提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)的硬件設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目： 提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　學 院： 信息工程學院</p><p>　　專業(yè)名稱： 電子信息工程</p><p>　　班級學號： 531079097&

2、lt;/p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： 萬 在 紅</p><p>　　二O一三 年 六 月 </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　信息工程 學院 電子信息工程 專業(yè)類 090401 班&l

3、t;/p><p>　　學生（簽名）： </p><p>　　日期： 自 2013 年 2 月 18 日至 2013 年 6 月 21 日</p><p>　　指導教師（簽名）： 萬在紅</p><p>　　助理指導教師(并指出所負責的部分)：</p><p>　　電子工程

4、 系（室）主任（簽名）：</p><p>　　附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。</p><p>　　學士學位論文原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。對本文的研究

5、作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。</p><p>　　作者簽名： 日期：</p><p>　　學位論文版權使用授權書</p><p>　　本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文

6、被查閱和借閱。本人授權南昌航空大學可以將本論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。</p><p>　　作者簽名： 日期：</p><p>　　導師簽名： 日期：</p><p>　　提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)的硬件設計&l

7、t;/p><p>　　學生姓名： 班級： 090401</p><p><b>　　指導教師：萬在紅</b></p><p>　　摘要：人造提花毛皮機是生產人造提花毛皮的一種針織機械設備。隨著人們生活水平的提高和審美觀念的變化,提花人造毛皮無疑將具有更加廣闊的應用前景。伴隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，電子提花技術在機器上的應用的到了顯著效果，迅速

8、發(fā)展起來，使提花毛皮機向電子集成化方向發(fā)展。發(fā)展新型電子提花機，使之廣泛用于精細絲綢織物、獨特裝飾織物、旅游工藝織物以及復雜技術織物的織造。電子提花機適應織物高級化和多樣化的發(fā)展要求正在變成現實。因此對花型輸入系統(tǒng)進行優(yōu)化設計是非常重要的。</p><p>　　本文首先介紹了提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)的相關概念，之后主要介紹了提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)的硬件設計過程。設計主要包括方案設計比較、單片機最小系統(tǒng)設計、FLAS

9、H花型存儲電路設計、鍵盤顯示電路設計、報警電路設計以及從單片機的電機控制單元電路設計。其次，簡要的介紹了主程序軟件設計以及各個模塊的軟件設計思路。最后，對硬件調試過程及結果、系統(tǒng)軟硬件聯調進行了詳細介紹和分析，簡述了對整個設計過程的總結和體會。</p><p>　　本設計完成了一個提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)的基本功能設計。系統(tǒng)具有上位機通過232串口將花型數據下傳到花型控制器中。下位機具備人機接口用于查詢花型和修改花

10、型的功能。花型存儲單元能夠存儲最大999行，1056列的8色花型數據。具有掉電保存花型數據，控制從單片機控制電機轉速，并就斷針、斷油、斷線報警。</p><p>　　關鍵詞：STC89C52RC單片機、AT45DB021B、鍵盤顯示、串口通訊、花型存儲</p><p><b>　　指導老師簽名：</b></p><p>　　The Hardwa

11、re Design of Jacquard Fur Machine Pattern Input System</p><p>　　Name: Class: 090401</p><p>　　Supervisor: Zaihong Wan</p><p>　　Abstract：Jacquard artificial fur machine is a p

12、roduction of artificial fur jacquard knitting machinery. As people's living standards improve and aesthetic concept of change, jacquard artificial fur will undoubtedly have a more broad application prospects. Along w

13、ith the rapid development of the electronics industry, electronic jacquard technology applications on the machine to a significant effect, developed rapidly make the electronic jacquard fur machine integrated direction.

14、The development o</p><p>　　This paper describes the jacquard fur machine pattern input system related concepts, and then introduces the jacquard fur machine pattern input system hardware design process. Desi

15、gn includes design compared smallest single-chip system design, FLASH memory circuit design pattern, keyboard and display circuit design, circuit design, and alarm from the microcontroller motor control unit circuit desi

16、gn. Secondly, a brief description of the main software design and each module software design ideas.</p><p>　　The design is completed with a floral jacquard fur machine type input system's basic function

17、ality. System has a host computer through the 232 reached under the flower pattern data controller. Next-bit machine with human interface for querying and modifying flower pattern features. Pattern storage unit capable o

18、f storing up to 999 rows, 1056 8-color flower type data. Has a power-down save pattern data from the microcontroller to control the motor speed control, and to needle off the oil, break a</p><p>　　Keywords:

19、STC89C52RC microcontroller, AT45DB021B, keyboard, display, serial communications, pattern storage</p><p>　　Signature of Supervisor:</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　

20、1 引言1</b></p><p>　　2 系統(tǒng)組成與原理2</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)組成2</b></p><p>　　2.2 工作原理3</p><p>　　2.3 方案論證與比較 3</p><p>　　2.3.1單片機選擇3</p>&l

21、t;p>　　2.3.2存儲芯片選擇3</p><p>　　2.3.3 鍵盤顯示模塊選擇5</p><p>　　3 提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)的硬件設計6</p><p>　　3.1 單片機最小系統(tǒng)設計 6</p><p>　　3.1.1 RS232串口電路設計6</p><p>　　3.1.2 復位及震蕩電

22、路7</p><p>　　3.2 FLASH存儲電路設計 9</p><p>　　3.1.2 AT45DB021B芯片簡介9</p><p>　　3.1.2 AT45DB021B與單片機接口電路設計10</p><p>　　3.4 顯示電路設計11</p><p>　　3.5 鍵盤電路設計 12</p

23、><p>　　3.6 報警電路設計12</p><p>　　3.6.1模擬報警信號產生與檢測說明12</p><p>　　3.6.2報警電路設計13</p><p>　　3.7 從單片機電機控制電路設計13</p><p>　　3.7.1 步進電機簡介13</p><p>　　3.4.2

