【正文】 TXD(串行輸出口 ) INT0 (外部中斷 0 輸入 口 ) INT1 (外部中斷 1 輸入口 ) T0(定時(shí)器 0 外部輸入口 ) T1(定時(shí)器 1 外部輸入口 ) WR (寫(xiě)選通輸出口 ) RD (讀選通輸出口 ) 單片機(jī)的時(shí)序電路 1． MCS51 內(nèi)部時(shí)鐘電路 MCS51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入和輸出端。在 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶體或陶瓷諧振器就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。 (a)振蕩電路 (b)外接時(shí)鐘源 圖 25 振蕩電路及外接時(shí)鐘 圖 25 中 (a)圖為 MCS51 的振蕩電路，當(dāng)外接晶振時(shí)， C1和 C2值通常選擇 30PF；在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶振和電容應(yīng)盡可能安裝在單片機(jī)芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定和可靠工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO 電容。 C C2對(duì)頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是 ~12MHz。 2． MCS51 外部時(shí)鐘源的接法 MCS51 也可采用外部振蕩器，外部振蕩器的信號(hào)接至 XTAL2 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，而內(nèi)部反相放大器的輸入端 XTAL1 端應(yīng)接地，如圖 25 中 (b)圖所示。由于 XTAL2 端的邏輯電平不是 TTL 的，故應(yīng)外接一個(gè)上拉電阻。 本設(shè)計(jì)所采用 的是內(nèi)部振蕩方式，晶振選擇為 12MHz，電容 C C2大小為 30PF。 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí) /計(jì)數(shù)器原理分析 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 MCS51 單片機(jī)片內(nèi)有兩個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，定時(shí)器 0(T0)和定時(shí)器 1(T1)。它們均可用作定時(shí)控制、延時(shí)以及對(duì)外部事件的計(jì)數(shù)及檢測(cè)。定時(shí) /計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖 26 所示。 圖 26 定時(shí) /計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖 (X=0,1) 由圖可見(jiàn)，定時(shí) /計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加 1 計(jì)數(shù)器。 16 位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè) 8 位的專(zhuān)用寄存器組成，即 T0 由 TH0 和 TL0 構(gòu)成， T1 由 THl 和 TL1 構(gòu)成。地址順序依 次是 8AH~8DH。這些寄存器用來(lái)存放定時(shí)或計(jì)數(shù)初值，每個(gè)定時(shí)器都可以由軟件設(shè)置成定時(shí)工作方式或計(jì)數(shù)工作方式。這些功能都是由定時(shí)器方式寄存器TMOD 設(shè)置，由定時(shí)器控制寄存器 TCON 控制的。當(dāng)定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)方式時(shí)，外部輸入信號(hào)是加到 T0()或 T1()端。外部輸入信號(hào)的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣外部輸入信號(hào)，若一個(gè)周期的采樣值為 1，下一個(gè)周期的采樣值為 0，則計(jì)數(shù)器加 1，故識(shí)別一個(gè)從 1 到 0 的跳變需 2 個(gè)機(jī)器周期，所以對(duì)外部輸入信號(hào)最高的計(jì)數(shù)速率是晶振頻率的 1/24。