自動(dòng)剝線機(jī)控制面板設(shè)計(jì)

1 控制面板硬件電路設(shè)計(jì)
    圖1為控制面板硬件電路圖。單片機(jī)ATmega32識(shí)別每個(gè)鍵動(dòng)作，將矩陣按鍵的每個(gè)鍵動(dòng)作編成碼(0x01~0x90)，并將編碼信息輸給PLC。由于編碼信息為0 V，5 V，而PLC能識(shí)別的電平信號(hào)為0 V，24 V，所以用OC門(mén)7407芯片將編碼信息(0 V，5 V)轉(zhuǎn)換為PLC能識(shí)別的信號(hào)(0 V，24 V)，PLC讀取編碼信息，執(zhí)行剝皮、扭線、裁線等相關(guān)動(dòng)作，并將自動(dòng)裁線剝皮扭線機(jī)工作狀態(tài)信息(0000～1111，每個(gè)編碼對(duì)應(yīng)一種工作狀態(tài)信息)上傳到ATmega32。根據(jù)PLC輸出口內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如圖2所示，PLC輸出口是集電極開(kāi)路電路，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出，否則ATmega32無(wú)法檢測(cè)到PLC輸出口信息(高、低電平)的變化情況。SSC2AC40液晶在ATmega32控制下顯示編碼控制電路上的人工干預(yù)信息、錯(cuò)誤提示信息、自動(dòng)裁線剝皮扭線機(jī)工作狀態(tài)信息等，完成人機(jī)交互工作。
1．1 ATmega32單片機(jī)
    ATmega32是基于增強(qiáng)型AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，以Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生成，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有寄存器都直接與運(yùn)算邏輯單元(ALU)相連接，1條指令可以在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)2個(gè)獨(dú)立的寄存器，因此大大提高了指令操作碼效率，其數(shù)據(jù)吞吐率大約是普通CISC微控制器的10倍。8位RISC CPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的FLASH集成在1個(gè)芯片內(nèi)，使得ATmega32成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案.

    作為通用數(shù)字I／O使用時(shí)，所有AVR I／o端口都具有真正的讀一修改一寫(xiě)功能。每個(gè)端口都有3個(gè)I／0存儲(chǔ)器地址(數(shù)據(jù)寄存器PORTx、數(shù)據(jù)方向寄存器DDRx和端口輸入引腳PINx)。PA口定義為輸出，DDRA=0xff，將指令信息、錯(cuò)誤提示信息、自動(dòng)裁線剝皮扭線機(jī)工作狀態(tài)信息等輸送到SSC2AC40液晶顯示屏數(shù)據(jù)口DB0～DB7，PB口定義為輸入，DDRB=0x00，讀取矩陣鍵盤(pán)動(dòng)態(tài)信息。PC口高3位設(shè)為輸出，分別接SSC2AC40液晶顯示屏的RS，R／W，E，輸出正確的時(shí)序，使液晶屏有效顯示相關(guān)信息。
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    PD口的PDO～PD2設(shè)為輸入，DDRD=DDRD&0x07，接收PLC上傳的自動(dòng)裁線剝皮扭線機(jī)工作狀態(tài)信息等。PD El的PD3~PI)6設(shè)為輸出，DDRD=DDRD&0x78，將矩陣鍵盤(pán)編碼信息發(fā)送給PLC。
    掉電后有關(guān)數(shù)據(jù)信息保存在ATmega 32內(nèi)部的1024 B E2PROM，下次再工作時(shí)，無(wú)需再另行輸入，直接調(diào)出原來(lái)的數(shù)據(jù)即可，大大節(jié)省調(diào)機(jī)時(shí)間。ATmega 32內(nèi)部的1 024 B E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間，可以按字節(jié)讀寫(xiě)，訪問(wèn)由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定，至少能擦除100 000次。
    avr-libc對(duì)E2PROM存儲(chǔ)器讀寫(xiě)API定義在eeprom．h中，包含形式如下：