24、步進電機控制驅動電路設計15</p><p>　　4 提花毛片機花型輸入系統(tǒng)的軟件設計17</p><p><b>　　4.1概述17</b></p><p>　　4.1.1 C51編程語言與編譯器概述17</p><p>　　4.1.2 VC++編譯環(huán)境概述17</p><p>　　4

25、.2系統(tǒng)資源分配17</p><p>　　4.3 系統(tǒng)軟件總體結構 19</p><p>　　4.3.1主程序設計19</p><p>　　4.3.2鍵盤掃描軟件模塊設計21</p><p>　　4.3.3顯示模塊軟件設計22</p><p>　　4.3.4 FLASH驅動軟件設計24</p>

26、<p>　　4.3.5報警模塊程序設計28</p><p>　　4.3.6 步進電機控制程序設計29</p><p>　　4.3.7串口通信軟件模塊設計31</p><p>　　4.3.8 上位機軟件設計31</p><p>　　5 調試及結果分析34</p><p>　　5.1硬件調試及結果分析

27、34</p><p>　　5.2 系統(tǒng)軟硬件聯調35</p><p>　　6 總結與體會36</p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　附錄39</b><

28、/p><p>　　附錄A 系統(tǒng)總電路原理圖39</p><p>　　附錄B PCB版圖42</p><p>　　附錄C 實物圖片46</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　電腦提花人造毛皮機是一種特殊的針織機械，集梳理、針織、控制及計算機等 技術于一體，隨著現代科技的

29、迅猛發(fā)展和人們生活的需要擁有廣闊的市場前景。提花毛皮機分為兩種形式的提花裝置：機械式和電子式。喂紗式以前者(即滾筒提花)為多，而喂條式以后者(即電腦提花裝置)為主。我國電腦提花人造毛皮機的生產雖只有三十年的歷史，但電子提花技術在機器上的應用卻發(fā)展極為迅速，從花型準備系統(tǒng)到造針機構 梳理機構 同步機構及編織機構等的控制，無不實現高度集成電子化。</p><p>　　整個毛皮機系統(tǒng)主要包括單片機最小系統(tǒng)、花型存儲系統(tǒng)

30、、鍵盤顯示系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、電機控制驅動系統(tǒng)、花型編碼控制系統(tǒng)、選針器控制系統(tǒng)、穩(wěn)壓電源、上位機軟件等。</p><p>　　本課題主要研究的是提花毛皮機的花型輸入系統(tǒng)，所研究的內容為提花毛皮機的花型存儲和準備過程。用單片機、FLASH、人機接口、個人PC，通過該儀器實現對提花毛皮機花型準備過程，通過個人PC實時傳輸花型數據給提花毛皮機，并且花型機也有顯示鍵盤模塊告知用戶目前的花型數據和修改功能。系統(tǒng)同時具備當系統(tǒng)

31、遭遇斷針、斷油、斷線情況進行報警。</p><p>　　本次設計主要研究的是花型存儲系統(tǒng)和單片機最小系統(tǒng)以及上位機軟件，并且簡單的設計了報警系統(tǒng)和步進電機控制系統(tǒng)。</p><p>　　2提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)硬件簡述</p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　本設計要求用單片機、FLAS

32、H存儲芯片、通信接口設計并制作提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)，實現對花型數據的傳輸、檢測和臨時修改，并且具備對一些簡單故障進行檢測和報警以及簡單的對后級驅動電機進行調速。綜合以上要求，設計的系統(tǒng)主要包括單片機最小系統(tǒng)、花型存儲系統(tǒng)、串口通信系統(tǒng)、顯示鍵盤系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、簡單的電機驅動控制系統(tǒng)。提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖</p><p&g

33、t;　　單片機控制模塊控制數據存儲模塊、顯示鍵盤模塊、通訊模塊、報警模塊、電機控制模塊，并分析、處理采集到的數據。</p><p>　　數據存儲模塊采用FLASH芯片完成對花型數據的存儲，并且由于FLASH的特性，使其具備了掉電數據不丟失的特點。</p><p>　　顯示鍵盤模塊實現用戶與毛皮機的一個人機交互的過程，使其可以查詢到花型數據并且支持臨時小批量手動修改花型數據。</p&g

34、t;<p>　　232串口通訊模塊主要實現PC機將大批量的花型數據傳輸給毛皮機，通訊距離較短，通訊速度適中。</p><p>　　報警模塊主要實現對斷針、斷油、斷線情況進行報警。</p><p>　　電機控制模塊主要實現后級電機模擬驅動控制。</p><p>　　管理者可以使用PC機上位機花型傳輸軟件向下位機傳輸花型數據，并且具備掉電保存花型數據的功能

35、，下位機具備查詢和修改功能，并且對斷針斷油斷線等故障做出報警。上位機同時可以對控制電機的從單片機發(fā)送轉速設定，控制后級驅動電機模塊。</p><p><b>　　2.2 工作原理 </b></p><p>　　本設計的工作原理為：采用單片機最小系統(tǒng)為核心控制模塊，通過232串口通訊接口連接PC機和單片機控制模塊。用主單片機控制鍵盤顯示以及FLASH存儲花型數據。從單片

36、機主要控制轉速設定，同樣通過PC機通過232串口發(fā)送控制指令使得從單片機可以控制步進電機的轉速，轉角，轉向。</p><p>　　2.3 方案論證與比較</p><p>　　提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)主要由單片機最小系統(tǒng)、串口通訊系統(tǒng)、鍵盤顯示系統(tǒng)、FLSAH系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、步進電機控制系統(tǒng)等模塊組成，在單片機的控制下協(xié)調工作，完成對花型數據傳輸、保存、查詢、修改以及對相關故障報警和步進電機控

