畢業(yè)設(shè)計（論文）電子皮帶秤設(shè)計

1、摘要隨著傳感器、電子技術(shù)和微機技術(shù)的崛起，稱重技術(shù)得到了迅速發(fā)展，稱重裝置在數(shù)字化，智能化等方面有長足的進步，稱重裝置的研究與開發(fā)也進入了一個新的階段。皮帶秤等衡器更是作為一種新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)而受到世界各國的普遍關(guān)注，進一步采用新技術(shù)，開發(fā)各種自動稱重系統(tǒng)，提高動態(tài)稱重的準確度，加強網(wǎng)絡(luò)功能是當(dāng)今各國發(fā)展的重點。我國的衡器產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，但高檔次衡器產(chǎn)品技術(shù)水平落后，積極開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高檔次衡器產(chǎn)品對發(fā)展我國的衡器產(chǎn)業(yè)具有重要意義。本課題就是針對電子皮帶秤自動稱重系統(tǒng)展開的。皮帶秤是安裝在皮帶輸送機的適當(dāng)位置上，對散狀物料自動地進行連續(xù)、累計稱量的計量器具。它廣泛應(yīng)用于：散料貿(mào)易結(jié)算、

2、生產(chǎn)工藝流程中的配料計量及檢測控制。采用雙cpu結(jié)構(gòu)，兩個cpu之間通過串口進行通訊。兩個cpu之間的這種弱聯(lián)系，不但能提高控制的實時性，而且能有效的提高系統(tǒng)的可靠性。本文所述皮帶秤微機配料系統(tǒng)以mcs-51系列單片機為下位機，以電子皮帶秤為計量設(shè)備，單片機控制皮帶秤，整個系統(tǒng)以avr單片機作為上位機進行集中管理。該系統(tǒng)對運行環(huán)境要求低，精度穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，易于管理。關(guān)鍵詞: 電子皮帶秤，串行通信，avr單片機 abstractwith the sensor, electronic technology, computer technology and the rise of weighing

3、 technology have developed rapidly, weighing device in digital, intelligent connection is a great improvement, weighing device research and development has entered a new stage. weighing scales and other belt is emerging as a high-tech industries and countries around the world, the widespread concern

4、, further introduction of new technology, the development of automatic weighing system to enhance the dynamic weighing accuracy, strengthen the network function is the focus of the development of all countries. chinas weighing industry has begun to take shape, but the high-end products weighing tech

5、nical backwardness, proactively develop our own intellectual property rights in high-grade products weighing on the development of chinas weighing industry is of great significance. the issue was aimed at the electronic belt weighers automatic weighing system proceed. belt weigher is installed on th

6、e conveyor belt in the appropriate place, the bulk of the material for automatic continuous, weighing a total of measurement apparatus. it is widely used: bulk trade settlement, the production process of batching control and detection measures.dual cpu, the cpu between the two through the serial por

7、t communication. 2 cpu between the weak links will not only enhance control of the real-time, but can effectively improve the reliability of the system.this paper described belt weigher computer batching system to mcs-51 microcontroller series for the next crew. to belt scales for the measurement eq

8、uipment, scm control belt weigher, to the entire system as the avr microcontroller pc for centralized management. the system of running low environmental requirements, the accuracy of stable, reliable, and easy to manage.key words: electronic belt weighing conveyor，serial communication，avr microcont

9、roller0 引言物料計量是工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易流通中的重要環(huán)節(jié)。稱重裝置等衡量器具是不可缺少的計量工具。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和商品流通的擴大，過去沿用的機械杠桿秤已不能適應(yīng)生產(chǎn)自動化和管理現(xiàn)代化的要求，衡器的技術(shù)水平需要不斷提高。最近幾十年來，伴隨著傳感器、電子技術(shù)和微機技術(shù)的崛起，稱重技術(shù)得到了迅速發(fā)展，稱重裝置在數(shù)字化，智能化等方面有長足的進步?？焖?、準確、操作方便、消除人為誤差、功能多樣化等方面己成為現(xiàn)代稱重技術(shù)的主要特點。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個組成部分，推進了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化。在物料輸送過程中，各種連續(xù)輸送大宗散狀物料的

10、皮帶輸送機，都廣泛地采用了電子皮帶秤，以作計量和控制之用，起到了縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營等多方面的作用。電子皮帶秤等稱重裝置的應(yīng)用己遍及到國民經(jīng)濟各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。但是，我國在這方面的的產(chǎn)品少且功能不齊全，所以改善現(xiàn)有稱重裝置、開發(fā)研究功能齊全的自動稱重系統(tǒng)是勢在必行的一、皮帶秤的起源與發(fā)展皮帶秤起源于19世紀末、西方工業(yè)發(fā)展時期。它的稱重原理最早來源于斗式輸送機對散料連續(xù)自動稱重的裝置。這種裝置于1880年獲得了計量許可。1907年由英國制訂了第一個自動秤的檢定規(guī)程。1908年在英國公布了第一個皮帶秤的專利。此后的近

11、四十年中進展較慢，經(jīng)反復(fù)改進仍然只能較粗地用于生產(chǎn)過程控制和工礦企業(yè)的庫存管理。二次大戰(zhàn)后，尤其是近三十年來，由于傳感器制造工藝和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給整個稱重技術(shù)注入了新的血液，激發(fā)了活力，為提高皮帶秤的計量性能創(chuàng)造了有利條件。皮帶秤的發(fā)展大致經(jīng)過了以下四個階段：最初的產(chǎn)品是純機械式皮帶秤，一般采用增量式編碼器機械式或光電式掃描碼盤等，使皮帶秤的機械杠桿具有平衡條件，識別記數(shù)和啟動功能。這是第一代。第二代是傳感器電子儀表皮帶秤，檢測部分一般用光電脈沖或磁脈沖變送器測速，二次儀表用模擬積分放大電路或數(shù)字系統(tǒng)積分電路來實現(xiàn)動態(tài)稱重過程的平衡、識別和累積計算功能。這兩代皮帶秤只能測量、累積計算，對

