皮帶配料秤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、火學(xué)LANZHOUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計(jì)題目皮帶配料稱(chēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專(zhuān)業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師11111111111111111111111111111111111111111學(xué)院111111111111111答辯日期111111111111蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要皮帶配料秤是一種用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上自動(dòng)化的配料設(shè)備，通常是由帶有自動(dòng)配料算法軟件的微機(jī)作為其自動(dòng)配料的控制系統(tǒng)。具廣泛用于煤炭、化工、冶金、建材、食品等關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的各個(gè)行業(yè)，配料系統(tǒng)可以對(duì)物料的配比實(shí)現(xiàn)累計(jì)控制，而準(zhǔn)確的秤量控制可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，并且可以降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)效率。本次設(shè)計(jì)主要

2、以水泥廠粉磨車(chē)間的熟料配料系統(tǒng)為背景，針對(duì)皮帶配料系統(tǒng)的控制問(wèn)題提出方案并進(jìn)行設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)是由單片機(jī)構(gòu)成的皮帶配料秤，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是皮帶上瞬時(shí)物料重量的稱(chēng)重和皮帶走速的測(cè)量，物料的瞬時(shí)重量由荷重傳感器測(cè)量，經(jīng)過(guò)放大后并進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號(hào)送至單片機(jī)，而皮帶走速信號(hào)需要測(cè)速傳感器測(cè)出信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻處理送至單片機(jī)。該系統(tǒng)由單片機(jī)作為控制核心，重量信號(hào)和走速信號(hào)都由單片機(jī)處理，計(jì)算出瞬時(shí)流量與設(shè)定值比較，之后將信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量從而控制可控硅控制板，調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在預(yù)期的設(shè)定值，達(dá)到皮帶配料秤運(yùn)行的目的。關(guān)鍵詞：配料秤；單片機(jī)；傳感器；荷重信號(hào)；鍵盤(pán)2AbstractBeltburde

3、nbalanceisoneoftheingredientsusedforindustrial,agriculturalproductionautomationequipment,isusuallymadewiththesoftwareofmicrocomputerautomaticbatchingalgorithmasitsautomaticbatchingcontrolsystem.Itiswidelyusedincoal,chemicalindustry,metallurgy,buildingmaterials,foodandotherrelatedindustriesofnational

4、economyandpeople'slivelihood,batchingsystemcanachievetotalcontrolofmaterialmixratio,andaccurateweighingcontrolcanimproveproductqualityandyield,andcanreduceproductioncost,improvelaborefficiency.Thisdesignmainlybytheclinkercementgrindingworkshopbatchingsystemasthebackground,inviewofthebeltofbatchi

5、ngsystemcontrolschemeanddesignareputforward.Thesystemiscomposedofsinglechipmicrocomputerbeltsbatchingscale,designisthefocusoftheinstantaneousmaterialsweighingtheweightofthebeltandbeltspeedmeasurement,theinstantaneousweightofthematerialbytheloadsensor,afteramplificationandtransformformadigitalsignals

6、enttothesingle-chipmicrocomputer,andbeltspeedsignalsneedspeedsensortomeasurethroughfrequencydivisionprocessingtosendthesignalstosinglechipmicrocomputer.Thesystemconsistsofsinglechipmicrocomputerascontrolcore,theweightsignalandspeedsignalprocessingbysingle-chipmicrocomputer,calculatetheinstantaneousf

7、lowratecomparedwiththesetvalue,thenconvertsthesignaltoanalogtocontrolthyristorcontrolpanel,adjustthespeedofslipmotor,makethematerialflowstabilityinthedesiredsetpoint,achievethegoalofbeltbatchingscaleoperation.Keywords:Batchingscale;Singlechipmicrocomputer;Sensor;Loadsignal;Keyboard州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄第1章緒論11

8、.1 皮帶配料秤控制系統(tǒng)的背景11.2 研究皮帶配料秤控制系統(tǒng)的意義2第2章皮帶配料秤控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案42.1皮帶配料秤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)4第3章硬件結(jié)構(gòu)及原理電路73.1 MCS-51單片機(jī)73.1.1 8051單片機(jī)73.1.2 單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)93.2 重量信號(hào)的采集103.2.1 荷重傳感器輸出全橋電路103.2.2 重量信號(hào)采集電路123.3 皮帶走速信號(hào)的測(cè)量153.3.1 皮帶走速信號(hào)的測(cè)量方法153.3.2 皮帶走速信號(hào)的測(cè)量電路153.4 鍵盤(pán)顯示器接口電路173.4.1 鍵盤(pán)輸入電路原理173.4.2 顯示器電路原理183.4.3 鍵盤(pán)顯示器接口電路193.5

9、報(bào)警電路213.6 電機(jī)的控制233.6.1 DAC0832在控制電機(jī)中的應(yīng)用233.6.2 電機(jī)調(diào)速控制電路253.7 直流穩(wěn)壓電源263.8 控制和測(cè)量原理283.8.1 系統(tǒng)控制原理283.8.2 瞬時(shí)流量的測(cè)量283.8.3 流量控制28第4章皮帶配料秤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)304.1 軟件設(shè)計(jì)思想304.2 系統(tǒng)初始化304.3 鍵盤(pán)掃描及顯示314.3.1 鍵盤(pán)掃描314.3.2 顯示子程序324.4 鍵輸入和鍵處理334.4.1 WR鍵處理334.4.2 S鍵處理334.4.3 MON鍵、Z鍵、STOP鍵、RUN鍵處理344.5 運(yùn)行管理程序354.5.1 采樣程序354.5.2 數(shù)值