37、制等功能。在形成系統(tǒng)各部分方案時綜合考慮了可行性、可靠性、精度、成本等因素，以使整個系統(tǒng)安全可靠、簡易實用。</p><p>　　2.3.1 單片機的選擇</p><p>　　選擇單片機時考慮了以下幾個要求：</p><p>　　可靠性 由于提花毛皮機工作環(huán)境一般比較復雜，這使得其控制系統(tǒng)必須具備較強的抗干擾能力。</p><p>　　內部

38、資源 由于本次設計的程序量較大，且單片機需要采集大量數據存儲在外部RAM中，設計較復雜。所選單片機必須有足夠的內部ROM和RAM。</p><p>　　成本 從整機成本考慮，在能達到設計要求的前提下，單片機的價格越低越好。</p><p>　　基于以上幾點原因，本次設計采用STC89C52RC單片機作為核心控制部件。它具有8K字節(jié)片內Flash程序存儲器，256字節(jié)片內RAM數據存儲器

39、；通過了4000V高壓脈沖測試，具有很強的抗干擾性；支持ISP/IAP(在系統(tǒng)可編程/在應用可編程)，無須專用編程器；內部集成硬件看門狗(WDT)，提高了程序運行可靠性。</p><p>　　2.3.2存儲芯片選擇</p><p>　　選擇存儲芯片時考慮了一下幾個要求：</p><p>　　存儲容量 由于設計要求需要存儲999行，1056列8位花型數據，這使得存儲

40、芯片至少需要999*1056=1054944個存儲單元。</p><p>　　功能 由于本次設計要求掉電后花型數據仍然可以保存，使得其必須要求選擇FLASH、EEPROM等掉電后不會丟失記憶的芯片。</p><p>　　成本與速度 從整機成本考慮，在能達到設計要求的前提下，單片機的價格越低越好。并且由于存儲芯片內容不是很大，并且對速度要求不是很高。</p><p&g

41、t;　　基于以上幾點原因，本次設計初期選擇了四片AT45DB021B或者一片M29F016D FLASH存儲器完成存儲單元設計。AT45DB021B是一款基于SPI通訊總線的串行FLASH芯片，節(jié)約單片機的IO口，但是讀寫時序比較復雜；而M29F016D相反的，其是一款并行FLASH存儲器，讀取速度更快，但是需要占用大量的單片機IO口，并且成本較高。其管腳也較小，并且比較多，不易于PCB版圖設計和焊接。綜上考慮，最后采用了四片AT45D

42、B021B組成花型存儲單元。AT45DB021B芯片實物圖如圖2.1所示。M29DF016D芯片實物圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖 2.1 AT45DB021B芯片實物圖</p><p>　　圖 2.2 M29DF016D芯片實物圖</p><p>　　2.3.3 顯示模塊的比較與選擇</p><p>　　在顯示數據時，可選用數

43、碼管顯示或者液晶顯示。從成本考慮，數碼管顯示比液晶顯示要低。由于成本以及設計要求綜合考慮，采用數碼管顯示模式。在顯示譯碼芯片選擇過程中，可選用HD7279鍵盤顯示芯片外擴顯示與鍵盤。HD7279是一種串行專用顯示鍵盤擴展芯片，IO口占用較少，但是其讀寫時序較為復雜，并且成本較高。而使用138譯碼芯片與單片機整體設計設計簡單并且成本較為低廉，鍵盤使用單片機P口直接擴展，降低成本和軟件設計困難。綜上考慮，在本次設計中將不予采用HD7279顯

44、示芯片，而直接使用簡單數字邏輯器件搭建鍵盤顯示電路。</p><p>　　3 提花毛皮機花型輸入系統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　3.1 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　該部分電路是系統(tǒng)控制和數據處理的核心，主要由RS232串口電路、STC89C52RC單片機及相應的時鐘振蕩電路和復位電路組成。</p><p>　　3.1.1 RS23

45、2串口電路設計</p><p>　　STC89C52RC單片機電平為TTL電平(即：高電平 — +5V,低電平 — 0V)，而計算機串口電平為RS232電平(即：高電平 — -12V,低電平 — +12V),所以，計算機與單片機之間進行通訊時需要加電平轉換芯片。RS232串口電路如圖3.1所示。</p><p>　　圖中MAX232芯片是專門設計為TTL電平和RS232標準電平做電平轉換的

46、芯片。RS232標準電平在+15V ~ -15V之間，而傳統(tǒng)的TTL電平在0V ~ 5V之間。MAX232芯片的設計就是為了完成這個電平之間的轉換。MAX232芯片采用單電源+5V供電，僅需要幾個電容就可以完成RS232和TTL電平之間的轉換，共兩路。其中R1IN、R1OUT、T1IN、T1OUT為第一數據通道；R2IN、R2OUT、T2IN、T2OUT為第二數據通道。TTL/CMOS信號從T1IN、T2IN輸入轉換成RS232數據從T

47、1OUT、T2OUT送到電腦的DP9插頭；DP9插頭中RS232數據從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數據后由R1OUT、R2OUT輸出。</p><p>　　圖 3.1 RS232串口電路</p><p>　　圖3.1中，RS232串口電路使用MAX232CPE作為電平轉換芯片，通過串口線連接到計算機的COM口(9針D形口)，用于STC89C52RC單片機與上位機通信以及和

48、其他串口設備的數據交互。</p><p>　　3.1.2 復位及振蕩電路</p><p>　　復位及振蕩電路如圖3.2所示。 </p><p>　　圖 3.2 復位及振蕩電路</p><p>　　系統(tǒng)在啟動運行時都要復位，使中央處理器和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開始工作。復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成。S

