畢業(yè)設計--貼標機械手運動控制系統設計

1、<p>　　本科畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　題目： 貼標機械手運動控制系統設計 </p><p>　　專 業(yè)： 自動化（數控技術應用） </p><p>　　Graduation Design (Thesis)</p><p>　　The Design Of Labeling manipulator Cont

2、roller</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文概述了母導線的結構型式，使用范圍以及選型，及其自動檢測系統的組成和控制流程，著重介紹了貼標機運動控制系統的設計和功能實現。貼標機運動控制系統選用MCS-51系列單片機8031作為CPU，外部擴展了程序存儲器和數據存儲器，用于存儲控制系統監(jiān)控程序和數據，并設計了LED顯示電路、手動鍵

3、盤和編輯鍵盤?？刂撇竭M電機轉動的脈沖信號，采用光電隔離輸出，提高了系統的可靠性。另外還設計了與本控制系統相配套的步進驅動電路。在該驅動電路中，選用89C2051作環(huán)行分配器件，電路簡單易于進行相序分配。本驅動電路為恒流斬波電路，能將電機繞組電流恒定，電路簡單,工作可靠。文中繪出了驅動的電路原理圖，給出了四相步進電機的正轉反轉的程序設計流程圖和主要的控制程序，最后介紹了Protel 99 SE 在電路設計中的應用，指出了設計中出現的問題，

4、并提出了具體的解決方法。</p><p>　　關鍵詞：母導線貼標機；單片機控制；步進驅動電路；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, the structure, usage and composition of the automatic testing system and

5、the control flow of the bus bar were introduced briefly, and the motion control of the labeling machine is emphasized and realized. In the system developed, a 51 series MCU, 8031, is used as the controller, and data memo

6、rizer, program memorizer, LED displaying circuit, keyboard circuit and other function module are completed. Optical coupler used in the pulse generation and transmission, the system reliabilit</p><p>　　Keywo

7、rds: the bus bar labeling machine; Microcontroller control; step motor driver</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒 論 ………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 引言…………………………

8、…………………………………………....1</p><p>　　1.2 選題背景與意義………………………………………………………....2</p><p>　　1.3 研究現狀………………………………………………………………....2</p><p>　　1.4 本文的結構………………………………………………………………3</p><p>　

9、　第二章 母導線參數檢測系統簡介……………………………………… 4</p><p>　　2.1 母導線簡介……………………………………………………………....4</p><p>　　2.2 母導線分類……………………………………………………………....4</p><p>　　2.3 母導線基本結構…………………………………………………………4</p>

10、<p>　　2.4 自動檢測系統組成………………………………………………………6</p><p>　　2.5 自動檢測系統控制流程…………………………………………………7</p><p>　　第三章 貼標機運動控制系統電路設計………………………………10</p><p>　　3.1 貼標機運動機構概述…………………………………………………...10&

11、lt;/p><p>　　3.2 貼標機運動控制方案擬定……………………………………………...11</p><p>　　3.2.1 總體方案設計……………………………………………………..11</p><p>　　3.2.2 貼標機控制系統設計……………………………………………..11</p><p>　　3.3 CPU選擇及其外圍電路設計………

12、…………………………………...12</p><p>　　3.3.1 單片機8031簡介………………………………………………....12</p><p>　　3.3.2 單片機8031的時鐘及復位電路………………………………....13</p><p>　　3.4 存儲器擴展電路設計…………………………………………………...13</p><p&

13、gt;　　3.4.1 程序存儲器的擴展………………………………………………..13</p><p>　　3.4.2 數據存儲器的擴展………………………………………………..14</p><p>　　3.5 顯示電路設計…………………………………………………………...17</p><p>　　3.5.1 LED顯示器簡介…………………………………………………...1

14、7</p><p>　　3.5.2 LED顯示電路……………………………………………………...17</p><p>　　3.6 鍵盤擴展電路設計……………………………………………………....18</p><p>　　3.6.1 編輯鍵盤接口芯片選擇…………………………………………...18</p><p>　　3.6.2 編輯鍵盤電路……

15、………………………………………………...20</p><p>　　3.6.3 手動鍵盤電路……………………………………………………...20</p><p>　　3.6.4 編輯鍵盤流程圖…………………………………………………...21</p><p>　　3.7 輸入/輸出信號接口擴展電路設計……………………………………...21</p><

16、p>　　3.7.1 步進電機控制信號接口電路………………………………………21</p><p>　　3.7.2 開關量輸入/輸出信號接口電路…………………………………...21</p><p>　　3.8 地址譯碼電路設計……………………………………………………….22</p><p>　　3.8.1 譯碼電路……………………………………………………………22

17、</p><p>　　3.8.2 譯碼地址……………………………………………………………24</p><p>　　第四章 步進電機驅動電路設計 …………………………………………25</p><p>　　4.1 步進電機簡述…………………………………………………………….25</p><p>　　4.2 步進電機的控制原理……………………………

18、……………………….25</p><p>　　4.3 相序分配電路設計……………………………………………………….26</p><p>　　4.3.1 相序分配電路………………………………………………………26</p><p>　　4.3.2 相序分配軟件………………………………………………………27</p><p>　　4.4 功率放大電路

