基于單片機(jī)的壓電式賈卡控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1．3．2 RS 485通信

　　在實(shí)際應(yīng)用中采用一臺(tái)主機(jī)控制多臺(tái)從機(jī)。根據(jù)設(shè)備的基本要求，從機(jī)與主機(jī)間的通訊速度不需要太高，一般采用9 600 b／s或14 400 b／s即可。所以本系統(tǒng)通訊總線采用半雙工RS 485總線即可達(dá)到要求，且造價(jià)低廉，穩(wěn)定性好。用MAX485芯片在控制信號(hào)下可以完成與上位機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，主要是接收上位機(jī)傳來的選針花型數(shù)據(jù)以及發(fā)過來的控制命令。

　　1．3．3 掉電存儲(chǔ)

　　圖2中，掉電存儲(chǔ)部分采用FM24C512。它帶有2線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行接口的512 KB非易失性FRAM，且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)24C512的E2PROM的引腳兼容，極易進(jìn)行容量擴(kuò)展。為滿足系統(tǒng)需要，本設(shè)計(jì)采用了兩片F(xiàn)M24C512，組成了1 MB的存儲(chǔ)空間。該存儲(chǔ)器以高達(dá)1 MHz的總線速度執(zhí)行讀操作和無須等待的寫入操作，擦寫次數(shù)超過100億次，避免了一般E2PROM存儲(chǔ)器需要很長(zhǎng)的擦寫延遲時(shí)間和輪詢軟件，擦寫次數(shù)并少于100萬次的弊端。其工作電壓是5 V，讀寫頻率在100 kHz時(shí)電流消耗為250μA，具有極低的功耗。可在-40～+85℃的工業(yè)溫度范圍內(nèi)工作，同時(shí)提供45年的數(shù)據(jù)保留能力，信息保存可靠。利用AT-mega128的兩線接口TWI(I2C)對(duì)FM24C512進(jìn)行操作，簡(jiǎn)單方便，滿足系統(tǒng)要求。正是由于以上原因，系統(tǒng)設(shè)計(jì)舍棄了單片機(jī)自身所具有的E2PROM而采用了FM24C512作為掉電存儲(chǔ)器。

　　1．3．4 信號(hào)傳輸

　　系統(tǒng)的控制過程是一個(gè)閉環(huán)控制，信號(hào)傳輸過程如圖2中所示，MCU通過花型數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)提花機(jī)的賈卡動(dòng)作，同時(shí)提花機(jī)將賈卡的當(dāng)前狀態(tài)反饋給MCU，MCU根據(jù)實(shí)時(shí)的賈卡狀態(tài)修正或準(zhǔn)備新的花型數(shù)據(jù)并驅(qū)動(dòng)賈卡動(dòng)作，從而形成回路控制。

　　控制系統(tǒng)一次性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，每臺(tái)賈卡經(jīng)編機(jī)上一般有幾千把導(dǎo)紗針同時(shí)動(dòng)作，單片機(jī)控制導(dǎo)紗針的每一個(gè)動(dòng)作都需要向外輸出幾千位的控制信號(hào)，使用并行輸出，受單片機(jī)端口數(shù)限制必定行不通。使用串行轉(zhuǎn)并行輸出則可以很好地解決問題，所以系統(tǒng)采取的是單片機(jī)串行輸出花型數(shù)據(jù)到賈卡的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成并行數(shù)據(jù)執(zhí)行動(dòng)作的方式。雖然串行比并行傳輸?shù)乃俣嚷?，但根?jù)實(shí)際需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)傳輸完幾千位的數(shù)據(jù)還是可以做到的。因此，信號(hào)傳輸過程對(duì)速度和抗干擾能力的要求較高，同時(shí)系統(tǒng)中賈卡驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

　　為防止電源等對(duì)信號(hào)的干擾，對(duì)輸出的花型數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行光電隔離，經(jīng)隔離后的信號(hào)通過信號(hào)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器MC3487轉(zhuǎn)換成RS 422信號(hào)，將TTL邏輯電平變?yōu)殡娢恍盘?hào)來實(shí)現(xiàn)信息傳送。同理，MCU接收的反饋賈卡狀態(tài)信號(hào)也需要經(jīng)過長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器MC3487和長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)接收器MC3486的處理后經(jīng)過光隔進(jìn)入單片機(jī)。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以增加系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)可以支持較高的傳輸速率和較長(zhǎng)的傳輸距離。

　　1．3．5 光電隔離

　　為滿足系統(tǒng)高速、低功耗、可靠的信號(hào)傳輸要求，光隔部分采用6N137光耦合器。它是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850 nm波長(zhǎng)A1GaAsLED和一個(gè)集成檢測(cè)器組成，其檢測(cè)器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基箝位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL／TTL兼容，高速(典型為10 MBd)，5 mA的極小輸入電流。

　　1．3．6 賈卡驅(qū)動(dòng)

　　本設(shè)計(jì)采用硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件74HC595作為串行移位輸出，其兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。8位串行輸入、8位串行或并行輸出，具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。輸出寄存器可以直接清除，具有1OO MHz的移位頻率，并行輸出，總線驅(qū)動(dòng)。數(shù)據(jù)在SHCP上升沿進(jìn)入移位寄存器后，在STCP上升沿輸出到并行口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。串行移位輸出電路原理如圖3所示。

　　根據(jù)賈卡導(dǎo)紗針的工作原理，驅(qū)動(dòng)電路要根據(jù)花型數(shù)據(jù)給壓電陶瓷加正或負(fù)60 V直流電。驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示，主要由74HC541為八緩沖器／驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)2N5551型三極管、2個(gè)2N5401等組成。

　　壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路的工作原理為：由控制系統(tǒng)輸出的脈沖信號(hào)DIN，一路輸入到第一組由QA1和QA3組成的正電源開關(guān)電路，另外一路經(jīng)過74HC541緩沖輸入到第二組由QA2和QA4組成的負(fù)電源開關(guān)電路，這兩組開關(guān)電路由DIN統(tǒng)一控制。當(dāng)DIN為高時(shí)，第一組開關(guān)電路導(dǎo)通，第二組關(guān)斷，正電壓+V輸出加到壓電陶瓷端(VOUT)；當(dāng)DIN為低時(shí)，第二組開關(guān)電路導(dǎo)通，第一組關(guān)斷，負(fù)電壓-V輸出加到電陶瓷端(VOUT)。這樣通過系統(tǒng)輸出的脈沖信號(hào)不斷變化即能控制壓電陶瓷導(dǎo)紗針的左右擺動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)提花選針。