10、轉(zhuǎn)換程序364.5.3 計(jì)算過(guò)程364.5.4 顯示程序374.5.5 報(bào)警處理37設(shè)計(jì)總結(jié)38參考文獻(xiàn)39外文原文和譯文40致謝62附錄1:程序清單64附錄2:元件清單73V蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章緒論1.1 皮帶配料秤控制系統(tǒng)的背景根據(jù)最新的定義，皮帶配料秤是一種連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器。衡器是利用作用在物體上的重力來(lái)確定物體質(zhì)量的計(jì)量?jī)x器，按操作方式的不同可分為：自動(dòng)衡器和非自動(dòng)衡器。自動(dòng)衡器就是指在稱(chēng)量過(guò)程中不需要操作者干預(yù)就能按設(shè)定的處理程序自動(dòng)稱(chēng)量的衡器。其中，連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器是不需要對(duì)質(zhì)量細(xì)分的就可以對(duì)皮帶上散裝物料進(jìn)行連續(xù)稱(chēng)量。皮帶配料秤就是在皮帶輸送物料時(shí)對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)累計(jì)稱(chēng)量的一

11、種自動(dòng)衡器。皮帶配料秤廣泛用于煤炭、化工、食品加工、建材等行業(yè)的物料配比當(dāng)中，其配料的準(zhǔn)確與否直接影響著國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)部門(mén)。配料系統(tǒng)的使用可以提高各個(gè)部門(mén)的自動(dòng)化水平和各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而擴(kuò)大公司的效益。在煤炭行業(yè)，配料系統(tǒng)用于定量供煤，能否準(zhǔn)確配料直接決定配煤質(zhì)量。在化工行業(yè)，配料系統(tǒng)用于多種原材料的定量配比，它可以起到減員增效，節(jié)約成本，減少誤差,從而創(chuàng)造更大的利潤(rùn)。在食品加工行業(yè)，配料系統(tǒng)的使用代替了大量的手工勞動(dòng)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，使得食品加工更方便、快捷。在建材行業(yè)，沙子、粘土、水泥、石灰、石子等物料的混合需要用配料系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行定量配

12、比。由此可見(jiàn)，配料系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛。皮帶配料系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)為配料系統(tǒng)，它與皮帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和組成結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是，配料系統(tǒng)在皮帶傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上又增加了-S料I這一功能。它起源于19世紀(jì)末，各項(xiàng)新技術(shù)發(fā)展的十分迅速，隨著皮帶輸送系統(tǒng)的出現(xiàn)，配料系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生。最早的皮帶輸送系統(tǒng)稱(chēng)重原理來(lái)自于斗式輸送機(jī)對(duì)物料連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)量的裝置。隨著傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，配料系統(tǒng)的發(fā)展也是十分迅速。配料系統(tǒng)的發(fā)展大致有四個(gè)階段：第一階段是五、六十年代的純機(jī)械式配料系統(tǒng)，通常采用機(jī)械式、光電式掃描或增量式編碼器等，這種配料系統(tǒng)只具有識(shí)別計(jì)數(shù)和啟動(dòng)功能。第二階段是六、七十年代的傳感器電子儀表配料系統(tǒng)，隨著模擬

13、電路和數(shù)字電路的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了各種小型的配料電動(dòng)儀表。它可以實(shí)現(xiàn)平衡、識(shí)別和累計(jì)計(jì)算等功能。第三、四階段是20世紀(jì)七十年代末的微機(jī)智能化配料系統(tǒng)。電子配料系統(tǒng)首次引入計(jì)算機(jī)，提高了集成度。配料系統(tǒng)中的累計(jì)量運(yùn)算采用累加法代替了積分法。第一、二階段的配料系統(tǒng)只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的累計(jì)計(jì)算和測(cè)量，而且準(zhǔn)確度較低，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的變化不能進(jìn)行有效控制，因此其計(jì)量過(guò)程準(zhǔn)確度較低，缺乏穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)性能差。而第三、四階段的配料系統(tǒng)結(jié)合了微機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、工業(yè)控制等技術(shù)，不但增強(qiáng)了計(jì)量的準(zhǔn)確性，而且對(duì)在計(jì)量過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，同時(shí)，儀表的顯示、調(diào)零、報(bào)警等功能也越來(lái)

14、越完善。而通訊技術(shù)的發(fā)展更是增強(qiáng)了儀表的遠(yuǎn)程維護(hù)診斷與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。單片機(jī)配料系統(tǒng)是在大規(guī)模集成芯片技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。單片機(jī)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路復(fù)雜程度低，可靠性大大提高，可以滿(mǎn)足客戶(hù)實(shí)用性的要求。所以迄今為止，單片機(jī)配料系統(tǒng)在一定程度上占據(jù)了中小型企業(yè)配料生產(chǎn)的主控地位。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于STD總線(xiàn)或PC總線(xiàn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)已經(jīng)提上日程，并且在我國(guó)占據(jù)了一定地位，因?yàn)楣I(yè)控制計(jì)算機(jī)可靠性比較高，組成系統(tǒng)功能靈活，組態(tài)方便，具有模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。隨著工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，基于工控機(jī)的配料系統(tǒng)也出現(xiàn)在工業(yè)場(chǎng)合。這種配料系統(tǒng)大

