恒张力控制系统课程设计附程序.docx

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恒张力控制系统课程设计附程序

恒张力控制系统课程设计（附程序）

单片机原理及应用课程设计

项目名称:

恒张力控制系统姓名:

学院:

机电学院专业:

机械电子工程学号:

摘要:

.........................................................................................1一（课程设计的要求、目的和意义............................................2

1.1课程设计要求:

.............................................................2

1.2课程设计的目的与意义:

..............................................2

二:

总体方案的设计:

...............................................................2

2.1外围系统设计:

.............................................................2

2.2系统结构框图:

.............................................................3

2.3工作原理介绍:

.............................................................4三:

各单元硬件设计说明...........................................................4

3.1单片机的选择:

.............................................................4

3.2键盘与LED驱动芯片的选择:

.....................................6

3.3AD转换芯片的选择:

....................................................9

3.4DA转换芯片的选择:

..................................................10

3.5看门狗芯片的选择:

...................................................12

3.6注:

..............................................................................14四:

软件设计与说明.................................................................14五（程序...................................................................................17

摘要:

张力控制系统往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，目前主要应用于冶金，造纸，薄膜，染整，织布，塑胶，线材等设备上，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。

这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。

即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。

张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。

若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。

一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，张力读出器，张力检测器，制动器和离合器构成。

根据环路可分为开环，闭环或自由环张力控制系统;根据对不同卷材的监测方式又可分为超声波式，浮辊式，跟踪臂式等，下图为一个典型的闭环张力控制系统。

关键词:

张力控制、恒张力、闭环、单片机

1

一（课程设计的要求、目的和意义

1.1课程设计要求:

设计并制作一个基于单片机的恒张力控制系统。

通过单片机与AD,DA转换芯片组成一个闭环系统，使系统张力恒定在由控制者设定的值。

1.2课程设计的目的与意义:

课程设计是让我们熟练掌握课本上的一些理论只是，课程设计也是一个学习新知识、巩固加深所学课本理论只是的一个过程，他培养我们的综合运用能力，独立思考能力和解决问题的能力。

加深我们对单片机原理与应用课程的理解。

二:

总体方案的设计:

2.1外围系统设计:

本系统在线上安装一个力传感器，使传感器两边的线呈120度，即可使传感器所测得的压力等于线的拉力，将力信号传入基于单片机的张力控制系统，通过一系列的数据处理，输出控制电信号到安装在防线盘轴上的磁粉制动器调节轴转动的阻力，从而达到恒张力控制

2

（如所示图1）。

力传感器

磁粉制

动器

放线盘

张力控制系

统

线

图1

2.2系统结构框图:

张力系统由力传感器、粉制动器、单片机、AD转换芯片、DA

AD转

单键盘、LED驱力传感器换芯片

动电路

片

DA转磁粉制动器看门狗机

换芯3

片

转换芯片、键盘、LED数码管、看门狗以及相关的驱动硬接电路等组成，其结构框图如图二所示。

图2

2.3工作原理介绍:

由按键驱动单片机中断，进入按键及显示程序，通过使用者输入数据并通知在LED上显示，输入数据储存在相关区域内备之后使用，返回到主程序后单片机接受由力传感器产生的经AD转换芯片转换后的数字力信号，通过与之前设定值的比较计算，得出控制信号，经DA转换芯片变为模拟电压信号输入磁粉制动器控制端。

若没有键盘中断，则如此往复运行信号检测、运算、输出程序达到动态平衡。

三:

各单元硬件设计说明

根据设计要求与思路，确定该系统的设计方案。

硬件电路由单片机、AD转换芯片、DA转换芯片、键盘与LED驱动芯片、看门狗芯片5大部分组成。

3.1单片机的选择:

AT89S51是美国ATMEL公司声场的低功耗，高新能CM058位单片机，片内含4kbytes的可系统编程Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。

它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用

4

传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，价位低AT89S51单片机可以提供欧许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

图3所示为采用双列直插式封装的AT89S51芯片管脚图。

U?

