工业缝纫机伺服节能电机的研究

【摘要】工业缝纫机伺服节能电机是工业缝纫机的核心部件，智能化是它的发展趋势，植入单片机技术。本设计是以工业缝纫机控制板为基础，把AT89C52单片机作为工业缝纫机电脑控制板控制中心，将软、硬件有机地结合起来，利用单片机的定时器/计数器定时功能完成计时，在用户设定的程序内，完成优先判断，信号锁存，程序显示，时间显示，声光提示等功能。工业缝纫机电脑控制板在现代工业工业缝纫机中得到充分发辉。

【关键词】工业缝纫机电脑控制板；单片机；LED显示

本设计是基于单片机设计，通过单片机与电路的合理结合，使工业缝纫机有了更多更完善的功能。单片机系统的硬件结构给予了工业缝纫机系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。

系统设计主要包括硬件设计和软件设计两大部分，硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能分析，拟定详细的工作计划；然后进行具体编程，包括各模块的流程图，选择合适的编程 语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试测试，达到所需功能要求。

在系统设计中，硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的是选择用于控制的单片机，并确定与之配套的芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，根据要求选择芯片的型号，绘制电路图进行仿真调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，最终达到设计功能要求。

根据设计要求，工业缝纫机电路由单片机控制电路、电源电路、显示电路、键盘电路、程序电路、报警电路等组成。

系统的主控单元由AT89S52及其最小工作系统构成，主要功能是控制系统的总体，是系统的核心，相当于系统的大脑和心脏。以AT89C52芯片作为抢答器控制核心，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。电容起稳定振荡频率、快速起振的作用。晶振频率的典型值为12MHz。本设计中采用内部振荡方式。采用内部振荡方式所得的时钟情号比较稳定，实际应用中使用较多。时钟电路，电容、晶振构成时钟电路。

单片机的时钟电路产生时钟信号，时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准。单片机的复位电路产生复位信号，复位信号使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。AT89C51单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。电容起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MHz。本设计中采用内部振荡方式。采用内部振荡方式所得的时钟情号比较稳定，实际应用中使用较多。

系统复位是任何单片机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。AT89C51单片机是高电平复位。

在单片机的应用中，人机界面占有相当重要的地位，人机界面主要包括输入和结果显示，而LED显示具有发光率高、使用寿命长、成本低、与单片机接口方便等特点得以广泛应用。本设计中显示采用LED数码管动态显示。LED显示是由发光二极管显示字段的显示器件。LED数码管根据接法不同分为共阴和共阳两类，将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。它们的发光原理是一样的。共阳极LED显示的发光二极管阳极接电源。当某个发光二极管的负极低电平时，对应发光二极管亮。

显示器采用的是七段数码显示器。LED数码管动态显示用在多位LED显示中，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制（段码控制），而共阴极点或共阳极点分别由另外一组I/O口线控制（位码控制）。由于所有的段选码皆由一个I/O控制，因此，在每个瞬间，每个LED只能显示相同的字符。要想每位显示不动的字符，必须采用扫描显示方式，即在每一瞬间只有某一位显示相应字符，在此瞬间，段选码控制I/O口输出相应字符段码，位选码控制I/O口在该显示位送入选通电平以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位显示该位显示字符，并保持延时一定时间，以造成视觉暂留效果，不断循环送出相应的段选取码、位选码，就可以获得视觉稳定的显示状态。动态扫描的频率有一定的要求，频率太低，LED将出现闪烁现象。。

在硬件电路设计定型后，软件任务也就基本上定下来了。在各执行模块进行定义时，规划好数据结构和数据类型问题。源程序主要包括主程序、键盘子程序、显示子程序、外部中断子程序等。

主程序任务是初始化控制器，包括键盘、显示、外部中断等各初始量，然后循环调用键盘子程序、调用显示子程序。

显示子程序的任务是完成时间、编码、状态等信息显示。

每个键都赋予了特定功能，键盘子程序的功能是扫描键盘（检测是否有键按下），键抖动处理，多键串键处理，确定被按下的键的位置，产生相应的键的代码，键功能执行。

定时中断子程序的任务是完成计时、时间的十六进制到十进制转换。

外中断子程序的任务是接收数据、数据处理，处理数据后送显示缓冲区。

所用元器件封装，常用元器件封装软件中有，有些元器件的封装要根据元器件的结构自己制作。用人工方法设计PCB。PCB绘制好后，将PCB用激光打印机打印到热转印纸上。用一块10cmx20cm的覆铜板，将打印好的热转印纸正面附在覆铜板的带有铜的一面，一起送入热转印机中。覆铜板自然冷却后，撕去热转印纸。用FECL3烂去板子上的其余铜，洗净即可。然后按照焊盘上的孔的大小打孔，涂上松香酒精，电路板制作就完成了。然后按照电原理图，在电路板上插入元器件，再用电烙铁焊接牢固即可。

系统调试包括硬件调试和软件调试，而且两者是密不可分的。我们设计好的硬件电路和软件程序，只有经过联合调试，才能验证其软硬件是否达到技术指标要求，也只有经过调试，才能发现问题并加以解决、完善。

硬件调试：首先检查制版过程中的一些由工艺性造成的失误，比如错线，开路，短路等问题，这些都可直接由电路板上检查获得。再可用万用表检查是否存在电路短路、断路等问题。检查完硬件，确定硬件部分全部正确后进行软件调试。

①电源调试。不加电测试，完成焊接后，用万用表测电源输出端电阻，若阻值很小，说明有短路，检查故障，反之正常。加电测试，通电后，用万用表测电源输出端电压，测得实际输出电压为+5.12V/-5.06V，在要求范围内，输出电压正常，说明电源电路正常。

②单片机基本电路调试。通电测震荡电路、复位电路的电压，AT89C52的31引脚电平。

③显示电路调试。本设计的显示电路使用了共阳数码管。在安装数码管之前要用万用表检测数码管。显示电路调试过程为：确保单片机的管脚与数码管连接正确，编写一段显示程序，检查显示电路正确与否。

④键盘电路调试比较简单，键盘电路比较简单，故调试起来也很容易，确保焊接正确的情况下，只需编写一段测试程序，在仿真器上调试，当按下按键时，观察对应端口的电平状态即可。

⑤无线接收电路及解码电路的调试。通电，按下无线发射电路的按键，用示波器观察无线接收电路及解码电路输出端有无波形输出即可。

软件先在仿真器上调试，确保运作正常之后。调试过程是循序渐进过程，直到各项符合设计要求即可。在本设计中，软件调试主要分四部分：主程序、键盘处理子程序、显示子程序、定时中断子程序、外中断子程序。

显示子程序调试。显示子程序是相对独立的子程序，要显示的数据应放入相应的显示缓冲区中，显示子程序的功能就是把显示缓冲区中数据在对应的位置上显示。编好显示子程序，改变显示缓冲区中数据，调试显示子程序，直到显示正常为止。

定时中断子程序调试。定时中断子程序也是相对独立的子程序，编好显示子程序，在主程序中预置定时数据，开定时中断，在仿真器上调试，观察时间显示器的显示，调试定时中断子程序，直到数据显示正常为止。

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