19、設計……………………………………………………….29</p><p>　　第五章 貼標機械手運動控制系統的原理圖及PCB圖繪制………32</p><p>　　5.1 用Protel 99 SE 進行電路設計的基本步驟……………………………..32</p><p>　　5.1.1 電路原理圖設計的步驟……………………………………………32</p><

20、;p>　　5.1.2印刷電路板設計的步驟…………………………………………….32</p><p>　　5.2電路原理圖設計…………………………………………………………..33</p><p>　　5.3印刷電路板的設計………………………………………………………..33</p><p>　　5.4 設計中的問題及解決方法………………………………………………………

21、35</p><p>　　第六章 總 結 ………………………………………………………………36</p><p>　　1、論文總結…………………………………………………………………36</p><p>　　2、感謝………………………………………………………………………36</p><p>　　致 謝……………………………………………………

22、……………………38</p><p>　　參考文獻 ………………………………………………………………………39</p><p>　　附錄A：英文資料………………………………………………………………..40</p><p>　　附錄B：英文資料翻譯…………………………………………………………..45</p><p>　　附錄C：硬件設計原理圖與

23、PCB圖…………………………………………….49</p><p>　　附件： 畢業(yè)論文光盤資料</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　人類已經進入電氣化時代，人們借助電氣技術實現了自動控制機械、自動生產線甚至自動

24、工廠，并大大地發(fā)展了自動控制理論。在單片機出現后，計算機成為廣大工程技術人員現代化技術革新、技術革命的武器。目前，計算機在工業(yè)控制領域中得到最廣泛的應用，各種機電設備都競相引入單片機構成各種控制器、控制系統以及相應的多機系統和網絡系統。而本課題母導線貼標機控制系統，就是通過外擴鍵盤、顯示和輸入/輸出接口等單元，滿足母導線自動貼標功能的單片機系統。作為一名將成為電子、電氣工程技術人員的自動化專業(yè)畢業(yè)生，了解和掌握單片機及其控制系統是非常必

25、要的。</p><p>　　目前，主要的自動貼標技術有三種:</p><p>　　1“吸貼法”(或“氣吸法”)</p><p>　　這是最普通的貼標技術.當標簽紙離開傳送帶后，分布到真空墊上，真空墊連接到一個機械裝置的末端。當這個機械裝置伸展到標簽與包裝件相接觸后，就收縮回去，此時就將標簽貼附到包裝件上。這種技術可靠地實現正確地貼標，且精度高，這種方法對于產品包裝件

26、的高度有一定變化的頂部貼標，或對于難于搬動的包裝件側面貼標是非常適用的，但是它的貼標速度較慢。</p><p>　　2“吹貼法”（或“射流法”)</p><p>　　這種技術的某些運作方式是與上述吸貼法相似的，就是將標簽放置到真空表面墊上固定，直到貼附動作開始為止。但在本方法中真空表面是保持不動的，標簽固定和定位在一個“真空柵”上，“真空柵”為一個上面具有幾百個小孔的平面，這些小孔是用來維

27、持形成“空氣射流”的。由這些“空氣射流”吹出一股壓縮空氣，壓力很強，使真空柵上標簽移動，讓它貼附到被包裝物品上.這是一項稍具復雜性的技術，它具有較高的精度和可靠性。</p><p>　　3“擦貼法”(或“刷貼法”)</p><p>　　第三種貼標方法稱為同步貼標法，也可稱作“擦貼法”、“刷貼法”或“接觸粘貼法”。在貼標時，當標簽的前緣部分粘附到包裝上后，產品就馬上帶走標簽。在這一種貼標機中

28、，只有當包裝件通過速度與標簽分配速度一致時，這種方法才能成功。這是一項需要維持連續(xù)作業(yè)的技術。此外，為使標簽的貼附滿足完整恰當的要求，像刷子或滾筒那樣的第二套裝置也是不可缺少的。</p><p>　　1.2選題背景與意義</p><p>　　近年來，隨著市場競爭的日益激烈，人們對產品外包裝的要求越來越高。在包裝件或產品上加上適當的標簽，不僅可以清晰地表示出產品的商標、主要參數、使用說明等信

29、息，而且美觀的產品標簽還有助于提升公司形象，促進產品的銷售。自動貼標機是在包裝件或產品上加上標簽的一種自動化設備。目前所使用的貼標機中，多采用步進電機或伺服電機，結構和控制較復雜，制造成本較高。采用氣動技術，不僅可以做到機械結構簡單，而且具有綠色環(huán)保、防火、防爆、耐高溫等特點，同時輸出力及輸出速度易于調節(jié)，可以最大限度地保護包裝物品。因此，研究和開發(fā)基于氣動技術的自動貼標機，具有實用價值。</p><p>　　自

30、動貼標機具有以下特點:</p><p>　　1) 一般結構復雜，運動速度快，動作精度高。為滿足性能要求，對零件的剛度要求和表面質量等都有較高的要求。</p><p>　　2) 用于食品和藥品的包裝機要便于清洗，與食品和藥品接觸的部位要用不銹鋼或經化學處理的無毒材料制成。</p><p>　　3) 進行包裝作業(yè)時的工藝力一般都較小。</p><p&

