基于AT89S51單片機(jī)的沖床控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

本文介紹了一種用Atmel89S51單片機(jī)仿真PLC控制的方法，設(shè)計(jì)適合剛性離合器沖床的控制器，介紹了用光電隔離的輸入輸出電路的基本構(gòu)成和工作原理，重點(diǎn)介紹了內(nèi)部鍵盤(pán)顯示電路的設(shè)計(jì)思想，同時(shí)給出了沖床控制的電器原理圖。

系統(tǒng)硬件配置以AT89S51單片機(jī)為核心。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含４Kb ISP（In-system programmable）可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，內(nèi)置看門(mén)狗（WDT）電路。
功能強(qiáng)大的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。采用該單片機(jī)設(shè)計(jì)的沖床控制器，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

圖1 控制器的硬件結(jié)構(gòu)框圖

● 控制器采用PLC設(shè)計(jì)的理念，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。
● 面板上6位七段LED顯示，既可以用來(lái)調(diào)節(jié)參數(shù)，工作時(shí)也可以顯示計(jì)數(shù)值。
● 模塊化設(shè)計(jì)，體積小巧，便于安裝。
● 利用AT89S51具有ISP的功能，可現(xiàn)場(chǎng)下載程序以實(shí)現(xiàn)可編程控制器的功能。

硬件設(shè)計(jì)

控制器的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要有鍵盤(pán)顯示電路、EEPROM電路、掉電檢測(cè)、程序下載接口、光電隔離輸入輸出等模塊組成。電源模塊是用TOP220Y設(shè)計(jì)的具有+24V和+5V輸出的開(kāi)關(guān)電源。當(dāng)系統(tǒng)斷電瞬間掉電檢測(cè)電路發(fā)信號(hào)給AT89S51,系統(tǒng)立即把參數(shù)和計(jì)數(shù)值存放到EEPROM電路中。

鍵盤(pán)顯示電路如圖2所示，為了節(jié)省I/O口線，這里復(fù)用了P0口的低3位。下面介紹該電路的工作原理：顯示時(shí)，先置P3.3，P0.0～P0.5為高電平，再依次將顯示內(nèi)容所對(duì)應(yīng)的編碼經(jīng)串入并出的移位寄存器74HC164輸出到共陰極數(shù)碼管，然后把要顯示的位選置低，延時(shí)1ms，再把該顯示的位選置高。只要這種動(dòng)態(tài)掃描的頻率足夠高，本控制器采用80Hz，由于人眼的視覺(jué)暫留特性，就可以實(shí)現(xiàn)顯示的功能，并沒(méi)有閃爍的現(xiàn)象。掃描鍵盤(pán)時(shí)，把P3.3置為低電平，這時(shí)74HC164的輸出均為低電平，這樣就防止了在掃描鍵盤(pán)時(shí)干擾顯示。當(dāng)沒(méi)有鍵按下時(shí)，讀出的P0.0～ P0.2均為低電平，當(dāng)有鍵盤(pán)按下時(shí)，相應(yīng)輸入會(huì)讀出為高電平，再經(jīng)延時(shí)去抖動(dòng)法可判斷出是哪個(gè)鍵被按下，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)鍵的功能程序。本控制器的顯示掃描、鍵盤(pán)掃描、鍵的去抖動(dòng)都是放在定時(shí)器中斷中完成的。

圖2 鍵盤(pán)顯示電路結(jié)構(gòu)原理圖

光電隔離輸入電路如圖3所示，輸入端子和COM端子之間用無(wú)電壓接點(diǎn)或NPN開(kāi)集電極晶體管連接，為了可靠起見(jiàn)，輸入電流為7mA，則輸入為ON。當(dāng)輸入電流低于1.5mA則輸入為OFF。輸出電路采用光電隔離的繼電器輸出，將控制器內(nèi)部電路與外部電路進(jìn)行電氣隔離，防止外部的干擾。

圖3 光電隔離輸入輸出電路

具體應(yīng)用

沖床控制接線如圖4所示，工作時(shí)，面板上的6位數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)值，當(dāng)需要設(shè)置參數(shù)時(shí)，按下功能建5秒后，可依次設(shè)定單次動(dòng)作持續(xù)時(shí)間、需潤(rùn)滑的工作次數(shù)、潤(rùn)滑持續(xù)時(shí)間等參數(shù)。

轉(zhuǎn)動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)到單次行程位置，滑塊處于上死點(diǎn)范圍內(nèi)時(shí)，左手右手按鈕同時(shí)按下，則雙聯(lián)閥得電，滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到制動(dòng)位置時(shí)，控制器使雙聯(lián)閥失電，使滑塊停在上死點(diǎn)的位置。

圖4 沖床控制接線圖

當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)置于寸動(dòng)位置時(shí)，同時(shí)按下左、右手按鈕，控制器使雙聯(lián)閥得電，可使滑塊動(dòng)作，松開(kāi)按鈕，控制器使雙聯(lián)閥失電，滑塊隨即停止。

總結(jié)

本文所述的用AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)的沖床控制器，經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行，該控制器的運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)，與軟件算法設(shè)計(jì)以及光電保護(hù)的配合，可有效防止沖床的連沖，保障了操作人員的安全。另外，AT89S51單片機(jī)因其指令系統(tǒng)豐富、小巧、低價(jià)、靈活易擴(kuò)展等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在所設(shè)計(jì)的沖床控制器使整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比得以大幅度的提高。