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1、 微机原理与接口技术课程设计 说明书 课题名称： 重量的测量与电机控制（高级模块） 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生： 指导老师： 日 期： 2014年5月27日 目 录1课程设计任务书 31.1 任务要求 3 1.2主要技术要求 3 1.3主要完成任务 3 1.4 提交成果 3 1.5 时间与地点安排 4 1.6 注意事项 52说明书正文 62.1 前 言 62.2 现 状 62.3 任务分析与方案设计 72.4 系统电路原理图 72.5元器件参数选择及清单 122.6 电路的调试 132.7软件设计开发 143. 心得体会 164. 参考文献 195. 附录
2、 20 1. 课程设计任务书 课题：重量的测量与控制设计及调试1.1 任务要求 在Dais实验台基础上设计并调试一个外接口电路，能够测量和显示所测量重量的值，且具有一定的控制功能，编程并调试完成整个开发系统。每组一题，分别由34位同学合作完成。1.2 主要技术要求不同质量间的控制1.3 主要完成任务1. 查找相关资料，确定课程设计方案； 2. 微机接口电路硬件的焊接、装配、逐步排除故障及调试； 3. 用Protel2004绘制微机最小系统配置原理图； 4. 用Protel2004绘制相关项目的接口原理图； 5. 编写有关项目的程序，并进行调试； 6. 按照相关项目内容要求，上机进行联调； 7.
3、 编写课程设计报告。 1.4提交成果 1. 课程设计说明书一本。（电子文档和打印稿各一份） 要求：内容完整，图表完备，条理清晰，分析有据，计算精确。 所附电路图布局合理，清晰完备，图形和符号要规范。 2. 所用元器件清单。 3. 电路实体一套。要求：该电路实体必须是经过自己安装调试通过并达到性能指标要求的电路实体。1.5 时间与地点安排 地点：机械学院微机原理实验室时间安排：第11周至14周周末，上午：8:30-11:30;下午：13:30-16:30课程安排： 4月19号 ：分组及分配课程设计任务。 第11周周末：查找相关资料，初拟总体方案；讨论确定总方案；上机 Protel2004软件；第
4、12周周末：微机最小系统配置原理图，相关接口电路图设计；借领工具，分发参考资料，PCB板及相关元器件。接口电路PCB板焊接、装配、调试； 第13周周末：各项目相关程序设计、编写及调试；软硬件联合调试。第14周周末：答辩及验收课程设计成果；归还所借工具，上交课程设计成果。6.266.27：提交修改后的最终报告及成果。1.6 注意事项 1、按时上下机，严禁玩游戏，注意公共卫生。 2、爱护实验室内一切实验设施，违者按零分计。 3、爱护借用的工具，丢失工具者按原价赔偿。故意损坏工具者按零分计，并原价赔偿。 4、注意安全。下课时关闭总闸与空调，拔掉电烙铁，关好门窗。5、不准用笔在实验桌上乱写乱画，否则按
5、零分计。2.说明书正文2.1 前 言计算机技术的飞速发展，带来了人们生活、学习和科学研究各个方面的技术革命，计算机知识和应用技能已成为人类知识经济的重要组成部分。 从1946年第一台电子计算机问世到现在六十年的时间中，计算机的发展经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路、超大规模集成电路几个发展阶段。以微处理器为核心的微型计算机，也从4位、8位、16位发展到32位、64位，计算机的应用范围也从最初的科学计算发展到目前的无所不及。 随着CPU芯片的制作工艺和性能的提高，微型计算机硬件和软件产品不断翻新，但是计算机的工作原理基本上没有改变，通过80x86芯片学习微型计算机的工作原理、
