畢業(yè)設(shè)計---實驗氣動夾緊裝置控制面板設(shè)計與制作

1、<p>　　先進制造技術(shù)工程中心</p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）</p><p>　　題目： 實驗氣動夾緊裝置控制面板設(shè)計與制作 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要</p><p>　摘要：本文主要對實驗氣動夾

2、緊裝置的控制面板作了設(shè)計和制作。該設(shè)計的控制系統(tǒng)主要以STC89C52單片機為核心，取代了原有PLC的控制?？刂葡到y(tǒng)主要由控制電路和程序兩部分組成?？刂齐娐分饕煽刂颇K、輸入輸出模塊和LCD顯示模塊構(gòu)成。程序部分主要是在控制電路的基礎(chǔ)上通過編寫的程序來實現(xiàn)各個操作及狀態(tài)的顯示。主要實現(xiàn)的功能包括執(zhí)行、計數(shù)、當(dāng)前狀態(tài)的LCD顯示。執(zhí)行的動作包括機械手臂的伸縮、升降、旋轉(zhuǎn)、抓取等。面板的設(shè)計簡單，易操作，在單片機的控制下最終完成預(yù)期的動作

3、，給學(xué)生以直觀的印象，達到教學(xué)演示的目的。關(guān)鍵詞：單片機 控制電路 機械手</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）英文摘要</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章 緒 論3</p><p&

4、gt;<b>　　1.1 引言3</b></p><p>　　1.2 單片機的發(fā)展背景3</p><p>　　1.2.1 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域4</p><p>　　1.2.2 單片機的發(fā)展趨勢5</p><p>　　1.3 單片機課程實驗現(xiàn)狀6</p><p>　　1.4 課題研究的內(nèi)容及

5、意義7</p><p>　　第二章 實驗用機械手的結(jié)構(gòu)原理及控制方案8</p><p>　　2.1 機械手的組成8</p><p>　　2.2 氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理10</p><p>　　2.3 電磁閥10</p><p>　　2.3.1 電磁閥的結(jié)構(gòu)原理10</p><p>　

6、　2.3.2 性能分析11</p><p>　　2.4 實驗機械手總體控制設(shè)計方案12</p><p>　　2.4.1 氣缸的控制設(shè)計13</p><p>　　2.4.2 機械手的控制要求14</p><p>　　第三章 主控制器和外圍器件15</p><p>　　3.1 AT89S52單片機15</

7、p><p>　　3.2 繼電器16</p><p>　　3.2.1 繼電器工作原理17</p><p>　　3.2.2 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)17</p><p>　　3.2.3 繼電器驅(qū)動電路設(shè)計18</p><p>　　3.3 ULN2003雙極型線性集成電路18</p><p>　　

8、3.4 HD74LS04P反相器19</p><p>　　第四章 硬件電路及PCB圖設(shè)計21</p><p>　　4.1 硬件電路設(shè)計軟件21</p><p>　　4.2 電路設(shè)計框圖22</p><p>　　4.3 單片機最小電路設(shè)計22</p><p>　　4.3.1 復(fù)位電路23</p>

9、<p>　　4.3.2 晶振電路23</p><p>　　4.4 工作方式的選擇和執(zhí)行電路設(shè)計24</p><p>　　4.5 信號輸入端的電路設(shè)計25</p><p>　　4.6 LCD液晶顯示電路25</p><p>　　4.6.1 液晶顯示簡介26</p><p>　　4.6.2 1602L

10、CD的基本參數(shù)及引腳功能26</p><p>　　4.6.3 顯示電路設(shè)計28</p><p>　　4.7 電源模塊28</p><p>　　4.8 PCB板的制作29</p><p>　　第五章 軟件設(shè)計與調(diào)試32</p><p>　　5.1 手動子程序設(shè)計33</p><p>　

11、　5.2 LCD顯示程序流程設(shè)計33</p><p>　　5.3 軟件調(diào)試34</p><p>　　5.3.1 面板實物介紹34</p><p>　　5.3.2 面板接線與通電35</p><p>　　5.3.3 面板調(diào)試36</p><p><b>　　第六章 結(jié)論39</b><

12、;/p><p><b>　　6.1 結(jié)論39</b></p><p><b>　　6.2 展望39</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p>

13、<b>　　附錄A</b></p><p><b>　　附錄B</b></p><p><b>　　附件：光盤</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　單片機在一塊半導(dǎo)體材料上集成了CPU、存儲器、I/O接口等各種功能部件

14、，具有體積小、功耗低、價格便宜、功能強、可靠性好和使用方便靈活的特點。單片機在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表、辦公自動化以及家用電器等各個領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　將單片機技術(shù)與測量控制技術(shù)相結(jié)合，可以使工業(yè)自動控制變得更方便、控制效果更佳。在機電一體化方面，單片機也發(fā)揮了它的特殊作用，使許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)生了巨大的變化，使許多工業(yè)產(chǎn)品體積縮小，能耗降低，功能增加，操作方便。由于單片機在如此

15、廣泛的領(lǐng)域里獲得了應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，其中MCS-51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)和高可靠性，占領(lǐng)了工業(yè)控制的主要市場。特別是在我國，MCS-51系列單片機已成為單片機應(yīng)用領(lǐng)域的主流。因此，我國大多高校都設(shè)立了有關(guān)單片機的課程。</p><p>　　“單片機原理與應(yīng)用”是機械電子工程專業(yè)方向的技術(shù)基礎(chǔ)課，是其后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，是本專業(yè)方向的主干課程。此外，“單片機原

