基于单片机的挖掘机设计.doc

1、中文 摘要 I 摘 要 单片机 是一种集成 电路 芯片 ，是采用 超大规模集成电路 技术把具有数据处理能力的 中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、 只读存储器 ROM、多种 I/O 口和 中断系统 、定时器 /计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、 脉宽调制 电路、模拟多路 转换器 、 A/D 转换器 等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 微型计算机系统 ，在工业控制领域广泛应用。从上世纪 80 年代，由当时的 4 位、 8 位 单片机 ，发展到现在的 300M 的高速单片机。 工程机械大多 数都 是逻辑控制 比 较多 ， 比如挖掘机的前进 、后退、转弯、主臂升降、前臂升降等运动。

2、如果在某一时间段内重复 同样的一 系列动作 ， 操作人员 会比较容易 感到枯燥乏味 ， 且劳动强度较大。能否通过人的一系列动作后使 得 机器有一个记忆功能 ， 将重复动作自动完成 任务呢 ？ 所以就研究出单片机， 用单片机进行逻辑控制 将每个动作记忆下来 ，进行 下次 动作的时候 将自动按时间、顺序执行。 本系统是以挖掘机模型为控制对象，模型有 4 个电机分别控制左轮、右 轮、主臂、前臂。此次课程设计我们做了 8 个手动按键来进行前进、后退、转弯、主臂升降以及前臂升降等一系列完整动作，还设计了一个按键进行手动和自动的转换 ，并且安装无线传输设备，使得挖掘机的控制范围增大。 关键词 ：单片机，挖

3、掘机，手动自动转换， 无线传输 英文摘要 II Abstract SCM is a kind of integrated circuit chips, is to use very large scale integrated circuit technology with data processing ability of the central processor CPU RAM , read-only memory ROM, A variety of I/O mouth and interrupt system, timer/counter function (may include

4、display driver circuit, pulse width modulation circuit, analog multiplexer and A/D converter circuit) integration to A piece of silicon consisting of A small and perfect microcomputer system, widely used in industrial control field. Since the 1980 s, by the time of the four, 8-bit microcontroller, d

5、evelopment to the present 300 m high speed single chip microcomputer. Engineering machinery is mostly logic control is more, such as excavator forward, backward, turn, such as the main arm and forearm lifting movement. If within a certain period of time to repeat a series of action, the operator eas

6、y to feel boring, and the intensity of labor is larger. Can make the machine after a series of actions by people with a memory function, the repetitive movements will be automatically completed? Using single chip microcomputer logic control can be set down every action memory, the next time will aut

7、omatically in accordance with the time and order. This system is based on model of excavator control object, the model has four motor respectively control the left and right wheel, main arm, forearm. The curriculum design we made eight manual buttons to move forward, backward, turn, the boom lift an

8、d forearm movements, and a series of complete action, also designed a button for manual and automatic conversion, and install wireless transmission equipment, makes the control range of excavator. Key Words: Single chip microcomputer;Excavator;Manual automatic conversion; Wireless transmission. 吉林工程

9、技术师范学院毕业论文 1 第一章 绪 论 由于 我们生活的世界变得越来越现代化，越来越科技化，在 现代 的测控系统当中， PC 机就具有强大的数据 数据处理能力以及良好的用户界面， 它由主机、键盘、显示器组成。还有一种类型的计算机，大多数人并不是很熟悉它，这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算 机的最小系统只用了一片集成电路， 而单片机也因为具有将强的现场干扰能力及良好的性价比广受人们青睐，因此， PC 机为上位机实施用户控制和以单片机为下位机进行实时数据采集的分布式智能化控制系统无疑具有很好的应用前景。 它在整个装置中，犹如人类的大脑，如果它除了毛病，那

10、么整个装置就瘫痪了。 单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算 机原理与结构的最佳选择。 此次课程设计是运用单片机 STC12C5410AD 来对挖掘机进行编程，使其能够手动进行一整套完整的挖土动作。挖掘机内部共有 4 个电机，分别控制左轮、右轮、主臂和前臂，因此，我们需要 2 个 L298N 驱动板来驱动电机转动，并且需要一个稳压电源来给驱动板的控制电源端供电。因为我们要进行手动操作，所以我们需要 8

