流水線自動稱重和計數(shù)畢業(yè)論文_設計說明

1、 . . . 本科畢業(yè)論文（設計）流水線自動稱重和計數(shù) 流水線的自動稱重和計數(shù) 摘 要本稱重系統(tǒng)采用單片機AT89C51為控制核心，實現(xiàn)稱重儀的基本控制功能。系統(tǒng)的硬件部分包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩大部分，其中數(shù)據(jù)采集部分由稱重儀模擬器、信號的前級處理（采用儀表放大器INA121）和 雙積分A/D 轉(zhuǎn)換部分組成。由于稱重儀設計中電路的精度與抗工頻干擾能力要求較高，故選用精度較高的儀表放大器INA121和抗工頻干擾能力較強的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433。計數(shù)系統(tǒng)指導思想是利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，并將其放大、整流形成低電平信號.當有人或物擋住紅外光時，接收管沒有接收到紅

2、外信號，放大器將輸出高電平，同時將這個電平信號送入單片機進行控制計數(shù)，并且使數(shù)碼管顯示數(shù)值。本系統(tǒng)通過應用傳感器，各種芯片與單片機使得該系統(tǒng)的實際操作性更強，便于應用于工業(yè)上。關鍵詞：雙積分A/D轉(zhuǎn)換，儀表放大，AT89C51單片機，自動計數(shù)，數(shù)碼管45 / 50Pipeline automatic weighing and countingAbstractThis system is based on single chip AT89C51, it can make electronic scale's basic control function come true. System

3、's hardware includes smallest system board and the acquisition of data. The smallest system part mainly realizes the demonstration of the diodes and the control of keyboard ,the part of datas acquisition is consists of the simulator of weighing meter , signal level processing (amplifier INA121)

4、and the fraction of the double integral A/D conversion . Because of the high request in precision of the electric circuit of the weighing meter design and the ability of anti-power frequency disturbance, the selection of the high precision appliance such as the amplifier INA121 and double integral A

5、/D switch MC14433.The guiding ideology is using infrared luminescence tubes launch infrared, infrared receiving tube receiving this infrared, and put the amplification, rectifier form low level signals. When someone or something blocking infrared, receiving tube without receiving infrared signal, am

6、plifier output high level, at the same time will the level signal into SCM control counted, and making digital tube display Numbers. So get to statistics, the number of people or things.Key words：double integral A/D transformation, measuring appliance enlargement，Scm, Automatic counting , Digital tu

7、be目 錄緒論11課題的研究意義和目的11.1 自動稱重和計數(shù)的現(xiàn)狀與前景11.2課題研究容22 基于單片機構成的產(chǎn)品自動計數(shù)器的設計22.1 方案論證22.2 系統(tǒng)總體框圖和原理32.3 系統(tǒng)單元電路設計32.3.1 電源供電電路32.3.2橋式整流電路42.3.3濾波電路分析52.3.4穩(wěn)壓電路62.3.5 紅外線檢測部分62.3.6 數(shù)碼管顯示部分62.4LED 數(shù)碼管的特點72.5 數(shù)碼管動態(tài)掃描82.6 數(shù)碼管驅(qū)動部分82.7 單片機計數(shù)與控制部分92.8 復位電路122.8.1上電復位122.8.2看門狗復位133自動稱重系統(tǒng)的設計143.1 硬件的選擇143.1.1轉(zhuǎn)換電路芯片選

8、擇143.1.2 主控芯片選擇163.1.3儀表放大器選擇173.1.4 電源選擇183.1.5 顯示模塊選擇193.2電路總體原理框圖設計193.3 主芯片引腳應用203.4 控制模塊與轉(zhuǎn)換模塊的連接233.5 前級放大模塊INA121243.5 自動稱重模塊253.6 顯示模塊與控制模塊的連接253.7 系統(tǒng)測試273.7.1 硬件抗干擾的設計273.7.2電源的干擾以與抑制措施273.7.3空間干擾的防御措施273.8 軟件系統(tǒng)的設計274結束語33參考文獻35附錄39附錄自動稱重器設計39附錄自動計數(shù)器設計42緒論在當今社會飛速發(fā)展的今天，廠家基本采用流水線技術進行產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)，而怎樣

9、對其線上的產(chǎn)品進行實時的、有效的、精確的自動計數(shù)和稱重成為廣大生產(chǎn)廠家十分關注的問題。傳統(tǒng)的機械式或電子式計數(shù)器（主要是用數(shù)字電路集成組件組成）電路比較復雜，元器件數(shù)量較多，故障率較高，維修比較困難，而設置預定數(shù)值不太方便，功能不易更改且功能過于單一，適用圍較窄。電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，促進了微型計算機測量和控制技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，從國防技術、航空航天等到日常生活中的電梯、微波爐等都采用到了微機測控技術?？焖?、淮確、操作方便、消除人為誤差、功能多樣化等方面己成為現(xiàn)代稱重和計數(shù)技術的主要特點。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

