采用80C196KC智能控制工业缝纫机

【摘要】 本文介绍采用80C196KC微控器对工业缝纫机控制的设计实现，采用光电传感器、霍尔传感器等部件实现通道数据输入与输出功能；采用Intel8279专用键盘/显示器接口芯片、LED数码管、接触式按键控制器实现人机接口。

【关键词】 80C196KC Intel9279 微控器 数据采集 控制 工业缝纫机

工业缝纫机智能控制系统，采用了Intel公司的80C196KC微控器构成最小系统，采用可编程程序存储器、静态随机数据存储器及非挥发存储器对微控器进行存储器扩展;采用Intel8279专用键盘/显示器接口芯片、LED数码管、接触式按键等实现人机交互功能;采用光电传感器、霍尔传感器等实现通道数据输入与输出功能以及采用光电藕合器件和MOS场效应管功率部件等实现缝纫速度调节、剪线、挑线与反缝等功能;供电电源为各部分提供所需的电压。

一 系统总体设计

1、80C196KC微控器构成的最小系统

这里采用2片可编程程序存储器EPROM 27128,1片静态随机存储器SRAM6264, 1片Dallas公司的非易失存储器DS 1220 NVRAM对80C 196KC微控器进行外存储器扩展，以构成控制系统的最基本部分。

2、数据采集部分

这部分包括两个具体的功能子块。一个子块是安装在缝纫机踏板检测盒内的光电传感器、霍尔传感器及其处理电路以完成对踏板位置变化的检测;另一个子块是安装在缝纫机皮带轮内侧的光电传感器及其处理电路以完成对缝纫机主轴位置与速度的检测。

3、健盘及显示部分

该部分采用1片Intel 8279专用键盘/显示器接口芯片、4个LED数码管、17个接触式按键以及8个LED发光二极管等实现人机交互功能，以设置和显示各种不同的缝纫模式及针数。

4、控制与执行单元

采用了4个光电祸合器件4N25和4个MOs场效应管功率部件等实现数据输出与功率控制，主要是驱动电动机上的电磁离合器、缝纫机上的各个执行电磁阀，以完成缝制速度调节、剪线、挑线、反缝与补针等功能;

5、供电电源单元

采用变压器、整流滤波及稳压等电路组成，分别给以上各部分提供所需要的电压。

二 系统硬件设计

1、Intel80C196KC简介

16位的80C196KC芯片是Intel公司MCS-96系列单片机中重要的新成员，也是目前该系列单片机中性能最强的产品之一，在各类自动控制系统、数据采集系统和高级智能仪器中都有广泛的应用。80C196KC芯片的特点如下：振荡信号频率达16MHZ，指令的运算速度更快，16位乘法1.75μs，32位除法3.0μs；8个A/D通道，可以方便地实现被控对象多点电压和电流采样； 16位多路复用地址数据/地址线可以与PSD直接接口，同时通过锁存器后，可将地址和数据分别接至双口RAM，实现多个CPU之间的数据传输等。

2、系统硬件电路设计

系统以80C196KC 16位微控器及其扩展存储器构成的最小系统为核心，包括数据采集、键盘与显示、控制与执行及供电电源等单元。数据采集单元分为缝纫机踏板位置检测盒和缝纫机主轴位置与速度检测器两部分;键盘与显示单元包括以可编程键盘显示专用接口芯片8279为核心的键盘输入和LED数码管和指示灯显示部分；控制与执行单元由光电藕合器件、功率器件、电动机及其电磁离合器和缝纫机中各电磁阀组成。

2.1最小系统

最小系统包括扩展了存储器的80C 196KC 16位微控器、时钟电路、复位电路以及总线驱动电路等部分。

2.2 振荡器电路

80C196KC振荡器电路，可以使用外部时钟由XTALl端直接输入:也可以采用内部振荡电路，其引脚XTAL;和XTAL2端分别是内部反相器的输入端和输出端，两者之间外接一个石英晶体振荡器及两个频率调整电容，可与其内部反相放大器构成一个振荡器。

2.3 复位电路

这里用了两个74LS132，可使复位信号变得更光滑.同时为了提高复位信号对周围其它电路的负载能力，在接到周围电路之前经过一个74LS04。

2.4 系统总线的驱动与控制

采用了2个74HC373. 2个74HC245和1个74HC244等芯片，同时结合地址分离控制线ALE/ADV和读控制线/RD，实现地址总线和数据总线的分离、锁存与驱动。