11、个按键分别对应 8 个状态：前进、后退、左转、右转、主臂升 /降、前臂升 /降。 第二章 电路板的焊接 2 第二章 电路板的焊接 2.1 焊接操作要领 2.1.1 焊前准备 1、物料：含直接用料和辅料，留意 焊接元件是否有极性要求元件脚是否氧化、油污等。焊接是，对焊接温度，时间是否有特别要求。 2、工 /器具：视焊接元件而定，应有锡线座、元件盒、焊枪、焊台、镊子、剪钳等。如有防静电要求，应注意采用防静电工 /器具，同时操作员应戴好防静电手腕带。 2.1.2 实施焊接 准备好焊锡和烙铁，烙铁要保持洁净。 具体操作如下： 1、 加热焊件 2、 熔化焊锡，当焊件加热到能熔化焊料的温度后，将锡至于焊点

12、，焊锡开始熔化并润湿焊点。 3、 在焊点加入适当的焊锡后，一开锡线。 4、 当焊锡完全湿润焊点后，以大概 45的角度移开烙铁。 以上过程对一般焊点在 大约 2 3 秒完成，应注意在焊锡尚未完全凝固以为不要晃动接元件，以免造成虚焊。 2.1.3 焊接后的处理 当焊接结束后，应检查有无漏焊、错焊、短路、虚焊等现象，清理 PCB板上的残留如：锡渣、锡碎、元件脚等。 对焊点的基本要求： 1、 焊点应具有良好的导电性。 2、 焊点应具有一定的强度。 3、 焊接点应具有一定的强度。 4、 焊接点的表面应具有良好的光泽。 5、 焊点不应有毛刺及间隙。 吉林工程技术师范学院毕业论文 3 6、 焊接点表面要清洁

13、。 2.1.4 名词解释 1、虚焊：是指焊锡与被焊金属没有形成金属合金，只是简单的依附在被焊接的金属表面上。 2、假焊：是指焊点内部没有真 正焊接在一起，也就是焊接物与焊锡被氧化 层或焊剂的未挥发物及污物隔离。 3、是指应焊接点被漏掉，为进行焊接。 2.2 元器件识别 1、 色环电阻及其参数识别 色环颜色代表的数字：黑 0、棕 1、红 2、橙 3、黄 4、绿 5、蓝 6、紫 7、灰 8、白 9。 色环颜色代表的倍率：黑 *1、棕 *10、红 *100、橙 *1K、黄 *10K、绿 *100K、蓝 *1M、紫 *10M、灰 *100M、白 *1000M、金 *0.1、银 *0.01。 色环颜色代

14、表的误差等级：金 5%、银 10%、棕 1%、红 2%、绿 0.5%、蓝 0.25%、紫 0.1%、灰 0.05%、无色 20%。 2、二极管、发光二极管、数码管的作用、识别及注意事项 作用：二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压的作用下，导通电阻很大或者会达到无穷大。 识别方法： 小功率二极管的 N 极，也就是负极，在二极管外表的多数采用一种色全标出来，也有些二极管用二极管的专用符号来表示二极管的 P 极，也就是正极或 N 极，也有采用符号“ P”、“ N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可以通过引脚长短来识别，引脚长的为正极，引脚短的为负极

15、。 3、三极管 塑料封装三极管的识别： NPN、 PNP； 三极：基极（ B）、集电极（ C）、发射极（ E）； 面对三极管的平面，从左到右依次为 E、 B、 C。 4、电容 电解电容：可以通过引脚长短来识别正负极，引脚长的为正，引脚短的为第二章 电路板的焊接 4 负。使用电解电容的时候要特别注意正负极不要接反。 非极性电容 电容标称值：电解电容的容值一般 比较大，表示为 Xuf/yV， 其中 x 为电容容值， y 为电容耐压；通常在容量小于 10000pF 的时候，用 pF 做单位，而且用简标，如： 1000pF 标为 102,10000pF 标为 103。 2.3 焊接调试 1、按照焊接要

