CN201421668Y - 单片机控制系统实训箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单片机控制系统实训箱，要解决的技术问题是用单片机对各种自动化生产线设备进行控制实训。本实用新型设有箱体，箱体内设置有电源、程序下载器和控制系统组合电路主板，程序下载器连接控制系统组合电路主板，电源为程序下载器和控制系统组合电路主板供电；控制系统组合电路主板设有微处理器，微处理器连接A/D输入电路、D/A输出电路、继电器隔离输出电路、三极管高速输出电路、RS485全双工通信接口、键盘、LED显示器。本实用新型与现有技术相比，采用跳线的方式进行单片机与各实训电路之间进行连接，具有抗干扰能力强，控制输出驱动电流大，接线方便，电路结构灵活多变的特点，适合控制各种实训设备。

Description

单片机控制系统实训箱

技术领域

本实用新型涉及一种职业技能培训设备，特别是一种单片机控制系统的实训设备。

背景技术

由于单片机在自动化设备控制系统方面的应用非常广泛，因此在职业技能培训机构对单片机控制的训练课程也越来越多，一般培训机构使用的单片机实训设备是利用单片机仿真器进行编程和模拟显示运行，受到单片机抗干扰性能方面的限制，其实训项目的控制对象仍停留在以LED状态显示或微型设备模拟控制的方式进行演示运行，这种实训模式难以体现出单片机在工业自动化控制方面的优点，缺乏单片机对生产实际应用的技能训练环境，严重限制了培训机构在单片机实训形式和训练项目开发方面的发展。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种单片机控制系统实训箱，要解决的技术问题是用单片机对各种自动化生产线设备进行控制实训。

本实用新型采用以下技术方案：一种单片机控制系统实训箱，所述实训箱设有箱体，箱体内设置有电源、程序下载器和控制系统组合电路主板，程序下载器连接控制系统组合电路主板，电源为程序下载器和控制系统组合电路主板供电；所述控制系统组合电路主板设有微处理器，微处理器连接A/D输入电路、D/A输出电路、继电器隔离输出电路、三极管高速输出电路、RS485全双工通信接口、键盘、LED显示器。

本实用新型的微处理器的管脚外围设有四组跳线接口，构成32位的跳线接口，所述继电器隔离输出电路为16路，所述三极管高速输出电路为8路并联，所述D/A输出电路为1路8位，所述光电耦合隔离输入电路为20路，所述A/D输入电路为8路8位。

本实用新型的微处理器与各所述电路之间通过跳线插针及接线端子连接。

本实用新型的微处理器的控制总线连接输入/输出扩展芯片。

本实用新型的继电器隔离输出电路的继电器经接线端子连接实训设备的控制对象，微处理器的输出信号端经跳线与继电器输入控制端连接实现传输通信信号，控制继电器线圈。

本实用新型的光电耦合隔离输入电路的光电耦合隔器经端子连接被控对象的传感器或无源开关量的信号输入端，输出端口接经跳线端子，为单片机微处理器提供标准的高低电平信号。

本实用新型的R485全双工通信接口电路与微处理器的串口进行晶体管-晶体管逻辑电平连接，通过RS-486接口协议连接外部通信设备或与变频器设备进行组网控制。

本实用新型的LED显示器由第27、28、29、30、31、32移位寄存器通过串入并出的方式连接驱动6位静态LED数码管，采用串入并出方式进行静态显示。

本实用新型的三极管高速输出电路有8路并接的三极管，接收微处理器的TTL电平信号，经基极，从发射极输出功率放大后信号，控制步进电极等高速脉冲驱动的电气设备。

本实用新型的微处理器采用STC89C51或STC89C52，程序下载器采用STC-ISP专用下载器，该下载器采用计算机的串口传输下载数据，采用计算机的USB接口给下载器提供电源。

本实用新型与现有技术相比，采用跳线的方式进行单片机与各实训电路之间进行连接，具有抗干扰能力强，控制输出驱动电流大，接线方便，电路结构灵活多变的特点，适合控制各种实训设备或实际生产设备，且芯片程序固化操作简单、快捷、方便，同时被培训者能够掌握更接近生产实际应用的控制技术和编程技巧。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电路框图。

图2-1、图2-2和图2-3是图1的电路原理图之一、之二和之三。

图3是本实用新型控制的生产设备的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型的单片机控制系统实训箱，设有箱体，箱体内设置有电源、程序下载器和控制系统组合电路主板，程序下载器连接控制系统组合电路主板，电源为程序下载器和控制系统组合电路主板供电。所述控制系统组合电路主板由单片机微处理器、实训箱内部跳线插针以及实训箱对外接线端子、16路继电器隔离输出电路、8路三极管高速输出电路、1路8位D/A输出电路、20路光电耦合隔离输入电路、8路8位A/D输入电路、R485全双工通信接口、键盘、LED显示器、LCD显示组成。所述微处理器连接A/D输入电路、D/A输出电路、继电器隔离输出电路、三极管高速输出电路、R485全双工通信接口、键盘、LED显示器。微处理器与各电路之间通过跳线插针及接线端子连接，对生产线实训设备进行模拟控制。

