本科毕业设计87c51单片机自动装箱控制系统.docx

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本科毕业设计87c51单片机自动装箱控制系统

毕业综合技能实践论文

论文题目：

单片机自动装箱控制系统

学　　　　号：

21133637

姓　　名：

康文选

系　　部：

电气工程系

专业名称：

电气自动化

指导教师：

于新潮

2013年12月17日

包头职业技术学院电气工程系

摘要

在工业生产中，常常需要对产品进行计数、装箱。

如果用人工不但麻烦，而且效率低、劳动强度大。

随着微机控制的普及，特别是单片机的应用，给系统的设计带来了极大的方便。

本论文设计了一种以87c51单片机为核心的流水线产品计数及装箱控制系统，可以对工业自动化生产流水线上的产品进行精确的计数和装箱。

关键字：

单片机自动控制装箱

1绪论......................................................1

1.1课题背景.................................................1

1.2自动装箱设计意义....................................1

2硬件设计.......................................................5

绪论

1.1课题背景

随着经济的发展、人类的需要，现在的工厂和车间每天都要生产数以万计的产品。

在过去还可依赖人工纸笔计数，现在由于数量庞大加上生产速度之快这种人工计数的方式已无法达到良好的实时性与准确性。

因此自动计数系统已成为现今工业生产不可或缺的一部分。

然而一个优良的自动计数系统必须拥有良好的数据采集方式和完善的控制系统。

具有革命意义的自动化浪潮改变着自动装箱的方方面面。

优秀的自动控制装箱系统，无论从提高产品质量和生产效率方面，还是从消除加工误差和减轻劳动强度方面，都能起到十分明显的作用。

尤其在食品、饮料、药品、电子等行业。

这点都是至关重要的。

自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化，并得到更广泛的

应用。

1.2自动装箱系统的设计意义

自动化水平在在制造行业中不断提高，应用范围正在拓展。

装箱行业中自动化操作正在改变着装箱过程的动作方式和包装容器及材料的建工方法。

实现自动控制的装箱系统能够极大的提高生产效率和产品质量，显著消除包装工序及应刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源与资源的消耗。