同 時(shí)外部輸入信號(hào)的高電平與低電平保持時(shí)間均需大于一個(gè)機(jī)器周期。本設(shè)計(jì)選取的晶振頻率為 12MHz，則計(jì)數(shù)速率不得高于 500KHz，而從測(cè)速傳感器出來(lái)的信號(hào)是 ~2V， 50Hz~2021Hz 的正弦波信號(hào)，完全可以滿(mǎn)足輸入條件。 當(dāng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器工作在定時(shí)方式時(shí)，加 l 計(jì)數(shù)器每一個(gè)機(jī)器周期加 1，直至計(jì)滿(mǎn)溢出。 一旦定時(shí) /計(jì)數(shù)器被設(shè)置成某種工作方式后，它就會(huì)按設(shè)定的工作方式獨(dú)立運(yùn)行。不再占用 CPU的操作時(shí)間，直到加 1 計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)溢出，才向 CPU申請(qǐng)中斷。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器是一種可編程的部件，在其工作之前必須將控制字寫(xiě) 入工作方式和控制寄存器，用以確定工作方式，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為定時(shí) /計(jì)數(shù)器的初始化，下面具體分析其工作方式。 一、工作方式寄存器 TMOD TMOD 用于控制 T0 和 T1 的工作方式，其各位定義如下： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 各位功能如下： 1． M M0 工作方式控制位，可構(gòu)成以下 4 種工作方式： M1 M0 工作方式 說(shuō)明 0 0 0 13 位計(jì)數(shù)器 0 1 1 16 位計(jì)數(shù)器 1 0 2 可再裝入 8 位計(jì)數(shù)器 1 1 3 T0：分成兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器 T1：停止計(jì)數(shù) 2． C/ T ：計(jì)數(shù)器工作方式 /定時(shí)方式選擇位 C/ T =0，設(shè)置為定時(shí)工作方式； C/ T =1，設(shè)置為計(jì)數(shù)工 作方式。 3． GATE：選通控制位 GATE=0，只要用軟件對(duì) TR0(或 TR1)置 1 就啟動(dòng)了定時(shí)器。 GATE=1，只有在 INT0 (或 INT1 )引腳為 1，且用軟件對(duì) TR0(或 TR1)置 1 才能啟動(dòng)定時(shí)器工作。 TMOD 的所有位在整機(jī)復(fù)位后清 零 。 TMOD 不能位尋址，只能用字節(jié)方式設(shè)置工作方式。 二、控制寄存器 TCON TCON 用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)、停止以及標(biāo)明定時(shí)器的溢出和中斷情況。各位的含義如下： 1． TF1：定時(shí)器 1 溢出 標(biāo)志， T1 溢出時(shí)由硬件置 1，并申請(qǐng)中斷， CPU 響應(yīng)中斷后，又由硬件清零。 TF1 也可由軟件清零。 2． TF0：定時(shí)器 0 溢出標(biāo)志，功能與 TF1 相同。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 3． TR1：定時(shí)器 1 運(yùn)行控制位，可由軟件置 1 或清零來(lái)啟動(dòng)或停止 T1。 4． TR0：定時(shí)器 0 運(yùn)行控制位，功能與 TR1 相同。 5． IE1：外部中斷 1 請(qǐng)求標(biāo)志。 6． IE0：外部中斷 0 請(qǐng)求標(biāo)志。 7． IT1：外部中斷 1 觸發(fā)方式選擇位。 8． IT0：外部中斷 0 觸發(fā)方式選擇位。 TCON 中的低 4 位用于中斷工作方式。當(dāng)整機(jī)復(fù)位后， TCON 中的各位均為 0。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 第三章 傳感器選擇及放大整形電路的設(shè)計(jì) 稱(chēng)重傳力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 微機(jī)皮帶秤的稱(chēng)重傳力機(jī)構(gòu)由前、后承重杠桿，無(wú)摩擦絞支點(diǎn)，承重托輥和計(jì)算箱等組成，如圖 31 所示。 