16、理與應(yīng)用”又是一門技術(shù)性和實踐性很強的課程，因此，實驗教學(xué)占有重要的位置。</p><p>　　傳統(tǒng)的實驗教學(xué)往往是預(yù)先由實驗教師設(shè)計好相應(yīng)的實驗項目，如程序設(shè)計、I／O口使用、中斷與定時器使用、顯示與鍵盤、串行口通信、A／D等。然后由學(xué)生照本宣科地重復(fù)，完成所謂教學(xué)大綱所規(guī)定的實驗，這種實驗教學(xué)方法不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和綜合運用知識的能力，也不能進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性，甚至出現(xiàn)了學(xué)生

17、不作實驗前的準備、抄襲他人程序和實驗報告的不良現(xiàn)象，學(xué)生普遍反映這種驗證式的實驗教學(xué)收獲不大。為了適應(yīng)當(dāng)今社會對機械電子專業(yè)的人才需求，必須對單片機實驗教學(xué)進行改革。為此設(shè)計了一個單片機實驗系統(tǒng)。</p><p>　　本文對學(xué)?，F(xiàn)有的實驗用機械手的控制系統(tǒng)作了一個設(shè)計：以單片機作為系統(tǒng)的控制核心元件。系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強、操作簡單、程序設(shè)計簡便。為后繼單片機教學(xué)提供了一個很好的實驗平臺，對調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情

18、起著不容忽視的作用。</p><p>　　全文一共分為六章，第一章介紹了單片機技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，并且研究了當(dāng)前單片機實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，由此引出了此次設(shè)計的意義。第二章介紹的是機械手的結(jié)構(gòu)及原理，并有針對性地提出控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。第三章對相關(guān)元器件作了重點性介紹。第四章講的是具體的控制系統(tǒng)的電路設(shè)計。第五章是程序設(shè)計和調(diào)試。第六章是本設(shè)計最終的結(jié)論。本文還附帶了控制系統(tǒng)電路原理總圖、PCB圖以及源程序。</p

19、><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能

20、賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。它的出現(xiàn)是近代計算機技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑，因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在這個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。</p><p>　　單片機具有體積小、功能強、應(yīng)用面廣等優(yōu)點，目前正以前所未見的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)，蠶食著傳統(tǒng)數(shù)字電路

21、與模擬電路固有的領(lǐng)地。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。</p><p>　　現(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調(diào)、錄像機、VCD、遙控器、游戲機、電飯煲等無處不見單片機的影子，單片機早已深深地融入我們每個人的生活之中。</p><p>　　單片機能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性，易用性及節(jié)能性

22、等主要性能指標(biāo)，給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。單片機按用途大體上可分為兩類，一種是通用型單片機，另一種是專用型單片機。</p><p>　　1.2 單片機的發(fā)展背景</p><p>　　單片機也叫嵌入式微控制器，它的出現(xiàn)是計算機發(fā)展史上重要的里程碑，使計算機的用途從海量數(shù)據(jù)計算發(fā)展到智能化控制，它具有體積小、功能強、可靠性高、價格低、使用

23、方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。</p><p>　　單片機應(yīng)用系統(tǒng)是單片機嵌入到對象環(huán)境、結(jié)構(gòu)、體系中作為其中的一個智能化控制單元，構(gòu)成各種嵌入式應(yīng)用的電路系統(tǒng)。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中包括了滿足對象要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。單片機應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常分為3個層次，即單片機、單片機系統(tǒng)和單片機應(yīng)用系統(tǒng)，如圖1.1所示。</p><p>　　1.2.1 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p&g

24、t;　　單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分為如下幾個范疇：</p><p>　　一、在智能儀器儀表的應(yīng)用</p><p>　　單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、

25、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。</p><p>　　二、在家用電器中的應(yīng)用</p><p>　　可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。</p>

26、<p>　　三、在工業(yè)控制中的應(yīng)用</p><p>　　用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。</p><p>　　四、在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用</p><p>　　現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和

27、通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機、電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。</p><p>　　五、單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用</p><p>　　單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等

28、。 </p><p>　　此外，單片機在工商、金融、科研、教育、國防航空等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。</p><p>　　1.2.2 單片機的發(fā)展趨勢</p><p>　　單片機現(xiàn)在可以說是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補

29、，為單片機的應(yīng)用提供了廣闊的天地。</p><p>　　縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：</p><p><b>　　一、微型單片化</b></p><p>　　現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機存取數(shù)據(jù)存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊

30、單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機將LCD（液晶）驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。</p><p>　　此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝

31、形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。</p><p>　　二、低功耗CMOS化</p><p>　　MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。像80C51就采用了HMOS（即高密度金屬氧化物半導(dǎo)

32、體工藝）和CHMOS（互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。CMOS雖然功耗低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。</p><p>　　三、主流與多品種共存</p><p>　　現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，

33、兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以80C51占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集合（RISC）也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEX公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其底價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局

34、面，走的是依存互補、相輔相成、共同發(fā)展的道路。</p><p>　　1.3 單片機課程實驗現(xiàn)狀</p><p>　　目前，我國大部分院校都開設(shè)了“單片機原理與應(yīng)用”課程，通過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機技術(shù)課程，使學(xué)生熟悉了單片機的原理與結(jié)構(gòu)，通過實驗實訓(xùn)的訓(xùn)練和一些簡易單片機項目制作，掌握單片機指令系統(tǒng)、單片機原理、接口技術(shù)、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計的基本技能，以及程序設(shè)計的基本思想、基本方法和技巧

