机电一体化课程设计.pdf

机 电 一 体 化 课 程 设 计 班 级学 号姓 名指 导 老 师 ： 吴 来 杰付 先 成 一 、 课 程 设 计 的 题 目 及 任 务 要 求设 计 一 个 基 于 单 片 机 的 液 压 系 统 油 温 油 压 检 测 系 统 ， 其 中 ： 压 力P=016MPa， 油 温 T=0120 。要 求 设 计 并 绘 制 电 路 原 理 图 和 印 刷 电 路 板 （ PCB图 ） 。 内 容 包 括 ：1、 绘 制 电 路 原 理 图 ；2、 绘 制 印 刷 电 路 板 图 ；3、 撰 写 设 计 报 告 书 。二 、 课 程 设 计 的 目 的 及 意 义目 的 ：机 电 一 体 化 课 程 设 计 ， 梳 理 了 我 们 这 三 年 来 所 学 的 东 西 ， 把 我 们 一 些 原 来 学 过 的 知 识 进 行 了 融 合 。 这 次 课 程 设 计 ， 我 们 从 理 论 联 系 了 实 践 ， 同 时 也 温 习 和 巩 固 了 所学 的 专 业 知 识 ， 对 于 单 片 机 系 统 能 够 从 整 体 上 认 识 和 把 握 ， 能 够 从 整 体 的 高 度 上 根 据 实 际 需求 设 计 出 有 效 的 系 统 。 对 于 电 路 设 计 软 件 protel99， 熟 悉 和 了 解 了 基 本 的 操 作 ， 根 据 设 计 需求 独 立 设 计 和 布 局 出 合 理 的 电 路 原 理 图 （ SCH） 和 电 路 板 图 （ PCB） 。 系 统 化 针 对 实 际 问 题的 解 决 和 设 计 思 路 ， 掌 握 独 立 解 决 问 题 的 方 法 ， 为 即 将 面 临 的 社 会 实 践 打 好 基 础 ， 都 是 非 常必 要 的 。机 电 一 体 化 是 连 接 机 械 和 电 子 、 气 压 、 液 压 等 的 关 键 技 术 ， 故 而 要 求 我 们 从 事 机 械 设 计制 造 及 自 动 化 行 业 的 技 术 人 员 掌 握 机 电 一 体 化 技 术 。 机 电 一 体 化 的 关 键 技 术 有 ：（ 1） 机 械 技 术（ 2） 计 算 机 及 信 息 处 理 技 术（ 3） 系 统 技 术 （ 4） 自 动 控 制 技 术（ 5） 传 感 检 测 技 术（ 6） 侍 服 传 动 技 术意 义 :机 电 一 体 化 课 程 设 计 的 意 义 有 以 下 三 点 ：（ 1） 综 合 应 用 相 关 课 程 的 知 识 ， 培 养 工 程 技 术 能 力（ 2） 一 边 设 计 一 边 学 习 ， 积 累 专 业 知 识 ， 锻 炼 动 手 能 力（ 3） 熟 悉 相 关 设 计 软 件 ， 为 后 续 的 毕 业 设 计 以 至 于 以 后 的 专 业 生 涯 打 下 扎 实 的 基 础三 、 系 统 方 案 论 证1、 单 片 机 控 制 的 液 压 油 温 检 测 系 统 中 ， 其 要 检 测 的 指 标 有 油 压 和 油 温 两 个 。 油压 的 检 测 要 用 压 力 传 感 器 ， 而 油 温 的 检 测 要 用 温 度 传 感 器 。 传 感 器 一 般 由 敏 感 元 件 ， 转 换 元 件 和 基 本 转 换 电 路 三 部 分 组 成 。 敏 感 元 件 直 接 感 受 被 测 量 ， 并 以 确 定 的 关 系 输 出 某 一 物 理 量 。 转 换 元 件 将 敏 感 元 件 输 出 的 非 电 物 理 量 转 换 成 电 路 参 数量 。 基 本 转 换 电 路 将 电 路 参 数 量 转 换 成 便 于 测 量 的 电 量 。2、 电 量 通 过 整 流 电 路 的 输 出 电 压 不 是 理 想 的 平 滑 直 流 ， 而 是 单 方 向 的 脉 动 直 流 ，即 除 了 直 流 分 量 以 外 还 有 许 多 交 流 分 量 。 所 以 要 针 对 电 源 的 负 载 特 性 选 择 合 适 的滤 波 电 路 。 