恒张力控制系统

第一章设计说明

课题简介

设计一个恒张力收盘控制系统，就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。张力应用于最广泛的造纸、纤维、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中，带材或线材的收放卷张力对产品的质量起着至关重要的作用。在收卷和放卷的过程中，为保证生产的质量及效率，保持恒定的张力是很重要的。本系统采用人及交互式的控制方法，由使用者输入设定张力值，通过磁粉制动器、传感器、转换芯片与单片机组成一个闭环系统，使张力恒定在设定值，达到恒张力控制的效果。

设计目的

通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成恒张力收盘控制系统的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。

设计任务

在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务：

1、设计单片机系统原理图（A0，PROTEL/CAD或手画）；

2、编写系统程序（主程序+子程序）；

3、写设计说明书；（设计说明，程序流程图，程序）；

4、答辩（十九周周四下午两点）；

设计方法

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。

第二章硬件设计及芯片介绍

硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。本设计选用以A T89S51单片机为主控单元。

单片机的选择

A T89S51是美国A TMEL公司声场的低功耗，高新能CM058位单片机，片内含4k bytes的可系统编程Flash只读程序存储器，器件采用A TMEL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）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，A TMEL公司的功能强大，价位低A T89S51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A T89S51芯片管脚图。

图3

A/D转换芯片的选择

ADC0809是美国生产的CN10S工艺的8通道，八位逐次逼近式的A/D转换器，分辨率为8位，满足系统要求。

管脚功能说明如下：

IN0~IN7:8路模拟信号入口

D0~D7:八位转换后的数据输出口

START:A/D转换启动信号

ALE:地址锁存信号

EOC:转换结束信号

OE:输出运行控制端

CLK:时钟信号

VREF+:A/D转换器的正参数电压

VREF-: A/D转换器的负参数电压

VCC:电源

ADDA、ADDB、ADDC：模拟信号接通的多路开关选择码

D/A转换芯片的选择

DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A 异步输入、同步转换等)。所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832应用的一些重要资料见下图：

DI0~DI7：数据输入线，TLL电平。

ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。

CS：片选信号输入线，低电平有效。

WR1：为输入寄存器的写选通信号。

XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。

WR2：为DAC寄存器写选通输入线。

Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。

Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。

Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.

Vcc:电源输入线(+5v~+15v)

V ref:基准电压输入线(-10v~+10v)

AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.

DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.

DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。

外部储存器的选择

选用2864A外部存储器，采用E2PROOM的突出优点是能够在线擦出，还有掉电不丢失等优点。

锁存器

74LS164是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。

时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端（DSA和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。

主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。

第三章程序框图

主

外部中断键盘LE D 程

序

AD转化流程图

数据处理流程图

第四章程序

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0013H

LJMP INT1

ORG 0003H

LJMP INT0

MAIN:主程序开始

MOV IE,#85H;打开中断总开关和两个外部中断

MOV IP,#01H;设中断0为高优先级，1为低优先级

LCALL ADCHANGE;调用AD转换子程序

LCALL DA TA TREA T;调用数据处理子程序

LCALL DACHANGE;调用DA转换子程序

CPL P1.5

SIMP MAIN

INT0:外中断0

SETB PCON.1

RETI

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

ADCHANGE:

SETB DACS

CLK EQU P1.1

DA TA EQU Q1.2

ADCS EQU Q1.3

ORG 0100H

ADMAIN:ADLOOP1:CJNE P1.1,#1H,ADLOOP1;查看是否转换完，若没有，则等待MOV SP,#60H

MOV A,#0FFH

CLR CLK

CLR ADCS

SETB P1.4

SETB P1.5

SETB DA TA1

MOV R5,#8

ADCONVTER:PUSH ACC

CLR ACC

CLR ADCS

ADLOOP:MOV C,DA TA；读取前8位数据到A中

RLC A

SETB CLK

NOP

CLR CLK

DJNZ R5,ADLOOP

;读后两位存放在B中

MOV C,DA TA

MOV B.1,C

SETB CLK

NOP

CLR CLK

MOV C,DA TA

MOV B.0,C

SETB CLK

NOP

CLR CLK

;数据处理

RL A

RL A

MOV C,ACC.1

MOV B.3,C

MOV C,B.1

MOV ACC.1,C

MOV C,ACC.0

MOV B.2,C

MOV C,B.0

MOV ACC.0,C

;把低八位数据放到2FH单元

MOV 2FH,A

;把高八位数据放到2EH单元

MOV A,B

RR A

RR A

ANL A,#03H

MOV 2EH,A

POP PSW

POP ACC

RET

****************************************************** INT1:PUCH ACC

PUSH PSW

CLR EA

PUSH PSW

PUSH ACC

SETB EA

MOV DPTR,#7FFFH;置8279命令/状态口地址

MOV A,#0D1H ;置清显示命令

MOVX @DPTR,A;送清显示命令

WEIT:MOVX A,@DPTR ;读状态

JB ACC.7,WEIT ;等待清显示RAM结束

MOV A,#34H ;置分频系数，晶振频率12MHZ

MOVX @DPTR,A;送分频系数

MOV A,#40H ;置键盘/显示命令

MOVX @DPTR,A;