31、gt;　　4) 一般都采用無級變速裝置，以便靈活調整速度、調節(jié)生產能力。</p><p>　　5)特殊類型的專業(yè)機械，種類多，生產數量有限。</p><p>　　隨著各種貼標技術的深入發(fā)展，貼標機正向著以下幾個發(fā)展方向:</p><p>　　1)高生產率、高可靠性、高精度、好的柔性和靈活性，注重成套性和配套性;</p><p>　　2)自動化

32、程度不斷提高，過去的手工半手工的復雜作業(yè)，己被半自動或自動的貼標機所取代，且逐漸向控制智能化的方向發(fā)展;</p><p>　　3)先進的機電技術和新元件被綜合應用于貼標機中，并通過采用先進的設計方法提高產品設計質量，縮短制造周期。</p><p>　　貼標機作為包裝生產線的一個重要組成部分，直接影響到包裝質量，因此要努力提高貼標質量，根據貼標要求從設計、制造、裝配、調試等方面綜合考慮，以較

33、低的成本滿足貼標機的功能要求。</p><p><b>　　1.3 研究現狀</b></p><p>　　目前國內母導線技術參數的測定還是由人工完成，其自動檢測技術在國內還是個空白。隨著社會的發(fā)展，人工檢測技術遠遠不能滿足社會對生產率的要求，采用自動檢測技術并配備自動化檢測裝置將大大提高企業(yè)生產的效率，減少人員的投入，將會給企業(yè)帶來廣闊的市場前景和顯著的社會效益。&l

34、t;/p><p><b>　　1.4 本文的結構</b></p><p>　　本文以貼標機械手的研發(fā)工程項目作為應用背景，對8031單片機的擴展技術、步進電機的恒流斬波技術進行了研究。全文共分為六章，各章的主要內容如下：</p><p>　　第一章扼要地介紹了母導線、自動貼標機的概念、特點與相關研究背景；</p><p>　

35、　第二章研究了母導線參數檢測系統；</p><p>　　第三章對貼標機進行了研究，給出了外部擴展電路的控制方案，并討論了單片機的擴展相關外部電路的設計方法；</p><p>　　第四章對步進電機進行了研究，給出了四相八拍步進電機的控制方案，并討論了步進電機驅動電路的設計方法；</p><p>　　第五章介紹了用Protel 99SE繪制原理圖的過程其中遇到的問題及解

36、決方法。</p><p>　　第六章總結了全文的研究工作，給出了存在的問題和進一步研究的方向。</p><p>　　第二章 母導線參數檢測系統簡介</p><p><b>　　2.1母導線簡介</b></p><p>　　母線是一種可與幾條電路分別連接的低阻抗導體；母導線由絕緣材料包裹的幾條并排母線加上金屬外殼封裝而成。

37、母導線是低壓供電系統中負責傳輸電能、分配電能的一種新型的配電設備，由于母導線具有載流能力大、防護等級高、分配電能方便、安全可靠等優(yōu)點是替代傳統的電纜和電纜橋架輸配電系統的更新換代產品,尤其在大電流輸送電方面母導線居于主導地位，其輸電能力在200A～5000A, 母導線由許多個直線單元和若干個彎曲單元連接組成。與傳統的電纜配電方式比較，母導線具有體積小、輸送電流大、安全可靠、拆裝方便、基建與配電施工互不相擾，一次投資可反復使用等優(yōu)點，是一

38、種理想的配電產品。母導線的安裝可直接從變壓器接到低壓配電柜，也可以從低壓柜直接接到配電系統作為配電干線線路。</p><p><b>　　2.2母導線分類</b></p><p>　　母導線主要有三相三線制、三相四線制和三相五線制，其中又有單通道和雙通道之分，截面如圖2.1所示。按制造工藝和用途，又可以分為：密集型母導線、空氣型母導線、高性能型母導線、耐火型母導線、防

39、水型母導線、絕緣型母導線；按其外殼材料分為鋼外殼、鋁合金外殼和鋼鋁混合外殼母導線；按其導體材料分有銅導體和鋁導體母導線等。</p><p>　　2.3母導線基本結構</p><p>　?。?）外殼 母導線外殼由優(yōu)質鋼和鋁組成，以減少磁滯渦流損耗，完成面噴涂灰色環(huán)氧樹脂，對外表加以保護。母導線外殼完全封閉以免機械損傷和灰塵積聚，而且采用50%容量的整個外殼鋁質接地導體，由于這導體是母導線外殼

40、的一部分，當發(fā)生高容量的接地故障時，可有效接地和保護整個系統。</p><p>　?。?）連接裝置 母導線的連接裝置是使用螺栓，其材料為高強度鋼、彈簧墊片為寬沿以確保壓力在整個受壓面上的均勻分布，螺栓為雙頭設計，有力矩指示（81—108N·m），處于地電位，在母線全部檢測后扭斷力矩螺栓，以達到壓緊力矩。800A及以上的母導線可以在不影響鄰母導線段的情況下，拆除一段，也可以在要求電氣隔離的情況下，拆除連接