圖 31 傳力機(jī)構(gòu) 1— 支承點(diǎn)； 2—承重杠桿； 3—傳力簧片； 4—固定塊； 5—計(jì)量箱； 6—托輥 電子皮帶秤采用雙杠桿多組托輥稱(chēng)量框架拖住稱(chēng)量段的皮帶及其上的煤層 ， 如圖31 中顯示，當(dāng)皮帶上有物料通過(guò)時(shí)，物料首先經(jīng)皮帶將載荷力傳遞給承重托輥。由于承重托輥直接支 承在承重杠桿上，而前后承重杠桿的端部又可作微小轉(zhuǎn)動(dòng)的無(wú)摩擦支點(diǎn)承在地基上，因此承重托輥上的載荷力最后分別在兩個(gè)承重杠桿的另一端（秤體中部）綜合，并由傳力簧片傳遞到計(jì)量箱內(nèi)。 計(jì)量箱位于秤體中部的皮帶下方，它分為有平衡結(jié)構(gòu)和無(wú)平衡結(jié)構(gòu)兩種。計(jì)量箱的作用是將傳力簧片送來(lái)的載荷力傳遞給力 電式荷重傳感器變?yōu)殡娦盘?hào)送出。 有平衡結(jié)構(gòu)的計(jì)量箱是一個(gè)平衡杠桿系統(tǒng) ， 工作時(shí)載荷力先由傳力桿傳給平衡杠桿，然后再由平衡杠桿按一定的比例分配給力 電式傳感器，秤體的自重（包括皮帶和托輥的重量）則由平衡杠桿的配重抵消掉，因此參與稱(chēng)量 的只是純物料量，而在實(shí)際中完全平衡掉自重，在實(shí)載時(shí)平衡系統(tǒng)易產(chǎn)生振動(dòng)，造成稱(chēng)量不穩(wěn)定。所以必須讓荷重傳感器保留 10%~20%的電量程（俗稱(chēng)預(yù)壓力）不被平衡掉，才能保證稱(chēng)量時(shí)有較好的穩(wěn)定性。 無(wú)平衡結(jié)構(gòu)的計(jì)量箱是沒(méi)有平衡杠桿的系統(tǒng)，工作時(shí)載荷力直接由傳力吊杠送給傳感器，因此它的傳力誤差環(huán)節(jié)減小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作時(shí)比前一種結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定。無(wú)平內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 衡結(jié)構(gòu)的計(jì)量箱通常用兩只傳感器（秤體兩側(cè)各 1 只），由于秤體自重約占去傳感器有用量程的 50%左右 ， 因此秤體一般用輕質(zhì)箱形型材制造或者供電橋源采用并聯(lián)供電串聯(lián)輸出方式（如圖 32 所示 ）以求獲得盡可能大的信號(hào)。 傳力機(jī)構(gòu)中的無(wú)摩擦絞支點(diǎn)是皮帶秤中常用的支承方式，目前用的較多的是 X形支承結(jié)構(gòu)（如圖 33 所示）。這種支承部件用 2~3 片 ~ 厚的錳鋼簧片與固體座交叉連接制成，固體座用普通工具鋼制成， X 形支承部件的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)摩擦支承強(qiáng)度大，扭轉(zhuǎn)靈活，恢復(fù)性好，能防止秤體前后移動(dòng)，易于安裝，缺點(diǎn)是體積大，密封困難。 圖 32 兩只傳感器的接線(xiàn)方法 圖 33 X 形支承部件 1——簧片； 2——固定座 秤體部分的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于秤體長(zhǎng)度的選擇，設(shè)計(jì) 原則是以承重機(jī)托輥間距 a 的偶數(shù)倍為準(zhǔn)。為減少皮帶張力的影響，本設(shè)計(jì)采用 4a，當(dāng) a=1200mm 時(shí)，則秤體總長(zhǎng)應(yīng)為 ，承重杠桿可采用普通槽鋼或箱形型材，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)最大輸送功荷（考慮秤體自重）選擇承重杠桿材料的承載強(qiáng)度和剛度。另外，對(duì)于秤體長(zhǎng)度的選擇也應(yīng)適內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 當(dāng)考慮物料的輸送速度，即當(dāng)速度較快時(shí)適當(dāng)考慮加長(zhǎng)秤體。這樣做的目的主要是延長(zhǎng)物料在秤體上的停留時(shí)間，以提高稱(chēng)量精度。