12、運行中計量性能的變化不能控制，因此動態(tài)計量準確度較低，穩(wěn)定性差，在用戶中信譽不佳，逐漸被第三代、第四代皮帶秤取代。第三代、第四代是傳感器微機式皮帶秤和微機智能化的皮帶秤。微處理機引入皮帶秤使電子元器件結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和集成化程度大大提高。生產(chǎn)廠家可以根據(jù)現(xiàn)場使用條件去滿足用戶的愿望。前者，根據(jù)現(xiàn)代控制原理，可以對一些動態(tài)變化參數(shù)進行控制，如零點跟蹤、量程校準等，但一般處于開環(huán)控制狀態(tài)。要想使皮帶秤在運行中獲得預(yù)定的準確度和穩(wěn)定性仍需操作人員的監(jiān)視、維護和頻繁校準。后者，因在稱重系統(tǒng)中設(shè)置了針對使用特點的軟件而成為閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。智能儀電子皮帶秤的含義由此而來。這種稱重系統(tǒng)具有測量、計算、控制、校準

13、、聯(lián)網(wǎng)通信、上下量程限監(jiān)視、故障報警等多項自控功能。由于計算機科學(xué)滲入皮帶秤，使其計量準確度提高，穩(wěn)定性改善，檢定周期延長，使用過程中的維護工作量大大減輕，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。目前，皮帶秤產(chǎn)品已分布于世界各地，廣泛應(yīng)用在冶金、礦山、建材、電力、化工、港口等各個行業(yè)。二、研究皮帶計量秤的目的和意義電子皮帶秤是一種對皮帶傳輸機上流過的散狀物料作連續(xù)動態(tài)計量，智能化的數(shù)字式動態(tài)稱重顯示儀。冶金、建材、礦山、碼頭、電力、化工、醫(yī)藥、食品等部門實行現(xiàn)代化管理、節(jié)約能源、減輕勞動強度的必不可少的工具。皮帶秤主要應(yīng)用于需對皮帶輸送機上的物料實現(xiàn)高效、動態(tài)在線稱重的場合，皮帶秤能提供無與倫比的測量可靠性，即使

14、在最惡劣的環(huán)境，能與多種先進的電子積算儀相連接，可提供流率、累積量、速度和載荷的連續(xù)讀數(shù)。安裝簡便，低維護，重復(fù)的精度，任何時候，皮帶秤都能提供精確、高重復(fù)性的效果。出色的精度和獨特的稱重架設(shè)計確保無可比擬的精度，即使在產(chǎn)品載荷不均勻或者帶速相對較快的應(yīng)用場合。精確度通常為 0.5%，但是在許多應(yīng)用場合，精度均優(yōu)于0.25%。這個結(jié)構(gòu)緊湊的皮帶秤可以應(yīng)用在空間受到限制的皮帶機上。由于其簡便的安裝方式，同傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，用戶能節(jié)省大量的費用。通過四個螺栓和一個現(xiàn)有的托輥，稱重支架被方便地安裝在皮帶機上，并且固定在受力的梁上 。安裝快捷而簡單，只需數(shù)個小時。其通用的結(jié)構(gòu)可用于任何現(xiàn)有的皮帶稱重系統(tǒng)

15、，可快速安裝以代替老式的稱重系統(tǒng)。維護成本低，沒有可動部件，所以就消除了潛在的維護問題，樞軸和杠桿的磨損和更換都已經(jīng)是過去的事情。你所需做的只是進行定期的校驗檢查。而且有了機械止動保護系統(tǒng)，可免受意外的過載，防止嚴重的損壞。三、國內(nèi)外現(xiàn)狀及差距電子衡器在全球衡器市場占據(jù)主導(dǎo)地位。世界經(jīng)濟發(fā)達的國家，離不開先進的衡器，電子衡器的比例在80%以上。全世界衡器產(chǎn)值有30多億美元，美國、德國、日本、英國、意大利等國家都掌握先進的稱重技術(shù)。美國衡器產(chǎn)值約10億美元，其中，重型衡器和包裝系統(tǒng)比例很大;在意大利，包裝系統(tǒng)占衡器產(chǎn)值的80%以上;德國1998年衡器產(chǎn)值為13.24億馬克，其中工業(yè)、商業(yè)秤9.0

16、0億馬克，家用秤1.1億馬克，精密級衡器1億馬克，稱重部件2.14億馬克。日本衡器年產(chǎn)值約1000億日元，在日本1臺自動定量包裝秤價格從200萬日元到2000萬日元:1臺電腦多頭包裝秤價格從700萬日元到2300萬日元，技術(shù)含金量很高。全球衡器出口貿(mào)易額約18億美元。在出口貿(mào)易中，德國占31%，日本占18%，美國占18%，法國占7%?！熬盼濉币?來，我國稱重傳感器和顯示控制器的技術(shù)與生產(chǎn)有較大進步，國產(chǎn)電子衡器產(chǎn)量及質(zhì)量也不斷提高，中國衡器正在告別機械衡器占主導(dǎo)地位的時代。我國標準中劃分的十大類衡器(臺秤、案秤、地上衡、地中衡、吊秤、皮帶秤、料斗秤、檢驗秤、軌道衡和特種秤)，在國內(nèi)都實現(xiàn)了產(chǎn)品

