【正文】 在本課題中 采用 X5045芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位控制 ，它把上電復(fù)位、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控和 E2PROM四種常用功能組合在單個(gè)芯片里，以降低系統(tǒng)成本、節(jié)約電路板空間。 X5045 與單片機(jī)的連接圖如圖 2— 3所示。 12 單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾電路的設(shè)計(jì) 工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都以脈沖形式進(jìn)入 單片 機(jī)，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有三條，即供電系統(tǒng)；過(guò)程通道；空間磁場(chǎng)。 在交流 220V 進(jìn)線處，設(shè)置一個(gè) 低通濾波器 ，它對(duì) 50Hz 的市電影響很小，而對(duì)頻率很高的干擾波具有很強(qiáng)的抑制力。 圖 2— 4 對(duì)交流電源的濾波和屏蔽 ⑵ 輸入輸出通道 13 輸入輸出通道是單片機(jī)與傳感器、單片機(jī)與上位機(jī)以及單片機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的信息傳送的路徑。 圖 2— 5 6N137 結(jié)構(gòu)原理圖 其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置發(fā)光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的，這樣使夾雜在輸入端的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側(cè)。 用電感式接近開(kāi)關(guān)采集金屬產(chǎn)品 電感式接近開(kāi)關(guān) 和單片機(jī)組成的金屬產(chǎn)品計(jì)數(shù)部分硬件原理圖如圖 2— 6所示 。 用電容式接近開(kāi)關(guān)采集非金屬產(chǎn)品 電 容 式接近開(kāi)關(guān) 和單片機(jī)組成的非金屬產(chǎn)品計(jì)數(shù)部分硬件原理如圖 2— 7所 示。 其內(nèi)部 電路如圖 2— 8所示。 原理如圖 2— 9 所示。 由于放大器的放大功能降低了對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求，因此，系統(tǒng)能對(duì)任意大于 的正弦波和脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。 從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。詳細(xì)闡明了設(shè)計(jì)所依據(jù)的原理和各功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)方案，并仔細(xì)分析了各模塊所用芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。 PC 機(jī) 與單片機(jī)之 間通過(guò)通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊， PC 機(jī)每天定時(shí)與各單片機(jī)通信一次，以便了解各車間當(dāng)天的產(chǎn)品數(shù)量。 Visual Basic，是 Microsoft 公司推出的一種 Windows 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具。在匯編語(yǔ)言中，指令用助記符表示，地址、操作數(shù)可用標(biāo)號(hào)、符號(hào)地址及字符等形式來(lái)描述。 PC 機(jī)的軟件設(shè)計(jì) PC 機(jī)用于集中管理，主要負(fù)責(zé) 定時(shí)向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令 ，并對(duì) 接收到 的 應(yīng)答信號(hào) 做 近 一步的處理 ，即是 將下位機(jī) 送來(lái)的 TH0 和 TL0 這 16 位二進(jìn) 制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 ，這樣就得到生產(chǎn)線當(dāng)天的產(chǎn)品數(shù)量。 三臺(tái)單片機(jī) 分別 命名 為 1， 2， 3。 從機(jī)平時(shí)對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ，當(dāng) 上位機(jī) 向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令時(shí)，每臺(tái)下位機(jī)都中斷 接受并判斷，地址不相符的下位機(jī)中斷返回 ；反之則把本機(jī)地址及其狀態(tài)作為應(yīng)答 信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)。 ⑴ 指令冗余 CPU 取指令過(guò)程是先取操作碼，再取操作數(shù)。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的 NOP。通常用軟件陷阱來(lái)攔截亂飛的程序。軟件陷阱是指用來(lái)將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址 0000H 的指令。當(dāng)使用的中斷因干擾而開(kāi)放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時(shí)捕獲錯(cuò)誤的中斷。 ⑶ 軟件“看門狗”技術(shù) 若失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。則系統(tǒng)無(wú)法定時(shí)“喂狗”，硬件看門狗電路失效。采用這種環(huán)形結(jié)構(gòu)的軟件“看門狗”具有良好的抗干擾性能，大大提高了系統(tǒng)可靠性。若檢測(cè)到某觀測(cè)變量變化不正常，比如應(yīng)當(dāng)加 1 而未加 1，則轉(zhuǎn)到出錯(cuò)處理程序作排除故障處理。 上下位機(jī)間的通信過(guò)程如下： ⑴ 通信均有由上位機(jī)發(fā)起，下位機(jī)不主動(dòng)申請(qǐng)通信； ⑵ 當(dāng)處于輪詢狀態(tài)時(shí)，上位機(jī)依據(jù)下位機(jī)地址，定時(shí)向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令 。 