應(yīng)用等技術(shù)的模擬負(fù)載及其智能化技術(shù)近年來(lái)得以迅猛發(fā)展。本智能模擬負(fù)載，是針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中對(duì)負(fù)載對(duì)象及其變化規(guī)律要求而設(shè)計(jì)的。</p><p>　　在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，不同負(fù)載對(duì)象都有其特點(diǎn)及變化規(guī)律（線性、非線性），通過(guò)自主設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)其電流

17、值，進(jìn)行輸出脈寬的調(diào)節(jié)，從而模擬不同負(fù)載的特性。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的中心即設(shè)計(jì)一個(gè)含有特定功能的典型單片機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　*采用無(wú)極性輸入，模塊可以接收任意極性直流供電。它允許將主回路中的2根發(fā)電機(jī)電樞直流輸出電源線在傳輸途中任意極性連接，容忍了的反接差錯(cuò)，使電路中的接線在使用時(shí)大為方便并具有安全保證。</p><p>　　*利用全控器件斬波主

18、回路。</p><p>　　*本系統(tǒng)在工作、參數(shù)設(shè)定的兩種模式下實(shí)現(xiàn)三鍵輸入（復(fù)用）。利用軟件編程實(shí)現(xiàn)此功能。</p><p>　　*典型的MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)。我打算采用ATMEL公司的AT89C51。AT89C51是一種帶有4KB Flash可編程、電可擦除只讀存儲(chǔ)器（E2PROM）的低壓、高性能8位CMOS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成本低的解決辦法。基于

19、以上特點(diǎn)，在需要I/O線不多的控制場(chǎng)合，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大的簡(jiǎn)化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。</p><p>　　*RS-485標(biāo)準(zhǔn)通訊口。RS-485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。RS-485接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)芯片的要求也不同。在這里，我將采用型號(hào)為SN75LBC176，它的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32，采用半雙工通訊。</p&

20、gt;<p>　　*本設(shè)計(jì)中用到芯片X5045，它是帶有硬件寫保護(hù)功能的串行E2PROM，主要起到電路中的參數(shù)存儲(chǔ)作用（例如最大最小電流采集值），其接口兼容SPI總線規(guī)范，通過(guò)一對(duì)串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)線對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫。X5045的片內(nèi)存儲(chǔ)器容量為4K bit（或512字節(jié)）。</p><p>　　2國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究狀況 </p><p>　　近年來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方

21、式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開(kāi)關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制（Pulse width modulation,簡(jiǎn)稱PWM）控制方式已成為絕對(duì)主流。這種控制方式很容易在單片機(jī)控制中實(shí)現(xiàn)，從而為直流電動(dòng)機(jī)控制數(shù)字化提供契機(jī)。</p><p>　　以下簡(jiǎn)單介紹利用單片機(jī)和脈寬調(diào)制控制技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的實(shí)例。</p><p>　

22、　此系統(tǒng)是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，通過(guò)與單片機(jī)的通信，按命令單片機(jī)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)。按照發(fā)出不同的控制命令，使二維步進(jìn)電機(jī)分別作正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，快轉(zhuǎn)，慢轉(zhuǎn)和停止等動(dòng)作，還可自成系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。它的控制系統(tǒng)工作原理圖：</p><p>　　工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是二維步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)的主機(jī)，負(fù)責(zé)從鍵盤接收外部命令由串行口輸出后，再經(jīng)接口電路發(fā)送單片機(jī)，然后接收單片機(jī)回送的命令數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較。</p>

23、;<p>　　接口電路實(shí)現(xiàn)上位機(jī)串行口信號(hào)與單片機(jī)信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的正常通信。</p><p>　　單片機(jī)負(fù)責(zé)從工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上接收命令，并將其轉(zhuǎn)換成控制脈沖信號(hào)，從并行口發(fā)出到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。在脫離工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的控制時(shí)，還要保證系統(tǒng)能按一定程序自動(dòng)運(yùn)行。</p><p><b>　　3主要工作</b></p>

24、<p>　　本智能負(fù)載論文所闡述的單片機(jī)系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT89C51芯片為核心，組成典型的單片機(jī)系統(tǒng)，并和PC機(jī)通信（采用RS—485標(biāo)準(zhǔn)通訊口）。該系統(tǒng)對(duì)以單片機(jī)AT89C51為主的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，并在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的原理圖和硬件開(kāi)發(fā)板。涉及到計(jì)算機(jī)控制、專業(yè)電工、電子、電力電子應(yīng)用等技術(shù)、掌握單片機(jī)工作原理及應(yīng)用技術(shù)的模擬負(fù)載及其智能化技術(shù)。硬件設(shè)計(jì)主要解決的是設(shè)計(jì)一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)，它主要

25、包含：主回路，負(fù)載回路，無(wú)極性輸入等。</p><p>　　1. 4 論文的結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　緒論。在本章中將介紹與本論題相關(guān)的發(fā)展?fàn)顩r和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出本課題所研究的主要工作，并簡(jiǎn)單介紹了論文的安排。</p><p>　　單片機(jī)工作原理及應(yīng)用基礎(chǔ)。本章將針對(duì)ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行原理和應(yīng)用的介紹。</p>&l

26、t;p>　　單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。在本章中，將系統(tǒng)的介紹系統(tǒng)工作模式、參數(shù)設(shè)定三鍵輸入（復(fù)用），SPI串行總線的E2PROM系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)（采用X5045），RS—485標(biāo)準(zhǔn)通訊口（采用SN75LBC176），常規(guī)可靠性接地技術(shù)（硬件狗）的主要功能和特點(diǎn)。</p><p>　　顯示部分系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。此章節(jié)對(duì)電路的顯示部分作了介紹，包括顯示驅(qū)動(dòng)芯片的選擇，典型參數(shù)的計(jì)算（電阻、開(kāi)關(guān)頻率、速率、 耐壓等）。&l