10、進了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(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)量以與加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營等多方面的作用。稱重裝置應用己遍與到國民經(jīng)濟各領域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。而基于單片機為核心控制的計數(shù)器有著能夠?qū)崟r、精確、可靠、穩(wěn)定等計數(shù)優(yōu)點已成為廣大廠家的首先自動計數(shù)裝置。但是，我國在這方面的產(chǎn)品少且功能不齊全，所以改善現(xiàn)有稱重和計數(shù)裝置、開發(fā)研究功能齊全的自動稱重和計數(shù)系統(tǒng)是勢在必行的。1課題的研究意義和目的隨著工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的進展，自動在線稱重和計數(shù)、快速在線稱重和計數(shù)有了很大發(fā)展。進一步采用新技術，開發(fā)各種自動稱重計數(shù)系統(tǒng)，提高動態(tài)稱重計數(shù)的準

11、確度，加強網(wǎng)絡功能是當今各國發(fā)展的重點。本課題正是從這一方面出發(fā)進行設計的，使得本課題設計的自動稱重計數(shù)系統(tǒng)既能獲取信息，又能實現(xiàn)對稱重計數(shù)信息的管理，而且其穩(wěn)定性好，稱量速度快、精度高，可連續(xù)自動稱重和計數(shù)，顯示結果，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲，并且該自動稱重計數(shù)系統(tǒng)還實現(xiàn)了可視化，從而杜絕不真實計量現(xiàn)象，維護企業(yè)和客戶的利益。另外，其界面直觀，便于使用。而且本設計電路簡單，成本低，抗工頻干擾強，具有很好的推廣價值。1.2自動稱重和計數(shù)的現(xiàn)狀與前景如今的產(chǎn)品自動計數(shù)器大多采用非接觸方式，早已開發(fā)出了多種型號的專用檢測芯片。而利用AT89C51為控制單元、輔以多種外圍硬件搭配而成的計數(shù)裝置已成為現(xiàn)在自動

12、計數(shù)應用領域的潮流。而如何提高自動計數(shù)器的實時性、抗干擾能力、穩(wěn)定性是現(xiàn)在國外自動計數(shù)生產(chǎn)研究的主要課題，產(chǎn)品自動計數(shù)主要用于工廠的流水線眩，往往是處于高溫，高噪聲等極度惡劣的環(huán)境中，而AT89C系列單片機構成的產(chǎn)品自動計數(shù)器在這種環(huán)境中工作時往往會出現(xiàn)誤操作（單片機程序跑飛）或死機（程序進入死循環(huán)），這也是基于單片機構成的產(chǎn)品自動計數(shù)器存在的致命。隨著工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的進展，自動在線稱重、快速在線稱重和稱重系統(tǒng)有了很大發(fā)展。進一步采用新技術，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)絡功能是當今各國發(fā)展的重點。本課題正是從這一方面出發(fā)進行設計的，使得本課題設計的自動稱重系統(tǒng)既能

13、獲取稱重信息，又能實現(xiàn)對稱重信息的管理，而且其穩(wěn)定性好，稱量速度快、精度高，可連續(xù)自動稱重，顯示稱量結果，實現(xiàn)了稱重數(shù)據(jù)的存儲，并且該自動稱重系統(tǒng)還實現(xiàn)了可視化，從而杜絕不真實計量現(xiàn)象，維護企業(yè)和客戶的利益。另外，其界面直觀，便于使用。而且本設計電路簡單，成本低，抗工頻干擾強，具有很好的推廣價值。1.3課題研究容基于單片機構成的產(chǎn)品自動稱重和計數(shù)研究的主要容包括：如何構成檢測電路、AT89C51單片機用何種方式對外部計數(shù)脈沖進行計數(shù)進行計數(shù)顯示控制、對模擬器輸出的微弱信號(012mV)進行前級放大處理，再以較小的失真、誤差來進行A/D轉(zhuǎn)換，并要求具備較強的抗工頻干擾能力。最后利用單片機AT89

14、C51對數(shù)字信號進行處理，控制數(shù)碼管顯示等。LED顯示驅(qū)動模塊的選擇、AT89C51單片機的擴展。在這個設計中主要需要解決的問題是如何提高AT89C51單片機的抗干擾能力以與穩(wěn)定性。2基于單片機構成的產(chǎn)品自動計數(shù)器的設計2.1 方案論證顯示驅(qū)動74LS245電壓比較器紅外線接收管單片機AT89C51紅外線發(fā)射管電源供電電路LED顯示器圖2-1 流程圖原理闡述：利用紅外接收發(fā)射管的特性原理分壓可取基準電壓，然后通過電壓比較器可輸出高低電平，當有紅外光照射的時候，紅外接收管串聯(lián)的電阻分得的電壓很大，可使電壓比較器LM324輸出為低電平；當無紅外光照射的時候，紅外接收頭串聯(lián)電阻分得的電壓很小，可使電