41、裝置。</p><p>　?。?）母線 母線采用表面度銀的銅排作為導電材料。導電排的外表面均采用B級130°聚脂膠片以達到長期絕緣效果。在額定負載電流下，母線槽內任何一點的溫升不應高出周圍環(huán)境55°C。800A及意識的直線饋線和插入式母導線為三明治結構，除開口處，其余部分母線各層無空間存在，防止煙囪效應。</p><p>　　（4）插接口 每條標準插接母導線為3.05m

42、長，在每條母導線兩個側面均有插接口，插接口上有活頁門作保護，插接口間距為610mm。在插接箱安全插入之前應使檢查開口方便可行，明確標注插接口母線的相序。</p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　3</b></p><

43、;p><b>　　4</b></p><p><b>　　5</b></p><p><b>　　6</b></p><p>　　7 </p><p>　　a)

44、 b)</p><p>　　c） d）</p><p>　　圖2.1 母導線截面圖</p><p>　　1—絕緣墊塊 2—固定螺栓 3—導電排 4—絕緣層 5—側板 6—蓋板</p><p><b>　　7—外殼螺栓</b></p>&

45、lt;p>　　母導線結構（圖2.2）：由絕緣墊塊（酚醛塑料）、固定螺栓、導電排、絕緣層（聚四氟乙烯）、側板、蓋板和外殼螺栓等部件組成。</p><p>　　母導線應用范圍廣，適用于高層建筑、多層工業(yè)工房、機床密集的車間、產品工藝多變的車間、老車間和廠房的改造，以及各種實驗室、展覽館、體育館、賓館等場所作電力饋電和配電使用?？梢詰糜诙鄠€行業(yè)的</p><p>　　許多場合；防護等級高

46、，可廣泛應用于室內、戶外、地下、水中和含有腐蝕性氣體等特殊環(huán)境中。</p><p>　　圖2.2 母導線結構</p><p>　　母導線的相關技術參數執(zhí)行GB7251.2的相關規(guī)定。其主要參數有：額定電流及電壓，介電性能，絕緣電阻，結構強度和防護等級等，產品型號標識如圖2.3所示。母導線的參數性能要求達到：</p><p>　　1）母導線保證在額定工作電流及110%

47、的額定電壓下長期正常作。</p><p>　　2）母導線單元應承受交流2500V（有效值）的工頻耐壓，歷時1min無擊穿或閃絡現象。</p><p>　　3）母導線單元相與相之間及外殼之間的絕緣電阻均不低于20歐姆。</p><p>　　4）母導線2m長度中間能承受2m母導線本身重量加90kg的靜負荷，不影響其性能，母導線連接處能承受1.5m母導線重量加90kg的靜

48、負荷，不影響其性能。</p><p>　　5）防護等級為IP40。</p><p>　　圖2.3 母導線產品型號</p><p>　　2.4 自動檢測系統組成</p><p>　　母導線自動檢測系統主要由一個上位機（PC）、運動控制系統（或稱下位機）、母導線參數檢測系統、貼標機、氣壓系統、輔助動作執(zhí)行結構、包裝機構、定位機構、步進驅動系統等組

49、成，并配備了相關的傳輸機構、打印機等，如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 自動檢測系統的組成</p><p>　　上位機（PC）主要負責母導線自動檢測系統的總體控制，控制下位機、接收檢測系統檢測數據、打印檢測結果及控制貼標機貼標。下位機由8031單片機構成，主要控制氣缸傳動系統和步進驅動系統，相應執(zhí)行機構單元根據控制系統發(fā)出的控制信號動作。貼標機系統由8031及外圍電路組成，接

50、收上位機控制信號，控制貼標機械手，抓取打印機打印的標簽并粘貼到母導線外殼上。定位機構是由氣缸驅動的。</p><p>　　2.5自動檢測系統控制流程</p><p>　　圖2.5 自動檢測系統控制流程圖</p><p>　　第三章 貼標機運動控制系統電路設計</p><p>　　3.1貼標機運動機構概述</p><p&g

51、t;　　貼標機是一個三坐標機構，由X軸（橫向運動）、Y軸（垂直運動）、Z軸（縱向運動）組成，三個軸分別由三個步進電機驅動，通過機械傳動裝置，控制母導線貼標機貼標機械手的運動，實現粘貼標簽的具體動作，貼標機運動機構如圖3.1所示。其中貼標機械手由一個兩位三通電磁閥（圖中未畫出）控制的薄膜氣缸、抽風扇和壓標頭等機械部件組成。通過抽風扇抽風，形成負壓吸附標簽。貼標機械手在三坐標方向移至母導線外殼表面，薄膜氣缸上腔進氣，壓標頭伸出將標簽壓貼在母

52、導線外殼表面上。</p><p>　　圖3.1 貼標機運動機構示意圖</p><p>　　1—X向步進電機 2—Y向步進電機 3—薄膜氣缸 4—吸標風扇 </p><p>　　5—貼標機械手 6—壓標頭 7—Z向步進電機</p><p>　　3.2 貼標機運動控制方案擬定</p><p>　　3.2.1 總體方案設計&

53、lt;/p><p>　　如圖3.2所示，選用8031單片機作為CPU，擴展控制系統，輸出分別控制X軸、Y軸和Z軸方向步進電機脈沖信號，經光電耦合器輸出，由89C2051單片機對各軸正反轉脈沖進行相序分配，利用恒流斬波電路對環(huán)型分配后的信號進行放大，形成控制步進電機的四相驅動信號，最終實現對各軸步進電機的控制。</p><p>　　圖3.2 總體控制方案框圖</p><p&g