17、電子化。比較成熟的靜態(tài)衡器計量范圍可以從l到800。非自動衡器己達到國際九十年代初期技術(shù)水平，如電子計價秤、電子臺秤、電子地上衡、電子皮帶秤、電子吊秤和電子軌道衡等產(chǎn)品。目前，己有4個企業(yè)制造的電子計價秤，通過了國際計量組織的oiml認證，性能與質(zhì)量達到了當(dāng)前國際水平。“九五”期間，外資企業(yè)相繼帶來了一批國外先進水平的衡器產(chǎn)品和技術(shù)，如應(yīng)變計、傳感器、儀表生產(chǎn)技術(shù)和定量包裝秤、自動重量檢驗秤、標簽計價秤、電腦組合科、耐壓式計量給煤機等等，對于我國衡器工業(yè)既是一種補充，也是一個促動。有著古老歷史的中國衡器行業(yè)，正高度融合著現(xiàn)代先進科學(xué)技術(shù)，成為一個新興高技術(shù)裝備行業(yè)。但是，我國的稱重技術(shù)在以下幾

18、個方面和國外還存在很大的差距?；A(chǔ)理論研究方面的差距。國外在高準確度、高穩(wěn)定度、動態(tài)稱重和稱重智能化等方面均有領(lǐng)先的理論研究。與此形成鮮明對照的是國內(nèi)稱重理論研究人、財兩弱，甚至到了難以為繼的地步，形成我國落后于國際稱重理論研究的巨大差距。產(chǎn)品技術(shù)方面的差距。衡器技術(shù)是集合了現(xiàn)代計量技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制、計算機技術(shù)的綜合應(yīng)用技術(shù)。我國在采用先進技術(shù)和先進成果的速度與程度明顯落后于國際水平，高檔次衡器產(chǎn)品技術(shù)水平要落后10-15年。目前我國低檔靜態(tài)稱重產(chǎn)品的生產(chǎn)能力過剩，而定量包裝秤、配料秤、自動重量檢驗秤等自動衡器和高檔商業(yè)秤，仍處于起步階段。制造工藝及技術(shù)裝備方面的差距。發(fā)達國

19、家十分重視工藝技術(shù)的開發(fā)，關(guān)鍵工藝必有關(guān)鍵設(shè)備，技術(shù)裝備實用且先進。先進衡器產(chǎn)品的開發(fā)、制造、調(diào)試、補償、修正都是在程序下自動進行。相比來看，國內(nèi)只有幾個規(guī)模較大的外資企業(yè)和新興企業(yè)，才擁有先進開發(fā)手段和現(xiàn)代制造、檢測裝備，但這些企業(yè)的數(shù)量不超過全行業(yè)總數(shù)的3%。四、電子皮帶秤的發(fā)展方向（一）提高計量準確度電子皮帶秤相對允許誤差達到0.1是目前散料動態(tài)稱重技術(shù)的皇冠，也是國際間散料貿(mào)易追求的計量準確度。近幾年來，圍內(nèi)外一些皮帶秤專家和科技工作者正在攀登這個至高點。由于皮帶秤的影響因素很多，提高計量準確度的技術(shù)難度很大，為攀登這個至高點，促使國內(nèi)外一些科技工作者在以下3種途徑尋找解決方案。1、從

20、稱重原理上進行新的探索；2、對重力式稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新；3、從微處理機的軟件功能找出路。（二）簡易型工藝秤高準確度皮帶秤一般用于貿(mào)易或能耗結(jié)算及企業(yè)的目標管理。但其秤架結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜，相應(yīng)的造價成本增高，現(xiàn)場安裝調(diào)試的時間較長，使用中要求維護檢測較嚴，因此人們又在探索較簡單的工藝秤。這種工藝秤是根據(jù)生產(chǎn)工藝控制式配料計量的特殊要求而發(fā)展起來的，它與計量秤比較有如下特點：秤的計量準確度要求不高，一般1%就可適應(yīng)生產(chǎn)需要。在檢定周期內(nèi)不進行實物檢測，其計量性能穩(wěn)定可靠，抗干擾、抗偏載能力強?，F(xiàn)場安裝調(diào)試簡單。生產(chǎn)工藝流程一般不允許因某一個環(huán)節(jié)裝調(diào)皮帶秤而影響全線生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)簡易，造價較低。使用中

21、的故障少，維護方便。五、課題的提出及內(nèi)容如今，國內(nèi)的電子皮帶秤水平與國際水平仍具有很大差距，而且各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，處于全國各種企業(yè)大力進行技術(shù)革新的形勢之下，市場對電子皮帶秤的需求增大，我國也一直在加大對電子皮帶秤的研究。本課題旨在在原有的電子皮帶秤技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個皮帶秤集散控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)中的電子皮帶秤是采用電阻應(yīng)變式傳感器的單托輥式皮帶秤。皮帶秤網(wǎng)絡(luò)通信采用的是rs485通信接口性價比較高的一種現(xiàn)場總線，與can總線和rs232接口相比，提高了數(shù)據(jù)通信的可靠性、實時性和靈活性，而且它還具有傳輸距離遠，連接簡單等諸多優(yōu)點。皮帶秤顯示器采用液晶屏、視域大、中文界面更適合國內(nèi)用戶的操作習(xí)

