组合机床液压动力滑台控制

XXXXXXXX 大学
课程设计说明书
学院（系）：机械电子工程学院
专业：自动化
学生姓名：XXXXX 学号：XXXX 课程设计题目：组合机床液压动力滑台控制
起迄日期: 12月22日~ 1月9日课程设计地点:XXXXX
指导教师: XXXX
下达任务书日期: 2008年 12月20 日
单片机课程设计与总结报告
摘要：
本系统采用单片机AT89S51为中心器件来设计组合机床控制器，系统具有两个动力头，通过采集行程开关的状态，控制7个液压电磁阀的动作，实现动力头的快进，工进，快退动作。

采用发光二极管作为指示灯，显示动力头的执行状态，设置了启动按钮和停止按钮，同时设有相应的指示灯，其中停止按钮可以让动力头恢复到初始位置。

通过此次设计提高了编程技巧。

学了PROTEL的基础应用，收获颇丰。

目录
一．设计任务…………………………
二．组合机床控制设计程序框图………
三．组合机床控制主程序………
四．系统硬件电路的设计…………………
五．原理图………………
六．软件仿真与调试……………………
七．总结与体会…………………………
八. 致谢……………………………….
一．设计任务
（一）、功能及技术指标要求
基本要求：设计组合机床液压动力滑台控制，要求应用单片机系统进行控制。

（二）、设计内容
某组合机床有两个动力头，它们的动作由液压电磁阀控制，其动作过程及对应的执行元件如图所示。

SQ0~SQ5为行程开关，YV1~YV7为液压电磁阀（24伏直流）。

从图可见，该系统具有两个顺序动作过程。

控制要求：
（1）当动力头在原位（SQ0）时，按下启动按钮后，1号动力头启动。

（2）当1号动力头循环结束后，2号动力头开始快进。

（3）2号动力头退回原位后，继续重复上一次的动作。

动作执行元件
YV1 YV2 YV3 YV4
快进0 1 1 0
工进Ⅰ 1 1 0 0
工进Ⅱ0 1 1 1
快退 1 0 1 0
动作执行元件
YV5 YV6 YV7
快进 1 1 0
工进 1 0 1
快退0 1 1
（三）设计思路及关键问题
组合机床液压动力滑台控制，首先它是一个简单的单片机系统，该系统具有两个动力头动力头Ⅰ依次进行快进→工进Ⅰ→工进Ⅱ→快退，接着动力头Ⅱ进行快进→工进→快退，然后动力头Ⅰ继续重复上一次的动作。

通过检测对应行程开关的状态来控制液压电磁阀的动作，实现动力头的快进，工进，快退等动作。

基于单片机的组合机床设计要充分认识以下两个问题：
（1）因为本实验是组合机床液压动力滑台控制实验，所以要先了解实际动力头的动作规律。

（2）本系统的执行元件是液压电磁阀，了解行程开关和相应电磁阀的关系，知道那个行程开关控制那几个电磁阀动作，实现的是什么样的动作，通过检测某个行程开关的状态，应用软件的方法控制电磁阀导通与关断。