6、CPU功能结构、寻址方式和指令系统、汇编语言程序设计、中断的工作原理及处理方法和接口技术等，以求达到从理论到实践上对微型计算机的主要技术的掌握和运用。学习微机原理与接口技术后，通过本次课程设计加深对它的理解和掌握。在设计计算器的过程中，广泛的查阅相关资料，如各类中断的作用和调用方式、屏幕显示等等，通过实践来加深对理论知识的理解，同时将自己对这门技术的理解应用在计算器的设计当中，理论与实践相互融合、相互促进，提高了自己的理论水平和实践能力。2.2 现 状由于大规模集成电路的飞速发展，计算机的微型化很快，其性能价格比也大为提高，因而微型计算机的应用越来越广泛。计算机在各个领域中的应用，已有大量的报
7、道，从中可知计算机的应用已取得显着的经济效益和社会效益。微型计算机不但在工农业生产方面的应用，在科研设备中也有比较普遍的应用，而且在办公自动化以及家庭生活中也已逐渐得到推广和应用。2.3 任务分析与方案设计2.3.1 任务分析三位数数字式电子秤测量与控制原理是通过对它每个压敏传感器受到压力时，该传感器发生形变，从而使电阻或电容等参数发生变化， 出到A/D转换芯片。转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。CPU根据键盘命令以及程序将这种结果转化后输出到显示器。利用实验系统上的ADC0809作为A/D转换器，实验系统上的电位器提供模拟量输入，编制程序，将模拟量转换成数字，通过数码管显示出来参
8、数计算：根据公式U模=aM+b由调试后的数据得a=0.5 b=0 2.3.2、方案设计（1) 重量传感器采用压敏电阻。利用压敏电阻采集应变,产生变化的阻值。(2) 利用放大电路将其转化为电压值，通过数模转换将电压值转化成 CPU 处理的数字信号。(3）8086 根据编制的程序将数字信号转换为砝码重量显示输出。(4) 根据 LED 灯的值来判断各个状态的显示值，从而确定步进电动机是否转动。2.4 系统电路及原理图2.4.1接口电路设计：输入接口电路的功能是将传感器输出的电信号经过必要的转换或信号放大与处理，使之符合微机控制系统要求。接口电路的组成与传感器输出测量信号的形式有关，与微机处理系统功能
9、要求有关，因此可根据输出信号的形式和系统的功能要求决定接口电路的类型 桥路放大电路 桥路放大电路主要由桥路接口，滤波电路，限幅电路，桥路放大电路，放大反相电路，桥路激励电路，信号输出接口组成。如图一所示 图一：桥路放大电路原理图1.桥路接口桥路接口连接传感器与放大器额端口，它由Rd1、Rd2、Rd3、RW6、C1及1、2、3、4传感器接口输入端所组成。1、2、3、4外接4个传感器，同时3、4端接桥路工作电压，1、2端输出传感器信号送放大器放大，在电路板设计中用5芯插槽。Rd1、Rd2、Rd3、RW6、C1（C1为旁路电容）组成调整电桥平衡电路。在传感器桥路中（金属电阻应变片），四个传感器一般选
10、择相同阻值，则在静态条件下处于平衡状态（即输出为零）。当传感器受力的作用产生的电阻率的变化破坏桥路的平衡状态，就会输出信号。Ra、Rb、Rc、Rd为传感器，连接桥路时必须使产生不同应变方向的传感器连结，即Ra为正应变，Rb为负应变，Rc为正应变，Rd为负应变，否则桥路无输出。 2. 桥路激励电源电路由U4、Q1、R10、R14、C5、R17、D3、C7组成产生稳定的正电压源，由U5、Q2、R11、R13、R15、C6组成产生稳定的负电压源。正、负两路电压源经RW5组合成正负桥路激励电源，即传感器桥路工作电压。3滤波电路电路由L1、L2、C2、C3组成滤波电路，可以降低电波干扰。4. 限幅电路电