22、慣。本課題主要對電子皮帶秤系統(tǒng)的工作原理、顯示控制器的軟硬件設(shè)計、皮帶秤組網(wǎng)與rs485通訊接口設(shè)計以及抗干擾試驗進行了研究。顯示控制器的軟硬件設(shè)計包括、單片機系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入輸出和液晶顯示界面等方面。本課題的主要內(nèi)容包括皮帶秤的整機結(jié)構(gòu)及工作原理、顯示控制器的軟硬件設(shè)計、rs485通訊接口設(shè)計與皮帶秤組網(wǎng)、皮帶秤集散控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計和顯示控制器的抗干擾問題。1 硬件介紹1.1 單片機介紹1.1.1 單片機選型目前市面上，有很功能差不多的單片機，僅生產(chǎn)廠不同；這讓大家使用時，多了些選擇。每個供應(yīng)商都說得如何好？但做為單片機的使用者來說，應(yīng)該有自己的一套方法來選擇一款合用

23、的高性價比單片機，下面三點是筆者用于本次設(shè)計主控芯片的選型的看法。1、首先是單片機的抗干擾能力。在開發(fā)產(chǎn)品中常常遇到這樣的情況，先用一廠家的單片機編程調(diào)試都通過了，甚至客戶也確認了，但在批生產(chǎn)中出了問題。最后幾經(jīng)周折才發(fā)現(xiàn)單片機的抗干擾能力低。那么怎樣才能在使用之前，就能確定單片機這方面的性能。常用方法是：編一段對單片機各種資源進行測試的程序，燒片裝機后，放在不同強度的干攏環(huán)境下進行測試，看哪種單片機適應(yīng)性強。2、其次開發(fā)工具的實用性，如支持的編程言語、用戶界面等。3、性價比，在開發(fā)過程中我們應(yīng)該盡可能地采用價格低廉，性能優(yōu)越的芯片，盡可能采用那些i/o口比較多的芯片，這樣可以預(yù)留i/o口以備

24、以后升級產(chǎn)品時不至于重新設(shè)計電路。綜合上面的幾條要求，本次設(shè)計采用mcs-51系列單片機為下位機，整個系統(tǒng)以avr單片機作為上位機進行集中管理。1.1.2 mcs51概述mcs51是美國intel公司的八位高檔單片機系列，是在mcs48系列基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，也是我國目前應(yīng)用最廣的一種單片機系列。在這個系列里，有多種機型，性能特點也各不相同，用戶可根據(jù)需要挑選。在mcs51系列里，所有產(chǎn)品都是以8051為核心電路發(fā)展起來的，它們都具有8051的基本結(jié)構(gòu)和軟件特征。8051單片機內(nèi)部包含了作為微型計算機所必需的基本功能部件，各功能部件相互獨立而融為一體，集成在同一塊芯片上。8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)各功能部

25、件劃分為cpu、存儲器、i/o端口、定時器/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)等五部分。單片微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是一種非?；钴S和頗具生命力的機種。單片微型機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器(microcontroller)。單片微型計算機是一種把微處理器、半導(dǎo)體存儲器i/o（input/output）接口和中斷系統(tǒng)集成在同一塊硅片上的有完整功能的微型計算機，這塊芯片就是它的硬件，軟件程序就存放在片內(nèi)只讀存儲器內(nèi)。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。其實，單片機很難和被控對象直接進行電氣連接，故在實際應(yīng)用中單片機總要通過這樣和那樣的芯片和

26、被控對象相連。單片機芯片的集成度很高，它將微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，具有下列特點：1、體積小、重量輕、價格便宜、耗電少。2、根據(jù)工控環(huán)境要求設(shè)計，且許多功能部件集成在芯片內(nèi)部，其信號通道受外界影響小，故可靠性高，抗干擾性能優(yōu)于采用一般的cpu。3、控制功能強，運行速度快。其結(jié)構(gòu)組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求。有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令，有很強的位處理功能和i/o口邏輯操作功能。4、片內(nèi)存儲器的容量不可能很大，引腳也嫌少，i/o引腳常不夠用，且兼第二功能以至第三功能。但存儲器和i/o接口都易于擴展。由上述單片機特點，可推知其應(yīng)用最多的領(lǐng)域為1、因它具有“小、輕、廉、省”的特點，尤

27、其耗電少，又可使供電電源的體積小、重量輕，所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品”，在家用電器、玩具、游戲機、聲像設(shè)備、電子秤、收銀機、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品上得到應(yīng)用。2、適用于儀器、儀表，不僅能完成測量，還具有處理(運算、誤差修正、線性化、零漂處理)、監(jiān)控等功能，易于實現(xiàn)數(shù)字化和智能化。3、有利于“機電一體化”技術(shù)的發(fā)展，多用于數(shù)控機械、縫紉機械、醫(yī)療設(shè)備、汽車等。4、廣泛應(yīng)用于打印機、繪圖儀等許多計算機外圍設(shè)備，特別是用于智能終端，可大大減輕主機負擔(dān)。5、用于各種工業(yè)控制，如溫度控制、液面控制、生產(chǎn)線順序控制等。6、宜于多機應(yīng)用。例如機床加工中心，其各種功能可分散由各個單片機子系統(tǒng)分別完成，上