27、t;/p><p>　　輸出負(fù)載部分。本章節(jié)根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中不同負(fù)載對(duì)象的特點(diǎn)及變化規(guī)律，設(shè)定具體參數(shù)并計(jì)算確定電路負(fù)載元件的大小和型號(hào)。</p><p><b>　　原理圖的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　電路板的印刷</b></p><p><b>　　開(kāi)題報(bào)告</b>

28、;</p><p><b>　　中期報(bào)告</b></p><p><b>　　相應(yīng)外文資料翻譯</b></p><p><b>　　系統(tǒng)SCH圖</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p><b&

29、gt;　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　2 單片機(jī)工作原理及應(yīng)用基礎(chǔ)</p><p>　　2.1 單片機(jī)的應(yīng)用</p><p>　　在生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的身影出現(xiàn)；從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能想象的地

30、方幾乎都有使用單片機(jī)的需求。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有利于提高勞動(dòng)效率等。</p><p>　　2.2 AT89C51單片機(jī)</p><p>　　AT89C51單片機(jī)是一種帶有4KBFlash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器（E2PROM）的低壓、高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的CPU和Flash存儲(chǔ)器，使AT89C51成為一種功能很強(qiáng)的微型計(jì)算

31、機(jī)。它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了高度靈活和成本低的解決辦法?；谝陨咸攸c(diǎn)，在需要I/O線不多的控制場(chǎng)合，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大的簡(jiǎn)化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。</p><p>　　·具有四種工作模式的全雙工串行口</p><p>　　·片內(nèi)帶一個(gè)4KB的Flash的程序存儲(chǔ)器</p><p>　　·全靜態(tài)工作

32、：0Hz～24Hz，33Hz</p><p>　　·128×8的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　　·32條可編程I/O線</p><p>　　·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>　　·5個(gè)中斷源/2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)</p><p>　　·可編程I/O串行

33、通道（32條）</p><p><b>　　·片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器</b></p><p><b>　　·3個(gè)程序保密位</b></p><p>　　·供電電壓（4.0～6.0 V）</p><p>　　·封裝形式:P40(40腳PDIP封裝)； J44(44腳PL

34、CC封裝)； A44(44腳TQFP封裝)</p><p><b>　　輸入/輸出引腳：</b></p><p>　　P0（P00～P07）：是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O端口。作為輸出口用時(shí)，每位驅(qū)動(dòng)八個(gè)TTL輸入（吸收電流方式）。對(duì)端口寫1時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部RAM和ROM時(shí)，是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線。在訪問(wèn)期間激活了內(nèi)部上拉電阻R

35、。在Flash編程時(shí)，P0口接受指令字節(jié)；在校驗(yàn)程序時(shí)，輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)要加上拉電阻。</p><p>　　P1（P10～P17）：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL的輸入（吸收/輸出電流方式）。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把其拉到高電位，可作輸入口。在Flash編程時(shí)，P1接受低8位地址。</p><p>　　P2（P10～P27）：是一個(gè)帶內(nèi)

36、部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL的輸入（吸收/輸出電流方式）。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把其拉到高電位，可作輸入口。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2送出高 8位地址。在訪問(wèn)8為地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（即SFR區(qū)中 的內(nèi)容）在整個(gè)訪問(wèn)期間不變。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。</p><p>　　P3（

37、P30～P37）：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL的輸入（吸收/輸出電流方式）。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把其拉到高電位，可作輸入口。P3口還用于一些復(fù)用功能。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，還接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址存儲(chǔ)允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率（振蕩器頻率的1/6

38、）周期性出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。因此，它可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘，用于定時(shí)目的。注意：每訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。</p><p>　　對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。</p><p>　　：程序存儲(chǔ)允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)此芯片由外部程序存儲(chǔ)器取指令（常數(shù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效（即輸出兩個(gè)脈沖）。但在此期間內(nèi)，每訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，

39、這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　：外部訪問(wèn)允許端。要使CPU只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（0000H～FFFFH），則端必須保持低電平（接GND）。當(dāng)接Vcc時(shí)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的程序。</p><p>　　2.3 本模擬負(fù)載對(duì)單片機(jī)型號(hào)的選取</p><p>　　本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　*本系統(tǒng)在工作

40、、參數(shù)設(shè)定的兩種模式下實(shí)現(xiàn)三鍵輸入（復(fù)用）。利用軟件編程實(shí)現(xiàn)此功能。在這里，需從單片機(jī)引出三個(gè)I/O口。</p><p>　　*RS-485標(biāo)準(zhǔn)通訊口。RS-485接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)芯片的要求也不同。在這里，我將采用型號(hào)為SN75LBC176，它的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32，采用半雙工通訊。這一部分，將使用單片機(jī)的TXD、RXD和一個(gè)I/O口。</p><p>　　*采用無(wú)極性輸入，它允許

41、將回路中發(fā)電機(jī)電樞的2根直流輸出線在傳輸途中任意極性連接，容忍了電路接線的反接差錯(cuò)，使電路使用使用起來(lái)更為方便且具有安全保證。這部分占用一個(gè)I/O口。</p><p>　　*本設(shè)計(jì)使用到芯片X5045，它是帶有硬件寫保護(hù)功能的串行E2PROM，其接口兼容SPI總線規(guī)范，通過(guò)一對(duì)串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)線對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫。由于采用的是SPI總線類型，故至少有SI、SCK、SO三根線與單片機(jī)的I/O口相連，還有寫保護(hù)和位

42、選端的連接。</p><p>　　*此外，與三鍵式鍵盤（復(fù)用）相配合的顯示電路部分，并行驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，我將采用四位數(shù)碼管共陰極的并行輸出接法。這種方案將用到單片機(jī)的12位I/O口（8個(gè)段選、4個(gè)位選）。 </p><p>　　3 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)在兩種模式下的三鍵輸入（復(fù)用）</p><p>　