15、壓比較器LM324輸出為高電平，然后通過單片機處理，可使輸出精準的計數(shù)值。 這次畢業(yè)設計用的方案，之所以選用主要是這個方案涉與的知識面廣且能達到精確、穩(wěn)定的自動計數(shù)，但也有一個致使的缺點，整個系統(tǒng)的抗干擾力較弱，系統(tǒng)掉電后不能保存數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)牌異常狀態(tài)時容易出現(xiàn)誤操作或死機，這也是此設計看重的問題。2.2 系統(tǒng)總體框圖和原理系統(tǒng)總體框圖如圖2-2顯示驅(qū)動74LS245電壓比較器紅外線接收管單片機AT89C51紅外線發(fā)射管電源供電電路LED顯示器圖2-2 系統(tǒng)總體框圖原理：電路的指導思想是紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收紅外線，并且接收管當有紅外線照射的時候，電阻比較小，當無線外線照射的時候

16、電阻比較大，這樣就可以通過一個電壓比較器和一個基準電壓進行對比，當有光照的時候，紅外接收管電阻比較小，那么和其串聯(lián)的電壓分壓就會增大，所以電壓比較器將會輸出一高電平；當無光照射的時候，紅外接收管的電阻比較大，這樣電壓比較器就會輸出一個低電平。這個便是外部計數(shù)電平信號，這個電平信號送入AT89C51單片機進行計數(shù)控制，在經(jīng)過擴展、顯示驅(qū)動完成最后的顯示過程。2.3 系統(tǒng)單元電路設計2.3.1電源供電電路圖2-3 電源供電電路如圖2-3所示電源供電部分采用變壓器降壓、橋式整流、電容器濾波、三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后供電，電源用220V的家庭用電經(jīng)變壓器降至9V交流電，然后經(jīng)四個整流二極管（D1D4）

17、組成的橋式整流成直流電壓，經(jīng)C1濾波后輸入7805芯片穩(wěn)壓成5V直流電源供紅外發(fā)射、接收電路、AT89C51等供電。2.3.2橋式整流電路橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M行整流的最常用電路，常用來將交流轉(zhuǎn)變成為直流電。原理：橋式整流是對二極管半波整流的一種改進。半波整流利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，在輸入標準正弦波的情況下，輸了獲得正弦波正半部分，負半部分則損失掉。橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接，輸入正弦波的正半部分是兩只管導通，得到正的輸出，輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對輸入正弦波的利用率比半波整流高一倍。橋式整流

18、是交流轉(zhuǎn)換成直流電的第一步。橋式整流也叫整流橋堆。橋式整流器是多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成，大功率整流器在絕緣層外添加金屬殼包封，增強散熱。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整效率高，穩(wěn)定性好，最大整流電流從0.5A到50A，最高反射峰值電壓從50V到1000V。半波整流利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，在輸入標準正弦波的情況下，輸了獲得正弦波正半部分，負半部分則損失掉。2.3.3濾波電路分析圖2-4 濾波電路整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動成分較大，而一般電子設備所需直流電源的脈動系數(shù)（電壓或電流的幅值與平均值之比，稱為脈動系數(shù)S）要求小于0.01，故整流輸出

19、的電壓必須采取一定的措施，盡量降低輸出電壓中的脈動成分，同時要盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。無源濾波的主要形式有電容濾、電感濾波和復式濾波（包括倒L型、LC濾波、LCrr型濾波，也被稱為電子濾波器。直流電中的脈動成分的大小用脈動系數(shù)來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。脈動系數(shù)（S）=輸出電壓交流分量的最大值/輸出電壓的直流分量在交流電的角頻率一定的情況下R越大，C2越大，則脈動系數(shù)越小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時，電阻上的直流壓降會增大，這樣就增大了直流電源的部損耗； 若

20、增大C2的電容量，又會電容器的體積和重量，實現(xiàn)現(xiàn)起來也不現(xiàn)實。為了解決這個問題，我們在穩(wěn)壓前后各有濾波吸收電路，利用電容器的充放電，補償交流分量的電壓波動。2.3.4穩(wěn)壓電路圖2-5 三端穩(wěn)壓芯片2.3.5 紅外線檢測部分圖2-6 紅外線檢測部分如圖2-6所示，紅外線檢測部分采用一對紅外發(fā)送接收管完成，當電路正常工作時，無障礙物遮擋，紅外接收頭有紅外線照射，這時，紅外接收頭的電阻很小，大部分電壓都加在R3上，這正是電壓比較器LM324的正向輸入電壓，而負向輸入電壓由R4和R5分壓得到U，而R3分得的電壓要大于此基準電壓值，故這時電壓比較器LM324輸出高電平；當在紅外發(fā)射接收管間有一不透光的障