16、领完成焊接 其中器件焊接顺序以先 焊接好的元件不影响后面元件的焊接为原则，一般闲焊接体积较小的电阻电容等器件，后焊接体积较大的元件，接插件最后焊接。焊接完成后要仔细检查，看是否有虚焊、漏焊、短路现象。 2、用万用表电阻档测量电源输入端，看是否有短路现象。如有，应在加电前排除。 2.4 电路板的焊接方法 许多的先进设备中，硬件电路板是主要的组成部分之一，而焊接，就是制造电子产品的重要环节之一，如果没有相应的工艺质量保证，任何一个设计精良的电子产品都难以达到设计要求。在科研开发，设计试制、技术革新的过程中制作一块两块电路板，不可能并且也没有必要 采用自动化设备， 只需 要进行手工装焊即可完成 。在

17、大批量的生产中，从元件的筛选，再到电路板的装配焊接，都是由系动化机械来完成的，例如整形机、自动测试机、印制板清洗机、元件清洗机等，这些由计算机控制的生产设备，在现代化大规模电子产品中发挥了重要的作用，有利于工艺条件和装焊操作的一致性，提高产品的质量。 2.4.1 焊接的分类 焊接技术在电子工业中的应用非常广泛，在电子产品制造过程中，几乎各种焊接方法都要用到，但是使用最普遍、最有代表性的是焊锡方法。焊锡是焊接的一种，它是将焊件和熔点比焊件低的焊料共同加热到焊锡温度 ，在焊件不熔化的情况下，焊料熔化并浸润焊接面，依靠二者原子的扩散形成焊件的连接。吉林工程技术师范学院毕业论文 5 主要特征有一下三点

18、： 1、焊料熔点低于焊件； 2、焊接时将焊料与焊件共同加热到焊锡温度，焊料熔化而焊件不熔化； 3、焊接的 形成依靠熔化状态的焊料浸润焊接面，由毛细作用使焊料进入焊件的间隙，形成一个合金层，从而实现焊件的结合。 除了含有大量的铬、铝等元素的一些合金材料不宜采用锡焊焊接外，其他金属材料大都可以采用锡焊焊接。焊锡方法简单，只需要使用简单的工具（如电烙铁）即可完成焊接、焊点整修、元器件拆换、重新焊接等工艺过程。此外，焊 锡还具有成本低、易实现自动化等优点，在电子工程技术里，它是使用最早 、最广、占比重最大的焊接方法。 2.4.2 焊锡必须具备的条件 焊接的物理基础是“浸润”，浸润也叫“润湿”。要解释浸

19、润，先从荷叶上的水珠说起：荷叶表面有一层不透水的蜡质物质，水的表面张力使它保持柱状，在 荷 叶上滚动而不能摊开，这种状态叫做不能浸润；反之，假如液体在与固体的接触面上摊开，充分铺展接触，就叫做浸润。焊锡的过程，就是通过加热，让铅锡焊料在焊接面上熔化、滚动、浸润，使铅锡院子渗透到铜母材（导线、焊盘）的表面内，并在两者的接触面上形成 Cu6-Sn5 的脆性合金层。 在焊接过程中，焊料和母材接触所形成的夹角叫做浸润角， 如图 2-1 中（ a）图所示，焊料与母材没有浸润，不能形成良好的焊点；（ b）图中焊料与母材浸润，能够形成良好的焊点。仔细观察焊点的浸润角，就能判断焊点的质量。 图 2-1 浸润与

20、浸润角 显然 ，如果焊接面上有阻隔浸润的污垢或氧化层，不能生成两种金属材料的合金层，或者温度不够高使焊料没有充分溶化，都不能使焊料浸润。进行锡焊，必须具备的条件有以下几点： 1、 焊件必须具有良好的可焊性 第二章 电路板的焊接 6 所谓可焊性是指在适当温度下，被焊金属材料与焊锡能形成料号结合的合金的性能。 不是所有的金属都具有好的可焊性，有些金属如铬、钼、钨等的可焊性就非常差；有些金属的可焊性又比较好，如紫铜、黄铜等。在焊接时，由于高温使金属表面产生氧化膜，影响材料的可焊性。为了提高可焊性，可以采用表面镀锡、镀银等措施来防止材 料表面的氧化。 2、 焊件表面必须保持清洁 为了使焊锡和焊件达到良