15、多采用集中控制方式，計(jì)算機(jī)除具有工藝流程控制、工況實(shí)時(shí)顯示、提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印等功能外，還要完成對(duì)各對(duì)象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。計(jì)算機(jī)配料控制系統(tǒng)有很多功能是單片機(jī)配料系統(tǒng)不能完成的，但是它的整體構(gòu)造比較龐大，因此不適合中小規(guī)模的企業(yè)應(yīng)用。并且它的操作要求比較高不適合一線(xiàn)工人的具體操作要求，往往需要配料的量不是一成不變的，需要一線(xiàn)工人時(shí)刻的調(diào)整和控制，因此,單片機(jī)控制的皮帶配料秤具有更廣泛的應(yīng)用。1.2 研究皮帶配料秤控制系統(tǒng)的意義配料秤是冶金、水泥、化工、建材、食品等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是冶金、水泥、化工、建材、食品等生產(chǎn)過(guò)程中的源頭工序。例如水泥生產(chǎn)時(shí)需要由各種原料按一定的

16、比例進(jìn)行混合處理；飼料的生產(chǎn)需根據(jù)牲畜的生長(zhǎng)規(guī)律，在不同的生長(zhǎng)期需生產(chǎn)成份含量不同的飼料；各種化工產(chǎn)品、建筑材料、農(nóng)藥等產(chǎn)品的生產(chǎn)也是一樣的。配料質(zhì)量的高低直接關(guān)系著下游生產(chǎn)過(guò)程能否順利的進(jìn)行。如果配料的質(zhì)量達(dá)不到要求，輕則造成原料和能源的浪費(fèi)，重則影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，并且有些特殊生產(chǎn)崗位的配料錯(cuò)誤會(huì)給整個(gè)生產(chǎn)釀成嚴(yán)重事故。因此，配料精度的高低和配料速度的大小影響著整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，我們應(yīng)該足夠重視配料過(guò)程的質(zhì)量和產(chǎn)量控制。目前，隨著自動(dòng)化控制程度的提高，物料秤自動(dòng)控制不僅關(guān)系到生產(chǎn)質(zhì)量而且還關(guān)系著人身安全，在早期的混凝土配置中完全是依靠大量的人力來(lái)完成的，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大并且水泥粉塵的污染損害工

17、人的身體健康?，F(xiàn)在許多建筑工程和工廠大規(guī)模的建設(shè)等都要求建設(shè)生產(chǎn)時(shí)必須使用皮帶配料秤單片機(jī)控制器來(lái)控制物料的自動(dòng)配比，利用皮帶配料秤單片機(jī)控制器來(lái)完成配料的輸送和配比，只需一人或幾人就可以在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離物料配料場(chǎng)控制配料的完成，不僅節(jié)省了人力物力，也減少了環(huán)境污染，很大程度的提高了生產(chǎn)效率，并為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，物料必須實(shí)現(xiàn)科學(xué)的配比，在食品、冶金、化工、飼料加工等行業(yè)也越來(lái)越注重物料配比的準(zhǔn)確度和配料的控制速度，也就需要高精度高速度的皮帶配料秤控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制。我設(shè)計(jì)的皮帶配料秤控制系統(tǒng)正是為了此目的。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越多?，F(xiàn)在利用單片機(jī)和微機(jī)組

18、成的皮帶配料秤已廣泛地應(yīng)用在冶金、化工、建材、飼料加工等多種行業(yè)，皮帶配料秤控制系統(tǒng)不僅具有自動(dòng)化程度高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度低，而且配料精度較高，產(chǎn)品質(zhì)量可以得到保障，還能實(shí)現(xiàn)物料的配比，自動(dòng)和手動(dòng)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤誤差調(diào)整、混合、顯示、稱(chēng)重。單片機(jī)配料秤控制系統(tǒng)是配料過(guò)程控制和質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。微機(jī)配料控制系統(tǒng)可以按照設(shè)定好的配比和流量控制各種物料的瞬時(shí)流量，達(dá)到控制各種產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的目的，同時(shí)它也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、安全穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)能降耗的重要技術(shù)。單片機(jī)配料控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中不僅可以提高配料產(chǎn)量和質(zhì)量，也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高了生產(chǎn)效率。因此使用皮帶配料秤單片機(jī)控制系統(tǒng)能

19、顯著地提高工作效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，提升管理的現(xiàn)代化水平，同時(shí)研制技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備成熟、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的單片機(jī)配料控制系統(tǒng)也是至關(guān)重要的。隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，配料系統(tǒng)將在現(xiàn)在和未來(lái)的市場(chǎng)需求中占據(jù)相當(dāng)大的比例。皮帶配料系統(tǒng)作為一種新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)而越來(lái)越受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，配料系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)完善；而在中國(guó)，由于先前的技術(shù)水平落后，這使得積極開(kāi)發(fā)研制更加精確、方便、可靠、功能更強(qiáng)大的配料系統(tǒng)控制器具有重要意義。而且，中國(guó)地大物博、資源豐富，各項(xiàng)工業(yè)生產(chǎn)正在以不可阻擋的勢(shì)頭向前發(fā)展?？梢钥吹?，中國(guó)廣大的市場(chǎng)為配料系統(tǒng)的發(fā)展提供了廣闊的前景。另一方面,我國(guó)目前的主要矛盾