35、，了解了單片機技術(shù)在家用電器以及自動控制工程中的應(yīng)用，達到通過學(xué)習(xí)相關(guān)課程能夠解決實際問題的教學(xué)目標(biāo)，并為后繼課程的打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　單片機應(yīng)用技術(shù)是一門實踐性很強的課程，實驗課時比重很大。在進行實驗教學(xué)中，大部分是驗證性實驗，最后是綜合性實驗。由于單片機匯編語言的實驗環(huán)境是在字符方式下進行的，實驗過程比較枯燥，實驗結(jié)果的表示單調(diào)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果不佳，導(dǎo)致學(xué)生的綜合應(yīng)用能力不高，甚

36、至影響到后繼課程的學(xué)習(xí)。因此，采用哪些措施，通過實驗提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動手能力和解決實際問題的能力，是實驗教學(xué)改革的一項重要任務(wù)。為此，本文設(shè)計了一套能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力的實驗項目。</p><p>　　單片機教學(xué)中普遍存在著一些問題</p><p>　　1．單片機課程往往多以理論為主，實驗為輔的教學(xué)形式。實驗也多是進行驗證性實驗。實驗現(xiàn)在普遍采用“實驗箱

37、”，學(xué)生在做實驗時都是按指導(dǎo)書上現(xiàn)成的資料,編譯現(xiàn)成的程序,很少有同學(xué)去分析編程的原理和實驗程序的流程,更談不上去修改和完善。對于單片機電路也只是按實驗指導(dǎo)書在實驗箱上做簡單的連線,沒有一個整體的電氣原理圖概念,最終還是不會設(shè)計電路,甚至連基本的電氣原理圖都讀不懂。但單片機是一門實踐性很強的學(xué)科，只學(xué)習(xí)理論不做實驗練習(xí)，很難真正地把單片機方面的知識理解掌握，很難真正成為單片機應(yīng)用領(lǐng)域的高級人才。</p><p>

38、　　2．學(xué)生實驗時也存在著諸多限制，單片機實驗室由于存在著場地和時間有限等問題，學(xué)生除了上課外，平時很難有機會實踐。個人配備單片機編程實驗開發(fā)系統(tǒng)，因成本較高，很多學(xué)生無法承受。同時一般單片機實驗箱由于是成品，學(xué)生很難參與到其中的細節(jié)設(shè)計中去，一般單片機實驗箱也只是起驗證實驗的作用，學(xué)生動手能力很難得到訓(xùn)練與提高。</p><p>　　3．教學(xué)過程中應(yīng)用的單片機編程軟件都是封裝后發(fā)布，學(xué)習(xí)者根本不了解單片機編程器

39、的工作原理，對于大多數(shù)的編程器軟件只會簡單的操作，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。</p><p>　　1.4 課題研究的內(nèi)容及意義</p><p>　　本課題主要對機械手的控制系統(tǒng)作了設(shè)計，闡述了實驗型機械手的要求和現(xiàn)實意義，通過對機械手工作原理的學(xué)習(xí)和了解，熟悉機械手的運動原理。在現(xiàn)有機械手技術(shù)的基礎(chǔ)上，認知實驗型機械手控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，完成對機械手傳動部分，執(zhí)行、驅(qū)動等系統(tǒng)進行綜合控制

40、的面板設(shè)計。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容：操作控制面板上的按鈕對氣動機械手的左右旋轉(zhuǎn)、水平伸縮、上下升降、夾緊控制并能夠顯示當(dāng)前氣動器件狀態(tài)：</p><p>　　1、了解機械裝置功能；</p><p>　　2、控制電路設(shè)計與制作；</p><p>　　3、控制電路的程序設(shè)計。</p><p>　　實驗

41、用控制面板的現(xiàn)實意義</p><p>　　科學(xué)發(fā)展觀為我國工程技術(shù)的發(fā)展開辟了廣闊的道路，而機械手作為一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國名經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，這就對我們的教育培訓(xùn)部門提出了新的要求。因此為了適應(yīng)社會發(fā)展的趨勢，在現(xiàn)有的機械手的基礎(chǔ)上設(shè)計出能夠驅(qū)動控制的面板有著深遠的科教意義。學(xué)生通過本課題的設(shè)計，在綜合應(yīng)用機械設(shè)計基礎(chǔ)、單片機原理與應(yīng)用、液壓與氣動傳動等專業(yè)知識方面能得到很大的鍛煉，對于提高學(xué)

42、生實際動手能力、盡快適應(yīng)崗位能力要求具有很大幫助，也為后繼學(xué)習(xí)這些知識的學(xué)生提供了一個很好的學(xué)習(xí)平臺。</p><p>　　實驗用機械手的結(jié)構(gòu)原理及控制方案</p><p>　　2.1 機械手的組成</p><p>　　實驗機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及檢測裝置等組成。各系統(tǒng)之間的相互關(guān)系如圖2.1所示。</p><p>　　控

43、制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu) 抓取工件</p><p>　　圖2.1實驗機械手的組成方框圖</p><p><b>　　（一）執(zhí)行機構(gòu)</b></p><p>　　它包括手部、手腕、手臂和立柱等部件。</p><p><b>　　1、手部</b>

44、;</p><p>　　即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由于手指（或手爪）和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件制造容易，故應(yīng)用廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。</p><

45、p>　　手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位（是外廓還是內(nèi)孔）和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的：手指有外夾式和內(nèi)卡式；指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。</p><p>　　而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機構(gòu)型式較常用的有：連桿式、凸輪式、齒輪齒條式、螺旋式和繩輪式等。</p><p>　　吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠

46、吸附力（如吸盤內(nèi)形成負壓或產(chǎn)生電吸磁力）吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負壓吸盤和電磁盤兩類。</p><p>　　對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方式有氣流負壓式和真空泵式。</p><p>　　對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。</p><p>　　用

47、負壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。</p><p>　　本實驗用機械手的手部結(jié)構(gòu)是采用的外卡夾持式，其傳力結(jié)構(gòu)是由方形SDAJ氣缸實現(xiàn)的，可實現(xiàn)對工件的夾取，機械手可運動物體的重量不小于1kg。</p><p><b>　　2、手腕</b></p><p>　　是連接手部和手臂的部

48、件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位（即姿勢）。</p><p><b>　　3、手臂</b></p><p>　　手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到指定位置。機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等）與驅(qū)動源（如液壓、氣壓或電機等）相配合，以實現(xiàn)手臂的各

49、種運動。</p><p>　　按照抓取工件的要求，機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運動。本實驗用機械手手臂各種運動都是由氣缸來實現(xiàn)的。</p><p><b>　　4、立柱</b></p><p>　　立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的

50、立柱通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。</p><p><b>　　5、機座</b></p><p>　　機座是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。</p><p><b>　?。ǘ?qū)動系統(tǒng)</b></p><p

51、>　　在普通的機械手運動中，機械的驅(qū)動一般有氣壓傳動、液壓傳動、電機傳動等。本文名為實驗氣動夾緊裝置，顯然，采用的是氣壓傳動，優(yōu)點：輸出功率大；速度響應(yīng)高；結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機構(gòu)可標(biāo)準化，模塊化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動；成本低，使用方便。缺點：氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速高精度的連續(xù)軌跡控制；防爆性能好，高于1000KPa（10個大氣壓）時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性；適用于中小負載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機

52、械手。</p><p><b>　?。ㄈ┛刂葡到y(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或機械擋塊定位）系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)一般采用電氣控制，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間），同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)

53、出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。</p><p>　　2.2 氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　氣動系統(tǒng)原理圖如圖2.2 所示。整個氣動系統(tǒng)就是要對4 個氣缸的動作進行控制, 其中升降缸采用的是MSAL 型鋁合金迷你氣缸，氣動手爪由方形SDAJ 系列氣缸實現(xiàn)。氣動執(zhí)行元件的動作均是通過電磁閥控制進出氣的方向達到控制效果。</p&

54、gt;<p>　　2.3 電磁閥 </p><p>　　2.3.1 電磁閥的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　1、直動式電磁閥  有常閉型和常開型二種。常閉型斷電時呈關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)線圈通電時產(chǎn)生電磁力，使動鐵芯克服彈簧力同靜鐵芯吸合直接開啟閥，介質(zhì)呈通路；當(dāng)線圈斷電時電磁力消失，動鐵芯在彈簧力的作用下復(fù)位，直接關(guān)閉閥口，介質(zhì)不通。結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，在零壓差和

55、微真空下正常工作。常開型正好相反。如小于φ6流量通徑的電磁閥。（圖2.3.1是典型結(jié)構(gòu)圖）  2、分步直動式電磁閥  該閥采用一次開閥和二次開閥連在一體，主閥和導(dǎo)閥分步使電磁力和壓差直接開啟主閥口。當(dāng)線圈通電時，產(chǎn)生電磁力使動鐵芯　　和靜鐵芯吸合，導(dǎo)閥口開啟而導(dǎo)閥口設(shè)在主閥口上，且動鐵芯與主閥芯連在一起，此時主閥上腔的壓力通過導(dǎo)閥口卸荷，在壓力差和電磁力的同時作用下使主閥芯向上運動，開啟主閥介質(zhì)流通。

56、當(dāng)線圈斷電時電磁力消失，此時動鐵芯在自重和彈簧力的作用下關(guān)閉導(dǎo)閥孔，此時介質(zhì)在平衡孔中進入主閥芯上腔，使上腔壓力升高，此時在彈簧復(fù)位和壓力的作用下關(guān)閉主閥，介質(zhì)斷流。結(jié)構(gòu)合理，動作可靠，在零壓差時工作也可靠。如：ZQDF，ZS，2W等。（圖2.3.2是典型結(jié)構(gòu)圖）  </p><p><b>　　圖2.3 電磁閥</b></p><p>　　3、

57、間接先導(dǎo)式電磁閥   該系列電磁閥由先導(dǎo)閥和主閥芯聯(lián)系著形成通道組合而成；常閉型在未通電時，呈關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)線圈通電時，產(chǎn)生的磁力使動鐵芯和靜鐵芯吸合，導(dǎo)閥口打開，介質(zhì)流向出口，此時主閥芯上腔壓力減少，低于進口側(cè)的壓力，形成壓差克服彈簧阻力而隨之向上運動，達到開啟主閥口的目的，介質(zhì)流通。當(dāng)線圈斷電時，磁力消失，動鐵芯在彈簧力作用下復(fù)位關(guān)閉先導(dǎo)口，此時介質(zhì)從平衡孔流入，主閥芯上腔壓力增大，并在彈簧力的作用下向

58、下運動，關(guān)閉主閥口。常開式原理正好相反。如：SLA，DF（φ15以上口徑），ZCZ等。（圖2.3 .3是典型結(jié)構(gòu)圖）</p><p>　　2.3.2 性能分析</p><p>　　一：適用性  管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標(biāo)定的介質(zhì)一致。流體的溫度必須小于選用電磁閥的標(biāo)定溫度。電磁閥允許液體粘度一般在20CST以下，大于20CST應(yīng)注明。工作壓差，管路最高