43、　此系統(tǒng)利用三鍵式輸入，即在工作模式、參數(shù)設(shè)定兩種狀態(tài)下有不同的作用。</p><p>　　在工作模式下，三個(gè)鍵起開(kāi)關(guān)、顯示轉(zhuǎn)換、照明等功用；</p><p>　　在參數(shù)設(shè)定模式下，利用按鍵設(shè)定電流值的大小，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。可描述出從空載到滿載的變化周期的負(fù)載曲線。 具體實(shí)現(xiàn)要靠軟件編程。</p><p>　　3.2 X5045在系統(tǒng)中的應(yīng)用</p>&

44、lt;p>　　3.2.1 X5045的引腳及特點(diǎn)</p><p>　　芯片選擇輸入，看門狗復(fù)位輸入；</p><p>　　SI 串行輸入；</p><p><b>　　SO 串行輸出；</b></p><p>　　SCK 串行時(shí)鐘輸入； </p><p><b>　　寫

45、保護(hù)輸入；</b></p><p><b>　　Vss 地；</b></p><p>　　Vcc 電源電壓；</p><p>　　RESET 復(fù)位輸出。</p><p>　　·512字節(jié)串行E2PROM；</p><p>　　·可編程看門狗定時(shí)器（可設(shè)定看門

46、狗定時(shí)器，典型時(shí)間為200ms、600ms、1.4s或禁止）；</p><p>　　·上電復(fù)位及低電壓檢測(cè)，即在上電和Vcc低于檢測(cè)門限時(shí)，RESET輸出高電平；如允許看門狗定時(shí)器工作且保持高電平時(shí)間長(zhǎng)于看門狗超時(shí)周期，RESET輸出高電平復(fù)位信號(hào)；</p><p>　　·SPI接口方式，最高可達(dá)1MHz串行時(shí)鐘頻率；</p><p>　　

47、83;E2PROM存儲(chǔ)器可分塊或全部鎖定保護(hù)；</p><p>　　·防止偶然性寫保護(hù)（包括上電掉電保護(hù)電路、寫使能鎖存器、寫保護(hù)引腳）；</p><p>　　·每字節(jié)擦寫次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次、數(shù)據(jù)可保存100年；</p><p>　　·所有引腳ESD防靜電保護(hù)可達(dá)200V；</p><p>　　·低功耗C

48、MOS電路（備用電流10uA、工作電流3mA）。</p><p>　　3.2.2 X5045在系統(tǒng)控制中與單片機(jī)的接口</p><p>　　系統(tǒng)控制器中X5045與單片機(jī)AT89C51硬件接口如圖所示：</p><p>　　X5045與AT89C51硬件接口</p><p>　　X5045有512×8串行E2PROM，通過(guò)X504

49、5的、SCK、SI、SO等引腳控制對(duì)X5045的讀寫。進(jìn)入設(shè)置參數(shù)首先顯示第一項(xiàng)原設(shè)置參數(shù)（如量程下限），同時(shí)顯示一位標(biāo)記位（標(biāo)記參數(shù)性質(zhì)既現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置修改狀態(tài)）。設(shè)置修改確認(rèn)的參數(shù)，先放在AT89C51的RAM中，一項(xiàng)一項(xiàng)設(shè)置后，單片機(jī)將引腳P1.0（X5045的）置低、P1.4()電平置高并向X5045發(fā)出WERN指令,置位寫使能鎖存器,然后將存放在AT89C51的RAM中設(shè)置修改確認(rèn)的幾項(xiàng)參數(shù)寫入X5045的3個(gè)區(qū)域。數(shù)據(jù)寫至E2PR

50、OM時(shí)，先發(fā)出WRITE命令，然后寫地址和寫入鎖所需的數(shù)據(jù)。之后單片機(jī)向X5045發(fā)出WRDI指令以禁止寫操作，并使P1.4為低(從硬件上禁止寫操作)。工作狀態(tài)期間,在單片機(jī)的RAM區(qū)內(nèi)放置從X5045的3個(gè)區(qū)域取出的、經(jīng)表決處理的用戶設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)，供計(jì)算使用，并不斷刷新（在主程序的每個(gè)循環(huán)中讀取一次E2PROM）以保證其正確性。在8位數(shù)據(jù)被發(fā)送之后，必須為高電平。</p><p>　　由于電網(wǎng)干擾嚴(yán)重，故采取措

51、施防止數(shù)據(jù)丟失是十分重要和必要的。X5045提供了多種數(shù)據(jù)保護(hù)功能，初在軟件中設(shè)置寫保護(hù)外（單片機(jī)向X5045發(fā)出WRDI指令），接口電路中還將下拉（置低），僅在寫操作前將引腳電平置高。正常工作狀態(tài)時(shí)為低電平，X5045的寫操作被禁止，以防止干擾信號(hào)發(fā)生作用。</p><p>　　X5045集E2PROM、可編程看門狗定時(shí)器、低Vcc復(fù)位加上電復(fù)位3項(xiàng)功能為一體。采用該器件簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。</p>

52、<p>　　3.3 RS—485標(biāo)準(zhǔn)通訊口</p><p>　　3.3.1 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　串行通信接口是指設(shè)備之間的接口。我們最熟悉的關(guān)于串行通信接口的名詞可能就是COM與USB了，因?yàn)樗鼈兌际钱?dāng)代PC機(jī)必備的串行通信接口。</p><p>　　串行擴(kuò)展接口是設(shè)備內(nèi)部器件之間的互接接口。常用的串行擴(kuò)展接口規(guī)范有SPI（Seria

53、l Peripheral Interface，串行外圍接口，美國(guó)Motorola公司的注冊(cè)商標(biāo)），I2C（Inter IC，集成內(nèi)部電路，荷蘭Philip公司的注冊(cè)商標(biāo)）等。</p><p><b>　　·RS—485標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　RS—232是異步串行通信中應(yīng)用最早，也是目前應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)串行總線接口技術(shù)之一。但是RS—232的關(guān)鍵