49、TC89C52RC單片機為高電平復位，通常在復位引腳RST上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個RC充放電回路，保證單片機在上電時RST引腳上有足夠時間的高電平進行復位，隨后回到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值分別為10KΩ、10uF。按鍵復位是在復位電容上并聯一個開關，當開關按下時電容放電，RST被拉到高電平，由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復位。</p><p&

50、gt;　　時鐘振蕩電路控制著計算機的工作節(jié)奏。STC89C52RC內部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2 分別是反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件就組成振蕩器產生時鐘送至單片機內部的各個部件。如圖3.5 所示，片內電路與片外器件構成一個時鐘發(fā)生電路，CPU 的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內振蕩器的震蕩頻率fosc非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz～12MHz 之間選取，此次采用的時鐘頻率是11.0592MHz。C

51、1、C2 為反饋電容，其值在5pF～30pF 之間選擇,其典型值是30pF，設計中采用20pF。</p><p>　　單片機采用的是STC公司的89C52RC芯片。該款芯片是一款 80C51微控制器，16kB Flash和 512字節(jié)的數據 RAM。89C52RC的典型特性是它的 X2方式選項。利用該特性，設計工程師可使應用程序以傳統(tǒng)的 80C51時鐘頻率（每個機器周期包含 12個時鐘）或 X2方式（每個機器周期

52、包含 6個時鐘）的時鐘頻率運行，選擇 X2方式可在相同時鐘頻率下獲得 2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時鐘頻率減半而保持特性不變，這樣可以極大地降低電磁干擾(EMI)。 Flash程序存儲器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（ ISP）。并行編程方式提供了高速的分組編程（頁編程）方式，可節(jié)省編程成本和上市時間。 ISP允</p><p>　　許在軟件控制下對成品中的器件進行重復編程。應用固件的產生/更新能力實現了

53、 ISP的大范圍應用。 89C52RC也可采用在應用中編程（ IAP），允許隨時對 Flash程序存儲器重新配置，即使是應用程序正在運行也不例外。</p><p>　　3.3FLASH存儲電路設計</p><p>　　3.3.1 AT45DB021B芯片簡介</p><p>　　AT45DB021B是一個僅2.7伏供電，串行接口閃存。非常適合用于各種各樣的數字語音

54、，圖像，程序代碼和數據存儲應用。其內存空間有1024頁，每頁264字節(jié)，共2,162,688位。除了主存儲器，AT45DB021B還包含兩個SRAM數據緩沖區(qū)，每個264字節(jié)。該緩沖器允許接收數據，而且在主存儲器中的頁被重新編程，以及讀取或寫入一個連續(xù)的數據流。</p><p>　　一個自包含三步讀 - 修改 - 寫操作EEPROM仿真（位或字節(jié)改變能力）的芯片是很容易處理。不同于傳統(tǒng)的快閃記憶體，它可以隨機訪問

55、多個地址線和一個并行接口，數據閃存使用的SPI串行界面的順序訪問其數據。數據閃存支持SPI模式0和模式3。簡單的串行接口有利于硬件布局，提高了系統(tǒng)的可靠性，最大限度地降低開關噪聲，并減少包裝規(guī)模和活躍引腳數。該器件經過優(yōu)化，使用在許多商業(yè)和工業(yè)應用的高密度，低引腳數，低電壓和低功耗是至關重要的。該器件工作在一個典型的有效的讀電流消耗為4 mA至20 MHz的時鐘頻率。</p><p>　　為了讓簡單的系統(tǒng)內可編程

56、，不需要AT45DB021B高輸入電壓進行編程。該器件工作在單電源供電，2.7V到3.6V，兩個方案和讀取操作。該AT45DB021B被啟用通過片選引腳（CS），并通過一個三線的接口，包括訪問串行輸入（SI），串行輸出（SO）和串行時鐘（SCK）。</p><p>　　所有的編程周期是自定時，并沒有單獨的擦除周期之前需要編程。</p><p>　　當芯片從Atmel公司出貨后，最重要的內存

57、頁陣列可能不會被刪除。換句話說，最后一頁的內容可能并不充滿FFH。芯片圖如3.3所示。</p><p>　　圖 3.3 AT45DB021B芯片</p><p>　　3.3.2 AT45DB021B與單片機接口電路設計</p><p>　　AT45DBO21B是一款基于SPI通訊總線的串行FLSAH芯片。其連接電路圖比較簡單。將其四個芯片1腳SI并聯至單片機P3.2

58、，四個芯片的8腳SO并聯至單片機的P3.3，四個芯片的2腳SCK并聯接到單片機的P1.7。每個芯片的4腳CS接到單片機的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7。4個芯片的3腳RESET、5腳WP以及6腳VCC連接至高電平VCC，而7腳GND連接于GND。</p><p>　　圖 3.4 FLASH存儲電路</p><p>　　SI和SO是數據輸入輸出口，用于完成數據的讀寫；SCK是芯片的

59、時鐘信號，由單片機給出，作為工作基準；CS是芯片片選信號，通過單片機給低電平信號選通芯片使某個芯片工作；RESET和WP連接至高電平，使其不會復位和關閉寫保護功能；VCC和GND為芯片提供2.7V的工作電壓。FLASH的硬件連接圖如圖3.4所示。</p><p>　　3.4 顯示電路設計</p><p>　　顯示模塊由6個數碼管、74HC245總線收發(fā)器和74LS138譯碼器組成。采用動態(tài)

60、掃描。第一位數碼管用于顯示當前轉速，第二位數碼管用于顯示花型數據，后四位數碼管用于顯示花型地址（行數或列數）如圖3.5。</p><p>　　圖 3.5 顯示與譯碼電路</p><p>　　通過138譯碼器選取不同的數碼管來顯示不同數據，用9012驅動數碼管，采用動態(tài)掃描。數碼管為共陽數碼管。4.7K電阻為上拉電阻，使得P0口具備高電平要求。</p><p>　　圖