當(dāng)秤體長(zhǎng)度確定后，物料的輸送速度對(duì)稱(chēng)量段的長(zhǎng)度的比值，就是物料在秤體上的變化速率。如稱(chēng)量段長(zhǎng)為 ，物料的輸送速度為 5m/s，則其變化 速率為 次 /s， 它決定了儀表的采樣條件。 圖 31中的傳力簧片是前后承重杠桿上載荷力的匯合點(diǎn)，它由長(zhǎng) 200mm、寬 50mm的優(yōu)質(zhì)錳鋼片制作，厚度則由最大承載決定，一般取 ~。 荷重傳感器的原理及選用 荷重傳感器的種類(lèi)很多，有壓磁式荷重傳感器及電阻應(yīng)變式荷重傳感器等。電子皮帶秤中多采用電阻應(yīng)變式荷重傳感器。 圖 34 電阻應(yīng)變式荷重傳感器原理圖 在電阻應(yīng)變式荷重傳感器中用的最多的是箔式應(yīng)變片。圖 34 所示為電阻應(yīng)變式荷重傳感器的作用原理。首先把被測(cè)力 G（重力）轉(zhuǎn)換成受壓體 （應(yīng)變彈性體）的應(yīng)變，粘貼在上的電阻應(yīng)變片的阻值（ R1~R4）隨應(yīng)變大小而變化， R R3阻值減??；R R4 阻值增加，電阻應(yīng)變片組成電橋電路，測(cè)出電橋的輸出信號(hào)就能測(cè)出 G 的大小。應(yīng)變彈性體的形式很多，有懸臂梁式、雙端固定梁式、圓筒式等。本設(shè)計(jì) 選擇雙端固定梁 式傳感器（如圖 35 所示）作為荷重傳感器。 以圖 35 中荷重傳感器為例 ， 未受力時(shí) R1=R2=R3=R4，當(dāng)彈性體頂部受壓力作用時(shí)，貼于上方的兩片應(yīng)變片 R R4被拉伸，阻值增大，而貼于下方的兩片應(yīng)變片 RR3被壓縮，阻值減小，設(shè)電橋的負(fù)載電阻 RL很大（ 50K? ），電源內(nèi)阻 Ri較小，且RL〉〉 Ri（如圖 36 所示），經(jīng)化簡(jiǎn)后可寫(xiě)出電橋的電壓輸出公式為 2 4 1 3o A B1 4 2 3R R R RU = U ( R + R ) ( R + R ) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 AB=U Kε (31) 式中： UAB為上橋電壓； K 為電阻絲的靈敏系數(shù)； ε 為應(yīng)變。這樣，當(dāng) UAB恒定時(shí)，可由輸出電壓 Uo 得知應(yīng)變 ε 的大小，也就是得知所測(cè)重力的大小。將荷重傳感器安裝在電子皮帶秤的托輥上方或底部，就可稱(chēng)量出皮帶上的煤量。 圖 35 雙端固定梁式 剪切力傳感器 圖 36 應(yīng)變電阻測(cè)量電橋 測(cè)速傳感器的設(shè)計(jì)與選用 皮帶秤中皮帶線(xiàn)速度的檢測(cè)通常采用磁電感應(yīng)式速度 /電脈沖傳感器，其結(jié)構(gòu)原理如圖 37 所示。 測(cè)速傳感器由與皮帶接觸的測(cè)速輪，連接軸，測(cè)速齒輪，測(cè)速頭組成，測(cè)速頭由繞在磁鋼上的線(xiàn)圈構(gòu)成，工作時(shí)置于返程皮帶上的測(cè)速輪在皮帶的摩擦帶動(dòng)下 轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)測(cè)速齒輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在測(cè)速齒輪的周?chē)鶆虻你娏藥讉€(gè)槽齒，當(dāng)測(cè)速頭與凸齒相對(duì)時(shí)，磁通最大，凹齒與測(cè)速頭相對(duì)時(shí)磁通最小，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，周期變內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 化的磁通在線(xiàn)圈中將感應(yīng)出周期變化的電壓，其頻率 f 正比于皮帶的線(xiàn)速度 V。 圖 37 測(cè)速傳感原理 1——測(cè)速輪； 2——連接軸； 3——測(cè)速齒輪； 4——測(cè)速磁頭 Vf = nπD? (32) 式中 n——測(cè)速齒輪的齒 數(shù)； V——皮帶線(xiàn)速度 (m/s)； D——測(cè)速齒輪直徑 (m)。 公式 (32)中的 f 一般要求在 1000Hz 以上，以保證與荷重傳感器有同等的精度，當(dāng) f 確定后，根據(jù) 此 即可找出符合要求的其它參數(shù)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。電脈沖輸出方式的測(cè)速傳感器，具有抗干擾能力強(qiáng)