2硬件设计

2.1单片机的选取

系统的微控制器，我们选用Intel公司生产的8位单片机

87c51单片机内部包含以下一些功能部件

⑴一个8位CPU；

⑵一个片内振荡器和时钟电路；

⑶4KBEPROM；

⑷128B内ROM；

⑸科寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；

⑹两个16位定时/计数器；

⑺21个特殊功能寄存器；

⑻4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线；

⑼一个可编程全双工串行口；

⑽5个中断源，可设置成2个优先级。

80c71单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚。

⑴电源

Vcc（引脚号40），芯片电源，接+5V。

Vss（引脚号20），电源接地端。

⑵时钟

XTAL1（引脚号18）内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个引脚。

当采用外部振荡时，此引脚接地。

XTAL2（引脚号19）内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶振的另一端。

采用外部振荡时，此引脚接外部振荡源。

⑶控制总线

①ALE/PROG\（引脚号30）正常操作时为ALE功能（允许地址锁存）。

用来把地址的低字节锁存到外部锁存器。

ALE引脚以不变的频率周期性地发出正脉冲信号。

因此，它可用作对外输出的时钟信号或用于定时。

②PSEN\（引脚号29）外部程序存储器选通信号。

在从外部程序存储器取指令（或数据）期间，PSEN\在每个机器周期内两次有效。

③RST/Vpd（引脚号9）复位信号输入端。

振荡器工作时，该引脚上持续2个机器周期的高电平可实现复位操作。

此引脚还可接上备用电源。

在Vcc掉电期间，由Vpd向内部RAM提供电源，以保持内部RAM中的数据。

④EA\/Vpp（引脚号9）EA\为内部程序存储器和外部程序存储器的选择端。

当EA\为高电平时，访问内部程序存储器；当EA\为低电平时，访问外部程序存储器。

⑷I/O线

①P0口（引脚号32~39）单片机的双向数据总线和低8位地址总线。

②P1口引脚号10~17准双向输入/输出口。

它能驱动4个LSTTL负载。

③P2口引脚号21~28准双向输入/输出口。

在访问外部存储器时，用作高8位地址总线。

④P3口引脚号10~17准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。

P3口的每一引脚还有另外一种功能；

P3.0--RXD;串行口输入端

P3.1--TXD;串行口输出端

P3.2--INT0\;外部中断0中断请求输入端

P3.3--INT1\;外部中断1中断请求输入端

P3.4--T0;定时/计数器0外部输入端

P3.5--T1;定时/计数器1外部输入端

P3.6--WR\;外部数据存储器写选通信号

P3.7--RD\;外部数据存储器读选通信号

2.274377扩展输出口

扩展输出口典型常用芯片为74377

74377为带有输出允许控制的8D触发器.D0~D7为8个D触发器的D输入端；Q0~Q7是8个D触发器的Q输出端；时钟脉冲输入端CLK,上升沿触发，8D共用；/OE为输出允许端，低电平有效。

当74377/OE端为低电平，且CLK端有正脉冲时，在正脉冲的上升沿，D端信号被锁存，从相应的Q端输出。

2.3时钟和时序

⑴时钟电路

87c51内单片机内有一高增益反相放大器，振荡频率取决于石英晶体的振荡频率，范围可取1.2~12MHz。

87c51内部方式时钟电路如图所示，在XTX1和XTX2引脚上外接定时元件，就能构成自激振荡电路。

定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。

电容C1和C2主要起频率微调作用。

电容值可选取为30uf左右（外接晶体时）或40uf左右（外接陶瓷谐振器时）

87c51外部方式时钟电路如图（b）所示，XTAL1接外部振荡器，XTAL2悬空，对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12Hz的方波。

⑵时钟周期和机器周期

时钟周期。

它是87c51振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基本、最小的定时信号。

状态周期。

它是将时钟脉冲时钟二分频的脉冲信号。

状态周期是时钟周期的两倍。

状态周期又称s周期。

机器周期。

是87c51单片机工作的基本定时单位，简称，机周。

指令周期。

指CPU执行一条指令占用的时间。

2.4复位方式

复位是计算机的一个重要的工作状态。

在单片机工作时，上电要复位、断电后要复位、发生故障要复位。

1复位条件

实现复位操作，必须使RST引脚（9）保持两个机器周期以上的高电平。

例如，若时钟频率为12MHz，每机周为1µs，则只需持续2µs以上时间的高电平。

2复位电路

单片机的复位有上电复位和按钮手动复位两种。

如图a为87c51的上电复位电路。

RC构成微分电路，在上电瞬间，产生一个微分脉冲，其宽度若大于2个机器周期，87c51将复位。

为保证微分脉冲宽度足够大，RC时间常数应大于两个机器周期。

一般取22µf电容，1kΩ电阻。

图b为按键复位电路。

该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按下图中RESET键，R1C2仍构成微分电路，使RST端产生一个微分脉冲复位，复位完毕C2经R2放电，等待下一次按下复位按键。

2.5用光电传感器采集产品

由于光电传感器的分类品种繁多，选择一个合适的传感器是首要任务。

其次是对信号的放大、波形的变化和波形的整形。

①光电传感器的选择

可选用由发射功率红外光电二极管和高灵敏光敏晶体管组成的直射式光电传感器。

采用这种红外光电传感器，进行非接触式检测。

当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，二当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。