20、是落后的生產(chǎn)力滿(mǎn)足不了人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需要。在物質(zhì)方面，我們需要又快又好的生產(chǎn)出我們所需要的物質(zhì)產(chǎn)品，所以我們要進(jìn)行生產(chǎn)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的快速性與精確性。綜上所述，我們可以看到配料自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著很重要的意義，精確的配料技術(shù)不僅可以擴(kuò)大生產(chǎn)量，還可以是生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品具有很高的質(zhì)量和性能，經(jīng)得起市場(chǎng)的考驗(yàn)，使我們的產(chǎn)品在世界經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)上更具有競(jìng)爭(zhēng)力。8第2章皮帶配料秤控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案皮帶配料秤是一種動(dòng)態(tài)控制型平衡器，它利用皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)將皮帶上運(yùn)載的物料進(jìn)行稱(chēng)重，并且能夠根據(jù)設(shè)定流量的要求通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整皮帶的運(yùn)行速度，從而是物料流量達(dá)到設(shè)定流量保持在附近，并且

21、能夠通過(guò)數(shù)碼管顯示瞬時(shí)流量。下面就介紹以8051單片機(jī)為核心的皮帶配料秤的工作原理和整體結(jié)構(gòu)。2.1 皮帶配料秤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)皮帶輸送機(jī)廣泛地應(yīng)用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業(yè)，對(duì)于散裝的固態(tài)原料（如礦石、水泥、煤粉）進(jìn)行自動(dòng)輸送，特別適合于高溫、高空和有害環(huán)境作業(yè)。水泥廠粉磨車(chē)間的熟料配料系統(tǒng)就是依靠調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)的速度來(lái)控制水泥磨的進(jìn)料量，完成對(duì)各種熟料的配比。皮帶配料稱(chēng)是一種用于測(cè)量和控制皮帶輸送機(jī)的速度和物料流量的實(shí)時(shí)控制器，具工藝結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1:皮帶配料秤工藝結(jié)構(gòu)圖圖2-1中，皮帶上方有一個(gè)料斗，皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)物料隨皮帶輸送出去。輸送皮帶由滑差電機(jī)M（電磁調(diào)速異步電機(jī)）

22、進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，測(cè)速傳感器SR輸出信號(hào)的頻率和皮帶的速度成正比，皮帶下方裝設(shè)荷重傳感器W輸出的電壓信號(hào)與皮帶上的物料成正比。皮帶配料稱(chēng)控制器BWFS受SR的速度信號(hào)和W的重量信號(hào)，計(jì)算皮帶上物料的瞬間流量并且顯示出來(lái)，將流量實(shí)際值和流量設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)PID調(diào)節(jié)，輸出電流控制信號(hào)，經(jīng)前置放大器和功率放大器Q放大，控制可控硅VT的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)M的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在預(yù)期的設(shè)定值附近。物料流量的設(shè)定值由操作員在鍵盤(pán)上設(shè)定，系統(tǒng)運(yùn)行后，單片機(jī)對(duì)皮帶的荷重信號(hào)和走速信號(hào)進(jìn)行采集，并且計(jì)算瞬時(shí)流量和控制電流（4-20mA）,實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。2.2 總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)皮帶配料秤的技術(shù)要求，本次

23、設(shè)計(jì)采用以8051單片機(jī)為控制核心構(gòu)成皮帶配料秤控制器BWF硬件部分主要有8051單片機(jī)、荷重傳感器、皮帶走速測(cè)量、A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）、D/A轉(zhuǎn)換器（DAC0832）、鍵盤(pán)掃描電路、顯示電路等組成，系統(tǒng)硬件組成框架如圖2-2所示。圖2-2:系統(tǒng)硬件組成框圖皮帶配料秤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想為：皮帶輸送機(jī)工作之前，皮帶上物料流量的設(shè)定值由操作人員在鍵盤(pán)上進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后，單片機(jī)采樣皮帶荷重信號(hào)（通過(guò)ADC0809專(zhuān)換）和皮帶走速信號(hào)，將皮帶走速信號(hào)與皮帶單位長(zhǎng)度上的瞬時(shí)重量相乘即可計(jì)算出皮帶上物料的瞬間流量F（t）。瞬間流量可通過(guò)6個(gè)八段數(shù)碼管顯示出來(lái)，為操作人員提供數(shù)據(jù)參考。