21、好的结合，焊接表面一定要保持清洁。即使是可焊性良好的焊件，由于储存或被污染，都可能在焊件表面产生对浸润有害的氧化膜和油污。在焊接前务必把污膜清除干净，否则无法保证焊接质量。金属表面轻度的氧化层可以通过焊剂作用来清楚，氧化程度严重的金属表面，则应采用机械或化学方法清楚，例如进行酸洗或刮除。 3、 要使用合适的助焊剂 助焊剂的作用是清除焊接表面的氧化膜。不同的焊接工艺，应该选择不同的助焊剂，如镍铬合金、不锈钢、铝等材料，没有专用的特殊焊机是很难实施锡 焊的。在焊接印制电路板等精密电子产品时，为使焊接可靠稳定，通常采用以松香为主的助焊剂。一般是用酒精将松香溶解成松香水使用。 4、 焊件要加热到合当的

22、温度 焊接时，热能的作用是熔化焊锡的加热焊接对象，使锡、铅等原子获得足够的能量渗透到被焊金属表面的晶格中而形成合金。焊接温度过低，对焊料原子 渗透不利，无法形成合金，极易形成虚焊；焊接温度过高，会使焊料处于非共晶状态，加速焊剂分解和挥发速度，使焊料品质下降，严重时还会导致印制电路板上的焊盘脱落。 需要强调的是，不但焊锡要加热到熔化，而且应该同时将焊件加热到能够熔化焊 锡的温度。 5、 合适的焊接时间 焊接时间是指在焊接全过程中，进行物理和化学变化所需要的时间。它包括被焊金属达到焊接温度的时间、焊锡的熔化时间、助焊剂发挥作用及生成金属合金的时间几个部分。当焊接温度确定后，就应根据被焊件的形状、性

23、质、特点等来确定合适的焊接时间。焊接时间过长，易损坏元器件或者焊接部位；过短，则达不到焊接要求。一般，每个焊点焊接一次的时间最长不超过 5s。 吉林工程技术师范学院毕业论文 7 2.4.3 手工烙铁焊接的基本技能 使用电烙铁进行授予共焊接，掌握起来并不困难，但是又有一定的技术要领。长期从事电子产品生产的人们是从四个方面 提高焊接的质量：材料、工具、方法、操作者。 其中最主要的当然还是人的技能。没有经过相当时间的焊接实践和用心体验、领会，就不能掌握焊接的技术要领；即使是从事焊接工作较长时间的技术工人，也不能保证每个焊点的质量完全一致。只有充分了解焊接原理再加上用心实践，次啊有可能在较短的时间内学

24、会焊接的基本技能。 第三章 硬件电路的设计 8 第三章 硬件 电路的设计 此次课程设计需要我们用单片机使挖掘机的玩具模型手动完成一整套挖掘动作，即，需要 8 个按键分别对应挖掘机的 8 个状态。还需要一个按键作为手动自动转换。挖掘机的设计主要分为硬 件和软件两个部分。挖掘机内部有 4个电机，分别对应了挖掘机的左轮、右轮、主臂和前臂。电机需要驱动电路使其转动，所以需要 2 块驱动电路板，每个电路板对应 2 个电机，每个电机对应两个动作。 3.1 单片机系统 3.1.1 STC12C5410AD 系列单片机 简介 STC12C5410AD 系列单片机是宏晶科技 生产的单时钟 /机器周期（ 1T）的

25、单片机，是高速 /低功耗 /超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051，但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路， 4 路 PWM，8 路高速 10 位 A/D 转换，针对 电机控制，强干扰场合。 1、 增强型： 8051， CPU， 1T，单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统的 8051； 2、 工作电压： 5.5-3.5V（ 5V 单片机） /3.8-2.2V（ 3V 单片机）； 3、工作频率范围： 0-35MHz，相当于普通 8051 的 0-420MHz； 4、用户应用程序空间： 1K/2K/4K/6K/8K/10K/12K 字节； 5、片上集成 512 字节 RAM； 6、 通用 I/O 口（ 27/23/15），复位后为：准双向口 /弱上拉；可设置成四种模式：准双向口 /弱上拉，推挽 /强上拉，仅为输入 /高祖，开漏；每 个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不得超过 55mA； 7、 ISP（在系统中可编程） /IAP（在应用中可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（ P3.0/P3.1）直接下载用户陈旭，数秒即可完成。 8、 EEPROM 功能； 9、看门狗；