61、中74LS138解碼一八線，根據條件在三元選擇輸入和三使能輸入。雙有源低一電平有效使能輸入減少需要外部大門或逆變器在擴大。一個24-line譯碼器可以實現無需外部逆變器，和一個32-line解碼器只需要一個逆變器。使能輸入可以用來作為解復用應用程序的數據輸入?？梢酝ㄟ^三條信號線的輸入來決定八條信號線的輸出。</p><p>　　電路圖中74HC245是一種高速COMS器件，管腳同時也可以兼容TTL電平。工作時間為

62、7ns。其主要功能是作為三態(tài)輸出的八組總線收發(fā)器，DIR可以作為方向控制，用于驅動數碼管或者LED等輸入電流要求較高的器件。</p><p>　　3.5 鍵盤電路設計</p><p>　　鍵盤使用經典的4*4的矩陣鍵盤，使用單片機P2口擴展。如圖3.6。</p><p><b>　　圖3.6 鍵盤電路</b></p><p&

63、gt;　　為了使用戶使用方便，將K1、K2、K3、K5、K6、K7、K9、K10、K11、K8設置為1、2、3、4、5、6、7、8、9、0數字鍵盤按鍵。K12、K16為查詢、修改功能按鍵，K13、K14、K15為模擬報警信號按鍵，分別為斷針、斷線、斷油情況，K4為清除報警按鈕。4.7K電阻為限流電阻，為防止單片機IO口燒壞。</p><p>　　3.6 報警電路設計</p><p>　　3

64、.6.1模擬報警信號產生與檢測說明</p><p>　　報警信號由鍵盤電路產生一個模擬報警。當單片機查詢到K13、K14、K15按鍵按下時，則會調用報警子程序，完成一個模擬報警過程。K4為報警狀態(tài)消除按鍵，只有當按下K4時，報警狀態(tài)才能夠解除。</p><p>　　3.6.2報警電路設計</p><p>　　報警電路主要由三極管，發(fā)光二極管組成。其電路圖如圖3.7。

65、</p><p>　　圖 3.7 報警電路</p><p>　　當檢測到報警信號時，單片機P1.6給出一個高電平，使9013三極管導通，點亮二極管報警。200、1K電阻是為限流設計的。</p><p>　　3.7 從單片機電機控制電路設計</p><p>　　3.7.1 步進電機簡介</p><p>　　步進電機是將電

66、脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。</p><p>　　雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。

67、它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。 </p><p>　　步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的一種開環(huán)線性執(zhí)行元件，具有無累積誤差、成本低、控制簡單特點。產品從相數上分有二、三、四、五相，從步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°，從規(guī)格上分有口42~φ

68、130，從靜力矩上分有0.1N·M~40N·M。一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。</p><p>　　此次設計采用的步進電機型號為28BYJ48，它是四相八拍的電機，電壓為DC5V。類型為永磁式減速步進電機。實物圖如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 28BYJ48步進電機</p><p>　　四相電機工作方式有二種，四

69、相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度）。</p><p>　　當對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉動。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應轉子轉過一定的角度（一個步距角）。當通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉子轉過一個齒距。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通

70、電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A。。。），雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。）。主要技術指標如圖3.9所示。</p><p>　　圖 3.9 28BYJ48步進電機</p><p>　　這款電機的減速比是1:64，也就是說電機每次的步進角度為5.625/64度，步進角度很小，也使得電機轉速

71、很精準，非常適合細微控制。</p><p>　　3.4.2 步進電機控制驅動電路設計</p><p>　　本次設計使用從單片機控制電機轉動，使用其P1.0、P1.1、P1.2、P1.3作為信號控制線。其電路圖如圖3.10所示。</p><p>　　圖 3.10 步進電機控制驅動電路</p><p>　　四只9012的三極管，共集電極安放，將M

72、C0-3電平反向輸出，增強電流驅動能力。1K為限流電阻。</p><p>　　轉角控制，轉速控制信息由上位機通過RS232串口電路傳給從單片機，通過軟件延時，序列驅動次數來改變其轉速、轉角。串口電路在3.1.1已經介紹過，此處不再介紹。</p><p>　　4 提花毛片機花型輸入系統(tǒng)的軟件設計</p><p><b>　　4.1概述</b>&l

73、t;/p><p>　　4.1 .1C51編程語言與編譯器概述</p><p>　　51的編程語言常用的有二種，一種是匯編語言，一種是C語言。匯編語言的機器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強，而C語言在大多數情況下其機器代碼生成效率和匯編語言相當，但可讀性和可移植性比匯編語言要好，而且C語言還可以嵌入匯編來解決高時效性的代碼編寫問題。所以本設計采用C語言進行編程。</p><p

74、>　　使用C語言時要用到C編譯器，以便把寫好的C程序編譯為機器碼，這樣單片機才能執(zhí)行編寫好的程序。Keil uVision3 是眾多單片機應用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的MCS51架構的芯片，它集編輯、編譯、仿真等功能于一體，同時還支持PLM、匯編和C語言的程序設計，它的界面和常用的微軟VC++的界面相似，界面友好，易學易用，在調試程序、軟件仿真方面也有很強大的功能。</p><p>　　

75、4.1.2 VC++編譯環(huán)境概述</p><p>　　Microsoft Visual C++，（簡稱Visual C++、MSVC、VC++或VC）微軟的C++開發(fā)工具，具有集成開發(fā)環(huán)境，可提供編輯C語言，C++以及C++/CLI等編程語言。VC++整合了便利的除錯工具，特別是整合了微軟視窗程式設計（Windows API）、三維動畫DirectX API，Microsoft .NET框架。目前最新的版本是Mi