24、單片機(jī)系統(tǒng)再將流量實(shí)際值和它的設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)增量PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后計(jì)算出控制量Vi,通過(guò)DAC0832轉(zhuǎn)換為電流輸出信號(hào)（420mA）,而后經(jīng)放大去控制可控硅的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)滑差電機(jī)電磁離合器勵(lì)磁電流的功能，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得物料的流量盡可能穩(wěn)定在設(shè)定值附近。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制和操作的實(shí)際需要，對(duì)皮帶配料稱(chēng)控制器有以下要求：1 .可以設(shè)定輸入流量設(shè)定值等參數(shù)和操作命令。2 .有6位順勢(shì)流量顯示。3 .輸出一路420mA的滑差電機(jī)速度調(diào)節(jié)信號(hào)。4 .接受010mV的皮帶荷重信號(hào)和速度信號(hào)。5 .系統(tǒng)控制誤差小于5%。軟件部分的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)鍵的掃描，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，計(jì)算瞬時(shí)流量，再進(jìn)

25、行PID調(diào)節(jié)，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速。1P1.0VC(:402P1.1P0.0393P1.2P0.1384P1.3P0 2375P1.4P0.3P1.5P0.4366357P1.6P0.5P1.7P0.6RST/VPDP0.7RXD P3.0TA/VPFTXD P3.1ALE/PROINT0 P3.2PSE(NT1 P3.3P2.7T0 P3.4P2 6348339321031 ,113012G29 L|13N28142715T1 P3.5P2.5WR P3.6P2.4RD P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VSSP2.026162517241823192

26、220218051圖3-1 8051單片機(jī)圖3-1 : 805斗修腳排列圖第3章硬件結(jié)構(gòu)及原理電路3.1MCS-51單片機(jī)單片機(jī)是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。3.1.1 8051單片機(jī)MCS-51(8051)單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU,RAM,ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O線(xiàn)等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件，由英特爾公司于1

27、981年制造。8051單芯片是同步式的順序邏輯系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的工作完全是依賴(lài)系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)脈信號(hào)，用以來(lái)產(chǎn)生各種動(dòng)作周期及同步信號(hào)。在8051單片機(jī)中已內(nèi)建時(shí)鐘產(chǎn)生器，在使用時(shí)只需接上石英晶體諧振器(或其它振蕩子)及電容，就可以讓系統(tǒng)產(chǎn)生正確的時(shí)鐘信號(hào)。MCS-51單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件：(1) 一個(gè)8位CPU;(2) 一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路；(3) 4K字節(jié)ROM程序存儲(chǔ)器；(4) 128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；(5)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；(6)可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K外部程序存儲(chǔ)器空間的控制電路；32條可編程的I/O線(xiàn)(四個(gè)8位并行I/O端口)；(8) 一個(gè)可編程全雙工用行口

28、；(9) 具有五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。8051單片機(jī)都采用40引腳的雙列直插封裝方式，引腳排列圖如圖3-1,40條引腳說(shuō)明如下：1. 主電源引腳Vcc和Vss(1Vcc正常工作時(shí)為+5V電源；(2)Vss接地。2. 外接晶振引腳XTAL1和XTAL2(1) XTAL1為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳0當(dāng)米用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。(2) XTAL2為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接振蕩源。3. 控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPDALE/PROG,PSEN和EA/Vpp(1) RST/VPD當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在

29、此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平(由低到高跳變)，將使單片機(jī)復(fù)位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，可以由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。(2) ALE/PROG正常操作時(shí)為ALE功能(允許地址鎖存)提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE引腳以不變的頻率(振蕩器頻率的六分之一)周期性的發(fā)出正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘信號(hào)，或者用于定時(shí)目的。值得注意的是每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將越過(guò)一個(gè)ALE脈沖，ALE端可以驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)八個(gè)LSTTL電路。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖(PROG功能)。(3) PSEN為外部

30、程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)讀取指令(或數(shù)據(jù))期間，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL輸入。(4) EA/Vpp為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器的選擇端。當(dāng)EA/Vpp是高電平時(shí)，則訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA/Vpp是低電平時(shí)，則訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。4. 輸入/輸出弓I腳P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7和P3.0-P3.7(1) P0口(P0.0-P0.7)是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL負(fù)載；(2) P1口(P1.0-

31、P1.7)是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載；(3) P2口(P2.0-P2.7)是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載；(4) P3口（P3.0-P3.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）四個(gè)LSTTL負(fù)載。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線(xiàn)）。3.1.2單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)如圖3-2所示。3DALE加16PMDP? 7聲*417RTT1SrwnrKT 由

32、 Ll33P0 XTALE3HP0.1PN上3?PQEPQ-336L Ed. JRXD35PQ *P&.SXP0 5tenP06X犯P07RST32PS.1PIS21pt 4S4PI-37F 6PL£27PP6Pl 1Pl.7PIjO£0*HEFhiTTXI圖3-2:單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)1 .電源對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問(wèn)題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。51單片機(jī)雖然使用時(shí)間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，一個(gè)和典型的問(wèn)題就是相比其他系列的單片機(jī)，51單片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服

33、這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個(gè)重要手段就是為單片機(jī)系統(tǒng)配置一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。所以，電源是必不可少的，單片機(jī)使用的是5V電源，其中正極接40管腳，負(fù)極（地）接20管腳。2 .振蕩電路單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱(chēng)叫晶體振蕩器，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)一切指令的執(zhí)行都蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率上。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須供給脈沖信號(hào)才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，可以使

34、用晶體振蕩器接18、19腳。3 .復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。按圖3-2中畫(huà)法連好,RST引腳需保持2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。3.2重量信號(hào)的采集3.2.1 荷重傳感器輸出全橋電路1 .傳感器傳感器（英文名稱(chēng)：transducer/sensor是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特

