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1、 课程设计说明书课题名称： 位移测量与控制学 院： 机械工程学院专 业： 机械设计制造及其自动化组 员： 陈杭宣 顾冬平 傅峥 陈杰指导老师： 陈志平 赵骆伟 王万强 孔敏 张巨勇 日 期： 2012年5月20日 目 录1课程设计任务书 1.1 任务要求3 1.2 设计项目3 1.3 主要技术要求3 1.4 主要完成任务3 1.5 提交成果4 1.6 注意事项42说明书正文52.1 前 言52.2 现 状52.3 任务分析与方案设计 62.4 系统电路原理图 82.5 元器件清单及参数选择 122.6 软硬件的调试 123. 心得体会144. 参考文献165. 附录161.课程设计任务书1.1
2、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（依具体题目定）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。本组要求为制作位移的测量与控制桥路放大电路，完成四位数数字式位移测量与控制。实现两个位置之间的距离控制并显示结果。1.2主要技术要求（1） 位移传感器在电机的传动下产生机械位移（手动模拟点击传动，用两个LED分别表示电机的正转与反转），当位移量=2mm时，指示灯进入状态1；当位移量=4mm时，转换指示灯，进入状态2。电机停止正转而反转；当位移量=2mm时，电机停止反转而正转。同时显示当前状态的位移值。（2） 多
3、个位置见距离的控制。位移传感器在点击传动下离开坐标原点（手动穆尼点击传动，用两个LED分别宝石点击的正转与反转），当位移量=2mm时，转换指示灯进入状态1，当位移量=4mm时，转换指示灯进入状态2，当位移量=6时，转换指示灯进入状态3。电机停止正转与反转。当位移量=-6时电机停止运行。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、编写课程设
4、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： 周一周二周三周四周五周六周日4.234.30上午3、4班下午1、2班3、4班1、2班3、4班晚上全体1、2班1、2班5.015.07上午1、2班3、4班下午3、4班1、2班1、2班3、4班晚上3、4班5.085.14上午3、4班1、2班下午3、4班1、2班3、4班1、2班
5、3、4班晚上1、2班1、2班5.155.21上午全体全体下午1、2班3、4班全体全体全体晚上3、4班全体时间安排表晚上时间:18:3021:00；上午:8:3011:30；下午:13:3016:304.23日晚,布置任务与接口电路知识授课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，否则按零分计。2.说明书正文 2.1 前 言 21世纪科学技术的不断发展，越
6、来越多的行业与领域需要计算机技术来进行自动控制，这也使得计算机技术在个行业领域的广泛应用，也使得各个领域的成果、效率和质量得到大幅度提高。各种微机控制系统在基本结构上是类同的，主要由微机控制器、被控对象与借口电路（输入、输出及驱动接口电路）组成。根据被控对象的不同，微机控制系统又分为闭环控制系统（反馈控制信号输出的大小）与开环控制系统，学好“微机原理与借口”是掌握微机控制系统原理与技术的基础：而“微机原理与接口技术课程设计”是巩固、深化、掌握本门课程知识无可缺少的总要一环。2.2 现 状当前，新技术正在突飞猛进地发展。微型计算机以它独恃的价格和作用无孔不入地深入各个领域,它已成为衡量一个国家现
7、代科学技术发展的重要标志。微型计算机不但在工农业生产方面有重要的应用，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。在机械控制中，随着自动控制技术与计算机科学技术的快速发展，制造业领域已大量采用计算机技术来进行自动控制，应用微机可以大大提高产品精度、稳定产品质量和提高生产效率，这对于推进科学技术现代比,提高经济效益有着重大意义2.3 任务分析与方案设计(1)、任务分析本次课程设计要求实现对位移传感器在电机传动下产生机械位移并用程序控制dais上显示的数据，包括软件部分和硬件部分。硬件部分主要要求设计并焊接电路板，软件部分要求编写程序通过Dais试验台用A
8、/D程序来实现位移的显示。要求程序有如下功能：（1）指定位移电机的转向 （2）dais位移的显示 。组内任务分工：软件部分（两人）陈杭宣 顾冬平硬件部分（两人）傅峥 陈杰 (2)、方案设计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），四个传感器一般选择相同阻值，则在静态条件下处于平衡状态（即输
9、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。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。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。. 限幅电路电路由D1、D2组成限幅电路。为避免输入信号超过线性放大区
10、，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。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。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的共模抑制电压大小。信号输出接口由RW1、R8、C4、JP1组成信号输出接口电路