28、級主機則負責(zé)統(tǒng)管、協(xié)調(diào)。又如要求較高的數(shù)據(jù)檢測采集系統(tǒng)，每一采集通道如是一個單片機子系統(tǒng)，可實現(xiàn)多點同時快速采集和預(yù)處理，然后再由主機進行集中處理和控制，以構(gòu)成大型的實時測控系統(tǒng)。單片機正朝著多層次用戶、多品種、多規(guī)格、高性能的方向發(fā)展。1、高檔單片機性能不斷提高cpu能力加強 cpu能力加強主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理速度和精度提高方面。一般通過以下措施來實現(xiàn)：增加cpu的字長，擴充硬件，提高主頻，提高總線速度，擴充指令系統(tǒng)和提高效率。內(nèi)部資源增加 單片機的內(nèi)部資源除了cpu以外，還包括各種類型的存儲器和i/o 端口。程序存儲器包括：掩膜式rom、eprom、e2prom或flash。容量最大司 達到

29、幾十kb。ram也可達到幾kb。i/o端口包括并行、串行、定時器/計時器并配有a/d、d/a、pwm、led、lcd驅(qū)動接口等。尋址范圍增加，目前最高可尋址幾十mb。2、超小型，低功耗，廉價微巨型單片機，目前己推出了運算速度12億次/秒，cpu字長32位，可運行64位浮點運算的單片機。3、指令系統(tǒng)從復(fù)雜指令系統(tǒng)向簡易指令系統(tǒng)過渡。單片機開發(fā)系統(tǒng)向多用戶、c編譯、在線實時開發(fā)方向發(fā)展。1.1.3 atm89s53芯片一.特點：1、與mcs-51單片機兼容；2、片內(nèi)有12kb的flash程序存儲器；3、支持spi串行接口為程序下載；4、可擦寫1000次；5、4v到6v的工作電壓；6、晶振：0-24

30、mhz；7、8為256b的數(shù)據(jù)存儲器；8、32個i/o口；9、3個16位定時/計數(shù)器；10、6個中斷源，兩個優(yōu)先級；11、看門狗；12、雙數(shù)據(jù)指針寄存器。二.描述：at89s53是一低低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)有12k 的flash可重復(fù)擦寫程序存儲器。采用atmel的高密度固定存儲器技術(shù)，并且與80c51單片機兼容。引腳描述：1電源引腳vcc 電源端，接+5vgnd 接地端，接地2. 控制信號引腳rst 復(fù)位信號輸入端。高電平有效，在此端保持兩個機器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。此外，該引腳還有掉電保護功能，若在該端節(jié)+5v備用電源，一旦在使用中vcc突然消失，就可以保護

31、片內(nèi)ram中的信息不丟失。ale 地址鎖存允許信號輸出端。存取片外數(shù)據(jù)時，用于鎖存低8位地址。當(dāng)單片機上電正常工作后，ale端就周期性地以時鐘振蕩頻率1/6的固定頻率向外輸出正脈沖信號。ale端的負載驅(qū)動能力為8個lsttl器件。psen 程序存儲允許輸出端。它是片外程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。cpu從外部程序存儲器取指令時，psen在每個機器周期中兩次有效。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的psen不出現(xiàn)。ea 程序存儲器地址允許輸入端。當(dāng)ea為高電平時，cpu執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當(dāng)pc中的值12k時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令；當(dāng)ea為低電平時，cpu只執(zhí)行片外程序

32、存儲器指令。3時鐘電路引腳xtal1 接外部石英晶體和微調(diào)電容的一端。在片內(nèi)，它是振蕩器反向放大器的輸入。使用外部時鐘時，該引腳必須接地。xtal2 接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩器反向放大器的輸出端。使用外部時鐘時，該引腳作為外部時鐘的輸入端。4. 輸入輸出接口引腳p0端口 p0是一個漏極開路的8為準雙向i/0口，每位能驅(qū)動8個lsttl負載，在訪問片外存儲器時，他分時作為低8為地址線和8位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng)p0口作為普通輸入接口使用時，應(yīng)現(xiàn)向口鎖存器寫“1”。p1端口 p1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。輸出時可驅(qū)動4個lsttl負載。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端

33、口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。p2端口 p2是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向i/o口。輸出時可驅(qū)動4個lsttl負載。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，做輸入用。對片內(nèi)flash程序存儲器編程時，接收高8位地址信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。p3端口 p3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。輸出時可驅(qū)動4個lsttl負載。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。除此之外，p3口還用于一些特殊功能，如表1所示：表1 p3

34、口第二功能表引腳符號功能p3.0 rxd串行通信輸入p3.1txd串行通信輸出p3.2int0外部中斷0p3.3int1外部中斷1p3.4t0定時器0輸入p3.5t1定時器1輸入p3.6wr外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通p3.7rd外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通特殊功能寄存器在at89s53單片機中，特殊功能寄存器的地址為篇內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的高128字節(jié)。與真正片內(nèi)高128字節(jié)相區(qū)分。訪問特殊功能寄存器是，采用直接尋址的方法，訪問片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器高128字節(jié)時，采用間接尋址的方法。1累加器acc（e0h） 它是8位寄存器，通過暫存器和alu相連，是cpu中工作最繁忙的寄存器。這是因為，在進行算術(shù)、邏輯運算時，運算器的每

35、一個輸入多位acc的輸出，而運算結(jié)果大多要送到acc中。在指令系統(tǒng)中，累加器acc的助記符為a。2寄存器b（f0h） 在乘、除指令中，用到了8位b寄存器，乘法指令的兩個操作數(shù)分別取自累加器a和寄存器b，乘積高8位存放在b中，低8位存放在a中。除法指令中，a中存放被除數(shù)，b中存放除數(shù)，商存放于a中，余數(shù)存放與b中。3程序狀態(tài)字寄存器psw（d0h） psw為8位寄存器，用來存放運算結(jié)果的一些特征，其格式如下：c(d7h)ac(d6h)f0(d5h)rs1(d4h)rs0(d3h)ov(d2h)f1(d1h)p(d0h)其中括號內(nèi)為相應(yīng)位的位地址。psw中的每一位的具體含義如下：c 進位標志。在進

