專利名稱：單片機控制系統(tǒng)實訓箱的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種職業(yè)技能培訓設備，特別是一種單片機控制系統(tǒng)的實 訓設備。
背景技術：
由于單片機在自動化設備控制系統(tǒng)方面的應用非常廣泛，因此在職業(yè)技能 培訓機構對單片機控制的訓練課程也越來越多， 一般培訓機構使用的單片機實 訓設備是利用單片機仿真器進行編程和模擬顯示運行,受到單片機抗干擾性能
方面的限制，其實訓項目的控制對象仍停留在以LED狀態(tài)顯示或微型設備模擬控 制的方式進行演示運行，這種實訓模式難以體現(xiàn)出單片機在工業(yè)自動化控制方 面的優(yōu)點，缺乏單片機對生產(chǎn)實際應用的技能訓練環(huán)境，嚴重限制了培訓機構 在單片機實訓形式和訓練項目開發(fā)方面的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種單片機控制系統(tǒng)實訓箱，要解決的技術問題 是用單片機對各種自動化生產(chǎn)線設備進行控制實訓。
本實用新型采用以下技術方案 一種單片機控制系統(tǒng)實訓箱，所述實訓箱 設有箱體，箱體內(nèi)設置有電源、程序下載器和控制系統(tǒng)組合電路主板，程序下 載器連接控制系統(tǒng)組合電路主板，電源為程序下載器和控制系統(tǒng)組合電路主板 供電；所述控制系統(tǒng)組合電路主板設有微處理器，微處理器連接A/D輸入電路、 D/A輸出電路、繼電器隔離輸出電路、三極管高速輸出電路、RS485全雙工通信接口、鍵盤、LED顯示器。
本實用新型的微處理器的管腳外圍設有四組跳線接口，構成32位的跳線接 口，所述繼電器隔離輸出電路為16路，所述三極管高速輸出電路為8路并聯(lián)，所 述D/A輸出電路為1路8位，所述光電耦合隔離輸入電路為20路，所述A/D輸入電 路為8路8位。
本實用新型的微處理器與各所述電路之間通過跳線插針及接線端子連接。
本實用新型的微處理器的控制總線連接輸入/輸出擴展芯片。
本實用新型的繼電器隔離輸出電路的繼電器經(jīng)接線端子連接實訓設備的控
制對象，微處理器的輸出信號端經(jīng)跳線與繼電器輸入控制端連接實現(xiàn)傳輸通信
信號，控制繼電器線圈。
本實用新型的光電耦合隔離輸入電路的光電耦合隔器經(jīng)端子連接被控對象
的傳感器或無源開關量的信號輸入端，輸出端口接經(jīng)跳線端子，為單片機微處
理器提供標準的高低電平信號。
本實用新型的R485全雙工通信接口電路與微處理器的串口進行晶體管-晶
體管邏輯電平連接，通過RS-486接口協(xié)議連接外部通信設備或與變頻器設備進
行組網(wǎng)控制。
本實用新型的LED顯示器由第27、 28、 29、 30、 31、 32移位寄存器通過串 入并出的方式連接驅動6位靜態(tài)LED數(shù)碼管，采用串入并出方式進行靜態(tài)顯示。
本實用新型的三極管高速輸出電路有8路并接的三極管，接收微處理器的 TTL電平信號，經(jīng)基極，從發(fā)射極輸出功率放大后信號，控制步進電極等高速 脈沖驅動的電氣設備。
本實用新型的微處理器采用STC89C51或STC89C52，程序下載器采用 STC-ISP專用下載器，該下載器采用計算機的串口傳輸下載數(shù)據(jù)，采用計算機的USB接口給下載器提供電源。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比，采用跳線的方式進行單片機與各實訓電路之 間進行連接，具有抗干擾能力強，控制輸出驅動電流大，接線方便，電路結構 靈活多變的特點，適合控制各種實訓設備或實際生產(chǎn)設備，且芯片程序固化操 作簡單、快捷、方便，同時被培訓者能夠掌握更接近生產(chǎn)實際應用的控制技術 和編程技巧。


圖1是本實用新型實施例的電路框圖。