滤 波 电 路 就 是 使 单 向 脉 动 直 流 变 成 平 滑 直 流 的 电 路 ， 常 用 电 阻 ， 电 容和 电 感 组 合 而 成 。3、 由 于 传 感 器 检 测 到 的 信 号 经 整 流 ， 滤 波 放 大 电 路 后 输 出 的 是 模 拟 信 号 ， （ 如电 压 ， 电 流 ， 频 率 等 ） 。 这 些 信 号 计 算 机 是 识 别 不 了 的 ， 所 以 要 进 行 A/D 转 换 。A/D转 换 电 路 的 功 能 是 将 连 续 变 化 的 模 拟 信 号 转 换 成 数 字 信 号 ， 以 适 应 计 算 机 处理 。 4、 通 过 A/D 转 换 电 路 输 出 数 字 信 号 ， 该 信 号 进 入 MCS-51 单 片 机 ， 通 过 单 片 机来 实 现 检 测 和 控 制 功 能 。 本 系 统 中 要 控 制 油 温 和 油 压 ， 还 要 在 油 温 和 油 压 超 过 设定 的 额 定 值 时 ， 系 统 发 出 报 警 。 所 以 要 通 过 显 示 器 ， 键 盘 和 报 警 电 路 来 实 现 。液 压 传 感 器 温 度 传 感 器 滤 波 、放 大 电路滤 波 、放 大 电 路 A/D转换芯片 MCS51系列单片机 4*4键 盘电 路报 警电 路8位 LED显 示其 中 ：1、 液 压 压 力 传 感 器 采 用 油 压 传 感 器 选 型 为 应 变 式 压 力 传 感 器2、 油 温 传 感 器 选 型 为 AD590 油 温 传 感 器 。 。3、 A/D转 换 芯 片 采 用 ADC0809。4、 单 片 机 采 用 8031。5、 I/0扩 展 采 用 8155。6、 键 盘 、 显 示 接 口 采 用 8279。 四 、 各 单 元 电 路 分 析 与 设 计1、 油 压 检 测 电 路 2、 油 温 检 测 电 路以 油 压 检 测 及 放 大 电 路 为 例 ， 插 座 J 外 接 一 应 变 式 压 力 、 检 测 传 感 器 ， 插 座上 的 1、 2 脚 将 控 制 板 中 的 +6V 及 -6V 电 源 引 出 向 传 感 器 供 电 ， 3、 4 脚 为 传 感 器输 出 的 差 动 信 号 。 三 个 运 算 放 大 器 组 成 差 动 放 大 电 路 ， 对 传 感 器 输 出 信 号 进 行 放大 ， 其 中 R36用 于 调 节 零 点 ， R37 用 于 调 整 放 大 倍 数 。 油 温 检 测 系 统 采 用 相 同 系 统 ， 两 套 系 统 分 别 接 在 AD0809 的 p01 和 p06 两 个 输 口 。 3、 A/D 接 口 电 路 ADC0809是 典 型 的 8位 8通 道 逐 次 逼 近 式 A/D转 换 器 ， CMOS工 艺 ， 可 实 现 8路 模 数 信 号 的 分 时 采 集 ， 片 内 有 8路 模 拟 选 通 开 关 ， 以 及 相 应 的 通 道 地 址 锁 存 用译 码 器 电 路 ， 其 转 换 时 间 为 100us 左 右 。 IN-7-IN-0 是 模 数 输 入 通 道 ， ADC0809对 输 入 信 号 的 电 压 要 求 是 0-5V， 若 信 号 过 小 还 需 要 进 行 放 大 。 另 外 ， 模 拟 输 入量 在 A/D 转 换 过 程 中 其 值 不 应 该 有 变 化 ， 对 变 化 快 的 模 拟 量 ， 在 输 入 前 应 增 加 采样 保 持 电 路 由 于 油 压 及 油 温 的 变 化 不 会 很 快 ， 所 以 不 必 采 用 采 样 保 持 电 路 。 A、 B、C是 地 址 线 ， 设 置 P0.1-P0.3 口 经 过 地 址 锁 存 后 接 A、 B、 C地 址 线 。 ALE 地 址 锁存 允 许 信 号 ， A、 B、 C 地 址 状 态 进 入 地 址 锁 存 器 中 ， 由 P2.0 及 WR 控 制 地 址 锁 存 。