單片機(jī)控制機(jī)械原理示教柜的研究

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第20卷第6期溫螂師范學(xué)院學(xué)報(bào)(白然科學(xué)版)Ⅷ20N061999年12月刪冊(cè)ⅢoFw唧uTEACHERS．c0(．sd．1999單片機(jī)控制機(jī)械原理示教柜的研究＼了十汪治華了P(溫州師范學(xué)院物理系溫螂325003)摘要車示教柜通過錄音機(jī)播放教學(xué)內(nèi)容，單片機(jī)控制相應(yīng)機(jī)械模型運(yùn)動(dòng)演示，使教莖美鍵詞示銎教柜錄音教主學(xué)系單片機(jī)秭疆剝傾理機(jī)螈脲理牡韻中圈分類號(hào)TP391文赫標(biāo)識(shí)碼^文章jI魯號(hào)10t~-fi$75(】999)06_oo】8-(弭)1引言為了適應(yīng)教學(xué)需要，提高教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械與機(jī)器的認(rèn)識(shí)，配合機(jī)械原理課程．設(shè)計(jì)了

2、由MC,S-$1系列單片機(jī)控制，根據(jù)錄音機(jī)播放的教學(xué)錄音內(nèi)容，相應(yīng)機(jī)械模型運(yùn)轉(zhuǎn)演示的機(jī)械原理教學(xué)演示柜．本系統(tǒng)由一個(gè)控制臺(tái)和十個(gè)演示柜組成，包括機(jī)械原理教材中的全部機(jī)械模型．具有順序演示和任選動(dòng)作演示等功能，是一個(gè)自動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，改變了機(jī)械原理教學(xué)中只看掛圖和靜態(tài)模型的歷史．這一系統(tǒng)是一部直觀活動(dòng)的機(jī)械原理教材，是提高教學(xué)質(zhì)量的理想教具．2示教柜內(nèi)容，示教柜控制臺(tái)包括錄音機(jī)、電腦控制板、鍵盤、數(shù)碼顯示器和電壓表等，示教柜由十個(gè)柜組成．每個(gè)柜包括相應(yīng)機(jī)械的電動(dòng)模型．第一柜有單缸內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、家用縫紉機(jī)模型及各種運(yùn)動(dòng)，第二、三柜是平面連桿機(jī)構(gòu)，第四柜是凸輪機(jī)構(gòu)，第五柜是齒輪

3、機(jī)構(gòu)，第六、七柜是轉(zhuǎn)輪系，第八柜是停歇與間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，第九柜是空問機(jī)構(gòu)，第十柜是組合機(jī)構(gòu)．3控制系統(tǒng)硬件圖1控制系統(tǒng)框圖收禱日期：1998一∞一1118·維普資訊http://www.cqvip.com第6期汪治華單片機(jī)控翩機(jī)械原理示教柜的研究控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，其中錄音機(jī)部分播放教學(xué)錄音．語音檢測(cè)電路檢測(cè)語音信號(hào)，單片機(jī)系統(tǒng)處理后驅(qū)動(dòng)演示柜相應(yīng)機(jī)械模型運(yùn)動(dòng)演示，在順序演示時(shí)實(shí)現(xiàn)教學(xué)錄音與模型動(dòng)作同步，任選演示時(shí)，由教師講解．顯示器由四位數(shù)碼管組成，顯示當(dāng)前工作狀態(tài)及運(yùn)轉(zhuǎn)模型序號(hào)．鍵盤包括1O個(gè)數(shù)字鍵、遞增鍵、遞減鍵、清零鍵和順序／任選鍵，進(jìn)行模型序號(hào)選擇和功能設(shè)定