2.6报警系统的硬件设计

在微机控制系统中，为了使生产安全准确，通常设有报警系统。

通常可通过声、光、语言进行报警。

在这里为了提高系统的可靠性及减少误操作，我们也设计了一个报警系统。

其报警方式采用光信号进行；我们用pc2、pc3这两个I/O口接线设计了两个状态指示灯以作为报警系统的输出硬件。

D1为红色，D2为绿色，当系统没有设定值而启动START键时，或者当计数值超过给定值时，则D1灯亮，提醒操作者注意，需重新设置参数后启动。

如果系统操作运行正常，则D2亮。

2.7给定值电路设计

为了使系统简单，设计的一个由二极管矩阵组成的编码键盘，如图

键选通信号KEYSTROBE（高电平有效），经反向器接到87c51的中断管脚。

当某一个键按下去时，KEYSROBE为高电平，经反向的下降沿向87c51申请中断。

87c51响应后，读入BCD码，作为给定值，并送显示。

由于系统设计只有三位显示，所以最多只能给定999，输入顺序为从高位（百位数）开始。

当按键未按下时，所有输出端均为高电平。

当按键按下后该键的BCD码将出现在输出线上。

例如，按下“6”键时，与键6相连的两个二极管导通，所以D,A线上为低电平，因此输出编码为0110，其余以此类推。

3软件设计

3.1主程序的设计及其流程图

通过上述分析可知，本系统键盘的作用主要是给定值的输入。

当给定值设定后，在包装过程中就没什么作用了。

因此为了提高系统的实时性，系统采用中断方式作键盘处理，对装箱是否到位记产品数计数，则采用查询方法。

3.2中断程序

中断程序主要用来设定给定值，当给定键有键按下时，KEYSTROBE输出高电平，经反相器后向87c51申请中断。

在中断服务程序中，读入该键盘给定值，一方面存入相应的给定单元（PARTS和BOXES），另一方面送去显示，以便操作者检查输入的给定值是否正确。

本程序输入的顺序是先输入包装箱数（3位，最大值为999，按百、十、个位顺序输入）,然后再输入每箱的零件数（3位，最大值999，输入顺序同包装箱）。

输入给定值中断服务程序图

3.3系统框图

为了设计主程序和子程序的流程图，首先必须设置有关内存单元。

这里用87c51内部EPRAM的20H单元的00H至03H四位分别代表电机1、电机2、报警和正常运行标志单元；用21H单元的08H和09H两位作为零件及包装箱计数标志单元。

当计数值等于给定值时，则此两位标志单元置1，则为0.一旦此标志单元1，则停止计数，把装满的包装箱运走并重新运来一个空箱；若包装箱数已够，则重新开始下一轮包装生产控制过程。

如果技术单元超过给定值，将产生报警，告知操作人员计数有误，此时系统自动停下来，等待操作人员处理。

结论

本系统优点是控制过程简单，操作方便，充分考虑了系统的性能和匹配问题，力求提高系统的可靠性，同时使其成本尽量低廉。

缺点是产品和装箱的计数不能超过999控制过程为顺序控制，电机的启动和停止不能实现自动启动和停止，需要人工操作电机开关。

本课题有软件和硬件相结合，难度很大，同时也具有很大的实用性。

在做毕业设计的过程中，我的理论和实践水平都有了较大的提高。

在本课题的设计中，我熟练掌握了单片机的设计原理，同时对各种传感器、触发器有了深入的了解。

通过这次设计，我学会了如何将所学的各门学科知识相结合，并且从根本上懂得了如何自己动手从零开始完成一项完整的控制系统。

参考文献

单片机原理与控制技术第二版

致谢

本论文是在于新潮老师细心指导下完成的。

论文从开始到最后的成稿，得到了于老师热情鼓励和细心指导，凝聚了恩师许多心血。

指导老师渊博的学识，严谨的治学态度使我受益匪浅。

在于老师和诸多同学的帮助下，我顺利的完成了本次设计。

在这里我要感谢于老师和帮助过我的同学。

设计伊始，于老师就有针对性的对我们提出了设计要求和注意事项，并对设计的各个环节流程及要点和难点做了详细的说明。

而同班同学帮我解决了许多设计中遇到的细节上的小问题，还提供了很多相关的资料。

在整个设计过程中，于老师在各个环节都给予了细心的指导，再此深表感谢，感谢她对我的帮助，使我顺利的完成了这次设计，并从本次设计中学到了教学环节中没有学到的知识。

在论文完成之际，深深感谢所有支持、鼓励和帮助过我的老师和同学。

附录程序清单