76、crosoft Visual C++ 2012。</p><p>　　Microsoft Visual C++是Microsoft公司推出的開發(fā)Win32環(huán)境程序，面向對象的可視化集成編程系統(tǒng)。它不但具有程序框架自動生成、靈活方便的類管理、代碼編寫和界面設計集成交互操作、可開發(fā)多種程序等優(yōu)點，而且通過簡單的設置就可使其生成的程序框架支持數據庫接口、OLE2，WinSock網絡、3D控制界面。</p>

77、<p>　　它以擁有“語法高亮”，IntelliSense（自動完成功能）以及高級除錯功能而著稱。比如，它允許用戶進行遠程調試，單步執(zhí)行等。還有允許用戶在調試期間重新編譯被修改的代碼，而不必重新啟動正在調試的程序。其編譯及建置系統(tǒng)以預編譯頭文件、最小重建功能及累加連結著稱。這些特征明顯縮短程式編輯、編譯及連結花費的時間，在大型軟件計劃上尤其顯著。</p><p><b>　　4.2系統(tǒng)資源分

78、配</b></p><p>　　主單片機系統(tǒng)使用P0口作為8位數碼輸出，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4口作為顯示譯碼功能使用，P1.6作為系統(tǒng)報警電路觸發(fā)信號，P1.7為FLASH提供時鐘信號，P2口用于擴展你4*4的矩陣鍵盤，P3.0、P3.1作為單片機異步通訊的輸出和輸入信號的產生和接收，P3.2、P3.3作為FLASH的串行輸入輸出信號使用，P3.4、P3.5、P3.6、P3.

79、7作為FLASH存儲電路的片選信號使用。</p><p>　　從單片機使用P1.0、P1.1、P1.2、P1.3用于步進電機的驅動序列信號產生，P3.0、P3.1作為單片機異步通訊的輸出和輸入信號的產生和接收。</p><p>　　鍵盤的按鍵名稱、鍵值與功能如圖4.1所示。</p><p>　　圖 4.1 鍵盤名稱、鍵值、功能</p><p>

80、;　　部分全局變量說明如圖4.2所示。</p><p>　　圖 4.2 部分全局變量說明</p><p>　　4.3 系統(tǒng)軟件總體結構</p><p>　　系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主要包含系統(tǒng)軟件主程序、串口通信模塊子程序、鍵盤掃描模塊子程序、顯示與處理模塊子程序、FLASH驅動模塊子程序、步進電機控制模塊子程序、報警模塊子程序、上位機模塊子程序以及中斷服務程序。</p&

81、gt;<p>　　4.3.1主程序設計</p><p>　　主程序流程圖如圖4.3。</p><p>　　首先進行各類子模塊初始化。接著進行鍵盤掃描，根據讀到的鍵盤值調用不同的功能函數，對FLASH進行讀寫和顯示數據或者報警。</p><p>　　在顯示初始化中，清除所有的顯示數值，使其全滅；串口初始化時為其打開對應的中斷接口，使服務程序能夠正常工作；

82、FLASH初始化主要是將AT45DB021B的WP和RESET拉高，使其可以正常工作，并且初始化時將所有的CS都置高防止其誤讀寫。</p><p>　　圖 4.3 主程序流程圖</p><p>　　串口中斷服務程序流程圖如圖4.4。</p><p>　　在進入中斷服務程序后，單片機接受上位機傳下來的花型數據，由于傳輸是以八位二進制數傳輸的，顧要將其處理為相應的十進制

83、行列數進行保存。最后將數據返回給PC，使用戶了解是否傳輸成功。</p><p>　　圖 4.4 中斷服務程序</p><p>　　4.3.2鍵盤掃描軟件模塊設計</p><p>　　鍵盤掃描程序流程圖如圖4.5所示。</p><p>　　鍵盤掃描軟件采用經典掃描程序。先將第一行輸入置低，使其成為獨立的四個按鍵，通過檢測單片機IO口輸入狀態(tài)來判

84、斷是哪個按鍵按下，如果沒有按下，則接著掃描第二行。同理掃描第三行與第四行。當沒有按鍵按下時，返回一個初始值供單片機判斷。</p><p>　　圖 4.5鍵盤掃描流程圖</p><p>　　4.3.3顯示模塊軟件設計</p><p>　　顯示模塊程序流程圖如圖4.6所示。</p><p>　　顯示過程由單片機控制，通過P1.0~P1.2給74L

85、S138譯碼器信號，選擇不同的數碼管顯示，先同步顯示行高位，再同步顯示行低位。最后給一個四位顯示閃爍，延時1S。接下來再同步顯示列數據。最后根據按鍵功能讀出花型數據或顯示輸入花型數據。</p><p>　　圖 4.6 顯示模塊流程圖</p><p>　　4.3.4 FLASH驅動軟件設計</p><p>　　FLASH存儲模塊驅動軟件設計主要包括FLASH的寫入和讀

86、出。其讀出和寫入的流程圖如圖4.7和圖4.8所示。</p><p>　　FLASH讀采用持續(xù)數組讀模式。寫FLASH采取先取PAGE頁至BUFF1，擦除，再將內容寫入BUFF1，最后寫入FLASH主存儲器。</p><p>　　圖 4.7 FLASH數據讀出流程圖</p><p>　　圖 4.8 FLASH寫入流程圖</p><p>　　讀寫

87、是基于SPI讀寫時序的，上升沿發(fā)送，下降沿接收。采用Inactive Clock Polarity Low模式讀寫。</p><p>　　AT45DB021B是一款基于SPI傳輸總線的存儲芯片，在這里首先介紹SPI的接口協(xié)議。</p><p>　　同步外設接口(SPI)是由摩托羅拉公司開發(fā)的全雙工同步串行總線，該總線大量用在與EEPROM、ADC、FRAM和顯示驅動器之類的慢速外設器件通信