4、．單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89C．51，該系統(tǒng)利用單片機(jī)內(nèi)部EEPROM為程序存儲(chǔ)器，內(nèi)部RAM為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器．語音檢測(cè)通過Pl，口擴(kuò)展，顯示器和鍵盤通過串行口采用串并轉(zhuǎn)換電路74LS164擴(kuò)展．輸出驅(qū)動(dòng)通過數(shù)據(jù)總線口和高位地址線口利用譯碼電路CD4515和D型觸發(fā)器74LS377進(jìn)行設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)口設(shè)計(jì)容量為128個(gè)，可驅(qū)動(dòng)128個(gè)電動(dòng)模型圖2語音檢測(cè)電路語音檢測(cè)電路如圖2所示，音頻信號(hào)通過音頻變壓器耦合，由NK571構(gòu)成的限幅電路和運(yùn)放1458構(gòu)成的濾波電路處理，然后由定時(shí)器NE555構(gòu)成的可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為數(shù)字邏輯電平．有音頻輸入時(shí)，OuT輸出端輸出

5、為高電平，Voice端無音頻信號(hào)輸入時(shí)，OUT端為低電平．電位器Ⅶ，vR調(diào)節(jié)檢測(cè)電路靈敏度．圖3為一個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電路，采用了光電耦合器隔離驅(qū)動(dòng)．圖3驅(qū)動(dòng)電路·19·維普資訊http://www.cqvip.com溫州師范學(xué)院學(xué)報(bào)(白臻科學(xué)慍)1999年第20卷4系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件框圖如圖4所示，系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)．相對(duì)獨(dú)立功能為單獨(dú)一個(gè)模塊，系統(tǒng)軟件包括初始化、中斷處理、鍵掃描、命令處理、語音檢測(cè)、輸出驅(qū)動(dòng)和顯示等主要模塊，還包括被各模塊調(diào)用的為數(shù)眾多的運(yùn)算處理通用子程序．各模塊的運(yùn)行采用順序時(shí)間驅(qū)動(dòng)法設(shè)計(jì)，主程序無限循環(huán)，順序檢測(cè)各模塊的時(shí)間標(biāo)志，標(biāo)志有效則執(zhí)行，否則

6、不執(zhí)行．10ms中斷處理程序設(shè)置時(shí)間標(biāo)志．甲圖4系統(tǒng)軟件框圖初始化模塊設(shè)置工作環(huán)境、I／O口初始狀態(tài)，輸出清MOVA，EXE-BUFFERD髓A零等．內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM分為各模塊數(shù)據(jù)區(qū)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)．MOVB，#08H鍵掃描模塊采集鍵盤數(shù)據(jù)．命令處理模塊進(jìn)行鍵識(shí)DIVABMOVDPL．并OFFH別，根據(jù)命令設(shè)置系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)相應(yīng)單元數(shù)據(jù)，由各執(zhí)行模ORLA．并OF0H塊執(zhí)行相應(yīng)命令的功能．0—9數(shù)字鍵選定演示模型序MOVDPH，AJB40H，EXt~ART號(hào)，也可用遞增、遞減鍵來選擇演示模型序號(hào)．清零鍵使cLRA系統(tǒng)回到初始狀態(tài)．順序／任選鍵設(shè)定演示方式：順序方MOVX@DPTR

7、，AMOVX@DPTR，A式，從當(dāng)前指定的序號(hào)開始，根據(jù)錄音機(jī)播放的教學(xué)錄音D匝．El口：內(nèi)容逐個(gè)順序演示相應(yīng)機(jī)械模型動(dòng)作；任選方式，按照所RErEⅡSI：選序號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)械模型動(dòng)作，由人工搜索教學(xué)節(jié)目，播放對(duì)MOVA，B應(yīng)模型的教學(xué)錄音，或者由教師講解．A．并03HMOVEA，@A+PC語音檢測(cè)模塊檢測(cè)語音信號(hào)．輸出驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)演MOVX@Dl：q'R，A示柜馬達(dá)，其中驅(qū)動(dòng)子程序如右所示，程序中EXE-MOVX@DPRT，A腫BVFFER為驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，最后為驅(qū)動(dòng)代碼表．顯示器DBO1H．02H，o4H，08H前三位顯示模型序號(hào)數(shù)字，第四