54、之處是一種基于單端非對(duì)稱電路的接口，即一根信號(hào)線與一根地線，這種結(jié)構(gòu)對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有抑制能力，它與差模信號(hào)疊加在一起，在傳輸電纜上產(chǎn)生較大的壓降損耗，壓縮了有用信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。因而，不可能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離與高速傳輸。為了避免這些缺陷，有推出了技術(shù)性能更加先進(jìn)的RS—485標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　RS—485不僅傳輸距離遠(yuǎn)，通信可靠，而且使用單一+5V或+3V電源，邏輯電平與傳輸數(shù)字電平邏輯TTL兼容，此外對(duì)傳輸介質(zhì)物

55、理層沒(méi)有任何嚴(yán)格要求，只需普通雙絞線即可簡(jiǎn)便地組成網(wǎng)絡(luò)。RS—485標(biāo)準(zhǔn)器件的數(shù)據(jù)傳輸速率目前有32Mb/s，20Mb/s，12 Mb/s，10 Mb/s，2.5 Mb/s和數(shù)百Kb/s等規(guī)格。</p><p>　　隔離問(wèn)題：由于光電耦合器件是高阻抗輸出，因此應(yīng)盡量靠近接口芯片，即盡量縮短光電耦合器輸出腳與接口芯片之間的連線，使得分布電容盡量減小，而有利于提高傳輸速率。</p><p>　

56、　光電耦合器是限制接口通信速率的主要因素。</p><p>　　為發(fā)光二極管與光電晶體管(附基極端子)封裝的光電耦合器,結(jié)構(gòu)為雙列直插6引腳塑封,內(nèi)部電路見(jiàn)上。</p><p>　　3.3.2 SN75LBC176芯片的隔離</p><p><b>　　1 問(wèn)題的提出</b></p><p>　　在使用RS—485

57、總線時(shí)，如果簡(jiǎn)單地按常規(guī)方式設(shè)計(jì)電路，在實(shí)際工程中可能有通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問(wèn)題。如果設(shè)備之間距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)的干擾也較大，所以往往通信的可靠性質(zhì)量不高。針對(duì)此種問(wèn)題，我對(duì)485總線的硬件采取了具體的改進(jìn)措施。</p><p>　　2 硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本方案以AT89C51單片機(jī)自帶異步通信口，外接SN75LBC176芯片轉(zhuǎn)換成485總線為例。其中為了實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)系統(tǒng)

58、的隔離，在AT89C51的異步通信口與SN75LBC176之間采用光電耦合器隔離。電路原理如圖所示：</p><p>　　由于要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控和響應(yīng)，通信數(shù)據(jù)的波特率應(yīng)做的較高。限制通信波特率提高的“瓶頸”，并不是現(xiàn)場(chǎng)的導(dǎo)線，而是在與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)隔離的光電耦合電路上。此處采用TIL117?？梢詢?yōu)化普通光電耦合電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，使之能工作在最佳狀態(tài)。例如：電阻R2、R3如果選取的較大，將會(huì)將會(huì)使光電耦合的發(fā)

59、光二極管由截止進(jìn)入飽和變得較慢；如果選取的過(guò)小，退出飽和也會(huì)很慢，所以，這兩只電阻的數(shù)值要精心選取不同型號(hào)的光耦和驅(qū)動(dòng)電路使得這兩個(gè)電路的數(shù)值略有差異，可以由實(shí)驗(yàn)來(lái)定。 </p><p>　　常用光電耦合器主要參數(shù) </p><p>　　在這里，我采用的是TIL117，根據(jù)電流傳輸比CTR=I2/I1，估算出光電耦合器的上拉電阻R的值。</p><p>　　光電

60、耦合器的電流傳輸比CRT的定義是CRT＝i2／i1×100%。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，使用的是TIL117光電耦合器，它的最小電流傳輸比為50%。又發(fā)光二極管的壓降為1.7～1.8V，導(dǎo)通電流為4mA～10mA,晶體管的最小Uce為0.7V。</p><p>　　假設(shè)光電耦合器導(dǎo)通電流i1=5mA，那么</p><p>　　R3=(+5V- 1.

61、8)/i1=（5-1.8）/0.005≈600Ω</p><p>　　∵CTR=50%=i2/i1</p><p><b>　　∴i2=2.5mA</b></p><p>　　R4=（+5V-0.7）/i2≈(5-0.7)/0.0025≈1.5K。</p><p><b>　　其他類似情況同上。</b&g

62、t;</p><p>　　4 顯示部分系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　LED顯示器</b></p><p>　　LED（Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管的縮寫。LED顯示器價(jià)格低廉、配置靈活、功耗低、與單片機(jī)接口方便，在單片機(jī)中的應(yīng)用非常普遍。</p><p>　　4.1.1 LED的

63、選擇</p><p><b>　　器件分類</b></p><p>　　7段LED顯示器由7條發(fā)光二極管組成顯示字段，這7段發(fā)光管分別稱為a、b、c、d、e、f、g、，還有一個(gè)圓形發(fā)光二極管dp，用以顯示小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)七個(gè)發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母、以及其他符號(hào)。</p><p>　　LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方

64、法：</p><p><b>　　? 共陽(yáng)極接法</b></p><p>　　把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。使用時(shí)公共陽(yáng)極接+5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。</p><p><b>　　? 共陰極接法</b></p><p>　　把發(fā)光二極管的

65、陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)公共陰極接地，這樣陽(yáng)極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平的則不點(diǎn)亮。</p><p>　　七段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)八段。因此提供給LED顯示器的字型代碼正好一個(gè)字節(jié)。各代碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：</p><p>　　本方案采用共陰極接法。</p><p>　　2、LED顯示的基本原理</p>

66、<p>　　用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，按譯碼方式可分為硬件譯碼和軟件譯碼。</p><p>　　LED靜態(tài)顯示方式。就是將N位共陰極LED顯示器的陰極連在一起接地，每一位LED的8位段選線與一個(gè)8位并行口相連。當(dāng)顯示一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管就恒定的導(dǎo)通或截止。靜態(tài)顯示是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)送出后不再控制LED，直到下次顯示再