88、。</p><p>　　SPI（Serial Peripheral Interface）是一種串行同步通訊協(xié)議，由一個主設備和一個或多個從設備組成，主設備啟動一個與從設備的同步通訊，從而完成數據的交換。SPI 接口由SDI（串行數據輸入），SDO（串行數據輸出），SCK（串行移位時鐘），CS（從使能信號）四種信號構成，CS 決定了唯一的與主設備通信的從設備，如沒有CS 信號，則只能存在一個從設備，主設備通過產生移

89、位時鐘來發(fā)起通訊。通訊時，數據由SDO 輸出，SDI 輸入，數據在時鐘的上升或下降沿由SDO 輸出，在緊接著的下降或上升沿由SDI 讀入，這樣經過8/16 次時鐘的改變，完成8/16 位數據的傳輸。 </p><p>　　在SPI傳輸中，數據是同步進行發(fā)送和接收的。數據傳輸的時鐘基于來自主處理器的時鐘脈沖，摩托羅拉沒有定義任何通用SPI的時鐘規(guī)范。然而，最常用的時鐘設置基于時鐘極性(CPOL)和時鐘相位(CPHA

90、)兩個參數，CPOL定義SPI串行時鐘的活動狀態(tài)，而CPHA定義相對于SO-數據位的時鐘相位。CPOL和CPHA的設置決定了數據取樣的時鐘沿。</p><p>　　假設下面的8位寄存器裝的是待發(fā)送的數據10101010，上升沿發(fā)送、下降沿接收、高位先發(fā)送。      那么第一個上升沿來的時候數據將會是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到來的時候，sdi

91、上的電平將所存到寄存器中去，那么這時寄存器=0101010sdi，這樣在8個時鐘脈沖以后，兩個寄存器的內容互相交換一次。這樣就完成里一個spi時序。</p><p>　　AT45DB021B芯片有四種讀寫模式，包括Inactive Clock Polarity Low 、SPI Mode 0 、Inactive Clock Polarity High 、SPI Mode 3。確定其讀寫模式主要靠SCK的初試狀態(tài)決

92、定。其讀寫時序圖如圖4.9所示，上圖是Inactive Clock Polarity Low 或者SPI Mode 0讀寫，下圖是Inactive Clock Polarity High 或者SPI Mode 3讀寫方式。</p><p>　　圖4.9 AT45DB021B的讀寫時序圖</p><p>　　在本次設計中采用的是Inactive Clock Polarity Low讀寫模式，

93、在軟件初始化時會將SCK置低。</p><p>　　在具體執(zhí)行寫命令時，采用先往BUFFER里面寫入數據后再寫入主存儲器。其時序圖如圖4.10和4.11所示。</p><p>　　圖 4.10 BUFFER寫入時序</p><p>　　圖 4.11 主存儲器寫入時序</p><p>　　在具體執(zhí)行度命令時，采取68H持續(xù)數組連續(xù)讀取模式，并且

94、是在Inactive Clock Polarity Low模式下讀取主存儲器。其讀寫時序圖如圖4.12所示。</p><p>　　圖 4.12 主存儲器讀取時序</p><p>　　FLASH存儲電路的整體讀取過程為：軟件上首先判斷目標花色應該存入那個存儲芯片，再確定存儲位置和地址。之后調用寫命令函數，通過BUFFER先把需要寫入的PAGE頁內容讀入，擦除所要寫入的PAGE頁。把需要寫入的

95、數據寫入BUFFER，最后通過BUFFER寫入主存儲器。讀取查詢直接使用68H的連續(xù)數組讀取模式，將一批數值讀出。上升沿發(fā)送、下降沿接收、高位先發(fā)送。</p><p>　　4.3.5報警模塊程序設計</p><p>　　報警模塊軟件設計流程圖如圖4.13所示。</p><p>　　采集到報警信號時，啟動報警程序，點亮發(fā)光二極管。再檢測是否有解除信號產生，如果有，則退

96、出報警系統(tǒng)；如果沒有，則繼續(xù)報警。</p><p>　　圖 4.13 報警模塊軟件流程圖</p><p>　　4.3.6 步進電機控制程序設計</p><p>　　步進電機控制模塊分為兩部分，一部分為電機控制部分，其流程圖如圖4.14；另一部分為PC機通信部分，采用UART異步串口通信，如圖4.15。</p><p>　　圖 4.14 步進電

97、機驅動程序</p><p>　　圖 4.15 步進電機模塊中斷服務程序</p><p>　　在步進電機驅動程序中，設置了一個8個長度的數組變量用于產生步進電機驅動所需的步進脈沖，采用四相八拍制。PC機通過中斷服務程序通過RS232串口將轉速、轉角數據傳送給從單片機控制系統(tǒng)。通過修改延時時間來控制步進電機的轉速，通過修改發(fā)送的脈沖序列個數來改變轉角。</p><p>

98、　　4.3.7串口通信軟件模塊設計</p><p>　　串口通信軟件模塊其實已經包含在了兩個單片機的中斷服務程序當中，都采取UART異步串口通信。只要有數據到來，就產生一個中斷，用SBUF把傳輸的數據接收下來再調用相應的處理子函數進行處理。流程圖即為上文兩個中斷服務程序流程圖，這里不再重復介紹。</p><p>　　4.3.8 上位機軟件設計</p><p>　　上

99、位機軟件主要完成一個用戶在PC機上對花型輸入系統(tǒng)的操作過程。其主要分為兩個部分：接收模塊和發(fā)送模塊，其流程圖如圖4.16和圖4.17所示。</p><p>　　圖 4.16 接收數據流程圖</p><p>　　圖 4.12 發(fā)送數據流程圖</p><p>　　程序運行結果界面如圖4.13所示。從圖中可以看到，上位機軟件具備向下位機傳輸行列地址、花型數據以及COM口選

