基于單片機的壓電式賈卡控制系統設計

　　1．3．2 RS 485通信

　　在實際應用中采用一臺主機控制多臺從機。根據設備的基本要求，從機與主機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。所以本系統通訊總線采用半雙工RS 485總線即可達到要求，且造價低廉，穩定性好。用MAX485芯片在控制信號下可以完成與上位機的通訊，實現數據的傳輸，主要是接收上位機傳來的選針花型數據以及發過來的控制命令。

　　1．3．3 掉電存儲

　　圖2中，掉電存儲部分采用FM24C512。它帶有2線工業標準串行接口的512 KB非易失性FRAM，且與工業標準24C512的E2PROM的引腳兼容，極易進行容量擴展。為滿足系統需要，本設計采用了兩片FM24C512，組成了1 MB的存儲空間。該存儲器以高達1 MHz的總線速度執行讀操作和無須等待的寫入操作，擦寫次數超過100億次，避免了一般E2PROM存儲器需要很長的擦寫延遲時間和輪詢軟件，擦寫次數并少于100萬次的弊端。其工作電壓是5 V，讀寫頻率在100 kHz時電流消耗為250μA，具有極低的功耗。可在-40～+85℃的工業溫度范圍內工作，同時提供45年的數據保留能力，信息保存可靠。利用AT-mega128的兩線接口TWI(I2C)對FM24C512進行操作，簡單方便，滿足系統要求。正是由于以上原因，系統設計舍棄了單片機自身所具有的E2PROM而采用了FM24C512作為掉電存儲器。

　　1．3．4 信號傳輸

　　系統的控制過程是一個閉環控制，信號傳輸過程如圖2中所示，MCU通過花型數據來驅動提花機的賈卡動作，同時提花機將賈卡的當前狀態反饋給MCU，MCU根據實時的賈卡狀態修正或準備新的花型數據并驅動賈卡動作，從而形成回路控制。

　　控制系統一次性傳輸的數據量較大，每臺賈卡經編機上一般有幾千把導紗針同時動作，單片機控制導紗針的每一個動作都需要向外輸出幾千位的控制信號，使用并行輸出，受單片機端口數限制必定行不通。使用串行轉并行輸出則可以很好地解決問題，所以系統采取的是單片機串行輸出花型數據到賈卡的驅動電路，驅動電路將串行數據轉化成并行數據執行動作的方式。雖然串行比并行傳輸的速度慢，但根據實際需要在規定的時間內傳輸完幾千位的數據還是可以做到的。因此，信號傳輸過程對速度和抗干擾能力的要求較高，同時系統中賈卡驅動電路設計至關重要。

　　為防止電源等對信號的干擾，對輸出的花型數據信號進行光電隔離，經隔離后的信號通過信號長線驅動器MC3487轉換成RS 422信號，將TTL邏輯電平變為電位信號來實現信息傳送。同理，MCU接收的反饋賈卡狀態信號也需要經過長線驅動器MC3487和長線驅動接收器MC3486的處理后經過光隔進入單片機。這樣的設計不僅可以增加系統的抗干擾能力，同時可以支持較高的傳輸速率和較長的傳輸距離。

　　1．3．5 光電隔離

　　為滿足系統高速、低功耗、可靠的信號傳輸要求，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，其內部有一個850 nm波長A1GaAsLED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個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 賈卡驅動

　　本設計采用硅結構的CMOS器件74HC595作為串行移位輸出，其兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標準。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存儲器，三態輸出功能。移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。輸出寄存器可以直接清除，具有1OO MHz的移位頻率，并行輸出，總線驅動。數據在SHCP上升沿進入移位寄存器后，在STCP上升沿輸出到并行口進行驅動。串行移位輸出電路原理如圖3所示。

　　根據賈卡導紗針的工作原理，驅動電路要根據花型數據給壓電陶瓷加正或負60 V直流電。驅動電路如圖4所示，主要由74HC541為八緩沖器／驅動器、2個2N5551型三極管、2個2N5401等組成。

　　壓電陶瓷驅動電路的工作原理為：由控制系統輸出的脈沖信號DIN，一路輸入到第一組由QA1和QA3組成的正電源開關電路，另外一路經過74HC541緩沖輸入到第二組由QA2和QA4組成的負電源開關電路，這兩組開關電路由DIN統一控制。當DIN為高時，第一組開關電路導通，第二組關斷，正電壓+V輸出加到壓電陶瓷端(VOUT)；當DIN為低時，第二組開關電路導通，第一組關斷，負電壓-V輸出加到電陶瓷端(VOUT)。這樣通過系統輸出的脈沖信號不斷變化即能控制壓電陶瓷導紗針的左右擺動，將電能轉換成機械能，實現提花選針。