21、礙物時，紅外接收頭無紅外線照射，這時紅外接收頭的電阻很大，大部分電壓都加在紅外接收頭上，這也是電壓比較器LM324的正向輸入電壓，而負向輸入電壓也是由R4和R5分壓得到，和原來電壓一樣，這時，R3分得的電壓要小于此基準電壓值，故這時電壓比較器LM324輸出低電平。2.3.6數(shù)碼管顯示部分圖2-7 數(shù)碼管顯示部分顯示部分是通過74LS245作為數(shù)碼管的驅(qū)動級和兩個PNP三極管來完成位選操作。然后再通過軟件譯碼來完成，為了考慮到數(shù)碼管在動態(tài)掃描時，每點亮一個數(shù)碼管的時間很短暫，這樣就會影響到數(shù)碼管的亮度，故在此用74LS245作為數(shù)碼管的一個段選驅(qū)動級。而該設計中段碼輸出口是利用P0口作為輸出口，

22、而P0口是漏極開路，雖然有很強的灌電流能力，但拉電流能力很差，故在P0口上加一10的排阻作為上接電阻。上拉電阻的作用是，當單片機的P0口上輸入為0時，上拉電阻上的電流直接流入單片機中，使數(shù)碼管的段碼上傷保持低電平，故在這時數(shù)碼管不發(fā)光；而當單片機的P0口輸出為0時，這時上拉電阻的有能使電流灌入單片機中，故排阻上的電流流入數(shù)碼管中，因此這時數(shù)碼管發(fā)光（這里用的是共陰數(shù)碼管）。圖2-8 共陰數(shù)碼管原理圖圖2-9 共陽數(shù)碼管原理圖數(shù)碼管實際上就是八個發(fā)光二極管，它們以兩種方式連接，如果將其陰極連接在一起，這種方式構成的數(shù)碼管成為共陰數(shù)碼管；如果將其陽極連接在一起，這種方式構成的數(shù)碼管為共陽數(shù)碼管。2

23、.4. LED 數(shù)碼管的特點1. 能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與CMOS、TTL電路兼容。2. 發(fā)光響應時間極短（<0.1s），高頻特性好，單色性好，亮度高。3. 體積小，重量輕，抗沖擊性能好。4. 壽命長，使用天10萬小時以上，甚至可達100萬小時，且成本低。 顯示部分采用軟件譯碼方式，所謂軟件譯碼就是把各字符的段選碼組織到一個表中，要顯示某字符先查表得到其段選碼，然后送往顯示器的段碼線。單片機應用系統(tǒng)中多采用軟件譯碼的動態(tài)顯示。2.5 數(shù)碼管動態(tài)掃描由于多位LED數(shù)碼管所有段選線皆由一個8位I/O口控制，因此，在每一瞬間，我位LED會顯示一樣的字符，要想每位顯示不同的字符，就

24、必須采用掃描方法輪流點亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I/O輸出相應字符段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（因為LED為共陰時，則送入低電平，LED為共陽時，則送入高電平），以保證該位顯示相應字符，輪流，使每位分時顯示該位應顯示的字符。段選碼、位選碼每送入一次后延時1ms，因人眼的視覺暫留時間為0.1s：（100ms），所以每位顯示的間隔不必超過20ms，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個數(shù)碼管總在亮。2.6 數(shù)碼管驅(qū)動部分圖2-10 74LS245引腳圖引腳功能：A：A總線端B: B總線端：三態(tài)允許端（低電平有效）

25、DIR：方向控制端 表2.1功能表DIR操作LLB端流向A端LHA端流向B端HX高阻利用74LS245可將單片機輸出的4個TTL門電流提高到每人口為8個TTL門，中樣提高了數(shù)碼管的段選輸入電流，從而提高數(shù)碼的亮度。2.7 單片機計數(shù)與控制部分圖2-11 單片機計數(shù)部分計數(shù)部分如圖2-11所示。由單片機AT89C51控制完成?；驹頌楫敿t外檢測部分檢測到有物體經(jīng)過時，紅外接收電路的串聯(lián)電阻會分壓減小，從而使電壓比較器的正向輸入端小于負向輸入端的電壓，從而使電壓比較器輸出一個低電平信號，這個信號將供給單片機進行計數(shù)控制。計數(shù)部分有三種方案：外部中斷、T0或T1計數(shù)器脈沖統(tǒng)計、查詢法。T0或T1計

26、數(shù)器主要作用是在一定時間計數(shù)脈沖的個數(shù)，我們在這里并非研究對象為在一定時間通過物品的數(shù)量，而是實時地在顯示器上顯示數(shù)當前的計數(shù)值，故我們這里不能采用T0或T1計數(shù)器的方式；查詢法是CPU在一定時間或是時刻地在查詢是否有計數(shù)脈沖產(chǎn)生。我們知道，CPU每查詢一個脈沖大約用到的時間是一個機器周期，也就是12個振蕩周期，即1s的時間，相對于單片機的運行速度而言，外部流水線的傳輸速度實在太慢，如果執(zhí)意要用查詢法進行統(tǒng)計物體的傳輸速度，這樣對于單片機的時間資源太浪費，我們在設計單片機產(chǎn)品中，時間資源和空間資料特別珍貴，不能輕易浪費，故查詢方案舍棄。外部中斷法是利用P3.2口的第二功能，INT0中斷，這時，