11、路由D1、D2组成限幅电路。为避免输入信号超过线性放大区，用二个正反极性并接的二极管接入线中，将输入信号限制在-0.6+0.6V范围内。5. 桥路输入放大电路由U1、R1、RW3组成正信号放大器，由U2、R2、RW4组成负信号放大器：其中RW3、RW4分别是调整U1、U2运算放大器的共模抑制电压。将U1、U2的各自同相与凡相输入端接地，调整RW3、RW4,使U1、U2的输出端6脚输出电压为零，完成后恢复原来的电路。6. 放大电路由U3、R4、R5、R6、R7、RW2组成该放大电路。其中R4、R5分别为正、负输入信号电阻，改变R6、R7的值就能调整正负信号的放大数倍，RW2为调整U3的共模抑制电
12、压大小。7. 信号输出接口由RW1、R8、C4、JP1组成信号输出接口电路。调整RW1就能改变输出电压大小，这样能确保在最大量程时，输出电压不超过5V。8. 联机 1、对卡式结构机型而言，把A/D区0809的CS端接译码输出端Y0插孔。 2、把A/D区0809的0通道IN0用插孔针接至W1的中心抽头V01插孔（05V）。 3、把0809的CLK插孔与六位LED显示器左下方的ALE插孔相连，VREF端连接+5V；EXIC1上插上74LS02芯片，各接线按A/D实验接线图要求连线。4、以连续方式从起始地址3390运行程序，LED显示器右边二位显示当前采集的电压值转换后的数字量，调节W1，LED的内
13、容将随着电压变化而相应变化，LED以十六进制方式对应显示数字量D7-D0。在8086微机系统下配合程序，PCB板可以实现四位数数字式电子秤测量与控制。程序可以输入不同的量程，当超过100的时候会提使二极管发光提示超出量程，并提供一定时间给予调整。当被测物在范围之内，通过AD转换值与相应的放大倍数相乘得到的数会在四位数LED上显示。 步进机工作原理分析步进电机驱动原理：是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机机作步进式旋转，切换是通过单片机输出脉冲信号来实现的。所以调节脉冲信号的频率便可以改变步进机的转速，改变各相输入脉冲先后顺序，可以改变点击的旋转方向。转速控制：调节脉冲信号的频率便可以改变
14、步进机的转速 图二：步进电机原理图 图三 微机8086最小模式系统配置 模数转换器ADC0809ADC0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片 2.5 元器件参数选择及清单 名称型号数量/个市场价格（元）集成芯片OPO7DP21LM74131电阻510K20.0282K10.0210K100.027.5K10.021K30.0210030.0239020.02变电阻20K20.1510K20.155K20
15、.15电容1000pF20.11uF30.10.1uF20.1二极管IN400730.04三极管C265510.15A101310.15 单电源：+12V 分辨率：8位显示精度：0.1g转换时间：取决于时钟频率2.6 软硬件调试2.6.1 硬件调试：1、 检查电路板的焊接工艺，目信测有没有虚焊、短路等问题；检查元器件的连接与焊接：芯片是否有插错方向，三极管、二极管是否方向错误等：2、目测没有问题后，连接CSY-910传感器实验仪的应变片和12V电源插头；3、万用表A用mv档测量应变电桥的输出端1-2（电桥的微弱输出信号）；万用表B用20档测量信号输出端JPI（最终放大的信号）；4、将传感器实验
16、仪的应变梁空载（重量）、或将应变梁用旋转测微头调节至目测水平（位移）；5、首先调节RW5使万用表A的读数为零；然后调节Rw6使万用表B的读数为零，完成电桥零点的调节；6、在应变梁自由度逐个放上5个20g的砝码（重量）或以圈递增顺时针旋转测微头（位移），观察万用表A、B的读数是否是线性递增；7加载至最大，调节RW1，控制万用表B的读数在5V之内，以免对后续输入电路产生破坏。 2.6.2 软件的调试： 在实验系统上按要求连好线，装载程序，编译，执行程序，显示为零，加载，若能显示预定的数据，说明软件调试成功。 若不行则检查电路板各器件连接是否完好，芯片是否插错，直到改正。 2.6.3 步进电机电路的