圖2-1、圖2-2和圖2-3是圖1的電路原理圖之一、之二和之三。 圖3是本實用新型控制的生產(chǎn)設備的結構原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。如圖1所示，本 實用新型的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，設有箱體，箱體內(nèi)設置有電源、程序下載 器和控制系統(tǒng)組合電路主板，程序下載器連接控制系統(tǒng)組合電路主板，電源為 程序下載器和控制系統(tǒng)組合電路主板供電。所述控制系統(tǒng)組合電路主板由單片 機微處理器、實訓箱內(nèi)部跳線插針以及實訓箱對外接線端子、16路繼電器隔離 輸出電路、8路三極管高速輸出電路、1路8位D/A輸出電路、20路光電耦合 隔離輸入電路、8路8位A/D輸入電路、R485全雙工通信接口、鍵盤、LED顯 示器、LCD顯示組成。所述微處理器連接A/D輸入電路、D/A輸出電路、繼電 器隔離輸出電路、三極管高速輸出電路、R485全雙工通信接口、鍵盤、LED顯 示器。微處理器與各電路之間通過跳線插針及接線端子連接，對生產(chǎn)線實訓設 備進行模擬控制。如圖2所示，所述微處理器U34 (89C52)的管腳外圍設有四組跳線接口 第29、 30、 39、 40跳線接口J29、 J30、 J39、 J40 (均為2.54*8)，構成32位的 跳線接口，通過跳線接口J29、 J30、 J39、 J40連接各電路組件。
微處理器U34的控制總線連接輸入/輸出I/O擴展芯片U37 (8255)。當微處 理器U34的I/O端口不夠用時，I/O擴展芯片U37可作為微處理器U34的I/O 擴展端口。
繼電器隔離輸出電路的繼電器(DC12V控制電壓、單常開輸出)經(jīng)第18、 23、 34、 35接線端子J18、 J23、 J34、 J35 (均為5.08*8對外接線可拆卸帶螺釘 端子)連接實訓設備的控制對象，繼電器由電源供電，微處理器U34的輸出信 號端經(jīng)第29、 30、 39、 40跳線接口J29、 J30、 J39、 J40 (均為2.54*8)任意端 子可與第8、 15、 16、 17跳線接口J8、 J15、 J16、 J17 (均為2.54*4)連接實現(xiàn) 傳輸通信信號，控制繼電器線圈。
光電耦合隔離輸入電路的光電耦合隔器(PC817)，由電源供電，經(jīng)第3、 4、 5、 6、 7端子J3、 J4、 J5、 J6、 J7 (均為5.08*8對外接線可拆卸帶螺釘端子)連 接被控對象的傳感器或無源開關量的信號輸入端，可承受0 24V傳感器的輸出 電壓，光電耦合隔離輸入電路的輸出端口經(jīng)第9、 10、 11、 12、 13跳線端子J9、 JIO、 Jll、 J12、 J13 (均為2.54*4)，為單片機微處理器U34提供標準的高低電 平信號。
R485全雙工通信接口電路的第35、 36R485通信ICU35、 U36 (MAX485) 與微處理器U34的串口進行晶體管-晶體管邏輯電平TTL連接，U35、 U36通 過RS-485接口協(xié)議連接外部通信設備，也可以與變頻器設備，按照變頻器標準 RS485通信接線進行組網(wǎng)控制。
LED顯示器由電源供電，LED顯示模塊設有第2端子J2 (2.54*3)， J2由三個端子靜態(tài)顯示數(shù)據(jù)發(fā)送端子DAT、靜態(tài)顯示移位脈沖發(fā)送端子CLK和靜 態(tài)顯示輸出清零端子CLR組成，LED顯示模塊由第27、 28、 29、 30、 31、 32 移位寄存器U27、 U28、 U29、 U30、 U31、 U32 (74LS164)通過串入并出的方 式連接驅動6位靜態(tài)LED數(shù)碼管S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6 (8段共陰數(shù)碼管)， 釆用串入并出方式進行靜態(tài)顯示。
三極管高速輸出電路由電源供電，所述三極管高速輸出電路有8路并接的 三極管(SC1384),接收微處理器的TTL電平信號，經(jīng)第1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8三極管Q1、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5、 Q6、 Q7 、 Q8基極，從發(fā)射極輸出功率放大 后的信號經(jīng)第60端口 J60 (5.08*8對外接線可拆卸帶螺釘端子)輸出，控制步 進電極等高速脈沖驅動的電氣設備。
8路8位A/D輸入電路U38采用(ADC0809)，通過第62端子J62 (2.54*7) 與微處理器連接，由處理器產(chǎn)生控制信號通過J62對A/D轉換進行控制，轉換 后的數(shù)字量通過總線輸入給微處理器。1路8位D/A輸出電路U39釆用 (DAC0832),通過第47端子J47 (2.54*2)與微處理器連接，從微處理器輸出