START转 换 启 动 信 号 ， 上 跳 沿 时 ， 所 有 内 部 寄 存 器 清 零 ， 下 跳 沿 时 ， 开 始 进 行 A/D转 换 ， 在 转 换 过 程 中 应 保 持 低 电 平 ， 由 P2.0及 WR控 制 转 换 信 号 。 D7-D0 数 据 输出 线 ， 和 单 片 机 的 P0 口 直 接 连 接 。 EOC输 出 允 许 信 号 ， 用 于 控 制 三 态 门 。 4、 单 片 机 扩 展 电 路 采 用 扩 展 芯 片 是 8155。 单 片 机 内 部 的 硬 件 电 路 包 括 定 时 器 、 中 断 、 串 行 接 口 、 内部 数 据 存 储 器 、 外 部 程 序 存 储 器 等 ， 已 基 本 上 构 成 具 有 基 本 形 式 的 微 机 系 统 ， 可 以 满 足 许 多控 制 场 合 的 需 要 。 但 有 的 时 候 应 用 中 硬 件 电 路 还 不 够 用 ， 需 要 在 单 片 机 外 增 加 新 的 电 路 （ 芯片 ） ， 故 需 要 扩 展 。5、 键 盘 接 口 电 路 为 了 减 少 键 盘 和 单 片 机 接 口 时 所 占 用 I/O 口 线 的 数 目 ， 此 系 统 采 用 了 串 行 口控 制 的 键 盘 接 口 ， 扩 展 了 4 4 的 行 列 式 键 盘 ， 用 以 输 入 油 压 、 油 温 的 报 警 设 定值 。 采 用 8255 可 编 程 输 入 输 出 接 口 芯 片 ， 它 具 有 3 个 8 位 的 并 行 I/O 口 ， 具 有三 种 工 作 方 式 ， 可 通 过 程 序 改 变 其 功 能 。RESET:复 位 输 入 线 ， 当 该 输 入 端 外 于 高 电 平 时 ， 所 有 内 部 寄 存 器 （ 包 括 控 制寄 存 器 ） 均 被 清 除 ， 所 有 I/O 口 均 被 置 成 输 入 方 式 。CS:片 选 信 号 线 ， 当 这 个 输 入 引 脚 为 低 电 平 时 ， 表 示 芯 片 被 选 中 ， 允 许 8155 与CPU进 行 通 讯 。RD:读 信 号 线 ， 当 这 个 输 入 引 脚 为 低 电 平 时 ， 允 许 8155通 过 数 据 总 线 向 CPU发 送数 据 或 状 态 信 息 ， 即 CPU 从 8255 读 取 信 息 或 数 据 。wR:写 入 信 号 ， 当 这 个 输 入 引 脚 为 低 电 平 时 ， 允 许 CPU 将 数 据 或 控 制 字 写 入 。通 过 键 盘 的 输 入 来 确 定 油 压 和 油 温 的 最 大 值 ， 从 而 确 定 报 警 电 路 的 安 全 值 ，该 过 程 通 过 编 程 实 现 。 在 设 定 某 个 最 大 值 时 ， 按 下 相 应 的 按 钮 开 关 ， 从 而 使 得PA 口 的 相 关 位 为 低 电 平 ， 再 从 单 片 机 的 存 储 器 中 调 用 已 经 预 存 的 相 应 最 大 值 即 可 。 键 盘 是 由 若 干 独 立 按 键 组 成 ， 键 的 按 下 与 释 放 是 通 过 机 械 触 点 的 闭 合 与 断 开来 实 现 的 ， 因 机 械 触 点 的 弹 性 作 用 ， 在 闭 合 与 断 开 的 瞬 间 均 有 一 个 抖 动 过 程 。抖 动 必 须 消 除 ， 去 抖 动 的 方 法 主 要 有 以 下 两 种 ： 硬 件 消 抖 ， 软 件 消 抖 。 此 处 采 用软 件 消 抖 ， 即 利 用 单 片 机 延 时 程 序 ， 消 除 抖 动 干 扰 。6、 LED 显 示 接 口 电 路 7、 报 警 电 路 单 片 机 的 PB4、 PB5引 脚 通 过 限 流 电 阻 、 容 与 三 极 管 基 极 相 连 ， 三 极 管 的 集电 极 接 有 报 警 器 。8、 电 源 电 路 由 于 电 路 电 压 为 5V， 故 需 把 220V 交 流 变 成 低 压 直 流 ， 由 四 个 组 成 部 分 :降 压 整 流 滤 波 稳 压 。 