MOV IE,#84H ;允许8279中断

键盘中断子程序如下：

KEY:PUSH PSW

PUSH DPL

PUSH DPH

PUSH ACC

PUSH B

SETB PSW.3

MOV DPTR,#7FFFH ;置状态口地址

MOVX A,@DPTR ;读FIFO状态

ANL A,#0FH ;

JZ PKYR ;

MOV A,#40H ;置读FIFO命令

MOVX @DPTR,A;

MOV DPTR,#7FFEH ;置数据口地址

MOVX A,@DPTR ;读数据

MOV R3,#6

MOV R0,#30H

LJMP KEY1 ;转键值处理程序

PKYR:POP B

POP ACC

POP DPH

POP DPL

POP PSW

LCALL DIS

KEY1:CJNE A,#0C0H,KEY2

MOV @R0,#1

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

KEY2:CJNE A,#0C8H,KEY3

MOV @R0,#2

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

KEY3:CJNE A,#0D0H,KEY4

MOV @R0,#3

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

KEY4:CJNE A,#0D8H,KEY5

MOV @R0,#4

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

KEY5:CJNE A,#0C1H,KEY6

MOV @R0,#5

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

KEY6:CJNE A,#0C9H,KEY7

MOV @R0,#6

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

KEY7:CJNE A,#0D1H,KEY8

MOV @R0,#7

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

KEY8:CJNE A,#0D9H,KEY9

MOV @R0,#8

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

KEY9:CJNE A,#0C0H,KEY0

MOV @R0,#9

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

KEY0:MOV @R0,#0

INC R0

DJNZ R3,KEY1

SJMP PKYR

显示子程序如下：

DIS:MOV DPTR,#7FFFH ;置8279命令/状态口地址MOV R0,#30H ;字段码首地址

MOV R7,#06H ;8位显示

MOV A,#90H ;置显示命令字

MOVX @DPTR，A;

MOV DPTR,#7FFEH ;置数据口地址

LP:MOV A,@R0 ;取显示数据

ADD A,#0BH ;加偏移量

MOVC A,@+PC ;查表，取得数据的段码

MOVX @DPTR,A;送段码显示

INC R0 ;调整数据指针

DJNZ R7,LP

CLR EA

POP ACC

POP PSW ;出栈

SETB EA

RETI

SEG:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH;用共阴极LED

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

DA TA TREA T:

PUSH ACC

PUSH PSW

MOV R3,#4

MOV R4,#2

MOV A,31H

RL A

RL A

RL A

RL A

MOV 31H,A

DA TALOOP1:MOV A,31H

RLC A

MOV A,30H

RLC A

DJNZ R3,DA TALOOP1;将键盘输入数据放入30H中

MOV B,#4H

MOV A,2EH

DIV AB

ANL A,#03H

MOV 2EH,A

MOV 2FH

DIV AB

ANL A,#0FDH

MOV 2FH,A

DA TALOOP2:MOV A,2EH

RRC A

MOV 2EH,A

MOV A,2FH

RRC A

MOV 2FH,A

DJNZ R4,LOOP2;将AD装换输入的十位数转换为八位并且存放到2FH单

元中

CLR C

MOV R5,C

MOV A,30H

SUBB A,2FH;将键盘输入值减去AD输入值

MUL AB

CJNE R5,#0,JIAN

ADDC A,@R1

MOV @R1,A

SJMP DA TALOOP3

JIAN:XCH A,@R1

SUBB A,@R1

MOV @R1,A

DA TALOOP3:POP PSW

POP ACC

RET

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

设转换之前把高8位放在R1中，把低4位放在R0的高四位中，其中底2位填充位为任意位，需要在运行此程序前处理好数据

DACHANGE:

SETB ADCS

P1.4 EQU DACS

P1.1 EQU CLK

P1.2 EQU DIN

CLR CLK

CLR DACS;此芯片必须在SCLK为低的情况下把片选拉低

SETB P1.3

SETB P1.5

MOV R3,#8

MOV A,R1

ADLOOP1:RLC A

MOV DIN,C

SETB CLK

NOP

CLR CLK

DJNZ R3,ADLOOP1

MOV R3,#4

MOV A,R0

ADLOOP2:RLC A

MOV DIN,C

SETB CLK

NOP

CLR CLK

DJNZ R3,ADLOOP2

RET