67、送一次新的顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示要CPU時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占CPU時(shí)間多,編程較為復(fù)雜。</p><p>　　這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定、所需驅(qū)動(dòng)電流較小，占用CPU時(shí)間少，。但N位LED要求有N×8位I/O口線，占用I/O口線太多，使用的電路硬件卻比較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用CPU的時(shí)間多，但使用的硬件少

68、，能節(jié)省線路板的空間。</p><p>　　動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種顯示方式。其接口電路是將多個(gè)7段LED顯示器同各個(gè)端的段選線重復(fù)接在一起，只用一個(gè)8位I/O口輸出控制段選線，段選碼同時(shí)加到各個(gè)LED顯示器上。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是掃描方式一位一位地輪流點(diǎn)亮LED顯示器的各個(gè)位。因此，在每個(gè)瞬間，N位LED只可能顯示相同的字符，要想每一個(gè)LED顯示不同的字符，必須用另外一個(gè)I/O口控制各個(gè)LED顯示

69、器公共陰極輪流接地的方法，逐一掃描點(diǎn)亮，使每個(gè)LED顯示該位應(yīng)該顯示的字符。只要恰當(dāng)?shù)剡x擇LED刷新時(shí)間（≤20ms），會(huì)給人一種視覺(jué)暫停效應(yīng)，似乎N位LED都在同時(shí)顯示，就不會(huì)有閃爍感了。</p><p>　　從上述的論述中，可以看出動(dòng)態(tài)顯示方案具備一定的實(shí)用性，也是目前單片機(jī)數(shù)碼管顯示中較為常用的一種顯示方法。所以，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示方案。</p><p>　　4.1.2 LED的驅(qū)

70、動(dòng)和顯示——主要是設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管和單片機(jī)的接口電路，以及利用單片機(jī)對(duì)LED數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和顯示操作。</p><p><b>　　作用</b></p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，LED數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便地和單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，數(shù)碼管體積小、重量輕，并且功耗低，是一種理想的顯示單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出的器件。</

71、p><p><b>　　技術(shù)方案</b></p><p>　　單片機(jī)對(duì)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方法可以分為串行和并行兩種，分別適用于不同的使用場(chǎng)合，兩者硬件電路的差別也很大。</p><p><b>　?。?）串行驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　在某些情況下，可供使用的單片機(jī)并行I/O口不足8根，數(shù)據(jù)的并行

72、輸出已不可能，此時(shí)可考慮串行輸出方法。</p><p><b>　　（2）并行驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　在一般情況下，單片機(jī)使用并行驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行LED的顯示。并行驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，并且在單片機(jī)的選擇上，采用了AT89C51，它有32條I/O口線，采用并行驅(qū)動(dòng)方式，接口完全夠用。</p><p>　　LED并行驅(qū)動(dòng)的電路原理圖如下所示

73、： </p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)電路的選擇</p><p>　　以上分別介紹了串行和并行的LED驅(qū)動(dòng)電路。在本設(shè)計(jì)中，使用的是并行的LED驅(qū)動(dòng)電路。</p><p><b>　　顯示器的驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，CPU只要送出標(biāo)準(zhǔn)的BCD碼即可，硬件接線有一定標(biāo)準(zhǔn)。軟件譯

74、碼是用軟件來(lái)完成硬件的功能，硬件簡(jiǎn)單，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來(lái)處理，是目前常用的顯示驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　4.2.1 器件選擇和功能</p><p>　　在這里，我選用74HC07芯片作為段驅(qū)動(dòng)，75452作為位驅(qū)動(dòng)</p><p>　　7407是6緩沖器/驅(qū)動(dòng)器（OC、高壓輸出）Y=0 30V耐壓輸出</p><p>　　

75、4.2.2 7407功能圖</p><p>　　74HC系列集成電路的特點(diǎn)：</p><p>　　74HC系列是高速CMOS系列，兼有CMOS系列的低功耗，寬噪聲容限，寬工作電壓等特點(diǎn)。它的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓2—6V。</p><p>　　采用多晶硅輸入保護(hù)電阻，限制電流過(guò)大，對(duì)電路中的過(guò)電壓來(lái)說(shuō)，74HC系列具有足夠的保護(hù)能力。</p><p>

76、　　74HC的輸入為CMOS電平。輸入電壓在高電平時(shí)間以保證達(dá)到0.7×Vcc,在低電平時(shí)間以保證達(dá)到0.2×Vcc,即當(dāng)Vcc=5V時(shí),3.5V以上為VIH,1.0V以下為VIL 。它的靜態(tài)功耗極小。</p><p>　　最高時(shí)鐘頻率在負(fù)載為150pF時(shí)能保證達(dá)到300MHz。74HC系列在高低邏輯電平下的輸出電流都可達(dá)到4mA。</p><p>　　4.3 LED

77、數(shù)碼管顯示器的上拉電阻值的確定:</p><p>　　由于數(shù)碼管的每個(gè)引腳通過(guò)的平均電流達(dá)到4mA時(shí)，此引腳控制的一段晶體管才能夠點(diǎn)亮。我用的是四位八段式數(shù)碼管，所以每個(gè)數(shù)碼顯示器被點(diǎn)亮?xí)r每個(gè)引腳所需的最大電流為4mA×4=16mA。采用的是動(dòng)態(tài)掃描接法，在每個(gè)瞬間，四位LED只可能顯示相同的字符，要想每一個(gè)LED顯示不同的字符，必須用另外一個(gè)I/O口控制各個(gè)LED顯示器公共陰極輪流接地的方法，逐一掃描