54、t;　　圖4.2 相序分配電路圖</p><p>　　4.3.2 相序分配軟件</p><p>　　相序分配采用中斷方式。根據相序分配電路和步進電機脈沖分配表,設計相序分配主程序流程圖（圖4.3）和中斷程序流程圖（圖4.4），再根據流程圖，編寫相序分配程序。</p><p>　　圖4.3 相序分配主程序流程圖</p><p>　　圖4.4

55、 步進電機相序分配中斷流程圖</p><p>　　相序分配參考程序如下：</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 0003H</p><p>　　AJMP INT0</p><p>　　ORG 0030H<

56、;/p><p>　　MAIN: SETB EX0 ；允許外部中斷0中斷</p><p>　　SETB IT0 ；選擇邊沿觸發(fā)方式</p><p>　　SETB EA ；CPU開中斷</p><p>　　MOV 20H, #10H</p>

57、<p>　　MOV 21H, #30H</p><p>　　MOV 22H, #20H</p><p>　　MOV 23H, #60H</p><p>　　MOV 24H, #40H</p><p>　　MOV 25H, #C0H</p><p>　　MOV 26H, #8

58、0H</p><p>　　MOV 27H, #90H</p><p>　　MOV RO, #20H</p><p>　　HERE: SJMP HERE</p><p>　　INT0: CLR EA</p><p>　　JB P3.3, ZRUN</p><p

59、>　　FRUN: CJNE R0, #20H, U1 ；反轉</p><p>　　MOV R0, #27H</p><p><b>　　SJMP L2</b></p><p>　　U1: DEC R0</p><p><b>　　SJMP L2<

60、/b></p><p>　　ZRUN: CJNE R0, #27H, L1 ；正轉</p><p>　　MOV R0, #20H</p><p><b>　　SJMP L2</b></p><p>　　L1: INC R0</p><p>　

61、　L2: MOV A, @R0</p><p>　　MOV P1, A</p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　本畢業(yè)設計包含了論文文檔和CAD圖紙；畢業(yè)設計文檔使用Word 2003撰寫；圖紙類

62、型AutoCAD2010.dwg。</p><p>　　完整圖紙和論文請聯系雨辰教育。QQ:1334095854 TEL:15138003861</p><p>　　4.4 功率放大電路設計</p><p>　　功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波型和細分型等型式的電路。貼標機系統采用單電壓恒流斬波電路，如圖4.5所示，利用斬波方法使通過步進電機繞組的電流恒定在額定值

63、附近。在正常工作過程中，當環(huán)形分配器輸入高電平時，三極管Q1、Q2和大功率管Q3導通；同時三極管Q4和大功率晶體管Q5導通，加在步進電機繞組L上的電源使繞組中的電流上升。當繞組中的電流升到額定值以上的時候，從電阻R9上產生的壓降高于比較器U2A的正端基準電壓，比較器輸出低電平，關斷恒流斬波電路的電源。當步進電機繞組L上的電流降到額定值以下時，電阻R9上產生的壓降低于比較器U2A正端輸入電壓，比較器輸出高電平，電源又加于步進電機的繞組L上

64、，使其電流上升。</p><p>　　上述過程在步進電機環(huán)形分配信號有效輸入期間不斷重復，這樣通過步進電機繞組L的電流就保持一個在額定值上下似鋸齒形波動的波形，如圖4.6所示，最終實現步進電機環(huán)形分配信號的放大。</p><p>　　圖4.5 恒流斬波電路</p><p>　　圖4.6 恒流斬波的波形</p><p>　　a)控制脈沖信號

65、b)大功率晶體管Q3電壓波形 c)電機繞組電流波形</p><p>　　第五章 貼標機械手運動控制的原理圖及PCB圖繪制</p><p>　　電子設計自動化EDA（Electronic Design Automation）就是將電路設計中的各種工作由計算機來協助完成。它是現代電子工業(yè)產品設計中不可缺少的一項技術，如今已成為時勢所趨、不可逆轉的潮流。 Protel設計系統是世界上第一套將E

66、DA 環(huán)境引入Windows 環(huán)境的EDA 開發(fā)工具，是建立在PC 機環(huán)境下的EDA 電路集成設計系統，是功能強大、使用廣泛的電子設計CAD 軟件。本文將介紹Protel 99 SE 在電路設計中的應用，包括電路原理圖設計和印刷電路板設計以及設計過程中遇到的問題和解決方法。</p><p>　　5.1 用Protel 99 SE 進行電路設計的基本步驟</p><p>　　5.1.1 電路

67、原理圖設計的步驟</p><p>　　電路原理圖的設計是整個電路設計的基礎，因此電路原理圖要設計好，以免影響后面的設計工作。</p><p>　　電路原理圖的設計一般有如下步驟：</p><p>　　1）設置原理圖設計環(huán)境；</p><p><b>　　2）放置元件；</b></p><p>&l