35、點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線(xiàn)敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(lèi)。通常，我們把非電信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并加以放大。然后將放大后的電壓經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過(guò)編程達(dá)到自動(dòng)控制的目的。本次設(shè)計(jì)是將重量信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體重量的自動(dòng)檢測(cè)，并顯示出來(lái)。因此，要達(dá)到設(shè)計(jì)的性能要求，傳感器的精度起著決定性作用。2 .傳感器的

36、選擇稱(chēng)重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個(gè)關(guān)鍵部件。能夠?qū)崿F(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見(jiàn)的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等。電磁力式主要用于電子天平，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器。電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對(duì)比較差的環(huán)境下使用。因此電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器在衡器中得到了廣泛地運(yùn)用。傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類(lèi)，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式

37、、箔式的幾十倍）1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是高阻抗、小功率、溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。電容式傳感器存在的不足之處是輸出阻抗高、負(fù)載能力差、寄生電容影響大。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測(cè)的物理量如位移，壓力，流量，振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器的特點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳感器無(wú)活動(dòng)電觸點(diǎn)、靈敏度和分辨力高、傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)、線(xiàn)性度和重復(fù)性都比較好。皮帶配料秤控制系統(tǒng)需要具有很快的測(cè)量速度，而且輸出還要具有

38、良好的線(xiàn)性特點(diǎn)，所以電容式傳感器和電感式傳感器都不能很好的應(yīng)用于本次設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)所需的傳感器選用電阻應(yīng)變式傳感器。3 .荷重傳感器輸出全橋電路本次設(shè)計(jì)的荷重電路采用橋式測(cè)量電路，用的是電阻應(yīng)變式傳感器半橋式測(cè)量電圖3-3:荷重傳感器輸出全橋電路路。其原理是用應(yīng)變片直接測(cè)量彈性元件的應(yīng)變量，間接的測(cè)量出壓力。這種方法彈性元件變形極小，可以測(cè)量高頻率變化的壓力，應(yīng)變?cè)鋵?shí)是一個(gè)測(cè)力應(yīng)變筒，組成應(yīng)變電橋即可得到輸出電壓值，從而測(cè)出壓力值的大小，電路圖如圖3-3所示。直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受到各元件和導(dǎo)線(xiàn)的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)較小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的

39、放大器進(jìn)行放大。它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測(cè)量電阻隨重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化，電阻的變化使橋式測(cè)量電路的輸出電壓發(fā)生變化，即輸出電壓的變化反映出重力的變化。4 .電路輸出計(jì)算當(dāng)電橋輸出端接無(wú)窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開(kāi)路，此時(shí)直流電橋稱(chēng)為電壓橋,1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)即只有電壓輸出。當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時(shí)，由分壓原理有:u0 - UBD - UAB -'UAD二 E(RiR4RiR2 >3R4匚 Ri R3 - R2 R4二 E ,(RiR2)(R3R4)(3-1)當(dāng)滿(mǎn)足條件R mR3 = R2 mR4時(shí)，即(3-2)u0=0,即電橋平衡，式(3-2)為平衡條

40、件應(yīng)變片測(cè)量電橋在測(cè)量前使電橋平衡，從而使測(cè)量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。若差動(dòng)工作，即R1=R+AR,R2=R,R3=R,R4=R-AR,按式(3-1),則電橋輸出為：RUoutE2R(3-3)二kE25 .2.2重量信號(hào)采集電路1.ADC0809的主要特性ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。目前在單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)。其主要特性有下列幾點(diǎn)：(1) 8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位；(

41、2)具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?；(3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100仙s(時(shí)鐘為640KHz時(shí))，130仙s(時(shí)鐘為500KHz時(shí))；(4)單個(gè)+5V電源供電；(5)模擬輸入電壓范圍0+5V,不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)；(6)工作溫度范圍為-40+85攝氏度；1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(7)低功耗，約15mW。2 .ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說(shuō)明各引腳功能：(1) IN0IN7:8路模擬量輸入

42、端；(2) 2-12-8:8位數(shù)字量輸出端；(3) ADDA、ADDB、ADDC:3位地址輸入線(xiàn)，用于選通8路模擬輸入中的一路。(4) ALE:地址鎖存允許信號(hào)，輸入端，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖以鎖存地址；(5) START:A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖(至少100ns寬)使其啟動(dòng)(脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換)；(6) EOC:A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)；(7) OE:數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量；(8) CLK:時(shí)鐘脈沖輸入端。

43、要求時(shí)鐘頻率不高于640KHz;(9) REF(+)、REF(-):基準(zhǔn)電壓；(10) Vcc：電源，單一+5V,GND:地。ADC0809的工作過(guò)程：首先輸入3位地址，并使ALE=1,將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。3 .ADC080S電路中的應(yīng)用經(jīng)過(guò)放大電路的信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào)，為了實(shí)

44、現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的目的必須把它變成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)控制系統(tǒng)受理，因此本系統(tǒng)需要用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。經(jīng)過(guò)資料搜尋，我決定采用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809來(lái)完成本次設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換部分，ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)地址鎖存譯碼器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可以選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)進(jìn)行輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器被用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)換完的數(shù)據(jù)。單位長(zhǎng)度皮帶上物料的瞬時(shí)重量信號(hào)(皮帶上的物料荷重信號(hào))采集