27、當有一低電平產(chǎn)生時，單片機將自動進入中斷服務程序，進行處理外部中斷問題，但在這時，由于外界干擾或者物體的特性，可能會進行反復地中斷觸發(fā)，這樣可能會造成誤計，重計等錯誤后果，在這里我們處理的辦法是我們不再利用電平觸發(fā)，而采用負邊沿觸發(fā)方式，這樣只有產(chǎn)生一個完整的脈沖，才會有負邊沿產(chǎn)生，這樣就可以在很大程序上解決了誤差的問題。綜上所述，在本設計在最合理的是采用外部中斷方式計數(shù)。單片機控制部分：單片機控制數(shù)碼管顯示有責任中方案，和種是查詢法，另一種是中斷法，這里的中斷不再是外部中斷，而是利用單片機部的定時器產(chǎn)生定時中斷，從而控制數(shù)碼管的顯示。查詢法類似于上面所說的脈沖的查詢方法，主程序在不停地查詢并

28、顯示數(shù)碼管的點亮，并且在每位數(shù)碼管之間還要插入延時程序，而這些延時程序一般都是利用空操作的方法進行延時，這樣浪費了大量的時間和空間資料。在工程設計和產(chǎn)品制作中，一般不采用此方案。中斷法是利用單片機部產(chǎn)生的溢出進行計數(shù)和定時，這樣可以準確在某時刻或是是規(guī)定的時刻做相應的工作。在本設計中，是用數(shù)碼管每1ms輪循地掃描，點亮數(shù)碼管。但是，在以上的顯示和計數(shù)的相應程序段中，可能會遇到兩者同時進入中斷問題，如果遇到這樣的問題，可能會導致單片機死機或者程序跑飛的情況，我們?yōu)榱吮苊膺@樣的情況產(chǎn)生，我們在這里必須設定優(yōu)先級，在工業(yè)生產(chǎn)中，要計算出正確的數(shù)值才是最重要的，所以，我們這里就要設為檢測外部脈沖優(yōu)先級

29、。AT89C51有以下標準功能：4K字節(jié)FLASH閃爍存儲器、128字節(jié)部RAM、32個I/O口線、兩個16位定時/計數(shù)器、一個5向量兩級中斷、一個全雙工串行通信口、片振蕩電路、同時AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩個軟件的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但是允許RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口與中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電后保存ROM的容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。圖2-12 AT89C51單片機外型圖2-13 AT89C51P3口功能AT89C51共有四十個引腳，采用雙列直插式封閉，各引腳功能如下：P0P3：數(shù)據(jù)輸入輸出端口。P0口：一個漏

30、極開路的8位準雙向I/O端口，作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動8個LS型TTL負載。當P0口作為輸入口使用時，應先向口鎖存器（地址80H）定入全1，此時P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口作用時要先寫我，這就是準雙向的含義。P1口：一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，能過部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P1作輸入口使用時，因為有部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（）。P2口：一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸

31、入。對端口寫1時，通過部的上接電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有部的上拉電阻，那些被部信號拉低的引腳會輸出一個電流（）。P3口:一個還部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對商品寫1時，通過部的上拉電阻把商品拉到高電位，這時可用作輸入口。P3作輸入口使用時，因為有部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流：（）。在AT89C51中，P3口還用于一些復用的功能，即第二功能，其復用功能如圖2-11所示。此外，RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩周期（即二個機器周

32、期）以上，若使用頻率為6MHZ晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過4s，才能完成復位操作。2.8 復位電路整個復位電路包括芯片、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復位信號送至施密特觸發(fā)器，再由片復位電路在每個機器周期的S5P2時施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到部復位操作所需要的信號。圖2-14 復位電路邏輯圖2.8.1上電復位： 在加電瞬間電容通過充電來實現(xiàn)的，其電路如圖2-15所示。在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復位。圖2-15 上電復位電路手動復位：手動復位：所謂手動復位就是通過一按鍵開關，使單片機進入復位狀態(tài)。系統(tǒng)在上電運行后，需要復位，通過手動得利 位來實現(xiàn)，一般是阻

33、容復位和手動復位相結合。圖2-16 手動復位電路2.8.2看門狗復位看門狗（以max813為例）是一種監(jiān)控單片機是否出問題和上電復位的一咱專用芯片，它在單片機上電的時候可以給出上電復位信號，當系統(tǒng)進行正常工作的時候，要在1.6秒之要給出一個脈沖信號，否則看門狗就會發(fā)出一個復位信號至單片機的復位角，使單片機復位，這種操作一般在程序中處理。圖2-17 看門狗復位電路MAX813特點：MAX813是具有監(jiān)控電路的微處理芯片，它具有4個功能：1. 具有獨立的看門狗計時器，如果看門狗輸入在1.6s無變化，就會產(chǎn)生看門狗輸出；2.掉電或電源電壓低于1.25V時，產(chǎn)生掉電輸出；3.上電時自動產(chǎn)生200ms寬