68、t;b>　　3）原理圖布線；</b></p><p><b>　　4）編輯和調整；</b></p><p><b>　　5）檢查原理圖；</b></p><p><b>　　6）生成網絡表。</b></p><p>　　5.1.2印刷電路板設計的步驟</

69、p><p>　　印刷電路板設計是從電路原理圖變成一個具體產品的必經之路，因此，印刷電路板設計是電路設計中最重要、最關鍵的一步。通常，印刷電路板設計的具體步驟如下：</p><p><b>　　1）規(guī)劃電路板；</b></p><p><b>　　2）設置參數；</b></p><p><b>

70、　　3）裝入網絡表；</b></p><p><b>　　4）元器件布局；</b></p><p><b>　　5）自動布線；</b></p><p><b>　　6）手工調整。</b></p><p>　　5.2電路原理圖設計</p><p&g

71、t;　　電路原理圖設計最基本的要求是正確性，其次是布局合理，最后在正確性和布局合理的前提下力求美觀。</p><p>　　根據以上所述的電路原理圖設計步驟，原理圖設計過程如下：</p><p>　　1）啟動原理圖設計服務器：進入Protel 99 SE，創(chuàng)建一個數據庫，執(zhí)行菜單File / New 命令，從框中選擇原理圖服務器（Schematic Document）圖標，雙擊該圖標，建立原

72、理圖設計文檔. 雙擊文檔圖標，進入原理圖設計服務器界面。</p><p>　　2）設置原理圖設計環(huán)境：執(zhí)行菜單Design / Options 和Tool / Preferences，設置圖紙大小為A2、捕捉柵格、電氣柵格等。</p><p>　　3）裝入所需的元件庫：在設計管理器中選擇Browse SCH 頁面，在Browse 區(qū)域中的下拉框中選擇Library，然后單擊ADD/ Rem

73、ove 按鈕，在彈出的窗口中尋找Protel 99 SE 子目錄，在該目錄中選擇LibrarySCH 路徑，在元件庫列表中選擇所需的元件庫，比如Miscellaneous devices，ddb，TI Databook 庫等，單擊ADD 按鈕，即可把元件庫增加到元件庫管理器中。</p><p>　　4）放置元件：根據實際電路的需要，到元件庫中找出所需的元件，然后用元件管理器的Place 按鈕將元件放置在工作平面上

74、，再根據元件之間的走線把元件調整好。</p><p>　　5）原理圖布線：利用Protel 99 SE 提供的各種工具、指令進行布線，將工作平面上的器件用具有電氣意義的導線、符號連接起來，構成一個完整的電路原理圖。</p><p>　　6）編輯和調整：利用Protel 99 SE 所提供的各種強大的功能對原理圖進一步調整和修改，以保證原理圖的美觀和正確. 同時對元件的編號、封裝進行定義和設

75、定等。</p><p>　　7）檢查原理圖：使用Protel 99 SE 的電氣規(guī)則，即執(zhí)行菜單命令Tool / REC 對畫好的電路原理圖進行電氣規(guī)則檢查. 若有錯誤，根據錯誤情況進行改正。</p><p>　　8）生成網絡表：網絡表是電路原理圖設計和印刷電路板設計之間的橋梁，執(zhí)行菜單命令Design /Create Netlist 可以生成具有元件名、元件封裝、參數及元件之間連接關系的

76、網絡表。</p><p>　　經過以上的步驟，完成了電路原理圖的設計。</p><p>　　5.3印刷電路板的設計</p><p>　　電路設計的最終目的是為了設計出電子產品，而電子產品的物理結構是通過印刷電路板來實現的.</p><p>　　Protel 99 SE 為設計者提供了一個完整的電路板設計環(huán)境，使電路設計更加方便有效. 應用Pr

77、otel 99 SE設計印刷電路板過程如下：</p><p>　　1）啟動印刷電路板設計服務器：執(zhí)行菜單File / New 命令，從框中選擇PCB 設計服務器（PCB Document）圖標，雙擊該圖標，建立PCB 設計文檔. 雙擊文檔圖標，進入PCB 設計服務器界面。</p><p>　　2）規(guī)劃電路板：根據要設計的電路確定電路板的尺寸. 選取Keep Out Layer 復選框，執(zhí)行

78、菜單命令Place / Keepout / Track，繪制電路板的邊框. </p><p>　　3）設置參數：參數設置是電路板設計的非常重要的步驟，執(zhí)行菜單命令Design / Rules，左鍵單擊Routing 按鈕，根據設計要求，在規(guī)則類（Rules Classes）中設置參數.選擇Routing Layer，對布線工作層進行設置：左鍵單擊Properties，在“布線工作層面設置”對話框的“Rule At

79、tributes”選項中設置Top Layer 為“Not Used”、設置Bottom Layer 為“Any”.選擇Width Constraint，對地線線寬進行設置：左鍵單擊Add 按鈕，進入線寬規(guī)則設置界面，首先在Rule Scope 區(qū)域的Filter Kind 選擇框中選擇Net，然后在Net 下拉框中選擇GND，再在Rule Attributes 區(qū)域將Minimum width、Maximum width 和Prefe