17、调试对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。我们采用四相双四拍的方式（AB-BC-CD-C-DA-.)2.6.4 硬件和软件的联合调试： 按要求连接好试验台及电路板的连线，打开仿真软件及编写好的程序，装载程序，编译，执行程序，显示为零，从外部加载模拟量，若能显示预定的数据，说明两者调试成功。若不行则更改程序数值，再次调试，直至成功。2.7软件设计开发 2.7.1简介:控制可编程芯片达到效果并使用汇编语言编写程序。设计流
18、程图如下： 图三：程序设计流程图2.7.2流程图解释：首先：对系统进行初始化，设置好要用的字形口、字位口、PA、PB、控制口等地址以及初始化需要使用的BUF1和BUF2。并且将80H的控制方式字输出到8255A的控制口。第二：将通过0809转换的数据取出来。第三：通过上面已经求得的公式M=D/2处理数据将数据转化成对应的准确质量值。第四：对转化后得到的M进行一次除法，除数为10，计算得到余数定为个位，并将它保存到BUF2缓冲区。计算所得的商为十位，并将它保存到BUF1缓冲区。 第五：再将BUF1,2二个数取出，对LED段代码缓冲区进行查表换码取数，取出的数赋给相应字位口的字形口。从而就实现了在
19、LED低二位屏上显示重量。第六：确定指示灯和电机应表现的状态，依据质量分为小于20g，20-40g,40-60g,60g以上四个状态。先将BUF1的数取出，并与6比较，当大于等于6则电机反转，指示灯亮3盏。当BUF1小于6则再与4比较，当大于等于4则电机快转，指示灯亮2盏。当BUF1小于4则再与2比较，当大于等于2则点击慢转，指示灯亮1盏。当BUF1小于2时，电机不转，指示灯全灭。第七：循环主程序使cpu能不断取数。3. 心得体会3.1下图为焊接电路图四：桥路放大电路板 图五：步进电机电路板3.2 心得和总结我们的课程设计从短学期被提前到了在正常的学期中，这对于我们是一个非常大的挑战。在没学完
20、微机原理的背景下，我们是边做边学，我们从中摸爬滚打，学到了很多东西。我是负责硬件调试的部分，调试其实是一个非常繁琐的部分，首先是接线。刚开始不知道怎么接线，只要有一根线接错了，桥路PCB板调零就有问题，可以说是永远也调不到零，这种情况我们遇到过很多次，但经过多次的连线以及调零，我掌握到了方法，真的是实践出真知啊！而且在过程中板子的零点一直在跳，以至于要经常要调零，不然还会影响LED灯的显示，会一直在跳。由于我们做的是高级模块，还有步进电机和灯的配合，放一块砝码，电机正转，灯亮一盏；放两个砝码，电机加速转，灯亮两盏；放三个砝码，电机反转，两三盏灯。在过程中遇到很多问题，比如三盏灯一直亮，没放砝码
21、时有一盏灯总是亮着，我们一起讨论，各抒己见，最终将问题解决了，而且是第一组完成的，而且是完全符合要求。在答辩的时候，我们还是很激动的，毕竟我们花了好几个星期来做课程设计。从画图纸以及接线到编程到调试再到成功，我们遇到很多难题，我们不仅没有退缩，还迎难而上，最后成功的解决了所有问题，对以后任何事充满了自信。这次微机课程设计，我们结合了硬件和软件，这是之前没有碰到过的，做这个课程设计不仅帮帮我们巩固了微机原理的课程知识，还增强了我们的动手能力，而且了解到了更多关于电子等专业以外的知识，也发现了自己的不足和欠缺。我还懂得了学以致用的重要性以及必要性，什么叫设计，设计就是让自己的想象变成现实，如果不能实现，那不叫想象，那叫空想。在今后的工作和学习中，我会更加注重学以致用。