59、壓差在小于0.04MPa時應(yīng)選用如ZS,2W,ZQDF,ZCM系列等直動式和分步直動式；最低工作壓差大于0.04MPa時　　可選用先導(dǎo)式（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應(yīng)小于電磁閥的最大標(biāo)定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。流體清潔度不高時應(yīng)在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對介質(zhì)要求清潔度要好。 </p><p>　　注意流量孔徑和接管口徑；電磁閥一般只有開關(guān)兩位控制；

60、條件允許請安裝旁路管，便于維修；有水錘現(xiàn)象時要定制電磁閥的開閉時間調(diào)節(jié)。   注意環(huán)境溫度對電磁閥的影響，電源電流和消耗功率應(yīng)根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許±10%左右，必須注意交流起動時VA值較高。   二、可靠性   電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關(guān)閉；但在開啟時間很長關(guān)閉時很短時要選用常開型了。&

61、#160;  壽命試驗，工廠一般屬于型式試驗項目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業(yè)標(biāo)準，因此選用電磁閥廠家時慎重。   動作時間很短頻率較高時一般選取直動式，大口徑選用快速系列。   三、安全性   一般電磁閥不防水，在條件不允許時請選用防水型，工廠可以定做。   電磁閥的最高標(biāo)定公稱壓力一

62、定要超過管路內(nèi)的最高壓力，否則使用壽命會縮短或產(chǎn)生其它意外情況。   有腐蝕性液體的應(yīng)選用全不銹鋼型，強腐蝕性流體宜選用塑料王（SLF）電磁閥。   爆炸性環(huán)境必須選用相應(yīng)的防爆產(chǎn)品。[2]   電磁閥的動作是由繼電器來控制的。原理如圖2.4所示：當(dāng)繼電器通電時，因為電磁感應(yīng)的原理，繼電器的銜鐵吸合，則所對應(yīng)的</p><

63、p>　　圖 2.4 電磁閥原理圖</p><p>　　2.4 實驗機械手總體控制設(shè)計方案</p><p>　　機械手的控制面板的控制系統(tǒng)就相當(dāng)于人的大腦，它指揮機械手的動作。機械手的工作順序、應(yīng)達到的位置。如手臂的升降、伸縮、回轉(zhuǎn)、手指的開閉動作，以及各個動作的時間、當(dāng)前在狀態(tài)的LCD顯示等，都是通過控制面板的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。</p><p>　　本次設(shè)計的

64、主要內(nèi)容就是通過控制面板上的按鈕控制來實現(xiàn)自動和手動完成工作行程。具體工作循環(huán)流程設(shè)計圖2.5所示：</p><p><b>　　步進</b></p><p>　　初始位置手臂伸手臂下降手爪張開 手爪夾緊</p><p><b>　　手臂上升</b></p><p>　　右 轉(zhuǎn)

65、 手臂縮回</p><p>　　手臂縮回 左 轉(zhuǎn)</p><p>　　手爪夾緊 手臂上升 手爪張開 手臂下降 手臂伸出</p><p&

66、gt;<b>　　快進</b></p><p>　　起始位置手臂伸出、下降，手爪張開手爪閉合</p><p>　　右 轉(zhuǎn) </p><p><b>　　手臂縮回、上</b></p>

67、<p>　　升，手爪閉合 </p><p>　　手爪張開 手臂伸出、下降 左轉(zhuǎn) 手臂縮回、上升 </p><p>　　圖2.5 步進、快進流程圖</p><p>　　2.4.1 氣缸的控制設(shè)計</p><p>　　如圖2.2所示由兩個液壓缸完成工件的夾緊和提升的動作

68、，它們分別通過一對兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，機械手爪的升、降；機械手的伸縮缸和旋轉(zhuǎn)馬達的原理也基本相同。</p><p>　　2.4.2 機械手的控制要求</p><p>　　為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動和自動操作，其中自動操作中包括了：步進和快進兩種。</p><p>　　手動操作：供維修用，即用按鈕對機械手的每一步動

69、作單獨控制。例如，當(dāng)選擇手動操作時，按下上升/下降按鈕，機械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動作，其它動作以此類推。</p><p>　　復(fù)位：當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C械手運行中途停止時，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機械手即可按最短路徑的原則返回到初始位置。</p><p>　　步進：供試用，即按設(shè)計的工作流程系統(tǒng)在程序的控制下一步步一次完成。</p>

70、<p>　　快進：正常使用時，為了提高工作效率而設(shè)計一步完成多個動作。</p><p><b>　　主控制器和外圍器件</b></p><p>　　本控制面板設(shè)計的主控器件即控制的核心是單片機，外圍器件有繼電器、反相器和功率放大器等。</p><p>　　3.1 AT89S52單片機</p><p>　　AT

71、89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央 處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。</p><p>　　圖3.1 AT89C52引腳功

72、能圖 如圖3.1所示，AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 </p><p>　　AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP

73、及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性： · 兼容MCS51指令系統(tǒng) · 8k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash ROM · 32個雙向I/O口 · 256x8bit內(nèi)部RAM · 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷· 時鐘頻率0-24MHz · 2個串行中斷

74、 · 可編程UART串行通道 · 2個外部中斷源 · 共6個中斷源 · 2個讀寫中斷口線 · 3級加密位 · 低功耗空閑和掉電模式 · 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能</p><p><b>　　3.2 繼電器</b></p>&l