二.组合机床液压动力滑台控制的设计程序框图
开始
三．组合机床控制程序的主程序
程序如下：
YV1 BIT P1.0
YV2 BIT P1.1
YV3 BIT P1.2
YV4 BIT P1.3
YV5 BIT P1.4
YV6 BIT P1.5
YV7 BIT P1.6
SQ0 BIT P2.0
SQ1 BIT P2.1
SQ2 BIT P2.2
SQ3 BIT P2.3
SQ4 BIT P2.4
SQ5 BIT P2.5
SB1 BIT P2.6 ;启动按钮
SB2 BIT P2.7 ;停止按钮
ORG 0000H
MOV P1,#0FFH ;p1口全部置一
QD: JNB SB1,DL1 ;检测启动按钮
AJMP QD
DL1:CLR P3.3
SETB P3.2
JC0:JNB SB2,D01 ;检测是否需要停止
D01:ACALL TZ ;调用子程序，进行复位
AJMP QD ;跳到启动程序
JNB SQ0,KJ1 ;SQ0被按下时，进行快进
AJMP JC0
JC1:JNB SB2,D02 ;检测是否需要停止
D02:ACALL TZ ;调用子程序
AJMP QD ;跳到启动程序
JNB SQ1,GJ1 ;SQ1被按下时，进行工进1
AJMP JC1
JC2:JNB SB2,D03 ;检测是否需要停止
D03:ACALL TZ ;调用子程序，进行复位
AJMP QD ;跳到启动程序
JNB SQ3,GJ2 ;SQ3被按下时，进行工进2
AJMP JC2
JC3:JNB SB2,DO4 ;检测是否需要停止
DO4:ACALL TZ ;调用子程序，进行复位
AJMP QD ;跳到启动程序
JNB SQ5,KT ;SQ5被按下，进行快退
AJMP JC3
KJ1:CLR C ;使C为0
MOV YV2,C ;液压电磁阀2得电,L2指示灯亮;表示在快进
MOV YV3,C ;液压电磁阀3得电,L3指示灯亮
AJMP JC1
GJ1:SETB YV2 ;液压电磁阀2失电,L2指示灯灭
SETB YV3 ;液压电磁阀3失电,L3指示灯灭
MOV YV1,C ;液压电磁阀1得电,L1指示灯亮;表示在工进1 MOV YV2,C ;液压电磁阀2得点,L2指示灯亮
AJMP JC2
GJ2:SETB YV1 ;液压电磁阀1失电,L1指示灯灭
SETB YV2 ;液压电磁阀2失电,L2指示灯灭
MOV YV2,C ;液压电磁阀2得电,L2指示灯亮;表示在工进2
MOV YV3,C ;液压电磁阀3得电,L3指示灯亮;表示在工进2
MOV YV4,C ;液压电磁阀4得电,L4指示灯亮;表示在工进2
AJMP JC3
KT: SETB YV2 ;液压电磁阀2失电,L2指示灯灭
SETB YV3 ;液压电磁阀3失电,L3指示灯灭
SETB Yv4 ;液压电磁阀4失电,L4指示灯灭
MOV YV1,C ;液压电磁阀1得电,L1指示灯亮;表示快退
MOV YV3,C ;液压电磁阀3得电,L3指示灯亮;表示快退
DL2:JNB SB2,D05 ;检测是否需要停止
D05:ACALL TZ2 ;调用子程序，进行复位
AJMP QD ;跳到启动程序
JNB SQ0,KJ2 ;SQ0被按下，动力头2进行快进
AJMP DL2
JC4:JNB SB2,D06 ;检测是否要停止
D06:ACALL TZ2 ;调用子程序，进行复位
AJMP QD ;跳到启动程序
JNB SQ2,GJ ;SQ2被按下，动力头2进行工进
AJMP JC4
JC5:JNB SB2,D07 ;检测是否要停止
D07:ACALL TZ2 ;调用子程序，进行复位
AJMP QD ;跳到启动程序
JNB SQ4,KT2 ;SQ4被按下,动力头2进行快退
AJMP JC5
KJ2:SETB YV1 ;液压电磁阀1失电，L1指示灯灭
SETB YV3 ;液压电磁阀3失电，L3指示灯灭
MOV YV5,C ;液压电磁阀5得电，L5指示灯亮;表示动力头2进行快进MOV YV6,C ;液压电磁阀6得电，L6指示灯亮
AJMP JC4
GJ: SETB YV5 ;液压电磁阀5失电，L5指示灯灭
SETB YV6 ;液压电磁阀6失电，L6指示灯灭
MOV YV5,C ;液压电磁阀5得电，L5指示灯亮;表示动力头2进行工进MOV YV7,C ;液压电磁阀7得电，L7指示灯亮
AJMP JC5
KT2:SETB YV5 ;液压电磁阀5失电，L5指示灯灭
SETB YV7 ;液压电磁阀7失电，L7指示灯灭
MOV YV6,C ;液压电磁阀6得电，L6指示灯亮;表示动力头2进行快退MOV YV7,C ;液压电磁阀7得电，L7指示灯亮
LJMP DL1
TZ: CLR P3.2 ;停止指示灯亮
SETB P3.3 ;启动指示灯灭
MOV P1,#0FFH
MOV YV1,C ;动力头1进行快退
MOV YV3,C ;动力头1进行快退
AA: JNB SQ0,BB ;检测是否到达初始位置
AJMP AA
BB: RET
TZ2:CLR P3.2 ;停止指示灯亮
SETB P3.3 ;启动指示灯灭
MOV P1,#0FFH
MOV YV6,C ;动力头2进行快退
MOV YV7,C ;动力头2进行快退
CC: JNB SQ0,DD ;检测是否达到初始位置
AJMP CC
DD: RET
END
四．系统硬件电路的设计
（1）系统采用单片机AT89S51芯片
1．主要特性：
·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
寿命：1000写/擦循环
数据保留时间：10年
·全静态工作：0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
2．管脚说明：
VCC：供电电压（40号引脚）。