34、的復位脈沖；4.具有人工復位功能，當人工復位端輸入低電平時，產(chǎn)生復位信號輸出。MAX813的各引腳功能：MR（1腳）：手動復位端。當該端輸入低電平保持140ms以上，MAX813就能產(chǎn)生復位信號，該復位信號脈寬為200ms。Vcc（2腳）：工作電源接+5V。GND（3腳）：電源接地端。PFI（4腳）：電源故障輸入端。當該端輸入電壓低于1.25V時，MAX813使電源故障輸出端產(chǎn)生的信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。PFO（5腳）：電源故障輸出端。電源正常時，保持高電平，電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?。WDI（6腳）：看門狗信號輸入端（喂狗信號）。程序正常運行時，必須每隔1.6s之向該端送一

35、次信號，若超過1.6s，MAX813接收不到喂狗信號，則產(chǎn)生看門狗輸出（見8腳）。WDO(8腳)：看門狗信號輸出端。正常工作時輸出保持高電平，看門狗輸出時，該端輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖??？撮T狗復位的原理當干擾信號進入系統(tǒng)時，常導致程序的跑飛，而程序跑飛的根本原因是由于程序計數(shù)器PC錯位引起的，在程序存儲器中，指令碼與存放指令的地址是一一對應的，有的指令碼是單字節(jié)，有的二字節(jié)，單片機最多三字節(jié)，PC的容正是要執(zhí)行的指令碼的地址，若修改了PC容，打破單片機正常的取指操作，導致了程序的非正常運行，甚至出現(xiàn)至命故障（便修改重要的數(shù)據(jù)等），因此為克服這一問題，可用看門狗監(jiān)視程序運行，若程序跑飛，則看門

36、狗產(chǎn)生復位信號，使單片機重新返回程序正常運行。3自動稱重系統(tǒng)的設計3.1 硬件的選擇3.1.1轉(zhuǎn)換電路芯片選擇采用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，雙列直插式，最快的轉(zhuǎn)換速度為100us，其引腳圖如圖2-1所示：圖3-1 ADC0809引腳圖它由8路模擬開關，8位A/D轉(zhuǎn)換器，三態(tài)輸出鎖存器以與地址鎖存器譯碼器等組成。但由于其抗工頻干擾能力較弱，因此綜合考慮下來，我們決定采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強的抗工頻干擾能力。對正負對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對50HZ的工頻干擾抑制能力較強，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作

37、用5。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號，很容易受到工頻信號的影響。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對濾波電路的要求。作為稱重儀，系統(tǒng)對 AD的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上11位的AD足以滿足要求。另外雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器較強的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價格。綜合的分析其優(yōu)點和缺點，我最終選擇了MC14433。MC14433是美國Motorola公司推出的單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性

38、轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：1.精度：讀數(shù)的±0.05%±1字；2.模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔；3.轉(zhuǎn)換速率：225次/s；4.輸入阻抗：大于1000M ；5.電源電壓：±4.8V±8V；6.功耗：8mW（±5V電源電壓時，典型值）；7.采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0Q3輪流輸出，同時在DS1DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。MC1443部結構如圖3-2所示： 圖3-2 MC1443部結構圖3.1.2主控

39、芯片選擇本設計開始時，我原本想采用CPLD（復雜可編程邏輯電路）或FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。因為CPLD具有豐富的可編程I/O引腳，使用方便靈活，不但可實現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可實現(xiàn)復雜的時序邏輯功能，適合完成各種算法和組合邏輯。但是功耗要比較大 ,且集成度越高越明顯。FPGA可作為實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，特別用于大電流、大電壓場合的控制，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進行功能擴展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。但考慮到由于設計的是擺錘運

40、動控制，F(xiàn)PGA的高速處理功能不能得到充分的體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時芯片的引腳多使實物硬件電路板布線復雜，加重了電路設計的實際焊接的工作，降低了PCB板的靈活性。因此我們決定改變思路，采用普通單片機控制，第一個想到的便是8位的51單片機AT89C51。AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片含4k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，置功能強大的微型計算機的AT89C

41、51提供了高性價比的解決方案。     單片機AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。如圖為AT89C51引腳圖：圖3-3 AT89C51引腳圖3.1.3儀表放大器選擇由于壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器精度的要求很高。因此我們原本想采用高精度低漂移運算放大器

42、構成差動放大器。因為差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如OP07)做成一個差動放大器，如圖3-4所示：圖3-4 OP07構成的差動放大器電阻R1、R2 電容C1 、C2 、C3 、C4 用于濾除前級的噪聲，C1 、C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。但考慮到其電路復雜，需要的元器件多，成本較高。因此綜合討論下來我們還是選用儀表放大器INA121芯片。其部結構圖如圖3-5所示：圖3-5 INA121部結構圖INA121是Texes Instruments BB公司生產(chǎn)的FET輸入、低功耗儀器放大電路，性能優(yōu)越。前置放大電