如图2所示，所述微处理器U34(89C52)的管脚外围设有四组跳线接口：第29、30、39、40跳线接口J29、J30、J39、J40(均为2.54*8)，构成32位的跳线接口，通过跳线接口J29、J30、J39、J40连接各电路组件。

微处理器U34的控制总线连接输入/输出I/O扩展芯片U37(8255)。当微处理器U34的I/O端口不够用时，I/O扩展芯片U37可作为微处理器U34的I/O扩展端口。

继电器隔离输出电路的继电器(DC12V控制电压、单常开输出)经第18、23、34、35接线端子J18、J23、J34、J35(均为5.08*8对外接线可拆卸带螺钉端子)连接实训设备的控制对象，继电器由电源供电，微处理器U34的输出信号端经第29、30、39、40跳线接口J29、J30、J39、J40(均为2.54*8)任意端子可与第8、15、16、17跳线接口J8、J15、J16、J17(均为2.54*4)连接实现传输通信信号，控制继电器线圈。

光电耦合隔离输入电路的光电耦合隔器(PC817)，由电源供电，经第3、4、5、6、7端子J3、J4、J5、J6、J7(均为5.08*8对外接线可拆卸带螺钉端子)连接被控对象的传感器或无源开关量的信号输入端，可承受0～24V传感器的输出电压，光电耦合隔离输入电路的输出端口经第9、10、11、12、13跳线端子J9、J10、J11、J12、J13(均为2.54*4)，为单片机微处理器U34提供标准的高低电平信号。

R485全双工通信接口电路的第35、36R485通信IC U35、U36(MAX485)与微处理器U34的串口进行晶体管-晶体管逻辑电平TTL连接，U35、U36通过RS-485接口协议连接外部通信设备，也可以与变频器设备，按照变频器标准RS485通信接线进行组网控制。

LED显示器由电源供电，LED显示模块设有第2端子J2(2.54*3)，J2由三个端子静态显示数据发送端子DAT、静态显示移位脉冲发送端子CLK和静态显示输出清零端子CLR组成，LED显示模块由第27、28、29、30、31、32移位寄存器U27、U28、U29、U30、U31、U32(74LS164)通过串入并出的方式连接驱动6位静态LED数码管S1、S2、S3、S4、S5、S6(8段共阴数码管)，采用串入并出方式进行静态显示。

三极管高速输出电路由电源供电，所述三极管高速输出电路有8路并接的三极管(SC1384)，接收微处理器的TTL电平信号，经第1、2、3、4、5、6、7、8三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8基极，从发射极输出功率放大后的信号经第60端口J60(5.08*8对外接线可拆卸带螺钉端子)输出，控制步进电极等高速脉冲驱动的电气设备。

8路8位A/D输入电路U38采用(ADC0809)，通过第62端子J62(2.54*7)与微处理器连接，由处理器产生控制信号通过J62对A/D转换进行控制，转换后的数字量通过总线输入给微处理器。1路8位D/A输出电路U39采用(DAC0832)，通过第47端子J47(2.54*2)与微处理器连接，从微处理器输出片选信号以及数据写入有效信号。

电源由一路+5V，一路±12V，一路+24V电路构成，由第19、20、21、24、25、36、37、38接线端子J19、J20、J21、J24、J25、J36、J37、J38(均为5.08*8对外接线可拆卸带螺钉端子)提供64个电源接线端口，连接所述各电路，当外部器件例如：传感器、电磁阀线圈、驱动器需要工作电源时，可由J19、J20、J21、J24、J25、J36、J37、J38电源输出端口获取，方便接线和减少电源模块。

程序下载器采用宏晶科技(深圳)有限公司的51系列单片机专用下载器)。

键盘采用两对常开(四脚)按钮。

对输入可能引起的干扰，采用光电耦合进行隔离；对输出可能引起的干扰，采用继电器隔离输出；对高速数据传输过程中跳线可能引起的干扰，总线采用走板，无需跳线。

如图3所示，以“产品自动识别计数与分类存储生产控制系统”实训项目为例，适合技师或工程师的实训项目。其工作过程为：由步进电机9驱动，工件4经过传输带3的传送，通过金属传感器1以及光电传感器2的检测后分别进行计数，工件4到达尾端后由丝杠5上的工件拣取机械手6拾起工件4放入金属存储料斗7或非金属存储料斗8，微处理器U34各端口的功能定义及其接线方法：

P1.0：传输带3的金属传感器1输入端口，将该金属传感器1的棕色线接控制箱的24V+、蓝色线接24V-、黑色线接一个光耦隔离输入端，对应光耦隔离输出接跳线至P1.0，检测到金属时P1.0输入为低电平。