五 、 电 路 原 理 图 及 PCB图 设 计 六 、 课 程 设 计 小 结经 过 这 七 天 的 上 机 和 四 天 的 写 报 告 时 间 ， 又 让 我 重 新 温 习 了 机 电 一 体 化 这 门课 程 ， 温 故 而 知 新 ， 让 我 又 学 习 了 很 多 ， 同 时 也 有 一 些 新 的 体 会 。 现 在 回 想 起 来 ，这 几 天 的 经 验 着 实 宝 贵 。在 这 次 机 电 一 体 化 课 程 设 计 中 我 自 身 对 于 电 路 部 分 的 了 解 有 了 一 定 的 认 识 ，不 过 好 多 知 识 都 已 经 有 所 遗 忘 了 ， 所 以 我 就 去 翻 阅 了 以 前 的 专 业 书 籍 ， 同 时 也 在图 书 光 借 阅 了 一 些 图 书 。 以 前 接 触 的 是 理 论 性 极 的 知 识 ， 而 这 次 却 遇 到 个 实 际 的应 用 问 题 ， 相 当 于 就 是 用 自 己 学 过 的 知 识 来 实 践 ， 这 本 身 就 是 考 验 知 识 学 习 的 牢固 性 ， 也 加 深 我 们 对 知 识 的 运 用 ， 这 本 身 是 极 好 的 。 在 实 习 的 过 程 中 ， 我 发 现 自己 有 好 多 不 懂 的 问 题 ， 后 来 总 结 了 一 下 ， 原 因 在 于 我 们 用 在 实 践 上 的 时 间 太 少 了 ， 还 不 能 熟 练 地 将 所 学 的 理 论 知 识 应 用 于 实 际 中 ， 同 时 ， 遇 到 问 题 没 有 思 路 。 所 以 ，这 次 实 习 就 是 让 我 们 好 好 总 结 原 来 的 问 题 ， 让 我 们 温 习 原 来 的 知 识 的 时 候 结 合 实际 的 一 个 好 机 会 。最 后 本 次 机 电 一 体 化 课 程 设 计 ， 让 我 们 对 以 往 所 学 的 专 业 知 识 有 了 进 一 步 的认 识 ， 尤 其 是 单 片 机 和 电 子 电 路 方 面 。本 次 课 程 设 计 我 们 采 用 了 protel99这 款 软 件 ， 从 开 始 的 什 么 都 不 会 ， 到 后来 的 能 调 用 原 件 画 简 单 的 原 理 图 ， 再 后 来 能 自 己 画 想 要 的 零 件 。 画 完 原 理 图 之 后封 装 ， 创 建 网 络 表 格 ， 画 出 pcb图 。 这 中 间 有 好 多 不 会 的 ， 这 期 间 就 靠 自 己 看 书操 作 着 摸 索 ， 同 时 问 旁 边 的 同 学 和 老 师 ， 过 程 是 痛 并 快 乐 着 的 ， 但 最 后 总 算 是 基本 会 用 这 个 软 件 了 ， 能 用 它 画 出 自 己 想 要 的 图 。 与 此 同 时 ， 此 次 课 程 设 计 还 使 我 对 机 电 一 体 化 的 理 论 知 识 有 了 不 同 的 理 解 ， 把 原 来 的 知 识 都 进 行 了 以 便 总 结 和 梳理 ， 让 我 明 白 设 计 一 个 系 统 需 要 充 分 理 清 设 计 思 路 ， 理 解 系 统 需 要 实 现 的 功 能 ，然 后 根 据 不 同 的 模 块 制 定 方 案 ， 再 找 出 每 个 模 块 对 应 的 相 关 核 心 芯 片 ， 通 过 芯 片 ，结 合 自 身 需 要 设 计 出 简 单 实 用 的 电 路 图 。这 次 课 程 设 计 ， 总 体 来 说 收 获 还 是 颇 丰 的 。 其 实 我 还 是 蛮 喜 欢 这 种 样 子 的实 习 ， 它 能 让 我 更 好 的 知 道 原 来 的 学 习 在 哪 些 方 面 有 薄 弱 的 地 方 ， 让 我 更 好 的 认清 自 己 ， 同 时 也 能 在 实 践 中 不 断 的 丰 富 自 己 的 经 验 。 很 感 谢 老 师 给 我 们 的 这 次 实习 机 会 ， 也 希 望 以 后 ， 能 多 多 开 展 这 样 的 实 习 。