片選信號以及數(shù)據(jù)寫入有效信號。
電源由一路+5V， 一路土12V， 一路+24V電路構成，由第19、 20、 21、 24、 25、 36、 37、 38接線端子J19、 J20、 J21、 J24、 J25、 J36、 J37、 J38 (均為 5.08*8對外接線可拆卸帶螺釘端子)提供64個電源接線端口 ，連接所述各電路， 當外部器件例如傳感器、電磁閥線圈、驅動器需要工作電源時，可由J19、 J20、 J21、 J24、 J25、 J36、 J37、 J38電源輸出端口獲取，方便接線和減少電源模塊。
程序下載器采用宏晶科技(深圳)有限公司的51系列單片機專用下載器)。
鍵盤采用兩對常開(四腳)按鈕。
對輸入可能引起的干擾，采用光電耦合進行隔離；對輸出可能引起的干擾，采用繼電器隔離輸出；對高速數(shù)據(jù)傳輸過程中跳線可能引起的干擾，總線采用 走板，無需跳線。
如圖3所示，以"產(chǎn)品自動識別計數(shù)與分類存儲生產(chǎn)控制系統(tǒng)"實訓項目 為例，適合技師或工程師的實訓項目。其工作過程為由步進電機9驅動，工 件4經(jīng)過傳輸帶3的傳送，通過金屬傳感器1以及光電傳感器2的檢測后分別 進行計數(shù)，工件4到達尾端后由絲杠5上的工件揀取機械手6拾起工件4放入 金屬存儲料斗7或非金屬存儲料斗8，微處理器U34各端口的功能定義及其接 線方法
P1.0:傳輸帶3的金屬傳感器1輸入端口，將該金屬傳感器1的棕色線接控 制箱的24V+、藍色線接24V—、黑色線接一個光耦隔離輸入端，對應光耦隔離 輸出接跳線至Pl.O，檢測到金屬時P1.0輸入為低電平。
Pl丄傳輸帶3的光電傳感器2輸入端口，將該光電傳感器2的棕色線接控 制箱的24V+、藍色線接24V—、黑色線接一個光耦隔離輸入端，對應光耦隔離 輸出接跳線至Pl.l，檢測到金屬時Pl.l輸入為低電平。
P1.2:傳輸帶3的啟?？刂戚敵龆丝?，將P1.2跳線至一個繼電器，然后利 用該繼電器控制傳輸帶3的直流電機電源。
P1.3:絲桿5上工件揀取機械手6吸盤升降，將P1.3跳線至絲桿吸盤升降 電磁閥繼電器，當P1.3輸出為低電平時絲桿吸盤下降。
P1.4:絲杠5上工件揀取機械手6的吸盤負壓控制端口 ，將P1.4跳線至吸 盤負壓發(fā)生器的電磁閥繼電器，當P1.4輸出為低電平時啟動負壓。
P2.0:絲桿5零位輸入端口。將零位傳感器棕色線接控制箱的24V+、藍色 線接24V—、黑色線接一個光耦隔離輸入端，對應光耦隔離輸出接跳線至P2.0， 零位時P2.0輸入為低電平。P2.1:步進電機9的脈沖輸出端口，將P2.1跳線至一個三極管輸入，對應 三極管輸出接至步進電機驅動器的PU端，同時將控制箱三極管輸出接線排的 VCC接至驅動器PU上方的+端，并與DR上方的+端短接。
P2.2:步進方向控制，將P2.2跳線至一個三極管輸入，對應三極管輸出接 至步進電機驅動器的DR端。當P2.2輸出為低電平時，步進方向為向金屬工 件存儲料斗7方向，輸出高電平方向相反。
P2.3:工件計數(shù)靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)輸出端，將該端口跳線至LED數(shù)碼管顯示 的DAT端。
P2.4:工件計數(shù)靜態(tài)顯示的移位脈沖輸出端，將該端口跳線至LED數(shù)碼管 顯示的CLK端。
P2.5:工件計數(shù)靜態(tài)顯示的顯示清零輸出端，將該端口跳線至LED數(shù)碼管顯 示的CLR端。
P3.2:系統(tǒng)急停輸入，將P3.2跳線至一個按鈕，當該按鈕按下后系統(tǒng)急停。 采用了繼電器隔離輸出電路、三極管高速輸出電路、、鍵盤、LED顯示、光
電耦合隔離輸入電路。
本實用新型各組成部分均為工程實際應用而設計，并且相互獨立，結合實訓
項目要求，通過跳線連接可實現(xiàn)任意組合電路對生產(chǎn)線實訓設備進行控制。在
主件中的空白處繪制了各組成部分的典型電路原理，方便學生進行電路設計和編程。
權利要求1.一種單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述實訓箱設有箱體，箱體內(nèi)設置有電源、程序下載器和控制系統(tǒng)組合電路主板，程序下載器連接控制系統(tǒng)組合電路主板，電源為程序下載器和控制系統(tǒng)組合電路主板供電；所述控制系統(tǒng)組合電路主板設有微處理器，微處理器連接A/D輸入電路、D/A輸出電路、繼電器隔離輸出電路、三極管高速輸出電路、RS485全雙工通信接口、鍵盤、LED顯示器。