100、擇。下方還有一個接收數據區(qū)，用于接收下位機向上傳輸的數據，并以此來判斷傳輸是否成功。</p><p>　　軟件用戶交互界面友好，簡單易操作，可以完成一個PC機與用戶以及下位機的交互功能。</p><p>　　圖 4.13 上位機花型傳輸軟件</p><p>　　5 調試及結果分析</p><p>　　5.1 硬件調試及結果分析</p&

101、gt;<p>　　在本次設計中，本人負責硬件電路的設計與調試。調試硬件電路是否能正常工作，以及軟硬件聯調。調試過程主要分為以下幾個步驟：</p><p>　　第一步，首先在硬件電路沒有上電的情況下，檢查PCB板線路是否無誤。對照硬件電路原理圖，PCB板圖，用萬用表的蜂鳴檔檢查每塊PCB板每條線路是否都導通。檢查+5V、-5V的電源線是否全部連接好，電源和地是否有短路，每個芯片插座的電源端是否都連接在

102、一起，每個芯片插座的地端是否都連接在一起。通過細致的檢查，發(fā)現有些過孔和元件引腳有虛焊的現象，用烙鐵重新焊接，再用萬用表的蜂鳴檔從連通的起始端每個觸點逐個檢查，確保線路連通，發(fā)現問題則相應地進行解決。要注意的是，電源和地一定不能短路。若短路，應仔細檢查線路，并作相應改動。</p><p>　　第二步，調試單片機最小系統(tǒng)版。將單片機最小系統(tǒng)版上電后，首先嘗試使用程序下載軟件向單片機傳輸程序，并且同時觀察ALE的信號

103、變換情況。成功后使用一個簡單的串口調試程序測試單片機串口是否能夠正常返回數據。其能夠正常返回，這說明最小系統(tǒng)正常。</p><p>　　第三步，調試顯示鍵盤模塊。同樣首先下載一個簡單的顯示程序，確定138、245和數碼管能夠正常工作。再下載了一個簡單的掃鍵程序，確定矩陣鍵盤每個按下都有信號返回。</p><p>　　第四步，調試FLASH存儲電路。首先調試FLASH的讀功能。將FLASH上

104、電后，連接至單片機，使用示波器同時觀察SO和SCK管腳的信號脈沖情況。從示波器上可以看到，在執(zhí)行了讀命令后，每個SCK達到下降沿時，SO信號有變化，表示芯片正在正常讀取。同時用數碼管顯示讀取到的數據為F，是芯片資料中的初始值，表示讀取正常。其次，在每次讀寫時，讀取狀態(tài)寄存器的值，看其是否正常。再次，嘗試將數據寫入BUFFER1中，使用示波器觀察可以發(fā)現，在SCK信號達到上升沿時,SI信號有變化，表示其寫入BUFFER1區(qū)域正常。最后，嘗

105、試將一字節(jié)的數據寫入主存儲器某頁，在將其讀出至數碼管上顯示，可以發(fā)現其能夠正常顯示所期望的數值，表示FLASH驅動調試成功。</p><p>　　第五步，調試報警電路。當給三極管的基集高電平時，三極管導通，小燈亮。低電平時不導通，小燈滅。說明報警模塊正常。</p><p>　　第六步，調試步進電機控制模塊。先用示波器觀察步進電機四條信號線，看其信號是否與所給的理論信號相同。再接入步進電機，

106、其能夠正常轉動，說明步進電機控制電路正常工作。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)軟硬件聯調</p><p>　　軟硬件聯調時，使用PC上的上位機傳輸軟件向下位機傳輸數據?？梢栽赑C界面上觀察到返回的行列值以及花型數據。同時測試下位機的查詢和修改功能，發(fā)現其可以正常工作，顯示出正常的花型數據和對應的行列數。按下斷油、斷針、斷線模擬報警按鈕時，報警小燈亮起，系統(tǒng)停止工作直到有消除報警信號輸入，

107、系統(tǒng)才能夠繼續(xù)正常工作。以上說明提花毛皮機的花型準備系統(tǒng)能夠正常工作。同時在從單片機的上位機管理軟件中，可以向下位機傳輸轉速、轉角數據，并且從單片機也可以正常識別并調整步進電機的轉速、轉角。這說明提花毛皮機的步進電機控制系統(tǒng)可以正常工作。</p><p><b>　　6 總結與體會</b></p><p>　　這次畢業(yè)設計從原理圖設計，PCB板圖的設計，總體電路的完

108、成，到最后的軟件硬件的聯調。雖然出現了一些問題，但經過老師的悉心指導和同學們的幫助，并結合學過的理論知識，將出現的問題一一解決。畢業(yè)設計的實踐性很強，通過畢業(yè)設計，使得我們對專業(yè)課程的理論認識上升到實踐階段，提高了我們的動手能力與綜合所學知識并應用到實踐的能力。同時，畢業(yè)設計的分工也培養(yǎng)了同學之間的團隊合作能力與統(tǒng)籌規(guī)劃能力。</p><p>　　一個學期的畢設，有成功，有失敗。成功激勵著我們不斷前進，而失敗使我

109、們獲得寶貴的經驗，這些經驗不經過實踐是無法得到的。這次畢業(yè)設計最大的收獲就是能夠學以致用，理論與實踐相結合，并能根據實踐加深對理論的理解，提高了自己發(fā)現問題、分析問題、解決問題的能力，獲益匪淺。</p><p>　　這次設計采用了FLASH存儲芯片進行數據存取，由于以前沒有使用FLASH存儲芯片的經驗，此次設計讓我們學到了不少關于FLASH存儲芯片使用的新知識。此次設計采用C語言進行編程，而以往都是采用匯編語言進