11、。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。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D7D0。在8
12、086微机系统下配合程序，PCB板可以实现四位数数字式位移测量与控制。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。2.4 系统设计与开发(1)、接口电路设计图2-1 桥路放大电路图2-2 8086最小模式系统配置原理图(2)、各部件及其功用1、ADC0809内部结构ADC0809管脚如图2-3所示。各引脚的功能如下： 图2-3ADC0809引脚图IN7-IN0 8通道模拟量输入端。START启动转换命令输入端。在该引脚上加高电平，即开始转换。EOC转换结束只
13、是引脚。平时它为高电平，在转换开始后及转换过程中为低电平，转换一结束，它又变回高电平。OE输出使能端。此脚上加高电平，即打开输出缓冲器三态门，读出数据。ADD-C、ADD-B和ADD-A选择通道号输入端。其中A是lsb位，这三个引脚上所加电平的编码为000-111时，分别对应于选通通道IN0-IN7。ALE通道号锁存控制端。当它为高电平是，讲C、B和A三个输入脚上的通道号选择码锁存，也就是使相应通道的模拟开关处于闭合状态。CLKADC0809需要外接时钟，可从此脚接入。当VCC=+5V时，允许的最高时钟频率是1280kHz，这时可达到tc=50s的最快的转换速率。Ref(+)、Ref(-)两个
14、参考电压输入脚。通常将Ref(-)接模拟地，参考电压从Ref(+)引入。当Ref(+)=+5V时，输入范围为0+5V。(3)、软件设计开发2.5 元器件清单及参数选择元器件清单：名称型号数量/个集成芯片OPO7DP3LM7412电阻510K182K110K11240K17.5K11K210013902变电阻20K210K25K2电容1000pF21uF30.1uF2二极管IN40072稳压二极管6.8V1三极管C26551A10131参数选择：单电源：+12V 分辨率：8位显示精度：0.1mm 转换时间：取决于时钟频率2.6 软硬件调试（1）硬件调试： 电路板焊接完成后，连线接通电路板，用万用
15、表测电路板输出端的电压，先顺时针缓慢调整电位器RW6，这时万用表的电压读数会随着RW6的变化而发生递减（递增）的变化，当停止调整RW6时如果读数继续跳动而不会停止，说明焊接上可能出现虚焊或者元器件没焊牢。如果读数停止跳动，当继续旋转电位器RW6，电压继续发生变化，通过电位器RW6的顺时针或逆时针的旋转，如果万用表中电压的读数能够从正直递减到零（从负值递增到零），说明硬件调试成功。（2）软件的调试：CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:CODE ORG 3390HH5: JMP STARTZXK EQU 0FFDCHZWK EQU 0FFDDHLED DB 0C0H,0F
16、9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H, 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH，0CH,0DEH,0F3H BUF DB ?,?,?,?,?,?ADPORT EQU 0FFE0HSTART: MOV BUF,00H MOV BUF+1,08H MOV BUF+2,00H MOV BUF+3,09H MOV BUF+4,00H MOV BUF+5,00HP5: MOV AL,00H MOV DX,ADPORT OUT DX,AL ;选择IN0端口 CALL DIS ;调用子程序DIS MOV DX,ADPORT IN AL,DX ;取A
17、D转换后得到的数据到AL MOV DX,0FFE4H NOT AL OUT DX,AL NOT AL MOV DX,ADPORT IN AL,DX MOV b1，33H MOV ah，00h DIV b1 CALL ADS ;调用子程序ADS JMP P5 ;循环P5,使程序反复执行ADS: MOV CL,AL PUSH CXMOV AH,ALAND AL,0FHMOV BUF+5,ALAND AH,0F0HMOV CL,4SHR AH,CLMOV BUF+4,AHPOP CX 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。3. 心得
18、体会课程设计心得： 这几周我们机械设计专业进行了微机原理的课程设计，老师给我们布置了课程设计任务和注意事项，我们小组4个人做的是位移控制与测量的实验。我们小组分工安排的时候我被安排在了程序设计，当时我就在想自己能不能编出程序来，这个问题让我很烦恼。虽然电路板的焊接工作不是我做的，当我看见电路板焊好的时候，我觉得应该是没有什么问题的，可是到了调试的时候出现了很多问题，老师说我们的电路板不是用来测位移的，因为那个变化量太大了，但是我们也找不出问题的所在。本来是想接其他组的电路板用来答辩，但是我总觉得这样不好，后来我们又问老师，又借其他组的电路板参照，其中的两个电阻换了好几次，最终在最后一天的答辩之