36、行加法（減法）運算時，若運算結(jié)果最高位有進位（或借位），則c=1,否則c=0。在進行位操作是，c作為位累加器。ac 半進位標志。在進行加法（減法）運算時，若低半字節(jié)向高半字節(jié)有進位（或借位），在ac=1,否則ac=0。ac還可作為bcd碼運算調(diào)整時的判別位。f0 用戶標志。由用戶置位、復(fù)位，作為軟件標志。rs0、rs1 工作寄存器指針，用來選擇當(dāng)前的工作寄存器組。由用戶改變rs0、rs1的值來選擇相應(yīng)的工作寄存器組，如表2所示：表2 rs0,rs1對應(yīng)工作寄存器表 rs1 rs0寄存器組片內(nèi)ram地址00第0組00h07h01第1組08h0fh10第2組10h17h11第3組18h1fhov

37、溢出標志。反映運算結(jié)果是否溢出，溢出時ov=1，否則ov=0。f1 用戶標志。同f0。p 奇偶標志。反映累加器a中內(nèi)容的奇偶性。a中有奇數(shù)個1時，則p=1，否則p=0。4定時/計數(shù)器t2控制寄存t2con（c8h） 如下所示：tf2exf2rclktclkexen2tr2c/t2cp/rl2t2con中各位的含義如下：tf2，定時器溢出標志位rclk，接收時控制tclk，發(fā)送時鐘控制tr2，定時器2運行控制位c/t2，定時、計數(shù)選擇位5中斷優(yōu)先級控制寄存器ip（b8h） 如下所示：/pspt1px1pt0px0各位含義如下：ps 串行中斷優(yōu)先級控制位。ps=1，串行中斷設(shè)置為高優(yōu)先級中斷；ps

38、=0，設(shè)置為低優(yōu)先級中斷。pt1 t1中斷優(yōu)先級控制位。pt1=1，t1設(shè)置為高優(yōu)先級中斷；pt1=0，設(shè)置為低優(yōu)先級中斷。px1 外部中斷1優(yōu)先級控制位。px1=1，外部中斷1設(shè)置為高優(yōu)先級；px1=0，外部中斷1設(shè)置為低優(yōu)先級。pt0 t0中斷優(yōu)先級控制位。同pt1。px0 外部中斷0優(yōu)先級控制位。同px0。6中斷允許控制監(jiān)測器ie（a8h） 如下所示：ea/et2eset1ex1et0ex0各位含義如下：ea cpu中斷開放標志。ea=1，cpu開放中斷；ea=0，cpu禁止所有中斷。et2 定時/計數(shù)器t2溢出中斷允許控制位。et2=1，允許t2中斷；et2=0，禁止t2中斷。es 串

39、行中斷允許位。es=1，允許穿行口中斷；es=0禁止穿行口中斷。et1 定時/計數(shù)器t1溢出中斷允許控制位。同et2。ex1 外部中斷1中斷允許位。ex1=1，允許外部中斷1中斷；ex1=0，禁止外部中斷1中斷。et0 定時/計數(shù)器t0溢出中斷允許控制位。同et2。ex0 外部中斷0中斷允許位。同ex1。7串行口控制寄存器scon（98h） 如下所示：sm0sm1sm2rentb8rb8tiri各位含義為：sm0，sm1為工作方式控制位。一共有4種工作方式。sm2為多機通信允許控制位。sm2=1,允許多機通信；sm2=0，禁止多機通信。ren，允許接受控制位。tb8，在工作方式和工作方式3中，

40、他是準備發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。rb8, 在工作方式和工作方式3中，他是準備接收的第9位數(shù)據(jù)。ti，發(fā)送中斷標志位。ri，接收中斷標志位。8控制寄存器tcon（88h） 如下所示：tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0各位含義如為：tf1、tf0分別為定時器1和定時器0的溢出標志位。溢出時由硬件置1，cpu響應(yīng)中斷后，由硬件清零；tr1、tr0，定時器1、0運行控制位，為1時啟動定時器，為0時停止定時器；ie1、ie0，外部中斷1、0請求標志；it1、it0，外部中斷觸發(fā)方式選擇位。9定時/計數(shù)器0、1工作方式寄存器gatec/tm1m0gatec/tm1m0其中高4位控制定時/計數(shù)器1，

41、低4位控制定時/計數(shù)器0。gate位選通控制位，gate=0，只要tr1（tr0）=1就啟動定時器。gate=0，只有int1（int0）引腳為1且tr1（tr0）=1才能啟動定時器。m1、m0為工作方式控制位，一共有4種工作方式。10看門狗定時器watch timer（96h）看門狗定時器(看門狗)的運作,有一個獨立的振蕩器。 ps0 , ps1和ps2 sfr wcon是用來設(shè)定期間的看門狗定時器定時由16ms至 2048ms.1.1.4 avr單片機概述avr單片機是1997年由atmel 公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置flash的risc(reduced instruction set cpu