78、點(diǎn)亮，使每個(gè)LED顯示該位應(yīng)該顯示的字符即位選端，此時(shí)，每個(gè)位選的最達(dá)電流為16mA×8=128mA。</p><p>　　那么，上拉電阻的阻值為：</p><p>　　(5-1.8)/16=200Ω 這是用LED導(dǎo)通后的平均電流計(jì)算得到的電阻值，而導(dǎo)通的瞬間電流會(huì)更大一些。在這里,我將采用150Ω的上拉電阻。</p><p><b>　　5

79、 負(fù)載部分</b></p><p><b>　　1、系統(tǒng)組成</b></p><p>　　負(fù)載回路主要由隔離電路，驅(qū)動(dòng)電路，無(wú)極性輸入，變壓器、晶閘管整流裝置和電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)組組成。在工作模式下，由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行脈寬調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)從空載到滿載的變化，測(cè)定出負(fù)載曲線。</p><p><b>　　2、原理 </b

80、></p><p>　　電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值U0為 </p><p><b>　　α—占空比，α=。</b></p><p>　　占空比表示了在一個(gè)周期T里，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。α的變化范圍為0≤α≤1。由上式可知，當(dāng)電源電壓Us不變的情況下，電樞的端電壓的平均值Uo取決于占空比α的大小，改變?chǔ)林稻涂梢愿淖兌穗妷旱钠?/p>

81、均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是PWN調(diào)速原理。</p><p>　　在PWM調(diào)速時(shí)，占空比α是一個(gè)重要參數(shù)。以下三種方法都可改變占空比的值。</p><p><b>　　定寬調(diào)頻法</b></p><p>　　這種方法是保持t1不變，只改變t2，這樣使周期T（或頻率）也隨之改變。</p><p><b>　　

82、調(diào)寬調(diào)頻法</b></p><p>　　這種方法是保持t2不變，只改變t1，這樣使周期T（或頻率）也隨之改變。</p><p><b>　　定頻調(diào)寬法</b></p><p>　　這種方法是使周期T（或頻率）保持不變，同時(shí)只改變t1和t2。</p><p>　　前兩種方法由于調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率

83、），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此，這兩種方法用得很少。目前，在直流電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。本系統(tǒng)采用的就是定頻調(diào)寬法。</p><p>　　在此系統(tǒng)中，欲調(diào)節(jié)占空比α的范圍（0～50%）。電動(dòng)機(jī)的額定功率200W，額定電流為1A。</p><p>　　功率場(chǎng)效應(yīng)管（metal oxide semiconductor field effect tra

84、nsistor，MOSFET）是一種載流子導(dǎo)電的單極型器件，它要求的柵極驅(qū)動(dòng)電流很小，因此可看成是電壓控制型元件是電壓型驅(qū)動(dòng)器件。由于這個(gè)特點(diǎn)，使得功率場(chǎng)效應(yīng)管具有開(kāi)關(guān)速度快，損耗低，驅(qū)動(dòng)功率小，無(wú)二次擊穿的優(yōu)點(diǎn)，目前已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　MOSFET是電壓型驅(qū)動(dòng)器件，因此小功率的TTL電路可以驅(qū)動(dòng)一般的MOSFET。但是，普通的TTL集成電路的高電平輸出最低是3.5V,而功率場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)

85、啟電壓是2～4V;用普通的TTL直接驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管,驅(qū)動(dòng)電壓還顯得低一些。所以采用集電極開(kāi)路的OC門TTL集成電路來(lái)驅(qū)動(dòng)。 </p><p>　　為了提高TTL驅(qū)動(dòng)的輸出電平,可以通過(guò)一個(gè)上拉電阻接到+5V電源上。 </p><p>　　此外，在驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)系統(tǒng)電路之間加了一個(gè)光電耦合器作為隔離元件,其上拉電阻值的確定同前。</p><p><b>

86、;　　6 原理圖的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　6.1 Protel99原理圖的設(shè)計(jì)（schematic）</p><p>　　原理圖編輯器實(shí)際上就是原理圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，用戶可以在該平臺(tái)下對(duì)電路圖進(jìn)行編輯與設(shè)計(jì)各修改。進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)窗口的步驟如下：</p><p>　　1、首先進(jìn)入Protel99系統(tǒng)，執(zhí)行File(文件)/New(新建)命令建立一

87、個(gè)新的原理圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，或者打開(kāi)一個(gè)已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫(kù)。如圖1-1所示。</p><p>　　2、建立或者打開(kāi)一個(gè)文件后，執(zhí)行File(文件)/New(新建)命令</p><p>　　3、新建文件將會(huì)打包在當(dāng)前所創(chuàng)建的文件（原理圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件）中，系統(tǒng)把系統(tǒng)默認(rèn)文件名改為你所想生成文件名后，點(diǎn)擊圖標(biāo)即可進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)平臺(tái)，進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)與編輯。</p><p>　

88、　4、進(jìn)入設(shè)計(jì)窗口后，可以在首先執(zhí)行design(設(shè)計(jì))/Options(選項(xiàng))菜單下設(shè)置圖紙的風(fēng)格和大小尺寸等，具體參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　(1)、圖紙方向的設(shè)置。在執(zhí)行design/options后彈出的對(duì)話框中，選擇sheet options 選擇進(jìn)行設(shè)置。其中l(wèi)andscape是橫向，而portait則是縱向圖紙?jiān)O(shè)置。 </p><p>　　(2)、設(shè)置圖紙

89、顏色（圖紙邊框底色）。Border選擇項(xiàng)用來(lái)設(shè)置邊框顏色，在選擇了此項(xiàng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)彈出顏色對(duì)話框，你只需選擇所需顏色后點(diǎn)擊OK鍵后即可。Scheet是設(shè)置圖紙底紋顏色。在選擇該選擇頁(yè)后同樣會(huì)彈出顏色對(duì)話框，設(shè)置方法同上。</p><p>　　(3)、系統(tǒng)字體的設(shè)置。在點(diǎn)擊Design/options后，選擇change system font 按鈕，則可彈出字體對(duì)話框，您可以進(jìn)行字體設(shè)置了。</p>