45、方法如下：(1)由荷重傳感器檢測(cè)出瞬時(shí)變化的應(yīng)變情況，并轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)以010mv輸出；(2)經(jīng)過(guò)放大器變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓05V,送入A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809輸入電路IN0(A/D轉(zhuǎn)換器的0通道)；(3)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為8位的數(shù)字信號(hào)送入8051的P0口；(4)在8051中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以得到單位長(zhǎng)度皮帶上物料的瞬時(shí)重量。4 .重量信號(hào)采集電路該系統(tǒng)采用的是8路逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，由8051的P2.7來(lái)進(jìn)行對(duì)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)程，同時(shí)從ADDC均接地,表示選ADC0809的選通。8051的WR和RD分別通過(guò)兩個(gè)或非門(mén)來(lái)啟動(dòng)ADC0809中讀出轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。ADC080

46、9的ADDA、ADDB、中0通道IN0o的輸出ADC0809的時(shí)鐘頻率為500KHz,可以由分頻電路74LS74把8051的ALE分頻后來(lái)滿(mǎn)足兩者時(shí)鐘信號(hào)匹配的要求。重量信號(hào)采集電路原理圖如圖3-4。ADC0809在該系統(tǒng)中工作的過(guò)程如下：圖3-4:重量信號(hào)采集電路原理圖(1)置P2.7為0,選中ADC0809;(2)再用輸出指令啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換(WR=0);1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(3)判斷EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)記)是否為1,若為1,則轉(zhuǎn)換結(jié)束；(4)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，用讀信號(hào)(RD=0)來(lái)控制三態(tài)門(mén)(在ADC0809內(nèi)部)，將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果讀入8051單片機(jī)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。3.3皮帶走速信

47、號(hào)的測(cè)量3.3.1 皮帶走速信號(hào)的測(cè)量方法要實(shí)現(xiàn)速度環(huán)節(jié)的控制必須檢測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理運(yùn)算。轉(zhuǎn)速檢測(cè)的精度和快速性對(duì)于電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性影響較大。數(shù)字測(cè)速具有測(cè)速精確度高、分辨能力強(qiáng)、受器件影響小等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用光柵數(shù)N=1024線(xiàn)的光電編碼器作為轉(zhuǎn)速傳感器，它產(chǎn)生的測(cè)速脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比例關(guān)系。采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法有三種：M法、T法和M/T法測(cè)速。其中M法是在一定的時(shí)間內(nèi)測(cè)取光電編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)，用以計(jì)算這段時(shí)間的平均轉(zhuǎn)速，M法測(cè)速僅適合用于高速段；T法測(cè)速是在編碼器兩個(gè)相鄰輸出脈沖的間隔時(shí)間內(nèi)，用一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)已知頻率為f的高頻

48、脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由此來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速，T法測(cè)速與M法測(cè)速正好相反，僅適合用于低速段；M/T法測(cè)速是把以上兩種方法結(jié)合在一起，既檢測(cè)一定時(shí)間內(nèi)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)，又檢測(cè)一定時(shí)間間隔的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)，用來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速，M/T法測(cè)速能適用于高速又適用于低速，是目前最廣泛應(yīng)用的一種測(cè)速方法。在本設(shè)計(jì)中，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較多時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較少時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，所以采用M/T法測(cè)速處理。3.3.2 皮帶走速信號(hào)的測(cè)量電路1.74LS74應(yīng)用在TTL電路中，比較典型的d觸發(fā)器電路有74LS74。74LS74是一個(gè)邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個(gè)器件中包含兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。

49、邊沿D觸發(fā)器:負(fù)跳沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時(shí)，必須在正跳沿前加入輸入信號(hào)。如果在CP高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號(hào)，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯(cuò)。而邊沿觸發(fā)器允許在CP觸發(fā)沿來(lái)到前一瞬間加入輸入信號(hào)。這樣，輸入端受干擾的時(shí)間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。邊沿D觸發(fā)器也稱(chēng)為維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器。電路結(jié)構(gòu):該觸發(fā)器由6個(gè)與非門(mén)組成，其中G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器。下面介紹74LS74的引腳功能：(1) 1Q、2Q、1Q_、2Q_為輸出端；(2) 1CP、2CP為時(shí)鐘輸入端；(3) 1D、2D為數(shù)據(jù)輸入端；1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(4) CLR1、CLR2為直接復(fù)位端(低電平有效)；(5) PR

50、1、PR2為直接置位端(低電平有效)。2 .LM393概述LM393是雙電壓比較器集成電路。輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)地SPS開(kāi)路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒(méi)被運(yùn)用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的B值所限制.當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。3 .LM393的電路特點(diǎn)該電路的特點(diǎn)如下：(1)工作溫度范圍：0°C-+70°C;(2)SVHC(高度關(guān)注物質(zhì)):NoSVHC(18-Jun-2010);(3)工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：23