42、)精簡指令集高速8位單片機，廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。ayr單片機的片內(nèi)資源很豐富，其包括:1k-128k 字節(jié)可下載的flash存儲器、64-4k字節(jié)的eeprom, 128-4k字節(jié)的ram, 586條通用的i/0線、32個通用z作寄存器、模擬比較器、定時/計數(shù)器、可編程異步串行口、內(nèi)部及外部中斷、帶內(nèi)部晶振的可編程看門狗定時器、spi串行口、10位a/d轉(zhuǎn)換器以及閑置模式和掉電模式2個可選擇的省電模式等。其在指令執(zhí)行速度、保密性等方面都明顯優(yōu)于其他類型的單片機，avr單片機內(nèi)置的flash存儲器支持在線下載和在系統(tǒng)編程工作，操作很方便

43、。avr 單片機系列齊全，可適用于各種不同場合的要求。分為3個檔次:低檔tiny系列avr單片機:主要有tinyll/2/13/15/26/28等;中檔at90s系列avr單片機:主要有at90s1200/2313/8515/8535等;(此系列正在淘汰或轉(zhuǎn)型到mega系列中)高檔atmega系列avr單片機:主要有atmega8/16/32/64/128(存儲容量為8/16/32/64/28 kb)以及atmega8515/8535等。本設(shè)計采用的atmega128單片機是avr單片機中的高檔機型，是基于增強的avr risc結(jié)構(gòu)的低功耗8位cmos微控制器，其具有先進的指令集以及單時鐘周期

44、指令執(zhí)行時間，atmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 mips/mhz，緩解了系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。相對于中低檔的avr單片機，atmega128對定時/計數(shù)器及預(yù)分頻器、外部存儲器接口、電源管理、spi和uart等方面都做了一定的改進，克服了中、低檔機存在的不足，從而更加適用于工業(yè)控制、家電等方面的應(yīng)用. 適合作為電子皮帶秤的控制端。1.1.5 atmega128芯片atmega 128是一款基于avr內(nèi)核，采用risc結(jié)構(gòu)，低功耗cmos的8位單片機。由于在一個時鐘周期內(nèi)可以執(zhí)行一條指令，atmega128可以達到接近1 mips/mhz的性能。眾多的功能和大量的端口保證其是低端嵌

45、入式應(yīng)用的首選cpu，而且其出眾的芯片保密功能也為開發(fā)者保護知識產(chǎn)權(quán)減少了后顧之憂，所以最終選擇atmega128作為控制終端的cpu。 atmega128的管腳圖如圖1所示。avr單片機的內(nèi)核將32個寄存器和豐富的指令集聯(lián)結(jié)在一起，所有的工作寄存器都與alu(算術(shù)邏輯單元)直接相連，實現(xiàn)了在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行的一條指令可以同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)提高了代碼效率，使avr的運行速度比普通cisc單片機高出10倍。圖1 atmega128管腳圖atmega128具有以下特點:128kb可在線系統(tǒng)編程/應(yīng)用編程(isp/iap)flasle程序存儲器，4kb eeprom，4kb sra

46、m， 32個通用工作寄存器，53個通用i/o口，實時時鐘計數(shù)器(rtc)，4個帶有比較模式靈活的定時器/計數(shù)器，2個可編程的usart接口，1個8位面向字節(jié)的twi(iic)總線接口，8通道單端或差分輸入的10位adc(其中一個差分通道為增益可調(diào)的)，可編程帶內(nèi)部振蕩器的看門狗定時器，一個spi接口，一個兼容ieee 1149.1標準的jtag接口(用于在線仿真調(diào)試和程序下載)，6種可通過軟件選擇的節(jié)電模式。當(dāng)單片機工作于空閑模式時，cpu將停止運行，而sram、定時器/計數(shù)器，spi口和中斷系統(tǒng)則繼續(xù)工作。工作在掉電模式時，振蕩器停止工作，所有其他功能都被禁止，但寄存器內(nèi)容得到保留，只有外部

47、中斷或硬件復(fù)位時才退出此狀態(tài)。在省電模式時，芯片的所有功能都被禁止(處于休眠)，只有異步時鐘正常工作，以維持時間基準。當(dāng)工作在adc噪聲抑制模式時，cpu和其他i/o模塊都停止運行，只有adc和異步時鐘正常工作，以減少adc轉(zhuǎn)換過程中的開關(guān)噪聲。在待機模式時，cpu和其他的i/0模塊都停止運行，但系統(tǒng)振蕩器仍在運行，這使得系統(tǒng)在低功耗時可以很快地啟動。atmega128采用了atmel高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)，片內(nèi)lash可以通過spi接口加通用編程器，或通過jtag接口，或使用自引導(dǎo)boot程序進行編程和自編程。利用自引導(dǎo)boot程序，可以使芯片在工作過程通過任一硬件串行通信接口下載應(yīng)用程序，

48、并寫入到flash的應(yīng)用程序中(iap)。在更新flash的應(yīng)用程序區(qū)數(shù)據(jù)時，處在flash的boot區(qū)中的自引導(dǎo)程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行，實現(xiàn)了同時讀/寫(read-while-write)的功能(芯片自編程功能)。由于將增強risc 8位cpu與在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用編程的flash存儲器集成在一個芯片內(nèi)，atmega128成為功能強大的單片機，為本測量儀提供了靈活而低成本的解決方案。1.2 點陣型lcd介紹1.2.1 hs128641顯示模塊概述hs128641是一種圖形點陣液晶顯示模塊，它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器和128 x 64全點陣液晶顯示器組成，它除了可以顯示8 x 4（16 x 16點陣）的