80、rred 三個輸入框的線寬設置為1. 27 mm；電源線寬的設置：在Net 下拉框中選擇VCC，其他與地線線寬設置相同；整板線寬設置：在Filter Kind 選擇框中選擇Whole Board，然后將Minimum width，Maximu</p><p>　　4）裝入元件封裝庫：執(zhí)行菜單命令Design / Add / Remove Library，在“添加/ 刪除元件庫”對話框中選取所有元件所對應的元件封裝

81、庫，例如：PCB Footprint，Transistor，General IC，International Rectifiers 等。</p><p>　　5）裝入網絡表：執(zhí)行菜單Design / Load Nets 命令，然后在彈出的窗口中單擊Browse 按鈕，再在彈出的窗口中選擇電路原理圖設計生成的網絡表文件（擴展名為Net），如果沒有錯誤，單擊Execute. 若出現錯誤提示，必須更改錯誤。</p

82、><p>　　6）元器件布局：Protel 99 SE 既可以進行自動布局也可以進行手工布局，執(zhí)行菜單命令Tools / AutoPlacement / Auto Placer 可以自動布局. 布局是布線關鍵性的一步，為了使布局更加合理，多數設計者都采用手工布局方式。</p><p>　　7）自動布線：Protel 99 SE 采用世界最先進的無網格、基于形狀的對角線自動布線技術. 執(zhí)行菜單命

83、令Auto Routing / All，并在彈出的窗口中單擊Route all 按鈕，程序即對印刷電路板進行自動布線. 只要設置有關參數，元件布局合理，自動布線的成功率幾乎是100%。</p><p>　　8）手工調整自動布線結束后，可能存在一些令人不滿意的地方，可以手工調整，把電路板設計得盡善盡美。</p><p>　　9）打印輸出印刷電路板圖執(zhí)行菜單命令File / Print / P

84、review，形成擴展名為PPC 的文件，再執(zhí)行菜單命令File / print Job，就可以打印輸出印刷電路板圖。</p><p>　　5.4 設計中的問題及解決方法</p><p>　　雖然Protel 99 SE 功能強大，人機界面友好，但在設計過程中往往遇到一些問題：</p><p>　　1）生成的印刷電路板圖與電路原理圖不相符，有一些元件沒有連上。 這種

85、情況時有發(fā)生，問題出在原理圖上，原理圖看上去是連上了，但畫圖不符合規(guī)范，導致未連接上。不規(guī)范的連線有：</p><p>　?、龠B線超過元器件的斷點；</p><p>　?、谶B線的兩部分有重復。</p><p>　　解決方法是在畫原理圖連線時，應盡量做到：(a) 在元件端點處連線；(b) 元器件連線盡量一線連通，少出現直接將其端點對接上的方法來實現。</p>

86、;<p>　　2）在印刷電路板設計中裝入網絡表時元器件不能完全調入.。原因有：</p><p>　　①原理圖中未定義元件的封裝形式；</p><p>　?、谟∷㈦娐钒宸庋b的名稱不存在，致使在封裝庫中找不到；</p><p>　?、鄯庋b可以找到，但元件的管腳名稱與印刷電路板庫中封裝的管腳名稱不一致。</p><p>　　3）解決方

87、法：(a) 到網絡表文檔中查找未定義封裝的元件，補上元件封裝；(b) 確認印刷電路板元件封裝庫是否已調入，同時檢查原理圖中元件封裝名稱與印刷電路板元件封裝庫中的名稱是否一致；(c) 將印刷電路板元件封裝庫中的元件修改成與原理圖中定義的一致. 如三極管的管腳名稱在原理圖中定義為1、2、3，而在印刷電路板封裝庫中焊盤序號定義為E、B、C，必須修改印刷電路板封裝庫中的三極管管腳名稱，使他與原理圖中定義的三極管管腳名稱一致.隨著科技的飛速發(fā)展，

88、電路設計越來越復雜，手工設計越來越難以適應形勢發(fā)展的需要，Protel 99SE 以其強大的功能、快捷實用的操作界面及良好的開放性，為設計者提供了現代電子設計手段，使設計者能快捷、準確地設計出滿意的電路原理圖和PCB，必然成為從事電路設計工作者首選的CAD 工具.</p><p><b>　　第六章 總 結</b></p><p><b>　　1、論文總結

89、</b></p><p>　　隨著自動化技術的發(fā)展，為了滿足各種不同貼標對象的要求，市場上出現了多種類型的貼標機構。母導線貼標機控制系統，是利用最普及的8031單片機及擴展電路實現的控制系統，專為滿足母導線參數的自動檢測并粘貼而設計的，它是母導線參數自動檢測系統中的一個重要的組成部分。相關工作總結如下。</p><p>　　一、 主要工作及結論</p><p

90、>　?。?）母導線貼標機控制系統，用8031作為CPU，并擴展相關外部電路設計。系統具有很高的穩(wěn)定性、可靠性，能夠保證貼標動作的準確、穩(wěn)定、可靠、高效。</p><p>　?。?）母導線貼標機控制系統其實是一個三坐標的步進電機控制系統，系統控制要求與數控銑床的系統控制相類似，但控制要求和功能要比數控銑床低很多，只需實現貼標機械手三坐標的單軸運動，在控制精度上只要求很粗的定位。</p><