P1.1：传输带3的光电传感器2输入端口，将该光电传感器2的棕色线接控制箱的24V+、蓝色线接24V-、黑色线接一个光耦隔离输入端，对应光耦隔离输出接跳线至P1.1，检测到金属时P1.1输入为低电平。

P1.2：传输带3的启停控制输出端口，将P1.2跳线至一个继电器，然后利用该继电器控制传输带3的直流电机电源。

P1.3：丝杆5上工件拣取机械手6吸盘升降，将P1.3跳线至丝杆吸盘升降电磁阀继电器，当P1.3输出为低电平时丝杆吸盘下降。

P1.4：丝杠5上工件拣取机械手6的吸盘负压控制端口，将P1.4跳线至吸盘负压发生器的电磁阀继电器，当P1.4输出为低电平时启动负压。

P2.0：丝杆5零位输入端口。将零位传感器棕色线接控制箱的24V+、蓝色线接24V-、黑色线接一个光耦隔离输入端，对应光耦隔离输出接跳线至P2.0，零位时P2.0输入为低电平。

P2.1：步进电机9的脉冲输出端口，将P2.1跳线至一个三极管输入，对应三极管输出接至步进电机驱动器的PU端，同时将控制箱三极管输出接线排的VCC接至驱动器PU上方的+端，并与DR上方的+端短接。

P2.2：步进方向控制，将P2.2跳线至一个三极管输入，对应三极管输出接至步进电机驱动器的DR端。当P2.2输出为低电平时，步进方向为：向金属工件存储料斗7方向，输出高电平方向相反。

P2.3：工件计数静态显示的数据输出端，将该端口跳线至LED数码管显示的DAT端。

P2.4：工件计数静态显示的移位脉冲输出端，将该端口跳线至LED数码管显示的CLK端。

P2.5：工件计数静态显示的显示清零输出端，将该端口跳线至LED数码管显示的CLR端。

P3.2：系统急停输入，将P3.2跳线至一个按钮，当该按钮按下后系统急停。

采用了继电器隔离输出电路、三极管高速输出电路、、键盘、LED显示、光电耦合隔离输入电路。

本实用新型各组成部分均为工程实际应用而设计，并且相互独立，结合实训项目要求，通过跳线连接可实现任意组合电路对生产线实训设备进行控制。在主件中的空白处绘制了各组成部分的典型电路原理，方便学生进行电路设计和编程。

Claims (10)

1.一种单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述实训箱设有箱体，箱体内设置有电源、程序下载器和控制系统组合电路主板，程序下载器连接控制系统组合电路主板，电源为程序下载器和控制系统组合电路主板供电；所述控制系统组合电路主板设有微处理器，微处理器连接A/D输入电路、D/A输出电路、继电器隔离输出电路、三极管高速输出电路、RS485全双工通信接口、键盘、LED显示器。

2.根据权利要求1所述的单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述微处理器的管脚外围设有四组跳线接口，构成32位的跳线接口，所述继电器隔离输出电路为16路，所述三极管高速输出电路为8路并联，所述D/A输出电路为1路8位，所述光电耦合隔离输入电路为20路，所述A/D输入电路为8路8位。

3.根据权利要求2所述的单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述微处理器与各所述电路之间通过跳线插针及接线端子连接。

4.根据权利要求3所述的单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述微处理器的控制总线连接输入/输出扩展芯片。

5.根据权利要求4所述的单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述继电器隔离输出电路的继电器经接线端子连接实训设备的控制对象，微处理器的输出信号端经跳线与继电器输入控制端连接实现传输通信信号，控制继电器线圈。

6.根据权利要求5所述的单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述光电耦合隔离输入电路的光电耦合隔器经端子连接被控对象的传感器或无源开关量的信号输入端，输出端口接经跳线端子，为单片机微处理器提供标准的高低电平信号。

7.根据权利要求6所述的单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述R485全双工通信接口电路与微处理器的串口进行晶体管-晶体管逻辑电平连接，通过RS-486接口协议连接外部通信设备或与变频器设备进行组网控制。

8.根据权利要求7所述的单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述LED显示器由第27、28、29、30、31、32移位寄存器通过串入并出的方式连接驱动6位静态LED数码管，采用串入并出方式进行静态显示。

9.根据权利要求8所述的单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述三极管高速输出电路有8路并接的三极管，接收微处理器的TTL电平信号，经基极，从发射极输出功率放大后信号，控制步进电极等高速脉冲驱动的电气设备。

10.根据权利要求9所述的单片机控制系统实训箱，其特征在于：所述微处理器采用STC89C51或STC89C52，程序下载器采用STC-ISP专用下载器，该下载器采用计算机的串口传输下载数据，采用计算机的USB接口给下载器提供电源。

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