49、漢字外，還可以完成圖形顯示功能。hs128641的主要技術(shù)參數(shù)如下：電源：dc+5v，模塊內(nèi)自帶用于lcd驅(qū)動的負壓電路。顯示內(nèi)容：128 x 64全屏幕點陣。指令系統(tǒng)：7種指令。接口形式：與控制器采用8位數(shù)據(jù)總線和8條控制線相連。工作環(huán)境：10+ 50 。1.2.2. hs128641顯示模塊的外部接口說明hs128641顯示模塊的外部接口如表3所示。表3 hs128641顯示模塊外部引腳功能引腳號引腳名稱電平引腳功能說明1vss0電源2vdd5v電源3v0h/l液晶顯示器驅(qū)動電壓4d/1h/ld/l=“l(fā)”，表示db7db0為顯示數(shù)據(jù)；d/l=“h”，表示db7db0為顯示指令5r/wh/

50、lr/w=“l(fā)”，e= “h”數(shù)據(jù)由控制器輸出至db7db0；r/w=“h”，e=的下降沿，數(shù)據(jù)由db7db0輸入至控制器6eh/lr/w=“l(fā)”，e的下降沿鎖存db7db0；r/w=“h”，e為高壓平時，數(shù)據(jù)由控制器輸出至db7db0 7db0h/l數(shù)據(jù)線8db1h/l數(shù)據(jù)線9db2h/l數(shù)據(jù)線10db3h/l數(shù)據(jù)線11db4h/l數(shù)據(jù)線12db5h/l數(shù)據(jù)線13db6h/l數(shù)據(jù)線14db7h/l數(shù)據(jù)線15cs1h/l右邊液晶塊芯片的片選信號（高電平選擇）16cs2h/l左邊液晶塊芯片的片選信號（高電平選擇）17reth/l復(fù)位信號（低電平復(fù)位）18vout10vlcd負壓驅(qū)動電壓19led

51、+顯示模塊背光電源20led顯示模塊背光電源1.2.3 hs128641顯示模塊的硬件構(gòu)成說明hs128641的硬件電路如圖10.9所示。其中ic1和ic2為列驅(qū)動器，lc3為行驅(qū)動器。lc1、ic2和ic3主要含指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、忙標志位、顯示控制觸發(fā)器、xy地址計數(shù)器、顯示數(shù)據(jù)ram和z地址計數(shù)器7個部分。個部分的功能如下： 指令寄存器（ir）指令寄存器用于控制指令的輸入，它與數(shù)據(jù)寄存器相對應(yīng)。當(dāng)d/i=“0”時，e信號的下降沿將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)鎖存至該寄存器。 數(shù)據(jù)寄存器（dr）數(shù)據(jù)寄存器用于寄存顯示數(shù)據(jù)，它與指令寄存器相對應(yīng)。e信號的下降沿將數(shù)據(jù)總線上的圖形顯示數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寄存器

52、；或在e信號的高電平作用下由數(shù)據(jù)寄存器輸出至db7db0。數(shù)據(jù)寄存器和ddram之間的數(shù)據(jù)傳輸由模塊自動完成。 忙標志位（bf）忙標志位提供芯片的工作情況。bf=“1”表明模塊正在進行操作，平時模塊不接受指令和數(shù)據(jù)。當(dāng)bf=“0”時，模塊為準備狀態(tài)，這時模塊可接受指令和數(shù)據(jù)。 顯示控制觸發(fā)器（dbf）顯示控制觸發(fā)器是用于開關(guān)模塊模塊屏幕顯示用的。dbf=“1”為開顯示，ddram中的數(shù)據(jù)就可以顯示在屏幕上。dff=“0”為關(guān)顯示。 xy地址計數(shù)器xy地址計數(shù)器是一個9為的計數(shù)器。其中高3位為x地址計數(shù)器，低6位為y地址計數(shù)器。xy地址計數(shù)器實際上是作為ddram的地址指針，x地址計數(shù)器為ddr

53、am的頁地址指針，y地址為ddram的y地址指針。x地址計數(shù)器是沒有計數(shù)功能，它只能用指令的形式設(shè)置。y地址計數(shù)器具有循環(huán)計數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)輸入后，y地址可以自動加1。 顯示數(shù)據(jù)ram（ddram）ddram是存儲圖形數(shù)據(jù)的。數(shù)據(jù)為“1”表示顯示相應(yīng)點，數(shù)據(jù)為“0”表示不顯示。ddram的地址與顯示位置的關(guān)系如表4所示。表4 ddram地址表cs1=1cs2=1y=016263016263行號x=0db0db0 db0db0db0db0db0db0db0db00db7db7db7db7db7db7db7db7db7db77db0db0db0db0db0db0db0db0db0db00x=7d

54、b7db7db7db7db7db7db7db7db7db77db0db0db0db0db0db0db0db0db0db00db7db7db7db7db7db7db7db7db7db77z地址計數(shù)器z地址計數(shù)器是一個6位的計數(shù)器，同y計數(shù)器一樣，這個計數(shù)器也具有循環(huán)計數(shù)的功能，它用于顯示掃描同步。當(dāng)一行的掃描完成后，此計數(shù)器自動加1，指向下一行的掃描數(shù)據(jù)。z地址計數(shù)器可以用設(shè)置顯示起始行的指令設(shè)置，因此，就可以設(shè)置ddram的數(shù)據(jù)從哪一行開始，顯示在屏幕的第一行。1.2.4 hs128641 顯示模塊的指令說明 顯示開關(guān)控制代碼：r/wd/idb7db6 db5db4db3db2db1db0000011111d指令說明：d=“1”，顯示模塊開，此時可對顯示器進行各種操作。d=“0”，顯示模塊關(guān)，此時不可對顯示器進行操作。 設(shè)置代碼起始行代碼：r/wd/idb7db6 db5db4db3db2db1db00