91、p>　　（3）母導線貼標機控制系統的設計中主要用到8031單片機的擴展技術、步進電機的恒流斬波技術等，都是很成熟的技術，所以使貼標機系統具有很大的靈活性，可以根據總體系統的控制要求，添加或改進貼標機的控制性能，同時對其他類型貼標機的系統設計具有一定的參考價值。</p><p>　?。?）母導線貼標機控制系統，是一種新型的自動控制裝置，改變了母導線貼標操作必須由手工完成的歷史，為實現企業(yè)生產的自動化，提高生產

92、效率，降低工人勞動強度有很大的現實意義</p><p><b>　　二、 存在的問題</b></p><p>　?。?）母導線貼標機控制系統是一個很大的項目，在論文設計中只完成了其中的一部分，最后也沒有看到實際運動過程，不清楚設計的缺陷。</p><p>　?。?）步進電機控制部分只是對驅動部分做了比較充分的說明，對于步進電機在低頻中的工作狀態(tài)

93、以及失步等問題并沒有涉及到。在實際應用中還需進一步改進。</p><p><b>　　2、感想</b></p><p>　　通過四個月的畢業(yè)設計，我覺得受益匪淺。無論做什么課題，都是一種再學習，再充實，學新知識的過程，而且這僅僅幾個月的時間所學到的東西，也許比大學前3年加起來所學的東西還要多，還要牢靠，還要有現實作用。因為我從中學到了怎么應用知識，怎么把眾多的知識糅合

94、到一起。從參考書到科技文獻都有所需要的知識。以前我們只是學習書本中的知識，所謂的參考書也只是書本的習題集。通過這次畢業(yè)設計讓我知道除了書本還有很到需要掌握的資料。有科技文獻，設計論文甚至公司發(fā)布的技術資料都是做為工科學生應該掌握的資料。做畢業(yè)設計是對自身能力的一種考驗，在短短幾個月的時間中，從幾張紙的畢業(yè)設計任務書開始，進行資料的收集，設計方案的確定，學習新軟件的應用，設計硬件部分電路，設計軟件流程圖，編寫程序，在指導老師和同學的幫忙和

95、協助下，最終寫出幾十頁的論文。雖然這其中還有很多的不完善，一些錯誤，但這幾個月的學習過程，就是我們最大的收獲。我相信自己在今后的生活和學習過程中，都能夠像做畢業(yè)設計一樣，本著學習知識、提高自身能力的心態(tài)，認真耐心的對待遇到的每一項任務，真正做到學有所長，學以致用。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本設計（論文）的指導工作是在我的導師

96、華茂發(fā)副教授的精心指導和悉心關懷下完成的，在我的學業(yè)和畢業(yè)設計工作中無不傾注著導師辛勤的汗水和心血。在畢業(yè)設計過程中，從知識點的講解到畢業(yè)設計論文的修改，花費了華老師很多的時間和精力，特別是在論文修改階段，華老師利用周末休息時間評閱我們的論文，并提出很多寶貴的意見和建議。導師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受的啟迪。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝

97、和深深的敬意。</p><p>　　在我的設計（論文）撰寫過程中，鞠磊、趙佳、陳單茹等提出了寶貴的意見和建議，在此向他們表示深深的感謝。</p><p>　　在多年的學習生活中，還得到了許多學院領導、系（教研室）領導和老師的熱情關心和幫助。</p><p>　　在日常學習和生活中，丁佳佳、蔡玉華等都給予了我很大幫助。</p><p>　　我也

98、要感謝我的父母和親人，他們在我的學業(yè)中給了我莫大的鼓勵、關愛和支持。</p><p>　　最后，向所有關心和幫助過我的領導、老師、同學和朋友表示由衷的謝意！</p><p>　　衷心地感謝在百忙之中評閱我的設計（論文）和參加答辯的各位老師！ </p><p><b>　　蔡衛(wèi)廷</b></p><p>　　二OO七年六

99、月 于南京</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1． 何立民. MCS-51單片機應用系統設計. 北京：北京航空航天大學出版社，1990</p><p>　　2. 趙德安等. 單片機原理與應用. 北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　3. 王樹勛. MCS-51單片機開

100、發(fā)系統與監(jiān)控分析.北京：機械工業(yè)出版社，1992</p><p>　　4. 何立民. 單片機應用技術選編（4）.北京：北京航空航天大學出版社，1997</p><p>　　5. 夏路易，石宗義.電路原理圖與電路板設計教程Protel 99SE. 北京：北京希望電子希望出版社，2002年</p><p>　　6. 李朝青. 單片機原理及接口技術.北京：北京航空航

101、天大學出版社，1999</p><p>　　7. 張淑清，姜萬錄等.單片微型計算機接口技術及其應用.北京：國防工業(yè)出版社，2001</p><p>　　8. 張毅剛等. MCS-51單片機應用設計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1990</p><p>　　9. 余永權等. 單片機應用系統的功率接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，1992</p>

102、;<p>　　10. Intel: MCS-51 Family of Singly chip Microcomputers User’s Manual,1990</p><p>　　11. Thyristor Device Data, Motorola Inc.,1989</p><p>　　12. 曾峰等. 印刷電路板（PCB）設計與制作.北京：電子工業(yè)出版社，2002