51、6V,雙電源：±1土18V;(4)消耗電流小，ICC=0.8mA;(5)輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV;(6)共模輸入電壓范圍寬，VIC=0VCC-1.5V;(7)輸出與TTL,DTL,MOS,CMOS等兼容；(8)輸出可以用開(kāi)路集電極連接“或”門(mén)；(9)表面安裝器件：表面安裝。4 .LM393的應(yīng)用LM393是高增益，寬頻帶器件，像大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí)，輸出電壓過(guò)渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)PC板的設(shè)計(jì)對(duì)減小輸入一輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于1

52、0K將減小反饋信號(hào)，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.010mV)能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換，使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC(集成電路板integratedcircuit,縮寫(xiě)：IC)并在引腳上加上電阻將引起輸入一輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號(hào)是脈沖波形，并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快，則滯回將不需要。比較器的所有沒(méi)有用的引腳必須接地，其偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍2.030V無(wú)關(guān)，通常電源也不需要加旁路電容。差分輸入電壓可以大于Vcc并不會(huì)損壞器件，保護(hù)部分必須能阻止輸入電壓向負(fù)端超過(guò)-0.3V。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí)，輸出品體管的低失調(diào)電壓(約1.0mV

53、)允許輸出箝位在零電平。5 .皮帶走速信號(hào)測(cè)量電路1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)皮帶走速信號(hào)測(cè)量電路如圖3-5。由圖可知皮帶走速的測(cè)量步驟如下：(1)由測(cè)速傳感器輸出的信號(hào)，其頻率為皮帶走速的線(xiàn)性函數(shù)，該頻率由光碼盤(pán)檢測(cè)回路獲得；(2)該輸出信號(hào)通過(guò)衰減送給比較器整形為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，輸入到74LS74進(jìn)行分頻，74LS74的Q輸出方波接到8051的而1;(3)由8051的定時(shí)器布測(cè)出方波的周期，然后而1選用門(mén)控方式定時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)Q輸出高電平時(shí)T1計(jì)數(shù)，當(dāng)Q輸出低電平時(shí)T1停止計(jì)數(shù)，最后讀出INT1的計(jì)數(shù)值m；接8051 的INT1+ |2V圖3-5:皮帶走速信號(hào)測(cè)量電路(4)由公式n=60f/pm計(jì)算電

54、機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后查表得到轉(zhuǎn)換系數(shù)，計(jì)算出皮帶走速大小。3.4 鍵盤(pán)顯示器接口電路3.4.1 鍵盤(pán)輸入電路原理鍵盤(pán)輸入是人機(jī)交互界面中非常重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶(hù)指令的直接途徑。操作者需要通過(guò)鍵盤(pán)向系統(tǒng)發(fā)出各種指令或者置入必要的數(shù)據(jù)信息。對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)鍵盤(pán)接口信號(hào)是輸入信號(hào)，因此鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì)的成功與否直接關(guān)系到系統(tǒng)整體的1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)可靠性和穩(wěn)定性。鍵盤(pán)是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)組，當(dāng)沒(méi)有一個(gè)鍵按下時(shí)，所有行線(xiàn)輸出為1;當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)，該鍵所在的行線(xiàn)和列線(xiàn)短接，行線(xiàn)的輸出由列線(xiàn)的輸入電平來(lái)決定，74LS164可以為鍵盤(pán)提供列掃描信號(hào)。1 .鍵盤(pán)信號(hào)的識(shí)別本次設(shè)計(jì)采用的是非編碼式鍵

55、盤(pán)，采用軟件方法來(lái)判斷是那一個(gè)鍵按下。具判斷識(shí)別過(guò)程如下：(1)先進(jìn)行整體掃描，從74LS164輸出的列值00H判斷P3.4和P3.5是否為0,當(dāng)為0時(shí)則表示有鍵被按下；(2)當(dāng)有鍵被按下時(shí)，進(jìn)行逐列掃描找出這個(gè)鍵所在的行值，此時(shí)74LS164逐次輸出所對(duì)應(yīng)的列值，分別為01H、02H、04H、08H、10H、20H、40H、80H;(3)由鍵值所在的行值和列值即可計(jì)算出按鍵的所在位置。因本系統(tǒng)鍵盤(pán)只有兩行，所以行值加列值就可以得到鍵值。其中，第一行的行值是00H,第二行的行值是08H。2 .鍵盤(pán)消抖的處理機(jī)械按鍵在閉合時(shí)不會(huì)立刻穩(wěn)定的接通，在斷開(kāi)時(shí)也不可能立馬斷開(kāi)，而是伴隨著一連串的抖動(dòng)。為

56、了保證CPU寸按鍵的一次閉合只進(jìn)行一次處理，所以對(duì)抖動(dòng)信號(hào)必須進(jìn)行消抖處理。本系統(tǒng)采用軟件消抖，調(diào)用子程序來(lái)延時(shí)10ms,待鍵閉合穩(wěn)定后再一次接受鍵入的信號(hào)，此時(shí)抖動(dòng)已經(jīng)停止，鍵盤(pán)狀態(tài)是有效的，達(dá)到消抖的目的。3.4.2 顯示器電路原理1 .LED顯示器工作原理數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)字段)構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字09、字符AF、H、L、P、R、U、Y、符號(hào)“-”及小數(shù)點(diǎn)”.”。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。數(shù)碼管工作原理如下：(1)共陽(yáng)極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極(二極管正端)連接在一起。通常，公共陽(yáng)極接高電平(一般接電源)，其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為