2. 根據(jù)權利要求l所述的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述微處理器 的管腳外圍設有四組跳線接口，構成32位的跳線接口，所述繼電器隔離輸出 電路為16路，所述三極管高速輸出電路為8路并聯(lián)，所述D/A輸出電路為1路 8位，所述光電耦合隔離輸入電路為20路，所述A/D輸入電路為8路8位。
3. 根據(jù)權利要求2所述的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述微處理器與各所述電路之間通過跳線插針及接線端子連接。
4. 根據(jù)權利要求3所述的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述微處理器的控制總線連接輸入/輸出擴展芯片。
5. 根據(jù)權利要求4所述的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述繼電器隔離輸出電路的繼電器經(jīng)接線端子連接實訓設備的控制對象，微處理器的輸出 信號端經(jīng)跳線與繼電器輸入控制端連接實現(xiàn)傳輸通信信號，控制繼電器線
6. 根據(jù)權利要求5所述的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述光電耦合 隔離輸入電路的光電耦合隔器經(jīng)端子連接被控對象的傳感器或無源開關量 的信號輸入端，輸出端口接經(jīng)跳線端子，為單片機微處理器提供標準的高低 電平信號。
7. 根據(jù)權利要求6所述的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述R485全 雙工通信接口電路與微處理器的串口進行晶體管-晶體管邏輯電平連接，通 過RS-486接口協(xié)議連接外部通信設備或與變頻器設備進行組網(wǎng)控制。
8. 根據(jù)權利要求7所述的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述LED顯示 器由第27、 28、 29、 30、 31、 32移位寄存器通過串入并出的方式連接驅動6 位靜態(tài)LED數(shù)碼管，采用串入并出方式進行靜態(tài)顯示。
9. 根據(jù)權利要求8所述的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述三極管高 速輸出電路有8路并接的三極管，接收微處理器的TTL電平信號，經(jīng)基極， 從發(fā)射極輸出功率放大后信號，控制步進電極等高速脈沖驅動的電氣設備。
10. 根據(jù)權利要求9所述的單片機控制系統(tǒng)實訓箱，其特征在于所述微處理器 采用STC89C51或STC89C52,程序下載器采用STC-ISP專用下載器，該下載 器采用計算機的串口傳輸下載數(shù)據(jù)，采用計算機的USB接口給下載器提供電
專利摘要本實用新型公開了一種單片機控制系統(tǒng)實訓箱，要解決的技術問題是用單片機對各種自動化生產(chǎn)線設備進行控制實訓。本實用新型設有箱體，箱體內(nèi)設置有電源、程序下載器和控制系統(tǒng)組合電路主板，程序下載器連接控制系統(tǒng)組合電路主板，電源為程序下載器和控制系統(tǒng)組合電路主板供電；控制系統(tǒng)組合電路主板設有微處理器，微處理器連接A/D輸入電路、D/A輸出電路、繼電器隔離輸出電路、三極管高速輸出電路、RS485全雙工通信接口、鍵盤、LED顯示器。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，采用跳線的方式進行單片機與各實訓電路之間進行連接，具有抗干擾能力強，控制輸出驅動電流大，接線方便，電路結構靈活多變的特點，適合控制各種實訓設備。
文檔編號G09B19/00GK201421668SQ200920132419
公開日2010年3月10日 申請日期2009年5月31日 優(yōu)先權日2009年5月31日
發(fā)明者俞益飛, 劉振鵬, 岳慶來, 張自忠, 彭海虹, 黃煜奎 申請人:深圳市高技能人才公共實訓管理服務中心