75、t;p>　　電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流。較低的電壓去控制較大電流。較高的電壓的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p><b>　　圖3.2 實物圖</b></p><p>　　本設(shè)計電路板上使用的是直流電磁

76、繼電器。直流繼電器有兩種，一種是中間繼電器，一種是驅(qū)動繼電器。</p><p>　　圖3.3 繼電器示意圖</p><p>　　3.2.1 繼電器工作原理</p><p>　　繼電器就是電子機械開關(guān)，它是用漆包銅線在一個圓鐵芯上繞幾百圈至幾千圈，當(dāng)線圈中流過電流時，圓鐵芯產(chǎn)生了磁場，把圓鐵芯上邊的帶有接觸片的鐵板吸住，使之?dāng)嚅_第一個觸點而接通第二個開關(guān)觸點。當(dāng)線圈斷

77、電時，鐵芯失去磁性，由于接觸銅片的彈性作用，使鐵板離開鐵芯，恢復(fù)與第一個觸點的接通。因此，可以用很小的電流去控制其他電路的開關(guān)。整個繼電器由塑料或有機玻璃防塵罩保護著，有的還是全密封的，以防觸電氧化。</p><p>　　如圖3.4所示，當(dāng)控制電路中的開關(guān)K閉合時，電磁鐵便具有磁性，將銜鐵吸下，使繼電器觸點接觸，與觸點相連接的電源電路便接通；當(dāng)控制開關(guān)K斷開時，電磁鐵的磁性被撤消，繼電器觸點彈開，電源電路亦隨之?dāng)?/p>

78、開。</p><p>　　圖3.4 繼電器工作原理圖</p><p>　　3.2.2 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)</p><p>　　1. 額定工作電壓 　　</p><p>　　是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。 　　</p><p><b>　　2.

79、 直流電阻 　</b></p><p>　　是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。 　</p><p>　　3. 吸合電流 　　</p><p>　　是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線

80、圈燒毀。 </p><p><b>　　4. 釋放電流 　</b></p><p>　　是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠遠小于吸合電流。 　</p><p>　　5．觸點切換電壓和電流 　　</p><p>　　是指繼電器允許加載的電

81、壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。[6]</p><p>　　3.2.3 繼電器驅(qū)動電路設(shè)計</p><p>　　單片機與繼電器的驅(qū)動電路連接如圖3.5所示：由于單片機的工作電壓和電磁閥的工作電壓和功率不匹配，所以我們用繼電器作為過渡橋梁。74LS04P的反相器，它的作用就是改變相序；ULN2003A為功率放大器，其目的是放大功

82、率。</p><p>　　圖3.5 繼電器驅(qū)動電路</p><p>　　3.3 ULN2003雙極型線性集成電路</p><p>　　ULN2003是一個單片高電壓、高電流的達林頓晶體管陣列集成電路。它是由7對NPN達林頓管組成的，它的高電壓輸出特性和陰極箝位二極管可以轉(zhuǎn)換感應(yīng)負載。單個達林頓對的集電極電流是500mA。達林頓管并聯(lián)可以承受更大的電流。此電路主要應(yīng)用

83、于繼電器驅(qū)動器，字錘驅(qū)動器，燈驅(qū)動器，顯示驅(qū)動器（LED氣體放電），線路驅(qū)動器和邏輯緩沖器。</p><p><b>　　主要特點</b></p><p>　　* ULN2003的每對達林頓管都有串聯(lián)一個2.7KΩ電阻，可以直接和TTL或5V CMOS裝置。</p><p>　　* ULN2003工作電壓高，工作電流大，并能在關(guān)態(tài)時承受50V的

84、電壓。</p><p>　　* 輸入和各種邏輯類型兼容</p><p><b>　　* 繼電器驅(qū)動器</b></p><p>　　ULN2003引腳介紹，如圖3.6所示：</p><p>　　3.6 ULN2003邏輯圖</p><p>　　引腳1-7：CPU脈沖輸入端，一個端口對應(yīng)一個信號輸出端

85、；</p><p>　　引腳10-16：脈沖信號輸出端，分別與引腳1-7一一對應(yīng)。</p><p>　　引腳9：該腳是內(nèi)部7個續(xù)流二極管負極的公共端，各個二極管的正極分別接各達林頓管的集電極。用于感性負載時，該腳接負載電源正極，實現(xiàn)續(xù)流作用。如果該腳接地，實際上就是達林頓管的集電極對地接通。</p><p>　　3.4 HD74LS04P反相器</p>

86、<p>　　HD74LS04P是六反向器，也就是6個非門。非門的作用是倒相，就是輸入高電平則輸出低電平，輸入低電平則輸出高電平。該器件一般是14個腳，一個電源、一個地，其余12個腳分別是6個非門的輸入端和輸出端。切記A表示信號的</p><p>　　輸入端，Y表示輸出端，不能顛倒次序。引腳功能圖如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 HD74LS04P引腳圖</p

87、><p>　　硬件電路及PCB圖設(shè)計</p><p>　　4.1 硬件電路設(shè)計軟件</p><p>　　PROTEL 2004是專業(yè)的硬件電路設(shè)計軟件，有著強大的設(shè)計能力和復(fù)雜工藝的可生產(chǎn)性。主要包括電路設(shè)計和印刷電路板設(shè)計兩大模塊。</p><p>　　1、功能完備的原理圖設(shè)計系統(tǒng)</p><p>　　電路原理圖設(shè)計模塊