90、<p>　　(4)、電氣節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。在document options 對(duì)話框中，Electrical grid 單選項(xiàng)是對(duì)電氣節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，如果選擇此項(xiàng)，則系統(tǒng)就會(huì)將光標(biāo)自動(dòng)移動(dòng)到它的搜索半徑內(nèi)，并且在該點(diǎn)上顯示一個(gè)圓點(diǎn)。</p><p>　　(5)、在document options 對(duì)話框中，選擇organization 則是進(jìn)行文檔屬性，名稱，設(shè)計(jì)單位等進(jìn)行設(shè)置。</p><p

91、>　　5、在設(shè)置好以上基本的內(nèi)容后，則對(duì)原理圖編輯平臺(tái)半截元件庫(kù)。（有些不同的元件可能半截不同的元件庫(kù)，要根據(jù)自己所設(shè)計(jì)的原理圖選擇所要加載的元件庫(kù)，具體參照本網(wǎng)站上有關(guān)具體說(shuō)明。這里以基本元件庫(kù)加以說(shuō)明）執(zhí)行Design/Add/remove library菜單，來(lái)打開(kāi)對(duì)話框，在彈出的對(duì)話框中，選擇Design Explorer 99\Library\sch文件夾下的文件類型為*.ddb的庫(kù)元件文件，這里選擇 Miscellan

92、eous Devices。加入元件庫(kù)后即可在編輯區(qū)內(nèi)進(jìn)行元件放置與元件屬性的修改了。</p><p>　　6、對(duì)元件庫(kù)進(jìn)行裝載以后，可通過(guò)place(放置)/part（元件）命令直接進(jìn)行元件的放置，也可以用工具條上的按鈕，打開(kāi)所對(duì)應(yīng)的對(duì)話框進(jìn)行元件的放置。如果要修改元件的屬性，可以直接雙擊所要修改的元件，在彈出的對(duì)話框中對(duì)所要修改的項(xiàng)進(jìn)行修改。</p><p>　　7、元件放置完以后，下一

93、步工作即是對(duì)元件的位置進(jìn)行調(diào)整，元件的調(diào)整非常簡(jiǎn)單，只需要點(diǎn)擊所需移動(dòng)的元件，按住不放，然后拖到所想要放置的位置放開(kāi)即可。</p><p>　　8、對(duì)元件位置調(diào)整好以后，即可以對(duì)元件進(jìn)行連線，放線可以直接點(diǎn)擊所想連接元件的管腳，然后按住不放，拖動(dòng)到另下個(gè)元件的所需連接的管腳上，線自然就連接上了。</p><p>　　9、作完以上步驟以后，下一步則要對(duì)所設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行檢查。若要進(jìn)行電路圖錯(cuò)

94、誤檢查，可以使用命令Tools/ERC打開(kāi)對(duì)話框，進(jìn)行錯(cuò)誤檢查設(shè)置。 </p><p>　　(1)、setup選項(xiàng)的設(shè)置。a、ERC Options操作框的設(shè)置。multiple net names on net 是檢查同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上是否擁有多個(gè)不同名稱的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。Unconnected net labels 檢查繪圖頁(yè)面中是否有不連接到其它電氣對(duì)象的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。Duplicate component design

95、ators 檢查圖紙中是否有元件編號(hào)重號(hào)的錯(cuò)誤。（若有重號(hào)，可以通過(guò)Tools/Annotate對(duì)元件進(jìn)行重新編號(hào)）。b、Options 選項(xiàng)框 create report file 設(shè)置列出全部ERC 信息并產(chǎn)生一個(gè)文本報(bào)告。Add error markers 設(shè)置圖紙上有錯(cuò)誤或獲情況的位置上放置錯(cuò)誤標(biāo)記。</p><p>　　(2)、rule matrix 選項(xiàng) setup electrical rule c

96、heck 對(duì)話框是用來(lái)定義各種引腳、輸入與輸出及各端口間的連接情況是否構(gòu)成錯(cuò)誤或者警告。</p><p>　　10、如果通過(guò)以上的檢查，則可以生成網(wǎng)絡(luò)表。執(zhí)行design/create net list命令，生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表。</p><p><b>　　7 電路板的印制</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和新型電子元器件的不斷涌

97、現(xiàn)，現(xiàn)代電子電路已經(jīng)變得愈來(lái)愈復(fù)雜。而另一方面，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為我們提供了一個(gè)進(jìn)行電路輔助設(shè)計(jì)的完美平臺(tái)。</p><p>　　設(shè)計(jì)中使用的protel99軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大的電路CAD軟件。Protel99被設(shè)計(jì)成為一個(gè)客戶/服務(wù)器應(yīng)用程序，它包含有數(shù)目眾多的服務(wù)器程序，原理圖設(shè)計(jì)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)生成服務(wù)器、電路仿真服務(wù)器、PCB設(shè)計(jì)服務(wù)器和自動(dòng)布線服務(wù)器等等。設(shè)計(jì)者可以運(yùn)行各種服務(wù)器程序組件。而且，p

98、rotel99有很強(qiáng)的兼容性，不論是protel99本身的組件，還是來(lái)自第三方的設(shè)計(jì)組件，都可以很容易地嵌入到protel99中，以增強(qiáng)其功能。Protel99的客戶程序還提供給設(shè)計(jì)者一些基本的使用資源，如菜單、快捷鍵、工具欄、狀態(tài)欄、工具管理等，設(shè)計(jì)者對(duì)這些資源可以自由定義，建立便于自己使用的菜單、快捷鍵、工具欄等。Protel99強(qiáng)大的功能，可以使設(shè)計(jì)者隨心所欲的設(shè)計(jì)各種電子電路，是一個(gè)非常實(shí)用的CAD軟件。</p>