2.5 存储器扩展

由于80C 196KC无片内程序存储器，故采用2片EPROM 27128作为32KB的扩展程序存储器，供存放系统程序、应用程序及数据表格之用;还采用 1片SRAM 2864作为8KB扩展数据存储器，在系统运算处理时用于暂存各种数据。

2.6输入通道

这部分包括:缝纫机主轴位置及旋转速度检测信号的输入;键盘设置信息的输入;脚踏板检测盒信号的输入等。

2.7 踏板操纵控制

这部分就是脚踏板通过向前、向后等不同位置给予控制单元一系列操纵缝纫机的命令，如启动、停止、剪线、速度给定等。实质上，这部分就是将踏板的不同位置和方向信息转换为以上命令，可见主要就是位置传感器。

2.8输出通道

输出通道包括显示电路和功率输出电路两部分。其中显示部分包括共计 8个指示灯 (LED发光二极管)和4个LED数码管组成的电路，以完成剪线、挑线和反缝功能和缝纫速度调节任务。

2.8.1显示电路

这部分有4个LED数码管构成的数字显示器和8个LED发光二极管构成的功能键指示器。采用专用键盘/显示器集成接口芯片Intel 8279和LED数码管构成。

这里的时钟信号由微控器的ALE信号引脚提供。8279的片选信号引脚CS接译码器的一路输出/Y6，因而其命令端口的地址为：C0001H;数据端口的地址为:C000H。

微控器通过系统数据总线从8279数据端口送入要显示的数据，再由输出口(OUTA0~OUTA3口和OUTB0~OUTB3口)、扫描口(SL0~SL3)和两个驱动器7407在LED数码管上进行显示。

2.8.2.指示灯接口电路

这部分采用了一个单向数据缓冲锁存器 74LS244和两个反相驱动器7406对8个指示灯进行控制。

数据缓冲锁存器74LS244的两个控制信号引脚(1/G. 2/G)并联在一起，然后接在74HC138译码器的一路输出信号引脚IY7上，可以控制微控器把要显示的指示数据锁入到 74LS244中，通过两个反相驱动器 7406驱动后由LED指示灯进行显示。

2.8.3功率控制电路

这部分为三个执行部件电磁阀(剪线电磁阀、挑线电磁阀、反缝电磁阀)以及交流电动机的电磁离合器提供控制电路接口。系统采用双列直插式芯片IRF540N，在功率驱动电路与系统控制信号电路之间加一级4N25型光电隔离器。

三 系统软件设计

系统软件采用汇编与C语言相结合的方式进行编程的。其中监控部分和调速部分采用汇编语言，其余采用C语言。

软件总体结构分为系统监控主程序和各个功能子程序两个部分。

3.3.1监控软件

完成系统自检、初始化、处理键盘命令、处理接口命令、处理条件触发并完成显示功能。

3.3.2初始化模块

完成包括器件、堆栈、参数等的初始化工作，如8279芯片的工作方式、分频系数、设显示RAM工作方式、读FIFO的状态、清显示RAM及FIFO RAM就是其中之一。

3.3.3自检测模块

自检测模块是对几个主要输入端口的状态的检查，也就是和踏板相关的信号。

3.3.4键盘模块

键盘部分共有17个按键，显示部分共有4个LED数码管和8个发光二极管作为指示灯。

3.3.5显示模块

本模块的任务是完成向Intel 8279芯片写入有关控制命令并将要显示的数据对应的断码表值写入芯片中进行显示。

3.3.6采样模块

本模块的任务是对外部模拟输入信号连续采样10个数据，循环进行，采样所得到的数据存放在外部RAM单元 (采样数据缓冲区)中，作为控制模块的调速使用，即根据所采样的数据计算出期望的速度值，并与实测的速度值进行比较以决定调速的方向和大小。

3.3.7测速模块

缝纫机主轴是受电动机电磁离合器输出轴驱动的，电磁离合器输出速度是由调速控制模块控制的。

3.3.8闭环调速模块

本模块是完成缝纫机缝纫时调节走线速度的，主要就是通过微机系统根据输入通道获得的踏板上霍尔传感器给定的速度及皮带轮上光电传感器实测的缝纫机主轴速度，在系统内部进行比较后通过输出通道输出控制脉冲，对电动机的上的电磁离合器进行调速。

四 结论

本文采用Intel80C196KC微控器作为工业缝纫机控制系统的核心控制部件，基于控制和人机交互的需要，采用了光电传感器、霍尔传感器、MOS场效应功率器件以及采用Intel 8279专用集成接口芯片等来实现相关功能。采用80C196KC微控器加扩展存储器的形式，还有一些其他部件，该结构使用稳定可靠，今后改进或功能升级也很方便，所以很适于工程实现。