88、：包括用于原理圖設(shè)計的編輯器，用于修改和生成原理圖的元件編輯器，以及各種報表的生成器。原理圖設(shè)計模塊支持層次化及模塊化設(shè)計，具有用戶指定的電氣檢查功能。還提供了豐富的元件庫，包括市場上生產(chǎn)的主要元器件，還可根據(jù)個人需要創(chuàng)建元件。</p><p>　　2、功能強大的PCB印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)</p><p>　　印刷電路板設(shè)計模塊：包括用于電路板設(shè)計的編輯器，用于修改、生成元件封裝的元件封裝編

89、輯器，電路板組建管理器，以及無網(wǎng)格自動布線器。PCB印刷電路板設(shè)計模塊具有完善的用戶信息交換平臺，強大的自動化設(shè)計功能，多樣化的文件輸出，參數(shù)化設(shè)計特性等。其自動布線系統(tǒng)是一個完全集成的無網(wǎng)格自動布線器，采用人工智能的全局布局方式。個人還可以根據(jù)自動布線的結(jié)果進行局部調(diào)整與優(yōu)化。</p><p><b>　　設(shè)計技巧</b></p><p>　　為了能夠快捷，準確，高

90、速地完成控制面板的控制電路設(shè)計，首先我們必須掌握其使用方法及技巧。</p><p><b>　?、俜胖迷骷?lt;/b></p><p>　　元器件放置是繪制電路原理圖的一個必不可少的步驟，在放置元器件時按Tab鍵可以對元器件的參數(shù)（名稱、封裝等）進行更改，這樣可以節(jié)約設(shè)置元件時間，還可以避免漏元件的封裝，減少下一個步驟出現(xiàn)錯誤。</p><p>

91、<b>　?、趧?chuàng)建庫元件</b></p><p>　　一些在元件庫中找不到的元件，需要自己去創(chuàng)建，在進行元件繪制用時按住ctrl鍵，創(chuàng)建的元件封裝將與元件自帶的封裝一樣美觀，也能夠放置到合適位置。</p><p><b>　?、墼韴D布局技巧</b></p><p>　　在繪制原理圖過程中，對于比較復(fù)雜電路，連線一般比較多

92、，元器件比較多，可使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號來簡化圖紙，一些不影響元件識別的屬性，不需要顯示出來，也可以隱藏起來，使圖片更為簡潔。布局電路，盡量整齊緊湊，有連線的元件盡量放在一起使線路更短，減少線條的交叉。一些引腳比較多的芯片一般放在電路圖的中間位置，連線也比較多，可以減少連線交叉，也美觀。</p><p><b>　?、苓B線技巧</b></p><p>　　在進行連線時鼠標(biāo)應(yīng)在元

93、件管腳的最頂端，當(dāng)鼠標(biāo)出現(xiàn)一個黑×的時候開始連線，比較容易出現(xiàn)一些看起來連接上了，實際沒有連接上的短線情況。連線盡量直接，做到一根線一次連接到底，線路盡量短，布局會比較緊湊。[8][9][10]</p><p>　　4.2 電路設(shè)計框圖</p><p>　　圖4.1 電路設(shè)計框圖</p><p><b>　　系統(tǒng)概述</b></

94、p><p>　　本電路是由AT89S52單片機為控制核心，具有在線編程功能，功耗低。驅(qū)動部分主要是靠繼電器的銜鐵的吸合與斷開給來給8個電磁閥上電，從而驅(qū)動機械手動作。信號輸入端是為實現(xiàn)手動的工作方式設(shè)立的。主要是通過單片機監(jiān)視P0的各個口有無信號輸入，先前編好的程序會結(jié)合P0口的信號輸入情況給驅(qū)動模塊發(fā)出信號，從而實現(xiàn)機械手的單步動作；P2口是本控制系統(tǒng)驅(qū)動電路的核心，主要是通過編寫程序控制繼電器的通斷電；P1口的本

95、系統(tǒng)的液晶顯示模塊，主要用于提醒當(dāng)前的工作狀態(tài)。</p><p>　　硬件的結(jié)構(gòu)和可靠性直接影響著整個系統(tǒng)的可靠性，所以合理的安排電路能提高電子產(chǎn)品的性能。</p><p>　　4.3 單片機最小電路設(shè)計</p><p>　　4.3.1 復(fù)位電路</p><p>　　在系統(tǒng)運行的過程中，有時可能對系統(tǒng)需要進行復(fù)位，為了避免對硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和

96、斷電造成的損害，設(shè)計了手動的復(fù)位電路。如圖4.2所示。這種電路的設(shè)計，在系統(tǒng)的運行過程中需要復(fù)位時，只需使開關(guān)閉合，在RST端就會出現(xiàn)一定時間的高電平信號，從而使單片機實現(xiàn)復(fù)位。</p><p><b>　　圖4.2 復(fù)位電路</b></p><p>　　4.3.2 晶振電路</p><p>　　單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能進行工作。MCS-5

97、1系列單片機內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機的內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。圖4.3就是內(nèi)部時鐘工作方式的電路圖，這是一種常用的方式。這種方式是外界振蕩源，本設(shè)計就采用這種外接晶振的方法。電路中的兩個電容的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振（C1 、C2的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是對振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用（C1 、C2的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有提高）。C1、

98、 C2的值采用30pF。</p><p><b>　　圖4.3 晶振電路</b></p><p>　　4.4 工作方式的選擇和執(zhí)行電路設(shè)計</p><p>　　圖4.4 按鍵原理圖</p><p>　　如圖4.4所示是工作方式選擇和執(zhí)行指令的電路設(shè)計。S2是工作方式選擇鍵，S3是執(zhí)行按鈕。它們的工作原理是在執(zhí)行按鈕按下之