99、<p>　　印刷電路板是整個(gè)通訊協(xié)議卡系統(tǒng)中器件、信號(hào)線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計(jì)的好壞與否對(duì)抗干擾能力有很大影響，所以印刷電路板設(shè)計(jì)決不單是器件、線路的簡(jiǎn)單布局安排，同時(shí)還必須符合抗干擾的設(shè)計(jì)原則。</p><p><b>　　7.1 布局</b></p><p>　　本文中的電路設(shè)計(jì)采用手工布局。手工布局的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)計(jì)者可以完全按照電路工作的

100、實(shí)際要求來(lái)進(jìn)行元件的布局，所生成的元件布局可以符合實(shí)際要求，也利于后面的布線操作。同時(shí)，對(duì)于一個(gè)有著特殊要求的電路來(lái)講，手工布局將極大地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的構(gòu)思和靈感。</p><p>　　元件的布局首先要考慮PCB尺寸的大小。PCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗干擾能力下降，成本也相應(yīng)的增加；PCB尺寸過(guò)小則不利于散熱，而且鄰近的線條也容易受干擾。在確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單

101、元對(duì)電路的全部元件進(jìn)行布局。</p><p>　　在確定特殊元件的位置時(shí)要遵循以下的原則：</p><p>　　1 盡可能的縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和互相間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨的太緊，輸入和輸出元件盡量遠(yuǎn)離。 </p><p>　　2 一些元件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引起

102、短路。</p><p>　　根據(jù)電路功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：</p><p>　　(1) 按電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持方向一致。</p><p>　　(2) 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接

103、。布局過(guò)程中，應(yīng)盡量將相關(guān)的元器件就近放置，以減少走線的長(zhǎng)度；時(shí)鐘電路、晶振、電容應(yīng)緊貼相接的芯片，這樣有利于抗干擾，提高電路工作的可靠性。</p><p>　　(3) 位于電路板邊緣的元器件，與電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。</p><p><b>　　7.2 布線</b></p><p>　　布線是重要的抗干擾措施，

104、本設(shè)計(jì)中首先對(duì)電源線進(jìn)行手工布線，緊接著對(duì)電路板的其他部分進(jìn)行自動(dòng)布線，最后再對(duì)整個(gè)電路的布線進(jìn)行手工修改。在整個(gè)布線過(guò)程中，應(yīng)遵循以下原則：</p><p>　　1 輸入和輸出端的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。</p><p>　　2 印制板導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過(guò)它們的電流值決定。對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.02～0.

105、3mm導(dǎo)線寬度。尤其是電源線和地線。電源線和地線應(yīng)接成樹(shù)狀，盡量加粗，是它能通過(guò)三倍于印制板上的電流。如有可能，接地線應(yīng)在2～3mm以上。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對(duì)于集成電路，其間距最小可到0.5mm。</p><p>　　3 印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積的銅箔，否則，長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，容易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須

106、使用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。</p><p>　　4 數(shù)字的地和模擬的分開(kāi)。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開(kāi)。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)，可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗。 8 附 錄</p><p>　　8．1

107、 開(kāi)題報(bào)告 </p><p><b>　　課題背景及內(nèi)容:</b></p><p>　　為了滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)調(diào)試、科研測(cè)試中對(duì)不同負(fù)載對(duì)象及其變化規(guī)律的需求，涉及計(jì)算機(jī)控制、電力電子應(yīng)用等技術(shù)的模擬負(fù)載及其智能化技術(shù)近年來(lái)得以迅猛發(fā)展。本智能模擬負(fù)載，是針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中對(duì)負(fù)載對(duì)象及其變化規(guī)律要求而設(shè)計(jì)的。</p><p&

108、gt;　　在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，不同負(fù)載對(duì)象都有其特點(diǎn)及變化規(guī)律（線性、非線性），通過(guò)自主設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)其阻值，進(jìn)行輸出脈寬的調(diào)節(jié)，從而模擬不同負(fù)載的特性。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的中心即設(shè)計(jì)一個(gè)含有特定功能的典型單片機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　*采用無(wú)極性輸入，模塊可以接收任意極性直流供電和總線信號(hào)。它允許將2根信號(hào)線或直流電源線在傳輸途中任意極性續(xù)接，容忍了布線施工

109、的反接差錯(cuò)，使工程施工大為方便。</p><p>　　*利用全控器件斬波主回路。</p><p>　　*本系統(tǒng)在工作、參數(shù)設(shè)定的兩種模式下實(shí)現(xiàn)三鍵輸入（復(fù)用）。利用軟件編程實(shí)現(xiàn)此功能。</p><p>　　*典型的MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)。我打算采用ATMEL公司的AT89C51。ATMEL公司把自身的先進(jìn)Flash存儲(chǔ)器技術(shù)和80C31核相結(jié)合，生產(chǎn)出Flash

110、單片機(jī)AT89C51系列。AT89C51是一種帶有4KBFlash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）的低壓、高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的CPU和Flash存儲(chǔ)器，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成本低的解決辦法?；谝陨咸攸c(diǎn)，在需要I/O線不多的控制場(chǎng)合，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大的簡(jiǎn)化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。</p>

111、<p>　　*RS-485標(biāo)準(zhǔn)通訊口。RS-485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。RS-485接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)芯片的要求也不同。在這里，我將采用型號(hào)為SN75LBC176，它的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32，采用半雙工通訊。</p><p>　　*本設(shè)計(jì)中所使用的是存儲(chǔ)器是X5045，它是帶有硬件寫保護(hù)功能的串行EEPROM，其接口兼容SPI總線規(guī)范，通過(guò)

112、一對(duì)串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)線對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫。X5045的片內(nèi)存儲(chǔ)器容量為4K（或512字節(jié)）。</p><p>　　以下簡(jiǎn)單介紹利用單片機(jī)和脈寬調(diào)制控制技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的實(shí)例。</p><p>　　此系統(tǒng)是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，通過(guò)與單片機(jī)的通信，按命令單片機(jī)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)。按照發(fā)出不同的控制命令，使二維步進(jìn)電機(jī)分別作正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，快轉(zhuǎn)，慢轉(zhuǎn)和停止等動(dòng)作，還可自