3139EA/VPP0.038P0.11937X1P0.236P0.335P0.41834X2P0.533P0.632P0.79RESET21P2.022P2.11223INT0P2.21324INT1P2.31425T0P2.41526T1P2.527P2.6128P1.0P2.72P1.1317P1.2RD416P1.3WR529P1.4PSEN630P1.5ALE/P711P1.6TXD810P1.7RXD

AT89S51

图3

5

3.2键盘与LED驱动芯片的选择:

8279是可编程的键盘、显示接口芯片。

它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能，在单片机系统中应用很广泛。

8279内部有FIFO（先进先出堆栈）/传感器，双重功能的8*8=64BRAM，键盘控制部分可控制8*8=64个按键或8*8阵列方式的传感器。

该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。

显示RAM容量为16*8，即显示器最大配置可达16位LED数码显示。

图4所示为8279双排直立封装管脚图。

U?

2731OUTA0OUTB02630OUTA1OUTB12529OUTA2OUTB22428OUTA3OUTB3

1223DB0BD13DB11432DB2SL01533DB3SL11634DB4SL21735DB5SL318DB61938DB7RL039RL141IRQRL22RL3225CSRL4106RDRL5117WRRL6218A0RL7

336CLKSHIFT937RESETCNTL/S

82796

说明:

OUTA0~OUTA3与OUTB0~OUTB3为输出线，通过74HC573与排阻驱动八个LED数码管。

SL0~SL3通过74HC138译码，再经过74LS07Q驱动八个数码管，控制显示数码管的位置。

4*4键盘的行由RL0~RL3识别，列由SL0~SL2识别。

IRQ脚为中断信号输出线，当有键按下，输出中断信号，申请单片机跳转到键盘识别与LED显示程序。

图5所示为8279与键盘及部分LED数码管接线图，受篇幅限制只两联个数码管作为示意。

7

+5

U14RP?

120ocVCC2191161d1Q3182152d2Q4173143d3Q5164134d4Q6155125d5Q7146116d6Q8137107d7Q912898d8Q1011GNDcDS7DS674hc57347011aa22bbaa33ccfbfb44ddgg55eeecec66ffdd77ggdpdp88dpdpGNDGNDU?

2731OUTA0OUTB0992630OUTA1OUTB12529AMBERCCAMBERCCOUTA2OUTB22428OUTA3OUTB3U151223U?

ADMUXDB0BD11312DB1143211500DB2SL074LS071533214U?

AG0/71DB3SL1116343131222DB4SL21735123&DB5SL3181174LS07U?

A+54DB611938610125DB7RL039496RL174LS074157U?

A7IRQRL21212RL3225SN74HC138CSRL410674LS07U?

ARDRL5111712WRRL6218A0RL774LS07U?

A133612CLKSHIFT937RESETCNTL/S74LS07U?

A182791274LS07U?

A11274LS07

+5K13K14K15K16

RP1SW-PBSW-PBSW-PBSW-PBK09K10K11K1212SW-PBSW-PBSW-PBSW-PB3K05K06K07K0845SW-PBSW-PBSW-PBSW-PB6K01K02K03K0478SW-PBSW-PBSW-PBSW-PB910K

图5

键名键值表:

键名K01K02K03K04K05

键值0C0H0C8H0D0H0D8H0C1H

键名K06K07K08K09K10

键值0C9H0D1H0D9H0C2H0CAH

表1

8

3.3AD转换芯片的选择:

TLC1543是美国TI公司生产的多通道、低价格的模数转换器。

采用串行通信接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点，可广泛应用于各种数据采集系统。

图6所示为TLC154320脚封装引脚图。

说明:

A0~A10为模拟信号输入端，通过ADDRESS脚选择通道，REF+和REH-为基准电压正负端。

当转换结束EOC脚由低电平转变为高电平，表明转换完成。

*120A0VCC219A1EOC318A2I/OCLOCK417A3ADDRESS516A4DATAOUT615A5CS714A6REF+813A7REF_912A8A101011GNDA9

TLC1543

图6

9

TLC1543的串行通讯依据其时序图进行，如图7。

图7

如图所示，CS被拉低则芯片被选中。

当EOC电平被拉高，便可以开始数据传输。

TLC1543以十个时钟信号为一个周期，前四个时钟信号芯片在发出数据的同时接受地址信号，由于本系统只用一个采集通道，因此将地址线接地总是选中0通道即可。

数据在每个时钟上升沿锁存。

3.4DA转换芯片的选择:

TLC5615是一个串行10为DAC芯片，新能比早期电流型输出的DAC要好。

只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或微控制器（单片机）接口，适用于电池供电的测试仪表、移动电话，也适用于数字失调与增益调整以及工业控制场合。

图8所示为TLC5615封装引脚图。

10

*

18DINVDD27SCLKOUT36CSREFIN45DOUTAGND

TLC5615

图8

说明:

AGND为模拟地输入端，REFIN为基准电压输入端，OUT

为模拟电压输出端。

他们之间的关系公式为:

（其中N为输入的V,V，N/1024outREFIN

二进制数）

TLC5615的时序逻辑图如图9所示。

图9

TLC5615的通讯与TLC1543类似，也是十个时钟信号为一个周

11

期，但是由于前者为单通道转换芯片，顾无需输入地址信号，如图9所示，每个时钟上升沿锁存DIN信号。

3.5看门狗芯片的选择:

看门狗芯片使用MAX8131，其特点有:

1.加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为200ms。

2.独立的看门狗输出，如果看门狗输入在1（6s内未被触发，其输出将变为高电平。

3.1.25V门限值检测器，用于电源故障报警、电池低电压检测或，5V以外的电源监控。

4.低电平有效的手动复位输入。

5.8引脚DIP封装。

（如图10所示）

*16MRRESET25WDOWD14PFO3PFI

MAX813L

图10

引脚功能为:

12

（1）手动复位输入端（MR）

当该端输入低电平保持140ms以上，MAX813L就输出复位信号.该输入端的最小输入脉宽要求可以有效地消除开关的抖动。

与TTL/CMOS兼容。

（2）工作电源端（VCC）:

接+5V电源。

（3）电源接地端（GND）:

接0V参考电平。

（4）电源故障输入端（PFI）

当该端输入电压低于1（25V时，5号引脚输出端的信号由高电平变为低电平。

（5）电源故障输出端（PRO）

电源正常时，保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。

（6）看门狗信号输入端（WDI）

程序正常运行时，必须在小于1（6s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器。

若超过1（6s该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。

（7）复位信号输出端（RST）

上电时，自动产生200ms的复位脉冲;手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。

（8）看门狗信号输出端（WDO）

正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该端输出信号由高

13

电平变为低电平。

3.6注:

以上的所有串行通讯芯片全都共用同一条时钟线与数据线，通过线选法来选中不同的芯片进行操作，从而达到节省引脚资源的目的。

四:

软件设计与说明

主程序及各子程序的程序流程图如下所示（DA转化较简单，不予画出）:

开始

初始化

调用AD

转换子程序

调用数据处

理子程序

调用DA

转换子程序14

图11:

主程序流程图

图

开始12

:

初始化外

部设置为读键盘功能中

读取输入值断

键

切换到显示功能盘

LE

显示输入值D

程回到主程序序

15

开始

否

是否转换完

是

读取数据

处理数据

将数据存放在指定区域中

备用

回到主程序

图13:

AD转化流程

16

图

开始14

数处理键盘输入数据据

将10位AD数据转化成处

8位理

将键盘输入值减去AD转化流

值程

正负图

是正是负,

输出值加上输出值减去

差差

回到主程序

五（程序

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0013H

17

LJMPINT1

ORG0003H

LJMPINT0

MAIN:

主程序开始

MOVIE,#85H;打开中断总开关和两个外部中断MOVIP,#01H;设中断0为高优先级，1为低优先级LCALLADCHANGE;调用AD转换子程序LCALLDATATREAT;调用数据处理子程序LCALLDACHANGE;调用AD转换子程序CPLP1.5

SIMPMAIN

INT0:

外中断0

SETBPCON.1

RETI

*******************************************************

*****

ADCHANGE:

SETBDACS

CLKEQUP1.1

DATAEQUQ1.2

ADCSEQUQ1.3

18

ORG0100H

ADMAIN:

ADLOOP1:

CJNEP1.1,#1H,ADLOOP1;查看是否转换

完，若没有，则等待

MOVSP,#60H

MOVA,#0FFH

CLRCLK

CLRADCS

SETBP1.4

SETBP1.5

SETBDATA1

MOVR5,#8ADCONVTER:

PUSHACC

CLRACC

CLRADCS

ADLOOP:

MOVC,DATA;读取前8位数据到A中

RLCA

SETBCLK

NOP

CLRCLK

DJNZR5,ADLOOP

;读后两位存放在B中

MOVC,DATA

19

MOVB.1,C

SETBCLK

NOP

CLRCLK

MOVC,DATA

MOVB.0,C

SETBCLK

NOP

CLRCLK;数据处理

RLA

RLA

MOVC,ACC.1

MOVB.3,C

MOVC,B.1

MOVACC.1,C

MOVC,ACC.0

MOVB.2,C

MOVC,B.0

MOVACC.0,C;把低八位数据放到2FH单元

MOV2FH,A

20

;把高八位数据放到2EH单元

MOVA,B

RRA

RRA

ANLA,#03H

MOV2EH,APOPPSW

POPACC

RET

******************************************************

INT1:

PUCHACC

PUSHPSW

CLREA

PUSHPSW

PUSHACC

SETBEA

MOVDPTR,#7FFFH;置8279命令/状态口地址

MOVA,#0D1H;置清显示命令

MOVX@DPTR,A;送清显示命令WEIT:

MOVXA,@DPTR;读状态

JBACC.7,WEIT;等待清显示RAM结束

MOVA,#34H;置分频系数，晶振频率12MHZ

21

MOVX@DPTR,A;送分频系数

MOVA,#40H;置键盘/显示命令

MOVX@DPTR,A;

MOVIE,#84H;允许8279中断

键盘中断子程序如下:

KEY:

PUSHPSW

PUSHDPL

PUSHDPH

PUSHACC

PUSHB

SETBPSW.3

MOVDPTR,#7FFFH;置状态口地址

MOVXA,@DPTR;读FIFO状态

ANLA,#0FH;

JZPKYR;

MOVA,#40H;置读FIFO命令

MOVX@DPTR,A;

MOVDPTR,#7FFEH;置数据口地址

MOVXA,@DPTR;读数据

MOVR3,#6

MOVR0,#30H

22

LJMPKEY1;转键值处理程序PKYR:

POPB

POPACC

POPDPH

POPDPL

POPPSW

LCALLDIS

KEY1:

CJNEA,#0C0H,KEY2

MOV@R0,#1

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYR

KEY2:

CJNEA,#0C8H,KEY3

MOV@R0,#2

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYR

KEY3:

CJNEA,#0D0H,KEY4

MOV@R0,#3

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYR

23

KEY4:

CJNEA,#0D8H,KEY5

MOV@R0,#4

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYR

KEY5:

CJNEA,#0C1H,KEY6

MOV@R0,#5

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYR

KEY6:

CJNEA,#0C9H,KEY7

MOV@R0,#6

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYR

KEY7:

CJNEA,#0D1H,KEY8

MOV@R0,#7

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYR

KEY8:

CJNEA,#0D9H,KEY9

MOV@R0,#8

24

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYRKEY9:

CJNEA,#0C0H,KEY0

MOV@R0,#9

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYRKEY0:

MOV@R0,#0

INCR0

DJNZR3,KEY1

SJMPPKYR显示子程序如下:

DIS:

MOVDPTR,#7FFFH;置8279命令/状态口地址

MOVR0,#30H;字段码首地址

MOVR7,#06H;8位显示

MOVA,#90H;置显示命令字

MOVX@DPTR，A;

MOVDPTR,#7FFEH;置数据口地址

LP:

MOVA,@R0;取显示数据

ADDA,#0BH;加偏移量

MOVCA,@+PC;查表，取得数据的段码

25

MOVX@DPTR,A;送段码显示

INCR0;调整数据指针

DJNZR7,LP

CLREA

POPACC

POPPSW;出栈

SETBEA

RETISEG:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH;用共

阴极LED

*******************************************************

*********

DATATREAT:

PUSHACC

PUSHPSW

MOVR3,#4

MOVR4,#2

MOVA,31H

RLA

RLA

RLA

RLA

26

MOV31H,A

DATALOOP1:

MOVA,31H

RLCA

MOVA,30H

RLC