99、前，判斷S2出現(xiàn)高電平的次數(shù)來決定選擇何種工作方式。1次表示手動，2次表示步進，3次表示快進。</p><p>　　4.5 信號輸入端的電路設(shè)計</p><p>　　信號輸入端是基于手動的工作方式下使用的。圖4.5中的B1、B2、B3、B4為3工位開關(guān)，一般處于斷開狀態(tài)既開關(guān)處于中間位置。上拉電阻的作用是為了防止輸入端懸空 ；減弱外部電流對芯片產(chǎn)生的干擾 ； 保護cmo

100、s內(nèi)的保護二極管,一般電流不大于10mA。 </p><p>　　圖4.5 開關(guān)接線圖</p><p>　　4.6 LCD液晶顯示電路</p><p>　　4.6.1 液晶顯示簡介</p><p><b>　　1. 液晶顯示原理</b></p><p>　　液晶顯示的原理是利用液晶的物

101、理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。</p><p><b>　　2. 字符顯示</b></p><p>　　用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由6×8或8&#

102、215;8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。</p><p>　　4.6.2 1602L

103、CD的基本參數(shù)及引腳功能</p><p>　　1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如圖4.6所示：</p><p>　　圖4.6 液晶顯示屏</p><p>　　1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　顯示容量:16×2個字

104、符</p><p>　　芯片工作電壓:4.5—5.5V</p><p>　　工作電流:2.0mA(5.0V)</p><p>　　模塊最佳工作電壓:5.0V</p><p>　　字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm</p><p>　　表4.1：1602LCD引腳功能說明標(biāo)</p>

105、<p><b>　　引腳接口說明：</b></p><p>　　第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行

106、讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如下表所示：<

107、/p><p>　　表4.2：1602LCD的指令說明</p><p><b>　　續(xù)表4.2</b></p><p>　　4.6.3 顯示電路設(shè)計</p><p>　　圖4.7 液晶顯示原理圖</p><p>　　圖4.7所示，RS接P3.7,RW接P3.6,E接P3.5。特別提出的是滑動變阻在這邊起

108、到背光的作用，用以調(diào)整顯示屏的亮度。</p><p><b>　　4.7 電源模塊</b></p><p>　　電源電路的主要作用就是給單片機提供5V的穩(wěn)定電壓，驅(qū)動單片機工作?？紤]到實驗時方便拆卸和簡化結(jié)構(gòu)，我選擇了采用USB接口直接去計算機相連的方式。如圖4.8所示，開關(guān)S4是控制系統(tǒng)的總開關(guān)，它控制著單片機的通斷電。</p><p>&l

109、t;b>　　圖4.8電源原理圖</b></p><p>　　把這些小電路集中在同一塊單片機上，P0口接信號輸入模塊，P1口接LCD顯示電路，P2口接繼電器的驅(qū)動電路，再添上晶振、復(fù)位電路和選擇工作方式的按鈕電路就完成了如附件A所示的整個控制系統(tǒng)的電路設(shè)計。</p><p>　　4.8 PCB板的制作</p><p>　　PCB板的制作是在完成原理圖

110、后自動生成的。生成后的元器件封裝的排列錯亂復(fù)雜，為了讓圖板清楚好看，在生成后必須自動排列元器件的封裝位置。如圖4.9所示：</p><p><b>　　a 初始PCB</b></p><p><b>　　b 排樣后的PCB</b></p><p>　　圖4.9 PCB排樣</p><p>　　圖4.

111、9 a是初始生成的PCB圖，經(jīng)過排樣后的PCB圖如圖4.9 b所示，顯然b圖比較美觀，讓人看起來也比較舒心。</p><p>　　排樣完成后還要布線，我采用的自動布線。在自動布線之前還要做些準備工作：設(shè)置線的粗細，尤其的電源線和地線要加粗。自動布線完成后板面的走線還是比較亂，所以還要手動調(diào)整。為了修改方便，我們必須一個圖層一個圖層地修改，這樣才能確保走線無誤。最終完成的PCB圖在圖4.10中也已經(jīng)展現(xiàn)出來。<

112、;/p><p>　　圖4.10完整PCB圖</p><p><b>　　軟件設(shè)計與調(diào)試</b></p><p>　　軟件的設(shè)計是設(shè)計控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。其任務(wù)是在整體設(shè)計和硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi)RAM資源，劃分功能模塊，然后進行主程序和各模塊程序的設(shè)計，最后連接起來成為一個完整應(yīng)用程序，與硬件相結(jié)合完成相應(yīng)功能。</p>

113、<p>　　圖5.1是程序設(shè)計的總體流程圖</p><p><b>　　開始</b></p><p>　　P3.0按下？ N 消除抖動</p><p><b>　　N Y</b></p><p>　　A+1P3.2按下？</p><p>

114、;<b>　　Y</b></p><p>　　A=2 A=3</p><p>　　步進 P3.0按下的次數(shù)A 快進 </p><p><b>　　A=1</b></p><p>　　延時子程序

115、手動 延時子程序</p><p><b>　　結(jié)束</b></p><p><b>　　圖5.1 流程總圖</b></p><p>　　5.1 手動子程序設(shè)計</p><p>　　手動子程序的設(shè)計思想是讀出P0口各個開關(guān)的狀態(tài)，然后判斷出哪一個繼電器應(yīng)該得電，最好給P2口賦值，讓