圖 4— 1 PC 機(jī)與多臺(tái)單片機(jī)連接 25 在串行口控制寄存器 SCON 中，設(shè)有多處理機(jī)通信位 SM2（ SCON． 5）。主機(jī)欲與某從機(jī)通信，先向所有從機(jī)發(fā)出所選從機(jī)的地址，從機(jī)地址符合后，接著才發(fā)送命令或數(shù)據(jù)。 若從機(jī)的地址與主機(jī)點(diǎn)名的地址相同，該從機(jī)將本機(jī)的 SM2 清 0，繼續(xù)接收主機(jī)發(fā)來(lái)的命令或數(shù)據(jù)，響應(yīng)中斷。 系統(tǒng)的調(diào)試與故障排除 在調(diào)試過(guò)程中，系統(tǒng)上電后，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確。 圖 5— 1 施密特觸發(fā)器 對(duì)脈沖的整形 系統(tǒng)的 特點(diǎn) 與應(yīng)用 本系統(tǒng) 調(diào)試通過(guò)后 顯示出良好的性能，具有 廣泛的適用范圍。 ⑵ 信號(hào)放大整形電路降低了對(duì)待測(cè)信號(hào)的 幅度要求 ，可以測(cè)量例如藥品顆粒這類數(shù)量大、體積小 連續(xù) 的物品。 以后 隨著相關(guān)領(lǐng)域新技術(shù)與新器件的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集會(huì)向?qū)崟r(shí)性更強(qiáng)、靈敏度更高的方向發(fā)展。本論文對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要集中在以下兩點(diǎn)： ⑴ 利用光電傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器針對(duì)不同的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)隨時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題和可能性都予以解決和實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)需要的改進(jìn)： 本系統(tǒng)中 PC 機(jī)與單片機(jī)之間通過(guò)通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊， PC 機(jī)主要負(fù)責(zé) 定時(shí)向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令 ，并對(duì) 接收到 的 應(yīng)答信號(hào) 做 近 一步的處理 ， 未能 設(shè)置修改從機(jī)的控制參數(shù)，所以此處仍有改進(jìn)的空間。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何將所學(xué)的各門學(xué)科知識(shí)相結(jié)合，并且從根本上懂得了如何自己動(dòng)手從零開(kāi)始完成一項(xiàng)完整的控制系統(tǒng)，是四年來(lái)學(xué)習(xí)的總結(jié)也是未來(lái)工作的熱身。 同時(shí)感謝系實(shí)驗(yàn)室在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間提供給我們優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件，感謝自動(dòng)化系的各位老師為我們的答辯工作付出很多時(shí)間與精力。 30 參考文獻(xiàn) [1] 胡乾斌等 .單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 .華中科技大學(xué)出版社 , 1997 [2] 周航慈等 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中斷服務(wù)程序、 T1 中斷服務(wù)程序中各設(shè)一運(yùn)行觀測(cè)變量，假設(shè)為 MWatch、 T0Watch 、 T1Watch,主程序每循環(huán)一次，MWatch 加１，同樣 T0、 T1 中斷服務(wù)程序執(zhí)行一次， T0Watch、 T1Watch 加１。 在實(shí)際應(yīng)用中，采用環(huán)形中斷監(jiān)視系統(tǒng)。 “看門狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計(jì)可 靠、完善，用“ LJMP 0000H”作返回指令可直接進(jìn)入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復(fù)程序的運(yùn)行。最后一條應(yīng)填入 020200，當(dāng)亂飛程序 落到此區(qū)，即可自動(dòng)入軌。 ① 軟件陷阱的設(shè)計(jì) 當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無(wú)法起作用。 此外，對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令如 RET、 RETI、 LCALL、 LJMP、 JC 等指令之前插入兩條 NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。若“飛” 到了三字節(jié)指令，出錯(cuò)機(jī)率更大。 圖 3— 2 單片 機(jī) 程序 流程圖 21 用匯編語(yǔ)言編寫的具體程 序見(jiàn)附錄（ 2）的單片機(jī)程序。 假定各個(gè)車間每天的產(chǎn)品數(shù)量不會(huì)超過(guò) 65535，則每臺(tái)單片機(jī)可用計(jì)數(shù)器 0 的方式 1 對(duì)產(chǎn)品記數(shù)。 圖 3— 1 PC 機(jī) 程序 流程圖 用 Visual Basic 語(yǔ)言編寫的具體程序見(jiàn)附錄（ 2）的 PC 機(jī)程序。 ⑵ 匯編語(yǔ)言指令與機(jī)器語(yǔ)言指令一一對(duì)應(yīng)，用它編寫的程序能最有效地利 用存 19 儲(chǔ)空間。無(wú)論是開(kāi)發(fā)功能強(qiáng)大、性能可靠的商務(wù)軟件，還是編寫能 處理實(shí)際問(wèn)題的實(shí)用小程序， VB 都是最快速、最簡(jiǎn)便的方法。 VISUAL BASIC 語(yǔ)言 Visual Basic,簡(jiǎn)稱 VB。第一級(jí)為下位機(jī)，直接面對(duì)控制對(duì)象完成實(shí)時(shí)控制，由 MCS51 系列的 8051 單片機(jī)擴(kuò)展而成，安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。無(wú)論