19、前把电路板调试好。虽然电路板的问题让我们的答辩时间拖了很久，不过答辩还是蛮顺利的。这次微机原理课程设计历时三个星期，在整整三星期的日子里，其中还有五一的放假时间，本来计划好的五一回家过生日，可是被这个课程耽误了，很遗憾，可以说这次的课程真的是很累很累，最后前一天，一整个下午在实验室，不停地弄电路板，改程序，身心疲惫啊！但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。以前在上课的时候，老师经常强调在写一个程序的时候，一定要事先把程序原理方框图化出来，但是我开始总觉得这样做没必要，很浪费时间。但是，这次课程设计完全改变了我以前的那种错误的
20、认识，以前我接触的那些程序都是很短、很基础的，但是在课程设计中碰到的那些需要很多代码才能完成的任务，画程序方框图是很有必要的。因为通过程序方框图，在做设计的过程中，我们每一步要做什么，每一步要完成什么任务都有一个很清楚的思路，而且在程序测试的过程中也有利于查错。其次，以前对于编程工具的使用还处于一知半解的状态上，但是经过一段上机的实践，对于怎么去排错、查错，怎么去看每一步的运行结果，怎么去了解每个寄存器的内容以确保程序的正确性上都有了很大程度的提高。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为
21、社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！经过三周的努力，总算是把课程给完成了，不过这个课程设计书 也是让我很头痛啊！不过我相信，群众的力量是伟大的！经过我们小组四人的共同努力还是把设计书弄出了
22、一个模版！谢谢小组的成员！希望以后我们有这样的课程设计我们也能像这次这样配合的很好，共同努力完成。对本学期实验的评价趣味性强，不仅锻炼能力，而且可以学到很多东西，在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。老师提出的革新非常的好，认为本学期的实验模式非常实用。但是提议可以申请将课程浓缩，在一定时间内只做这个，只有高度的集中才能作出好的东西。时间的紧缺成为一个很大的问题。也希望老师可以为我们知道一下以后的发展方向。如果可以让每个人都有动手焊接以及参与其他的各个流程，有专门的知道就更好了。4.参考文献1 彭虎，周佩玲，傅忠谦. 微机原理与接口技术（第2版）。 电子工业出版社，20082
23、李国栋，汪新中，陆志平，周盛华.微机原理与接口技术课程设计。浙江大学出版社，20075.附录：参考源程序CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:CODE ORG 3390HH5: JMP STARTPA EQU 0FFD8HPB EQU 0FFD9HPC EQU 0FFDAHPCTL EQU 0FFDBHZXK EQU 0FFDCHZWK EQU 0FFDDHLED DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFHBUF DB ?,?,?,?,?,?ADPORT E
24、QU 0FFE0HSTART: MOV BUF,00H MOV BUF+1,08H MOV BUF+2,00H MOV BUF+3,09H MOV BUF+4,00H MOV BUF+5,00HP0: MOV AL,00H MOV DX,ADPORT OUT DX,AL ;选择IN0端口 CALL DIS ;调用子程序DIS MOV DX,ADPORT IN AL,DX ;取AD转换后得到的数据到AL CALL ADS ;调用子程序ADS CALL P1 ;调用子程序P1 JMP P0 ;循环P0,使程序反复执行P1: CMP BL,3DH MOV AL,80H MOV DX,PCTL OUT
25、 DX,AL MOV DX,PA MOV AL,0FH OUT DX,AL JG P2 ;位移跟2mm比较,比2mm大则转到P2, 否者返回主程序 RETP2: CMP BL,7CH JG P3 MOV AL,80H MOV DX,PCTL OUT DX,AL MOV DX,PA MOV AL,0EH OUT DX,AL ;驱动第一个发光二极管发光 ;位移跟4mm比较,比4mm大则转到P3, 否者返回主程序 RETP3: MOV AL,80H MOV DX,PCTL OUT DX,AL MOV DX,PA MOV AL,0DH OUT DX,AL ;驱动第二个发光二极管发光 ;位移跟60克比较
26、,比60克高则转到P4,否者返回主程序 MOV CX,0FFFFH RETADS: MOV AH,AL MOV BL,AL AND AL,0FH MOV BUF+5,AL AND AH,0F0H MOV CL,4 SHR AH,CL MOV BUF+4,AH RET;-DIS: MOV CL,20H ;CL中20H MOV BX,OFFSET BUF ;BX中放BUF的首地址DIS1: MOV AL,BX ;BX中内容放入AL PUSH BX MOV BX,OFFSET LED XLAT ;查LED表 POP BX MOV DX,ZXK OUT DX,AL ;字形口输出查表得到的内容,即显示数值 MOV AL,CL MOV DX,ZWK OUT DX,AL ;字位口输出CL的值,即找到显示位置 PUSH CX MOV CX,0100HDELAY: LOOP $ POP CX CMP CL,01H JZ EXIT ;若CL=01H,则转移到EXIT,否则,BX指向下一个地址,CL右移一位,循环DIS1 INC BX SHR CL,1 JMP DIS1EXIT: MOV AL,00H MOV DX,ZWK OUT DX,AL RET;-CODE ENDS END H5