GND：接地（20号引脚）。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0口既可以作为通用I/O口进行数据输入/输出，又可以作为单片机系统的地址/数据线使用。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口（结构上与P0口不同，只能作为通用数据I/O口使用），P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能
寄存器的内容。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口在实际应用中它的功能信号更为重要，如下所示：
P3口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号
RST：复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

3．达林顿管：
达林顿管又称复合管。

它将二只三极管适当的连接在一起，以组成一只等效的新的三极管。

这等于效三极管的放大倍数是二者之积。

在电子学电路设计中，达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。

本系统采用同极性接法的NPN型达林顿即NPN+NPN。

达林顿电路有四种接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP,PNP+NPN.
前二种是同极性接法，后二种是异极性接法。

NPN+NPN的同极性接法：B1为B，C1C2为C，E1B2接在一起，那么E2为E。

这里也说一下异极性接法。

以NPN+PNP为例。

设前一三极管T1的三极为C1B1E1，后一三极管T2的三极为C2B2E2。

达林顿管的接法应为：C1B2应接一起，E1C2应接一起。

等效三极管CBE的管脚，C=E2,B=B1，E=E1(即C2）。

等效三极管极性，与前一三极管相同。

即为NPN型。

PNP+NPN的接法与此类同。

4．光电隔离：
光电隔离器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光耦合器，简称光耦。

光耦合器以光为媒介传输电信号。

它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。

目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。

光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。

输入的电信号驱动发光二极管
（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。

这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。

由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。

所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。

在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

五．原理图
1．本系统采用单片机芯片AT89S51，P2.0 到P2.6为行程开关SQ0到SQ7的输入信号端口，其中对应的开关被按下，输入一个低电平，控制相应的电磁阀动作。

P1 .0 到 p1.6 为信号指示灯，P2.6,P2.7为启动，停止信号输入端，对应启动按钮和输入按钮。

P3.3和P3.2对应的L8，L9为启动，停止信号指示灯。

2．电磁阀部分，P口输入低电平，光耦导通，电磁阀动作。

1.单片机部分
2.电磁阀部分
六．软件仿真与调试
1、软件仿真：
使用伟福仿真器进行仿真，在伟福软件模拟器中进行程序的编写、编译，应用WAVE6000进行仿真。

2、软件调试
软件调试是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。

七．总结与体会
本系统是以单片机A T89S51芯片为核心部件，实现了组合机床液压动力滑台控制功能。

此次在硬件和软件的设计上，我们通过上网找资料，查阅专业书本，尽可能的了解有关于组合机床及程序设计这方面的知识。

通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。

使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。

八．致谢
通过本次课程设计，我们在陈老师的精心指导和严格要求下，巩固了所学的计算机工业控制等相关专业及专业基础课知识，学会查阅各种资料，学会使用PROTEL软件绘制电气原理图及了解了印刷电路板PCB图绘制的方法，进一步了解单片机应用及开发技术，极大地提高了实践能力，单片机领域这对我今后进一步学习其他专业知识有极大的帮助。

再此，忠心的感谢陈老师以及许多同学的指导和支持。

参考文献
【1】《单片机应用技术》刘守义主编西安电子科技大学出版社
【2】《单片机与可编程控制器应用技术》陈富安主编电子工业出版社
【3】《单片机基础》李广弟编著北京航空航天大学
【4】《单片微型计算机原理、应用及接口技术》张迎新等编著国防工业出版社【5】《单片机应用系统开发实例导航》求是科技主编人民邮电出版社
【6】《8051单片机彻底研究实习篇》林伸茂编著人民邮电出版社
【7】《单片机开发上岗培训教程》庄俊华主编机械工业出版社。