43、路的放大倍數(shù)設置為50。較小的前置放大倍數(shù)可以避免極化電壓的影響。電壓放大電路的放大倍數(shù)設置的較高（取為100200倍），則可以保證總的放大倍數(shù)。同時采用儀表放大器INA121構成的電路還有結構簡單，元器件少，成本較低等優(yōu)勢。3.1.4電源選擇放大模塊與A/D轉(zhuǎn)換模塊需要正負電源，且要求電源具有穩(wěn)定性。故剛開始首先考慮采用MC7812(正壓)MC7912MC（負壓）構成的的±12V穩(wěn)壓電源。但其不可調(diào)，不能滿足所需要的正負5V電源的要求，所以我采用自制電源，可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩(wěn)壓器；有輸出負電壓的CW33

44、7系列（LM337）三端穩(wěn)壓器。其中CW317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，CW337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負電壓。穩(wěn)壓器部含有過流、過熱保護電路。自制電源輸出電壓的可調(diào)圍為Uo=-1212V，滿足要求。如圖3-6所示為CW317應用電路圖：圖3-6 穩(wěn)壓器CW317應用電路圖3.1.5顯示模塊選擇顯示模塊主要用于重量的顯示，原本采用字符型液晶模塊 JM1602C，JM1602C能顯示基本的ASC碼字符，采用CMOS工藝低功耗，置KS0066驅(qū)動器，數(shù)據(jù)可直接傳送，用并行輸入輸出形式，數(shù)據(jù)傳送快，低延遲顯示體現(xiàn)多樣性，但是JM1602C的引腳電平為+5V，RAM的引腳電平為+3.3V，這樣

45、就要解決電壓不匹配問題，靈活性降低10。因此經(jīng)過反復比較決定選用七段LED數(shù)碼管顯示，LED能顯示數(shù)字和一些基本的字母，簡單易用，把它和74LS164（串入并出移位寄存器）相使用，大大減少了控制器的I/O口。3.2電路總體原理框圖設計本系統(tǒng)單片機選用ATMEL公司的閃速存儲器(flash ROM)型單片機芯片AT89C51。AT89C51是ATMEL公司的新一代8位的一片機產(chǎn)品，帶有4KROM、128BRAM，最大工作頻率24MHZ；同時，具有32條輸入輸出線，16位定時/計數(shù)器，5個中斷源，一個串行口；它具有集成度高、系統(tǒng)結構簡單，體積小可靠性高，處理功能強，速度快等特點。稱重控制的總體結構

46、如圖3-7所示。輸入信號送入前級放大器放大，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成BCD碼，然后把BCD碼送入單片機AT89C51中進行處理，最后把數(shù)據(jù)送出數(shù)碼管顯示。AT89C51A/D轉(zhuǎn)換鍵盤處理數(shù)碼管顯示前級放大輸入信號圖3-7系統(tǒng)總體原理框圖3.3主芯片引腳應用1電源引腳2外接晶體引腳XTAL1。XTAL1是片振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz選擇。電容取30PF左右，具體實現(xiàn)如圖3-8所示：圖3-8

47、晶振電路圖3復位RST。在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序，如圖3-9所示：圖3-9 復位RST電路圖4輸入輸出引腳(1) P0端口P0.0-P0.7 P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動8個TTL。對部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié);校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪

48、問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間部的上拉電阻起作用。(2) P1端口P1.0P1.7 P1是一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用，對部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。(3) P2端口P2.0P2.7 P2是一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。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

49、外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的容在此期間不會改變。(4) P3端口P3.0P3.7 P2是一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。P13端口在做輸入使用時，因部有上接電阻，被外部拉低的引腳會輸出一定的電流。對部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門功能，具體如表3-2所示：表3-2 P3端口的功能P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入（RXD）P3.1串行通訊輸出（TXD）P3.2外部中斷0（ INT0）P3.3外部中斷1（INT1）P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.

50、6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RD5其它的控制或復用引腳(1) ALE/PROG 30 訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻率的1/6)；在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，出現(xiàn)一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程時，這個引腳用于輸入編程脈沖PROG。(2) PSEN 29 該引是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當AT89C51由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期輸出2個脈沖即兩次有效。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不會有脈沖輸出。(3) EA/Vpp 31 外部訪問允

51、許端。當該引腳訪問外部程序存儲器時，應輸入低電平。要使AT89C51只訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH）,這時該引腳必須保持低電平，而要使用片的程序存儲器時該引腳必須保持高電平。對Flash存儲器編程時，該引腳用于施加Vpp編程電壓。Vpp電壓有兩種，類似芯片最大頻率值要根據(jù)附加的編號或芯片的特征字決定。如圖3-10所示為單片機最小系統(tǒng)圖：圖3-10 單片機最小系統(tǒng)圖3.4 控制模塊與轉(zhuǎn)換模塊的連接MC14433模擬電路部分有基準電壓，模擬電壓輸入。模擬輸入電壓量程為199.9MV或1.9999V兩種，對應的基準電壓為+200MV和+2V。數(shù)字電路部分由邏輯控制BDC碼，輸出鎖