    這樣就可以實(shí)現(xiàn)掉電后設(shè)定好的相關(guān)參數(shù)得以保存，開(kāi)機(jī)后顯示關(guān)機(jī)前設(shè)定的參數(shù)。
1．2 SSC2AC40液晶顯示器
    SSC2AC40是40×2字符點(diǎn)陣式液晶顯示器，邏輯工作電壓4．5～5．5 V，驅(qū)動(dòng)電壓3．O～5．0 V，工作電流(背光除外)2．5 mA，常溫下工作溫度O～50℃／寬溫下工作溫度一20～+70℃，典型的16腳接El、帶有LED邊光／底光，溫度范圍較廣，屬寬溫型，具有工作電壓低，微功耗，顯示信息量大和接El方便應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制面板顯示和數(shù)字式儀表等領(lǐng)域，成為測(cè)試結(jié)果顯示和人機(jī)交互的重要工具。
    SSC2AC40數(shù)據(jù)El DB0～DB7接ATmega32的PA口，并行接收ATmega32發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，RS，R／W，E分別接ATmega32的PC5～PC7，得到正確的時(shí)序，實(shí)時(shí)顯示有效信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

2 軟件設(shè)計(jì)
    圖3為控制面板程序流程圖。開(kāi)機(jī)后顯示上一次關(guān)機(jī)前的信息，ATmega32讀取矩陣鍵盤(pán)，判斷鍵動(dòng)作信息，執(zhí)行相關(guān)參數(shù)設(shè)定；設(shè)定無(wú)誤，按開(kāi)始鍵，剝線機(jī)執(zhí)行進(jìn)行剝皮、扭線、裁線等工作；工作過(guò)程中PLC將信息上傳給ATmega32，通過(guò)SSC2AC40顯示。

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    編程語(yǔ)言以C為主，利用系統(tǒng)體積小，簡(jiǎn)單易學(xué)，語(yǔ)法著色，多文檔，錯(cuò)誤跟蹤好，界面友好的GCC的AVR c／c++編譯器和廣州天河雙龍電子有限公司的下載器SLISP作為開(kāi)發(fā)工具，進(jìn)行代碼生成、軟件測(cè)試和維護(hù)，開(kāi)發(fā)一個(gè)操作方便、簡(jiǎn)單易用、穩(wěn)定可靠且易于修改擴(kuò)充的軟件系統(tǒng)。經(jīng)反復(fù)調(diào)試優(yōu)化，程序在樣機(jī)的使用中運(yùn)行良好，顯示穩(wěn)定可靠，滿足系統(tǒng)要求。程序稍作修改便可移植到其他類型的單片機(jī)，有利于產(chǎn)品硬件更換，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

3 調(diào) 試
    (1)ATmega32 JTAG接口的TMS，TCK，TDO。TDl分別對(duì)應(yīng)PC口的PC3～PC5；而在該設(shè)計(jì)中沒(méi)有用到JTAG接口，所以配置熔絲時(shí)要禁止使用JTAG接口功能，以免JTAG接口的TMS，TCK，TD0，TDI與PC3～PC5沖突。
    (2)由于使用機(jī)械開(kāi)關(guān)按鍵，在觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)。為保證對(duì)鍵動(dòng)作的準(zhǔn)確識(shí)別，采用軟件延時(shí)緩沖按鍵動(dòng)作時(shí)的抖動(dòng)，待信號(hào)穩(wěn)定后再進(jìn)行鍵掃描，延遲時(shí)間大于10～20 ms即可。
    (3)液晶顯示屏置于控制面板上，工作環(huán)境的電磁干擾對(duì)顯示屏的工作有一定的影響，故該系統(tǒng)采取的主要抗干擾措施如下：設(shè)計(jì)LCD模塊的接口時(shí)，在VSS和VDD之間接入0．1μF的去耦電容，并接入10 μF或20μF的電源濾波電容，提高電源輸入的穩(wěn)定性。LCD模塊的工作電流僅為幾毫安，但其背光部分所需要的電流遠(yuǎn)大于其工作電流，因此需將工作電源和背光電源分別布線。為避免其他可能的干擾源對(duì)液晶顯示過(guò)程的影響，采用軟件定時(shí)復(fù)位液晶屏，屏蔽異常顯示。
    (4)在編碼信息與PLC之間的電平轉(zhuǎn)換電路中，PLC的電源與7407輸出端的上拉電源一定要共負(fù)極。否則由于參考電壓不同，PLC輸入端獲取的電平不正常，無(wú)法有效識(shí)別編碼信息。

4 結(jié) 語(yǔ)
    該文研制的控制面板電路簡(jiǎn)潔實(shí)用，編程靈活，成本低，抗干擾能力強(qiáng)，性能可靠，在反復(fù)測(cè)試中矩陣鍵盤(pán)工作正常；液晶屏有效屏蔽干擾源，顯示穩(wěn)定可靠，完成人機(jī)交互工作，適合用戶需求，具有廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)其他工業(yè)設(shè)備操作面板的研制有一定的參考價(jià)值。