52、存器，多路開關，時鐘，極性判別，溢出檢測等電路組成。才用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千，百，十，個位BCD碼輪流在Q0Q3端輸出。同時，在DS1DS4出現(xiàn)同步字位選通信號。由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結果是動態(tài)分時輸出的BCD碼，所以，Q0Q3和DS1DS4可以通過8051單片機的并行口P1或通過擴展I/O電路與其相連。MC14433與8051單片機的P2口相連的電路如圖3-11所示：圖3-11 MC14433與單片機連接圖該電路采用查詢方式管理MC14433的操作。由于引腳EOC與DU連接在一起，所以MC14433能自動轉(zhuǎn)換。3.5 前級放大模塊INA121儀表放大器INA121構成的

53、放大器與濾波電路如圖3-12所示：圖3-12 INA121構成的放大器這里通過調(diào)節(jié) R3的阻值來改變放大倍數(shù)。微弱信號V-和V+被分別放大后從INA121的第6腳輸出。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433的輸入電壓變化圍是-2V+2V，稱重儀模擬器的輸出電壓信號在012mv左右，因此放大器的放大倍數(shù)在100200左右，可將R3接成1K的滑動變阻器，從而改變其放大倍數(shù)。由于輸入信號為直流電壓，在INA121的輸入管腳之前需接入濾波電路。3.5 自動稱重模塊根據(jù)系統(tǒng)的技術要求，壓力傳感器選擇CYY-1型微量固態(tài)壓力傳感器，它是由半導體應變片構成的橋式輸入動態(tài)壓力傳感器，測量圍是01kg/cm2，橋路供

54、電電壓為6V,橋路輸出電壓最大為20mV，CYY-1型壓力傳感器的電路圖如圖3-13所示：圖3-13 CYY-1型壓力傳感器圖中RP是電橋調(diào)零電位器，為連接調(diào)零電位器方便，橋路本身并未接成閉合橋路。3.6 顯示模塊與控制模塊的連接本系統(tǒng)的控制模塊與顯示模塊的連接相對較簡單，主要實現(xiàn)以下功能。1處理重量數(shù)據(jù)。2實現(xiàn)重量的顯示。3控制數(shù)碼管的顯示。具體分別如圖3-14和圖3-15所示：圖3-14 顯示模塊1與控制模塊的連接圖3-15 顯示模塊2與控制模塊的連接主要對構成整個硬件系統(tǒng)的各個元器件進行分析，并對一些元器件之間的相互連接進行設計，這樣的分析對整個硬件系統(tǒng)的建立大有裨益。3.7 系統(tǒng)測試3

55、.7.1硬件抗干擾的設計各種干擾是機電一體化系統(tǒng)和裝置出現(xiàn)瞬時故障的主要原因。干擾的抑制要從干擾源、傳播途徑、接收器三個方面入手。因此，在系統(tǒng)設計中，應盡可能避開干擾源，并針對不同的干擾源，對耦合通道采取有效的方法。干擾竄入系統(tǒng)的渠道有三種，即空間干擾，過程干擾，和供電系統(tǒng)的污染。一般常用的抗干擾措施有合理布置電源、屏蔽干擾源、隔離、濾波、接地等。3.7.2電源的干擾以與抑制措施任何電源與輸電線路都存在阻，這些阻就會引起電源的噪聲干擾。由于電源是整個系統(tǒng)運行的基礎，并且危害最嚴重的干擾源是電源的污染。電源性能的好壞在很大程度上將直接影響整個系統(tǒng)的可靠運行。由于工業(yè)控制計算機的電源都接自電網(wǎng)，故

56、由于現(xiàn)場的用電情況復雜。如電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，對計算機系統(tǒng)造成很大的干擾，干擾微機系統(tǒng)的正常工作，因此，系統(tǒng)選用帶恒溫的高精度基準的電源，并對此電源的輸出電源進行預穩(wěn)壓，這樣有效的保證了系統(tǒng)的抗干擾能力和A/D轉(zhuǎn)換精度。3.7.3空間干擾的防御措施空間干擾主要是指電磁場在線路、導線、殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。對外來的空間干擾，主要的措施是屏蔽用金屬殼體，并將機殼接地，起封閉金屬罩的作用，對共膜干擾有較強的抑制作用，在布線時，注意模擬地和數(shù)字地分開，最后經(jīng)一點接入。將電源布置的盡可能粗，并使電源、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞方向盡可能一致，以增強抗噪聲能力?？偟膩碚f，該方案設計的稱重控制系統(tǒng)，電路簡單，成本較低，工作可靠；并且該自動稱重系統(tǒng)還實現(xiàn)了可視化，其界面直觀，